JP2014011843A

JP2014011843A - Vibration power generator and design method thereof

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Publication number: JP2014011843A
Application number: JP2012145603A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Funo; 宏樹布野; Yukinobu Okaura; 幸伸岡裏; Shunichi Shinobu; 俊一信夫; Toshiyuki Ueno; 敏幸上野
Original assignee: Kanazawa University NUC; Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Kanazawa University NUC; Toyo Tire Corp
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-01-20

Abstract

【課題】広い振動周波数帯域の振動に対応して効率よく発電することができる振動発電装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る振動発電装置１００は、２本の磁歪部２０２から構成される平行梁を有する磁歪発電ユニット２００と、ダイナミックダンパー３００とを備え、２本の磁歪部２０２の少なくとも１本は、磁歪材料で構成され、磁歪発電ユニット２００は、振動体から加えられた振動によって、２本の磁歪部２０２が同一平面内で振動するように、ダイナミックダンパー３００を介して振動体と接合されている。
【選択図】図１A vibration power generation apparatus capable of efficiently generating power corresponding to vibrations in a wide vibration frequency band is provided.
A vibration power generation apparatus according to the present invention includes a magnetostriction power generation unit having a parallel beam composed of two magnetostrictive portions and a dynamic damper, and at least one of the two magnetostrictive portions. The book is made of a magnetostrictive material, and the magnetostrictive power generation unit 200 is joined to the vibrating body via the dynamic damper 300 so that the two magnetostrictive portions 202 vibrate in the same plane due to vibration applied from the vibrating body. Has been.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、振動発電装置及び振動発電装置の設計方法に関する。特に、広い振動周波数帯域に対応した振動発電装置及び振動発電装置の設計方法に関する。 The present invention relates to a vibration power generator and a method for designing a vibration power generator. In particular, the present invention relates to a vibration power generation apparatus corresponding to a wide vibration frequency band and a method for designing the vibration power generation apparatus.

従来、風力や水力などの自然現象に起因して発生する振動や、機械や電気機器の稼働、車両の走行などの人工的な現象に起因して発生する振動現象を利用して発電する振動発電装置の開発がされている（例えば、特許文献１〜３参照）。 Conventionally, vibration power generation that generates power using vibrations that occur due to natural phenomena such as wind power and hydraulic power, and vibrations that occur due to artificial phenomena such as the operation of machines and electrical equipment and vehicle travel An apparatus has been developed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

特許文献１に係る振動発電装置は、共振を利用した発電素子であり、振動源と発電素子との間に任意のダイナミックダンパーが設けられている。そして、種々の周波数及び振幅を有する振動をダイナミックダンパーにより所定の共振周波数の振動として取り出し、電力に変換している。 The vibration power generation apparatus according to Patent Document 1 is a power generation element that uses resonance, and an arbitrary dynamic damper is provided between the vibration source and the power generation element. Then, vibrations having various frequencies and amplitudes are extracted as vibrations of a predetermined resonance frequency by a dynamic damper and converted into electric power.

特許文献２には、波力を利用した発電装置が開示されている。この発電装置は、発電装置に設けられた重量物および磁石側部材を波の振動に共振させる、または、波の振動に近い周波数の状態で振動させることにより、波の共振振動で発電部のコイルに誘電起電力を発生させることで発電を行っている。 Patent Document 2 discloses a power generation device using wave power. This power generator resonates a heavy object and a magnet-side member provided in the power generator with a wave vibration, or vibrates at a frequency close to the wave vibration, so that the coil of the power generation unit can generate the resonance of the wave. Power is generated by generating dielectric electromotive force.

特許文献３に記載の発電装置は、発電型ダイナミックダンパーの構成が記載されており、ダンパーマスの共振エネルギーを利用して発電が行われている。 The power generation device described in Patent Document 3 describes the configuration of a power generation type dynamic damper, and power is generated using the resonance energy of the damper mass.

特開２０００−１９７３７３号公報JP 2000-197373 A 特開２００７−１３２３３６号公報JP 2007-132336 A 特開２００９−１９６６０７号公報JP 2009-196607 A

しかしながら、上記した振動発電装置では、振動発電装置自身の共振周波数を利用するものではなく、主に振動源や振動源との間に設けられた構成の共振周波数を利用するものである。そのため、振動発電装置に生じる共振周波数帯域は、振動源や振動源との間に設けられた構成の共振周波数に限定されることになる。また、上記した振動発電装置は、振動源や振動源との間に設けられた構成の、１自由度の共振を利用する発電装置である。したがって、共振周波数帯域が小さく、かつ、その小さな共振周波数帯域でしか活用できない。よって、広い周波数帯域の振動を発生する振動源や、エンジン等の加振により振動周波数が変動する振動物において効率よく発電できないという問題がある。 However, the above-described vibration power generation apparatus does not use the resonance frequency of the vibration power generation apparatus itself, but mainly uses the resonance frequency of the configuration provided between the vibration source and the vibration source. Therefore, the resonance frequency band generated in the vibration power generator is limited to the resonance frequency of the configuration provided between the vibration source and the vibration source. Further, the vibration power generation apparatus described above is a power generation apparatus that uses a one-degree-of-freedom resonance having a configuration provided between the vibration source and the vibration source. Therefore, the resonance frequency band is small and can be used only in the small resonance frequency band. Therefore, there is a problem that power cannot be generated efficiently in a vibration source that generates vibrations in a wide frequency band or a vibrating object whose vibration frequency fluctuates due to vibration of an engine or the like.

そこで、本発明は、広い振動周波数帯域の振動に対応して効率よく発電することができる振動発電装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a vibration power generation apparatus that can efficiently generate power corresponding to vibrations in a wide vibration frequency band.

上記課題を解決するために、本発明に係る振動発電装置の一態様は、２本の梁部材から構成される平行梁を有する磁歪発電部と、ダイナミックダンパーとを備え、前記２本の梁部材の少なくとも１本は、磁歪材料で構成され、前記磁歪発電部は、振動体から加えられた振動によって、前記２本の梁部材が同一平面内で振動するように、前記ダイナミックダンパーを介して前記振動体と接合されている。 In order to solve the above-described problem, an aspect of the vibration power generation apparatus according to the present invention includes a magnetostrictive power generation unit having a parallel beam composed of two beam members, and a dynamic damper, and the two beam members. At least one of which is made of a magnetostrictive material, and the magnetostrictive power generation unit is configured to pass through the dynamic damper so that the two beam members vibrate in the same plane by vibration applied from a vibrating body. It is joined to the vibrating body.

この構成によれば、磁歪発電部の共振を利用した振動発電装置をダイナミックダンパーと組み合わせ、２自由度以上の振動の共振周波数を利用することにより、広い共振周波数帯域の振動に対して効率よく発電することができる。 According to this configuration, the vibration power generation device using the resonance of the magnetostrictive power generation unit is combined with the dynamic damper, and by using the resonance frequency of the vibration having two or more degrees of freedom, the power generation is efficiently generated with respect to the vibration in a wide resonance frequency band. can do.

また、前記ダイナミックダンパーは、前記磁歪発電部と接合されるダンパーウェイトと、前記ダンパーウェイト及び前記振動体のそれぞれに接合される粘弾性部材とを有し、前記粘弾性部材の損失係数は、０．２以上かつ０．３以下であることが好ましい。 The dynamic damper includes a damper weight joined to the magnetostrictive power generation unit and a viscoelastic member joined to each of the damper weight and the vibrating body, and the loss coefficient of the viscoelastic member is 0. It is preferably 2 or more and 0.3 or less.

この構成によれば、磁歪発電部の共振倍率のピーク値を下げることができ、かつ、周波数領域を広げることができる。また、共振倍率のピーク値を下げることができるので、磁歪発電部の破壊を抑制することができる。 According to this configuration, the peak value of the resonance magnification of the magnetostrictive power generation unit can be lowered and the frequency region can be widened. Moreover, since the peak value of the resonance magnification can be lowered, it is possible to suppress the destruction of the magnetostrictive power generation unit.

また、前記ダンパーウェイトは、前記振動体に対する前記平行梁の振幅倍率が、当該平行梁が降伏する振幅倍率の１／４以上かつ１／２以下となる重さを有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the damper weight has a weight such that an amplitude magnification of the parallel beam with respect to the vibrating body is ¼ or more and ½ or less of an amplitude magnification at which the parallel beam yields.

また、本発明に係る振動発電装置の設計方法の一態様は、前記振動発電装置は、２本の梁部材から構成される平行梁を有する磁歪発電部と、ダイナミックダンパーとを備え、前記２本の梁部材の少なくとも１本は、磁歪材料で形成され、前記磁歪発電部は、振動体から加えられた振動によって、前記２本の梁部材が同一平面内で振動するように、前記ダイナミックダンパーを介して前記振動体と接合され、前記ダイナミックダンパーは、前記磁歪発電部と接合されるダンパーウェイトと、前記ダンパーウェイト及び前記振動体のそれぞれに接合される粘弾性部材とを有しており、前記平行梁の共振周波数を取得するステップと、前記平行梁の共振周波数に合わせて、前記ダイナミックダンパーの共振周波数を決定するステップと、前記ダイナミックダンパーの共振周波数に応じて、前記ダイナミックダンパーの振幅倍率を決定するステップと、前記ダイナミックダンパーの振幅倍率に応じて、前記ダンパーウェイトの重さを決定するステップと、前記ダイナミックダンパーの振幅倍率に応じて、前記粘弾性部材の損失係数を決定するステップとを含む。 Further, according to one aspect of the design method of the vibration power generator according to the present invention, the vibration power generator includes a magnetostrictive power generator having a parallel beam composed of two beam members, and a dynamic damper. At least one of the beam members is formed of a magnetostrictive material, and the magnetostrictive power generation unit includes the dynamic damper so that the two beam members vibrate in the same plane due to vibration applied from a vibrating body. The dynamic damper has a damper weight joined to the magnetostrictive power generation unit, and a viscoelastic member joined to each of the damper weight and the vibrator, Obtaining a resonance frequency of the parallel beam; determining a resonance frequency of the dynamic damper according to a resonance frequency of the parallel beam; and Determining the amplitude magnification of the dynamic damper according to the resonance frequency of the damper, determining the weight of the damper weight according to the amplitude magnification of the dynamic damper, and according to the amplitude magnification of the dynamic damper. And determining a loss coefficient of the viscoelastic member.

