(57)【要約】  磁歪素子による振動発電を有効に実現しつつ、永久磁石の損傷を防いで耐久性の向上を実現可能とされた、新規な構造の磁歪式振動発電装置を提供する。  磁歪式振動発電装置１０において、磁性材料で形成されたヨーク部材２０が磁歪素子１２の側方に並列配置されて、磁歪素子１２とヨーク部材２０を含んで閉磁路２８が形成されていると共に、永久磁石３０が閉磁路２８上でヨーク部材２０に取り付けられている一方、ヨーク部材２０が閉磁路２８における磁路長方向の少なくとも一方の側で磁歪素子１２に対して相対的な変位を許容されている。
2014119202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪材料で形成された長手状の磁歪素子が少なくとも一方の端部を振動部材に取り付けられており、該磁歪素子を含んで構成される閉磁路上にコイルが巻回されていると共に、該閉磁路に対してバイアス磁界を印加する永久磁石が配設されている磁歪式振動発電装置において、
磁性材料で形成されたヨーク部材が前記磁歪素子の側方に並列配置されて、該磁歪素子と該ヨーク部材を含んで前記閉磁路が形成されていると共に、前記永久磁石が該閉磁路上で該ヨーク部材に取り付けられている一方、該ヨーク部材が該閉磁路における磁路長方向の少なくとも一方の側で該磁歪素子に対して相対的な変位を許容されていることを特徴とする磁歪式振動発電装置。
【請求項２】
前記ヨーク部材には前記閉磁路上で前記磁歪素子に向かって突出する突出部が設けられており、該突出部が該磁歪素子に対して隙間をもって配置されている請求項１に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項３】
前記磁歪素子と前記突出部の間に形成される前記隙間が、前記振動部材において想定される通常の振動入力時に該磁歪素子と該突出部が離隔状態に保持される大きさとされている請求項２に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項４】
前記突出部には挿通孔が形成されており、前記磁歪素子が該挿通孔に前記隙間をもって挿通されている請求項２又は３に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項５】
前記ヨーク部材には前記閉磁路上で前記磁歪素子に向かって突出する突出部が設けられており、該突出部が該磁歪素子に対して相対変位可能に摺接している請求項１に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項６】
前記磁歪素子の両端部が前記振動部材に取り付けられている請求項１〜５の何れか１項に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項７】
前記磁歪素子と前記ヨーク部材の相対的な変位の許容方向が、該磁歪素子の長さ方向に対して直交する方向とされている請求項１〜６の何れか１項に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項８】
前記磁歪素子の側方には、前記ヨーク部材とは別体で長手状の剛性部材が並列配置されて、該剛性部材の両端部が該磁歪素子に連結されている請求項１〜７の何れか１項に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項９】
前記振動部材に対してマス部材がゴム弾性体で連結されてマス−バネ振動系が構成されており、該マス部材に対して前記磁歪素子の少なくとも一方の端部が固定されることにより、該磁歪素子が該振動系を介して該振動部材に取り付けられている請求項１〜８の何れか１項に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項１０】
前記磁歪素子の固有振動数が、前記マス−バネ振動系の固有振動数に対して±√２倍の周波数域に設定されている請求項９に記載の磁歪式振動発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する振動発電装置であって、特に磁歪素子の変形による磁歪作用を利用する磁歪式の振動発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して利用する振動発電装置が提案されており、昨今の省エネルギー化に対する要求の高まりに対応するために研究と開発が進められている。かかる振動発電装置は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子を備えているが、該発電素子としては、圧電素子の他、磁歪素子も利用されている。磁歪素子を用いた振動発電装置は、例えば、特表２００５−５３６１７３号公報（特許文献１）に示されているように、ロッド状の磁歪素子を含んで磁路を形成して、該磁路上にコイルを巻回すると共に、該磁路上にバイアス磁界を印加する永久磁石を配設した構造とされている。【０００３】
ところで、永久磁石は、磁歪素子を含む磁路に磁束を印加するために、特許文献１の如く磁歪素子に直接固定される他、磁歪素子に固定されたヨーク部材に固定される等して、一般的に、振動荷重が及ぼされるようになっている。【０００４】
しかしながら、一般的なフェライトの焼結体等で形成された永久磁石は、耐荷重性に劣ることから、振動荷重が入力される磁路上に永久磁石を配設すると、損傷のおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５３６１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、磁歪素子による振動発電を有効に実現しつつ、永久磁石の損傷を防いで耐久性の向上を実現可能とされた、新規な構造の磁歪式振動発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様は、磁歪材料で形成された長手状の磁歪素子が少なくとも一方の端部を振動部材に取り付けられており、該磁歪素子を含んで構成される閉磁路上にコイルが巻回されていると共に、該閉磁路に対してバイアス磁界を印加する永久磁石が配設されている磁歪式振動発電装置において、磁性材料で形成されたヨーク部材が前記磁歪素子の側方に並列配置されて、該磁歪素子と該ヨーク部材を含んで前記閉磁路が形成されていると共に、前記永久磁石が該閉磁路上で該ヨーク部材に取り付けられている一方、該ヨーク部材が該閉磁路における磁路長方向の少なくとも一方の側で該磁歪素子に対して相対的な変位を許容されていることを、特徴とする。【０００８】
このような第一の態様に従う構造とされた磁歪式振動発電装置によれば、振動部材から振動が入力されて、磁歪素子が変形することにより、逆磁歪効果に基づいて磁歪素子の透磁率が変化するようになっている。これにより、閉磁路に巻回されたコイルを貫通する磁束の量が変化することから、電磁誘導による誘導起電力が生ぜしめられて、もって、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す振動発電が実現される。【０００９】
また、永久磁石を取り付けられるヨーク部材は、閉磁路の磁路長方向の少なくとも一方側において、磁歪素子に対する相対変位を許容されることから、磁歪素子の変形時にヨーク部材が追従して変形するのを防ぐことができる。それ故、ヨーク部材に取り付けられる永久磁石に対して、大きな荷重が入力されるのを防いで、永久磁石の損傷を回避することができる。【００１０】
本発明の第二の態様は、第一の態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記ヨーク部材には前記閉磁路上で前記磁歪素子に向かって突出する突出部が設けられており、該突出部が該磁歪素子に対して隙間をもって配置されているものである。【００１１】
第二の態様によれば、ヨーク部材に対して磁歪素子に向かって突出する突出部が設けられることで、磁歪素子と突出部を接近させて、閉磁路における磁気ギャップを小さくすることで、磁束の漏れを抑えることができる。同時に、ヨーク部材における磁歪素子の側方に並列配置される部分と、磁歪素子との距離を、自由に設定可能となる。従って、比較的に磁力の弱い永久磁石によって有効なバイアス磁界を印加できると共に、閉磁路上に配設されるコイルや永久磁石の形状や大きさが、並列に延びる磁歪素子とヨーク部材の距離によって制限されるのを防いで、目的とする発電性能等を有利に実現可能となる。【００１２】
本発明の第三の態様は、第二の態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記磁歪素子と前記突出部の間に形成される前記隙間が、前記振動部材において想定される通常の振動入力時に該磁歪素子と該突出部が離隔状態に保持される大きさとされているものである。【００１３】
第三の態様によれば、振動部材の通常の振動状態において、磁歪素子と突出部の当接が回避されることから、磁歪素子に追従してヨーク部材が変形するのを防止して、永久磁石の損傷を回避することができる。なお、通常の振動入力に対して磁歪素子と突出部が当接しない範囲で、隙間をできるだけ小さく設定することが望ましく、それにより、閉磁路の磁気ギャップが小さくなって、小型の永久磁石で有効なバイアス磁界を印加することができる。【００１４】
