发电元件的制作方法
【专利摘要】发电元件具有：由磁致伸缩材料构成且使磁力线沿轴向通过的两个柱状的磁致伸缩体；具备配置成通过转动来按压磁致伸缩体的按压部、和使按压部转动的棒状部的按压体；以及配置成磁力线沿轴向通过且基于其密度的变化来产生电压的线圈，通过棒状部的绕转动中心的转动，按压部转动，由按压部按压而压缩磁致伸缩体，从而使磁力线的密度变化。
【专利说明】发电元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及发电元件。
【背景技术】
[0002]近年来，研究了利用由磁致伸缩材料构成的磁致伸缩棒的导磁率的变化来发电的发电元件(例如，参照专利文献I)。
[0003]该发电元件例如具备:并排设置的一对磁致伸缩棒；连结这些磁致伸缩棒的连结磁轭；以包围各磁致伸缩棒的方式设置的线圈；以及对磁致伸缩棒施加偏磁场的永久磁铁及背磁轭。并且，若在与磁致伸缩棒的轴向垂直的方向上对连结磁轭施加外力，则一方的磁致伸缩棒以伸长的方式变形，另一方的磁致伸缩棒以收缩的方式变形。此时，通过各磁致伸缩棒的磁力线的密度(磁通密度)、即贯穿各线圈的磁力线的密度变化，由此，在各线圈产生电压。
[0004]在该发电元件中，由于使磁致伸缩棒压缩及伸长来进行发电，因此在磁致伸缩棒与连结磁轭之间需要高的接合力(特别是将磁致伸缩棒伸长时)，由于使用尺寸比较长的磁致伸缩棒，因此不得不较多地使用构成磁致伸缩棒的高价的磁致伸缩材料。
[0005]另外，从提高发电效率的观点出发，在该发电元件中，优选在一方的磁致伸缩棒上选择性地产生拉伸应力、在另一方的磁致伸缩棒上选择性地产生压缩应力。然而，若对在各磁致伸缩棒上产生的应力进行解析，则在一个磁致伸缩棒中会产生拉伸应力和压缩应力这双方。即、难以在一个磁致伸缩棒上产生单一的应力。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:W02011/158473
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]本发明是鉴于上述现有技术的问题点而提出的方案，其目的在于提供一种能够以比较简单的结构高效地进行发电的发电元件。
[0011]用于解决课题的方案
[0012]这样的目的通过以下(I)?(12)的本发明来实现。
[0013](I) 一种发电元件，其特征在于，具有:
[0014]至少一个柱状的磁致伸缩体，其由磁致伸缩材料构成且使磁力线沿轴向通过；
[0015]按压体，其具备配置成通过转动来按压上述磁致伸缩体的按压部、和使该按压部转动的棒状部；以及
[0016]线圈，其配置成上述磁力线沿轴向通过，基于上述磁力线的密度的变化而产生电压，
[0017]通过上述棒状部的绕转动中心的转动，上述按压部转动，由该按压部按压而压缩上述磁致伸缩体，从而使上述磁力线的密度变化。
[0018](2)上述⑴所述的发电元件中，
[0019]上述按压体具备绕上述转动中心转动的中心部，
[0020]上述按压部以向上述中心部的侧方突出的方式设置，并且上述棒状部在与上述按压部不同的位置与上述中心部连接。
[0021](3)上述(I)或⑵所述的发电元件中，
[0022]上述按压部具备保持上述磁致伸缩体的保持结构。
[0023](4)上述(I)至(3)任一项中所述的发电元件中，
[0024]上述至少一个磁致伸缩体包含隔着上述转动中心配置在两侧的两个磁致伸缩体，该两个磁致伸缩体被上述按压部交替地按压。
[0025](5)上述(I)至(4)任一项中所述的发电元件中，
[0026]上述线圈以包围上述磁致伸缩体的方式配置在上述磁致伸缩体的外周侧。
[0027](6)上述(I)至(5)任一项中所述的发电元件中，
[0028]上述磁致伸缩材料以铁一镓系合金为主要成分。
[0029](7)上述(I)至(6)任一项中所述的发电元件中，
[0030]上述磁致伸缩材料的杨氏模量为40?lOOGPa。
[0031](8)上述(I)至(7)任一项中所述的发电元件中，
[0032]上述按压部由磁性材料构成，且配置成沿上述磁致伸缩体的轴向按压上述磁致伸缩体。
[0033](9)上述⑶所述的发电元件具有:
[0034]产生上述磁力线的磁铁；以及