また、前記粘弾性部材の損失係数を決定するステップにおいて、前記粘弾性部材の損失係数は、０．２以上かつ０．３以下の範囲で決定されることが好ましい。 In the step of determining the loss coefficient of the viscoelastic member, the loss coefficient of the viscoelastic member is preferably determined in the range of 0.2 to 0.3.

また、前記ダンパーウェイトの重さを決定するステップにおいて、前記ダンパーウェイトの重さは、前記振動体に対する前記平行梁の振幅倍率が、当該平行梁が降伏する振幅倍率の１／４以上かつ１／２以下となる範囲の重さに決定されることが好ましい。 Further, in the step of determining the weight of the damper weight, the weight of the damper weight is set so that an amplitude magnification of the parallel beam with respect to the vibrating body is not less than 1/4 of an amplitude magnification at which the parallel beam yields and 1 / It is preferable to determine the weight within a range of 2 or less.

本発明によると、広い振動周波数帯域の振動に対応して効率よく発電することができる振動発電装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration electric power generating apparatus which can generate electric power efficiently corresponding to the vibration of a wide vibration frequency band can be provided.

本発明の実施の形態に係る振動発電装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the vibration electric power generating apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図１に示した振動発電装置の模式図である。It is a schematic diagram of the vibration power generator shown in FIG. 図１に示した振動発電装置の振動の原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle of the vibration of the vibration electric power generating apparatus shown in FIG. 振動発電装置の振幅倍率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the amplitude magnification of a vibration electric power generating apparatus. 振動発電装置のバイアス磁界をパラメータとした圧縮応力による磁束密度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the magnetic flux density by the compressive stress which made the bias magnetic field of a vibration electric power generating device a parameter. 振動発電装置の損失係数を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the loss coefficient of a vibration electric power generating apparatus. 振動発電装置の損失係数の違いによる共振倍率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the resonance magnification by the difference in the loss coefficient of a vibration electric power generating apparatus. 振動発電装置のマス重量比の違いによる振幅倍率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the amplitude magnification by the difference in the mass weight ratio of a vibration electric power generating apparatus. 振動発電装置の損失係数が０．１のときの共振倍率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the resonance magnification when the loss coefficient of a vibration electric power generating apparatus is 0.1. 振幅倍率の極小値が１０倍以上で極大値が４０倍以下となるゴム３０４の損失係数Ｌ１とマス重量比の組み合わせを示す図である。It is a figure which shows the combination of the loss coefficient L1 and the mass weight ratio of the rubber | gum 304 from which the minimum value of an amplitude magnification becomes 10 times or more and a maximum value becomes 40 times or less. ゴムの損失係数を０．３とした場合の振幅倍率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of an amplitude magnification when the loss factor of rubber is set to 0.3. ゴムの損失係数を０．３５とした場合の振幅倍率の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of amplitude magnification when the loss factor of rubber | gum is 0.35. 本発明の実施の形態の変形例１に係る振動発電装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the vibration electric power generating apparatus which concerns on the modification 1 of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例２に係る振動発電装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the vibration electric power generating apparatus which concerns on the modification 2 of embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that each of the embodiments described below shows a specific example of the present invention. The numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connecting forms of the constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept are described as optional constituent elements.

（振動発電装置の構成）
はじめに、本実施の形態に係る振動発電装置１００の構成について説明する。 (Configuration of vibration power generator)
First, the configuration of the vibration power generation apparatus 100 according to the present embodiment will be described.

図１は、本実施の形態に係る振動発電装置１００の構成を示す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a vibration power generation apparatus 100 according to the present embodiment.

図１に示すように、振動発電装置１００は、ベースプレート４００と、ベースプレート４００の上に配置されたダイナミックダンパー３００と、ダイナミックダンパー３００の上に配置された磁歪発電ユニット２００とを備えている。 As shown in FIG. 1, the vibration power generation apparatus 100 includes a base plate 400, a dynamic damper 300 disposed on the base plate 400, and a magnetostrictive power generation unit 200 disposed on the dynamic damper 300.

ベースプレート４００は、例えば、アルミ等の金属であり、振動源の上に配置される。 The base plate 400 is, for example, a metal such as aluminum and is disposed on the vibration source.

ダイナミックダンパー３００は、磁歪発電ユニット２００に接合されたダンパーウェイト３０２と、本発明の粘弾性部材に相当するゴム３０４とで構成される。ゴム３０４は、上下左右方向に振動が可能であり、ベースプレート４００を介して伝達された振動源の振動をダンパーウェイト３０２に伝達する。ダンパーウェイト３０２は、例えば、鉄、鉛などの密度の高い金属で構成される。 The dynamic damper 300 includes a damper weight 302 joined to the magnetostrictive power generation unit 200 and a rubber 304 corresponding to the viscoelastic member of the present invention. The rubber 304 can vibrate in the vertical and horizontal directions, and transmits the vibration of the vibration source transmitted through the base plate 400 to the damper weight 302. The damper weight 302 is made of a metal having a high density such as iron or lead.

磁歪発電ユニット２００は、本発明の磁歪発電部に相当し、２本の磁歪部２０２と、磁歪部ウェイト２０４と、支持部２０６とを有している。 The magnetostrictive power generation unit 200 corresponds to the magnetostrictive power generation section of the present invention, and includes two magnetostrictive sections 202, a magnetostrictive section weight 204, and a support section 206.

磁歪部２０２は、本発明の梁部材に相当し、例えば、Ｇａ―Ｆｅ材料で構成された磁歪発電素子と、磁歪発電素子の周囲に巻き回されたコイル（図示せず）と、磁歪発電素子にバイアス磁界をかけるための永久磁石（図示せず）と、回磁用のヨーク（図示せず）とを備えている。２本の磁歪部２０２のそれぞれの一端は支持部２０６に接続され、他端は磁歪部ウェイト２０４に接続されている。したがって、磁歪発電ユニット２００は、２つの磁歪部２０２が互いに平行に配置された平行梁の構成をしている。 The magnetostrictive portion 202 corresponds to the beam member of the present invention. For example, the magnetostrictive power generation element made of a Ga—Fe material, a coil (not shown) wound around the magnetostrictive power generation element, and the magnetostrictive power generation element Are provided with a permanent magnet (not shown) for applying a bias magnetic field, and a revolving yoke (not shown). One end of each of the two magnetostrictive portions 202 is connected to the support portion 206, and the other end is connected to the magnetostrictive portion weight 204. Therefore, the magnetostrictive power generation unit 200 has a parallel beam configuration in which two magnetostrictive portions 202 are arranged in parallel to each other.

支持部２０６は、２本の磁歪部２０２の長辺が、ダンパーウェイト３０２とゴム３０４との接続面に対して略平行になるように、ダンパーウェイト３０２の上に配置されている。 The support portion 206 is disposed on the damper weight 302 so that the long sides of the two magnetostrictive portions 202 are substantially parallel to the connection surface between the damper weight 302 and the rubber 304.

このような構成により、振動源から与えられた上下方向の振動、つまり、ゴム３０４を圧縮する方向の振動が、ベースプレート４００、ゴム３０４、ダンパーウェイト３０２を介して磁歪発電ユニット２００に伝達される。磁歪発電ユニット２００は、上下方向、つまり、平行に配置された２本の磁歪部２０２を含む面方向に振動する。この振動により、磁歪部２０２の一方は伸張し他方は収縮する。したがって、磁歪発電ユニット２００には、磁束密度の変化が生じることになる。これにより、磁歪部２０２に巻き回されたコイルに磁束密度の変化に応じた電流が流れることにより、発電することができる。 With such a configuration, the vibration in the vertical direction given from the vibration source, that is, the vibration in the direction of compressing the rubber 304 is transmitted to the magnetostrictive power generation unit 200 via the base plate 400, the rubber 304, and the damper weight 302. The magnetostrictive power generation unit 200 vibrates in the vertical direction, that is, in the plane direction including two magnetostrictive portions 202 arranged in parallel. Due to this vibration, one of the magnetostrictive portions 202 expands and the other contracts. Therefore, a change in magnetic flux density occurs in the magnetostrictive power generation unit 200. As a result, power can be generated when a current corresponding to a change in magnetic flux density flows in the coil wound around the magnetostrictive portion 202.

なお、振幅方向はＸＹＺ方向のいずれでも可能である。また、磁歪部２０２の特性に合わせたダイナミックダンパー３００であれば、どのような形状であってもよい。また、平行梁を構成する２本の磁歪部２０２は、少なくとも１本が磁歪材料で構成されていればよい。 The amplitude direction can be any of the XYZ directions. Further, any shape may be used as long as the dynamic damper 300 is adapted to the characteristics of the magnetostrictive portion 202. Further, at least one of the two magnetostrictive portions 202 constituting the parallel beam only needs to be made of a magnetostrictive material.

