(57)【要約】【課題】振動発電機の磁気回路構造に改良を加えて大きな電力を得るとともに、振動方向を９０度転回する振動方向変換機構を備える振動発電機を提供する。【解決手段】ランタニド系希土類元素（Ｒ）のＴｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｈｏ、及び、Ｅｒの１種又は２種以上とＦｅのモル比が１：２で、かつ、ラーベス結晶構造を有するＲ−Ｆｅ2系超磁歪合金素子を銅線コイルで包囲し、該素子に振動を伝えて発電する振動発電機において、（a1）上記超磁歪合金素子の両端に、磁気バイアスを付与する強磁性磁石を配設し、さらに、両端の強磁性磁石の外側に、磁化増幅作用をなす磁性体の補助ヨークを配設して閉磁気回路を構成し、かつ、（ｂ）上記補助ヨークに、振動受け手段を接続したことを特徴とする振動発電機。【選択図】図１
2009296734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランタニド系希土類元素（Ｒ）のＴｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｈｏ、及び、Ｅｒの１種又は２種以上とＦｅのモル比が１：２で、かつ、ラーベス結晶構造を有するＲ−Ｆｅ2系超磁歪合金素子を銅線コイルで包囲し、該素子に振動を伝えて発電する振動発電機において、
（a1）上記超磁歪合金素子の両端に、磁気バイアスを付与する強磁性磁石を配設し、さらに、両端の強磁性磁石の外側に、磁化増幅作用をなす磁性体の補助ヨークを配設して閉磁気回路を構成し、かつ、
（ｂ）上記補助ヨークに、振動受け手段を接続した
ことを特徴とする振動発電機。
【請求項２】
ランタニド系希土類元素（Ｒ）のＴｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｈｏ、及び、Ｅｒの１種又は２種以上とＦｅのモル比が１：２で、かつ、ラーベス結晶構造を有するＲ−Ｆｅ2系超磁歪合金素子を銅線コイルで包囲し、該素子に振動を伝えて発電する振動発電機において、
（a2）上記超磁歪合金素子の間、及び、両端に、磁気バイアスを付与する強磁性磁石を配設し、さらに、両端の強磁性磁石の外側に、磁化増幅作用をなす磁性体の補助ヨークを配設して閉磁気回路を構成し、かつ、
（ｂ）上記補助ヨークに、振動受け手段を接続した
ことを特徴とする振動発電機。
【請求項３】
前記強磁性磁石がネオジム系希土類磁石であることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動発電機。
【請求項４】
前記磁性体が、電磁用純鉄、Ｆｅ−Ｎｉ系高透磁率合金、又は、ソフトフェライトであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動発電機。
【請求項５】
前記補助ヨークの長さが、Ｒ−Ｆｅ2系超磁歪合金素子の全長の５％以上１００％未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動発電機。
【請求項６】
前記振動発電機が、機械振動を９０度転回し、前記振動受け手段に伝達する振動方向変換機構を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動発電機。
【請求項７】
前記振動発電機の高さが１５０ｍｍ以下であり、水平に設置可能であることを特徴とする請求項６に記載の振動発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、経済活動を営む中で大量に放棄されている各種の機械振動を、実用的な電力に変換する振動発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランタニド系希土類元素（Ｒ）のＴｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｈｏ、及び、Ｅｒの１種又は２種以上とＦｅのモル比が１：２で、かつ、ラーベス結晶構造を有するＲ−Ｆｅ2系の超磁歪合金からなる素子に機械的な応力を加えると、希土類元素同士の４ｆ軌道電子間、Ｆｅ元素同士の３ｆ軌道電子間、及び、希土類元素とＦｅとの４ｆ−３ｄ軌道電子間において、電子の軌道角運動量とスピン角運動量との合成により磁気モーメントが発現する。