[0035]环路形成体，其由磁性材料构成，且至少与上述磁致伸缩体及上述按压部一起形成供上述磁铁产生的上述磁力线返回上述磁铁的环路。
[0036](10)上述(9)所述的发电元件中，
[0037]上述线圈以包围上述环路形成体的方式配置在上述环路形成体的中途。
[0038](11)上述(9)或(10)所述的发电元件中，
[0039]上述磁铁配置在上述磁致伸缩体与上述环路形成体之间。
[0040](12)上述(9)至(11)任一项中所述的发电元件中，
[0041 ] 上述环路形成体具备保持上述磁铁的保持结构。
[0042]发明的效果
[0043]根据本发明，仅通过压缩磁致伸缩体来进行发电，因此不需要对各部件彼此进行牢固地接合。因此能够以比较简单的结构高效地进行发电。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]图1是表示本发明的发电元件的第一实施方式的立体图。
[0045]图2是图1所示的发电元件的分解立体图。
[0046]图3是表示图1所示的发电元件的中央附近的立体图。
[0047]图4是图1所示的发电元件的磁致伸缩体附近的放大图。
[0048]图5是图1所示的发电元件的永久磁铁附近的放大图。
[0049]图6是图1中的A — A线剖视图。
[0050]图7是在棒状部的支点与对棒状部施加力的力点之间存在按压磁致伸缩体的作用点的情况下，解析在磁致伸缩体产生的应力的解析图。
[0051]图8是解析在图1所示的发电元件的磁致伸缩体产生的应力的解析图。
[0052]图9是解析在图1所示的发电元件的磁致伸缩体产生的应力的解析图。
[0053]图10是表示本发明的发电元件的第二实施方式的立体图。
[0054]图11是图10中的B— B线剖视图。
[0055]图12是表示本发明的发电元件的第三实施方式的立体图。
[0056]图13是表示图12所示的发电元件的中央附近的立体图。
[0057]图14是表示本发明的发电元件的第四实施方式的中央附近的局部剖视放大图。
[0058]图15是表示本发明的发电元件的第五实施方式的中央附近的立体图。
[0059]图16是表示本发明的发电元件的第六实施方式的中央附近的剖视图。
【具体实施方式】
[0060]以下，基于附图所示的最佳实施方式对本发明的发电元件进行说明。
[0061]<第一实施方式>
[0062]首先，对本发明的发电元件的第一实施方式进行说明。
[0063]图1是表示本发明的发电元件的第一实施方式的立体图，图2是表示图1所示的发电元件的分解立体图，图3是表示图1所示的发电元件的中央附近的立体图，图4是图1所示的发电元件的磁致伸缩体附近的放大图，图5是图1所示的发电元件的磁铁附近的放大图，图6是图1中的A — A线剖视图。
[0064]此外，在以下的说明中，将图1?图6中的上侧称为“上”或“上方”，将下侧称为“下”或“下方”。另外，将图1?图3以及图6中的纸面跟前侧称为“前”或“前方”，将纸面里侧称为“后”或“后方”。并且，将图1?图3以及图6中的右侧称为“右”或“右方”，将左侦_为“左”或“左方”。
[0065]图1以及图2所不的发电兀件I具有:基体2 ;设于基体2上的磁轭3 ;设于磁轭3上的一对永久磁铁41、42 ;以相对于基体2能够转动的方式设置的按压体5 ;与各永久磁铁41、42对应地设于按压体5的一对磁致伸缩体61、62 ;以及供磁轭3插通的线圈7。
[0066]在该发电元件I中，通过绕按压体5的转动中心的转动，即、通过向如图6所示的左右方向的转动，由按压体5和永久磁铁41、42对磁致伸缩体61、62沿它们的轴向进行压缩。此时，由于逆磁致伸缩效应,磁致伸缩体61、62的导磁率发生变化，通过磁致伸缩体61、62的磁力线的密度(贯穿线圈7的磁力线的密度)发生变化，从而在线圈7产生电压。
[0067]以下对各部的结构进行说明。
[0068]<<基体 2>>
[0069]基体2是用于支撑各部的部件，构成为平板状。另外，基体2也用于将发电元件I固定于箱体等。在该基体2的前侧形成凹部21。在该凹部21配置有线圈7。
