(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動源から振動を受ける支持台と、磁歪材料で構成された２本の棒状の磁歪部材と、該磁歪部材の間に連結されて振動する錘体と、
前記磁歪部材に接続してループ状の磁気回路を構成するための棒状又は円筒状の磁性部材と、前記磁気回路にバイアス磁場を供給する永久磁石と、前記磁気回路に鎖交するように巻かれた磁気コイルで構成された振動電力変換手段とを備え、
前記２本の磁歪部材を前記錘体に対して回転自由度を確保する部材を介して固定し、前記２本の磁歪部材が概略直線状となるように前記２本の磁歪部材の片端を前記支持台に対して回転自由度を確保する部材を介して固定し、前記錘体の振動に伴って前記振動電力変換手段の前記磁歪部材が伸張または収縮することにより発電することを特徴とする振動発電装置。
【請求項２】
前記振動電力変換手段は、前記磁歪部材と前記錘体とからなる振動部分の全長が、前記支持台の２箇所の固定位置の間隔よりわずかに長く、前記支持台と前記磁歪部材との前記２箇所の固定位置を結ぶ中心軸と前記磁歪部材とがなす角度が０度より大きく５度より小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。
【請求項３】
前記振動電力変換手段は、前記磁歪素子には主として圧縮力が作用するように、前記磁歪部材の両端に加わる張力を前記磁歪部材の内部で反転させて前記磁歪素子に伝達する構造を備えていることを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。
【請求項４】
前記振動電力変換手段には、前記錘体の周囲に円環状、円筒状または複数の突起物からなる振幅制限手段が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。
【請求項５】
前記振幅制限手段が、円環又は円筒状であるとともに前記振幅制限手段が１箇所以上の突起を前記錘体と接触する面に備えるか、または、前記振幅制限手段が複数の突起からなるとともに前記支持台の固定点を結ぶ中心軸からの距離が異なる突起を１つ以上備えることを特徴とする請求項４に記載の振動発電装置。
【請求項６】
前記振動電力変換手段は、前記磁歪部材を概略水平方向となるように配置するとともに前記錘体を弾性体で吊り下げることで重力による前記錘体の垂下を打ち消し、外部振動が無い場合の前記錘体の初期位置を前記中心軸上に保持させることを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、錘の両端を磁歪材で支持し、該磁歪材の支点と錘との接続点に回転自由度を持たせた振動発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動を利用した発電技術としては、圧電素子を利用した発電方法がよく知られている。圧電素子を利用した発電方法の多くは、圧電素子に何らかの方法で外部から力を加えることにより、圧電素子を変形させて発電するものである。
【０００３】
圧電素子を利用した発電方法としては、例えば、下記特許文献１に記載のものがある。すなわち、下記特許文献１では、音による空気の圧力変動を利用して圧電素子により発電する音力発電装置、および、振動による圧力変動を利用して圧電素子により発電する振動力発電装置が記載されている。
【０００４】
また圧電素子に代えて磁歪素子を利用した発電方法も提案されている。磁歪素子を利用した発電方法としては、例えば、下記特許文献２に記載のものがある。
図１３は、下記特許文献２に記載の振動を利用した発電素子の構成例を示す図である。すなわち、図１３（ａ）は、下記特許文献２に示された発電素子の構成を示す上面図、図１３（ｂ）は、下記特許文献２に示された発電素子の構成を示す側面図である。
【０００５】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）において発電素子１００は、連結ヨーク１００ａおよび１００ｂと、磁歪棒１１０ａおよび１１０ｂと、コイル１２０ａおよび１２０ｂと、永久磁石１４０ａおよび１４０ｂと、パッシブヨーク１５０とを備えて構成されている。
【０００６】