【０００３】
この磁気モーメントは、外部からの素子への機械的応力の大きさによって変化し、その結果、超磁歪合金素子の透磁率μが変化する。それ故、超磁歪合金素子の外周に銅線をコイル状に巻き廻しておくと、銅線の両端間に起電力が発生し、また、銅線の両端を結線して閉回路にすると、起電流が発生する。この物理現象は、逆磁歪効果、又は、Villari効果として知られている。
【０００４】
この逆磁歪効果を利用して発電をすることができるが、過去の研究報告例では、極めて微弱な電力しか得られていない。そのため、逆磁歪効果を利用する発電（以下「逆磁歪式発電」ということがある。）は、太陽光発電や風力発電とは異なる新発電方法として注目されたにもかかわらず、実用性に乏しい技術であると結論づけられていた。
【０００５】
また、逆磁歪式発電を行うために必要な機械振動源の探求が不十分であったこともあり、実用化は、間歇的な振動により得られる微弱な電力を蓄電器に充電して、それほど電力を必要としない用途に利用するという程度の発想の域にとどまり、逆磁歪式発電は、実用的価値の乏しいものであった。
【０００６】
特許文献１には、レールの下に配置したコイルを巻いた超磁歪素子と、コイルに発生する誘導起電力を蓄積する蓄積手段を備えた発電機が開示されているが、該発電機は、発生する誘導起電力が小さく、また、レール直下に設置しなければならないので、現実的なものではない。
【０００７】
結局、逆磁歪式発電は、原理的にはユニークな発電手法ではあるが、競合技術である太陽光発電や風力発電等にみられるような実用的展開が試みられないまま、現在に至っている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２７１８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来、逆磁歪式発電では大きな電力を得ることができないというのが定説である。本発明は、この定説を覆すべく、逆磁歪式振動発電機の磁気回路構造に改良を加えて、大きな電力を得ることを課題とする。
【００１０】
さらに、本発明は、逆磁歪式発電のためのエネルギー源、即ち、機械振動源として、例えば、電車や自動車が通過する時に継続的に発生する、地表に垂直な機械振動を有効に利用するため、振動方向を９０度転回する振動方向変換機構（以下、振動デフレクタということがある。）を備える振動発電機を提供することを課題とする。
【００１１】
これらの課題は、電車の運行に支障をきたさずに設置可能な、高さ寸法の低い振動発電機を開発し、例えば、山手線や地下鉄各線の線路の枕木上に、数千台、分散して設置し、電車が通過する時、線路の枕木に伝わる機械振動を電力に変換することを想定するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、先ず、逆磁歪式発電機構において、発電能力を、実用的な水準まで高める方策について、鋭意検討した。
【００１３】
その結果、先ず、（ｉ）希土類元素（以下、Ｒという。）のＴｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｈｏ及びＥｒ等の１種又は２種以上とＦｅの合金であて、ＲとＦｅのモル比が１：２で、かつ、ラーベス結晶構造を有するＲ−Ｆｅ2系の超磁歪合金素子を用いることとし、（ii）超磁歪合金素子の間及び両端に、磁気バイアスを付与するネオジム系希土類磁石（以下、ネオジム磁石という。）を配置して、磁気モーメントの変化の容易性を高め、かつ、（iii）それを核とする磁気回路全体を、ヨーク部材で閉磁気回路構造にすると、発電能力を実用的な水準まで高めることができることを見いだした。
【００１４】
次に、本発明者は、逆磁歪式発電機構を実用化する方策について、鋭意検討した。その結果、例えば、電車通過時に枕木に伝達される上下方向の機械振動を９０度転回して伝達するデフレクタ機構を用いれば、連続的に発生する大きな機械振動を利用することができ、逆磁歪式発電機構を実用化できることを見いだした。