本発明の第四の態様は、第二又は第三の態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記突出部には挿通孔が形成されており、前記磁歪素子が該挿通孔に前記隙間をもって挿通されているものである。【００１５】
第四の態様によれば、磁歪素子の変形によって、磁歪素子の外周面と挿通孔の内周面が周上の一部で離隔すると、磁歪素子の外周面と挿通孔の内周面は周上の他の一部で接近する。これにより、閉磁路において、磁歪素子の変形による磁気ギャップの変化が全体として低減されて、発電効率の安定化が図られる。【００１６】
本発明の第五の態様は、第一の態様に記載された磁歪式振動装置において、前記ヨーク部材には前記閉磁路上で前記磁歪素子に向かって突出する突出部が設けられており、該突出部が該磁歪素子に対して相対変位可能に摺接しているものである。【００１７】
第五の態様によれば、ヨーク部材と磁歪素子が接触していることから、比較的に磁力の小さい永久磁石によっても、有効なバイアス磁界を得ることができる。従って、永久磁石の小型化や低コスト化が可能となり得る。【００１８】
本発明の第六の態様は、第一〜第五の何れか１つの態様に記載された磁歪式振動装置において、前記磁歪素子の両端部が前記振動部材に取り付けられているものである。【００１９】
第六の態様によれば、振動部材の変形によって磁歪素子の両端部間に強制力が及ぼされることから、磁歪素子における固有振動の共振現象だけによって磁歪素子を変形させる場合に比して、入力振動の周波数に影響されることなく、安定した発電が可能となる。【００２０】
本発明の第七の態様は、第一〜第六の何れか１つの態様に記載された磁歪式振動装置において、前記磁歪素子と前記ヨーク部材の相対的な変位の許容方向が、該磁歪素子の長さ方向に対して直交する方向とされているものである。【００２１】
第七の態様によれば、長手状とされた磁歪素子に曲げ変形が生じる場合に、磁歪素子とヨーク部材の相対変位が許容されることで、磁歪素子の側方に並列配置されるヨーク部材の変形が防止されて、永久磁石の損傷が回避される。なお、磁歪素子とヨーク部材の相対的な変位が許容される方向は、磁歪素子の長さ方向に対して直交する方向に厳密に限定されるものではなく、実質的に磁歪素子の長さ方向に対して直交する方向であれば、多少の傾きは許容されて、同様の効果を奏する。【００２２】
本発明の第八の態様は、第一〜第七の何れか１つの態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記磁歪素子の側方には、前記ヨーク部材とは別体で長手状の剛性部材が並列配置されて、該剛性部材の両端部が該磁歪素子に連結されているものである。【００２３】
第八の態様によれば、磁歪素子と剛性部材が並ぶ方向の振動入力時に、磁歪素子に対して軸方向の圧縮歪みと引張歪みが交互に入力されることから、逆磁歪効果に基づく発電が効率的に実現される。【００２４】
本発明の第九の態様は、第一〜第八の何れか１つの態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記振動部材に対してマス部材がゴム弾性体で連結されてマス−バネ振動系が構成されており、該マス部材に対して前記磁歪素子の少なくとも一方の端部が固定されることにより、該磁歪素子が該振動系を介して該振動部材に取り付けられているものである。【００２５】
第九の態様によれば、磁歪素子が取り付けられるマス部材がマス−バネ振動系を構成しており、かかるマス−バネ振動系の共振等による振動増幅作用に基づいて振動部材の振動に比して大きな振動が磁歪素子に及ぼされ得る。それにより、例えば磁歪素子を直接に振動部材に固定して取り付ける場合よりも、少なくともマス−バネ振動系における振動増幅周波数域において、大きな発電量を得ることも可能になる。【００２６】
特に本態様では、マス部材とゴム弾性体とによるマス−バネ振動系に対して、磁歪素子も振動変形する一つの振動系を構成して、これら複数の振動系が、振動部材からの振動伝達系において直列的に配されて多自由度の振動系を構成していることから、チューニング自由度が一層大きくされる。その結果、例えば磁歪素子において一層大きな振動倍率を得ることが可能になると共に、広い周波数域または複数の周波数域の振動に対して磁歪素子に大きな振動変形を及ぼして優れた発電効率を実現することも可能になる。【００２７】
本発明の第十の態様は、第九の態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記磁歪素子の固有振動数が、前記マス−バネ振動系の固有振動数に対して±√２倍の周波数域に設定されているものである。【００２８】
第十の態様によれば、磁歪素子の振動とマス−バネ振動系の振動とを連成させることにより、例えば振動部材から及ぼされる振動を、振動部材から入力される振動に対応した複数の周波数域や広い周波数域等において大きな振動倍率で磁歪素子に振動変形を及ぼすようなチューニング等を一層容易に行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、磁歪素子の側方に並列配置されたヨーク部材が、磁歪素子に対して閉磁路の磁路長方向の少なくとも一方側で磁歪素子に対して相対変位可能とされていることから、振動入力によって磁歪素子が変形しても、ヨーク部材の変形が低減乃至は回避されて、ヨーク部材に取り付けられる永久磁石の損傷が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第一の実施形態としての磁歪式振動発電装置を概略的に示す正面図。
【図２】本発明の第二の実施形態としての磁歪式振動発電装置を概略的に示す正面図。
【図３】本発明の第三の実施形態としての磁歪式振動発電装置を概略的に示す正面図。
【図４】本発明の第四の実施形態としての磁歪式振動発電装置を概略的に示す縦断面図であって、図５のＩＶ−ＩＶ断面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図。
【図６】図４に示された磁歪式振動発電装置の作動を説明するモデル図であって、（ａ）が、振動の非入力状態を、（ｂ）が、マス部材が左方に変位した状態を、（ｃ）が、マス部材が右方に変位した状態を、それぞれ示す。
【図７】本発明の第五の実施形態としての磁歪式振動発電装置を概略的に示す正面図。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図。
【図９】本発明の第六の実施形態としての磁歪式振動発電装置を概略的に示す正面図。
【図１０】本発明の第七の実施形態としての磁歪式振動発電装置を概略的に示す正面図。
【図１１】図１０に示された磁歪式振動発電装置の右側面図。
【図１２】本発明の第八の実施形態としての磁歪式振動発電装置を概略的に示す正面図。
【図１３】本発明の第九の実施形態としての磁歪式振動発電装置を概略的に示す正面図。
【図１４】本発明の第十の実施形態としての磁歪式振動発電装置を概略的に示す正面図。
【図１５】本発明の第十一の実施形態としての磁歪式振動発電装置を概略的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
図１には、本発明の第一の実施形態としての磁歪式振動発電装置１０（以下、振動発電装置１０と称する）が示されている。振動発電装置１０は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子として、磁歪素子１２を備えている。以下の説明において、上下方向とは、原則として、図１中の上下方向を言う。
【００３３】
より詳細には、磁歪素子１２は、磁歪材料で形成されて、上下方向に直線的に延びる長手形状を有しており、本実施形態では、小径円形断面で延びる中実ロッド状とされている。なお、磁歪素子１２の形成材料は、変形に対して透磁率の変化を充分に生じ得るものであれば特に限定されないが、強度に優れた鉄系の磁歪材料が望ましく、例えば、鉄−ガリウム系合金や鉄−コバルト系合金、鉄−ニッケル系合金、テルビウム−ジスプロシウム−鉄系合金等が、好適に採用され得る。
【００３４】
また、磁歪素子１２は、長さ方向一方の端部が車両ボデー等の振動部材１４に固定されるようになっていると共に、長さ方向他方の端部にマス部材１６が固定されている。マス部材１６は、磁歪素子１２に対して長さ方向で直列的に配置されており、比重が大きい鉄等の材料で形成されている。なお、本実施形態では、振動部材１４が磁性材料で形成されている。
【００３５】
さらに、磁歪素子１２の長さ方向の中間部分には、コイル１８が巻回されており、コイル１８の両端部が図示しないキャパシタ等の蓄電装置に電気的に接続されている。
【００３６】
また、磁歪素子１２の側方には、ヨーク部材２０が並列配置されている。ヨーク部材２０は、鉄等の磁性材料で形成されており、磁歪素子１２から離隔して略平行に延びる本体部２２と、本体部２２の軸方向上端部から磁歪素子１２に向かって突出する突出部２４とを、一体で備えている。そして、ヨーク部材２０および振動部材１４が磁性材料で形成されていることにより、磁歪素子１２とヨーク部材２０と振動部材１４とを含んで、本実施形態の閉磁路２８が形成されている。このように、閉磁路２８が磁歪素子１２を含んで構成されていることから、コイル１８が閉磁路２８上に巻回されて配置されている。