図１４は、図１３に示した発電素子を片持ち梁構成とした場合の発電装置の構成例を示す図である。図１４において発電装置は、発電素子１００の連結ヨーク１００ａを固定部材で固定した片持ち梁構成とし、連結ヨーク１００ｂに曲げ応力Ｐを印加することにより、磁歪棒１１０ａおよび１１０ｂが曲げ変形される。これにより磁歪棒１１０ａおよび１１０ｂに発生する逆磁歪効果により、コイル１２０ａおよび１２０ｂ（図１３（ａ）参照）を貫く磁束が変化することで、コイル１２０ａおよび１２０ｂに誘導電圧（または誘導電流）が発生する。これにより、発電素子１００に振動を印加することで発電が可能となるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１６６６９４号公報
【特許文献２】特許第４９０５８２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された圧電素子を利用する発電方法では、圧電素子を構成する圧電材料が脆性材料であり、曲げや衝撃に対して弱い材料である。そのため過度に力を加えることができず、発電量を増加させるために大きな曲げや衝撃を加えることが難しいという問題がある。また、圧電素子は低周波でインピーダンスが高く、圧電素子より低いインピーダンスを有する負荷を接続した際に、負荷に発生する電圧が小さくなるため、発電により得られる電力が小さくなり、発電の効率が低いという問題がある。
【０００９】
一方、特許文献２に記載された磁歪棒１１０ａおよび１１０ｂを構成する磁歪材料は、延性材料であり、圧電材料に比べて曲げや衝撃に強いため、大きな曲げや衝撃を加えることで発電量を増加させることが可能である。また素子のインピーダンスが圧電材料よりも低いことから、インピーダンスの低い負荷の接続による発電効率の低下が少ないため特許文献１に記載の圧電材料の問題点を解消することができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献２に記載された振動発電装置は、振動しながら磁歪棒の曲げ変形を発生させ発電するには振動源から大きな加振力を必要とするため、振動エネルギーの吸収が悪く発電効率が低下する、または錘の振動方向に直交する方向の外部振動では励振されないなどの問題点がある。
【００１１】
そこで本発明は、従来の磁歪素子を用いた振動発電装置における下記の問題点を解決しようとするものである。すなわち、
（１）効率よく発電できる振動源の周波数範囲が狭く、特定の共振周波数から離れた振動では発電効率が低下する。
（２）加振力が小さい振動源では、磁歪素子内部に発生する伸縮ひずみが小さいため、発電効率が低い。
（３）錘の振動方向に沿った外部振動のみに励振され、錘の振動方向に直交する外部振動に対しては発電効率が低い。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、２本の棒状の磁歪部材を錘体に対して回転自由度を確保する部材を介して固定し、前記２本の磁歪部材がなす角度が概略直線状になるように２本の磁歪部材の片端を支持台に対して同じく回転自由度を確保する部材を介して固定する。外部振動によって錘体が左右に振動すると、前記磁歪部材の張力が変動し磁歪部材のひずみが変化することに伴い、前記磁歪部材を通過する磁束密度も変化するため逆磁歪効果により誘導起電力がコイルの両端に発生することで発電を行うようにしたものである。
【００１３】
より具体的に示せば、請求項１に記載の発明は、振動源から振動を受ける支持台と、磁歪材料で構成された２本の棒状の磁歪部材と、該磁歪部材の間に連結されて振動する錘体と、前記磁歪部材に接続してループ状の磁気回路を構成するための棒状又は円筒状の磁性部材と、前記磁気回路にバイアス磁場を供給する永久磁石と、前記磁気回路に鎖交するように巻かれた磁気コイルで構成された振動電力変換手段とを備え、前記２本の磁歪部材を前記錘体に対して回転自由度を確保する部材を介して固定し、前記２本の磁歪部材が概略直線状となるように前記２本の磁歪部材の片端を前記支持台に対して回転自由度を確保する部材を介して固定し、前記錘体の振動に伴って前記振動電力変換手段の前記磁歪部材が伸張または収縮することにより発電することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記振動電力変換手段は、前記磁歪部材と前記錘体とからなる振動部分の全長が、前記支持台の２箇所の固定位置の間隔よりわずかに長く、前記支持台と前記磁歪部材との前記２箇所の固定位置を結ぶ中心軸と