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WO2015178053A1 - 発電装置 - Google Patents

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Publication number
WO2015178053A1
WO2015178053A1 PCT/JP2015/055199 JP2015055199W WO2015178053A1 WO 2015178053 A1 WO2015178053 A1 WO 2015178053A1 JP 2015055199 W JP2015055199 W JP 2015055199W WO 2015178053 A1 WO2015178053 A1 WO 2015178053A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetostrictive rod
beam member
magnetostrictive
power generation
rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/055199
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
憲一 古河
貴之 沼宮内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsumi Electric Co Ltd
Original Assignee
Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsumi Electric Co Ltd filed Critical Mitsumi Electric Co Ltd
Priority to US15/312,843 priority Critical patent/US20170149360A1/en
Priority to CN201580026978.8A priority patent/CN106416046A/zh
Publication of WO2015178053A1 publication Critical patent/WO2015178053A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186—Vibration harvesters
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N35/00—Magnetostrictive devices
    • H10N35/101—Magnetostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. generators, sensors

Definitions

  • the present invention relates to a power generation device.
  • This power generator includes, for example, a pair of magnetostrictive rods provided side by side, two connecting yokes that connect both ends of these magnetostrictive rods, a coil provided so as to surround the outer peripheral side of each magnetostrictive rod, and a pair of A long back yoke provided along with the magnetostrictive rod, and two permanent magnets disposed between each connecting yoke and the back yoke and applying a bias magnetic field to the magnetostrictive rod are provided.
  • the back yoke is fixed to the connecting yoke via a permanent magnet. Thereby, a magnetic field loop passing through the magnetostrictive rod, the connecting yoke, the permanent magnet and the back yoke is formed.
  • the elastic energy accumulated in each magnetostrictive rod is efficiently converted into kinetic energy for vibrating the connecting yoke from the viewpoint of improving power generation efficiency.
  • the magnetostrictive rod is a member that has a large energy loss due to its deformation, that is, a large loss factor. Therefore, each magnetostrictive rod loses a part of the accumulated elastic energy as thermal energy with deformation. Therefore, in the power generation device described in Patent Document 1, it is difficult to efficiently convert elastic energy accumulated in each magnetostrictive rod into kinetic energy, and as a result, power generation efficiency is poor.
  • the loss factor of the magnetostrictive rod can be relatively lowered by increasing the mass of the entire power generator constituting the vibration system.
  • the energy loss (structural damping) accompanying the deformation of the magnetostrictive rod can be reduced, but the mass of the entire power generating device is large, so the vibration frequency of the magnetostrictive rod (vibration system) is reduced.
  • the number of deformations of the magnetostrictive rod per unit time decreases, and a sufficient voltage cannot be generated in the coil.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a power generation apparatus that can efficiently generate power by reducing the loss of applied external force.
  • Such an object is achieved by the present invention of the following (1) to (9).
  • the magnetic field lines are arranged so as to pass in the axial direction, and a coil that generates a voltage based on a change in density thereof,
  • a voltage is generated in the coil by changing the density of the magnetic lines of force by expanding and contracting the magnetostrictive rod by relatively displacing the other end with respect to one end of the magnetostrictive rod in a direction substantially perpendicular to the axial direction.
  • Each of the magnetostrictive rod and the beam member has a substantially constant cross-sectional shape in the lateral direction
  • the Young's modulus of the material constituting the beam member is Eh [N / m 2 ]
  • the cross-sectional secondary moment in the cross section in the short direction of the beam member is Ih [m 4 ]
  • the Young's modulus of the magnetostrictive material is Ej [ N / m 2 ] and the above-mentioned (1) or (2) satisfying the relationship of Eh ⁇ Ih> Ej ⁇ Ij, where Ij [m 4 ] is the secondary moment of inertia in the cross section in the short direction of the magnetostrictive rod.
  • the at least one magnetostrictive rod has two or more magnetostrictive rods provided side by side,
  • the power generation device according to any one of (1) to (6), wherein the magnetostrictive rods and the beam members are arranged so as not to overlap each other in a plan view.
  • the coil is wound around the outer periphery of each magnetostrictive rod,
  • the loss coefficient of the constituent material of the beam member is smaller than the loss coefficient of the magnetostrictive material constituting the magnetostrictive rod, the energy loss (structural attenuation) accompanying the deformation of the beam member is converted into the deformation of the magnetostrictive rod. It can be made sufficiently smaller than the accompanying energy loss (structural damping). For this reason, even if the energy loss associated with the deformation of the magnetostrictive rod is relatively large, the energy loss associated with the deformation of the beam member is sufficiently small. Therefore, the power generator as a whole deforms a pair of beams (magnetostrictive rod and beam member). The energy loss accompanying this can be made sufficiently small. Thereby, the power generation efficiency of a power generator can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a power generator of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power generator shown in FIG. Fig.3 (a) is a side view of the electric power generating apparatus shown in FIG.
  • FIG.3 (b) is a figure which shows the state which removed the coil from the electric power generating apparatus shown to Fig.3 (a).
  • FIG. 4 is a plan view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 5 is a front view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 6 is a side view for explaining a state in which the power generator shown in FIG. 1 is attached to the vibrating body.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a power generator of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power generator shown in FIG. Fig.3 (a) is a side view of the electric power generating apparatus shown in FIG.
  • FIG.3 (b) is a figure which shows the state which
  • FIG. 7 shows a magnetostrictive rod made of a magnetostrictive material mainly composed of an iron-gallium alloy and a rod made of nonmagnetic stainless steel with the proximal end fixed to the casing and the tip thereof. It is a graph which shows a time-dependent change of the amplitude of each front-end
  • FIG. 8 shows a structure having a pair of parallel beams (beam member and magnetostrictive rod) having a base end fixed to a casing and a tip fixed to a movable part (mass part). It is a side view for demonstrating the force and moment which are given to.
  • FIG. 9 shows that a structure having a pair of parallel beams (beam member and magnetostrictive rod) whose base end is fixed to the casing and whose distal end is fixed to the movable part (mass part) is applied with an external force to the movable part. It is a side view for demonstrating the elastic energy accumulate
  • FIG. 10 is a side view schematically illustrating a state in which an external force is applied in the downward direction to the distal end of one bar (one beam) whose base end is fixed to the casing.
  • FIG. 11 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied downward to the distal ends of a pair of opposed parallel beams (parallel beams) whose base ends are fixed to the casing.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing stress (elongation stress, contraction stress) applied to a pair of parallel beams to which an external force is applied to the tip.
  • FIG. 13 shows the relationship between the applied magnetic field (H) and the magnetic flux density (B) in accordance with the applied stress in a magnetostrictive rod composed of a magnetostrictive material whose main component is an iron-gallium alloy. It is a graph.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a second embodiment of the power generator of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a power generator according to the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power generator shown in FIG. Fig.3 (a) is a side view of the electric power generating apparatus shown in FIG.
  • FIG.3 (b) is a figure which shows the state which removed the coil from the electric power generating apparatus shown to Fig.3 (a).
  • FIG. 4 is a plan view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 5 is a front view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 6 is a side view for explaining a state in which the power generator shown in FIG. 1 is attached to the vibrating body.
  • FIGS. 1, 2, 3 (a), 3 (b), 5 and 6 and the front side in FIG. 4 are referred to as “up” or “upward”, 1, 2, 3 (a), 3 (b), the lower side in FIGS. 5 and 6, and the back side in FIG. 4 are referred to as “lower” or “lower”.
  • 1 and 2 and the right side in FIGS. 3A, 3B, 4 and 6 are referred to as “tip”, and the left front side of FIG. 1 and FIG.
  • the left side in FIGS. 3A, 3B, 4 and 6 is referred to as a “base end”.
  • the power generator 1 shown in FIGS. 1 and 2 is arranged so that the magnetostrictive rod 2 that passes the magnetic lines of force in the axial direction, the beam member 73 that has a function of applying stress to the magnetostrictive rod 2, and the magnetic lines of force pass in the axial direction.
  • the coil 3 is provided.
  • the magnetostrictive rod 2 is displaced by displacing the tip (the other end) with respect to the base end (one end) of the magnetostrictive rod 2 in a direction (vertical direction in FIG. 1) substantially perpendicular to the axial direction. Stretch in the longitudinal direction.
  • the magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2 changes due to the inverse magnetostrictive effect, and the density of the magnetic lines passing through the magnetostrictive rod 2 (the density of the magnetic lines passing through the coil 3) changes, whereby a voltage is generated in the coil 3.
  • the power generation device 1 is fixed to a casing 100 of a vibrating body that generates vibration.
  • the power generation device 1 of the present embodiment has two magnetostrictive rods 2 and 2 provided side by side.
  • the magnetostrictive rod 2 is made of a magnetostrictive material, and is arranged with the direction in which magnetization is likely to occur (direction of easy magnetization) as the axial direction.
  • the magnetostrictive rod 2 has a long flat plate shape, and passes lines of magnetic force in the axial direction thereof.
  • Such a magnetostrictive rod 2 preferably has a substantially constant cross-sectional shape (cross-sectional shape in the short direction) along the axial direction.
  • the average thickness of the magnetostrictive rod 2 is not particularly limited, but is preferably about 0.3 to 10 mm, and more preferably about 0.5 to 5 mm.
  • the average cross-sectional area of the magnetostrictive rod 2 is preferably about 0.2 to 200 mm 2 , more preferably about 0.5 to 50 mm 2 . With this configuration, it is possible to reliably pass magnetic lines of force in the axial direction of the magnetostrictive rod 2.
  • the Young's modulus of the magnetostrictive material is preferably about 40 to 100 GPa, more preferably about 50 to 90 GPa, and further preferably about 60 to 80 GPa.
  • the magnetostrictive rod 2 can be expanded and contracted more greatly. For this reason, since the magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2 can be changed more greatly, the electric power generation efficiency of the electric power generating apparatus 1 (coil 3) can be improved more.
  • Such a magnetostrictive material is not particularly limited, and examples thereof include an iron-gallium alloy, an iron-cobalt alloy, an iron-nickel alloy, and the like, and one or more of these can be used in combination. .
  • a magnetostrictive material mainly composed of an iron-gallium alloy (Young's modulus: about 70 GPa) is preferably used.
  • a magnetostrictive material whose main component is an iron-gallium alloy is easy to set in the Young's modulus range as described above.
  • the magnetostrictive material as described above preferably contains at least one of rare earth metals such as Y, Pr, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, and Tm. Thereby, the change of the magnetic permeability of the magnetostriction stick
  • rod 2 can be enlarged more.
  • the loss factor of such a magnetostrictive material is about 9 ⁇ 10 ⁇ 4 to 9 ⁇ 10 ⁇ 2 .
  • the coil 3 is wound (arranged) on the outer periphery of the two magnetostrictive rods 2 and 2 so as to surround the portions excluding both end portions 21 and 22 thereof.
  • the coil 3 is configured by winding a wire 31 around the magnetostrictive rod 2. Thereby, the coil 3 is arrange
  • a voltage is generated in the coil 3 based on a change in magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2, that is, a change in the density of magnetic lines of force (magnetic flux density) passing through the magnetostrictive rod 2.
  • the magnetostrictive rods 2 and 2 are arranged in the width direction, not in the thickness direction, so that the interval between them can be designed large. Therefore, a sufficient space for the coil 3 wound around the magnetostrictive rod 2 can be secured, and the number of turns can be increased even when the wire 31 having a relatively large cross-sectional area (wire diameter) is used.
  • a wire rod having a large wire diameter has a small resistance value (load impedance) and can efficiently flow a current, so that the voltage generated in the coil 3 can be used efficiently.
  • the voltage ⁇ generated in the coil 3 based on the change in the magnetic flux density of the magnetostrictive rod 2 is expressed by the following equation (1).
  • N N ⁇ ⁇ B / ⁇ T (1) (Where N is the number of turns of the wire 31, ⁇ B is the amount of change in magnetic flux passing through the lumen of the coil 3, and ⁇ T is the amount of change in time.)
  • the voltage generated in the coil 3 is proportional to the number of turns of the wire 31 and the amount of change in the magnetic flux density of the magnetostrictive rod 2 ( ⁇ B / ⁇ T).
  • the power generation efficiency of 1 can be improved.
  • fusion function to the copper base line the wire which coat
  • the number of windings of the wire 31 is not particularly limited, but is preferably about 1000 to 10,000, and more preferably about 2000 to 9000. Thereby, the voltage generated in the coil 3 can be further increased.
  • the cross-sectional area of the wire 31 is not particularly limited, but is preferably about 5 ⁇ 10 ⁇ 4 to 0.15 mm 2 , and more preferably about 2 ⁇ 10 ⁇ 3 to 0.08 mm 2 . Since the resistance value of such a wire 31 is sufficiently low, the current flowing through the coil 3 can be efficiently flowed to the outside by the generated voltage, and the power generation efficiency of the power generator 1 can be further improved.
  • the cross-sectional shape of the wire 31 may be any shape such as a polygon such as a triangle, a square, a rectangle, and a hexagon, a circle, and an ellipse.
  • the both ends of the wire 31 which comprises the coil 3 are connected to electric circuits, such as a radio
  • a first block body 4 is provided on the base end side of each magnetostrictive rod 2.
  • the 1st block body 4 functions as a fixing
  • the magnetostrictive rod 2 is cantilevered with the base end as a fixed end and the tip as a movable end.
  • various vibrating bodies such as a pump and an air conditioning duct, are mentioned, for example. A specific example of the vibrating body will be described later.
  • the first block body 4 has a high-back portion 41 on the tip side and a low-back portion 42 having a height (thickness) smaller than that of the high-back portion 41.
  • the outer shape is stepped (stepped).
  • a slit 411 formed along the width direction is provided at the approximate center in the thickness direction of the high-profile portion 41, and the base end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 411.
  • a pair of female screw portions 412 that penetrates in the thickness direction are provided at both ends in the width direction of the high-profile portion 41.
  • a male screw 43 is screwed into each female screw portion 412.
  • a pair of female screw portions 421 penetrating in the thickness direction are provided at both ends in the width direction of the low profile portion 42, and male screws 44 are screwed into the respective female screw portions 421.
  • the first block body 4 can be fixed to the housing by screwing the male screw 44 into the housing or the like via the female screw portion 421.
  • a groove 422 extending in the width direction is formed on the lower surface of the low profile portion 42. Therefore, the first block body 4 is fixed to the vibrating body at two portions, that is, the base end side (the low back portion 42) and the tip end side (mainly the high back portion 41) sandwiching the groove 422. It becomes the structure which is easy to bend. Therefore, the vibration of the vibrating body can be efficiently transmitted to the distal end side (second block body 5) of the magnetostrictive rod 2 via the first block body 4. As a result, elongation stress (tensile stress) or contraction stress (compression stress) can be efficiently applied to the magnetostrictive rod 2.
  • a second block body 5 is provided on the distal end side of the magnetostrictive rod 2.
  • the second block body 5 is a part that functions as a weight (mass part) for applying an external force or vibration to the magnetostrictive rod 2. Due to the vibration of the vibrating body, an external force or vibration in the vertical direction is applied to the second block body 5. As a result, the magnetostrictive rod 2 has its base end as a fixed end, and the tip reciprocates vertically (the tip is displaced relative to the base end).
  • the second block body 5 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and a slit formed along the width direction at a substantially central portion in the thickness direction on the base end side thereof. 501 is provided.
  • the tip 22 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 501.
  • the length from the upper surface of the second block body 5 to the slit 501 is configured to be substantially equal to the length from the upper surface of the high-profile portion 41 of the first block body 4 to the slit 411. ing.
  • a pair of female screw portions 502 penetrating in the thickness direction are provided at both end portions in the width direction of the second block body 5, and male screws 53 are screwed into the respective female screw portions 502. To do.
  • the end portions 21 and 22 of the magnetostrictive rod 2 can be reliably fixed, respectively, and uniform stress is applied to the magnetostrictive rod 2.
  • the material is not particularly limited as long as it is a material having sufficient rigidity capable of imparting a magnetic field and having ferromagnetism capable of imparting a bias magnetic field from the permanent magnet 6 to the magnetostrictive rod 2.