【００３７】
さらに、本実施形態のヨーク部材２０は、下端部が振動部材１４に固定されて、振動部材１４を介して磁歪素子１２と連結されている一方、上端部が自由端とされて、磁歪素子１２に対する相対変位を許容されている。即ち、ヨーク部材２０の突出部２４は、磁歪素子１２に向かって突出して磁歪素子１２に接近していると共に、磁歪素子１２までは至らない突出長さとされており、突出部２４の突出先端面が磁歪素子１２の側面に対して所定の隙間２６をもって対向配置されている。そして、突出部２４を有するヨーク部材２０の上端部は、隙間２６によって、磁歪素子１２に対する軸直角方向の相対変位を許容されている。本実施形態のヨーク部材２０では、上端部において、軸直角方向の相対変位だけでなく軸方向の相対変位も許容されている。
【００３８】
なお、本実施形態では、隙間２６の大きさ、即ち、ヨーク部材２０における突出部２４の先端面と磁歪素子１２の側面との対向間距離：ｄが、振動部材１４において想定される通常の振動入力時に、突出部２４と磁歪素子１２が当接することなく離隔状態に保持される大きさとなっている。尤も、隙間２６の大きさは、求められるバイアス磁界の強さや後述する永久磁石３０の強度等に応じて適宜に設定されるものであって、特に限定されない。
【００３９】
さらに、ヨーク部材２０には、永久磁石３０が取り付けられている。永久磁石３０は、例えばフェライトの焼結体等で形成された一般的なものであって、略円柱形状とされて軸方向に着磁されている。本実施形態では、ヨーク部材２０の本体部２２が長さ方向中間部分で分割されており、それら本体部２２の分割体の間に永久磁石３０が配設されて、接着や係止等の手段でヨーク部材２０に固定されている。これにより、永久磁石３０は、磁歪素子１２とヨーク部材２０を含んで構成された閉磁路２８上に配設されており、永久磁石３０の磁束によって閉磁路２８にバイアス磁界が及ぼされている。
【００４０】
かくの如き構造を有する振動発電装置１０は、振動部材１４への装着状態において、振動部材１４の振動が磁歪素子１２に入力されることにより、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出すことが可能とされている。即ち、振動部材１４が磁歪素子１２の軸方向と直交する方向（図１中の左右方向）に振動すると、入力振動を強制力として、マス部材１６が振り子状に変位する。これにより、マス部材１６を支持する磁歪素子１２が撓んで、磁歪素子１２の撓み方向で内側に軸方向の圧縮歪みが及ぼされると共に、外側に軸方向の引張歪みが及ぼされる。そして、磁歪素子１２の軸方向での圧縮剛性と引張剛性の違い等に基づいて、磁歪素子１２において逆磁歪効果による透磁率の変化が生じて、コイル１８を貫通する磁束の量が変化する。その結果、コイル１８には電磁誘導による誘導起電力が生じて、かかる電力が図示しない蓄電手段によって蓄電される。かくの如くして、振動発電装置１０において振動エネルギーが電気エネルギーに変換されて、蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーが各種の電気機器の作動等に利用されるようになっている。
【００４１】
なお、磁歪素子１２のばね定数やマス部材１６の質量を調節して、磁歪素子１２とマス部材１６で構成されるマス−バネ系の共振周波数を、主たる振動の周波数に合わせることが望ましい。これによれば、主たる振動の入力時に、磁歪素子１２の変形が共振状態で効率的に生じることから、発電効率の向上が図られる。
【００４２】
ここにおいて、ヨーク部材２０が磁歪素子１２に対して側方に離隔して配設されていると共に、突出部２４と磁歪素子１２の間に隙間２６が形成されていることから、閉磁路２８における磁路長方向の一方の側であるヨーク部材２０の上端部が、磁歪素子１２に対する相対変位を許容されている。これにより、振動部材１４が磁歪素子１２の軸方向と略直交する方向に振動すると、磁歪素子１２とマス部材１６で構成されたマス−バネ系が振動して、磁歪素子１２が湾曲変形する一方、ヨーク部材２０は振動部材１４の振動に応じて変位することで、磁歪素子１２の変形に追従したヨーク部材２０の変形が防止される。要するに、ヨーク部材２０は、下端が振動部材１４に固定されている一方、上端が自由端とされており、振動部材１４からの振動入力に対して本体部２２に作用する曲げモーメントが低減されている。
【００４３】
このことは、例えば、振動入力初期の状態について、以下の如く理解することができる。即ち、初期状態（振動の非入力状態）に対して、振動部材１４から磁歪素子１２に軸直角方向の振動が入力されると、磁歪素子１２は、マス部材１６の慣性力によって上端と下端が軸直角方向に相対変位して、湾曲変形を生じる。一方、ヨーク部材２０は、上端部である突出部２４が磁歪素子１２に対して相対変位を許容されていることから、振動部材１４の振動振幅に応じて変位して、突出部２４が磁歪素子１２に接近する。これにより、ヨーク部材２０は、軸直角方向の振動入力に対して、ほとんど変形することなく初期の形状に保持される。それ故、ヨーク部材２０に固定された永久磁石３０に大きな歪みが及ぼされるのを防いで、永久磁石３０の耐久性が確保されると共に、永久磁石３０としてフェライト焼結体等の低強度のものを採用することも可能となる。
【００４４】
このように、ヨーク部材２０の磁歪素子１２に対する軸直角方向での相対変位が、隙間２６によって許容されており、磁歪素子１２の変形に追従するヨーク部材２０の変形が防止されている。本実施形態では、隙間２６の大きさが、振動部材１４において想定される通常の振動入力時に、突出部２４と磁歪素子１２が当接することなく離隔状態に保持される大きさとされている。それ故、磁歪素子１２の変形時にも、磁歪素子１２とヨーク部材２０の当接によってヨーク部材２０が変形するのを防いで、永久磁石３０の損傷を防ぐことができる。
【００４５】
図２には、本発明の第二の実施形態としての磁歪式振動発電装置４０が示されている。なお、以下の説明において、第一の実施形態と実質的に同一の部材および部位については、図中に同一の符号を付すことで説明を省略する。
【００４６】
すなわち、振動発電装置４０では、磁歪素子１２の軸方向上部に上側突片４２が固設されていると共に、磁歪素子１２の軸方向下部に下側突片４４が固設されている。上側突片４２および下側突片４４は、何れも磁性材料で形成されたプレート状の部材であって、磁歪素子１２に固定されて側方に突出している。
【００４７】
また、磁歪素子１２の側方には、磁性材料で形成されたヨーク部材４６が並列的に配置されている。ヨーク部材４６は、上下に延びるロッド状の本体部４８と、本体部４８の上端から磁歪素子１２に向かって突出する上突出部５０と、本体部４８の下端から磁歪素子１２に向かって突出する下突出部５２とを、備えている。なお、ヨーク部材４６の上下寸法は、磁歪素子１２に固定された上側突片４２と下側突片４４の上下方向での対向面間距離よりも小さくされている。
【００４８】
さらに、ヨーク部材４６は、非磁性材料で形成された連結体５４によって振動部材１４に連結されている。連結体５４は、例えば、非磁性の金属や合成樹脂、或いはゴム弾性体等で形成されている。
【００４９】
また、ヨーク部材４６が連結体５４で振動部材１４に連結された状態において、上突出部５０と下突出部５２が、上側突片４２と下側突片４４の対向面間に挿入されている。そして、上突出部５０と上側突片４２が隙間５６をもって対向していると共に、下突出部５２と下側突片４４が隙間５８をもって対向しており、磁歪素子１２とヨーク部材４６によって閉磁路６０が構成されていると共に、ヨーク部材４６が上下両端において磁歪素子１２に対する相対変位を許容されている。
【００５０】
このような構造とされた振動発電装置４０においても、磁歪素子１２に対するヨーク部材４６の相対変位が許容されていることにより、磁歪素子１２の変形に追従してヨーク部材４６が変形するのを防いで、ヨーク部材４６に取り付けられた永久磁石３０の損傷を防ぐことができる。
【００５１】
また、本実施形態では、磁歪素子１２に固設された上側突片４２と下側突片４４が、ヨーク部材４６の上突出部５０と下突出部５２に対して軸方向で対向配置されることで、閉磁路６０が構成されている。それ故、ヨーク部材４６と磁歪素子１２の当接を防ぐために、ヨーク部材４６と磁歪素子１２との軸直角方向での隙間を充分に大きく確保しても、閉磁路６０の磁気ギャップを小さく設定して磁束の漏れを抑えることが可能であり、小型の永久磁石３０で有効なバイアス磁界を得ることができる。
【００５２】
図３には、本発明の第三の実施形態としての磁歪式振動発電装置７０が示されている。振動発電装置７０は、ヨーク部材７２を含んで構成されている。ヨーク部材７２は、磁歪素子１２の側方に離隔配置されて略平行に延びるロッド状の本体部２２と、本体部２２の上端から磁歪素子１２に向かって突出する突出部２４と、本体部２２の下端を磁歪素子１２に連結する連結支持部７４とを、備えている。そして、磁歪素子１２とヨーク部材７２によって、閉磁路７６が形成されている。