ここで、振動発電装置１００においてダイナミックダンパー３００および磁歪発電ユニット２００は、それぞれの共振周波数を有する振動体であるため、上記した振動発電装置１００は、以下のようなモデルの振動系として考えることができる。図２は、図１に示した振動発電装置１００の模式図である。 Here, since the dynamic damper 300 and the magnetostrictive power generation unit 200 in the vibration power generation apparatus 100 are vibration bodies having respective resonance frequencies, the vibration power generation apparatus 100 described above can be considered as a vibration system of the following model. it can. FIG. 2 is a schematic diagram of the vibration power generation apparatus 100 shown in FIG.

図２に示すように、ダイナミックダンパー３００は、ダイナミックダンパーマス質量Ｍ１と、ゴムばね定数Ｋ１と、ゴム損失係数Ｌ１とを有する１自由度の振動系である。磁歪発電ユニット２００は、磁歪発電ユニットマス質量Ｍ２と、磁歪発電素子ばね定数Ｋ２と、磁歪発電素子損失係数Ｌ２とを有する１自由度の振動系である。また、図２に示すＸ０は振動体の振幅、Ｘ１は２自由度系におけるダイナミックダンパー３００の振幅、Ｘ２は２自由度系における磁歪発電ユニット２００の振幅を示している。 As shown in FIG. 2, the dynamic damper 300 is a one-degree-of-freedom vibration system having a dynamic damper mass M1, a rubber spring constant K1, and a rubber loss coefficient L1. The magnetostrictive power generation unit 200 is a one-degree-of-freedom vibration system having a magnetostrictive power generation unit mass M2, a magnetostrictive power generation element spring constant K2, and a magnetostriction power generation element loss coefficient L2. 2 represents the amplitude of the vibrating body, X1 represents the amplitude of the dynamic damper 300 in the two-degree-of-freedom system, and X2 represents the amplitude of the magnetostrictive power generation unit 200 in the two-degree-of-freedom system.

振動発電装置１００は、図２に示すような１自由度の振動系２つを組み合わせた２自由度の振動系モデルとして考えることができる。つまり、ダイナミックダンパー３００で構成される振動系と、磁歪発電ユニット２００で構成される振動系との組み合わせによる２自由度の振動系である。磁歪発電ユニット２００単体の共振を利用した振動発電装置をダイナミックダンパー３００と組み合わせ、２自由度以上の振動の共振周波数を利用することにより、以下のように磁歪発電ユニット２００の振動周波数帯域を拡大して、広い共振周波数帯域の振動を得ることができる。 The vibration power generation apparatus 100 can be considered as a two-degree-of-freedom vibration system model that combines two one-degree-of-freedom vibration systems as shown in FIG. That is, the vibration system is a two-degree-of-freedom vibration system that is a combination of the vibration system configured by the dynamic damper 300 and the vibration system configured by the magnetostrictive power generation unit 200. By combining the vibration power generation device using the resonance of the magnetostriction power generation unit 200 alone with the dynamic damper 300, the vibration frequency band of the magnetostriction power generation unit 200 is expanded as follows by using the resonance frequency of vibration having two or more degrees of freedom. Thus, vibrations in a wide resonance frequency band can be obtained.

（振動発電装置における振動の原理）
以下、振動発電装置１００における振動の原理について詳細に説明する。 (Principle of vibration in vibration power generator)
Hereinafter, the principle of vibration in the vibration power generator 100 will be described in detail.

図３は、図１に示した振動発電装置１００の振動の原理を説明するための模式図である。ここでは、振動体に設置されたベースプレート４００の振動周波数が１００Ｈｚを中心とした周波数帯域に存在する場合の計算例（シミュレーション）について説明する。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the principle of vibration of the vibration power generation apparatus 100 shown in FIG. Here, a calculation example (simulation) in the case where the vibration frequency of the base plate 400 installed in the vibrating body exists in a frequency band centered on 100 Hz will be described.

図３において、１自由度系の振動系であるダイナミックダンパー３００単体の共振周波数ｆ１および振幅倍率Ａ１は、それぞれ以下の（式１）、（式２）のように表される。 In FIG. 3, the resonance frequency f1 and the amplitude magnification A1 of the dynamic damper 300 alone, which is a one-degree-of-freedom vibration system, are expressed as (Equation 1) and (Equation 2) below, respectively.

ここで、Ｘ’１は、１自由度系におけるダイナミックダンパー３００の振幅を示している。 Here, X′1 represents the amplitude of the dynamic damper 300 in the one-degree-of-freedom system.

同様に、１自由度系の振動系である磁歪発電ユニット２００単体の共振周波数ｆ２および振幅倍率Ａ２は、それぞれ以下の（式３）、（式４）のように表される。 Similarly, the resonance frequency f2 and the amplitude magnification A2 of the magnetostriction power generation unit 200 alone, which is a one-degree-of-freedom vibration system, are expressed as (Equation 3) and (Equation 4) below, respectively.

ここで、Ｘ’２は、１自由度系における磁歪発電ユニット２００の振幅を示している。 Here, X′2 represents the amplitude of the magnetostrictive power generation unit 200 in the one-degree-of-freedom system.

また、２自由度系の振動系であるダイナミックダンパー３００および磁歪発電ユニット２００を組み合わせた振動発電装置１００における、磁歪発電ユニット２００の振幅倍率Ａ３は、以下の（式５）のように表される。 In addition, the amplitude magnification A3 of the magnetostrictive power generation unit 200 in the vibration power generation apparatus 100 in which the dynamic damper 300 and the magnetostrictive power generation unit 200, which are two-degree-of-freedom vibration systems, are combined is expressed as in the following (Equation 5). .

上記したモデルにより、磁歪発電ユニット２００単体、ダイナミックダンパー３００単体、ダイナミックダンパー３００および磁歪発電ユニット２００を組み合わせた振動発電装置１００のそれぞれの振幅倍率の周波数特性は、以下のように求めることができる。以下、各振幅倍率の周波数特性の計算（シミュレーション）結果について説明する。 Based on the above model, the frequency characteristics of the respective amplitude magnifications of the vibration power generation apparatus 100 combining the magnetostriction power generation unit 200 alone, the dynamic damper 300 alone, the dynamic damper 300 and the magnetostriction power generation unit 200 can be obtained as follows. Hereinafter, calculation (simulation) results of frequency characteristics of each amplitude magnification will be described.

図４は、シミュレーションにより得られた振幅倍率の周波数特性を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating frequency characteristics of amplitude magnification obtained by simulation.

ダイナミックダンパー３００と磁歪発電ユニット２００とを組み合わせた振動発電装置１００の振幅倍率、ダイナミックダンパー３００単体の振幅倍率、および、磁歪発電ユニット２００単体での振幅倍率のそれぞれの周波数特性を下記に示す。なお、本計算では、以下のパラメータを使用している。 The frequency characteristics of the amplitude magnification of the vibration power generation apparatus 100 combining the dynamic damper 300 and the magnetostriction power generation unit 200, the amplitude magnification of the dynamic damper 300 alone, and the amplitude magnification of the magnetostriction power generation unit 200 alone are shown below. In this calculation, the following parameters are used.

図４に示すように、磁歪発電ユニット２００単体の振幅倍率Ａ１は、共振周波数１００Ｈｚの付近で振幅倍率のピークが見られ、周波数帯域は９０〜１１０Ｈｚ程度である。また、ダイナミックダンパー３００単体の振幅倍率Ａ２は、共振周波数１００Ｈｚの付近で振幅倍率のピークが見られるが、磁歪発電ユニット２００単体の振幅倍率Ａ１に比較するとピーキーさが大幅に小さくなっている。また、振動発電装置１００の振幅倍率Ａ３は、共振周波数９０〜１１５Ｈｚの付近でほぼ一定の値を示している。 As shown in FIG. 4, the amplitude magnification A1 of the magnetostrictive power generation unit 200 alone has a peak amplitude magnification near the resonance frequency of 100 Hz, and the frequency band is about 90 to 110 Hz. Further, the amplitude magnification A2 of the dynamic damper 300 alone has a peak of amplitude magnification near the resonance frequency of 100 Hz, but the peaky is significantly smaller than the amplitude magnification A1 of the magnetostrictive power generation unit 200 alone. Further, the amplitude magnification A3 of the vibration power generation apparatus 100 shows a substantially constant value in the vicinity of the resonance frequency of 90 to 115 Hz.

本計算例では、図４に示すように、磁歪発電ユニット２００とダイナミックダンパー３００とを組み合わせた振動発電装置１００の振幅倍率の周波数特性は、磁歪発電ユニット２００単体の振幅倍率の周波数特性に比較して、振幅倍率が高い領域の周波数帯域が大幅に広くなっている。よって、磁歪発電ユニット２００とダイナミックダンパー３００とを組み合わせた振動発電装置１００では、磁歪発電ユニット２００に広い周波数帯域で応力変動を与えることが可能となり、広い周波数帯域での発電が可能となる。 In this calculation example, as shown in FIG. 4, the frequency characteristic of the amplitude magnification of the vibration power generation apparatus 100 combining the magnetostriction power generation unit 200 and the dynamic damper 300 is compared with the frequency characteristic of the amplitude magnification of the magnetostriction power generation unit 200 alone. Therefore, the frequency band in the region where the amplitude magnification is high is significantly widened. Therefore, in the vibration power generation device 100 in which the magnetostrictive power generation unit 200 and the dynamic damper 300 are combined, it is possible to give stress fluctuations to the magnetostrictive power generation unit 200 in a wide frequency band, and it is possible to generate power in a wide frequency band.