前記磁歪部材とがなす角度が０度より大きく５度より小さくされていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記振動電力変換手段は、前記磁歪素子には主として圧縮力が作用するように、前記磁歪部材の両端に加わる張力を前記磁歪部材の内部で反転させて前記磁歪素子に伝達する構造を備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記振動電力変換手段には、前記錘体の周囲に円環状、円筒状または複数の突起物からなる振幅制限手段が配置されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記振幅制限手段が、円環又は円筒状であるとともに前記振幅制限手段が１箇所以上の突起を前記錘体と接触する面に備えるか、または、前記振幅制限手段が複数の突起からなるとともに前記支持台の固定点を結ぶ中心軸からの距離が異なる突起を１つ以上備えることを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記振動電力変換手段は、前記磁歪部材を概略水平方向となるように配置するとともに前記錘体を弾性体で吊り下げることで重力による前記錘体の垂下を打ち消し、外部振動が無い場合の前記錘体の初期位置を前記中心軸上に保持させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、広い周波数範囲にわたる外部振動で高い発電効率が得られる振動発電装置を得ることが可能となる。
また磁歪素子は曲げ変形のように断面で応力分布が均等でない（圧縮力と引張応力が混在する）場合には、逆磁歪効果が打ち消しあって発電効率が低下するが、本発明では磁歪素子の長さ方向にのみ力が作用して均等に近い応力分布が得られるため、応力分布に起因する発電効率の低下は原理的に殆ど発生しないため発電効率を上げることができる。
【００２０】
更に本発明では、錘体は支持台の固定点を結ぶ中心軸方向には殆ど振動できないが、中心軸に直交する任意の方向に振動することができるため、高い発電効率が得られる。従来技術では、錘体の振動に沿った１軸方向の外部振動に対してある程度高い発電効率が得られるが、本発明では２軸方向の外部振動に対して高い発電効率が得られるため、１個の振動発電装置で従来技術より外部振動を有効利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る振動発電装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る振動発電装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る振動発電装置の構成を示す図である。
【図４】図３の内部構造を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る振動発電装置の構成を示す図である。
【図６】図５の内部構造を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る振動発電装置の構成を示す図である。
【図８】図７の内部構造を示す図である。
【図９】本発明の基本的概念を説明する図である。
【図１０Ａ】本発明の第１の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解を示す図（その１）である。
【図１０Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解を示す図（その２）である。
【図１０Ｃ】本発明の第１の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解を示す図（その３）である。
【図１０Ｄ】本発明の第１の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解（横置き）を示す図（その４）である。
【図１１Ａ】本発明の第２の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解を示す図（その１）である。
【図１１Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解を示す図（その２）である。