  • Examples of the material having the above characteristics include pure iron (for example, JIS SUY), soft iron, carbon steel, electromagnetic steel (silicon steel), high-speed tool steel, structural steel (for example, JIS SS400), stainless steel, permalloy, and the like. These can be used, and one or more of these can be used in combination.
  • the widths of the first block body 4 and the second block body 5 are designed to be larger than the width of the magnetostrictive rod 2. Specifically, such a width that the magnetostrictive rod 2 can be disposed between the pair of female screw portions 412 and 502 when the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slits 411 and 501 of the block bodies 4 and 5.
  • the width of each of the block bodies 4 and 5 is preferably about 3 to 15 mm, and more preferably about 5 to 10 mm.
  • two permanent magnets 6 for applying a bias magnetic field to the magnetostrictive rod 2 are provided.
  • Each permanent magnet 6 has a cylindrical shape.
  • the permanent magnets 6 provided between the first block bodies 4 are arranged with the south pole on the lower side in FIG. 4 and the north pole on the upper side in FIG. Further, the permanent magnet 6 provided between the second block bodies 5 is arranged with the S pole on the upper side in FIG. 4 and the N pole on the lower side in FIG. 4. That is, each permanent magnet 6 is disposed such that its magnetization direction coincides with the direction in which the magnetostrictive rod 2 is provided (see FIG. 5 and the like). Thereby, a clockwise magnetic field loop is formed in the power generator 1.
  • the permanent magnet 6 for example, an alnico magnet, a ferrite magnet, a neodymium magnet, a samarium cobalt magnet, or a magnet (bond magnet) formed by molding a composite material obtained by pulverizing them and kneading them into a resin material or a rubber material is used. be able to.
  • a permanent magnet 6 is preferably fixed to each of the block bodies 4 and 5 by adhesion using, for example, an adhesive.
  • the permanent magnet 6 is comprised so that the 2nd block body 5 may be displaced. Therefore, no friction is generated between the second block body 5 and the permanent magnet 6. For this reason, since the energy for displacing the 2nd block body 5 by friction is not consumed, the electric power generating apparatus 1 can generate electric power efficiently.
  • Such magnetostrictive rods 2 and 2 are connected by a connecting portion 7 via each first block body 4 and each second block body 5.
  • the connecting portion 7 includes a first connecting member 71 that connects the first block bodies 4, a second connecting member 72 that connects the second block bodies 5, a first connecting member 71, and a second connecting member 71. And a single beam member 73 for connecting the connecting member 72.
  • Such a connection part 7 is comprised with the weak magnetic material or the nonmagnetic material.
  • each of the first connecting member 71, the second connecting member 72, and the beam member 73 has a strip shape (a long flat plate shape). It is H-shaped.
  • connection part 7 may be the structure which connected each member by welding etc., it is preferable that each member is integrally formed.
  • the first connecting member 71 includes four through holes 711 formed at positions corresponding to the four female screw portions 412 provided in the two first block bodies 4.
  • the base end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 411, and the male screw 43 is inserted into the through hole 711 of the first connecting member 71 and screwed into the female screw portion 412.
  • the first connecting member 71 is screwed to the high back portion 41 of the first block body 4, and the interval between the slits 411 is narrowed, so that the base end portion 21 (magnetostrictive rod 2) becomes the first block. Fixed to the body 4.
  • the second connecting member 72 includes four through holes 721 formed at positions corresponding to the four female screw portions 502 provided in the two second block bodies 5.
  • the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 501, and the male screw 53 is inserted into the through hole 721 of the second connecting member 72 and screwed into the female screw portion 502.
  • the second connecting member 72 is screwed to the second block body 5 and the interval between the slits 501 is narrowed, so that the distal end portion 22 (magnetostrictive rod 2) is fixed to the second block body 5.
  • the magnetostrictive rod 2 and the first connecting member 71 are connected to the first block body 4 by the male screw 43, and the magnetostrictive rod 2 and the second connecting member 72 are connected to the second block body 5 by the male screw 53. Therefore, the number of parts and the number of assembly steps for fixing and connecting the members can be reduced.
  • the joining method is not limited to the above-described screwing, and may be bonding with an adhesive, brazing, welding (laser welding, electric welding), or the like.
  • the interval between the magnetostrictive rods 2 and 2 can be changed.
  • a sufficient space for winding the coil 3 around each magnetostrictive rod 2 can be secured.
  • the volume of the coil 3 can be made sufficiently large, and as a result, the power generation efficiency of the power generation device 1 can be improved.
  • the beam member 73 connects the central portions of the first connecting member 71 and the second connecting member 72 to each other. And in the electric power generating apparatus 1, it arrange
  • the width of the beam member 73 is designed to be smaller than the interval between the coils 3 wound around each magnetostrictive rod 2, and the lower surface of the beam member 73 and the upper surface of the coil 3 are substantially coincident in a side view. ing.
  • the two magnetostrictive rods 2, 2 and the beam member 73 function as beams facing each other (parallel beams). Are displaced in the same direction (upward or downward in FIG. 1).
  • the beam member 73 is disposed between the two magnetostrictive rods 2 and 2, they do not come into contact with each other when the magnetostrictive rods 2 are displaced.
  • such a power generator 1 has the first block body 4 fixed to the casing 100 of the vibrating body by a male screw 44.
  • the second block body 5 is displaced (rotated) downward with respect to the first block body 4 due to the vibration of the vibration body, that is, the distal end with respect to the proximal end of the magnetostrictive rod 2.
  • the beam member 73 is deformed to extend in the axial direction, and the magnetostrictive rod 2 is deformed to contract in the axial direction.
  • the beam member 73 is contracted in the axial direction.
  • the magnetostrictive rod 2 is deformed so as to extend in the axial direction.
  • the magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2 changes due to the inverse magnetostrictive effect, and the density of magnetic lines of force passing through the magnetostrictive bar 2 (the density of magnetic lines of force penetrating the lumen of the coil 3 in the axial direction) changes.
  • a voltage is generated in the coil 3.
  • the loss coefficient of the constituent material of the beam member 73 is smaller than the loss coefficient of the magnetostrictive material constituting the magnetostrictive rod 2.
  • the “loss factor” is an index for evaluating the damping characteristics of the damping material.
  • a member made of a material having a large loss coefficient generates a large amount of thermal energy when deformed, resulting in a large loss of kinetic energy.
  • thermal energy generated during deformation is suppressed, and loss of kinetic energy is reduced. A specific method for measuring the loss factor of each material will be described later.
  • the two magnetostrictive rods 2 and 2 and the beam member 73 function as a pair of beams facing each other.
  • each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 are displaced in the same direction by the vibration of the vibrating body, and are deformed so that one of the two magnetostrictive rods 2, 2 and the beam member 73 extends. Then, the other is deformed so as to contract.
  • elastic energy is accumulated in each magnetostrictive rod 2 and beam member 73, and this elastic energy is converted into kinetic energy, whereby the second block body 5 vibrates in the vertical direction.
  • the loss coefficient of the constituent material of the beam member 73 is smaller than the loss coefficient of the magnetostrictive material constituting the magnetostrictive rod 2. Therefore, the energy loss (structural attenuation) associated with the deformation of the beam member 73 can be made sufficiently smaller than the energy loss (structural attenuation) associated with the deformation of the magnetostrictive rod 2. Thereby, the elastic energy accumulated in the beam member 73 is efficiently converted into kinetic energy for vibrating the second block body 5. In the power generation device 1, the energy loss associated with the deformation of each magnetostrictive rod 2 is relatively large.
  • the power generation device 1 as a whole has a pair of beams (magnetostrictive rod 2. 2 and the beam member 73) can be sufficiently reduced in energy loss. Thereby, the power generation efficiency of the power generator 1 can be improved.
  • the power generation device 1 of the present embodiment can sufficiently reduce energy loss due to deformation compared to a power generation device that uses a pair of magnetostrictive rods as opposed beams.
  • the constituent material of the beam member 73 is not particularly limited as long as it is made of a weak magnetic material or a nonmagnetic material as described above and has a smaller loss coefficient than the magnetostrictive material constituting the magnetostrictive rod 2 described above. It is preferable to use the materials shown in the following.
  • the connection part 7 whole is made of the material shown below. Preferably it is formed.
  • a weak magnetic material such as stainless steel, a nonmagnetic material such as aluminum, magnesium alloy, steel alloy, and nonmagnetic stainless steel
  • austenitic stainless steel which is a kind of nonmagnetic stainless steel.
  • FIG. 7 shows a magnetostrictive rod made of a magnetostrictive material mainly composed of an iron-gallium alloy and a rod made of nonmagnetic stainless steel with the proximal end fixed to the casing and the tip thereof. It is a graph which shows a time-dependent change of the amplitude of each front-end
  • the magnetostrictive rod used for the evaluation has a loss factor of 9 ⁇ 10 ⁇ 3 , a Young's modulus of 70 GPa, a length of 25 mm, and a cross-sectional area of 1.5 mm 2 .
  • the bar (beam member) made of nonmagnetic stainless steel used for the evaluation has a loss factor of 1 ⁇ 10 ⁇ 4 , a Young's modulus of 200 GPa, a length of 25 mm, and a cross-sectional area. 1.5 mm 2 .
  • a 1N load is applied to the tip of each rod (magnetostrictive rod and nonmagnetic stainless steel rod) in a direction perpendicular to the axial direction, and the tip of each rod vibrates.
  • the amplitude (initial amplitude) immediately after starting is shown as 100%.
  • the bar (beam member) made of non-magnetic stainless steel has a more gradual attenuation of the amplitude at the tip thereof than a magnetostrictive rod having a larger loss factor than the beam member.
  • the time until the amplitude of the tip is attenuated to 50% of the initial amplitude is approximately 82 msec, whereas in the beam member, the amplitude of the tip is attenuated to 50% of the initial amplitude. Is approximately 210 msec. From FIG. 7, it can be seen that the energy loss associated with the deformation (vibration) is suppressed in the beam member having a smaller loss coefficient than the magnetostrictive rod.
  • the loss coefficient of the constituent material of the beam member 73 is preferably 6 ⁇ 10 ⁇ 4 or less, and more preferably about 2 ⁇ 10 ⁇ 5 to 2 ⁇ 10 ⁇ 4 .
  • the loss coefficient of the constituent material of the beam member 73 satisfies the above condition, the energy loss accompanying the deformation of the beam member 73 can be further reduced. Thereby, the elastic energy accumulated in the beam member 73 is more efficiently converted into kinetic energy for vibrating the second block body 5, and the power generation efficiency of the power generation apparatus 1 can be further improved.
  • the loss factor of the material eta beam member 73 when the loss coefficient of the magnetostrictive material forming magnetostrictive rod 2 was eta 2, the value of eta 1 / eta 2 is not less than 0.3 Preferably, it is about 0.01 to 0.2.
  • the value of ⁇ 1 / ⁇ 2 satisfies the above condition, energy loss associated with deformation of the magnetostrictive rods 2, 2 and the beam member 73 can be further reduced as a whole of the power generation apparatus 1, and as a result, power generation The power generation efficiency of the device 1 can be further improved.
  • the loss factor of the constituent material of the beam member 73 and the magnetostrictive material are the method defined in the JIS standard (JIS G0602) relating to the test method of vibration damping characteristics of the damping steel plate, and the method defined in the ASTM standard using the cantilever method, respectively. It can be measured using a method such as (ASTM E756-83).
  • the magnitude relationship between the loss factor between the constituent material of the beam member 73 and the magnetostrictive material can be evaluated by, for example, the following method. That is, a bar made of the constituent material of each member (beam member 73, magnetostrictive rod 2) is prepared, and the movable end vibrates in a state where the base end of the bar is cantilevered with a fixed end and a distal end as a movable end. Then, the loss coefficient of each member can be relatively evaluated by measuring the vibration with a displacement meter or the like.
  • the elastic energy accumulated in the beam member 73 can be efficiently converted into kinetic energy for vibrating the second block body 5.
  • the beam member 73 and the magnetostrictive rods 2 are displaced in the same direction by the vibration of the vibrating body, and the respective displacement amounts are substantially equal. Therefore, by making the spring constant of the beam member larger than the spring constant of the magnetostrictive rod 2, the elastic energy accumulated in the beam member 73 can be made larger than the elastic energy accumulated in each magnetostrictive rod 2. In this case, the power generation efficiency of the power generator 1 can be further improved.
  • the deformation of the beam member 73 and the magnetostrictive rod 2 is a deformation (bending deformation) in a direction in which the tip of each member is displaced, that is, a direction in which each member bends (vertical direction in FIG. 3). And the deformation in the direction in which each member extends or contracts. Therefore, the elastic energy accumulated in each member with the deformation is the sum of the elastic energy accompanying the bending deformation and the elastic energy accompanying the deformation in the extension / contraction direction.
  • the elastic energy accumulated in the member due to bending deformation is greater in the extension / contraction direction.
  • the elastic energy stored in the member increases as compared with the deformation.
  • the elastic energy accumulated in the member by bending deformation is several tens of times the elastic energy accumulated in the member by deformation in the extension / contraction direction.
  • the power generation device 1 is configured so that the elastic energy can be efficiently accumulated in the beam member 73 by bending deformation rather than deformation in the extension / contraction direction. It is preferable.
  • the magnetostrictive rod 2 when the magnetostrictive rod 2 is deformed in the expansion / contraction direction, the magnetic permeability is changed, and the magnetic flux density is changed, thereby contributing to power generation. However, the magnetic permeability is not changed by bending deformation. Therefore, it is preferable that the magnetostrictive rod 2 is configured so that elastic energy can be efficiently accumulated by deformation in the extension / contraction direction rather than bending deformation.
  • FIG. 8 shows a structure having a pair of parallel beams (beam member and magnetostrictive rod) having a base end fixed to a casing and a tip fixed to a movable part (mass part). It is a side view for demonstrating the force and moment which are given to.
  • FIGS. 8 (a-1) to (a-3) it is assumed that the beam members and the magnetostrictive rods constituting each beam have the same Young's modulus and shape, respectively.
  • the structure of the case is shown.
  • FIG. 8 (b-1) shows a movable member using only a beam member as the beam member, using a member having a larger cross-sectional area and Young's modulus than the beam member of the structure shown in FIG. 8 (a-1).
  • the structure which supports is shown.
  • 8 (b-2) and 8 (b-3) respectively show a beam member of the structure shown in FIG. 8 (b-1), a magnetostrictive rod having a transverse area and Young's modulus smaller than those of the beam member.
  • the structure which comprised a pair of beam is shown.
  • FIG. 8 The upper side in FIG. 8 is referred to as “upper” or “upper side”, and the lower side in FIG. 8 is referred to as “lower” or “lower side”.
  • the beam member and the magnetostrictive rod have the same Young's modulus and the same shape, if an external force is applied downward to the movable portion and the movable portion is displaced downward, the beam member and the magnetostrictive rod Respectively bend and deform downward. Further, the beam member is deformed in the extending direction, and the magnetostrictive rod is deformed in the contracting direction (see FIG. 8A-2). In this state, when the external force applied to the movable portion is removed, the movable portion is displaced upward, and the beam member and the magnetostrictive rod are each bent upward. Further, the beam member is deformed in the contracting direction, and the magnetostrictive rod is deformed in the extending direction (see FIG. 8 (a-3)).
  • the beam member and the magnetostrictive rod repeat bending deformation and deformation in the extension / contraction direction due to the rotational moment generated in the movable portion in accordance with the vibration of the movable portion in the vertical direction. Due to the vibration of the movable portion, a force is applied to the beam member and the magnetostrictive rod in the displacing direction (bending direction, expansion / contraction direction).
  • the structure shown in FIG. 8 (b-1) uses a member having a larger cross-sectional area and Young's modulus than the beam member of the structure shown in FIG. 8 (a-1). It is the structure which supports a movable part only with a member.
  • the beam member bends and deforms in the downward direction, but hardly deforms in the extension / contraction direction.
  • the movable part is displaced upward, and the beam member is bent and deformed upward, but hardly deformed in the extension / contraction direction.