また、磁歪発電ユニット２００の磁歪部２０２は、振幅倍率のピーク値が降伏応力を超えないように、かつ、発電させるために必要な一定の範囲の大きさの応力が一定の共振周波数帯域の範囲になる様に設計をする必要がある。ここで、降伏応力とは、磁歪部２０２の形状が復元できなかったり破壊したりする応力のことをいう。すなわち、磁歪発電ユニット２００単体での使用の場合はピーク周波数から少しでも振動体の共振周波数がずれると振幅倍率が大きく低下し、ひいては磁歪部にかかる応力変動も大きく低下してしまうことで発電量も大きく低下してしまうこととなる。 The magnetostrictive unit 202 of the magnetostrictive power generation unit 200 has a resonance frequency band range in which the peak value of the amplitude magnification does not exceed the yield stress and the stress in a certain range necessary for power generation is constant. It is necessary to design to become. Here, the yield stress refers to a stress that cannot restore or destroy the shape of the magnetostrictive portion 202. That is, when the magnetostrictive power generation unit 200 is used alone, the amplitude magnification is greatly reduced when the resonance frequency of the vibrating body is slightly deviated from the peak frequency, and the stress fluctuation applied to the magnetostrictive portion is also greatly reduced. Will be greatly reduced.

しかし、図４に示すように、磁歪発電ユニット２００にダイナミックダンパー３００を組み合わせることで、磁歪発電ユニット２００単体の場合よりも振幅倍率の周波数特性におけるピーキーさが大幅に軽減されることとなる。また、磁歪発電ユニット２００の共振周波数が振幅倍率のピーク周波数から多少ずれても振幅倍率が大きく低下することは無いので、振動体の振動周波数がある程度の範囲で変動する場合であっても、振動発電装置１００によって発電することが可能である。 However, as shown in FIG. 4, by combining the dynamic damper 300 with the magnetostrictive power generation unit 200, the peaky in the frequency characteristic of the amplitude magnification is greatly reduced as compared with the case of the magnetostrictive power generation unit 200 alone. Further, even if the resonance frequency of the magnetostrictive power generation unit 200 is slightly deviated from the peak frequency of the amplitude magnification, the amplitude magnification does not greatly decrease, so even if the vibration frequency of the vibrating body fluctuates within a certain range, Electric power can be generated by the power generation device 100.

具体的には、図４において、振幅倍率が１０倍未満の場合は、振幅自体が小さいことから発電量が低く、発電に適していない領域を示している。また、振幅倍率が１０倍以上２０倍以下の場合は、応力変動に対する磁束密度の変化を大きく設定できるので、発電効率が好ましい領域を示している。また、振幅倍率が２０倍より大きく４０倍以下の場合は、振幅倍率の増加に対し発電量はあまり増加せず、振幅倍率が増加するにつれて発電効率が低下する領域を示している。また、振幅倍率が４０より大きい場合は、磁歪部（梁部材）が破壊する領域である。ここで、振幅倍率２０倍とは、圧縮応力１００ＭＰａ、共振倍率４０倍とは、圧縮応力２００ＭＰａである。 Specifically, in FIG. 4, when the amplitude magnification is less than 10 times, since the amplitude itself is small, the amount of power generation is low, indicating a region not suitable for power generation. Further, when the amplitude magnification is 10 times or more and 20 times or less, a change in the magnetic flux density with respect to the stress fluctuation can be set large, which indicates a region where the power generation efficiency is preferable. Further, when the amplitude magnification is greater than 20 times and less than or equal to 40 times, the power generation amount does not increase so much as the amplitude magnification increases, and the power generation efficiency decreases as the amplitude magnification increases. Further, when the amplitude magnification is larger than 40, the magnetostrictive portion (beam member) is a region to be destroyed. Here, the amplitude magnification of 20 times means a compressive stress of 100 MPa, and the resonance magnification of 40 times means a compressive stress of 200 MPa.

以上より、ダイナミックダンパー３００と磁歪発電ユニット２００とを組み合わせた振動発電装置１００の効果としては、振幅倍率が高い周波数領域が広いこと、および、振幅倍率の周波数特性がピーキーさを持たないことが挙げられる。 As described above, the effects of the vibration power generation apparatus 100 in which the dynamic damper 300 and the magnetostrictive power generation unit 200 are combined include that the frequency region having a high amplitude magnification is wide and that the frequency characteristic of the amplitude magnification has no peaky. It is done.

次に、振動発電装置１００における応力に対する磁束密度の変化の関係について説明する。 Next, the relationship of changes in magnetic flux density with respect to stress in the vibration power generator 100 will be described.

図５は、振動発電装置１００のバイアス磁界をパラメータとした圧縮応力による磁束密度の変化を示す図である。図５では、バイアス磁界が７．８、１５．６、２３．４、３１．２、３９ｋＡ／ｍの場合の磁束密度の減少値をそれぞれ示している。 FIG. 5 is a diagram illustrating a change in magnetic flux density due to compressive stress using the bias magnetic field of the vibration power generation apparatus 100 as a parameter. FIG. 5 shows magnetic flux density decrease values when the bias magnetic field is 7.8, 15.6, 23.4, 31.2, and 39 kA / m, respectively.

磁歪発電ユニット２００を利用して効率よく発電を行うためには、磁歪発電ユニット２００の磁歪部２０２に与えられる振動により生じる応力に対して、磁歪部２０２で生じる磁束密度の変化が大きいことが好ましい。ただし、磁歪部２０２の形状が復元できなかったり破壊したりする応力（降伏応力）より大きい応力が生じることは好ましくない。 In order to efficiently generate power using the magnetostrictive power generation unit 200, it is preferable that the change in magnetic flux density generated in the magnetostrictive portion 202 is large with respect to the stress generated by vibration applied to the magnetostrictive portion 202 of the magnetostrictive power generation unit 200. . However, it is not preferable that a stress greater than a stress (yield stress) that cannot restore the shape of the magnetostrictive portion 202 or breaks it is generated.

図５において、破線で囲んだ部分は、応力の変化に対して磁束密度の変化が大きく、磁歪発電を行うのに好ましい応力範囲を示している。例えば、バイアス磁界が１５．６ｋＡ／ｍの場合、好ましい応力範囲は、５０Ｍｐａ程度から１００Ｍｐａ程度である。磁歪部２０２に与えられる応力が５０Ｍｐａより小さい場合は、応力の変化に対して磁束密度の変化が小さいので発電量も小さく、磁歪部２０２に与えられる応力が１００Ｍｐａより大きい場合は、応力の変化に対して磁束密度の変化が小さくなってくるので、発電量を増やすことができなくなってくる。したがって、磁歪発電を行うのに好ましい応力の最小値（５０Ｍｐａ）から、この最小値を２倍した値（１００Ｍｐａ）の応力の範囲で磁歪発電を行うことで、効率よく発電することができる。 In FIG. 5, a portion surrounded by a broken line shows a stress range preferable for magnetostrictive power generation since the change in magnetic flux density is large with respect to the change in stress. For example, when the bias magnetic field is 15.6 kA / m, the preferable stress range is about 50 Mpa to about 100 Mpa. When the stress applied to the magnetostrictive portion 202 is less than 50 Mpa, the amount of power generation is small because the change in magnetic flux density is small with respect to the change in stress, and when the stress applied to the magnetostrictive portion 202 is greater than 100 Mpa, the stress changes. On the other hand, since the change in magnetic flux density becomes smaller, it becomes impossible to increase the amount of power generation. Therefore, it is possible to efficiently generate power by performing magnetostrictive power generation within a stress range of a value (100 Mpa) obtained by doubling this minimum value from the minimum stress value (50 Mpa) preferable for performing magnetostrictive power generation.

なお、バイアス磁界の値が１５．６ｋＡ／ｍである場合に限らず、バイアス磁界の値が他の値である場合にも、図５に示すように、磁歪発電を行うのに好ましい応力の最小値から、この最小値を２倍した値の応力範囲で磁歪発電を行うことで、効率よく発電することができる。 Note that, not only when the value of the bias magnetic field is 15.6 kA / m, but also when the value of the bias magnetic field is another value, as shown in FIG. By performing magnetostrictive power generation in the stress range of a value obtained by doubling this minimum value from the value, it is possible to generate power efficiently.

（振動発電装置の設計方法）
次に、振動発電装置１００の設計方法について説明する。ここでは、各パラメータの決定方法と、決定されたパラメータによる振動発電装置１００の特性について示す。 (Design method of vibration power generator)
Next, a method for designing the vibration power generator 100 will be described. Here, the determination method of each parameter and the characteristics of the vibration power generation apparatus 100 based on the determined parameter are shown.

振動発電装置の設計方法は、平行梁を構成する磁歪部２０２の共振周波数ｆ２を取得し、磁歪部２０２の共振周波数ｆ２に合わせて、ダイナミックダンパー３００の共振周波数ｆ１を決定する。例えば、磁歪部２０２の共振周波数ｆ２がｆ２＝１００Ｈｚの場合には、ダイナミックダンパー３００の共振周波数ｆ１はｆ１＝１００Ｈｚに決定する。 In the design method of the vibration power generator, the resonance frequency f2 of the magnetostrictive portion 202 constituting the parallel beam is acquired, and the resonance frequency f1 of the dynamic damper 300 is determined in accordance with the resonance frequency f2 of the magnetostrictive portion 202. For example, when the resonance frequency f2 of the magnetostrictor 202 is f2 = 100 Hz, the resonance frequency f1 of the dynamic damper 300 is determined to be f1 = 100 Hz.