【図１２】本発明の振動発電装置を横置きした場合に錘体に作用する重力を打ち消すための構成例を示す図である。
【図１３】従来の発電素子の構成を示す上面図および側面図である。
【図１４】図１３に示した発電素子を片持ち梁構成とした場合の発電装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
本発明の実施形態を説明する前に、本発明の基本的概念について図９を用いて説明する。図９では振動発電装置を構成する磁石、ヨーク、コイルなどの部品を図示の簡略化のために示していない。磁歪部材（磁歪素子）の両端の固定点は、自由に回転できる部材（ボールジョイント、ユニバーサルジョイント、吊り金具など）で固定する。外部振動によって錘体が左右に振動すると、磁歪部材の張力が変動し磁歪部材のひずみが変化することに伴い、逆磁歪効果により磁歪部材（磁歪素子）を通過する磁束密度も変化するため誘導起電力がコイル（図示省略）の両端に発生することで発電を行う。
【００２３】
より具体的に説明すれば、図９において錘体を質量 m (スカラー量を表すので実際は斜体文字)の質点とみなし、錘の位置ベクトルを x (ベクトル量を表すので実際は太文字)とすれば、支持台と相対速度0で運動する観測者からみた錘体の運動方程式は、下記式（１）のように表される。
【００２４】
【数１】
0006303846.tif 000002
上記式（１）を整理すると、以下の式（２）を得る。
【００２５】
【数２】
0006303846.tif 000003
ここで、
【００２６】
【数３】
0006303846.tif 000004
と置いた。
【００２７】
なお、Ｕ(x)(ベクトル量を表すので実際は太文字)は、固定点の位置ベクトルｐ1，ｐ2から錘の位置ベクトルx に向かう単位ベクトルの平均値である。図９で水平方向以外の変位および減衰を無視し（y=z=c=0）(これらはスカラー量を表すので実際は斜体文字)、固定点の位置ベクトルｐ1およびｐ2と錘の位置ベクトルx がなす角をθ、x軸方向の単位ベクトルをexとすれば、
【００２８】
【数４】
0006303846.tif 000005
の関係より、上記式（２）は、次式（５）のようになる。すなわち、
【００２９】
【数５】
0006303846.tif 000006
となる。上記式（５）は錘をバネ定数2k(1-cosθ）(kはスカラー量を表すので実際は斜体文字)のバネにつなげた場合の運動方程式と等価であるので、この系の共振周波数は、次の式（６）で表すことができる。
【００３０】
【数６】
0006303846.tif 000007
上記式（６）から、以下に示すような結果が導かれる。
(イ)振幅が小さいほど低い周波数で共振する（θ→0のとき、f→0）(fはスカラー量を表すので実際は斜体文字)
(ロ)角度θが増加するにつれて共振周波数が高くなる（最大値√(2k/m)）(k，mはスカラー量を表すので実際は斜体文字)
上記（イ）の効果により、非常に低い周波数でも小さい振幅で共振することがわかる。また上記（ロ）の効果により周波数に応じて振幅と共振周波数が変化するため、広い範囲の周波数で励振することが可能である。
【００３１】
通常のバネ−錘系では共振周波数は√(k/m)(k,mはスカラー量を表すので実際は斜体文字)で変化しないため、共振周波数を小さくするには、k (スカラー量を表すので実際は斜体文字)を小さくする（柔らかいバネを使う）か、m (スカラー量を表すので実際は斜体文字)を大きくする（錘を重くする）ことが必要だが、本発明では低周波数でもθが小さくなることで自動的に共振する。また外部振動の周波数が一定である場合、上記式（６）の共振周波数で決まるθより振動が大きくなると共振しなくなるため、装置の破壊につながる無制限な振幅の増大が生じないという効果を有する。
【００３２】
さらに本発明の構造では、磁歪部材が錘体に及ぼす力のうち、図９の上下方向の成分が互いに打ち消しあって小さな振幅でも大きな力が発生するため、弱い振動から効果的に発電することができる。
【００３３】
［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動発電装置の構成を示す図である。図１において、本発明の第１の実施形態に係る振動発電装置は、一例として、２本の磁歪部材（磁歪素子）１の間に錘体２を固定し、磁歪部材１の残りの端を支持台３に固定する。磁歪部材１を固定する部材としてボールジョイント４を用いて回転自由度を持たせるようにしている。磁歪部材１とボールジョイント４との間は、ねじ込み、溶接、拡散摩擦接合など任意の方法で強固に固定する。