【００５３】
さらに、閉磁路７６を構成するヨーク部材７２の本体部２２には、永久磁石３０が固定されていると共に、コイル７８が巻回されており、永久磁石３０の磁束が閉磁路７６に対してバイアス磁界として印加されていると共に、バイアス磁界がコイル７８を貫通している。なお、コイル７８は、前記実施形態におけるコイル１８と同様に蓄電手段に接続されており、本実施形態の振動発電装置７０では、磁歪素子１２にコイル１８は巻回されていない。
【００５４】
このような構造とされた振動発電装置７０においても、ヨーク部材７２の突出部２４が磁歪素子１２に対して隙間２６をもって離隔しており、閉磁路７６の磁路長方向の一方の側においてヨーク部材７２の磁歪素子１２に対する相対変位が許容されている。それ故、磁歪素子１２の変形に伴うヨーク部材７２の変形が防止されて、ヨーク部材７２に固定された永久磁石３０の損傷が回避される。
【００５５】
本実施形態からも明らかなように、コイルは、必ずしも磁歪素子に巻回されていなくても良く、閉磁路上に巻回されていれば、ヨーク部材や他の部材に巻回されていても良い。
【００５６】
図４，図５には、本発明の第四の実施形態としての磁歪式振動発電装置８０が示されている。振動発電装置８０では、ヨーク部材８２が、磁歪素子１２と並列に延びる本体部２２と、本体部２２の上端から磁歪素子１２に向かって突出する突出部８４とを備えている。
【００５７】
突出部８４は、図４，図５に示すように、軸直角方向に広がる略矩形板状とされており、磁歪素子１２を越えて延び出していると共に、上下に貫通する挿通孔８６が形成されて、挿通孔８６に磁歪素子１２が挿通されている。この挿通孔８６は、磁歪素子１２の直径よりも大きな直径を有する円形断面の孔とされており、挿通孔８６に磁歪素子１２を挿通した状態において、挿通孔８６の内周面と磁歪素子１２の外周面との間には、全周に亘って連続する環状の隙間８８が形成されている。また、挿通孔８６に磁歪素子１２が挿通されることにより、磁歪素子１２とヨーク部材８２と振動部材１４とを含んで、本実施形態の閉磁路８９が構成されており、永久磁石３０の磁束によるバイアス磁界が印加されている。
【００５８】
このような構造とされた振動発電装置８０において、振動部材１４から磁歪素子１２に軸直角方向の振動が入力されると、磁歪素子１２が変形して、磁歪素子１２の挿通孔８６に対する挿通位置が変化する。即ち、図６（ａ）に示す振動の非入力状態では、磁歪素子１２が挿通孔８６の略中央に挿通されている。そして、振動部材１４から軸直角方向の振動が入力されると、磁歪素子１２が弾性的に変形して挿通孔８６内で変位することにより、図６（ｂ）や図６（ｃ）に示すように、磁歪素子１２が挿通孔８６の外周部分に挿通される。このように、磁歪素子１２と挿通孔８６の内周面との間に全周に亘って隙間８８が形成されていることにより、磁歪素子１２の変形に追従してヨーク部材８２が変形するのを防いで、ヨーク部材８２に固定された永久磁石３０の損傷が回避される。
【００５９】
しかも、磁歪素子１２の弾性変形によって、磁歪素子１２の挿通孔８６に対する挿通位置が、図６の（ａ）〜（ｃ）の如く変化しても、閉磁路における磁気ギャップの変化が低減されて、発電効率の安定化が図られ得る。蓋し、磁歪素子１２が径方向一方の側で挿通孔８６の内周面から遠ざかったとしても、同じ径方向の他方側では磁歪素子１２が挿通孔８６の内周面に接近することとなって、磁気ギャップの変化が全体としては低減されるからである。
【００６０】
図７，図８には、本発明の第五の実施形態としての磁歪式振動発電装置９０が示されている。振動発電装置９０は、磁性材料で形成されたヨーク部材９２を含んで構成されており、ヨーク部材９２が、磁歪素子１２の側方に並列配置されて上下に延びるロッド状の本体部２２と、本体部２２の上端から側方に突出する突出部９４とを備えている。突出部９４は、図８に示すように、側面９６が磁歪素子１２の外周面に対して摺動可能に接触しており、ヨーク部材９２の上端部が磁歪素子１２に対する相対変位を許容されている。なお、振動発電装置９０では、磁歪素子１２とヨーク部材９２と振動部材１４によって閉磁路９８が構成されている。
【００６１】
このような振動発電装置９０においても、ヨーク部材９２の上端部において磁歪素子１２に対する相対変位が許容されていることから、振動入力による磁歪素子１２の変形時に、ヨーク部材９２の変形が低減乃至は回避されて、ヨーク部材９２に取り付けられる永久磁石３０の損傷を回避することができる。
【００６２】
しかも、ヨーク部材９２の突出部９４が磁歪素子１２に対して相対変位可能に摺接していることから、閉磁路９８における磁気ギャップの形成が回避されて、磁力の弱い永久磁石３０によって、有効なバイアス磁界を印加することができる。なお、本実施形態の構造からも明らかなように、磁歪素子とヨーク部材は、必ずしも隙間をもって離隔している必要はなく、相対変位可能な態様であれば、ヨーク部材の磁路長方向一方の側が磁歪素子に当接していても良い。
【００６３】
図９には、本発明の第六の実施形態としての磁歪式振動発電装置１００が示されている。振動発電装置１００は、第一の実施形態の振動発電装置１０に対して、磁歪素子１２と並列に剛性部材としてのロッド部材１０２が配設された構造を有している。ロッド部材１０２は、非磁性材料で形成された高剛性の部材であって、ヨーク部材２０とは別体とされていると共に、磁歪素子１２に対してヨーク部材２０と反対の側方に配置されて、磁歪素子１２と略平行に延びている。なお、ロッド部材１０２は、磁歪素子１２に比して、変形剛性が大きくされて、撓み変形し難くなっていることが望ましい。
【００６４】
また、ロッド部材１０２の下端部が振動部材１４に固定されている一方、磁歪素子１２およびロッド部材１０２の上端面が何れも連結部材としてのマス部材１０４に固着されている。これにより、ロッド部材１０２の下端部が振動部材１４を介して磁歪素子１２に連結されていると共に、ロッド部材１０２の上端部がマス部材１０４を介して磁歪素子１２に連結されている。なお、マス部材１０４は、第一の実施形態のマス部材１６と同様に鉄等の高比重の材料で形成された部材であって、並列配置された磁歪素子１２およびロッド部材１０２の上方に配設されている。
【００６５】
このような構造とされた振動発電装置１００では、振動部材１４が左右方向に振動して、マス部材１０４が強制振動によって変位すると、磁歪素子１２には、マス部材１０４の変位に伴って、軸方向の圧縮力と引張力が交互に作用する。蓋し、振動発電装置１００では、振動の入力方向で磁歪素子１２とロッド部材１０２が離間して並列配置されており、磁歪素子１２がマス部材１０４に対して振動入力方向一方に偏倚した部位に固着されているからである。これにより、軸直角方向の入力に対して、磁歪素子１２の透磁率が効率的に変化して、振動エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、ロッド部材１０２の上端がマス部材１０４に固定されていると共に、下端が振動部材１４に固定された構造が例示されているが、例えば、剛性部材の一端或いは両端を磁歪素子１２の側面に固定することもできる。また、剛性部材は、磁歪素子１２の全体に軸方向の圧縮歪みおよび引張り歪みを及ぼし得る剛性を有していれば良く、変形が許容される材料および形状で形成され得る。
【００６７】
図１０，図１１には、本発明の第七の実施形態としての磁歪式振動発電装置１１０が示されている。振動発電装置１１０は、磁歪素子としての第一の磁歪素子１１２と、磁歪素子としての第二の磁歪素子１１４とが、互いに離隔して略平行に配設されている。
【００６８】
すなわち、第一の磁歪素子１１２は、第一の実施形態の磁歪素子１２と同様に鉄系等の磁歪材料で形成されて、上下方向に長手の略矩形板状とされており、長さ方向の中間部分に第一の実施形態のおけるコイル１８と同様の第一のコイル１１６が巻回されている。なお、第二の磁歪素子１１４は、第一の磁歪素子１１２と略同一の部材であり、長さ方向の中間部分には第一のコイル１１６と略同一の第二のコイル１１８が巻回されている。これらの第一のコイル１１６と第二のコイル１１８は、互いに逆巻きとされている。
【００６９】
それら第一の磁歪素子１１２と第二の磁歪素子１１４は、何れも、下端が振動部材１４に固定されていると共に、上端がマス部材１０４に固定されており、下端部が振動部材１４を介して相互に連結されていると共に、上端部がマス部材１０４を介して相互に連結されている。
【００７０】
また、第一の磁歪素子１１２および第二の磁歪素子１１４の側方には、ヨーク部材１２０が並列配置されている。ヨーク部材１２０は、鉄等の磁性材料で形成されており、上下に延びる板状の本体部１２２と、本体部１２２の上端から第一，第二の磁歪素子１１２，１１４に向かって突出する突出部１２４とを含んで構成されている。この突出部１２４は、第一，第二の磁歪素子１１２，１１４の何れに対しても所定の隙間１２６をもって側方に離隔している。そして、第一，第二の磁歪素子１１２，１１４とヨーク部材１２０と振動部材１４とを含んで閉磁路１２８が構成されており、閉磁路１２８に対して永久磁石３０によるバイアス磁界が印加されている。