  • the beam member is also displaced in the vertical direction as the movable part vibrates in the vertical direction. At that time, the beam member is hardly deformed in the extending / contracting direction, but is deformed only in the bending direction. . That is, only a force in the bending direction is applied to the beam member by an external force applied to the movable part.
  • a magnetostrictive rod having a smaller cross-sectional area and Young's modulus than the beam member is added to such a structure, and a pair of the beam member and the magnetostrictive rod is used. It is assumed that the structure is composed of the beam. Even in such a structure, only a force in the bending direction is applied to the beam member by an external force applied to the movable portion. In such a structure, since the rigidity of the magnetostrictive rod is smaller than that of the beam member, when the beam member bends and deforms due to the vibration of the movable part, the magnetostrictive rod bends and deforms dependently on the bending deformation of the beam member. . Such a magnetostrictive rod is hardly applied with a force in the bending direction by an external force applied to the movable portion, and is only applied with a force in the extending / contracting direction.
  • FIG. 9 shows that a structure having a pair of parallel beams (beam member and magnetostrictive rod) whose base end is fixed to the casing and whose distal end is fixed to the movable part (mass part) is applied with an external force to the movable part. It is a side view for demonstrating the elastic energy accumulate
  • upper side in FIG. 9 is referred to as “upper” or “upper side”, and the lower side in FIG. 9 is referred to as “lower” or “lower side”.
  • the lengths of the beam member and the magnetostrictive rod are Lh [m] and Lj [m], respectively, which are substantially equal (Lh ⁇ Lj).
  • the beam member and the magnetostrictive rod each have a substantially uniform cross-sectional shape (cross-sectional shape in the short direction) along the longitudinal direction, and the cross-sectional areas of the beam member and the magnetostrictive rod are respectively Ah [m 2 ]. , Aj [m 2 ].
  • the Young's moduli of the constituent materials of the beam member and the magnetostrictive rod are Eh [N / m] and Ej [N / m], respectively.
  • the second moment of the cross section of the beam member and the magnetostrictive rod (lateral direction of the cross-section), respectively, Ih [m 4], it is Ij [m 4].
  • the beam member and the magnetostrictive rod move in the bending direction (vertical direction in FIG. 9) and the extension / contraction direction (longitudinal direction of each member) with the displacement of the movable part. ).
  • the displacement amounts (deflection amounts) in the bending direction of the ends of the beam member and the magnetostrictive rod are ⁇ Smh [m] and ⁇ Smj [m], respectively, which are substantially equal ( ⁇ Smh ⁇ Smj).
  • the moments in the bending direction (forces applied in the bending direction) of the beam member and the magnetostrictive rod are Fmh [N] and Fmj [N], respectively.
  • the spring constants in the bending direction of the beam member and the magnetostrictive rod are Kmh [N / m] and Kmj [N / m], respectively.
  • the elastic energy accumulated in the beam member and the magnetostrictive rod in accordance with the bending deformation is Umh [J] and Umj [J], respectively.
  • the deformation amounts of the beam member and the magnetostrictive rod in the extension / contraction direction are ⁇ Lh [m] and ⁇ Lj [m], respectively, which are substantially equal ( ⁇ Lh ⁇ Lj).
  • the forces applied in the extending and contracting directions of the beam member and the magnetostrictive rod are ⁇ Fh [N] and ⁇ Fj [N], respectively.
  • the spring constants in the extending and contracting directions of the beam member and the magnetostrictive rod are Kh [N / m] and Kj [N / m], respectively.
  • the elastic energy accumulated in the beam member and the magnetostrictive rod in accordance with the deformation in the extension / contraction direction is Uh [J] and Uj [J], respectively.
  • the elastic energy Uf accumulated in the structure shown in FIG. 9 is the elastic energy Umh, Umj accumulated in the beam member and the magnetostrictive rod along with the bending deformation.
  • the elastic energy Uh [J] and Uj [J] accumulated in the beam member and the magnetostrictive rod in accordance with the deformation in the extension / contraction direction is expressed by the following equation (2-2).
  • Kmh and Kmj in the bending direction can be expressed by the following equations (2-6) and (2-7), respectively.
  • Kmh 3 ⁇ Eh ⁇ Ih / Lh 3 (2-6)
  • Kmj 3 ⁇ Ej ⁇ Ij / Lj 3 (2-7)
  • the elastic energy accumulated in the beam member and the magnetostrictive rod as a result of bending deformation is the Young's modulus of the constituent material of each member ⁇ the cross-sectional second moment of the cross section of each member. Proportional to value. Therefore, in the power generator 1, the Young's modulus Eh of the constituent material of the beam member 73 ⁇ the value of the cross-sectional secondary moment Ih of the cross section of the beam member 73 is set to the Young's modulus Ej of the constituent material (magnetostrictive material) of the magnetostrictive rod 2. It is preferable to make it larger than the value of the cross-sectional secondary moment Ij of the cross section of the rod 2.
  • the beam member 73 and the magnetostrictive rod 2 satisfy the relationship of Eh ⁇ Ih> Ej ⁇ Ij.
  • the elastic energy accumulated in the beam member 73 with bending deformation can be made larger than the elastic energy accumulated in the magnetostrictive rod 2 with bending deformation, and as a result, the power generation efficiency of the power generator 1 is increased. Can be further improved.
  • ⁇ Lh and ⁇ Lj satisfy the relationship of the following expression (2-11) using spring constants Kh and Kj in the extending and contracting directions of the beam member and the magnetostrictive rod.
  • ⁇ Lh Fh / Kh
  • ⁇ Lj Fj / Kj (2-11)
  • the elastic energy accumulated in the beam member and the magnetostrictive rod along with the deformation in the expansion / contraction direction is the Young's modulus of the constituent material of each member ⁇ the cross-sectional area of each member. Inversely proportional to the value. Therefore, in the power generation device 1, the value of Young's modulus Eh of the constituent material of the beam member 73 ⁇ the cross-sectional area Ah of the beam member 73 is equal to the Young's modulus Ej of the constituent material of the magnetostrictive rod 2 (magnetostrictive material) ⁇ the cross-sectional area of the magnetostrictive rod 2. It is preferable to make it larger than the value of Aj.
  • the beam member 73 and the magnetostrictive rod 2 satisfy the relationship of Eh ⁇ Ah> Ej ⁇ Aj.
  • the elastic energy accumulated in the magnetostrictive rod 2 with the deformation in the expansion / contraction direction can be made larger than the elastic energy accumulated in the beam member 73 with the deformation in the expansion / contraction direction.
  • the power generation efficiency of the power generation device 1 can be further improved.
  • the beam member 73 and the magnetostrictive rod 2 satisfy both the relationship of Eh ⁇ Ih> Ej ⁇ Ij and the relationship of Eh ⁇ Ah> Ej ⁇ Aj, the following effects are obtained. That is, the elastic energy Umh accumulated in the beam member 73 with bending deformation can be made relatively larger than the elastic energy Umj accumulated in the magnetostrictive rod 2 with bending deformation. Further, the elastic energy Uj accumulated in the magnetostrictive rod 2 with the deformation in the expansion / contraction direction is relatively larger than the elastic energy Uh accumulated in the beam member 73 with the deformation in the expansion / contraction direction. can do.
  • the Young's modulus of the material constituting the beam member 73 is preferably about 80 to 200 GPa, more preferably about 100 to 190 GPa, and further preferably about 120 to 180 GPa.
  • the cross-sectional shape (cross-sectional shape in the short direction) of such a beam member 73 is substantially constant along the longitudinal direction.
  • the average thickness of the beam member 73 is not particularly limited, but is preferably about 0.3 to 10 mm, and more preferably about 0.5 to 5 mm. Further, the average cross-sectional area of the beam member 73 is preferably about 0.2 to 200 mm 2 , and more preferably about 0.5 to 50 mm 2 .
  • the distance between the magnetostrictive rods 2 and 2 and the beam member 73 (hereinafter also referred to as “beam distance”) in a side view can be freely designed. Specifically, the length (height) from the slits 411 and 501 provided in the respective block bodies 4 and 5 to the upper surface (the upper surface of the high-back portion 41 in the first block body 4) is adjusted. Therefore, these beam intervals can be designed freely.
  • the volume of the coil 3 can be sufficiently increased, and the beam spacing between each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 can be freely designed.
  • the relationship between the beam interval and the power generation efficiency of the power generation apparatus 1 will be described.
  • FIG. 10 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied downward to the tip of one bar (one beam) whose base end is fixed to the casing.
  • FIG. 11 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied downward to the distal ends of a pair of opposed parallel beams (parallel beams) whose base ends are fixed to the casing.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing stress (elongation stress, contraction stress) applied to a pair of parallel beams to which an external force is applied to the tip.
  • FIGS. 10 to 12 The upper side in FIGS. 10 to 12 is referred to as “upper” or “upper side”, and the lower side in FIGS. 10 to 12 is referred to as “lower” or “lower side”. Also, the left side in FIGS. 10 to 12 is referred to as a “base end”, and the right side in FIGS. 10 to 12 is referred to as a “tip”.
  • each beam is deformed into a substantially S shape as shown in FIG.
  • a uniform extension stress is generated in the upper beam.
  • an extension stress A is generated in the center as shown in FIG.
  • a large shrinkage stress B is generated in the lower part on the side and the upper part on the tip side.
  • a uniform shrinkage stress is generated in the lower beam.
  • a contraction stress B is generated in the central portion
  • a large elongation stress A is generated in the upper portion on the proximal end side and the lower portion on the distal end side. .
  • the magnitude of the generated stress (elongation stress or contraction stress) and the amount of change in magnetic flux density have the following relationship.
  • FIG. 13 shows the applied magnetic field (H) and magnetic flux density (in accordance with the applied stress) in a magnetostrictive rod made of a magnetostrictive material composed mainly of an iron-gallium alloy (Young's modulus: about 70 GPa). It is a graph which shows the relationship with B).
  • (a) is a state in which no stress is generated in the magnetostrictive rod
  • (b) is a state in which a contraction stress of 90 MPa is generated in the magnetostrictive rod
  • (c) is an extension of 90 MPa in the magnetostrictive rod.
  • a state in which stress is generated shows a state in which a 50 MPa contraction stress is generated in the magnetostrictive rod
  • (e) shows a state in which a 50 MPa extensional stress is generated in the magnetostrictive rod.
  • the magnetic permeability of the magnetostrictive rod in which the extensional stress is generated is higher than that of the magnetostrictive rod in the state where no stress is generated. (Magnetic flux density) increases ((c) and (e)).
  • a magnetostrictive rod in which a contraction stress is generated has a lower magnetic permeability, resulting in a lower magnetic flux density passing therethrough ((b) and ( d)).
  • the amount of change in magnetic flux density passing through the magnetostrictive rod is sufficiently increased by alternately generating an extension stress of 70 MPa or more and a contraction stress of 70 MPa or more. be able to.
  • the beam spacing between each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is reduced to suppress the parallel link operation of the beam. It is desirable to approximate the bending deformation behavior of one beam as shown in FIG.
  • the volume of the coil 3 is not limited by the beam spacing between each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73, so that while the volume of the coil 3 is sufficiently large, The beam spacing can be designed to be sufficiently small. Thereby, while increasing the volume of the coil 3, the stress generated in the magnetostrictive rod 2 can be made uniform, and the power generation efficiency of the power generation apparatus 1 can be further improved.
  • a vibrating body which attaches the electric power generating apparatus 1 it is an apparatus which moves steam, water, fuel oil, gas (air, fuel gas, etc.) etc. through a pipe or a duct (exhaust, ventilation, intake air, waste liquid, circulation), for example. Yes, such as large facilities, buildings, stations, and piping and air conditioning ducts.
  • the vibrating body to which the power generation device 1 is attached is not limited to such a pipe or air conditioning duct.
  • a transport machine for example, a transport machine (freight train, automobile, truck bed), rails (sleepers) constituting a track, and an expressway And tunnel wall panels, bridges, pumps and turbines.
  • the vibration generated in these vibrators is unnecessary for the movement of the target medium (in the case of an air conditioning duct, the gas passing through the duct), which may cause noise and unpleasant vibration. It has become.
  • the unnecessary vibration kinetic energy
  • the unnecessary vibration can be converted (regenerated) as electric energy.
  • the power generation device 1 can be used as a power source for sensors, wireless devices, and the like.
  • the present invention can be used in a system having the power generation device 1, a sensor, and a wireless device.
  • the illuminance, temperature, humidity, pressure, and noise of the facility living space can be measured by driving the sensor using the electrical energy (electric power) obtained by the power generator 1.
  • the wireless device using the power obtained by the power generation device 1, the data measured by the sensor is transmitted as detection data to an external device (server, host computer, etc.), and various control signals, It can be used as a monitoring signal.
  • the power generator 1 can also be used as a system (for example, a tire air pressure sensor or a seat belt wearing detection sensor) that monitors the state of each part of the vehicle. Moreover, the effect which reduces the noise from a vibrating body and an unpleasant vibration is also acquired by converting unnecessary vibration into electric power in this way with the electric power generating apparatus 1.
  • a system for example, a tire air pressure sensor or a seat belt wearing detection sensor
  • the first block body 4 is fixed to a base other than the vibrating body, and the outside is directly connected to the distal end (second block body 5) of the power generator 1. It can be used as a switch that is operated by a person by adding a structure that applies force to the device and combining it with a wireless device.
  • Such a switch functions without providing a power supply (external power supply) and signal line wiring.
  • a wireless switch for house lighting, a system for home security (especially a system for wirelessly detecting operation of windows and doors) Etc. can be used.
  • the power generation device 1 by applying the power generation device 1 to each switch of the vehicle, it is not necessary to provide a power source and a signal line. Therefore, not only reducing the number of assembly steps, but also reducing the weight required for wiring provided in the vehicle, obtaining weight reduction of the vehicle, etc., suppressing the load on the tire, vehicle body, engine, and contributing to safety Can do.
  • the power generation amount of the power generator 1 is not particularly limited, but is preferably about 20 to 2000 ⁇ J. If the power generation amount (power generation capacity) of the power generation device 1 is within the above range, for example, by combining the power generation device 1 and a wireless device, the power generation device 1 can be effectively used for the above-described home illumination wireless switch, home security system, and the like. be able to.
  • the electric power generating apparatus 1 of this embodiment it arrange
  • the structure which overlaps with 73 may be sufficient.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 do not overlap in plan view, but the end of the coil 3 and the end of the beam member 73 may overlap.
  • the space between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is made sufficiently small within a range in which the coil 3 and the beam member 73 are not in contact with each other while ensuring a sufficient winding space for the coil 3. It is possible to obtain the same effect as that obtained by the power generation device 1.
  • the power generation apparatus 1 of the present embodiment includes two magnetostrictive rods 2 and 2 and one beam member 73 as opposed beams.
  • the power generator 1 of the present embodiment is not limited to this, and may be configured as follows.
  • a connection part may be provided with two beam members which connect the both ends of the longitudinal direction of a 1st connection member and a 2nd connection member.
  • a connection part may be provided with two beam members which connect the both ends of the longitudinal direction of a 1st connection member and a 2nd connection member.
  • the power generator can take a configuration including two or more magnetostrictive rods and one or more beam members.
  • the total number becomes an odd number.
  • the number of magnetostrictive rods: the number of beam members is 2: 3, 3: 2, 3: 4, 4: 3, 4: 5, and the like.
  • the magnetostrictive rod functioning as a beam and the beam member are arranged symmetrically in the width direction of the power generator, the balance of stress applied to the magnetostrictive rod, the first and second block bodies, and the connecting portion is balanced. It becomes good.
  • the spring constant of the beam member 73 is A [N / m]
  • the number of the beam members 73 is X [lines]
  • the spring constant of the magnetostrictive rod 2 is B [N / m].
  • the value of A ⁇ X and the value of B ⁇ Y are preferably substantially equal.
  • each member may be fixed and connected by a method such as welding (laser welding or electric welding), press-fitting of a pin, or adhesion using an adhesive.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a second embodiment of the power generator of the present invention.