【００３４】
回転自由度を有する部材としては、ボールジョイントやユニバーサルジョイント、吊り金具などを使用することができる。本実施形態で必要な特性は以下のとおりである。
（ａ）強い引張力を加えても変形が少ない。
（ｂ）摩擦が少なく、滑らかに回転できる。
（ｃ）長い期間が経過しても磨耗が少なく、ガタつきがない。
（ｄ）張力だけでなく圧縮力も伝達できる（後述する第２の実施形態で必要となる）。
【００３５】
ジョイントの接合面は潤滑油や潤滑性のある素材を使用して摩擦を軽減することが望ましく、ボールベアリングを使用するのも良い。
図１では、中心軸が垂直方向となるように描かれているが、本装置は、中心軸が水平方向になるように配置しても発電可能である。しかし重力により錘体が下方向に変位した状態で安定するため共振が生じにくくなる。このような横置きの場合でも、図１２に示すように錘体２を弱いバネで吊り下げて重力を打ち消すことにより、縦置きの場合に近い発電特性を得ることができる。
【００３６】
磁歪部材１の周囲に導線を巻いたコイル５を設置し、コイル５の外側に磁石６を配置する。磁石６の極性はＮ-Ｓ方向が中心軸に沿うようにする。磁石６の両端には磁性体（磁性部材）７を固定して、磁石６から磁歪部材１を通る磁気回路を形成する。磁石６としてはネオジウム、フェライトなど任意の永久磁石を用いることができる。磁性体（磁性部材）７としては鉄やその合金など任意の強磁性体を用いることができる。
【００３７】
図１では、磁石６の長さとコイル５の長さをほぼ等しくしているが、磁気回路の磁束密度と磁石のコストを勘案して磁石６の長さを短くし、その代わりに磁性体（磁性部材）７を延長することもできる。実際にはコイル５の任意の場所から導線と接続端子により外部に電力を取り出すが、図１では導線や接続端子を省略している。
【００３８】
磁性体（磁性部材）７のいずれか片方は磁歪部材１に固定するが、もう片方は磁歪部材１との間にわずかな隙間を開けて磁歪部材１の伸縮を妨げないようにする。同様にコイル５も磁歪部材１に固着させない。
【００３９】
支持台３は高い剛性を持ち、変形しにくい材質と構造を選定する。この例ではステンレス（SUS304）の中空円筒としている。支持台３は実際には複数の部品から構成されるが、図１では部品の詳細については省略している。
【００４０】
上記した本発明の第１の実施形態における運動方程式（上述した式（２）参照）の数値解を図１０に示している。図１０の左側が加振から５秒後までの錘体の位置座標と磁歪部材の応力（引張応力が正の値）、右側が錘体のｘ−ｙ座標の軌跡である。計算条件は磁歪部材φ2×50mm、錘体の質量0.2kg、減衰比1％、外部振動による加速度はＦ/ｍ＝(Ｆdir/|Ｆdir|)gGsin(2πft)で与え（Ｆdir：振動方向ベクトル、m：質量、g：重力加速度=9.80665[m2/s]、G：最大加速度、f：周波数[Hz]、t：時刻[s]）(なお、m,g,G,f,tはスカラー量を表すので実際は斜体文字)、Ｆdir(振動方向ベクトル)は(1,1,0)で中心軸（Z軸）に直交する方向とした。
【００４１】
図１０Ａは本発明の第１の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解を示す図（その１）であり、外部振動の周波数3Hz、最大加速度0.3G、重力が -Z 方向(縦置き)の場合であって、最大応力振幅は14.7MPaとなった。図１０Ｂは本発明の第１の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解を示す図（その２）であり、周波数3Hz、最大加速度0.1Gの場合であって、最大応力振幅は9.9MPaとなり、最大加速度が1/3に低下しても応力振幅は2/3程度にしか低下しない。図１０Ｃは本発明の第１の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解を示す図（その３）であり、周波数1Hz、最大加速度0.3Gの場合であって、最大応力振幅は11.7MPaとなり、低い周波数でも発電可能であることが分かる。また周波数1Hzの外部振動より高い周波数で応力が変化しているため、低周波数でも高い発電出力が得られる。
