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POWER GENERATION DEVICE

Patent code P130009415
File No. S2012-0183-N0
Posted date Jun 20, 2013
Application number P2011-265034
Publication number P2013-118766A
Patent number P5867700
Date of filing Dec 2, 2011
Date of publication of application Jun 13, 2013
Date of registration Jan 15, 2016
Inventor
  • (In Japanese)上野 敏幸
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人金沢大学
Title POWER GENERATION DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation device that is capable of performing power generation for a long time and increasing a power generation amount with efficiency.
SOLUTION: A power generation device 10 includes: a power generation part 100 having a first power generation element 105A and a second power generation element 105B that perform power generation by means of a reverse magnetostrictive effect; a vibration part 103; a diaphragm 101; and a weight 102. The first power generation element 105 includes at least one magnetostrictive bar 106A, a coil 107A, and a yoke 108A, and the second power generation element 105B includes at least one magnetostrictive bar 106B, a coil 107B, and a yoke 108B. The magnetostrictive bar 106A and the magnetostrictive bar 106B are arranged parallel to each other, and one end of the yoke 108A and one end of the yoke 108B are integrally formed and are provided with a vibration part 103. The first power generation element 105A and the second power generation element 105B are arranged line-symmetrically, and the diaphragm 101 is arranged parallel to the magnetostrictive bar 106A and the magnetostrictive bar 106B.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。

特許文献1に記載された圧電材料は、圧電縦定数が大きく、圧電縦効果(力の方向と電圧を取り出す方向が同じ場合)の発電効率は高い。しかし、単板の圧電材料を曲げることによる曲げ変形を利用して発電する場合には、力の方向と直交する方向で電圧を取り出す(圧電横効果)ため、発電効率が低い。また、圧電材料は、脆性材料であり、曲げや衝撃に対して弱い材料である。そのため、過度な負荷を加えることができず、発電量を増加するために大きな曲げや衝撃を加えることが難しいという問題がある。また、圧電素子は、電気的に誘導性の負荷であるため、低周波数でインピーダンスが高く、圧電素子より低いインピーダンスを有する負荷を繋いだときに、負荷に発生する電圧が小さくなるため、発電により得られる電力が小さくなり、発電の効率が低いという欠点を有している。

また、非特許文献1に記載された永久磁石の振動に伴うコイルの鎖交磁束密度の変化を利用した発電方法では、発電量を増加するために、大振幅かつ高周波数で振動子を振動させる必要がある。そこで、振動子として使用される永久磁石の大きさを大きくすると、振動子の質量が増加し、振動子の共振周波数が低くなる。その結果、発電量は大きくならないという問題がある。

また、特許文献2に記載された、磁歪材料を周期的に圧縮することによる発電方法では、磁歪材料を長手方向に圧縮するために大きな力が必要である。また、圧縮力は磁歪材料に不均一に加えられるため、発電効率が低くなるという欠点を有している。

Field of industrial application (In Japanese)

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

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
逆磁歪効果により発電する第1の発電素子と第2の発電素子とを有する発電部と、
前記発電部に振動を与える加振部と、
前記加振部に一端が配置され、前記発電部に前記加振部の振動と異なる振動を与える振動板と、
前記振動板の他端に配置され、慣性により前記加振部の振動と異なる振動が生じる錘とを備え、
前記第1の発電素子および前記第2の発電素子は、それぞれ、
磁歪材料で構成された少なくとも1本の磁歪棒と、
前記磁歪棒の周囲に巻き回され、前記磁歪棒の磁束の変化により電流を発生するコイルと、
磁性体で構成され前記磁歪棒の両端を支持するヨークと
を有し、
前記発電部において、
前記第1の発電素子の前記磁歪棒と前記第2の発電素子の前記磁歪棒とは平行に配置され、
前記第1の発電素子の前記ヨークの一端と前記第2の発電素子の前記ヨークの一端とは一体に形成され、一体に形成された前記第1の発電素子の前記ヨークの一端と前記第2の発電素子の前記ヨークの一端には前記加振部が設けられており、
前記第1の発電素子と前記第2の発電素子とは、線対称に配置され、
前記振動板は、
前記第1の発電素子の前記磁歪棒および前記第2の発電素子の前記磁歪棒と平行に、かつ、一端が前記第1の発電素子の前記ヨークの一端および前記第2の発電素子の前記ヨークの一端と一体に形成されている
発電装置。

【請求項2】
 
前記発電部と、前記振動板と、前記錘とは、一体に形成されている
請求項1に記載の発電装置。

【請求項3】
 
前記振動板は、
前記第1の発電素子および前記第2の発電素子の間の前記第1の発電素子および前記第2の発電素子のそれぞれから等しい距離に配置されている
請求項1または2に記載の発電装置。

【請求項4】
 
前記振動板は、さらに、
磁力により前記第1の発電素子および前記第2の発電素子の少なくともいずれかの前記ヨークに吸着する永久磁石を備える
請求項1~3のいずれか1項に記載の発電装置。

【請求項5】
 
前記永久磁石は、
磁力により前記第1の発電素子の前記ヨークに吸着する第1の永久磁石と、
磁力により前記第2の発電素子の前記ヨークに吸着する第2の永久磁石とで構成されている
請求項4に記載の発電装置。

【請求項6】
 
請求項1~5のいずれか1項に記載の発電装置を複数備え、
前記複数の発電装置の錘は、一体に形成されている
発電装置。

【請求項7】
 
前記錘は、外力により前記発電部に振動を与えるスイッチ部である
請求項1~5に記載の発電装置。

【請求項8】
 
請求項1~5のいずれか1項に記載の発電装置を複数備え、
一の前記発電装置の前記錘は、他の前記発電装置の前記発電部である
発電装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
  • 5H681AA06
  • 5H681BB08
  • 5H681BB14
  • 5H681BB20
  • 5H681BC00
  • 5H681CC04
  • 5H681DD15
  • 5H681DD30
  • 5H681DD53
  • 5H681DD82
  • 5H681DD83
  • 5H681DD95
  • 5H681FF12
  • 5H681FF13
  • 5H681GG10
  • 5H681GG21
  • 5H681GG27
  • 5H681GG32
Drawing

※Click image to enlarge.

JP2011265034thum.jpg
State of application right Registered


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