[0070]在基体2的后侧，朝向上方突出形成有一对板状的轴承22、23，在各轴承22、23形成有在其厚度方向上贯通的贯通孔221、231。另外，一对轴承22、23沿基体2的前后方向对置地配置。因此，轴9插入各贯通孔221、231以及整个后述的按压体5的中心部50，从而按压体5相对于基体2能够向图3中的左右方向转动。
[0071]另外，在基体2上，且隔着轴承22、23在左右两侧形成有一对螺纹孔241、242，其螺纹结合用于将磁轭3固定于基体2上的螺纹件81、82。
[0072]作为该基体2的构成材料，可列举例如金属材料、半导体材料、陶瓷材料、树脂材料等，能够使用这些材料中的一种或者组合这些材料的两种以上来使用。
[0073]在该基体2的上表面固定有由磁性材料构成的平板状的磁轭3。
[0074]<<磁轭 3>>
[0075]在本实施方式中，磁轭3由右侧部位31和左侧部位32构成。各部位31、32呈使长尺寸的板材在轴向的中途屈曲(或弯曲)那样的形状、即、俯视时为大致C字状。
[0076]各部位31、32如图2以及图3所示，其一端部插入线圈7 (线轴71)的内腔部，一端彼此在线圈7内相互接触。另一方面，在该状态下，各部位31、32的另一端彼此如图3以及图6所示那样不接触。
[0077]在各部位31、32的轴向的中途，形成有在其厚度方向贯通的贯通孔311、321。螺纹件81、82的螺纹部插通贯通孔311、321，与基体2的螺纹孔241、242螺纹结合，由此磁轭3(右侧部位31以及左侧部位32)固定于基体2。
[0078]另外，如图5所示，在各部位31、32的另一端部，且在其上表面形成有凹部312、322。在各凹部312、322保持有永久磁铁41、42。即、各凹部312、322构成保持永久磁铁41、42的保持结构。
[0079]作为构成磁轭3的磁性材料，可列举例如纯铁(例如、JISSUY)、软铁、碳素钢、电磁钢(硅钢)、高速度工具钢、结构钢(例如、JISSS400)、不锈钢坡莫合金(7 ^ 7 —
口 ^ )等，能够使用上述材料中的一种材料或者将上述材料中的两种以上材料组合使用。
[0080]在凹部312、322分别通过例如嵌合、焊接、利用粘接剂的粘接等方法固定有永久磁铁41、42。
[0081]<<永久磁铁 41、42 >>
[0082]永久磁铁41、42配置在磁致伸缩体61、62的正下方，向磁致伸缩体61、62施加偏磁场。
[0083]如图3所示，永久磁铁41配置成N极处于磁轭3侧、S极处于磁致伸缩体61侦牝永久磁铁42配置成S极处于磁轭3侧、N极处于磁致伸缩体62侧。由此，在发电元件I形成如下的环路(绕顺时针的磁场环路)，永久磁铁41、42产生的磁力线通过磁致伸缩体61、62、按压体5的下端部(中心部50以及按压部51、52)以及磁轭(环路形成体)3而返回永久磁铁41、42。
[0084]永久磁铁41、42能够使用例如铝镍钴磁铁、铁氧体磁铁、钕磁铁、钐钴磁铁、对将它们粉碎而混合到树脂材料或橡胶材料中而成的复合原料进行成形而成的磁铁(粘结磁铁)等°
[0085]在永久磁铁41、42的上方，配置有以能够转动的方式支撑于基体2的按压体5。
[0086]<<按压体 5>>
[0087]按压体5由圆筒状的中心部50、以向中心部50的侧方突出的方式设置的一对按压部51、52、以及与中心部50连接的棒状部59构成。并且，成为转动中心的轴9插入轴承22、23的贯通孔221、231以及中心部50的贯通孔(中腔部)，从而按压体5能够相对于基体2转动。
[0088]此外，在本实施方式中，轴9和中心部50分开构成，但也可以为一体。该情况下，能够通过分别在圆柱状的中心部50的前端面以及后端面突出形成细径的圆柱而形成轴9。另外，也可以在轴承22、23的内侧面突出形成细径的圆柱来作为轴9，并将其插入圆筒状的中心部50的贯通孔。
[0089]一对按压部51、52与中心部50 —体地形成，并以隔着轴9而对置的方式配置。按压部51构成为平板状，如图4所示，在其下表面形成有呈C字状的肋511。在该肋511的内侧保持有磁致伸缩体61。即、肋511构成保持磁致伸缩体61的保持结构。此外，按压部52也具有与按压部51相同的结构，在其下表面保持磁致伸缩体62。