【００４２】
図１０Ｄは本発明の第１の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解（横置き）を示す図（その４）であり、図１０Ａと同じ外部振動で水平配置した場合であって、-Y 方向の重力が外部振動より強いため、錘体はx=0mm、y=-1mm付近でほぼ安定するため、最大応力振幅は4.2MPaと垂直配置の場合の1/4程度に低下する。横置きでの発電効率を高めるには、重力による錘体の垂下を防ぐための図１２に示すように錘体を弱いバネで吊り下げる構成を採用することが望ましい。この方法を採用すれば重力の影響がなくなるため、図１０Ａと同等の最大応力振幅が得られる。
【００４３】
［実施形態２］
図２は、本発明の第２の実施形態に係る振動発電装置の構成を示す図である。図２において、本発明の第２の実施形態に係る振動発電装置は、磁歪部材（磁歪素子）１と錘体２とからなる振動部分の全長が、支持台３の２箇所の固定位置の間隔よりわずかに長く、２本の磁歪部材１がなす角度が１８０度より小さくなる構造とする。
【００４４】
この構造では、励振された錘体２が支持台３の２箇所の固定位置を結ぶ中心軸に接近すると、磁歪部材１には圧縮力が作用する。このため磁歪部材１に作用する応力振幅（圧縮力と引張応力の絶対値の合計）が大きくなり、発電出力が増加する。また、磁歪素子１の疲労破壊の原因となる最大引張応力が図１に示した構造より小さくなるため、磁歪部材１の耐久性が向上する。
【００４５】
図９に示すように、錘体２の初期位置を（x0,0,0）(x0はスカラー量を表すので実際は斜体文字)とすると、望ましい角度範囲はx0/L(なお、x0,Lはスカラー量を表すので実際は斜体文字)が1〜3％となる範囲である（Lは磁歪部材１の無荷重時の長さ）(Lはスカラー量を表すので実際は斜体文字)。中心軸と磁歪部材１がなす角度をθとすると、θ＝tan-1(x0/L)＝0.5〜2.0度である(なお、x0,Lはスカラー量を表すので実際は斜体文字)。望ましい角度範囲は材質や構造により変化するが、最大でも5度程度が上限と考えられ。角度θが大きすぎると錘体２が中心軸付近に移動できなくなって発電効率が低下し、θが小さいと磁歪部材１に作用する圧縮応力が小さくなり実施形態１と同じになってしまう。
【００４６】
本実施形態における運動方程式（上述した式（２））の数値解を図１１に示している。計算条件は図１０に示したのと同じに設定し、さらにx0/L(なお、x0,Lはスカラー量を表すので実際は斜体文字)は1.5％とした。
【００４７】
図１１Ａは本発明の第２の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解を示す図（その１）であり、外部振動の周波数3Hz、最大加速度0.3G、重力がZ軸方向(縦置き)の場合であって、最大応力振幅は29.2MPaと図１０Ａの約2倍に増加し、圧縮応力（負の値）が生じることが分かる。
【００４８】
図１１Ｂは本発明の第２の実施形態に係る振動発電装置を説明するための運動方程式の数値解を示す図（その２）であり、周波数1Hz、最大加速度0.1Gの場合であって、最大応力振幅は6.0MPaとなり、図１０Ｂより低くなった。これは錘体２が円を描くように中心軸の周囲を回転するためであり、振幅制限用に突起を配置（図３、請求項５参照）してこうした回転運動を防ぐことで応力振幅を増加させることができる。
【００４９】
［実施形態３］
図３および図４は、本発明の第３の実施形態に係る振動発電装置の構成を示す図である。図３および図４において、本発明の第３の実施形態に係る振動発電装置は、金具８により磁歪部材１に作用する力の向きを反転させ、圧縮応力が加わるように構成している。このように構成することで、磁歪部材１には疲労破壊の要因となる引張応力が作用しなくなり、耐久性が向上する。磁歪部材１は固定ピン１０で金具８に強固に固定（図４参照）され圧縮応力と引張応力の双方の力を受けるため、磁歪部材１と錘体２とからなる振動部分の全長を支持台３の２箇所の固定位置の間隔よりわずかに長く、また支持台３と磁歪部材１との前記２箇所の固定位置を結ぶ中心軸と磁歪部材１とがなす角度を０度より大きく５度より小さく構成する（請求項２参照）を同時に採用することも可能である。
【００５０】