  • the upper side in FIG. 14 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side in FIG. 14 is referred to as “lower” or “lower”.
  • the right rear side of the paper surface in FIG. 14 is referred to as “tip”, and the left front side of the paper surface in FIG.
  • the power generation device of the second embodiment will be described with a focus on differences from the power generation device of the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
  • the power generator 1 shown in FIG. 14 includes a magnetostrictive rod 2 and a beam member 73 each having a coil 3 wound around the outer periphery thereof, a connecting yoke 48 and a connecting yoke 58 that connect these base ends and tip portions, respectively.
  • a yoke 82 provided together with the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73, and two permanent magnets 6 provided between the connecting yoke 48 and the yoke 82 and between the connecting yoke 58 and the yoke 82 are provided.
  • the base-side connecting yoke 48 is fixed to the support portion 49
  • the tip-side connecting yoke 58 is fixed to a weight portion (mass portion) 59.
  • the loss coefficient of the constituent material of the beam member 73 of the connecting portion 7 is larger than the loss coefficient of the magnetostrictive material constituting the magnetostrictive rod 2. It is comprised so that it may become small.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 are provided side by side in the thickness direction, and similarly to the electric power generator 1 of the first embodiment, the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 are The beam interval is configured to decrease from the proximal end toward the distal end.
  • each member described in the first embodiment can be used.
  • the connecting yoke 48 is connected to the base end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 and the base end portion of the beam member 73.
  • the connecting yoke 48 is formed with two upper and lower slits 481, 482, the base end 21 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the lower slit 481, and the base end of the beam member 73 is inserted into the upper slit 482. It is inserted and fixed by the pin 483.
  • the connecting yoke 48 is fixed to the support portion 49 on the base end side.
  • the support portion 49 has a flat plate shape, and a groove portion 491 penetrating in the width direction is formed at the approximate center on the tip side.
  • the connecting yoke 48 is inserted and fixed in the groove portion 491.
  • the base end of the support portion 49 is fixed to the vibrating body, so that the magnetostrictive rod 2 is cantilevered with the base end as a fixed end and the tip as a movable end.
  • the connecting yoke 58 is connected to the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 and the distal end portion of the beam member 73.
  • the connecting yoke 58 is formed with two upper and lower slits 581 and 582, the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the lower slit 581, and the proximal end portion of the beam member 73 is inserted into the upper slit 582. And fixed by the pin 583.
  • the distance between the slits 581 and 582 is shorter than the distance between the slits 481 and 482 of the connecting yoke 48, so that the beam distance between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is It becomes smaller from the proximal end to the distal end.
  • the connecting yoke 58 is fixed to the weight portion 59 on the tip side.
  • the weight portion 59 has a flat plate shape, and a groove portion 591 that penetrates in the width direction is formed at the approximate center on the base end side.
  • the connecting yoke 58 is inserted and fixed in the groove 591.
  • the weight portion 59 together with the connecting yoke 58, functions as a weight that imparts external force or vibration to the magnetostrictive rod 2. Due to the vibration of the vibrating body, an external force or vibration in the vertical direction is applied to the second block body 5. As a result, the magnetostrictive rod 2 has its base end as a fixed end, and the tip reciprocates vertically (the tip is displaced relative to the base end).
  • the constituent materials of the connecting yokes 48 and 58, the support portion 49 and the weight portion 59 are the same materials as the various materials constituting the first block body 4 and the second block body 5 in the first embodiment. Can be used.
  • the yoke 82 has a long flat plate shape and is provided side by side with the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 in the width direction.
  • the constituent material of the yoke 82 the same materials as the various materials constituting the first block body 4 and the second block body 5 in the first embodiment described above can be used.
  • the permanent magnet 6 has a columnar shape, similar to the permanent magnet 6 of the power generator 1 of the first embodiment.
  • a constituent material of such a permanent magnet 6 the same material as the permanent magnet 6 of the first embodiment described above can be used.
  • the permanent magnet 6 provided between the connecting yoke 48 and the yoke 82 is arranged with the S pole on the connecting yoke 48 side and the N pole on the yoke 82 side.
  • the permanent magnet 6 provided between the connecting yoke 58 and the yoke 82 is arranged with the south pole on the yoke 82 side and the north pole on the connecting yoke 58 side. As a result, a magnetic field loop around the clock is formed in the power generation device 1.
  • the loss factor of the constituent material of the beam member 73 is smaller than the loss factor of the magnetostrictive material constituting the magnetostrictive rod 2 as in the power generation device 1 of the first embodiment. It is configured. Therefore, the energy loss accompanying the deformation of the beam member 73 can be made sufficiently smaller than the energy loss accompanying the deformation of the magnetostrictive rod 2. Thereby, in the electric power generating apparatus 1, the energy loss accompanying a deformation
  • the beam interval between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is configured to decrease from the proximal end toward the distal end in a side view.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 have a beam structure (taper beam structure) in which a taper is applied from the proximal end to the distal end (see FIG. 14).
  • the pair of beams composed of the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 has a lower rigidity in the displacement direction (vertical direction) from the proximal end toward the distal end.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 can be smoothly displaced in the displacement direction (vertical direction), and as a result, the thickness direction of the stress generated in the magnetostrictive rod 2 The variation in can be reduced. Thereby, a uniform stress can be generated in the magnetostrictive rod 2, and the power generation efficiency of the power generator 1 can be further improved.
  • the angle (taper angle) formed by the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 in side view is not particularly limited, but is preferably about 0.5 to 10 °, and preferably about 1 to 7 °. More preferred. If the angle formed by the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is within the above range, the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 on the proximal end side constitute the tapered beam structure with the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73. Can be made sufficiently small. Thereby, a uniform stress can be generated by the magnetostrictive rod 2.
  • the coil 3 may be wound around the outer periphery of the yoke 82 instead of being wound around the magnetostrictive rod 2.
  • the magnetic flux density in the magnetostrictive rod 2 changes, the magnetic flux density passing through the yoke 82 also changes in the same manner, so that a voltage can be generated in the coil 3 as in the power generator 1 having the above configuration.
  • the distance between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 and the yoke 82 can be increased by increasing the width of each of the connecting yokes 48 and 58 or increasing the thickness of each permanent magnet. Therefore, it is possible to increase the coil volume. Thereby, the electric power generation efficiency of the electric power generating apparatus 1 can be improved more.