【００１５】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は、以下の通りである。
【００１６】
（１）  ランタニド系希土類元素（Ｒ）のＴｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｈｏ、及び、Ｅｒの１種又は２種以上とＦｅのモル比が１：２で、かつ、ラーベス結晶構造を有するＲ−Ｆｅ2系超磁歪合金素子を銅線コイルで包囲し、該素子に振動を伝えて発電する振動発電機において、
（a1）上記超磁歪合金素子の両端に、磁気バイアスを付与する強磁性磁石を配設し、さらに、両端の強磁性磁石の外側に、磁化増幅作用をなす磁性体の補助ヨークを配設して閉磁気回路を構成し、かつ、
（ｂ）上記補助ヨークに、振動受け手段を接続した
ことを特徴とする振動発電機。
【００１７】
（２）  ランタニド系希土類元素（Ｒ）のＴｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｈｏ、及び、Ｅｒの１種又は２種以上とＦｅのモル比が１：２で、かつ、ラーベス結晶構造を有するＲ−Ｆｅ2系超磁歪合金素子を銅線コイルで包囲し、該素子に振動を伝えて発電する振動発電機において、
（a2）上記超磁歪合金素子の間、及び、両端に、磁気バイアスを付与する強磁性磁石を配設し、さらに、両端の強磁性磁石の外側に、磁化増幅作用をなす磁性体の補助ヨークを配設して閉磁気回路を構成し、かつ、
（ｂ）上記補助ヨークに、振動受け手段を接続した
ことを特徴とする振動発電機。
【００１８】
（３）  前記強磁性磁石がネオジム系希土類磁石であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の振動発電機。
【００１９】
（４）  前記磁性体が、電磁用純鉄、Ｆｅ−Ｎｉ系高透磁率合金、又は、ソフトフェライトであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の振動発電機。
【００２０】
（５）  前記補助ヨークの長さが、Ｒ−Ｆｅ2系超磁歪合金素子の全長の５％以上１００％未満であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の振動発電機。
【００２１】
（６）  前記振動発電機が、機械振動を９０度転回し、前記振動受け手段に伝達する振動方向変換機構を備えることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の振動発電機。
【００２２】
（７）  前記振動発電機の高さが１５０ｍｍ以下であり、水平に設置可能であることを特徴とする前記（６）に記載の振動発電機。
【発明の効果】
【００２３】
１０ｍｍφ×２５ｍｍ長の４本の超磁歪合金素子を用いた本発明の振動発電機は、超磁歪合金素子の体積が７．８５ｃｍ3、重量が７２．６ｇで、コンパクトながら、最大発電出力９．２Ｗ、実効発電出力４．６Ｗを達成している。
【００２４】
大きな機械振動源があることを前提にすれば、振動発電機によって発電される電力は、搭載する超磁歪素子の体積に比例するので、超磁歪素子の体積を増やせば、発電出力は増大する。例えば、発電機１台当りに、市販品として入手可能な、６２ｍｍφ×１２０ｍｍ長の超磁歪素子を搭載すれば、素子体積約３６０ｃｍ3、素子重量約３．３ｋｇで、実効発電出力２１０Ｗが可能となる。
【００２５】
したがって、大きな機械振動源に設置するのが容易な超小型の振動発電機を安価に製造することが可能になれば、数百台から数千台を振動源に分散して設置することにより、発電出力の点で、競合する発電方式と対抗可能となる。
【００２６】
超小型の振動発電機を、多数、分散して設置した振動発電機群は、全体として、連続発電が可能である。この理由の一つは、超磁歪素子が数十マイクロ秒台の高速応答性を備えていること、及び、回転機構を伴わない振動発電機に機械的な慣性負荷がかかることなく、瞬時発電開始及び瞬時発電停止が可能であることである。
【００２７】