【００７１】
このような構造とされた振動発電装置１１０の装着状態において、振動部材１４から左右方向（図１０中、左右方向）の振動が入力されると、マス部材１０４が強制振動して、第一の磁歪素子１１２と第二の磁歪素子１１４の何れか一方に軸方向の圧縮力が及ぼされると共に、第一の磁歪素子１１２と第二の磁歪素子１１４の何れか他方に軸方向の引張力が及ぼされる。これにより、第一の磁歪素子１１２と第二の磁歪素子１１４の何れにおいても透磁率の変化が生じることから、第一，第二のコイル１１６，１１８に誘導起電力が生じて、振動部材１４の振動エネルギーが電気的なエネルギーに変換されて取り出されるようになっている。本実施形態では、並列配置された第一，第二の磁歪素子１１２，１１４の両方において透磁率の変化とそれに基づく誘導起電力が生じることから、振動エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換して取り出すことができる。
【００７２】
しかも、第一，第二の磁歪素子１１２，１１４が振動の入力方向で離隔して並列配置されていることから、マス部材１０４の変位に伴って、第一，第二の磁歪素子１１２，１１４の何れか一方の略全体に軸方向の圧縮力が及ぼされると共に、第一，第二の磁歪素子１１２，１１４の何れか他方の略全体に軸方向の引張力が及ぼされる。それ故、各磁歪素子１１２，１１４において透磁率の変化が効率的に生じて、エネルギー変換効率の向上が図られる。なお、本実施形態では、第一，第二の磁歪素子１１２，１１４が剛性部材としても機能するようになっている。要するに、剛性部材は、磁歪材料で形成されて発電素子としての機能を備えていても良い。
【００７３】
図１２には、本発明の第八の実施形態としての磁歪式振動発電装置１３０が示されている。振動発電装置１３０は、長手板状の磁歪素子１３２を含んで構成されている。
【００７４】
磁歪素子１３２は、磁歪材料で形成された長手板状の部材であって、長手方向の両端部分において板厚方向で貫通するボルト孔１３４が形成されている。また、磁歪素子１３２の長手方向中央部分には、コイル１８が巻回されている。そして、磁歪素子１３２は、振動部材１４に対して略平行に配置されて、ボルト孔１３４に挿通される取付用ボルト１３６によって両端部が振動部材１４に固定されている。なお、磁歪素子１３２と振動部材１４の対向面間には、筒状のスペーサ１３８が介装されて、ボルト孔１３４と同一中心軸上に配置されており、磁歪素子１３２が振動部材１４に対して上方に離隔して対向配置されている。本実施形態において、振動部材１４，取付用ボルト１３６，スペーサ１３８が、何れも非磁性材料で形成されている。
【００７５】
また、磁歪素子１３２には、ヨーク部材１４０が取り付けられている。ヨーク部材１４０は、磁性材料で形成されており、磁歪素子１３２の側方（図１２中、上方）に離隔して略平行に広がる本体部１４２と、本体部１４２の両端部において磁歪素子１３２に向かって突出する一対の突出部１４４，１４４とを一体で備えている。更に、突出部１４４には、本体部１４２の長手方向に貫通する挿通孔１４６が形成されている。この挿通孔１４６は、磁歪素子１３２が隙間１４８をもって挿通され得る孔断面形状を有している。なお、ヨーク部材１４０の本体部１４２は、長手方向で二分されており、永久磁石３０が長手方向中央に介装されている。
【００７６】
そして、ヨーク部材１４０は、磁歪素子１３２が各突出部１４４，１４４の挿通孔１４６，１４６に挿通された状態で、磁歪素子１３２が振動部材１４に取り付けられることにより、磁歪素子１３２に対して分離不能に取り付けられている。これにより、磁歪素子１３２とヨーク部材１４０によって閉磁路１５０が構成されており、ヨーク部材１４０に取り付けられた永久磁石３０の磁束によって閉磁路１５０にバイアス磁界が印加されている。そこにおいて、磁歪素子１３２の外周面と挿通孔１４６の内周面の間に隙間１４８が形成されていることにより、ヨーク部材１４０の磁歪素子１３２に対する相対変位が、ヨーク部材１４０の両端部分で許容されている。なお、ヨーク部材１４０の磁歪素子１３２に対する長手方向（図１２中、左右方向）での相対変位量が、突出部１４４が取付用ボルト１３６に当接することで制限されている。更に、突出部１４４と取付用ボルト１３６との距離が、突出部１４４とコイル１８との距離よりも小さくされており、突出部１４４とコイル１８の当接が防止されている。
【００７７】
このような振動発電装置１３０において、振動部材１４が外力によって変形すると、長手方向の両端部を振動部材１４に固定された磁歪素子１３２に強制力が入力されて、磁歪素子１３２が変形することから、磁歪素子１３２の透磁率の変化に基づいてコイル１８に流れる誘導起電力として、電気エネルギーが取り出される。特に、磁歪素子１３２の両端部が振動部材１４に固定されており、磁歪素子１３２が振動部材１４の変形に従って強制的に変形することから、発電効率に対する入力振動の周波数の影響が低減されて、電気エネルギーを安定して得ることができる。
【００７８】
また、ヨーク部材１４０が磁歪素子１３２に対して相対変位を許容されていることから、磁歪素子１３２が変形してもヨーク部材１４０が追従して変形することがなく、ヨーク部材１４０に取り付けられた永久磁石３０の歪みが低減される。特に本実施形態では、閉磁路１５０の磁路長方向の両端部において、ヨーク部材１４０が磁歪素子１３２に対する相対変位を許容されることから、磁歪素子１３２の変形に追従するヨーク部材１４０の変形がより効果的に防止されて、永久磁石３０の損傷が有利に回避される。
【００７９】
図１３には、本発明の第九の実施形態としての磁歪式振動発電装置１６０が示されている。振動発電装置１６０は、ヨーク部材１６２を備えている。ヨーク部材１６２は、磁性材料で形成されており、本体部１４２と、本体部１４２の長手方向一方の端部から突出する突出部１４４と、本体部１４２の長手方向他方の端部から突出する取付部１６４とを、一体で備えている。
【００８０】
取付部１６４は、本体部１４２から磁歪素子１３２に向かって突出すると共に、磁歪素子１３２側への突出端部には長手方向外側に突出する支持片１６６が一体形成されて磁歪素子１３２に重ね合わされている。そして、支持片１６６に貫通形成されたボルト孔１６８に取付用ボルト１３６が挿通されて、支持片１６６が磁歪素子１３２と共に振動部材１４に固定されており、もって、磁歪素子１３２とヨーク部材１６２を含む閉磁路１６９が構成されて、閉磁路１６９に対して永久磁石３０の磁束によるバイアス磁界が印加されている。なお、突出部１４４の挿通孔１４６には、磁歪素子１３２が隙間１４８をもって挿通されており、ヨーク部材１６２の長手方向一方の端部（図１３中、右端部）が磁歪素子１３２に対して相対変位を許容されていると共に、ヨーク部材１６２の長手方向他方の端部（図１３中、左端部）が磁歪素子１３２に対して相対的に位置決めされている。
【００８１】
このような振動発電装置１６０においても、第八の実施形態に示した振動発電装置１６０と同様に、磁歪素子１３２が振動部材１４の変形に追従して強制的に変形することから、入力振動の周波数が磁歪素子１３２の変形量に影響するのを抑えて、安定した発電効率を実現することができる。しかも、振動部材１４の変形に追従して磁歪素子１３２が撓み変形しても、ヨーク部材１６２が磁歪素子１３２に追従して変形することがなく、ヨーク部材１６２の変形による永久磁石３０の損傷が回避される。
【００８２】
しかも、ヨーク部材１６２の長手方向他方の端部が磁歪素子１３２に対して位置決めされていることから、ヨーク部材１６２の磁歪素子１３２に対する相対変位が制限されて、磁歪素子１３２とヨーク部材１６２の当接による打音が回避される。
【００８３】
図１４には、本発明の第十の実施形態としての磁歪式振動発電装置１７０が示されている。振動発電装置１７０は、磁歪素子１７２を備えている。磁歪素子１７２は、磁歪材料で形成された長手板状の部材であって、長手方向の中央部分を構成する変形許容部１７４と、変形許容部１７４の両端に設けられて、変形許容部１７４に対して相対的に傾斜した一対の取付端部１７６，１７６とを一体で備えている。更に、一対の取付端部１７６，１７６には、それぞれ厚さ方向に貫通するボルト孔１７８が形成されている。なお、変形許容部１７４には、コイル１８が巻回されている。
【００８４】
この磁歪素子１７２は、略Ｌ字断面を呈する振動部材１８０に取り付けられている。振動部材１８０は、屈曲部１８２を挟んで互いに略直交する二つの部位を備えており、振動部材１８０の一方の部位に磁歪素子１７２の一方の取付端部１７６がボルト固定されていると共に、振動部材１８０の他方の部位に磁歪素子１７２の他方の取付端部１７６がボルト固定されている。これにより、磁歪素子１７２は、変形許容部１７４が振動部材１８０の屈曲部１８２を斜めに跨いで配設されており、変形許容部１７４の厚さ方向への変形が許容されている。
【００８５】
また、磁歪素子１７２には、ヨーク部材１８４が取り付けられている。ヨーク部材１８４は、長手板状で磁歪素子１７２の側方に離隔して略平行に並列配置された本体部１８６と、本体部１８６の両端において磁歪素子１７２に向かって突出する板状の一対の突出部１８８，１８８とを一体で備えている。各突出部１８８には、厚さ方向に貫通する挿通孔１９０が形成されている。なお、本体部１８６は、長手方向の中央部分で分割されており、それら分割された各部位の間に永久磁石３０が介装されている。