  • each member can be fixed and connected by methods such as screwing, pin press-fitting, welding, and adhesion using an adhesive, for example.
  • the power generation device 1 according to the second embodiment produces the same operations and effects as those of the power generation device 1 according to the first embodiment.
  • each configuration can be replaced with an arbitrary configuration that can exhibit the same function, or an arbitrary configuration can be added.
  • the arbitrary configurations of the first and second embodiments can be combined.
  • One of the two permanent magnets can be omitted, and one or both of the permanent magnets can be replaced with an electromagnet.
  • the power generation device of the present invention may be configured to generate power using an external magnetic field (external magnetic field), omitting both permanent magnets.
  • the magnetostrictive rod and the beam member both have a rectangular cross-sectional shape, but may be a polygonal shape such as a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, a square shape, or a hexagonal shape. Good.
  • the permanent magnet of each of the above embodiments has a cylindrical shape, but may have a flat plate shape, a prismatic shape, or a triangular prism shape.
  • the loss coefficient of the constituent material of the beam member is smaller than the loss coefficient of the magnetostrictive material constituting the magnetostrictive rod, the energy loss (structural attenuation) accompanying the deformation of the beam member is converted into the deformation of the magnetostrictive rod. It can be made sufficiently smaller than the accompanying energy loss (structural damping). For this reason, even if the energy loss associated with the deformation of the magnetostrictive rod is relatively large, the energy loss associated with the deformation of the beam member is sufficiently small. Therefore, the power generator as a whole deforms a pair of beams (magnetostrictive rod and beam member). The energy loss accompanying this can be made sufficiently small. Thereby, the power generation efficiency of a power generator can be improved. Therefore, the present invention has industrial applicability.

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Abstract

発電装置（１）は、磁歪材料で構成され、併設された２つの磁歪棒（２、２）と、各磁歪棒（２）の外周に巻回されたコイル（３）と、２つの磁歪棒（２、２）に応力を付与する機能を有する梁部材（７３）とを有し、磁歪棒（２）の一端に対して他端を、その軸方向とほぼ垂直な方向に相対的に変位させて磁歪棒（２）を伸縮させることにより、磁歪棒（２）を通過する磁力線の密度を変化させてコイル（３）に電圧が発生するように構成されている。また、発電装置（１）では、梁部材（７３）の構成材料の損失係数が、磁歪棒（２）を構成する磁歪材料の損失係数よりも小さい。

Description

発電装置
　本発明は、発電装置に関する。
　近年、磁歪材料で構成された磁歪棒の透磁率の変化を利用して発電する発電装置が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
　この発電装置は、例えば、併設された一対の磁歪棒と、これらの磁歪棒の両端部を連結する２つの連結ヨークと、各磁歪棒の外周側を囲むように設けられたコイルと、一対の磁歪棒に併設された長尺状のバックヨークと、各連結ヨークとバックヨークとの間に配設され、磁歪棒にバイアス磁界を印加する２つの永久磁石とを備えている。このバックヨークは、連結ヨークに対して永久磁石を介して固定されている。これにより、磁歪棒、連結ヨーク、永久磁石およびバックヨークを通過する磁界ループが形成される。
　そして、一方の連結ヨークを固定した状態で、他方の連結ヨークに対して、磁歪棒の軸方向に対して垂直な方向に外力を付与すると、一方の磁歪棒が伸長するように変形し、他方の磁歪棒が収縮するように変形する。この変形に伴い、各磁歪棒には弾性エネルギーが蓄積される。そして、他方の連結ヨークに付与された外力が取り除かれると、各磁歪棒に蓄積された弾性エネルギーが運動エネルギーに変換されて、他方の連結ヨークを振動させる。かかる発電装置では、他方の連結ヨークが振動して、各磁歪棒が変形する際に、磁歪棒に生じる応力（伸長応力または収縮応力）により、各磁歪棒を通過する磁力線の密度（磁束密度）、すなわち、各コイルを貫く磁力線の密度が変化し、これにより、各コイルに電圧が発生する。
　特許文献１に記載の発電装置では、発電効率を向上する観点から、各磁歪棒に蓄積された弾性エネルギーが、連結ヨークを振動させるための運動エネルギーに効率良く変換されるのが望ましい。しかしながら、磁歪棒は、その変形に伴うエネルギーロスが大きい、すなわち、損失係数が大きい部材である。そのため、各磁歪棒は、変形に伴って、蓄積した弾性エネルギーの一部を熱エネルギーとしてロスしてしまう。したがって、特許文献１に記載の発電装置では、各磁歪棒に蓄積した弾性エネルギーを効率良く運動エネルギーに変換するのが難しく、その結果、発電効率が悪い。
　また、振動系を構成する発電装置全体の質量を大きくすることにより、磁歪棒の損失係数を相対的に下げることができる。この場合、磁歪棒の変形に伴うエネルギーロス（構造減衰）を低下させることができるが、発電装置全体の質量が大きいため、磁歪棒（振動系）の振動周波数が低下してしまう。これにより、単位時間当たりに磁歪棒が変形する回数が少なくなってしまい、コイルに十分な電圧を発生させることができない。また、発電装置全体の質量を増やす場合には、発電装置の小型化が難しい。
ＷＯ２０１１／１５８４７３
　本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、付与された外力のロスを低減して、効率良く発電を行い得る発電装置を提供することにある。
　このような目的は以下の（１）～（９）の本発明により達成される。
　（１）　磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる少なくとも１つの磁歪棒と、
　前記磁歪棒に応力を付与する機能を有する梁部材と、
　前記磁力線が軸方向に通過するように配置され、その密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルとを有し、
　前記磁歪棒の一端に対して他端を、その軸方向とほぼ垂直な方向に相対的に変位させて前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するように構成され、
　前記梁部材の構成材料の損失係数が、前記磁歪材料の損失係数よりも小さいことを特徴とする発電装置。
　（２）　前記梁部材の構成材料の損失係数をη１、前記磁歪材料の損失係数をη２としたとき、η１／η２の値が、０．３以下である上記（１）に記載の発電装置。
　（３）　前記磁歪棒および前記梁部材は、それぞれ、短手方向の断面形状がほぼ一定であり、
　前記梁部材を構成する材料のヤング率をＥｈ［Ｎ／ｍ２］、前記梁部材の短手方向の断面における断面２次モーメントをＩｈ［ｍ４］とし、前記磁歪材料のヤング率をＥｊ［Ｎ／ｍ２］、前記磁歪棒の短手方向の断面における断面２次モーメントをＩｊ［ｍ４］としたとき、Ｅｈ×Ｉｈ＞Ｅｊ×Ｉｊの関係を満足する上記（１）または（２）に記載の発電装置。
　（４）　前記梁部材の短手方向の断面積をＡｈ［ｍ２］、前記磁歪棒の短手方向の断面積をＡｊ［ｍ２］としたとき、前記磁歪棒および前記梁部材は、Ｅｈ×Ａｈ＞Ｅｊ×Ａｊの関係を満足する上記（３）に記載の発電装置。
　（５）　側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材との間隔が、前記磁歪棒の前記一端よりも前記他端において小さくなっている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の発電装置。
　（６）　側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の発電装置。
　（７）　前記少なくとも１つの磁歪棒は、併設された２つ以上の前記磁歪棒を有し、
　平面視において、各前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の発電装置。
　（８）　平面視において、前記梁部材は、前記磁歪棒同士の間に配置されている上記（７）に記載の発電装置。
　（９）　前記コイルは、各前記磁歪棒の外周に巻回されており、
　平面視において、各前記コイルと前記梁部材とが重ならないよう配置されている上記（７）または（８）に記載の発電装置。
　本発明によれば、梁部材の構成材料の損失係数が、磁歪棒を構成する磁歪材料の損失係数よりも小さいため、梁部材の変形に伴うエネルギーロス（構造減衰）を、磁歪棒の変形に伴うエネルギーロス（構造減衰）よりも十分に小さくすることができる。このため、磁歪棒の変形に伴うエネルギーロスが比較的大きくても、梁部材の変形に伴うエネルギーロスが十分に小さいため、発電装置全体としては、一対の梁（磁歪棒および梁部材）の変形に伴うエネルギーロスを十分に小さくすることができる。これにより、発電装置の発電効率を向上させることができる。
図１は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１に示す発電装置の分解斜視図である。 図３（ａ）は、図１に示す発電装置の側面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す発電装置からコイルを取り除いた状態を示す図である。 図４は、図１に示す発電装置の平面図である。 図５は、図１に示す発電装置の正面図である。 図６は、図１に示す発電装置を振動体に取り付けた状態を説明するための側面図である。 図７は、鉄－ガリウム系合金を主成分とする磁歪材料で構成された磁歪棒および非磁性ステンレス鋼で構成された棒材について、それぞれ、基端を筐体に固定した状態で、先端に対して外力を付与して振動させた際に、各先端の振幅の経時変化を示すグラフである。 図８は、基端が筐体に固定され、先端が可動部（質量部）に固定された一対の平行な梁（梁部材および磁歪棒）を有する構造体について、可動部の振動によって各部材に付与される力、モーメントを説明するための側面図である。 図９は、基端が筐体に固定され、先端が可動部（質量部）に固定された一対の平行な梁（梁部材および磁歪棒）を有する構造体について、可動部に外力を付与した際に、各部材に蓄積される弾性エネルギーについて説明するための側面図である。 図１０は、基端が筐体に固定された１つの棒材（１つの梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。 図１１は、基端が筐体に固定された対向する一対の平行な梁（平行梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。 図１２は、先端に外力が付与された一対の平行梁にかかる応力（伸長応力、収縮応力）を模式的に示す図である。 図１３は、鉄－ガリウム系合金を主成分とする磁歪材料で構成された磁歪棒において、付与される応力に応じた、印加される磁場（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係を示すグラフである。 図１４は、本発明の発電装置の第２実施形態を示す斜視図である。
　以下、本発明の発電装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。
　＜第１実施形態＞
　まず、本発明の発電装置の第１実施形態について説明する。
　図１は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示す発電装置の分解斜視図である。図３（ａ）は、図１に示す発電装置の側面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す発電装置からコイルを取り除いた状態を示す図である。図４は、図１に示す発電装置の平面図である。図５は、図１に示す発電装置の正面図である。図６は、図１に示す発電装置を振動体に取り付けた状態を説明するための側面図である。
　なお、以下の説明では、図１、図２、図３（ａ），（ｂ）、図５および図６中の上側および図４中の紙面手前側を「上」または「上方」と言い、図１、図２、図３（ａ），（ｂ）、図５および図６中の下側および図４中の紙面奥側を「下」または「下方」と言う。また、図１および図２中の紙面右奥側および図３（ａ），（ｂ）、図４および図６中の右側を「先端」と言い、図１および図２中の紙面左手前側および図３（ａ），（ｂ）、図４および図６中の左側を「基端」と言う。
　図１および図２に示す発電装置１は、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒２と、磁歪棒２に応力を付与する機能を有する梁部材７３と、磁力線が軸方向に通過するように配置されたコイル３とを有している。この発電装置１では、磁歪棒２の基端（一端）に対して先端（他端）を、その軸方向とほぼ垂直な方向（図１中、上下方向）に変位させて、磁歪棒２をその長手方向に伸縮させる。このとき、逆磁歪効果により磁歪棒２の透磁率が変化し、磁歪棒２を通過する磁力線の密度（コイル３を貫く磁力線の密度）が変化することにより、コイル３に電圧が発生する。本実施形態では、かかる発電装置１は、振動を発生する振動体の筐体１００に固定される。
　以下、各部の構成について説明する。
　（磁歪棒２）
　本実施形態の発電装置１は、図１および図２に示すように、併設された２つの磁歪棒２、２を有している。磁歪棒２は、磁歪材料で構成され、磁化が生じ易い方向（磁化容易方向）を軸方向として配置されている。本実施形態では、この磁歪棒２は、長尺の平板状をなしており、その軸方向に磁力線を通過させる。
　このような磁歪棒２は、その横断面形状（短手方向の断面形状）が軸方向に沿ってほぼ一定となっているのが好ましい。磁歪棒２の平均厚さは、特に限定されないが、０．３～１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５～５ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、磁歪棒２の平均横断面積は、０．２～２００ｍｍ２程度であるのが好ましく、０．５～５０ｍｍ２程度であるのがより好ましい。かかる構成により、磁歪棒２の軸方向に磁力線を確実に通過させることができる。
　磁歪材料のヤング率は、４０～１００ＧＰａ程度であるのが好ましく、５０～９０ＧＰａ程度であるのがより好ましく、６０～８０ＧＰａ程度であるのがさらに好ましい。かかるヤング率を有する磁歪材料で磁歪棒２を構成することにより、磁歪棒２をより大きく伸縮させることができる。このため、磁歪棒２の透磁率をより大きく変化させることができるので、発電装置１（コイル３）の発電効率をより向上させることができる。
　かかる磁歪材料としては、特に限定されないが、例えば、鉄－ガリウム系合金、鉄－コバルト系合金、鉄－ニッケル系合金等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、鉄－ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料が好適に用いられる。鉄－ガリウム系合金を主成分とする磁歪材料は、前述したようなヤング率の範囲に設定し易い。
　また、以上のような磁歪材料は、Ｙ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍのような希土類金属のうちの少なくとも１種を含むのが好ましい。これにより、磁歪棒２の透磁率の変化をより大きくすることができる。
　また、かかる磁歪材料の損失係数は、９×１０－４～９×１０－２程度である。
　かかる２つの磁歪棒２、２の外周には、それらの両端部２１、２２を除く部分を囲むようにコイル３が巻回（配置）されている。
　（コイル３）
　コイル３は、線材３１を磁歪棒２の外周に巻回することにより構成されている。これにより、コイル３は、磁歪棒２を通過している磁力線が、その軸方向に通過する（内腔部を貫く）ように配設されている。このコイル３には、磁歪棒２の透磁率の変化、すなわち、磁歪棒２を通過する磁力線の密度（磁束密度）の変化に基づいて、電圧が発生する。
