(57)【要約】【課題】バイアス磁石の選択性を向上できる発電装置を提供する。【解決手段】磁歪材料で構成された磁歪体２と、磁歪体２に巻かれたコイル３と、磁歪体２に磁界を印加することにより、コイル３の中心を通る中心方向に沿った方向に磁歪体２の磁化方向を配向させるバイアス磁石４とを備え、中心方向に沿った方向に磁歪体２を伸張、収縮させることによって発電を行う発電装置において、磁歪体２をＦｅＳｉＢ合金で構成し、９２．３［Ｏｅ］以下の磁界が印加されるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪材料で構成された磁歪体（２）と、
前記磁歪体に巻かれたコイル（３）と、
前記磁歪体に磁界を印加することにより、前記コイルの中心を通る中心方向に沿った方向に前記磁歪体の磁化方向を配向させるバイアス磁石（４）と、を備え、
前記中心方向に沿った方向に前記磁歪体を伸張、収縮させることによって発電を行う発電装置において、
前記磁歪体は、ＦｅＳｉＢ合金で構成され、９２．３［Ｏｅ］以下の磁界が印加されることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記磁歪体は、磁歪材料で構成される磁歪素子（２ａ）が複数積層されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記バイアス磁石が生成する磁界を弱める磁界弱化手段（５）を有し、
前記バイアス磁石は、９２．３［Ｏｅ］より大きい磁界を生成するもので構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記磁歪体と並列に配置され、前記バイアス磁石が生成する磁界を分岐させる磁界分岐手段（６、７）を備えており、
前記バイアス磁石は、９２．３［Ｏｅ］より大きい磁界を生成するもので構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の発電装置。
【請求項５】
前記磁界分岐手段は、磁性体（６）であることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記磁界分岐手段は、磁歪材料で構成された磁歪体（７）であることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項７】
前記磁界分岐手段としての磁歪体にコイル（３）が巻かれていることを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪材料で構成された磁歪体を有する発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の発電装置として、磁歪材料で構成された磁歪体と、この磁歪体に巻かれたコイルと、磁界を印加することで磁歪体の磁化方向をコイルの中心を通る中心方向に沿った方向に配向させるバイアス磁石とを有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような発電装置では、磁歪体がコイルの中心方向に沿った方向に伸張、収縮されることによって磁歪体の磁束密度が変化する。このため、コイルを貫く磁束密度が変化し、当該磁束密度の変化に応じて発生する誘導起電圧および誘導電流を用いた発電が行われる。なお、この発電装置では、磁歪体として、Ｆｅ−Ｇａ合金が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４９０５８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、磁歪体としてＦｅ−Ｇａ合金を用いると磁歪定数が高いため、磁歪体の磁化方向を揃えるためのバイアス磁石として大きな磁界を生成するものを用いなければならず、バイアス磁石の選択性が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、バイアス磁石の選択性を向上できる発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、磁歪材料で構成された磁歪体（２）と、磁歪体に巻かれたコイル（３）と、磁歪体に磁界を印加することにより、コイルの中心を通る中心方向に沿った方向に磁歪体の磁化方向を配向させるバイアス磁石と、を備え、中心方向に沿った方向に磁歪体を伸張、収縮させることによって発電を行う発電装置において、磁歪体は、ＦｅＳｉＢ合金で構成され、９２．３［Ｏｅ］以下の磁界が印加されることを特徴としている（図３参照）。
【０００８】
これによれば、磁歪体には９２．３［Ｏｅ］以下の磁界が印加されればよいため、小さな磁界を生成するバイアス磁石を用いることもできる。このため、バイアス磁石の選択性を向上できる。
【０００９】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態における発電装置の平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す発電装置の断面図である。
【図２】図１Ｂに示す発電装置における梁部の振動方向を示す図である。