機械的な振動は、すべからく生活環境を悪化に導く不快な副産物であるが、本発明によれば、機械的振動エネルギーを、電気エネルギーに変換するので、周囲に振動や騒音として放散される振動エネルギーを吸収、減衰することになり、その分、生活環境は確実に改善されることになる。このことは、本発明の副次的な効果であるが、本発明は、生活環境の改善に貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明を、図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１に、ランタニド系希土類元素（Ｒ）のＴｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｈｏ、及び、Ｅｒ等の１種又は２種類以上の元素Ｒと、Ｆｅとのモル比が１：２で、かつ、ラーベス結晶構造を有するＲ−Ｆｅ2系超磁歪合金素子の中で、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ合金の“Ｔｂ0.27Ｄｙ0.73Ｆｅ1.91”からなる“Terfenol−Ｄ系超磁歪素子”を用いて構成した、本発明の中核をなす発電ロッドの一態様を示す。
【００３０】
発電ロッド１zは、１０ｍｍφ×２５ｍｍ長の超磁歪素子１を４個、磁気バイアスを付与する１０ｍｍφ×５ｍｍ長のネオジム磁石２を２個（超磁歪素子１の両端に配置）、及び、同じく１０ｍｍφ×３ｍｍ長のネオジム磁石を３個（超磁歪素子１の間に配置）が、交互に配置され、１本の長尺棒状体に仕上げられている。
【００３１】
さらに、上記長尺棒状体の両端には、逆磁歪効果（Villari効果）による磁化の増幅を図るため、１０ｍｍφ×６５．５ｍｍ長の補助ヨーク３が配置され、全長２５０ｍｍの発電ロッド１zが構成されている。なお、補助ヨーク３は、透磁率μが高く、かつ、高飽和磁束密度を有する電磁用純鉄、Ｆｅ−Ｎｉ系高透磁率合金であるパーマロイ、又は、ソフトフェライトで作製したものが好ましい。
【００３２】
機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換する超磁歪素子と、補助ヨークを主体として構成される発電ロッド１zは、本発明において中核をなす構造体である。
【００３３】
発電ロッドの外周に配置されて、発電を担う発電用の銅線コイルと、その配置態様を、図５に示す。銅線コイル１７は、例えば、ベークライト管１７’の外周に、銅線が巻きつけられたもので、ベークライト管１７’の中に、発電ロッドが挿入される。
【００３４】
図２に、発電ロッド（図１、参照）と銅線コイル（図５、参照）を含めて構成した閉磁気回路構造体の一態様を示す。この構造体は、軟磁性材料からなる３本のロッドヨーク４、３本のロッドヨーク４を等間隔に固定する上部ヨーク盤５及び底部ヨーク盤６、及び、外部から機械振動を取り込む可動ヨーク７から構成されている。ちなみに、外部から取り込む機械振動は、図４に示すように、機械的振動受振ロッド１２から可動ヨーク７を介して発電ロッドに伝達される。
【００３５】
図３に、閉磁気回路構造体（図２、参照）を内部に収納して、機械的振動受振ロッド１２から可動ヨーク７を介して、発電ロッドに予荷重を印加する予荷重機構を示す。
【００３６】
３本の予荷重ボルト８（例えば、ＳＵＳ３０４製のボルト）が、上部基盤９と底部基盤１０の間に配置され、締め付けナット１１で上部基盤９に固定されている。締め付けナット１１により、内部に配置する発電ロッドに、予め、適正荷重、例えば、７〜１０ＭＰａの適正予荷重を印加する。
【００３７】
図４及び図６に、発電ロッド（図１、参照）、銅線コイル（図５、参照）、閉磁気回路構造体（図２、参照）、及び、予荷重機構を組み合わせて構成した逆磁歪式振動発電機を示す。
【００３８】
図４に示すように、逆磁歪式振動発電機において、銅線コイル端末リード線１６に、各種の負荷抵抗１３を配し、さらに、起電流を計測する電流計１４（具体的には、非接触タイプの電流プローブでオシロスコープに取り込む）と、起電圧を計測する電圧計１５（具体的には、電圧プローブでオシロスコープに取り込む）を接続すると、振動発電時の電流及び電圧を、オシロスコープにより、同一時間軸にてモニタすることができる。
【００３９】
図７に、逆磁歪式振動発電機の一設置態様を示す。図７（ａ）は、振動発電機の中核部を示し、図７（ｂ）は、振動発電機の正面態様を示し、図７（ｃ）は、振動発電機の正面態様を示す。
【００４０】