【００８６】
そして、ヨーク部材１８４は、各突出部１８８の挿通孔１９０に磁歪素子１７２の変形許容部１７４が挿通されることにより、磁歪素子１７２に対して相対変位を許容された態様で取り付けられている。これにより、磁歪素子１７２とヨーク部材１８４によって本実施形態の閉磁路１９４が構成されており、閉磁路１９４には永久磁石３０の磁束によるバイアス磁界が印加されている。本実施形態では、ヨーク部材１８４が振動部材１８０に対して非固着で当接しており、ヨーク部材１８４が振動部材１８０に対する相対変位を許容されているが、例えば、溶接や接着、係止等の手段によって固定されていても良い。
【００８７】
このような振動発電装置１７０において、振動入力によって屈曲部１８２の角度が変化するように振動部材１８０が変形すると、屈曲部１８２を挟んだ両側に跨る磁歪素子１７２の変形許容部１７４が変形する。これにより、磁歪素子１７２の透磁率の変化に基づいてコイル１８に誘導起電力が生じて、振動エネルギーが電気エネルギーとして取り出されるようになっている。しかも、磁歪素子１７２の両端部が振動部材１８０に固定されており、振動部材１８０の変形時に磁歪素子１７２の変形許容部１７４が強制的に変形せしめられることから、発電効率が入力振動の周波数に応じて変化するのを防いで、安定した発電が実現される。
【００８８】
また、磁歪素子１７２がヨーク部材１８４の挿通孔１９０に隙間１９２をもって挿通されており、ヨーク部材１８４が磁歪素子１７２に対する相対変位を許容されている。これにより、磁歪素子１７２の変形時にヨーク部材１８４の変形が防止されて、ヨーク部材１８４に取り付けられる永久磁石３０の損傷が回避される。
【００８９】
図１５には、本発明の第十一の実施形態としての磁歪式振動発電装置２００が示されている。本実施形態の振動発電装置２００は、振動部材１４から振動が及ぼされる振動伝達経路上に第一の振動系２０２と第二の振動系２０４が直列的に設けられた２自由度の振動系を構成している。
【００９０】
第一の振動系２０２は、基本的構造を前記第一の実施形態の振動発電装置と略同じとされていることから、図１５中の各部材に対して第一の実施形態に対応する符号を付することで詳細な説明を省略する。即ち、第一の振動系２０２は、一端固定で他端自由の片持梁構造で支持された磁歪素子１２をばね部材とし、該磁歪素子１２の先端側の自由端にマス部材１６が一体的に設けられた構造とされている。
【００９１】
また、磁歪素子１２と協働して閉状の磁路を形成するヨーク部材２０は、磁歪素子１２から離れた位置で並列的に配設されていると共に、その長さ方向の両端部分が磁歪素子１２に近づけられている。そして、ヨーク部材２０の長さ方向の両端部分が、所定の磁気ギャップを介して磁歪素子１２に対向配置された突出部２４ａ，２４ｂとされている。
【００９２】
この磁気ギャップの存在により、図１５中における磁歪素子１２の上下方向の変形変位が、磁歪素子１２とヨーク部材２０で構成された閉磁路を維持しつつ、ヨーク部材２０で拘束されることなく容易に許容されるようになっている。そして、ヨーク部材２０に配された永久磁石３０によるバイアス磁束が、磁歪素子１２に対して常時及ぼされるようになっている。
【００９３】
一方、第二の振動系２０４は、マス部材としてのベース部材２０６が、振動部材１４に対して、バネ部材としてのゴム弾性体２０８によって弾性連結されることにより、ベース部材２０６をマスとし且つゴム弾性体２０８をバネとするマス−バネ振動系が構成されている。そして、このベース部材２０６に対して、第一の振動系２０２を構成する磁歪素子１２の一端側が固定されていると共に、ヨーク部材２０もベース部材２０６によって固定的に支持されている。
【００９４】
また、本実施形態では、ベース部材２０６が中空構造とされることで、外部空間に対して略遮断された収容空所２１０が形成されている。そして、この収容空所２１０に、第一の振動系２０２が収容状態で配設されている。即ち、ベース部材２０６は、金属等の高比重の硬質材で形成されており、厚肉の壁部によって囲まれた収容空所２１０を備えている。この収容空所２１０には、内部底面から突出する支持台２１２が形成されており、この支持台２１２の上端面に対して、磁歪素子１２の基端部が、ブラケット２１４を挟んで重ね合わされて、ボルト２１６で固定されている。
【００９５】
これにより、収容空所２１０内で、支持台２１２から側方に延び出す片持梁構造をもって磁歪素子１２が配設されていると共に、磁歪素子１２の側方を略平行に延びるヨーク部材２０が、ブラケット２１４を介して支持台２１２に固定支持されている。
【００９６】
このような構造とされた振動発電装置２００では、振動部材１４から伝達される振動伝達経路上で第一の振動系２０２と第二の振動系２０４が直列的に設けられており、振動部材１４からの入力振動が、第二の振動系２０４の振動を介して、第一の振動系２０２に及ぼされて磁歪素子１２が振動変形せしめられる。それ故、磁歪素子１２の基端側を振動部材１４へ直接に固定して取り付けた場合に比して、第二の振動系２０４の振動を利用することが可能になる。そして、かかる第二の振動系２０４の共振等による振動増幅作用を利用することで、振動部材の振動に比して大きな振動を磁歪素子に及ぼして大きな発電量を得ることが可能になるのである。
【００９７】
より好適には、第一の振動系２０２の固有振動数ｆ１を、第二の振動系２０４の固有振動数ｆ２に対して、下式を満足するように設定される。これにより、第一の振動系２０２と第二の振動系２０４の振動連成を効率的に利用して、磁歪素子１２の振動倍率を一層大きく設定したり、広い周波数域または複数の周波数域の入力振動に対して磁歪素子に大きな振動変形を一層効率的に及ぼすことも可能になる。
（−ｆ２）×√２≦ｆ１≦（＋ｆ２）×√２
【００９８】
なお、第一の振動系２０２の固有振動数ｆ１は、例えば磁歪素子１２の長さや断面形状等によりばね定数を調節したり、マス部材１６の質量を調節することなどによってチューニング可能である。また、第二の振動系２０４の固有振動数ｆ２は、例えばゴム弾性体２０８の材質や容積、自由長、振動入力時における剪断変形と圧縮変形の割合等によりばね定数を調節したり、ベース部材２０６の質量を調節することなどによってチューニング可能である。
【００９９】
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、磁歪素子は、長手状であれば、ロッド状でも板状でも良い。
【０１００】
また、永久磁石は、閉磁路上でヨーク部材に取り付けられていれば良く、例えば、第一の実施形態の突出部２４や第三の実施形態の連結支持部７４等に取り付けられていても良い。更に、永久磁石のヨーク部材への固定方法は特に限定されるものではなく、必ずしもヨーク部材を分割構造として永久磁石を挟み込むように固定する必要はない。
【０１０１】
また、ヨーク部材の突出部が磁歪素子に対して隙間をもって対向、或いは摺動可能に当接する方向は、必ずしも磁歪素子の軸直角方向に限定されず、例えば、マス部材１６を磁性材料で形成して、マス部材１６の上面に対してヨーク部材の突出部が隙間をもって対向、或いは摺動可能に当接していても良い。
【０１０２】
前記実施形態では、突出部と磁歪素子の間に隙間が形成される場合には、永久磁石の強度や要求されるバイアス磁界の強さ等によっては、振動部材の通常の振動状態において磁歪素子と突出部が当接するように、隙間の大きさを設定することもできる。
【０１０３】
また、１つの振動部材に対して磁歪式振動発電装置は必ずしも１つだけに限定されず、複数の磁歪式振動発電装置が設けられていても良い。
【０１０４】
更にまた、前記第十一の実施形態としての磁歪式振動発電装置２００では、振動部材１４と磁歪素子１２を含む第一の振動系２０２との間に、一つのマス−バネ振動系が直列的に介在配置されることで２自由度の振動系が構成されていたが、例えば振動部材１４と第一の振動系２０２との間に複数のマス−バネ振動系を直列的に介在配置して３自由度以上の多自由度振動系を構成することも可能である。
【０１０５】
さらに、第二の振動系２０４を構成するマス部材において、前記第十一の実施形態のベース部材２０６の如き中空構造を採用することなく、中実ブロック構造のマス部材を採用して、その外周面上に第一の振動系２０２を配することも可能である。なお、ベース部材２０６の外周面上に第一の振動系２０２を配する場合には、第一の振動系２０２の外部を覆うドーム構造等のカバー部材を必要に応じて採用することも可能である。
【０１０６】