【図３】磁歪体に印加される磁界強度と磁化変化量との関係を示す実験結果である。
【図４】本発明の第２実施形態における発電装置の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態における発電装置の断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態における発電装置の平面図である。
【図７】本発明の第５実施形態における発電装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。発電装置は、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、一面１ａおよび他面１ｂを有する平面矩形状とされ、ステンレス等で構成される梁部１を備えている。そして、この梁部１の一面１ａに、磁歪材料で構成される磁歪体２が図示しない接着剤等を介して搭載されている。具体的には、磁歪体２は、ＦｅＳｉＢ合金で構成されている。
【００１３】
そして、磁歪体２を囲むように、エナメル線等で構成されるコイル３が巻かれている。また、梁部１の一端部（図１中紙面左側の端部）には、バイアス磁石としての永久磁石４が配置されている。永久磁石４は、磁歪体２に磁界を印加することで磁歪体２の磁化方向をコイル３の中心方向に沿った方向に配向させるものである。本実施形態では、永久磁石４は、梁部１側にＮ極が位置し、梁部１側と反対側にＳ極が位置するように配置されている。
【００１４】
このような発電装置では、例えば、図２に示されるように、梁部１の他端部（図１中紙面右側の端部）が梁部１の一面１ａに対する法線方向（図２中紙面上下方向）に振動させられると、梁部１が変位することに伴い、磁歪体２がコイル３の中心方向に沿った方向に伸張、収縮する。具体的には、梁部１の他端部が一面１ａ側（図２中紙面上側）に変位した場合には、磁歪体２は収縮する。つまり、磁歪体２には圧縮応力が印加される。これに対し、梁部１の他端部が他面１ｂ側（図２中紙面下側）に変位した場合には、磁歪体２は伸張する。つまり、磁歪体２には引張応力が印加される。このため、磁歪体２の磁化は、逆磁歪効果によって増加または減少し、コイル３を貫く磁束密度が変化する。したがって、コイル３に電磁誘導によって誘導起電圧および誘導電流が発生する。
【００１５】
ここで、磁歪体２に印加される磁界強度と、磁歪体２に応力を印加したときの磁化変化量との関係について、ＦｅＳｉＢ合金とＦｅＧａ合金とを比較した結果について図３を参照しつつ説明する。なお、図３では、磁歪体２に応力が印加されていない状態を基準とし、磁歪体２に２００ｐｐｍの引張応力を印加したときの磁化変化量を示している。
【００１６】
図３に示されるように、ＦｅＧａ合金は、印加される磁界強度が２００Ｏｅまでは磁化変化量が次第に大きくなり、印加される磁界強度が２００Ｏｅより大きくなると磁化変化量が次第に小さくなる。これに対し、ＦｅＳｉＢ合金は、印加される磁界強度が５０Ｏｅまでは磁化変化量が次第に大きくなり、印加される磁界強度が５０Ｏｅより大きくなると磁化変化量が次第に小さくなる。そして、ＦｅＳｉＢの磁化変化量とＦｅＧａの磁化変化量とは、印加される磁界強度が９２．３Ｏｅのときに等しくなる。
【００１７】
なお、ここでは、磁歪体２に引張応力を印加した例について説明したが、磁歪体２に圧縮応力を印加した場合は、磁化変化量の符号が反対になるのみであり、ＦｅＳｉＢの磁化変化量とＦｅＧａの磁化変化量とが等しくなる磁界強度は変化しない。
【００１８】
このため、本実施形態では、永久磁石４は、磁歪体２に９２．３Ｏｅ以下の磁界を印加する構成とされており、より好ましくは、磁歪体２に５０Ｏｅの磁界を印加するものとするのがよい。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態では、磁歪体２に９２．３Ｏｅ以下の磁界を印加する永久磁石４を用いている。つまり、小さな磁界を生成する永久磁石４を用いることができ、永久磁石４の選択性を向上できる。
【００２０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して磁歪体２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００２１】
本実施形態では、図４に示されるように、磁歪体２は、ＦｅＳｉＢ合金で構成される複数の磁歪素子２ａが積層されて構成されている。なお、各磁歪素子２ａは、図示しない接着剤等によって接合されている。
【００２２】
これによれば、磁歪体２は、梁部１の面方向に対する法線方向に沿った断面積が大きくなるため、磁化変化量の総量が大きくなって発電効果を高くできる。
【００２３】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して磁界弱化手段を配置したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００２４】