この逆磁歪式振動発電機においては、逆磁歪式振動発電機本体２７が、任意の周波数で駆動試験を実施することができる振動発生用の超磁歪アクチュエータ２８の上に、倒立で垂直に接続され、かつ、ガイドスタンド２９上に配した樹脂ベアリング１９を介して、垂直に保持されている。さらに、逆磁歪式振動発電機本体２７の上には、慣性質量（Reaction Mass）１８が積載されている。
【００４１】
図７に示す逆磁歪式振動発電機においては、振動発電機本体内部の発電ロッドに対し、直接的に、合計で１１．３９５ｋｇの負荷荷重、即ち、動的質量（Moving Mass）が加わる構造となっている。
【００４２】
慣性質量１８の上部に加速度センサを設置すれば、振動発電の実験中に、発電ロッドが受ける加速度（ｍ/ｓ2）を、オシロスコープ上でモニタすることができる。
【００４３】
ちなみに、加速度センサにより動的質量Ｍ（kg）の加速度α（ｍ/ｓ2）を計測すれば、逆磁歪式振動発電機に搭載した超磁歪素子に、外部から加えられる機械的エネルギーＥm（Ｗ）は、次式により算出することができる。
Ｅm＝Ｍα×（Ｘ0／２）／（１／（ｆ×２））＝ＭαＸ0ｆ（Ｗ）・・・・（１）
ここで、Ｘ0：ピーク・ツー・ピーク変位（ｍ）、ｆ：駆動周波数（Ｈz）である。
【００４４】
なお、周波数を２倍した理由は、発電は、超磁歪素子が圧縮された時にも、圧縮から開放されて元の長さに戻る時にも、同じく発現することによる。
【００４５】
したがって、逆磁歪式振動発電機により発電された電力エネルギーＥe（Ｗ）に対する発電効率Ｇeffは、次式により求めることができる。
Ｇeff＝Ｅe／Ｅm・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【００４６】
振動発電機の設置は、外部からの機械振動が、直接、効率良く振動発電機に伝達するように、振動発電機を、機械振動が伝達する基礎部に埋設して、直接、機械振動を受けるようにする。設置工事の煩雑さを回避して、設置コストを低減し、また、設置を容易にする観点から、機械振動が伝達する基礎部の上に、振動発電機を垂直に設置するか、又は、水平に設置して、慣性質量（Reaction Mass）を利用する形態が好ましい。
【００４７】
図８に、振動デフレクタ機構を搭載した水平逆磁歪式振動発電機の一態様を示す。図８（ａ）は、水平逆磁歪式振動発電機の正面態様を示し、図８（ｂ）は、水平逆磁歪式振動発電機の平面態様を示し、図８（ｃ）は、水平逆磁歪式振動発電機の側面態様を示す。上下に地表に垂直方向に発生する機械振動の方向を９０度転回して、水平方向の振動として、水平に設置した逆磁歪式振動発電機に伝達する。
【００４８】
図８において、ベアリング２３を中心にして振動する振動デフレクタの一端が、超硬球２１を介して、振動発電機本体２０の受信ロッド２２に連結されている。振動発電機本体２０は、発電機ホルダー兼慣性重量２６で保持され、一方の振動デフレクタ２４は、アンカーボルト２５で固定されている。
【００４９】
図８に示す水平逆磁歪式振動発電機の高さを１５０ｍｍ以下とすれば、電車の軌道を支える枕木上に設置しても電車の運行に支障をきたさないので、電車の運行により連続して大量に発生する振動エネルギーを電力に変換することができる。
【実施例】
【００５０】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００５１】
（実施例１）
図７に示すように、振動発電機を、起振用アクチュエータの上に配置し、起振用アクチュエータを、任意の駆動周波数、かつ、任意の駆動出力変位で振動させて、発生する起電流及び起電圧を同時に計測した。
【００５２】
表１に、線径０．２５ｍｍφ、コイル巻数１０００巻、コイル長さ１２０ｍｍ、コイル直流抵抗値１８．５Ωの銅線コイルを用い、動的質量１１．３９５ｋｇで振動させて行った逆磁歪式発電試験の結果を示す。
【００５３】
【表１】
2009296734.tif 000003
【００５４】
（実施例２）
表２に、線径０．２５ｍｍφ、コイル巻数２０００巻、コイル長さ１２０ｍｍ、コイル直流抵抗値３８Ωの銅線コイルを用い、動的質量１１．４２５ｋｇで振動させて行った逆磁歪式発電試験の結果を示す。なお、動的質量が、実施例１の動的質量と異なる理由は、銅線コイルの巻数の違いにより、コイル重量が変化したことによる。