また、前記第一〜十一の実施形態に示された磁歪式振動発電装置は、それによって得られる電力を利用して作動せしめられる各種電気装置と組み合わせて構成することも可能である。具体的には、例えば自動車用の車幅灯やテールランプ等の発光装置と上述の磁歪式振動発電装置を組み合わせることで、車両バッテリーからの配線を不要とした自家発電式の照明装置を構成することが可能である。また、家屋や道路などの床や路面の振動を利用して発電する本発明の磁歪式振動発電装置と屋内や屋外用の発光装置を組み合わせることで、人の歩行や車の走行等に伴う振動エネルギーを利用して、停電時などにおける安全用や補助用の照明装置を構成することも可能である。更にまた、例えば作動電力を必要とする温度センサ等のセンサ装置と上述の磁歪式振動発電装置を組み合わせることで、外部電源からの配線を不要とした自家発電式のセンサ装置を構成することが可能である。さらに、無線送信装置と上述の磁歪式振動発電装置を組み合わせることで、例えばセンサ検出信号を無線送信する際に外部給電を不要することも実現可能となる。
【０１０７】
更にまた、本発明に従う構造とされた磁歪式振動発電装置が取り付けられる振動部材は、特に限定されるものではなく、例えば、車両のボデーやパワーユニット等の他、洗濯機等の家電製品や橋梁等が、何れも振動エネルギーを供給する振動部材として採用され得る。
【符号の説明】
【０１０８】
１０，４０，７０，８０，９０，１００，１１０，１３０，１６０，１７０，２００：磁歪式振動発電装置、１２，１３２，１７２：磁歪素子、１４，１８０：振動部材、１６：マス部材、１８，７８：コイル、２０，４６，７２，８２，９２，１２０，１４０，１６２，１８４：ヨーク部材、２４，２４ａ，２４ｂ，８４，９４，１２４，１４４，１８８：突出部、２６，５６，５８，８８，１２６，１４８，１９２：隙間、２８，６０，７６，８９，９８，１２８，１５０，１６９，１９４：閉磁路、５０：上突出部（突出部）、５２：下突出部（突出部）、８６，１４６，１９０：挿通孔、１０２：ロッド部材（剛性部材）、１０４：マス部材、１１２：第一の磁歪素子（磁歪素子）、１１４：第二の磁歪素子（磁歪素子）、１１６：第一のコイル（コイル）、２０２：第一の振動系、２０４：第二の振動系、２０６：ベース部材（マス部材）、２０８：ゴム弾性体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月17日(2014.7.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪材料で形成された長手状の磁歪素子が少なくとも一方の端部を振動部材に取り付けられており、該磁歪素子を含んで構成される閉磁路上にコイルが巻回されていると共に、該閉磁路に対してバイアス磁界を印加する永久磁石が配設されており、該振動部材による振動が該磁歪素子に対して曲げ変形方向に及ぼされるようになっている磁歪式振動発電装置において、
磁性材料で形成されたヨーク部材が前記磁歪素子の側方に並列配置されて、該磁歪素子と該ヨーク部材を含んで前記閉磁路が形成されていると共に、前記永久磁石が該閉磁路上で該ヨーク部材に取り付けられている一方、該ヨーク部材が該閉磁路における磁路長方向の少なくとも一方の側で該磁歪素子に対して軸直角方向に相対的な変位を許容されていると共に、かかる相対的な変位に際して該磁歪素子との間の対向距離が一定に保たれる状態で該ヨーク部材を該磁歪素子の外周面に対して対向位置させたことを特徴とする磁歪式振動発電装置。
【請求項２】
前記ヨーク部材には前記閉磁路上で前記磁歪素子に向かって突出する突出部が設けられており、該突出部が該磁歪素子に対して隙間をもって配置されている請求項１に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項３】
前記磁歪素子と前記突出部の間に形成される前記隙間が、前記振動部材において想定される通常の振動入力時に該磁歪素子と該突出部が離隔状態に保持される大きさとされている請求項２に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項４】
前記突出部には挿通孔が形成されており、前記磁歪素子が該挿通孔に前記隙間をもって挿通されている請求項２又は３に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項５】
前記ヨーク部材には前記閉磁路上で前記磁歪素子に向かって突出する突出部が設けられており、該突出部が該磁歪素子に対して相対変位可能に摺接している請求項１に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項６】
前記磁歪素子の両端部が前記振動部材に取り付けられている請求項１〜５の何れか１項に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項７】
前記磁歪素子の側方には、前記ヨーク部材とは別体で長手状の剛性部材が並列配置されて、該剛性部材の両端部が該磁歪素子に連結されている請求項１〜６の何れか１項に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項８】
前記振動部材に対してマス部材がゴム弾性体で連結されてマス−バネ振動系が構成されており、該マス部材に対して前記磁歪素子の少なくとも一方の端部が固定されることにより、該磁歪素子が該振動系を介して該振動部材に取り付けられている請求項１〜７の何れか１項に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項９】
前記磁歪素子の固有振動数が、前記マス−バネ振動系の固有振動数に対して±√２倍の周波数域に設定されている請求項８に記載の磁歪式振動発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
発明が解決しようとする課題
［０００６］
本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、磁歪素子による振動発電を有効に実現しつつ、永久磁石の損傷を防いで耐久性の向上を実現可能とされた、新規な構造の磁歪式振動発電装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
［０００７］
本発明の第一の態様は、磁歪材料で形成された長手状の磁歪素子が少なくとも一方の端部を振動部材に取り付けられており、該磁歪素子を含んで構成される閉磁路上にコイルが巻回されていると共に、該閉磁路に対してバイアス磁界を印加する永久磁石が配設されており、該振動部材による振動が該磁歪素子に対して曲げ変形方向に及ぼされるようになっている磁歪式振動発電装置において、磁性材料で形成されたヨーク部材が前記磁歪素子の側方に並列配置されて、該磁歪素子と該ヨーク部材を含んで前記閉磁路が形成されていると共に、前記永久磁石が該閉磁路上で該ヨーク部材に取り付けられている一方、該ヨーク部材が該閉磁路における磁路長方向の少なくとも一方の側で該磁歪素子に対して軸直角方向に相対的な変位を許容されていると共に、かかる相対的な変位に際して該磁歪素子との間の対向距離が一定に保たれる状態で該ヨーク部材を該磁歪素子の外周面に対して対向位置させたことを、特徴とする。
［０００８］
このような第一の態様に従う構造とされた磁歪式振動発電装置によれば、振動部材から振動が入力されて、磁歪素子が変形することにより、逆磁歪効果に基づいて磁歪素子の透磁率が変化するようになっている。これにより、閉磁路に巻回されたコイルを貫通する磁束の量が変化することから、電磁誘導による誘導起電力が生ぜしめられて、もって、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す振動発電が実現される。
［０００９］
また、永久磁石を取り付けられるヨーク部材は、閉磁路の磁路長方向の少なくとも一方側において、磁歪素子に対する相対変位を許容されることから、磁歪素子の変形時にヨーク部材が追従して変形するのを防ぐことができる。それ故、ヨーク部材に取り付けられる永久磁石に対して、大きな荷重が入力されるのを防いで、永久磁石の損傷を回避することができる。
上記本発明の第一の態様に係る磁歪式振動装置においては、該ヨーク部材が該閉磁路における磁路長方向の少なくとも一方の側で該磁歪素子に対して軸直角方向に相対的な変位を許容されている態様が、採用されている。
第一の態様によれば、長手状とされた磁歪素子に曲げ変形が生じる場合に、磁歪素子とヨーク部材の相対変位が許容されることで、磁歪素子の側方に並列配置されるヨーク部材の変形が防止されて、永久磁石の損傷が回避される。なお、磁歪素子とヨーク部材の相対的な変位が許容される方向は、磁歪素子の長さ方向に対して直交する方向に厳密に限定されるものではなく、実質的に磁歪素子の長さ方向に対して直交する方向であれば、多少の傾きは許容されて、同様の効果を奏する。
［００１０］
本発明の第二の態様は、第一の態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記ヨーク部材には前記閉磁路上で前記磁歪素子に向かって突出する
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
図られる。
［００１６］
本発明の第五の態様は、第一の態様に記載された磁歪式振動装置において、前記ヨーク部材には前記閉磁路上で前記磁歪素子に向かって突出する突出部が設けられており、該突出部が該磁歪素子に対して相対変位可能に摺接しているものである。
［００１７］