次に、ダイナミックダンパー３００の共振周波数ｆ１に応じて、ダイナミックダンパー３００の振幅倍率Ａ１を決定し、続けて、ダイナミックダンパー３００の振幅倍率Ａ１に応じて、ダンパーウェイト３０２の重さＭ１、および、ゴム３０４の損失係数Ｌ１を決定する。ここで、ダンパーウェイト３０２の重さＭ１、および、ゴム３０４の損失係数Ｌ１は、どちらを先に決定してもよい。 Next, the amplitude magnification A1 of the dynamic damper 300 is determined according to the resonance frequency f1 of the dynamic damper 300, and subsequently, the weight M1 of the damper weight 302 and the rubber according to the amplitude magnification A1 of the dynamic damper 300. A loss factor L1 of 304 is determined. Here, either the weight M1 of the damper weight 302 or the loss coefficient L1 of the rubber 304 may be determined first.

はじめに、振動発電装置１００における振幅倍率Ａ３の損失係数について、ｆ１＝ｆ２＝１００Ｈｚの場合を例として説明する。 First, the loss coefficient of the amplitude magnification A3 in the vibration power generator 100 will be described by taking the case of f1 = f2 = 100 Hz as an example.

ここで、ゴム３０４の損失係数について説明する。図６は、振動発電装置の損失係数を説明するための模式図である。図６においては、ゴム３０４の損失係数を説明するためにダイナミックダンパー３００単体を自由振動モデルで模式的に示している。 Here, the loss coefficient of the rubber 304 will be described. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the loss factor of the vibration power generator. In FIG. 6, the dynamic damper 300 alone is schematically shown as a free vibration model in order to explain the loss coefficient of the rubber 304.

図６に示すように、ダイナミックダンパー３００が共振するときの振幅倍率をＡ１ｍａｘとすると、ゴム３０４の損失係数Ｌ１は以下の（式６）のように近似される。 As shown in FIG. 6, assuming that the amplitude magnification when the dynamic damper 300 resonates is A1max, the loss coefficient L1 of the rubber 304 is approximated as (Equation 6) below.

以下、ダイナミックダンパー３００のゴム３０４の損失係数Ｌ１の決定について説明する。 Hereinafter, determination of the loss factor L1 of the rubber 304 of the dynamic damper 300 will be described.

図７は、振動発電装置１００の損失係数の違いによる振幅倍率の周波数特性を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the amplitude magnification depending on the difference in the loss coefficient of the vibration power generator 100.

ダイナミックダンパー３００に配置されたゴム３０４の損失係数Ｌ１により、ベースプレート４００からゴム３０４に伝達された振動による、磁歪発電ユニット２００の共振倍率は異なるものとなる。 Due to the loss factor L1 of the rubber 304 disposed in the dynamic damper 300, the resonance magnification of the magnetostrictive power generation unit 200 due to the vibration transmitted from the base plate 400 to the rubber 304 is different.

図７に示すように、ゴム３０４の損失係数Ｌ１が０．１のときには、磁歪発電ユニット２００の共振倍率は、共振周波数８０Ｈｚおよび１２０Ｈｚの付近に２つの極大値を有し、共振周波数１００Ｈｚの付近に１つの極小値を有する。共振倍率の２つの極大値は４０倍および４５倍程度であり、極小値は２５倍程度である。 As shown in FIG. 7, when the loss factor L1 of the rubber 304 is 0.1, the resonance magnification of the magnetostrictive power generation unit 200 has two maximum values in the vicinity of the resonance frequencies of 80 Hz and 120 Hz, and the vicinity of the resonance frequency of 100 Hz. Have one local minimum. The two maximum values of the resonance magnification are about 40 times and 45 times, and the minimum value is about 25 times.

また、ゴム３０４の損失係数Ｌ１が０．２のときには、磁歪発電ユニット２００の共振倍率は、共振周波数８０Ｈｚおよび１２０Ｈｚの付近に２つの極大値を有し、共振周波数１００Ｈｚの付近に１つの極小値を有する。共振倍率の２つの極大値は２５倍および２７倍程度であり、極小値は２３倍程度である。したがって、ゴム３０４の損失係数Ｌ１が０．１のときよりも、極大値と極小値の差が小さく、８０Ｈｚから１２０Ｈｚの周波数帯域において共振倍率がフラットになっている。 When the loss factor L1 of the rubber 304 is 0.2, the resonance magnification of the magnetostrictive power generation unit 200 has two maximum values near the resonance frequencies 80 Hz and 120 Hz, and one minimum value near the resonance frequency 100 Hz. Have The two maximum values of the resonance magnification are about 25 times and 27 times, and the minimum value is about 23 times. Therefore, the difference between the maximum value and the minimum value is smaller than when the loss coefficient L1 of the rubber 304 is 0.1, and the resonance magnification is flat in the frequency band from 80 Hz to 120 Hz.

また、ゴム３０４の損失係数Ｌ１が０．３のときには、磁歪発電ユニット２００の共振倍率は、上記した損失係数Ｌ１が０．１、０．２のときのように、共振周波数８０Ｈｚおよび１２０Ｈｚの付近において２つの極大値は見られず、共振周波数１００Ｈｚの付近の共振倍率は、損失係数Ｌ１が０．１、０．２のときとほぼ同様の値となっている。 When the loss factor L1 of the rubber 304 is 0.3, the resonance magnification of the magnetostrictive power generation unit 200 is around the resonance frequencies of 80 Hz and 120 Hz as in the case of the loss factor L1 of 0.1 and 0.2 described above. In FIG. 2, the two maximum values are not observed, and the resonance magnification near the resonance frequency of 100 Hz is substantially the same as that when the loss factor L1 is 0.1 or 0.2.

したがって、ゴム３０４の損失係数Ｌ１を上げることで、磁歪発電ユニット２００の共振倍率のピーク値（極大値）を下げることができ、かつ、共振倍率が１０倍以上となる周波数領域を広げることができる。また、損失係数Ｌ１が０．２以上あれば共振倍率のピーク値が４０倍（圧縮応力２００ＭＰａ）を超えない様になるため、磁歪発電ユニットの降伏応力以下とすることができ、期待できる特性が得られる。したがって、ゴム（粘弾性部材）３０４の損失係数Ｌ１は、０．２以上かつ０．３以下であることが好ましい。 Therefore, by increasing the loss coefficient L1 of the rubber 304, the peak value (maximum value) of the resonance magnification of the magnetostrictive power generation unit 200 can be reduced, and the frequency region where the resonance magnification is 10 times or more can be expanded. . In addition, if the loss factor L1 is 0.2 or more, the peak value of the resonance magnification does not exceed 40 times (compressive stress 200 MPa). can get. Therefore, the loss coefficient L1 of the rubber (viscoelastic member) 304 is preferably 0.2 or more and 0.3 or less.

以上より、ゴム３０４の損失係数Ｌ１の決定は、例えば、図７において所望の振幅倍率を決定し、決定した振幅倍率を達成することができる損失係数Ｌ１を決定する。また、ゴム３０４の損失係数Ｌ１は、０．２以上かつ０．３以下の範囲で決定するのが好ましい。なお、振幅倍率の決定は、図７において所望の共振周波数の帯域を決定し、決定した共振周波数の帯域を達成することができる振幅倍率を決定してもよい。 From the above, the loss factor L1 of the rubber 304 is determined by, for example, determining a desired amplitude magnification in FIG. 7 and determining the loss coefficient L1 that can achieve the determined amplitude magnification. The loss coefficient L1 of the rubber 304 is preferably determined in the range of 0.2 or more and 0.3 or less. The amplitude magnification may be determined by determining a desired resonance frequency band in FIG. 7 and determining an amplitude magnification capable of achieving the determined resonance frequency band.

次に、磁歪発電ユニット２００のマス重量に対するダイナミックダンパー３００のマス重量の重量比（以下、「マス重量比」という。）について説明する。ここでは、ダイナミックダンパー３００のマス重量はダンパーウェイト３０２の重さＭ１、磁歪発電ユニット２００のマス重量は磁歪部ウェイト２０４の重さＭ２に近似して説明する。 Next, the weight ratio of the mass of the dynamic damper 300 to the mass of the magnetostrictive power generation unit 200 (hereinafter referred to as “mass weight ratio”) will be described. Here, the mass weight of the dynamic damper 300 is approximated to the weight M1 of the damper weight 302, and the mass weight of the magnetostrictive power generation unit 200 is approximated to the weight M2 of the magnetostrictive portion weight 204.

図８は、振動発電装置１００のマス重量比の違いによる振幅倍率（共振倍率）の周波数特性を示す図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the amplitude magnification (resonance magnification) depending on the difference in mass weight ratio of the vibration power generator 100.

図８に示すように、マス重量比が１０のときには、磁歪発電ユニット２００の振幅倍率は、共振周波数８０Ｈｚおよび１２０Ｈｚの付近に２つの極大値を有し、共振周波数１００Ｈｚの付近に１つの極小値を有する。振幅倍率の２つの極大値は１４倍および１６倍程度であり、極小値は１０倍程度である。 As shown in FIG. 8, when the mass weight ratio is 10, the amplitude magnification of the magnetostrictive power generation unit 200 has two maximum values near the resonance frequencies 80 Hz and 120 Hz, and one minimum value near the resonance frequency 100 Hz. Have The two maximum values of the amplitude magnification are about 14 times and 16 times, and the minimum value is about 10 times.

また、マス重量比が２５のときには、磁歪発電ユニット２００の振幅倍率は、共振周波数９０Ｈｚおよび１１０Ｈｚの付近に２つの極大値を有し、共振周波数１００Ｈｚの付近に１つの極小値を有する。振幅倍率の２つの極大値は２５倍および２７倍程度であり、極小値は２３倍程度であり、マス重量比が１０倍のときに比べて振幅倍率が高くなっている。 When the mass weight ratio is 25, the amplitude magnification of the magnetostrictive power generation unit 200 has two maximum values near the resonance frequencies 90 Hz and 110 Hz, and one minimum value near the resonance frequency 100 Hz. The two maximum values of the amplitude magnification are about 25 times and 27 times, the minimum value is about 23 times, and the amplitude magnification is higher than when the mass weight ratio is 10 times.