【００５５】
【表２】
2009296734.tif 000004
【００５６】
（実施例３）
表３に、線径０．２５ｍｍφ、コイル巻数４０００巻、コイル長さ１２０ｍｍ、コイル直流抵抗値８１．５Ωの銅線コイルを用い、動的質量１１．４８５ｋｇで振動させて行った逆磁歪式発電試験の結果を示す。
【００５７】
【表３】
2009296734.tif 000005
【００５８】
（実施例４）
表４に、線径０．５ｍｍφ、コイル巻数１０００巻、コイル長さ１２０ｍｍ、コイル直流抵抗値５．４Ωの銅線コイルを用い、動的質量１１４７５ｋｇで振動させて行った逆磁歪式発電試験の結果を示す。
【００５９】
【表４】
2009296734.tif 000006
【００６０】
（実施例５）
表５及び図９に、線径０．６ｍｍφ、コイル巻数２５９０巻、コイル長さ１２０ｍｍ、コイル直流抵抗値１２．１Ωの銅線コイルを用い、動的質量１１．９４０ｋｇで振動させて行った逆磁歪式発電試験の結果を示す。
【００６１】
【表５】
2009296734.tif 000007
【００６２】
以上、５種類の線径及び巻数が異なる銅線コイルを用いて逆磁歪式発電試験を実施した結果において、最も大きな電力が得られたのは、実施例５における試験Ｎｏ．２７であった。この時、得られた電力は、最大電力９．１８Ｗ、実効電力４．５９Ｗであった。
【００６３】
ちなみに、この時、加速度センサにて、逆磁歪式振動発電機の内部に搭載した超磁歪素子が外部からの機械振動によって伸縮する時の加速度α＝３０４（ｍ/ｓ2）を計測した結果を、前述の（１）式に代入して、機械的振動エネルギーＥmを求めると、（３）式となる。
Ｅm＝Ｍα×（Ｘ0／２）／（１／（ｆ×２））＝ＭαＸ0ｆ（Ｗ）      ・・・（１）
Ｅm＝１１．９４０×３０４×１００×１０-6×１２９＝４６．８（Ｗ）・・・（３）
【００６４】
次に、（３）式より得られたＥm＝４６．８（Ｗ）と、前述の実効電力Ｅe＝４．５９（Ｗ）を（２）式に代入して、発電効率Ｇeffを求めると（４）式となる。
Ｇeff＝Ｅe／Ｅm＝４．５９／４６．８＝０．０９８１                ・・・（４）
【００６５】
即ち、前述（４）式から、機械的振動エネルギーの約９．８％が、実効電力ベースで、電気エネルギーに変換されていることが分かった。ちなみに、発電効率を、最大電力ベースでみると、１９．６％であった。
【００６６】
なお、今回の試験で、最大の起電圧が得られたのは、実施例５における試験Ｎｏ．２５の時で、最大起電圧は、±３９．２Ｖであった。また、今回の試験で、最大の起電流が得られたのは、実施例４における試験Ｎｏ．２４の時で、最大起電流は、±１．３２Ａであった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、都市部にあって、比較的狭いエリア内で集中的に大きな機械振動が得られる、例えば、山手環状線や、地下鉄線において実施するのが好ましい。
【００６８】
本発明は、線路を支える枕木が、電車通過時に受ける大きな機械振動から、電力を生産する実用的規模の振動発電機であり、振動発電機が個々に発電する発電量は小さくても、振動発電機自体がコンパクトであり、かつ、設置コストが安価であるので、数百〜数千台を、枕木上に分散して設置すれば、発電機の数の力で、太陽光発電や風力発電による発電量に対抗することができる。
【００６９】
そのためには、枕木間に設置して電車の運行に支障をきたさないように、振動発電機の高さを１５０ｍｍ以下に抑えることが必須となるが、本発明は、振動デフレクタ機構を配置することにより、振動発電機の高さを１５０ｍｍ以下に抑えることが実現できる。
【００７０】
さらに、本発明によれば、例えば、九十九里浜のような長大な海岸線に沿って、振動発電機を数千台設置し、波浪エネルギーから電力を生産することも実現可能となる。
【００７１】
海岸に押し寄せる波は、横一線に同期している訳ではなく、寄せ波と引き波が、それぞれ、５０〜１００ｍ位の幅で交互に押し寄せているので、海岸線に沿って、振動発電機を数千台配置することにより、個々の振動発電機による発電時間が短くても、振動発電機群全体としては、発電力を連続的に確保しながら、大きな電力を生産することができる。