　本実施形態の発電装置１では、磁歪棒２、２を厚さ方向ではなく、幅方向に併設するため、これらの間隔を大きく設計することができる。そのため、磁歪棒２に巻回するコイル３のスペースを十分に確保することができ、横断面積（線径）が比較的大きい線材３１を用いても、その巻き数を多くすることができる。線径が大きい線材は、その抵抗値（負荷インピーダンス）が小さく、効率良く電流を流すことができるため、コイル３に発生した電圧を効率良く利用することができる。
　ここで、磁歪棒２の磁束密度の変化に基づいて、コイル３に発生する電圧εは下記（１）式で表される。
　　　　　　　ε＝Ｎ×ΔＢ／ΔＴ　　　　　　（１）
（ただし、Ｎは線材３１の巻き数、ΔＢはコイル３の内腔部を通過する磁束の変化量、ΔＴは時間の変化量を表す。）
　このように、コイル３に発生する電圧は、線材３１の巻き数および磁歪棒２の磁束密度の変化量（ΔＢ／ΔＴ）に比例するため、線材３１の巻き数を多くすることにより、発電装置１の発電効率を向上させることができる。
　線材３１としては、特に限定されないが、例えば、銅製の基線に絶縁被膜を被覆した線材や、銅製の基線に融着機能を付加した絶縁被膜を被覆した線材等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
　線材３１の巻き数は、特に限定されないが、１０００～１００００程度であるのが好ましく、２０００～９０００程度であるのがより好ましい。これにより、コイル３に発生する電圧をより大きくすることができる。
　また、線材３１の横断面積は、特に限定されないが、５×１０－４～０．１５ｍｍ２程度であるのが好ましく、２×１０－３～０．０８ｍｍ２程度であるのがより好ましい。このような線材３１は、その抵抗値が十分に低いため、発生した電圧によってコイル３を流れる電流を効率良く外部に流すことができ、発電装置１の発電効率をより向上させることができる。
　また、線材３１の横断面形状は、例えば、三角形、正方形、長方形、六角形のような多角形、円形、楕円形等のいかなる形状であってもよい。
　なお、図示しないが、コイル３を構成する線材３１の両端は、例えば、無線装置（無線通信装置）等の電気回路に接続される。これにより、コイル３に発生した電圧（電力）を電気回路の電源として利用することができる。
　各磁歪棒２の基端側には、第１のブロック体４が設けられている。
　（第１のブロック体４）
　第１のブロック体４は、発電装置１を、振動を発生する振動体に固定するための固定部として機能する。第１のブロック体４を介して発電装置１を固定することにより、磁歪棒２は、その基端を固定端、先端を可動端として片持ち支持されている。なお、第１のブロック体４を取り付ける振動体としては、例えば、ポンプや空調用ダクト等の各種振動体が挙げられる。振動体の具体例については、後述する。
　図１および図２に示すように、このような第１のブロック体４は、先端側の高背部４１と、この高背部４１よりも高さ（厚さ）が小さい低背部４２とを有しており、外形が階段状（段差状）をなしている。
　高背部４１の厚み方向の略中央には、その幅方向に沿って形成されたスリット４１１が設けられており、このスリット４１１に磁歪棒２の基端部２１が挿入される。また、高背部４１の幅方向の両端部には、その厚さ方向に貫通する一対の雌ネジ部４１２が設けられている。各雌ネジ部４１２には、雄ネジ４３が螺合する。
　低背部４２の幅方向の両端部には、その厚さ方向に貫通する一対の雌ネジ部４２１が設けられており、各雌ネジ部４２１には、雄ネジ４４が螺合する。この雄ネジ４４を、雌ネジ部４２１を介して筐体等に螺合することにより、第１のブロック体４を筐体に固定することができる。
　また、低背部４２の下面には、その幅方向に延在する溝４２２が形成されている。したがって、第１のブロック体４は、溝４２２を挟む基端側（低背部４２）と先端側（主に高背部４１）との２つの部位で振動体に固定されるため、溝４２２付近で撓み易い構成となる。そのため、振動体の振動を第１のブロック体４を介して磁歪棒２の先端側（第２のブロック体５）に効率良く伝達することができる。その結果、磁歪棒２に効率良く伸長応力（引張応力）または収縮応力（圧縮応力）を付与することができる。
　一方、磁歪棒２の先端側には、第２のブロック体５が設けられている。
　（第２のブロック体５）
　第２のブロック体５は、磁歪棒２に対して外力や振動を付与する錘（質量部）として機能する部位である。振動体の振動により、第２のブロック体５に対して、上下方向への外力または振動が付与される。これにより、磁歪棒２は、その基端を固定端とし、先端が上下方向に往復動（先端が基端に対して相対的に変位）する。
　図１および図２に示すように、第２のブロック体５は、略直方体状をなしており、その基端側には、厚さ方向の略中央に、幅方向に沿って形成されたスリット５０１が設けられている。このスリット５０１に磁歪棒２の先端部２２が挿入される。なお、本実施形態では、第２のブロック体５の上面からスリット５０１までの長さが、第１のブロック体４の高背部４１の上面からスリット４１１までの長さとほぼ等しくなるように構成されている。
　また、第２のブロック体５の幅方向の両端部には、その厚さ方向に貫通する一対の雌ネジ部５０２が設けられており、各雌ネジ部５０２には、雄ネジ５３が螺合する。
　第１のブロック体４および第２のブロック体５の構成材料としては、それぞれ、磁歪棒２の端部２１、２２を確実に固定することができ、磁歪棒２に対して、一様な応力を付与し得る十分な剛性を備え、かつ、磁歪棒２に永久磁石６からのバイアス磁界を付与し得る強磁性を備える材料であれば、特に限定されない。上記の特性を備える材料としては、例えば、純鉄（例えば、ＪＩＳ　ＳＵＹ）、軟鉄、炭素鋼、電磁鋼（ケイ素鋼）、高速度工具鋼、構造鋼（例えば、ＪＩＳ　ＳＳ４００）、ステンレス、パーマロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
　また、第１のブロック体４および第２のブロック体５の幅は、磁歪棒２の幅よりも大きく設計されている。具体的には、各ブロック体４、５のスリット４１１、５０１に磁歪棒２を挿入した際に、一対の雌ネジ部４１２、５０２間に磁歪棒２を配置することが可能となるような幅を有する。このような各ブロック体４、５の幅としては、３～１５ｍｍ程度であるのが好ましく、５～１０ｍｍ程度であるのがより好ましい。各ブロック体４、５の幅を上記範囲内とすることにより、発電装置１の小型化を図りながら、各磁歪棒２に巻回されるコイル３の体積を十分に確保することができる。
　第１のブロック体４同士の間および第２のブロック体５同士の間には、磁歪棒２にバイアス磁界を印加する２つの永久磁石６が設けられている。
　（永久磁石６）
　各永久磁石６は、円柱状をなしている。
　図４に示すように、第１のブロック体４同士の間に設けられた永久磁石６は、Ｓ極を図４中下側に、Ｎ極を図４中上側にして配置されている。また、第２のブロック体５同士の間に設けられた永久磁石６は、Ｓ極を図４中上側に、Ｎ極を図４中下側にして配置されている。すなわち、各永久磁石６は、その着磁方向が磁歪棒２の併設方向と一致するように配設されている（図５等参照）。これにより、発電装置１には、時計周りの磁界ループが形成されている。
　永久磁石６には、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石や、それらを粉砕して樹脂材料やゴム材料に混練した複合素材を成形してなる磁石（ボンド磁石）等を用いることができる。このような永久磁石６は、各ブロック体４、５と、例えば、接着剤等による接着により固定されるのが好ましい。
　なお、発電装置１では、永久磁石６が、第２のブロック体５ごと、変位するように構成されている。したがって、第２のブロック体５と永久磁石６との間で摩擦が発生しない。このため、摩擦によって第２のブロック体５が変位するためのエネルギーが消費されないため発電装置１は、効率良く発電することができる。
　このような磁歪棒２、２は、各第１のブロック体４および各第２のブロック体５を介して連結部７により連結されている。
　（連結部７）
　連結部７は、第１のブロック体４同士を連結する第１の連結部材７１と、第２のブロック体５同士を連結する第２の連結部材７２と、第１の連結部材７１と第２の連結部材７２とを連結する１つの梁部材７３とを備えている。このような連結部７は、弱磁性材料または非磁性材料で構成されている。
　本実施形態では、第１の連結部材７１、第２の連結部材７２および梁部材７３は、いずれも帯状（長尺の平板状）をなしており、連結部７全体としては、平面視において、Ｈ字状をなしている。連結部７は、各部材を溶接等により連結した構成であってもよいが、各部材が一体的に形成されているのが好ましい。
　第１の連結部材７１は、２つの第１のブロック体４に設けられた４つの雌ネジ部４１２に対応する位置に形成された４つの貫通孔７１１を備えている。スリット４１１に磁歪棒２の基端部２１を挿入し、雄ネジ４３を第１の連結部材７１の貫通孔７１１に挿通して雌ネジ部４１２に螺合する。これにより、第１の連結部材７１が第１のブロック体４の高背部４１にネジ止めされるとともに、スリット４１１の間隔が狭まることにより、基端部２１（磁歪棒２）が第１のブロック体４に固定される。
　第２の連結部材７２は、２つの第２のブロック体５に設けられた４つの雌ネジ部５０２に対応する位置に形成された４つの貫通孔７２１を備えている。スリット５０１に磁歪棒２の先端部２２を挿入し、雄ネジ５３を第２の連結部材７２の貫通孔７２１に挿通して雌ネジ部５０２に螺合する。これにより、第２の連結部材７２が第２のブロック体５にネジ止めされるとともに、スリット５０１の間隔が狭まることにより、先端部２２（磁歪棒２）が第２のブロック体５に固定される。
　このように、雄ネジ４３により、磁歪棒２および第１の連結部材７１を第１のブロック体４に、雄ネジ５３により、磁歪棒２および第２の連結部材７２を第２のブロック体５に共締めするため、部材同士を固定、連結するための部品点数および組立工数を少なくすることができる。なお、接合方法は上述したようなネジ止めに限られず、接着剤による接着、ろう付け、溶接（レーザー溶接、電気溶接）などでも良い。
　このような第１の連結部材７１および第２の連結部材７２の長さを設定することにより、磁歪棒２、２同士の間隔を変更することができる。磁歪棒２、２同士の間隔を大きくすることにより、各磁歪棒２にコイル３を巻回するスペースを十分に確保することができる。これにより、コイル３の体積を十分に大きくすることができ、結果として、発電装置１の発電効率を向上させることができる。
　梁部材７３は、第１の連結部材７１および第２の連結部材７２の中央部同士を連結している。そして、発電装置１では、平面視において、この梁部材７３と各磁歪棒２、２とが重ならないように配置され（図４参照）、側面視において、梁部材７３と磁歪棒２、２とが、一定の距離離間した状態で互いに平行となるように配置されている（図３参照）。本実施形態では、梁部材７３の幅は、各磁歪棒２に巻回されたコイル３同士の間隔より小さく設計され、側面視において、梁部材７３の下面とコイル３の上面とがほぼ一致している。
　発電装置１では、２つの磁歪棒２、２と梁部材７３とが対向する梁（平行梁）として機能し、第２のブロック体５の変位に伴って、各磁歪棒２と梁部材７３とが同一方向（図１中の上方向または下方向）に変位する。ここで、梁部材７３が２つの磁歪棒２、２間に配置されているため、各磁歪棒２が変位する際に、これらと梁部材７３とが互いに接触することはない。
　このような発電装置１は、図６に示すように、雄ネジ４４により第１のブロック体４が振動体の筐体１００に固定される。この状態において、振動体の振動により、第１のブロック体４に対して、第２のブロック体５が下方に向かって変位（回動）すると、すなわち、磁歪棒２の基端に対して先端が下方に向かって変位すると、梁部材７３が軸方向に伸長するように変形し、磁歪棒２が軸方向に収縮するように変形する。一方、第２のブロック体５が上方に向かって変位（回動）すると、すなわち、磁歪棒２の基端に対して先端が上方に向かって変位すると、梁部材７３が軸方向に収縮するように変形し、磁歪棒２が軸方向に伸長するように変形する。その結果、逆磁歪効果により磁歪棒２の透磁率が変化して、磁歪棒２を通過する磁力線の密度（コイル３の内腔部を軸方向に貫く磁力線の密度）が変化する。これにより、コイル３に電圧が発生する。
　かかる発電装置１では、梁部材７３の構成材料の損失係数が、磁歪棒２を構成する磁歪材料の損失係数よりも小さい。なお、本明細書中において、「損失係数」とは、制振材料の制振特性を評価するための指標である。一般的に、損失係数が大きい材料で構成された部材では、変形時に大きな熱エネルギーを発生し、運動エネルギーのロスが大きい。一方、損失係数が小さい材料で構成された部材では、変形時に発生する熱エネルギーが抑えられ、運動エネルギーのロスが小さくなる。各材料の損失係数の具体的な測定方法については、後述する。
　上述したように、発電装置１では、２つの磁歪棒２、２と梁部材７３とが対向する一対の梁として機能する。かかる発電装置１では、振動体の振動によって、各磁歪棒２および梁部材７３は、それぞれ同じ方向に変位し、２つの磁歪棒２、２および梁部材７３のうちの一方が伸長するように変形し、他方が収縮するように変形する。この変形に伴い、各磁歪棒２および梁部材７３には弾性エネルギーが蓄積され、この弾性エネルギーが運動エネルギーに変換されることにより、第２のブロック体５が上下方向に振動する。
　発電装置１では、梁部材７３の構成材料の損失係数が磁歪棒２を構成する磁歪材料の損失係数よりも小さい。そのため、梁部材７３の変形に伴うエネルギーロス（構造減衰）を、磁歪棒２の変形に伴うエネルギーロス（構造減衰）よりも十分に小さくすることができる。これにより、梁部材７３に蓄積された弾性エネルギーは、第２のブロック体５を振動させるための運動エネルギーに効率良く変換される。発電装置１では、各磁歪棒２の変形に伴うエネルギーロスが比較的大きいが、梁部材７３の変形に伴うエネルギーロスが十分に小さいため、発電装置１全体としては、一対の梁（磁歪棒２、２および梁部材７３）の変形に伴うエネルギーロスを十分に小さくすることができる。これにより、発電装置１の発電効率を向上させることができる。特に、本実施形態の発電装置１は、一対の磁歪棒を対向する梁として用いるような発電装置に比べて、変形に伴うエネルギーロスを十分に小さくすることができる。
　梁部材７３の構成材料は、上述したように、弱磁性材料または非磁性材料で構成され、かつ、上述した磁歪棒２を構成する磁歪材料よりも損失係数が小さければ、特に限定されないが、以下に示す材料を用いるのが好ましい。なお、連結部７を構成する各部材（第１の連結部材７１、第２の連結部材７２および梁部材７３）を一体的に形成する場合には、連結部７全体が、以下に示す材料で形成されていることが好ましい。
　すなわち、梁部材７３（連結部７）の構成材料としては、ステンレス鋼等の弱磁性材料、アルミニウム、マグネシウム合金、鋼合金、非磁性ステンレス鋼等の非磁性材料等を用いるのが好ましい。特に、非磁性ステンレス鋼の一種であるオーステナイト系ステンレス鋼を用いるのがより好ましい。
　ここで、基端を筐体に固定した棒材の先端に対して、外力を付与して振動させた際に、棒材の構成材料の損失係数の違いによる振動幅（振幅）の経時変化について、図７を参照して説明する。
　図７は、鉄－ガリウム系合金を主成分とする磁歪材料で構成された磁歪棒および非磁性ステンレス鋼で構成された棒材について、それぞれ、基端を筐体に固定した状態で、先端に対して外力を付与して振動させた際に、各先端の振幅の経時変化を示すグラフである。
　なお、評価に用いた磁歪棒は、その構成材料（磁歪材料）の損失係数が９×１０－３、ヤング率が７０ＧＰａであり、長さが２５ｍｍ、断面積が１．５ｍｍ２である。また、評価に用いた非磁性ステンレス鋼で構成された棒材（梁部材）は、その構成材料の損失係数が１×１０－４、ヤング率が２００ＧＰａであり、長さが２５ｍｍ、断面積が１．５ｍｍ２である。なお、図７では、各棒材（磁歪棒および非磁性ステンレス鋼の棒材）の先端に、その軸方向に対して垂直な方向に１Ｎの荷重を付与して、各棒材の先端が振動を開始した直後の振幅（初期振幅）を１００％として示す。
　図７に示すように、非磁性ステンレス鋼で構成された棒材（梁部材）は、この梁部材よりも損失係数が大きい磁歪棒に比べて、その先端の振幅の減衰が緩やかである。例えば、磁歪棒では、その先端の振幅が初期振幅の５０％まで減衰するまでの時間が、おおよそ８２ｍｓｅｃであるのに対し、梁部材では、その先端の振幅が初期振幅の５０％まで減衰するまでの時間が、おおよそ２１０ｍｓｅｃである。図７から、磁歪棒に比べて損失係数の小さい梁部材では、その変形（振動）に伴うエネルギーロスが抑えられていることが分かる。
　梁部材７３の構成材料の損失係数は、６×１０－４以下であるのが好ましく、２×１０－５～２×１０－４程度であるのがより好ましい。梁部材７３の構成材料の損失係数が上記条件を満足する場合には、梁部材７３の変形に伴うエネルギーロスをさらに低減することができる。これにより、梁部材７３に蓄積された弾性エネルギーは、第２のブロック体５を振動させるための運動エネルギーに、より効率良く変換されて、発電装置１の発電効率をより向上させることができる。
　また、梁部材７３の構成材料の損失係数をη１、磁歪棒２を構成する磁歪材料の損失係数をη２としたとき、η１／η２の値は、０．３以下であるのが好ましく、０．０１～０．２程度であるのがより好ましい。η１／η２の値が上記条件を満足する場合には、発電装置１全体として、磁歪棒２、２および梁部材７３の変形に伴うエネルギーロスをより低減することができ、その結果、発電装置１の発電効率をより向上させることができる。
　なお、梁部材７３の構成材料および磁歪材料の損失係数は、それぞれ、制振鋼板の振動減衰特性の試験方法に関するＪＩＳ規格に定める方法（ＪＩＳ　Ｇ０６０２）、片持ち梁法を用いるＡＳＴＭ規格に定める方法（ＡＳＴＭ　Ｅ７５６－８３）等の方法を用いて測定することができる。
　また、梁部材７３の構成材料と磁歪材料との損失係数との大小関係は、例えば、以下の方法により評価することができる。すなわち、各部材（梁部材７３、磁歪棒２）の構成材料からなる棒材を準備し、棒材の基端を固定端、先端を可動端として片持ち支持した状態で、その可動端を振動させて、その振動を変位計等で測定することにより、各部材の損失係数を相対的に評価することができる。
　このように、発電装置１では、梁部材７３に蓄積された弾性エネルギーを、第２のブロック体５を振動させるための運動エネルギーに効率良く変換することができる。
　なお、発電装置１のように一対の梁を構成する各部材に、変形に伴って蓄積される弾性エネルギーＵ［Ｊ］は、各部材のバネ定数Ｋ［Ｎ／ｍ］、変位量（撓み量）ΔＳ［ｍ］を用いて、下記（２）式で表される。
　　　　　　　Ｕ＝１／２×Ｋ×ΔＳ２　　　　　（２）
　発電装置１では、振動体の振動によって、梁部材７３および各磁歪棒２が同じ方向に変位し、それぞれの変位量はほぼ等しい。したがって、梁部材のバネ定数を磁歪棒２のバネ定数よりも大きくすることにより、梁部材７３に蓄積される弾性エネルギーを、各磁歪棒２に蓄積される弾性エネルギーよりも大きくすることができる。この場合、発電装置１の発電効率をさらに向上させることができる。