また、マス重量比が５０のときには、磁歪発電ユニット２００の振幅倍率は、２つの極大値は見られず、共振周波数１００Ｈｚの付近に１つの極大値が見られる。このときの振幅倍率は４３倍程度であり、マス重量比が１０、２５のときよりも大きくなっている。つまり、マス重量比を上げると共振倍率が上がっていくことがわかる。 When the mass weight ratio is 50, the amplitude magnification of the magnetostrictive power generation unit 200 does not show two maximum values, but shows one maximum value near the resonance frequency of 100 Hz. The amplitude magnification at this time is about 43 times, which is larger than when the mass weight ratio is 10 or 25. That is, it can be seen that the resonance magnification increases as the mass weight ratio increases.

したがって、ゴム３０４の損失係数Ｌ１を上げることで、磁歪発電ユニット２００の共振倍率のピーク値（極大値）を下げることができ、かつ、共振倍率が１０倍以上２０倍以下（圧縮応力５０〜１００ＭＰａ）となる周波数領域を広げることができる。また、マス重量比が５０のときは共振倍率のピーク値が４０倍（圧縮応力２００ＭＰａ）を超えて磁歪発電ユニット２００の降伏応力以上となるので、好ましくない。 Therefore, by increasing the loss factor L1 of the rubber 304, the peak value (maximum value) of the resonance magnification of the magnetostrictive power generation unit 200 can be reduced, and the resonance magnification is 10 times or more and 20 times or less (compression stress 50 to 100 MPa). ) Can be expanded. Further, when the mass weight ratio is 50, the peak value of the resonance magnification exceeds 40 times (compressive stress 200 MPa) and becomes equal to or higher than the yield stress of the magnetostrictive power generation unit 200, which is not preferable.

よって、ゴム（粘弾性部材）３０４の損失係数は、０．２以上かつ０．３以下であることが好ましい。 Therefore, the loss factor of the rubber (viscoelastic member) 304 is preferably 0.2 or more and 0.3 or less.

次に、降伏点共振倍率との関係からダンパーウェイト３０２の重さＭ１および磁歪発電ユニット２００の磁歪部ウェイト２０４の重さＭ２について説明する。 Next, the weight M1 of the damper weight 302 and the weight M2 of the magnetostrictive portion weight 204 of the magnetostrictive power generation unit 200 will be described from the relationship with the yield point resonance magnification.

図９は、上記した図７における、振動発電装置１００の損失係数が０．１のときの共振倍率の周波数特性を示す図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the resonance magnification when the loss factor of the vibration power generation apparatus 100 in FIG. 7 is 0.1.

ダイナミックダンパー３００の損失係数、および、マス重量比は、図９に示す共振倍率の極大値が磁歪発電ユニット２００の降伏応力に相当する共振倍率４０倍（圧縮応力２００ＭＰａ）を超えないように、かつ、極小値が磁歪発電ユニット２００において発電寄与の高い共振倍率１０倍以上２０倍以下（圧縮応力５０〜１００ＭＰａ）となるように設定することが好ましい。つまり、平行梁を構成する磁歪部２０２が降伏する振幅倍率の１／４以上かつ１／２以下となる範囲に設定することが好ましい。 The loss factor and mass weight ratio of the dynamic damper 300 are set so that the maximum value of the resonance magnification shown in FIG. 9 does not exceed the resonance magnification 40 times (compression stress 200 MPa) corresponding to the yield stress of the magnetostrictive power generation unit 200. It is preferable that the minimum value is set so as to be a resonance magnification of 10 to 20 times (compression stress 50 to 100 MPa) having a high power generation contribution in the magnetostrictive power generation unit 200. That is, it is preferable to set in a range that is ¼ or more and ½ or less of the amplitude magnification at which the magnetostrictive portion 202 constituting the parallel beam yields.

このことから、ダンパーウェイト３０２は、振動体（ベースプレート４００）に対する磁歪発電ユニット２００の磁歪部（平行梁）２０２の振幅倍率が、当該平行梁を構成する磁歪部２０２が降伏する振幅倍率の１／４以上かつ１／２以下となる重さを有することが好ましい。 Therefore, the damper weight 302 is such that the amplitude magnification of the magnetostrictive portion (parallel beam) 202 of the magnetostrictive power generation unit 200 with respect to the vibrating body (base plate 400) is 1 / fold of the amplitude magnification at which the magnetostrictive portion 202 constituting the parallel beam yields. The weight is preferably 4 or more and 1/2 or less.

以上より、ダンパーウェイト３０２の重さＭ１の決定は、はじめに、例えば図８において所望の振幅倍率を決定し、決定した振幅倍率を達成することができるマス重量比を決定する。そして、磁歪部ウェイト２０４の重さＭ２が既知の場合には、マス重量比と磁歪部ウェイト２０４の重さＭ２とからダンパーウェイト３０２の重さＭ１を決定する。また、磁歪部ウェイト２０４の重さＭ２が未知の場合には、決定した振幅倍率を達成することができるマス重量比を満たすように磁歪部ウェイト２０４の重さＭ２とダンパーウェイト３０２の重さＭ１を決定する。 As described above, the weight M1 of the damper weight 302 is determined by first determining a desired amplitude magnification in FIG. 8, for example, and determining a mass weight ratio that can achieve the determined amplitude magnification. Then, when the weight M2 of the magnetostrictive portion weight 204 is known, the weight M1 of the damper weight 302 is determined from the mass weight ratio and the weight M2 of the magnetostrictive portion weight 204. Further, when the weight M2 of the magnetostrictive portion weight 204 is unknown, the weight M2 of the magnetostrictive portion weight 204 and the weight M1 of the damper weight 302 so as to satisfy the mass weight ratio that can achieve the determined amplitude magnification. To decide.

また、ダンパーウェイト３０２は、振動体（ベースプレート４００）に対する磁歪発電ユニット２００の磁歪部（平行梁）２０２の振幅倍率が、当該平行梁が降伏する振幅倍率の１／４以上かつ１／２以下となる重さを有することが好ましい。なお、振幅倍率の決定は、図８において所望の共振周波数の帯域を決定し、決定した共振周波数の帯域を達成することができる振幅倍率を決定してもよい。 Further, the damper weight 302 has an amplitude magnification of the magnetostrictive portion (parallel beam) 202 of the magnetostrictive power generation unit 200 with respect to the vibrating body (base plate 400) being ¼ or more and ½ or less of the amplitude magnification at which the parallel beam yields. It is preferable to have the weight which becomes. Note that the amplitude magnification may be determined by determining a desired resonance frequency band in FIG. 8 and determining an amplitude magnification capable of achieving the determined resonance frequency band.

なお、ダンパーウェイト３０２の重さＭ１、および、上記したゴム３０４の損失係数Ｌ１は、どちらを先に決定してもよい。 Note that either the weight M1 of the damper weight 302 and the loss coefficient L1 of the rubber 304 described above may be determined first.

ここで、図７に示したゴム３０４の損失係数Ｌ１の周波数特性、および、図８に示したマス重量比の周波数特性をより詳細に算出し、上記したゴム３０４の損失係数Ｌ１とマス重量比の最適値を検討する。 Here, the frequency characteristic of the loss coefficient L1 of the rubber 304 shown in FIG. 7 and the frequency characteristic of the mass weight ratio shown in FIG. 8 are calculated in more detail, and the loss coefficient L1 and the mass weight ratio of the rubber 304 described above are calculated. Consider the optimal value of.

図１０は、振幅倍率の極小値が１０倍以上で極大値が４０倍以下となるゴム３０４の損失係数Ｌ１とマス重量比の組み合わせを示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing a combination of the loss coefficient L1 and the mass weight ratio of the rubber 304 in which the minimum value of the amplitude magnification is 10 times or more and the maximum value is 40 times or less.

上記したように、ゴム３０４の損失係数Ｌ１を上げることで、振幅倍率が１０倍以上２０倍以下となる周波数領域において、共振倍率の極小値をあまり変化させることなくかつ共振倍率のピーク値を下げることが可能となる。また、ゴム３０４の損失係数Ｌ１が０．２以上あれば期待できる特性（ピーク値が４０倍（圧縮応力２００ＭＰａ）を超えない）が得られる。一方で、通常の防振ゴムで使われるゴムの損失係数の上限は０．４程度であるが、一般的に損失係数が０．３以上になるとゴムの耐久性は悪くなるので、ゴム３０４の損失係数Ｌ１は０．２以上０．３以下が好ましい。なお、図１０に示したように、損失係数Ｌ１が０．３５のときであっても良好な結果が得られていることから、損失係数Ｌ１は０．２以上０．３以下に限られるものではない。 As described above, by increasing the loss factor L1 of the rubber 304, the peak value of the resonance magnification is lowered without changing the minimum value of the resonance magnification in the frequency region where the amplitude magnification is 10 times or more and 20 times or less. It becomes possible. Moreover, if the loss coefficient L1 of the rubber 304 is 0.2 or more, characteristics that can be expected (the peak value does not exceed 40 times (compression stress 200 MPa)) are obtained. On the other hand, the upper limit of the loss factor of rubber used in ordinary vibration-proof rubber is about 0.4, but generally, when the loss factor is 0.3 or more, the durability of rubber deteriorates. The loss factor L1 is preferably 0.2 or more and 0.3 or less. Note that, as shown in FIG. 10, good results are obtained even when the loss factor L1 is 0.35, so the loss factor L1 is limited to 0.2 or more and 0.3 or less. is not.