【００７２】
その他、都市部にあっては、工場の電動機や工作機から恒常的に生じる機械振動や、高速道路の橋桁や橋脚に発生する機械振動から、本発明を用いることにより、環境破壊を伴わずに、クリーンな電力を生産することができれば、社会的、経済的な貢献は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】逆磁歪式振動発電機の中核であり、超磁歪合金素子とネオジム磁石を交互に積層し、さらに、その両端に、長尺の電磁用純鉄等の軟磁性補助ヨークを設置して、超磁歪合金素子の内部で機械振動により発現する磁化の変化を増幅する、超磁歪合金素子と補助ヨークの構成を示す図である。
【図２】図１に示す超磁歪合金素子と補助ヨークに対する閉磁気回路の構成を示す図である。電磁用純鉄等の軟磁性材料よりなる３本のロッドヨーク、上部ヨーク盤、底部ヨーク盤、及び、外部から機械振動を取り込む可動ヨークより構成されている。
【図３】図２に示す磁気回路機構の外側に配置される予荷重機構の構成を示す図である。ＳＵＳ３０４（非磁性ステンレス鋼）製の３本の予荷重ボルト、上部基盤、底部基盤よりなり、締め付けナットにより、内部に挿入される超磁歪合金素子に、７〜１０ＭＰａの適正予荷重が印加される。
【図４】逆磁歪式振動発電機の構成を示す図である。超磁歪合金素子の外周に配置した銅線コイルの端末リード線に、各種の負荷抵抗を繋いで、起電流と起電圧を、オシロスコープ上でモニタすることができる。
【図５】ベークライト管の上に、銅線を巻き回して作製した発電用の銅線コイルの態様を示す図である。ベークライト管の内部に、図１に示す超磁歪合金素子及び補助ヨークが挿入される。なお、ベークライト管に予荷重は一切かからない構造となっている。
【図６】逆磁歪式振動発電機の構成を示す図である。超磁歪合金素子、磁化増幅補助ヨーク、及び、銅線コイルの位置関係を示している。
【図７】逆磁歪式発電の実験を行うために、逆磁歪式振動発電機を起振用アクチュエータに接続した態様を示す図である。（ａ）は、振動発電機の中核部を示し、（ｂ）は、振動発電機の正面態様を示し、（ｃ）は、振動発電機の正面態様を示す。逆磁歪式振動発電機の上には、慣性質量が積載されている。なお、逆磁歪式振動発電機は、外側に設置されたガイドスタンドに配置された樹脂ベアリングにより、倒壊することなく、上下の振動を受けている。
【図８】振動デフレクタ機構を搭載した水平逆磁歪式振動発電機の構成を示す図である。（ａ）は、水平逆磁歪式振動発電機の正面態様を示し、（ｂ）は、水平逆磁歪式振動発電機の平面態様を示し、（ｃ）は、水平逆磁歪式振動発電機の側面態様を示す。地表に垂直方向に発生する機械振動を９０度転回して水平方向の振動として、該振動を、水平に設置した逆磁歪式振動発電機に伝達する。
【図９】実施例５の試験Ｎｏ．２７における発電力と負荷抵抗の関係を示す図である。負荷抵抗３０Ωの時、最大電力９．１８Ｗ、実効電力４．５９Ｗが得られている。
【符号の説明】
【００７４】
１    超磁歪素子
１z    発電ロッド
２    ネオジム磁石
３    補助ヨーク
４    ロッドヨーク
５    上部ヨーク盤
６    底部ヨーク盤
７    可動ヨーク
８    予荷重ボルト
９    上部基盤
１０    底部基盤
１１    締め付けナット
１２    機械的振動受振ロッド
１３    負荷抵抗
１４    電流計
１５    電圧計
１６    銅線コイルの端末リード線
１７    銅線コイル
１７’    ベークライト管
１８    慣性質量
１９    樹脂ベアリング
２０    発電機本体
２１    超硬球
２２    受振ロッド
２３    ベアリング
２４    振動デフレクタ
２５    アンカーボルト
２６    発電機ホルダー兼慣性質量
２７    逆磁歪式振動発電機本体
２８    起振用アクチュエータ
２９    ガイドスタンド
【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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