本実施形態では、図５に示されるように、永久磁石４と梁部１との間に、永久磁石４が生成する磁界（磁場）を弱めるための永久磁石５が配置されている。具体的には、この永久磁石５は、梁部１側にＳ極が位置し、永久磁石４側にＮ極が位置するように配置されている。つまり、永久磁石４が生成する磁界を弱めるように配置されている。なお、本実施形態では、永久磁石５が本発明の磁界弱化手段に相当している。
【００２５】
これによれば、永久磁石５の構成を適宜変更することにより、永久磁石４として９２．３Ｏｅより大きい磁界を生成するものを用いても、磁歪体２に９２．３Ｏｅ以下の磁界が印加されるようにできる。このため、永久磁石４の選択性をさらに向上できる。
【００２６】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して磁歪体２と並列に磁界分岐手段を配置したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００２７】
本実施形態では、図６に示されるように、梁部１は、平面矩形状とされた磁歪体２を搭載する本体部１０と、本体部１０の両端部に配置され、本体部１０の平面方向であって本体部１０の延設方向と直交する方向に突出した側部１１、１２とを有する略Ｕ字状とされている。また、側部１１には側部１２側と反対側に突出する突出部１３が備えられ、側部１２には側部１１側と反対側に突出する突出部１４が備えられている。また、永久磁石４は、突出部１３のうちの側部１２と反対側に備えられている。
【００２８】
そして、側部１１、１２の間のうちの本体部１０と反対側には、本体部１０と並列となるように、磁界分岐手段としての磁性体６が配置されている。この磁性体６は、例えば、軟磁性材料で構成されている。また、磁性体６は、図示しない接着剤等を介して側部１１、１２の間に配置されている。
【００２９】
これによれば、永久磁石４が生成する磁界は、磁歪体２および磁性体６に分割して印加される。つまり、磁性体６によって磁界分岐経路が形成される。このため、永久磁石４として９２．３Ｏｅより大きい磁界を生成するものを用いることもでき、永久磁石４の選択性をさらに向上できる。
【００３０】
なお、上記において、磁性体６は、磁性体６および側部１１、１２に一対の嵌合手段を形成し、磁性体６を側部１１、１２に嵌合させることによって側部１１、１２の間に配置するようにしてもよい。
【００３１】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対して磁界分岐手段を変更したものであり、その他に関しては第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３２】
本実施形態では、図７に示されるように、側部１１、１２の間には、２つの本体部１０ａ、１０ｂが配置され、本体部１０ａ、１０ｂおよび側部１１、１２によって枠構造が構成されている。そして、本体部１０ａに磁歪体２が配置されていると共に本体部１０ｂに磁界分岐手段としての磁歪体７が配置され、各磁歪体２、７を囲むようにそれぞれコイル３が巻かれている。
【００３３】
これによれば、永久磁石４が生成する磁界は、各磁歪体２、７に分割して印加される。つまり、磁歪体７によって磁界分岐経路が形成される。このため、上記第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、磁界分岐手段を磁歪体７で構成し、当該磁歪体７を囲むようにコイル３を巻いているため、当該コイル３からも誘導起電力および誘導電流を取り出すことにより、発電効率を向上できる。
【００３５】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００３６】
例えば、上記各実施形態において、永久磁石４は、梁部１の他端部側に配置されていてもよいし、梁部１の一端部側および他端部側の両方に配置されていてもよい。つまり、磁歪体２に磁界を印加することができるのであれば配置場所は適宜変更可能である。
【００３７】
また、上記第３実施形態において、永久磁石５は、梁部１の他端部側に配置されていてもよい。さらに、永久磁石５は、永久磁石４を挟んで梁部１と反対側に配置されていてもよい。つまり、永久磁石５は、永久磁石４が生成する磁界を弱めることができれば配置場所は適宜変更可能である。
【００３８】
さらに、上記第５実施形態において、磁界分岐手段としての磁歪体７には、コイル３が巻かれていなくてもよい。
【００３９】
そして、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、上記第２実施形態を第３〜第５実施形態に組み合わせ、磁歪体２を複数の磁歪素子２ａを積層して構成してもよい。また、上記第３実施形態を第４、第５実施形態に組み合わせ、磁界弱化手段としての永久磁石５を備えてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１      梁部
２      磁歪体
３      コイル
４      永久磁石（バイアス磁石）
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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