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発電素子および発電素子を備えた発電装置 新技術説明会 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P120007184
整理番号 2009-036JP
掲載日 2012年4月4日
出願番号 特願2011-546472
登録番号 特許第4905820号
出願日 平成23年6月9日(2011.6.9)
登録日 平成24年1月20日(2012.1.20)
国際出願番号 JP2011003276
国際公開番号 WO2011158473
国際出願日 平成23年6月9日(2011.6.9)
国際公開日 平成23年12月22日(2011.12.22)
優先権データ
  • 特願2010-139930 (2010.6.18) JP
発明者
  • 上野 敏幸
  • 池畑 芳雄
  • 山田 外史
出願人
  • 国立大学法人金沢大学
発明の名称 発電素子および発電素子を備えた発電装置 新技術説明会 実績あり 外国出願あり
発明の概要 曲げや衝撃に強く発電量が多い発電素子、および発電素子を備えた発電装置を提供する。
発電素子(1)は、磁歪材料で構成された第1の磁歪棒(11a)と、第1の磁歪棒(11a)に一様な圧縮力または引張力を加えるための剛性および形状を有する磁性材料で構成され、第1の磁歪棒(11a)と平行に配置された剛性棒(11b)と、第1の磁歪棒(11a)に巻かれた第1のコイル(12c)と、第1の磁歪棒(11a)および剛性棒(11b)のそれぞれの両端に、第1の磁歪棒(11a)と剛性棒(11b)とを連結するように設けられた2つの連結ヨーク(10a、10b)とを備え、第1の磁歪棒(11a)の軸方向と垂直な方向の振動により、第1の磁歪棒(11a)が伸張または収縮することにより発電する。
従来技術、競合技術の概要


従来、身近な振動から発電を行うための技術の開発が盛んに行われており、その技術の1つとして圧電素子を用いた発電方法や永久磁石の磁束密度の変化を利用した発電方法が知られている。



圧電素子を利用した発電方法の多くは、圧電素子に何らかの方法で外部から力を加えることにより、圧電素子を変形させて発電するものである。圧電素子を変形させるには、例えば、圧電素子に振動を加えて変形させる方法、風圧や音圧などの圧力を間接的に与える方法、錘などの物体を圧電素子に衝突させる方法、変形する物体に圧電素子を取り付ける方法などがある(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、音による空気の圧力変動を利用して圧電素子により発電する音力発電装置、および、振動による圧力変動を利用して圧電素子により発電する振動力発電装置が記載されている。



また、永久磁石の磁束密度の変化を利用した発電方法は、永久磁石の振動に伴うコイルの鎖交磁束密度の時間的変化で発電を行う方法、つまり、電磁誘導を利用した発電方法である(例えば、非特許文献1、特許文献2参照)。



非特許文献1では、コイルの内部を磁化の方向と平行方向に振動する永久磁石により、コイル内部の磁束密度が変化して、コイルに電流が発生することにより発電が行われる発電素子が開示されている。



特許文献2では、2極に着磁されたバイアス磁石と、外部からの力を加えることで逆磁歪効果により透磁率が変化して磁束の流れが変化する磁歪材料と、磁歪材料を磁気的な異方性を有する方向に周期的に圧縮する圧縮手段と、この周期的に変化する磁束により電流を誘起するコイル手段とを備えた発電素子が開示されている。この発電素子は、上記した周期的に変化する磁束と、コイル芯に巻き廻されたコイルとが鎖交するように、磁歪材料と、コイルと、圧縮手段が配置されている。つまり、長手方向に磁気異方性を有する磁歪材料を、長手方向に周期的に圧縮し、このときコイルに発生する電流により発電を行う構成である。

産業上の利用分野


本発明は、振動を利用した発電素子に関し、特に、磁歪材料を使用した発電素子に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
磁歪材料で構成された第1の磁歪棒と、
前記第1の磁歪棒に一様な圧縮力または引張力を加えるための剛性および形状を有する磁性材料で構成され、前記第1の磁歪棒と平行に配置された剛性棒と、
前記第1の磁歪棒に巻かれた第1のコイルと、
前記第1の磁歪棒および前記剛性棒のそれぞれの両端に、前記第1の磁歪棒と前記剛性棒とを連結するように設けられた2つの連結ヨークとを備え、
前記第1の磁歪棒の軸方向と垂直な方向の振動により、前記第1の磁歪棒が伸張または収縮することにより発電する
ことを特徴とする発電素子。

【請求項2】
前記剛性棒は、磁歪材料で構成された第2の磁歪棒であり、
前記第2の磁歪棒に巻かれた第2のコイルをさらに備え、
前記第1の磁歪棒および前記第2の磁歪棒の軸方向と垂直な方向の振動により、前記第1の磁歪棒および前記第2の磁歪棒の一方が伸張し、他方が収縮することにより発電する
ことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。

【請求項3】
前記第1の磁歪棒の磁化容易方向は、前記第1の磁歪棒の軸方向に平行である
ことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。

【請求項4】
前記第1の磁歪棒および前記第2の磁歪棒のそれぞれの磁化容易方向は、前記第1の磁歪棒および第2の磁歪棒のそれぞれの軸方向に平行である
ことを特徴とする請求項2に記載の発電素子。

【請求項5】
前記発電素子は、さらに、磁石を有するバックヨークを備える
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の発電素子。

【請求項6】
前記2つの連結ヨークの一方は固定され、他方は錘を有している
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の発電素子。

【請求項7】
前記発電素子は、2次共振モードで共振する
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の発電素子。

【請求項8】
前記第1のコイルの巻数をN回とすると、
前記第1のコイルは、N/K回の巻数を有するK個の並列接続されたコイルで構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。

【請求項9】
前記第1のコイルおよび前記第2コイルのそれぞれの巻数をN回とすると、
前記第1のコイルおよび前記第2のコイルのそれぞれは、N/K回の巻数を有するK個の並列接続されたコイルで構成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の発電素子。

【請求項10】
平行に配置された複数個の前記発電素子を備え、
前記複数個の発電素子は直列に接続されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の発電素子。

【請求項11】
前記磁歪材料は、延性を有する
ことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の発電素子。

【請求項12】
前記磁歪材料は、鉄ガリウム合金である
ことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の発電素子。

【請求項13】
前記磁歪材料は、鉄コバルト合金である
ことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の発電素子。

【請求項14】
請求項1ないし13のいずれか1項に記載の発電素子を備える
ことを特徴とする発電装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
  • 5H681AA00
  • 5H681AA19
  • 5H681BB08
  • 5H681BB14
  • 5H681BB20
  • 5H681BC00
  • 5H681CC01
  • 5H681CC04
  • 5H681DD01
  • 5H681DD15
  • 5H681DD30
  • 5H681DD44
  • 5H681DD45
  • 5H681DD53
  • 5H681DD82
  • 5H681DD83
  • 5H681DD93
  • 5H681EE10
  • 5H681FF04
  • 5H681FF05
  • 5H681FF08
  • 5H681FF13
  • 5H681GG10
  • 5H681GG20
  • 5H681GG21
  • 5H681GG27
  • 5H681GG42
画像

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JP2011546472thum.jpg
出願権利状態 登録
(有)金沢大学ティ・エル・オーは、金沢大学の研究者の出願特許を産業界へ技術移転することを主目的として、金沢大学の教官の出資により設立された技術移転機関です。
ご興味のある方は、下記「問合せ先」へ整理番号と共にご連絡願います。
なお、既に活用のお申し込み・お打合わせ等の段階に入っている場合もございますので、予めご承知おきください。


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