また、図１０に示すように、マス重量比は、２５倍以上４０倍以下が好ましい。したがって、磁歪部ウェイト２０４の重さＭ２およびダイナミックダンパー３００の重さＭ１を、重量比が２５倍以上４０倍以下となるように設定することが好ましい。 Moreover, as shown in FIG. 10, mass weight ratio has preferable 25 times or more and 40 times or less. Therefore, it is preferable to set the weight M2 of the magnetostrictive portion weight 204 and the weight M1 of the dynamic damper 300 so that the weight ratio is 25 times or more and 40 times or less.

以上の点から、図１０において破線で囲んだ領域が、ダイナミックダンパー３００の損失係数およびマス重量比の最適値を示す領域である。 From the above points, the area surrounded by the broken line in FIG. 10 is an area indicating the optimum values of the loss factor and mass weight ratio of the dynamic damper 300.

以下、上記図１０に示した損失係数Ｌ１およびマス重量比が適当であるか確認するため、ゴム３０４の損失係数Ｌ１を０．３、０．３５とした場合の振幅倍率の周波数特性について計算を行った結果を示す。 Hereinafter, in order to confirm whether the loss coefficient L1 and the mass weight ratio shown in FIG. 10 are appropriate, the frequency characteristics of the amplitude magnification when the loss coefficient L1 of the rubber 304 is set to 0.3 and 0.35 are calculated. The results are shown.

図１１は、ゴム３０４の損失係数Ｌ１を０．３とした場合の振幅倍率（共振倍率）の周波数特性を示す図である。図１１は、重量比５、１０、２５、４０、５０についての周波数特性を示している。 FIG. 11 is a diagram showing the frequency characteristics of the amplitude magnification (resonance magnification) when the loss coefficient L1 of the rubber 304 is 0.3. FIG. 11 shows frequency characteristics for weight ratios of 5, 10, 25, 40, and 50.

図１１に示すように、ゴム３０４の損失係数Ｌ１を０．３とした場合、マス重量比が小さいときに周波数帯域が広くなっている。また、マス重量比が大きくなると、振幅倍率は大きくなるものの、周波数帯域が狭くなっていることがわかる。 As shown in FIG. 11, when the loss coefficient L1 of the rubber 304 is 0.3, the frequency band is wide when the mass weight ratio is small. It can also be seen that as the mass-to-mass ratio increases, the frequency band becomes narrower although the amplitude magnification increases.

ここで、振動発電に適した振幅倍率は、上記したように破壊を防止するために振幅倍率のピーク値が降伏応力に相当する振幅倍率４０倍を超えないように、かつ、発電させために必要な応力がかかる振幅倍率１０倍以上となるように設定することが望ましいが、図１１ではマス重量比２５倍、４０倍においてこの要件を満たしているといえる。 Here, the amplitude magnification suitable for vibration power generation is necessary for generating power so that the peak value of the amplitude magnification does not exceed 40 times the amplitude magnification corresponding to the yield stress in order to prevent destruction as described above. Although it is desirable to set the amplitude magnification to be 10 times or more at which a large stress is applied, it can be said that this requirement is satisfied at a mass weight ratio of 25 times and 40 times in FIG.

また、図１２は、ゴム３０４の損失係数Ｌ１を０．３５とした場合の振幅倍率の周波数特性を示す図である。図１２は、マス重量比５、１０、２５、４０、５０についての振幅倍率の周波数特性を計算した結果である。 FIG. 12 is a diagram showing the frequency characteristics of the amplitude magnification when the loss coefficient L1 of the rubber 304 is 0.35. FIG. 12 shows the result of calculating the frequency characteristics of the amplitude magnification for mass weight ratios of 5, 10, 25, 40, and 50.

図１２に示すように、上記したゴム３０４の損失係数が０．３のときと同様、ゴム３０４の損失係数Ｌ１が０．３５の場合も、マス重量比が小さいときに周波数帯域が広くなっている。また、マス重量比が大きくなると、振幅倍率は大きくなるものの、周波数帯域が狭くなっていることがわかる。 As shown in FIG. 12, when the loss coefficient L1 of the rubber 304 is 0.35, the frequency band is widened when the mass weight ratio is small, as in the case where the loss coefficient of the rubber 304 is 0.3. Yes. It can also be seen that as the mass-to-mass ratio increases, the frequency band becomes narrower although the amplitude magnification increases.

また、振動発電に適した振幅倍率は、上記したように破壊を防止するために振幅倍率のピーク値が降伏応力に相当する振幅倍率４０倍を超えないように、かつ、発電させるために必要な応力がかかる振幅倍率１０倍以上となるように設定することが望ましいが、図１２では重量比２５倍、４０倍においてこの要件を満たしているといえる。 Also, the amplitude magnification suitable for vibration power generation is necessary for generating power so that the peak value of the amplitude magnification does not exceed 40 times the amplitude magnification corresponding to the yield stress in order to prevent destruction as described above. Although it is desirable to set the amplitude magnification at which stress is applied to 10 times or more, it can be said that this requirement is satisfied at a weight ratio of 25 times and 40 times in FIG.

より具体的な例として、４気筒車に搭載する磁歪発電装置１００について説明する。４気筒車に搭載する磁歪発電装置１００としては、ゴム３０４の損失係数０．２、マス重量比２５倍のものが適切なものになる。 As a more specific example, a magnetostrictive power generation apparatus 100 mounted on a four-cylinder vehicle will be described. As the magnetostrictive power generation apparatus 100 mounted on a four-cylinder vehicle, a rubber 304 having a loss coefficient of 0.2 and a mass weight ratio of 25 times is appropriate.

４気筒車における爆発一時振動では、磁歪発電装置１００にダイナミックダンパー３００を設けていない場合、発電可能な振動周波数帯域をエンジンの回転数の帯域に換算すると２８５０から３１５０ｒｐｍの間（この間３００ｒｐｍ）しか効率よく発電することができない。これに対して、ゴム３０４の損失係数Ｌ１が０．２、マス重量比が２５倍のダイナミックダンパー３００と組み合わせると、２５５０ｒｐｍ〜３４５０ｒｐｍの間（この間９００ｒｐｍ）効率よく発電することができる。よって、走行中のエンジンの常用回転数の帯域において、広範囲の帯域で発電可能となる。 In the case of temporary explosion vibration in a four-cylinder vehicle, when the dynamic damper 300 is not provided in the magnetostrictive power generation apparatus 100, the vibration frequency band in which power can be generated is converted to an engine speed band of only 2850 to 3150 rpm (300 rpm during this time). I can't generate electricity well. On the other hand, when combined with the dynamic damper 300 having the loss coefficient L1 of the rubber 304 of 0.2 and the mass weight ratio of 25, it is possible to generate power efficiently between 2550 rpm and 3450 rpm (900 rpm during this time). Therefore, it is possible to generate power in a wide band in the normal rotation speed band of the running engine.

ただし、磁歪部２０２の共振周波数、発電に寄与しやすい振幅倍率（発電に寄与しやすい応力）、降伏点共振倍率（降伏点応力）等の特性に応じてダイナミックダンパー３００のゴム３０４の損失係数Ｌ１、ダンパーウェイト３０２の重さＭ１等の特性を決定することは必要である。 However, the loss factor L1 of the rubber 304 of the dynamic damper 300 according to characteristics such as the resonance frequency of the magnetostrictive portion 202, the amplitude magnification that easily contributes to power generation (stress that tends to contribute to power generation), and the resonance resonance factor (yield point stress). It is necessary to determine characteristics such as the weight M1 of the damper weight 302.

以上、本実施の形態によると、振動発電装置は、磁歪部（発電素子）の共振を利用した磁歪発電ユニットをダイナミックダンパーと組み合わせ、２自由度以上の振動の共振周波数を利用することにより、広い共振周波数帯域の振動に対して効率よく発電することができる。 As described above, according to the present embodiment, the vibration power generation apparatus can be widely used by combining a magnetostriction power generation unit using resonance of a magnetostriction part (power generation element) with a dynamic damper and using a resonance frequency of vibration having two or more degrees of freedom. It is possible to generate power efficiently with respect to vibration in the resonance frequency band.

また、磁歪発電ユニットとダイナミックダンパーとを組み合わせることによって、強度の低い磁歪発電ユニットの破壊を防止するために磁歪発電ユニットの降伏応力を超えないようにしつつ、広い周波数帯域での発電が可能である。 In addition, by combining the magnetostrictive power generation unit and the dynamic damper, it is possible to generate power in a wide frequency band while preventing the yield stress of the magnetostrictive power generation unit from being exceeded in order to prevent destruction of the low-strength magnetostriction power generation unit. .

（変形例１）
次に、実施の形態の変形例１について説明する。 (Modification 1)
Next, Modification 1 of the embodiment will be described.

図１３Ａは、本変形例に係る振動発電装置の構成を示す概略構成図である。 FIG. 13A is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of the vibration power generation device according to the present modification.

図１３Ａに示すように、本変形例に係る振動発電装置１００Ａでは、磁歪発電ユニット２００（図１参照）における２本の磁歪部２０２の長辺が、ダンパーウェイト３０２とゴム３０４との接続面に対して略垂直になるように、ダンパーウェイト３０２の上に配置されている。 As shown in FIG. 13A, in the vibration power generation apparatus 100A according to this modification, the long sides of the two magnetostrictive portions 202 in the magnetostrictive power generation unit 200 (see FIG. 1) are on the connection surface between the damper weight 302 and the rubber 304. It is arranged on the damper weight 302 so as to be substantially perpendicular to it.