錘体２は、錘体外周リング２ａに錘体ジョイントベース２ｃを入れた状態で錘体ジョイントカバー２ｂをねじ込むことにより、ボールジョイント４と一体化する。支持台筐体３ａの内径を適切に設定することで、錘体２の振幅を制限することができる。
【００５１】
また突起９ａは図１１Ｂのような回転運動を阻害するためのものである。支持台ジョイントカバー３ｂと支持台ジョイントベース３ｃはネジ１１で支持台筐体３ａに結合しているが、当然ながら他の方法で結合させても構わない。支持台スペーサ３ｄにはボールジョイント４の動きと支持台３全体の長さを調整する作用がある。
【００５２】
［実施形態４］
図５および図６は、本発明の第４の実施形態に係る振動発電装置の構成を示す図である。図５および図６において、本発明の第４の実施形態に係る振動発電装置は、上記した本発明の第３の実施形態に係る振動発電装置と同様に、磁歪部材１に作用する力を反転させているが、磁歪部材１と磁性体（磁性部材）７を円筒状の入れ子構造とすることで、上記した本発明の第３の実施形態に係る振動発電装置よりも部品数が少なくなるようにしている。
【００５３】
また磁石６を上下に分割し、磁極の向きを中心軸から外側に向かう方向と内側に向かう方向にすることで、磁歪部材１から磁性体（磁性部材）７を通る磁気回路を形成する。磁石６が十分に強ければ片方の磁石を磁性体（磁性部材）７に置き換えることもできる。
【００５４】
また金具８および磁歪部材１の内側にあるボールジョイント４からつながっている棒は、磁束が磁歪部材１以外の部分を通らないようにするため、ステンレスなど磁性のない金属（非磁性部材）とする必要がある。
【００５５】
支持台筐体３ａの形状は本実施形態４では直方体とし、振幅制限手段９として円形の穴を開けた板を内部に配置している。また突起９ａは第３の実施形態と同様に錘体２の回転運動を防ぐためのものである（図５セクションＣ-Ｃ参照）。
【００５６】
［実施形態５］
図７および図８は、本発明の第５の実施形態に係る振動発電装置の構成を示す図である。図７および図８において、本発明の第５の実施形態に係る振動発電装置は、上記した本発明の第１及び第２の実施形態に係る振動発電装置と同様に、磁歪部材１には主に引張応力が作用する。磁歪部材１を円筒状にして内部にコイル５、磁石６、磁性体（磁性部材）７を収納することでコンパクトな振動発電部としたものである。
【００５７】
また回転自由度を有して固定可能とする部材としてユニバーサルジョイント４ａ，４ｂを用いている。錘体２を中央のユニバーサルジョイント軸４ｂに固定することでユニバーサルジョイントの総数は３個となり、ボールジョイントを用いた他の実施形態よりジョイント数を１個少なくすることができる（図８参照）。
【００５８】
本実施形態５では、支持台３を籠状として錘体２の振動状況を観察できるようにしている。支持台３は十分な剛性があれば任意の形状で良く、例えば、コの字型や上記した第３及び第４の実施形態の支持台を部分的にカットした形状とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
上述した本発明の振動発電装置をワイヤレスセンサの電源装置として適用することで、ワイヤレスセンサにおける電力供給に関する問題点を克服することが可能となる。ワイヤレスセンサは、振動を計測するセンセとして、高速道路や鉄道、建物、回転機などの構造ヘルスモニタリング用の振動センサや加速度センサ、タイヤ圧のモニタリングセンサ等に既に実用されている。
【符号の説明】
【００６０】
１  磁歪部材（磁歪素子）
２  錘体
２ａ  錘体外周リング
２ｂ  錘体ジョイントカバー
２ｃ  錘体ジョイントベース
３  支持台
３ａ  支持台筐体
３ｂ  支持台ジョイントカバー
３ｃ  支持台ジョイントベース
３ｄ  支持台スペース
４  ボールジョイント(回転自由度を確保する部材)
４ａ  ユニバーサルジョイント継手
４ｂ  ユニバーサルジョイント軸
５  磁気コイル
６  磁石
７  磁性体（磁性部材）
８  金具（力の方向反転手段）
９  振幅制限手段
９ａ  突起
１０  固定ピン
１１  ネジ
１２  バネ（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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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