第五の態様によれば、ヨーク部材と磁歪素子が接触していることから、比較的に磁力の小さい永久磁石によっても、有効なバイアス磁界を得ることができる。従って、永久磁石の小型化や低コスト化が可能となり得る。
［００１８］
本発明の第六の態様は、第一〜第五の何れか１つの態様に記載された磁歪式振動装置において、前記磁歪素子の両端部が前記振動部材に取り付けられているものである。
［００１９］
第六の態様によれば、振動部材の変形によって磁歪素子の両端部間に強制力が及ぼされることから、磁歪素子における固有振動の共振現象だけによって磁歪素子を変形させる場合に比して、入力振動の周波数に影響されることなく、安定した発電が可能となる。
［００２０］
［００２１］
［００２２］
本発明の第七の態様は、第一〜第六の何れか１つの態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記磁歪素子の側方には、前記ヨーク部材とは別体で長手状の剛性部材が並列配置されて、該剛性部材の両端部が該磁歪素子に連結されているものである。
［００２３］
第七の態様によれば、磁歪素子と剛性部材が並ぶ方向の振動入力時に、磁歪素子に対して軸方向の圧縮歪みと引張歪みが交互に入力されることから、逆磁歪効果に基づく発電が効率的に実現される。
［００２４］
本発明の第八の態様は、第一〜第七の何れか１つの態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記振動部材に対してマス部材がゴム弾性体で連結されてマス−バネ振動系が構成されており、該マス部材に対して前記磁歪素子の少なくとも一方の端部が固定されることにより、該磁歪素子が該振動
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
系を介して該振動部材に取り付けられているものである。
［００２５］
第八の態様によれば、磁歪素子が取り付けられるマス部材がマス−バネ振動系を構成しており、かかるマス−バネ振動系の共振等による振動増幅作用に基づいて振動部材の振動に比して大きな振動が磁歪素子に及ぼされ得る。それにより、例えば磁歪素子を直接に振動部材に固定して取り付ける場合よりも、少なくともマス−バネ振動系における振動増幅周波数域において、大きな発電量を得ることも可能になる。
［００２６］
特に本態様では、マス部材とゴム弾性体とによるマス−バネ振動系に対して、磁歪素子も振動変形する一つの振動系を構成して、これら複数の振動系が、振動部材からの振動伝達系において直列的に配されて多自由度の振動系を構成していることから、チューニング自由度が一層大きくされる。その結果、例えば磁歪素子において一層大きな振動倍率を得ることが可能になると共に、広い周波数域または複数の周波数域の振動に対して磁歪素子に大きな振動変形を及ぼして優れた発電効率を実現することも可能になる。
［００２７］
本発明の第九の態様は、第八の態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記磁歪素子の固有振動数が、前記マス−バネ振動系の固有振動数に対して±√２倍の周波数域に設定されているものである。
［００２８］
第九の態様によれば、磁歪素子の振動とマス−バネ振動系の振動とを連成させることにより、例えば振動部材から及ぼされる振動を、振動部材から入
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月25日(2014.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪材料で形成された長手状の磁歪素子が少なくとも一方の端部を振動部材に取り付けられており、該磁歪素子を含んで構成される閉磁路上にコイルが巻回されていると共に、該閉磁路に対してバイアス磁界を印加する永久磁石が配設されており、該振動部材による振動が該磁歪素子に対して曲げ変形方向に及ぼされるようになっている磁歪式振動発電装置において、
磁性材料で形成されたヨーク部材が前記磁歪素子の側方に並列配置されて、該磁歪素子と該ヨーク部材を含んで前記閉磁路が形成されていると共に、前記永久磁石が該閉磁路上で該ヨーク部材に取り付けられている一方、該ヨーク部材が該閉磁路における磁路長方向の少なくとも一方の側で該磁歪素子に対して軸直角方向に相対的な変位を許容されていると共に、かかる相対的な変位に際して該磁歪素子との間で磁束を伝達する部位間の距離が一定に保たれる状態で該ヨーク部材を該磁歪素子の外周面に対して配置したことを特徴とする磁歪式振動発電装置。
【請求項２】
前記ヨーク部材には前記閉磁路上で前記磁歪素子に向かって突出する突出部が設けられており、該突出部が該磁歪素子に対して隙間をもって配置されている請求項１に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項３】
前記磁歪素子と前記突出部の間に形成される前記隙間が、前記振動部材において想定される通常の振動入力時に該磁歪素子と該突出部が離隔状態に保持される大きさとされている請求項２に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項４】
前記突出部には挿通孔が形成されており、前記磁歪素子が該挿通孔に前記隙間をもって挿通されている請求項２又は３に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項５】
前記ヨーク部材には前記閉磁路上で前記磁歪素子に向かって突出する突出部が設けられており、該突出部が該磁歪素子に対して相対変位可能に摺接している請求項１に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項６】
前記磁歪素子の両端部が前記振動部材に取り付けられている請求項１〜５の何れか１項に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項７】
前記磁歪素子の側方には、前記ヨーク部材とは別体で長手状の剛性部材が並列配置されて、該剛性部材の両端部が該磁歪素子に連結されている請求項１〜６の何れか１項に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項８】
前記振動部材に対してマス部材がゴム弾性体で連結されてマス−バネ振動系が構成されており、該マス部材に対して前記磁歪素子の少なくとも一方の端部が固定されることにより、該磁歪素子が該振動系を介して該振動部材に取り付けられている請求項１〜７の何れか１項に記載の磁歪式振動発電装置。
【請求項９】
前記磁歪素子の固有振動数が、前記マス−バネ振動系の固有振動数に対して±√２倍の周波数域に設定されている請求項８に記載の磁歪式振動発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
発明が解決しようとする課題
［０００６］
本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、磁歪素子による振動発電を有効に実現しつつ、永久磁石の損傷を防いで耐久性の向上を実現可能とされた、新規な構造の磁歪式振動発電装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
［０００７］
本発明の第一の態様は、磁歪材料で形成された長手状の磁歪素子が少なくとも一方の端部を振動部材に取り付けられており、該磁歪素子を含んで構成される閉磁路上にコイルが巻回されていると共に、該閉磁路に対してバイアス磁界を印加する永久磁石が配設されており、該振動部材による振動が該磁歪素子に対して曲げ変形方向に及ぼされるようになっている磁歪式振動発電装置において、磁性材料で形成されたヨーク部材が前記磁歪素子の側方に並列配置されて、該磁歪素子と該ヨーク部材を含んで前記閉磁路が形成されていると共に、前記永久磁石が該閉磁路上で該ヨーク部材に取り付けられている一方、該ヨーク部材が該閉磁路における磁路長方向の少なくとも一方の側で該磁歪素子に対して軸直角方向に相対的な変位を許容されていると共に、かかる相対的な変位に際して該磁歪素子との間で磁束を伝達する部位間の距離が一定に保たれる状態で該ヨーク部材を該磁歪素子の外周面に対して配置したことを、特徴とする。
［０００８］
このような第一の態様に従う構造とされた磁歪式振動発電装置によれば、振動部材から振動が入力されて、磁歪素子が変形することにより、逆磁歪効果に基づいて磁歪素子の透磁率が変化するようになっている。これにより、閉磁路に巻回されたコイルを貫通する磁束の量が変化することから、電磁誘導による誘導起電力が生ぜしめられて、もって、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す振動発電が実現される。
［０００９］
また、永久磁石を取り付けられるヨーク部材は、閉磁路の磁路長方向の少なくとも一方側において、磁歪素子に対する相対変位を許容されることから、磁歪素子の変形時にヨーク部材が追従して変形するのを防ぐことができる
【国際調査報告】
2014119202.tif 000018
2014119202.tif 000019
2014119202.tif 000020
2014119202.tif 000021