このような構成により、振動源から与えられた左右方向の振動、つまり、ゴム３０４のせん断方向の振動が、ベースプレート４００、ゴム３０４、ダンパーウェイト３０２を介して磁歪発電ユニット２００に伝達される。磁歪発電ユニット２００は、左右方向、つまり、平行に配置された２本の磁歪部２０２を含む面方向に振動する。この振動により、磁歪部２０２の一方は伸張し他方は収縮する。したがって、磁歪発電ユニット２００には、磁束密度の変化が生じることになる。これにより、磁歪部２０２に巻きまわされたコイル（図示せず）に磁束密度の変化に応じた電流が流れることにより、発電することができる。 With such a configuration, the vibration in the horizontal direction given from the vibration source, that is, the vibration in the shearing direction of the rubber 304 is transmitted to the magnetostrictive power generation unit 200 via the base plate 400, the rubber 304, and the damper weight 302. The magnetostrictive power generation unit 200 vibrates in the left-right direction, that is, in the plane direction including the two magnetostrictive portions 202 arranged in parallel. Due to this vibration, one of the magnetostrictive portions 202 expands and the other contracts. Therefore, a change in magnetic flux density occurs in the magnetostrictive power generation unit 200. As a result, a current corresponding to a change in the magnetic flux density flows through a coil (not shown) wound around the magnetostrictive portion 202, thereby generating power.

（変形例２）
次に、実施の形態の変形例２について説明する。 (Modification 2)
Next, a second modification of the embodiment will be described.

図１３Ｂは、本変形例に係る振動発電装置の構成を示す概略構成図である。 FIG. 13B is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of the vibration power generation device according to the present modification.

図１３Ｂに示すように、本変形例に係る振動発電装置１００Ｂでは、コの字形状に形成されたベースプレート４００Ｂの対向する面の間にダンパーウェイト３０２が配置され、ダンパーウェイト３０２の対向する２つの面にそれぞれ設けられたゴム３０４Ｂは、各面に対向するベースプレート４００Ｂの２つの面にそれぞれ接続されている。また、磁歪発電ユニット２００（図１参照）の２本の磁歪部２０２のそれぞれの一端は支持部２０６に接続されている。支持部２０６は、２本の磁歪部２０２の長辺が、ダンパーウェイト３０２とゴム３０４との接続面に対して略垂直になるように、ダンパーウェイト３０２の上に配置されている。 As shown in FIG. 13B, in the vibration power generation apparatus 100B according to this modification, the damper weight 302 is disposed between the opposing surfaces of the base plate 400B formed in a U-shape, and the two opposing damper weights 302 are opposed to each other. The rubber 304B provided on each surface is connected to two surfaces of the base plate 400B facing each surface. One end of each of the two magnetostrictive portions 202 of the magnetostrictive power generation unit 200 (see FIG. 1) is connected to the support portion 206. The support portion 206 is disposed on the damper weight 302 so that the long sides of the two magnetostrictive portions 202 are substantially perpendicular to the connection surface between the damper weight 302 and the rubber 304.

このような構成により、振動源から与えられた上下方向の振動、つまり、ゴム３０４Ｂのせん断方向の振動が、ベースプレート４００Ｂ、ゴム３０４Ｂ、ダンパーウェイト３０２を介して磁歪発電ユニット２００に伝達される。磁歪発電ユニット２００は、上下方向、つまり、平行に配置された２本の磁歪部２０２を含む面方向に振動する。この振動により、磁歪部２０２の一方は伸張し他方は収縮する。したがって、磁歪発電ユニット２００には、磁束密度の変化が生じることになる。これにより、磁歪部２０２に巻き回されたコイル（図示せず）に磁束密度の変化に応じた電流が流れることにより、発電することができる。 With such a configuration, the vertical vibration given from the vibration source, that is, the vibration in the shear direction of the rubber 304B is transmitted to the magnetostrictive power generation unit 200 via the base plate 400B, the rubber 304B, and the damper weight 302. The magnetostrictive power generation unit 200 vibrates in the vertical direction, that is, in the plane direction including two magnetostrictive portions 202 arranged in parallel. Due to this vibration, one of the magnetostrictive portions 202 expands and the other contracts. Therefore, a change in magnetic flux density occurs in the magnetostrictive power generation unit 200. As a result, a current corresponding to a change in the magnetic flux density flows through a coil (not shown) wound around the magnetostrictive portion 202, thereby generating power.

以上、本発明によると、発電素子の共振を利用した振動発電装置をダイナミックダンパーと組み合わせ、２自由度以上の振動の共振周波数を利用することにより、広い共振周波数帯域の振動に対して効率よく発電することができる。 As described above, according to the present invention, a vibration power generation device using resonance of a power generation element is combined with a dynamic damper, and power is efficiently generated with respect to vibration in a wide resonance frequency band by using a resonance frequency of vibration having two or more degrees of freedom. can do.

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を行ってもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、磁歪発電ユニット２００およびダイナミックダンパー３００を組み合わせた構成は、上記した実施の形態、変形例１、変形例２に示したものに限らず、その他の構成であってもよい。また、振動方向はＸＹＺ方向のいずれであってもよい。また、磁歪発電ユニットの特性に合わせたダイナミックダンパーであれば、どのような形状であってもよい。 For example, the configuration in which the magnetostrictive power generation unit 200 and the dynamic damper 300 are combined is not limited to those shown in the above-described embodiment, modification 1, and modification 2, but may be other configurations. The vibration direction may be any of the XYZ directions. Further, any shape may be used as long as it is a dynamic damper that matches the characteristics of the magnetostrictive power generation unit.

また、ダイナミックダンパーを構成する粘弾性部材はゴムに限らずその他の材料で構成されてもよい。また、ダンパーウェイトは鉄、鉛に限らず、その他の密度の高い金属で構成されてもよい。 Further, the viscoelastic member constituting the dynamic damper is not limited to rubber, and may be composed of other materials. The damper weight is not limited to iron and lead, and may be composed of other high-density metals.

また、本発明に係る振動発電装置には、上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る振動発電装置を備えた各種機器等、例えば、エンジン、ＥＶモーター、車速変動によって振動が変動する振動体等も本発明に含まれる。 In addition, the vibration power generator according to the present invention includes other embodiments that are realized by combining arbitrary components in the above-described embodiments, and other embodiments that do not depart from the gist of the present invention. Modifications obtained by various modifications conceived by the contractor, various devices including the vibration power generation apparatus according to the present invention, such as an engine, an EV motor, and a vibrating body whose vibration fluctuates due to vehicle speed fluctuations are also included in the present invention. It is.

本発明は、変動する振動体に取り付けられる振動発電装置に適用できる。特に、エンジン、ＥＶモーター、車速変動によって振動が変動する振動体に適用できる。 The present invention can be applied to a vibration power generator attached to a vibrating body that fluctuates. In particular, the present invention can be applied to an engine, an EV motor, and a vibrating body whose vibration varies depending on a vehicle speed variation.

１００、１００Ａ、１００Ｂ振動発電装置
２００磁歪発電ユニット
２０２磁歪部（梁部材）
２０４磁歪部ウェイト
２０６支持部
３００ダイナミックダンパー
３０２ダンパーウェイト
３０４、３０４Ｂゴム（粘弾性部材）
４００、４００Ｂベースプレート 100, 100A, 100B Vibration power generation apparatus 200 Magnetostrictive power generation unit 202 Magnetostrictive part (beam member)
204 Magnetostrictive section weight 206 Support section 300 Dynamic damper 302 Damper weight 304, 304B Rubber (viscoelastic member)
400, 400B Base plate

Claims

A magnetostrictive power generation unit having parallel beams composed of two beam members;
With dynamic damper,
At least one of the two beam members is made of a magnetostrictive material,
The magnetostrictive power generation unit is joined to the vibrating body via the dynamic damper so that the two beam members vibrate in the same plane due to vibration applied from the vibrating body.

The dynamic damper is
A damper weight joined to the magnetostrictive power generation unit;
A viscoelastic member joined to each of the damper weight and the vibrator,
The vibration power generation apparatus according to claim 1, wherein a loss coefficient of the viscoelastic member is 0.2 or more and 0.3 or less.

3. The damper weight according to claim 1, wherein the damper weight has a weight such that an amplitude magnification of the parallel beam with respect to the vibrating body is ¼ or more and ½ or less of an amplitude magnification at which the parallel beam yields. Vibration power generator.

A method for designing a vibration power generator,
The vibration power generator
A magnetostrictive power generation unit having parallel beams composed of two beam members;
With dynamic damper,
At least one of the two beam members is formed of a magnetostrictive material,
The magnetostrictive power generation unit is joined to the vibrating body via the dynamic damper so that the two beam members vibrate in the same plane by vibration applied from the vibrating body,
The dynamic damper is
A damper weight joined to the magnetostrictive power generation unit;
Viscoelastic member joined to each of the damper weight and the vibrator,
Obtaining a resonance frequency of the parallel beam;
Determining the resonance frequency of the dynamic damper according to the resonance frequency of the parallel beam;
Determining an amplitude magnification of the dynamic damper according to a resonance frequency of the dynamic damper;
Determining the weight of the damper weight according to the amplitude magnification of the dynamic damper;
And determining a loss coefficient of the viscoelastic member according to an amplitude magnification of the dynamic damper.

In the step of determining a loss factor of the viscoelastic member,
The method for designing a vibration power generator according to claim 4, wherein a loss coefficient of the viscoelastic member is determined in a range of 0.2 to 0.3.

In the step of determining the weight of the damper weight,
The weight of the damper weight is determined to be a weight within a range in which an amplitude magnification of the parallel beam with respect to the vibrating body is ¼ or more and ½ or less of an amplitude magnification at which the parallel beam yields. The design method of the vibration electric power generating apparatus of Claim 4 or Claim 5.