　ところで、発電装置１において、梁部材７３および磁歪棒２の変形は、各部材の先端が変位する方向、すなわち、各部材が曲がる方向（図３中、上下方向）への変形（曲げ変形）と、各部材が伸長または収縮する方向への変形とからなる。したがって、変形に伴って各部材に蓄積される弾性エネルギーは、曲げ変形に伴う弾性エネルギーと、伸長・収縮方向への変形に伴う弾性エネルギーとを足し合わせたエネルギーとなる。
　一般的に、ある梁部材の曲げ方向および伸長・収縮方向に、それぞれ同じ外力を付与した場合には、曲げ変形に伴って部材に蓄積される弾性エネルギーの大きさの方が、伸長・収縮方向への変形に伴って部材に蓄積される弾性エネルギーの大きさに比べて大きくなる。具体的には、曲げ変形によって部材に蓄積される弾性エネルギーは、伸長・収縮方向への変形によって部材に蓄積される弾性エネルギーの数十倍となる。
　したがって、発電装置１では、梁部材７３に蓄積される弾性エネルギーをより大きくするために、伸長・収縮方向への変形よりも曲げ変形によって、梁部材７３に効率良く弾性エネルギーを蓄積できるように構成されているのが好ましい。
　一方、磁歪棒２は、伸長・収縮方向に変形することにより、その透磁率が変化し、磁束密度が変化することにより発電に寄与するが、曲げ変形によっては、その透磁率が変化しない。したがって、磁歪棒２には、曲げ変形よりも伸長・収縮方向への変形によって、効率良く弾性エネルギーを蓄積できるように構成されているのが好ましい。
　ここで、基端が筐体に固定され、先端が可動部（質量部）に固定された一対の梁を有する構造体について、可動部の振動によって各部材に付与される力、モーメントについて説明する。
　図８は、基端が筐体に固定され、先端が可動部（質量部）に固定された一対の平行な梁（梁部材および磁歪棒）を有する構造体について、可動部の振動によって各部材に付与される力、モーメントを説明するための側面図である。
　より具体的には、図８（ａ－１）～（ａ－３）は、それぞれ、各梁を構成する梁部材と磁歪棒とが、仮に、同じヤング率、形状を有しているとした場合の構造体を示している。図８（ｂ－１）は、梁部材として、図８（ａ－１）に示す構造体の梁部材に比べて、その横断面積およびヤング率が大きい部材を用いて、梁部材のみで可動部を支持する構造体を示している。また、図８（ｂ－２）および（ｂ－３）は、それぞれ、図８（ｂ－１）に示す構造体の梁部材と、かかる梁部材よりも横断面積およびヤング率が小さい磁歪棒とで一対の梁を構成した構造体を示している。
　なお、図８中の上側を、「上」または「上側」と言い、図８中の下側を、「下」または「下側」と言う。
　梁部材と磁歪棒とが、同じヤング率および同じ形状を有している場合には、可動部に対して下方向に外力を加え、可動部を下方向に変位させると、梁部材および磁歪棒は、それぞれ下方向に曲げ変形する。さらに、梁部材は伸長する方向に変形し、磁歪棒は収縮する方向に変形する（図８（ａ－２）参照）。この状態で、可動部に付与された外力が取り除かれると、可動部は上方向に変位して、梁部材および磁歪棒は、それぞれ上方向に曲げ変形する。さらに、梁部材は収縮する方向に変形し、磁歪棒は伸長する方向に変形する（図８（ａ－３）参照）。その後、可動部の上下方向への振動に伴い、可動部に発生する回転モーメントによって、梁部材および磁歪棒は、曲げ変形および伸長・収縮方向への変形を繰り返す。この可動部の振動によって、梁部材および磁歪棒には、変位する方向（曲げ方向、伸長・収縮方向）に力が付与される。
　一方、図８（ｂ－１）に示す構造体は、梁部材として、図８（ａ－１）に示す構造体の梁部材に比べてその横断面積およびヤング率が大きい部材を用いて、梁部材のみで可動部を支持する構成である。かかる構成では、可動部に対して外力を加えて、可動部を下方向に変位させると、梁部材は、下方向に曲げ変形するが、伸長・収縮方向にはほとんど変形しない。この状態で、可動部に付与された外力が取り除かれると、可動部は上方向に変位して、梁部材は、上方向に曲げ変形するが、伸長・収縮方向にはほとんど変形しない。その後、可動部の上下方向への振動に伴って、梁部材も上下方向に変位するが、その際に、梁部材は、伸長・収縮方向にほとんど変形せずに、ほぼ曲げ方向にのみ変形する。すなわち、梁部材には、可動部に付与された外力によって、ほぼ曲げ方向への力しか付与されない。
　このような構造体に、図８（ｂ－２）および（ｂ－３）に示すように、梁部材よりも横断面積およびヤング率が小さい磁歪棒を追加し、梁部材と磁歪棒とで一対の梁を構成した構造体とする。かかる構造体においても、梁部材には、可動部に付与された外力によって、ほぼ曲げ方向への力しか付与されない。かかる構造体では、磁歪棒の剛性が梁部材に比べて小さいため、可動部の振動によって梁部材が曲げ変形する際に、磁歪棒は、梁部材の曲げ変形に対して従属的に曲げ変形する。このような磁歪棒には、可動部に付与された外力によって、曲げ方向への力がほとんど付与されず、ほぼ伸長・収縮方向への力しか付与されない。
　すなわち、図８（ｂ－２）および（ｂ－３）に示す構造体では、可動部に付与された外力によって、梁部材には曲げ変形に伴う弾性エネルギーが主に蓄積され、磁歪棒には、伸長・収縮方向への変形に伴う弾性エネルギーが主に蓄積される。この図８（ｂ－２）および（ｂ－３）に示す構造体を発電装置に適用した場合には、その発電効率をより向上させることができる。
　以下に、図８に示すような構造体において、可動部（質量部）に外力を付与した際に、各部材に蓄積される弾性エネルギーについて詳細に説明する。
　図９は、基端が筐体に固定され、先端が可動部（質量部）に固定された一対の平行な梁（梁部材および磁歪棒）を有する構造体について、可動部に外力を付与した際に、各部材に蓄積される弾性エネルギーについて説明するための側面図である。
　また、図９中の上側を、「上」または「上側」と言い、図９中の下側を、「下」または「下側」と言う。
　なお、図９に示される構造体では、梁部材および磁歪棒の長さは、それぞれ、Ｌｈ［ｍ］、Ｌｊ［ｍ］であり、ほぼ等しい（Ｌｈ≒Ｌｊ）。また、梁部材および磁歪棒は、それぞれ、横断面形状（短手方向の断面形状）が長手方向に沿ってほぼ一定であり、梁部材および磁歪棒の横断面積は、それぞれ、Ａｈ［ｍ２］、Ａｊ［ｍ２］である。また、梁部材および磁歪棒の構成材料のヤング率は、それぞれ、Ｅｈ［Ｎ／ｍ］、Ｅｊ［Ｎ／ｍ］である。また、梁部材および磁歪棒の横断面（短手方向の断面）における断面２次モーメントは、それぞれ、Ｉｈ［ｍ４］、Ｉｊ［ｍ４］である。
　かかる構造体全体のバネ定数をＫｆ［Ｎ／ｍ］、可動部に対して下方向に付与される外力をＦｆ［Ｎ］、付与された外力により下方向への変位量（たわみ量）をΔＳｆ［ｍ］とする。この場合、付与された外力Ｆｆによって、かかる構造体に蓄積される弾性エネルギーＵｆ［Ｊ］は、下記（２－１）式で表される。
　　　　　　　Ｕｆ＝１／２×Ｆｆ×ΔＳｆ＝１／２×Ｋｆ×ΔＳｆ２　　（２－１）
　また、可動部に外力Ｆｆが付与された際に、可動部の変位に伴って、梁部材および磁歪棒は、曲げ方向（図９中、上下方向）、伸長・収縮方向（各部材の長手方向）に変形する。
　その際に、梁部材および磁歪棒の先端の曲げ方向への変位量（たわみ量）は、それぞれ、ΔＳｍｈ［ｍ］、ΔＳｍｊ［ｍ］であり、ほぼ等しい（ΔＳｍｈ≒ΔＳｍｊ）。また、梁部材および磁歪棒の曲げ方向のモーメント（曲げ方向に付与される力）は、それぞれ、Ｆｍｈ［Ｎ］、Ｆｍｊ［Ｎ］である。また、梁部材および磁歪棒の曲げ方向のバネ定数は、それぞれ、Ｋｍｈ［Ｎ／ｍ］、Ｋｍｊ［Ｎ／ｍ］である。また、曲げ変形に伴って梁部材および磁歪棒に蓄積される弾性エネルギーは、それぞれ、Ｕｍｈ［Ｊ］、Ｕｍｊ［Ｊ］である。
　また、梁部材および磁歪棒の伸長・収縮方向への変形量は、それぞれ、ΔＬｈ［ｍ］、ΔＬｊ［ｍ］であり、ほぼ等しい（ΔＬｈ≒ΔＬｊ）。また、梁部材および磁歪棒の伸長・収縮方向に付与される力は、それぞれ、ΔＦｈ［Ｎ］、ΔＦｊ［Ｎ］である。また、梁部材および磁歪棒の伸長・収縮方向のバネ定数は、それぞれ、Ｋｈ［Ｎ／ｍ］、Ｋｊ［Ｎ／ｍ］である。また、伸長・収縮方向への変形に伴って梁部材および磁歪棒に蓄積される弾性エネルギーは、それぞれ、Ｕｈ［Ｊ］、Ｕｊ［Ｊ］である。
　ここで、可動部に外力Ｆｆが付与された際に、図９に示す構造体に蓄積される弾性エネルギーＵｆは、曲げ変形に伴って梁部材および磁歪棒に蓄積される弾性エネルギーＵｍｈ、Ｕｍｊと、伸長・収縮方向への変形に伴って梁部材および磁歪棒に蓄積される弾性エネルギーＵｈ［Ｊ］、Ｕｊ［Ｊ］を用いて下記（２－２）式で表される。
　　　　　　　Ｕｆ≒Ｕｍｈ＋Ｕｍｊ＋Ｕｈ＋Ｕｊ　　（２－２）
　曲げ変形に伴い梁部材および磁歪棒に蓄積される弾性エネルギーＵｍｈ、Ｕｍｊは、それぞれ、下記（２－３）、（２－４）式で表される。
　　　　　　　Ｕｍｈ＝１／２×Ｋｍｈ×ΔＳｍｈ２　　（２－３）
　　　　　　　Ｕｍｊ＝１／２×Ｋｍｊ×ΔＳｍｊ２　　（２－４）
　上述したように、ΔＳｍｈ≒ΔＳｍｊであるから、弾性エネルギーＵｍｈ、Ｕｍｊは、下記（２－５）式の関係を満足する。
　　　　　　　Ｕｍｈ∝Ｋｍｈ、Ｕｍｊ∝Ｋｍｊ　　　（２－５）
　ここで、曲げ方向のバネ定数Ｋｍｈ、Ｋｍｊは、それぞれ、下記（２－６）、（２－７）式で表せる。
　　　　　　　Ｋｍｈ＝３×Ｅｈ×Ｉｈ／Ｌｈ３　　　（２－６）
　　　　　　　Ｋｍｊ＝３×Ｅｊ×Ｉｊ／Ｌｊ３　　　（２－７）
　また、上述したように、Ｌｈ≒Ｌｊであるため、上記（２－５）～（２－７）式から、弾性エネルギーＵｍｈ、Ｕｍｊは、下記（２－８）式の関係を満足する。
　　　　　　　Ｕｍｈ∝Ｅｈ×Ｉｈ、Ｕｍｊ∝Ｅｊ×Ｉｊ　（２－８）
　上記（２－８）式から分かるように、曲げ変形に伴って梁部材および磁歪棒に蓄積される弾性エネルギーは、各部材の構成材料のヤング率×各部材の横断面の断面２次モーメントの値に比例する。したがって、発電装置１では、梁部材７３の構成材料のヤング率Ｅｈ×梁部材７３の横断面の断面２次モーメントＩｈの値を、磁歪棒２の構成材料（磁歪材料）のヤング率Ｅｊ×磁歪棒２の横断面の断面２次モーメントＩｊの値よりも大きくすることが好ましい。すなわち、発電装置１では、梁部材７３および磁歪棒２が、Ｅｈ×Ｉｈ＞Ｅｊ×Ｉｊの関係を満足するのが好ましい。これにより、曲げ変形に伴って梁部材７３に蓄積される弾性エネルギーを、曲げ変形に伴って磁歪棒２に蓄積される弾性エネルギーよりも大きくすることができ、その結果、発電装置１の発電効率をより向上させることができる。
　一方、伸長・収縮方向への変形に伴い梁部材および磁歪棒に蓄積される弾性エネルギーＵｈ、Ｕｊは、それぞれ、下記（２－９）、（２－１０）式で表される。
　　　　　　　Ｕｈ＝１／２×Ｆｈ×ΔＬｈ　　　　　　（２－９）
　　　　　　　Ｕｊ＝１／２×Ｆｊ×ΔＬｊ　　　　　　（２－１０）
　また、ΔＬｈおよびΔＬｊは、梁部材および磁歪棒の伸長・収縮方向へのバネ定数Ｋｈ、Ｋｊを用いて下記（２－１１）式の関係を満足する。
　　　　　　　ΔＬｈ＝Ｆｈ／Ｋｈ、ΔＬｊ＝Ｆｊ／Ｋｊ　（２－１１）
　したがって、上記（２－９）～（２－１１）式から、弾性エネルギーＵｈ、Ｕｊは、下記（２－１２）、（２－１３）式の関係を満足する。
　　　　　　　Ｕｈ＝１／２×Ｆｈ２／Ｋｈ　　　　　　（２－１２）
　　　　　　　Ｕｊ＝１／２×Ｆｊ２／Ｋｊ　　　　　　（２－１３）
　ここで、可動部の変位によって、梁部材および磁歪棒の伸長・収縮方向に付与される力は、ほぼ等しい（Ｆｈ≒Ｆｊ）。したがって、上記（２－１２）および（２－１３）式から、弾性エネルギーＵｈ、Ｕｊは、下記（２－１４）式の関係を満足する。
　　　　　　　Ｕｈ∝１／Ｋｈ、Ｕｊ∝１／Ｋｊ　　　（２－１４）
　ここで、伸長・収縮方向のバネ定数Ｋｈ、Ｋｊは、それぞれ、下記（２－１５）、（２－１６）式で表せる。
　　　　　　　Ｋｈ＝Ｅｈ×Ａｈ／Ｌｈ　　　　　　　（２－１５）
　　　　　　　Ｋｊ＝Ｅｊ×Ａｊ／Ｌｊ　　　　　　　（２－１６）
　また、上述したように、Ｌｈ≒Ｌｊであるため、上記（２－１４）～（２－１６）式から、弾性エネルギーＵｈ、Ｕｊは、下記（２－１７）式の関係を満足する。
　　　　　　　Ｕｈ∝１／（Ｅｈ×Ａｈ）、Ｕｊ∝１／（Ｅｊ×Ａｊ）　　（２－１７）
　上記（２－１７）式から分かるように、伸長・収縮方向への変形に伴って梁部材および磁歪棒に蓄積される弾性エネルギーは、各部材の構成材料のヤング率×各部材の横断面積の値に反比例する。したがって、発電装置１では、梁部材７３の構成材料のヤング率Ｅｈ×梁部材７３の横断面積Ａｈの値を、磁歪棒２の構成材料（磁歪材料）のヤング率Ｅｊ×磁歪棒２の横断面積Ａｊの値よりも大きくすることが好ましい。すなわち、発電装置１では、梁部材７３および磁歪棒２が、Ｅｈ×Ａｈ＞Ｅｊ×Ａｊの関係を満足するのが好ましい。これにより、伸長・収縮方向への変形に伴って磁歪棒２に蓄積される弾性エネルギーを、伸長・収縮方向への変形に伴って梁部材７３に蓄積される弾性エネルギーよりも大きくすることができ、その結果、発電装置１の発電効率をより向上させることができる。
　なお、梁部材７３および磁歪棒２が、Ｅｈ×Ｉｈ＞Ｅｊ×Ｉｊの関係、およびＥｈ×Ａｈ＞Ｅｊ×Ａｊの関係のいずれも満足する場合には、以下の効果が得られる。すなわち、曲げ変形に伴って梁部材７３に蓄積される弾性エネルギーＵｍｈを、曲げ変形に伴って磁歪棒２に蓄積される弾性エネルギーＵｍｊよりも相対的に大きくすることができる。また、伸長・収縮方向への変形に伴って磁歪棒２に蓄積される弾性エネルギーＵｊを、伸長・収縮方向への変形に伴って梁部材７３に蓄積される弾性エネルギーＵｈよりも相対的に大きくすることができる。これにより、第２のブロック体５に対して外力が付与されることにより、梁部材７３には曲げ変形に伴う弾性エネルギーが主に蓄積され、磁歪棒２には、伸長・収縮方向への変形に伴う弾性エネルギーが主に蓄積される。そのため、発電装置１では、梁部材７３および磁歪棒２、２の変形に伴うエネルギーロスをより十分に小さくして、その発電効率をより向上させることができる。
　また、このような梁部材７３の構成材料のヤング率は、８０～２００ＧＰａ程度であるのが好ましく、１００～１９０ＧＰａ程度であるのがより好ましく、１２０～１８０ＧＰａ程度であるのがさらに好ましい。
　このような梁部材７３は、その横断面形状（短手方向の断面形状）が長手方向に沿ってほぼ一定となっているのが好ましい。梁部材７３の平均厚さは、特に限定されないが、０．３～１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５～５ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、梁部材７３の平均横断面積は、０．２～２００ｍｍ２程度であるのが好ましく、０．５～５０ｍｍ２程度であるのがより好ましい。
　また、発電装置１では、側面視における磁歪棒２、２と梁部材７３との間隔（以下、「梁間隔」とも言う）も自由に設計することができる。具体的には、各ブロック体４、５に設けられたスリット４１１、５０１からその上面（第１のブロック体４においては、高背部４１の上面）までの長さ（高さ）を調整することにより、これらの梁間隔を自由に設計することができる。
　上述したように、発電装置１では、コイル３の体積を十分に大きくすることができるとともに、各磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を自由に設計することができる。以下に、梁間隔と発電装置１の発電効率との関係について説明する。
　図１０は、基端が筐体に固定された１つの棒材（１つの梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。図１１は、基端が筐体に固定された対向する一対の平行な梁（平行梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。図１２は、先端に外力が付与された一対の平行梁にかかる応力（伸長応力、収縮応力）を模式的に示す図である。
　なお、図１０～図１２中の上側を、「上」または「上側」と言い、図１０～図１２中の下側を、「下」または「下側」と言う。また、図１０～図１２中の左側を、「基端」と言い、図１０～図１２中の右側を、「先端」と言う。
　１つの梁の先端に対して下方に曲げ変形するように外力を付与した場合には、図１０に示すように、梁の曲げ変形に伴い、梁に応力がかかり、梁上側には一様な引張（伸長）応力、梁下側には一様な圧縮（収縮）応力が発生する。一方、一定の梁間隔を有する平行梁の先端に対して外力を付与した場合には、各梁は、図１０に示すように曲げ変形するとともに、図１１に示すように外力の付与前後で先端側の梁間隔を一定に保つために平行リンク動作を行うように変形する。このような平行梁では、梁間隔が大きいほど、この平行リンク動作が顕著に表れ、逆に、梁間隔が小さいほど、平行リンク動作が抑制されて、図１０に示すような１つの梁の曲げ変形に近い変形をするようになる。
　したがって、梁間隔が比較的大きい平行梁の構成では、曲げ変形と平行リンク動作による変形とが混在することにより、各梁が、図１２に示すような略Ｓ字状に変形する。平行梁が下側に変形する際には、上側の梁には一様な伸長応力が発生するのが好ましいが、図１２に示すように、中央部に伸長応力Ａが発生するものの、基端側の下部および先端側の上部に大きな収縮応力Ｂが発生する。また、下側の梁には一様な収縮応力が発生するのが好ましいが、中央部に収縮応力Ｂが発生するものの、基端側の上部および先端側の下部に大きな伸長応力Ａが発生する。すなわち、各梁に発生する伸長応力と収縮応力との双方がいずれも大きいため、梁全体に発生するいずれか一方の応力（伸長応力または収縮応力）の絶対値を大きくすることができない。このような平行梁として磁歪棒を用いた場合、磁歪棒中の磁束密度の変化量を大きくすることができない。
　なお、バイアス磁界が印加された磁歪棒において、発生する応力（伸長応力または収縮応力）の大きさと磁束密度の変化量とは、以下に示すような関係を有する。
　図１３は、鉄－ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料で構成された磁歪棒において、付与される応力に応じた、印加される磁場（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係を示すグラフである。
　なお、図１３において、（ａ）は、磁歪棒に応力が発生していない状態、（ｂ）は、磁歪棒に９０ＭＰａの収縮応力が発生した状態、（ｃ）は、磁歪棒に９０ＭＰａの伸長応力が発生した状態、（ｄ）は、磁歪棒に５０ＭＰａの収縮応力が発生した状態、（ｅ）は、磁歪棒に５０ＭＰａの伸長応力が発生した状態をそれぞれ示す。
　図１３に示すように、応力が発生していない状態の磁歪棒に比べて、伸長応力が発生している磁歪棒では、その透磁率が高くなる結果、これを軸方向に通過する磁力線の密度（磁束密度）が高くなる（（ｃ）および（ｅ））。一方、応力が発生していない状態の磁歪棒に比べて、収縮応力が発生している磁歪棒では、その透磁率が低くなる結果、これを通過する磁束密度が低くなる（（ｂ）および（ｄ））。
　このため、図１３中に示す一定のバイアス磁界が印加された状態で、磁歪棒の一端に対して他端を振動（変位）させることにより、磁歪棒に９０ＭＰａの伸長応力と９０ＭＰａの収縮応力とを交互に発生させると、これを通過する磁束密度の変化量は１Ｔ程度となり、その変化量が最大となる（（ｂ）、（ｃ）参照）。一方、この磁歪棒に発生させる伸長応力および収縮応力を５０ＭＰａに低下させると、これを通過する磁束密度の変化量は小さくなる（（ｄ）、（ｅ）参照）。
　したがって、磁歪棒を通過する磁束密度の変化量を大きくするためには、磁歪棒に発生させる一定方向の応力（伸長応力または収縮応力）を十分に大きくする必要がある。なお、上記磁歪材料で構成された磁歪棒であれば、７０ＭＰａ以上の伸長応力と７０ＭＰａ以上の収縮応力とを交互に発生させることにより、磁歪棒を通過する磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。
　以上のような理由から、発電装置１では、その発電効率を向上する観点から、各磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を小さくして、梁の平行リンク動作を抑制することにより、図１０に示すような１つの梁の曲げ変形挙動に近づけることが望ましい。発電装置１では、コイル３の体積が、各磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔によって制限されないため、コイル３の体積を十分に大きくしながらも、各磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を十分に小さく設計することができる。これにより、コイル３の体積を増大させつつも、磁歪棒２に生じる応力を均一にすることができ、発電装置１の発電効率をより向上させることができる。
　なお、発電装置１を取り付ける振動体としては、例えば、蒸気、水、燃料油、気体（空気、燃料ガス等）等をパイプやダクトを通して移動（排気、換気、吸気、廃液、循環）させる装置であり、大型施設、ビル、駅等の配管や空調用ダクトが挙げられる。また、発電装置１を取り付ける振動体としては、このような配管や空調用ダクトに限られず、例えば、輸送機（貨物列車や自動車、トラックの荷台）、線路を構成するレール（枕木）、高速道路やトンネルの壁面パネル、架橋、ポンプやタービン等の機器等が挙げられる。
　これらの振動体に発生する振動は、目的とする媒体（空調用ダクトの場合、ダクト内を通過する気体等）の移動には不必要な振動であり、騒音や不快な振動を発生させる原因となっている。このような振動体に上記発電装置１を取り付けることにより、この不必要な振動（運動エネルギー）を電気エネルギーとして変換（回生）して得ることができる。
　この発電装置１は、センサー、無線装置等の電源として用いることができる。例えば、発電装置１、センサーおよび無線装置を有するシステムに利用することができる。かかるシステムでは、発電装置１で得られた電気エネルギー（電力）を利用してセンサーを駆動することにより、施設居住空間の照度、温度、湿度、圧力、騒音を計測することができる。さらに、発電装置１で得られた電力を利用して無線装置を駆動させることにより、センサーで計測されたデータは、検出データとして外部機器（サーバーやホストコンピュータ等）に送信され、各種制御信号やモニタリング信号として利用することができる。また、発電装置１は、車両の各部の状態を監視するシステム（例えば、タイヤ空気圧センサー、シートベルト着装検知センサー）としても利用することができる。また、発電装置１によってこのように不必要な振動を電力に変換することで、振動体からの騒音や不快な振動を軽減する効果も得られる。
　また、上記のような振動体からの振動を回生する以外にも、振動体以外の基体に第１のブロック体４を固定し、発電装置１の先端（第２のブロック体５）に直接外部から力を与える構造を付加し、無線装置と組み合わせることで人が操作するスイッチとして用いることができる。
このようなスイッチは、電源（外部電源）および信号線の配線を設けなくとも機能し、例えば、住宅照明用無線スイッチ、住宅セキュリティー用システム（特に、窓やドアの操作検知を無線で知らせるシステム）等に用いることができる。
　また、車両の各スイッチに発電装置１を応用することで、電源および信号線の配線を設ける必要がなくなる。そのため、組立工数の削減だけではなく、車両に設ける配線に必要な重量を軽減し、車両などの軽量化を得て、タイヤ、車体、エンジンにかかる負荷を抑制し、安全性にも寄与することができる。
　なお、発電装置１の発電量は、特に限定されないが、２０～２０００μＪ程度であるのが好ましい。発電装置１の発電量（発電能力）が上記範囲内であれば、例えば、発電装置１と無線装置とを組み合わせることで、上述した住宅照明用無線スイッチや住宅セキュリティー用システム等に有効に利用することができる。
　また、本実施形態の発電装置１では、平面視において、各磁歪棒２に巻回されたコイル３と梁部材７３とが重ならないように配置されているが、コイル３の一部が梁部材７３と重なる構成であってもよい。具体的には、平面視において、磁歪棒２と梁部材７３とは重ならないが、コイル３の端部と梁部材７３の端部とが重なる構成であってもよい。かかる構成であっても、コイル３の巻回スペースを十分に確保しつつ、コイル３と梁部材７３とが接触しない範囲で、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を十分に小さくすることができ、上記発電装置１で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
　また、本実施形態の発電装置１では、対向する梁として、２つの磁歪棒２、２と１つの梁部材７３とを備えている。ただし、本実施形態の発電装置１は、これに限定されず、以下のような構成とすることもできる。
　例えば、連結部が、第１の連結部材および第２の連結部材の長手方向の両端部同士を連結する２つの梁部材を備えるように構成してもよい。かかる構成では、各梁部材が、磁歪棒の外側に配置されているため、コイルの体積を増大させつつも、磁歪棒同士の間隔を小さくして、発電装置の幅方向のサイズを小さくすることができる。なお、かかる構成でも、上述した本実施形態と同様の効果を得ることができる。
　また、発電装置は、２つ以上の磁歪棒と１つ以上の梁部材とを備えた構成をとることができる。なお、磁歪棒および梁部材の総数を変更する場合には、その総数が奇数となるのが好ましい。具体的には、磁歪棒の数：梁部材の数が、２：３、３：２、３：４、４：３、４：５等となる構成が挙げられる。このような構成では、梁として機能する磁歪棒と梁部材とが発電装置の幅方向に対称に配置されるため、磁歪棒、第１および第２のブロック体、連結部にかかる応力のバランスが良好となる。
　なお、このような構成の場合には、梁部材７３のバネ定数をＡ［Ｎ／ｍ］、梁部材７３の数をＸ［本］とし、磁歪棒２のバネ定数をＢ［Ｎ／ｍ］、磁歪棒２の数をＹ［本］としたとき、Ａ×Ｘの値とＢ×Ｙの値とがほぼ等しくなることが好ましい。これにより、第１のブロック体４に対して第２のブロック体５を上下方向へ円滑かつ確実に変位させることができる。
　また、上記の説明では、各雄ネジ４３、５３を各雌ネジ部４１２、５０１に螺合することにより、磁歪棒２の両端部２１、２２と各ブロック体４、５との固定および連結部７と各ブロック体４、５との連結を行っている。しかしながら、各部材の固定、連結は、上記方法に限定されない。例えば、溶接（レーザー溶接、電気溶接）、ピンの圧入、接着剤による接着等の方法により各部材を固定、連結してもよい。
　＜第２実施形態＞
　次に、本発明の発電装置の第２実施形態について説明する。
　図１４は、本発明の発電装置の第２実施形態を示す斜視図である。
　なお、以下の説明では、図１４中の上側を「上」または「上方」と言い、図１４中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１４中の紙面右奥側を「先端」と言い、図１４中の紙面左手前側を「基端」と言う。
　以下、第２実施形態の発電装置について、前記第１実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
　図１４に示す発電装置１は、外周にコイル３が巻回された磁歪棒２および梁部材７３と、これらの基端部同士および先端部同士をそれぞれ連結する連結ヨーク４８および連結ヨーク５８と、磁歪棒２および梁部材７３と併設されたヨーク８２と、連結ヨーク４８とヨーク８２との間および連結ヨーク５８とヨーク８２との間に設けられた２つの永久磁石６とを有している。また、基端側の連結ヨーク４８は、支持部４９に固定され、先端側の連結ヨーク５８は、錘部（質量部）５９に固定されている。
　かかる構成の発電装置１においても、前記第１実施形態の発電装置１と同様に、連結部７の梁部材７３の構成材料の損失係数が、磁歪棒２を構成する磁歪材料の損失係数よりも小さくなるように構成されている。
　また、本実施形態の発電装置１では、磁歪棒２と梁部材７３とが厚さ方向に併設されており、第１実施形態の発電装置１と同様に、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が、基端から先端に向かって小さくなるように構成されている。
　なお、本実施形態の磁歪棒２、コイル３および梁部材７３としては、第１実施形態で前述した各部材を用いることができる。
　連結ヨーク４８は、磁歪棒２の基端部２１および梁部材７３の基端部と連結する。
　連結ヨーク４８には、上下２つのスリット４８１、４８２が形成されており、下側のスリット４８１に磁歪棒２の基端部２１が挿入され、上側のスリット４８２に梁部材７３の基端部が挿入されて、ピン４８３により固定される。
　この連結ヨーク４８は、その基端側において支持部４９に固定される。
　支持部４９は、平板状をなしており、その先端側の略中央に幅方向に貫通する溝部４９１が形成されている。この溝部４９１に連結ヨーク４８が挿入、固定される。
　本実施形態の発電装置１では、支持部４９の基端を振動体に固定することにより、磁歪棒２が、その基端を固定端、先端を可動端として片持ち支持されている。
　連結ヨーク５８は、磁歪棒２の先端部２２および梁部材７３の先端部と連結する。
　連結ヨーク５８には、上下２つのスリット５８１、５８２が形成されており、下側のスリット５８１に磁歪棒２の先端部２２が挿入され、上側のスリット５８２に梁部材７３の基端部が挿入されて、ピン５８３により固定される。連結ヨーク５８では、スリット５８１、５８２間の離間距離が、連結ヨーク４８のスリット４８１、４８２間の離間距離よりも短くなっており、これにより、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が、基端から先端に向かって小さくなっている。
　この連結ヨーク５８は、その先端側において錘部５９と固定される。
　錘部５９は、平板状をなしており、その基端側の略中央に幅方向に貫通する溝部５９１が形成されている。この溝部５９１に連結ヨーク５８が挿入、固定される。
　錘部５９は、連結ヨーク５８とともに、磁歪棒２に対して外力や振動を付与する錘として機能する。振動体の振動により、第２のブロック体５に対して、上下方向への外力または振動が付与される。これにより、磁歪棒２は、その基端を固定端とし、先端が上下方向に往復動（先端が基端に対して相対的に変位）する。
　なお、各連結ヨーク４８、５８、支持部４９および錘部５９の構成材料は、前記第１実施形態における第１のブロック体４および第２のブロック体５を構成する各種材料と同様の材料を用いることができる。
　ヨーク８２は、長尺の平板状をなしており、磁歪棒２および梁部材７３と幅方向に併設されている。ヨーク８２の構成材料としては、前述した第１実施形態における第１のブロック体４および第２のブロック体５を構成する各種材料と同様の材料を用いることができる。
　永久磁石６は、前記第１実施形態の発電装置１の永久磁石６と同様に、円柱状をなしている。このような永久磁石６の構成材料としては、前述した第１実施形態の永久磁石６と同様の材料を用いることができる。
　本実施形態では、図１４に示すように、連結ヨーク４８とヨーク８２との間に設けられた永久磁石６は、Ｓ極を連結ヨーク４８側に、Ｎ極をヨーク８２側にして配置され、連結ヨーク５８とヨーク８２との間に設けられた永久磁石６は、Ｓ極をヨーク８２側に、Ｎ極を連結ヨーク５８側にして配置されている。これにより、発電装置１には、時計間周りの磁界ループが形成されている。
　本実施形態の発電装置１では、前記第１実施形態の発電装置１と同様に、梁部材７３の構成材料の損失係数が、磁歪棒２を構成する磁歪材料の損失係数よりも小さくなるように構成されている。そのため、梁部材７３の変形に伴うエネルギーロスを、磁歪棒２の変形に伴うエネルギーロスよりも十分に小さくすることができる。これにより、発電装置１では、一対の梁（磁歪棒２、２および梁部材７３）の変形に伴うエネルギーロスを十分に小さくすることができる。その結果、発電装置１の発電効率を向上させることができる。
　また、本実施形態の発電装置１では、側面視において、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が、基端から先端に向かって小さくなるように構成されている。言い換えれば、磁歪棒２と梁部材７３とが基端から先端にテーパーがかかった梁構造（テーパー梁構造）となっている（図１４参照）。かかる構成では、磁歪棒２と梁部材７３とからなる一対の梁は、基端から先端に向かって変位方向（上下方向）への剛性が低くなる。そのため、錘部５９に外力が付与されると、磁歪棒２および梁部材７３は変位方向（上下方向）に円滑に変位することができ、その結果、磁歪棒２に発生する応力の厚さ方向におけるバラつきを少なくすることができる。これにより、磁歪棒２に一様な応力を生じさせることができ、発電装置１の発電効率をより向上させることができる。
　なお、側面視において、磁歪棒２と梁部材７３とのなす角度（テーパー角度）は、特に限定されないが、０．５～１０°程度であるのが好ましく、１～７°程度であるのがより好ましい。磁歪棒２と梁部材７３とのなす角度が上記範囲内であれば、磁歪棒２と梁部材７３とで上記テーパー梁構造を構成しつつも、基端側における磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を十分に小さくすることができる。これにより、磁歪棒２により一様な応力を発生させることができる。
　なお、本実施形態では、コイル３を磁歪棒２に巻回する代わりに、ヨーク８２の外周に巻回する構成にしてもよい。磁歪棒２中の磁束密度の変化に伴い、ヨーク８２を通過する磁束密度も同様に変化するため、上記構成の発電装置１と同様にコイル３に電圧を発生させることができる。また、かかる構成では、各連結ヨーク４８、５８の幅を大きくしたり、各永久磁石の厚さを大きくすることにより、磁歪棒２および梁部材７３とヨーク８２との間隔を大きくすることができるため、コイル体積を大きくすることが可能である。これにより、発電装置１の発電効率をより向上させることができる。
　なお、各部材の固定、連結は、例えば、ネジ止め、ピンの圧入、溶接、接着剤による接着等の方法により各部材同士を固定、連結することができる。
　かかる第２実施形態の発電装置１によっても、前記第１実施形態の発電装置１と同様の作用・効果を生じる。
　以上、本発明の発電装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されない。各構成は、同様の機能を発揮し得る任意の構成と置換することができ、あるいは、任意の構成を付加することができる。
　例えば、前記第１および第２実施形態の任意の構成を組み合わせることもできる。
　また、２つの永久磁石のうち一方を省略することもでき、永久磁石の一方または双方を電磁石に置き換えることもできる。さらに、本発明の発電装置は、双方の永久磁石を省略し、外部磁場（外部磁界）を用いて発電する構成とすることもできる。
　また、磁歪棒および梁部材は、いずれも、その横断面形状が長方形状をなしているが、例えば、円形状、楕円形状、三角形状、正方形状、六角形状のような多角形状であってもよい。
　また、前記各実施形態の永久磁石は、円柱状をなしているが、平板状、角柱状、三角柱状をなしていてもよい。
　本発明によれば、梁部材の構成材料の損失係数が、磁歪棒を構成する磁歪材料の損失係数よりも小さいため、梁部材の変形に伴うエネルギーロス（構造減衰）を、磁歪棒の変形に伴うエネルギーロス（構造減衰）よりも十分に小さくすることができる。このため、磁歪棒の変形に伴うエネルギーロスが比較的大きくても、梁部材の変形に伴うエネルギーロスが十分に小さいため、発電装置全体としては、一対の梁（磁歪棒および梁部材）の変形に伴うエネルギーロスを十分に小さくすることができる。これにより、発電装置の発電効率を向上させることができる。したがって、本発明は産業上の利用可能性を有する。

Claims (9)

  1. 　磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる少なくとも１つの磁歪棒と、
    　前記磁歪棒に応力を付与する機能を有する梁部材と、
    　前記磁力線が軸方向に通過するように配置され、その密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルとを有し、
    　前記磁歪棒の一端に対して他端を、その軸方向とほぼ垂直な方向に相対的に変位させて前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するように構成され、
    　前記梁部材の構成材料の損失係数が、前記磁歪材料の損失係数よりも小さいことを特徴とする発電装置。
  2. 　前記梁部材の構成材料の損失係数をη１、前記磁歪材料の損失係数をη２としたとき、η１／η２の値が、０．３以下である請求項１に記載の発電装置。
  3. 　前記磁歪棒および前記梁部材は、それぞれ、短手方向の断面形状がほぼ一定であり、
    　前記梁部材を構成する材料のヤング率をＥｈ［Ｎ／ｍ２］、前記梁部材の短手方向の断面における断面２次モーメントをＩｈ［ｍ４］とし、前記磁歪材料のヤング率をＥｊ［Ｎ／ｍ２］、前記磁歪棒の短手方向の断面における断面２次モーメントをＩｊ［ｍ４］としたとき、Ｅｈ×Ｉｈ＞Ｅｊ×Ｉｊの関係を満足する請求項１または２に記載の発電装置。
  4. 　前記梁部材の短手方向の断面積をＡｈ［ｍ２］、前記磁歪棒の短手方向の断面積をＡｊ［ｍ２］としたとき、前記磁歪棒および前記梁部材は、Ｅｈ×Ａｈ＞Ｅｊ×Ａｊの関係を満足する請求項３に記載の発電装置。
  5. 　側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材との間隔が、前記磁歪棒の前記一端よりも前記他端において小さくなっている請求項１ないし４のいずれかに記載の発電装置。
  6. 　側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている請求項１ないし５のいずれかに記載の発電装置。
  7. 　前記少なくとも１つの磁歪棒は、併設された２つ以上の前記磁歪棒を有し、
    　平面視において、各前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている請求項１ないし６のいずれかに記載の発電装置。
  8. 　平面視において、前記梁部材は、前記磁歪棒同士の間に配置されている請求項７に記載の発電装置。
  9. 　前記コイルは、各前記磁歪棒の外周に巻回されており、
    　平面視において、各前記コイルと前記梁部材とが重ならないよう配置されている請求項７または８に記載の発電装置。
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