[0090]另外，棒状部59是相对于按压体5赋予外力、振动的部位，在与按压部51、52不同的位置(在本实施方式中，与各按压部51、52大致呈90°的位置)，与中心部50的外周面连接。对棒状部59赋予向图6的右或左的外力、或者左右方向的振动，使棒状部59以轴9为中心(绕转动中心)向左右方向转动。由此，按压部51、52转动。
[0091]如上所述，在本实施方式中，由于磁力线通过按压体5的下端部，因此至少中心部50以及按压部51、52由例如与磁轭3的构成材料相同的磁性材料构成。另一方面，棒状部59既可以使用磁性材料与中心部50以及按压部51、52—体地形成、也可以使用非磁性材料与中心部50以及按压部51、52分开形成。
[0092]作为该非磁性材料，虽然没有特别限定，但可列举例如金属材料、半导体材料、陶瓷材料、树脂材料等，能够使用它们中的一种或者组合它们中的两种以上来使用。此外，在使用树脂材料的情况下，优选在树脂材料中添加填料。其中，优选使用以金属材料为主要成分的非磁性材料，更加优选使用以铝、镁、锌、铜以及含有它们的合金中的至少一种为主成分的非磁性材料。
[0093]各按压部51、52的尺寸根据按压部51、52的构成材料、磁致伸缩体61、62的尺寸等而适当设定，没有特别限定，但其厚度优选为0.5?3mm左右,更优选为I?2.5mm左右，其宽度(左右方向的长度)优选为I?5mm左右,更优选为1.5?3.5mm左右。
[0094]另外，棒状部59的尺寸也根据棒状部59的构成材料等而适当设定，没有特别限定，但其厚度(左右方向的长度)优选为0.5?3mm左右，更优选为I?2.5mm左右,其宽度(前后方向的长度)优选为2?7mm左右，更优选为3?6mm左右，其长度优选为10?70mm左右，更优选为20?60_左右。
[0095]在这种按压体5的按压部51、52(肋511)，通过例如嵌合、焊接、利用粘接剂的粘接等方法分别固定有磁致伸缩体61、62。
[0096]<<磁致伸缩体61、62 >>
[0097]磁致伸缩体61、62分别由磁致伸缩材料构成，配置成容易产生磁化的方向(磁化容易方向)为上下方向(轴向)。各磁致伸缩体61、62构成为厚度比较小的圆柱状，并且配置成使磁力线沿其轴向通过。
[0098]另外，两个磁致伸缩体61、62以与永久磁铁41、42对应的方式隔着按压体5的轴9(转动中心)配置在左右两侧。根据该结构，两个磁致伸缩体61、62分别由对应的按压部51、52交替地按压。
[0099]各磁致伸缩体61、62的横剖面面积(相对于轴向大致垂直的方向的剖面面积)没有特别限定，但优选为I?40mm2左右,更优选为2?20mm2左右。由此,能够使磁力线沿各磁致伸缩体61、62的轴向充分通过。另外，能够得到既可降低高价的磁致伸缩材料的使用量、又可最大限度地发挥其效果的发电元件I。
[0100]另外，各磁致伸缩体61、62的长度(厚度)没有特别限定，但优选为0.1?2mm左右，更优选为0.5?1.5mm左右。通过将各磁致伸缩体61、62的长度设定在该范围，能够利用各磁致伸缩体61、62产生均一的压缩应力，从而能够提高发电元件I的发电效率。
[0101]磁致伸缩材料的杨氏模量优选为40?10GPa左右，更优选为50?90GPa左右，进一步优选为60?80GPa左右。通过用具有该杨氏模量的磁致伸缩材料构成各磁致伸缩体61、62，从而能够更大地压缩各磁致伸缩体61、62。因此，能够使各磁致伸缩体61、62的导磁率更大地变化，从而能够进一步提高发电元件I (线圈7)的发电效率。
[0102]作为该磁致伸缩材料，没有特别限定，但可列举例如铁一镓系合金、铁一钴系合金、铁一镍系合金等，能够使用它们中的一种或者组合它们中两种以上来使用。其中特别适合使用以铁一镓系合金(杨氏模量:约70GPa)为主要成分的磁致伸缩材料。以铁一镓系合金为主要成分的磁致伸缩材料容易设定在上述那样的杨氏模量的范围。
[0103]另外，以上那样的磁致伸缩材料优选包含如Y、Pr、Sm、Tb、Dy、Ho、Er、Tm的稀土类金属中的至少一种。由此,能够使磁致伸缩体61的导磁率的变化更大。
[0104]在上述的磁轭(环路形成体)3的轴向的中途、即磁场环路的中途，以包围磁轭3的方式配置有线圈7。
[0105]<<线圈 7>>
[0106]在线圈7基于磁致伸缩体61、62的导磁率的变化引起的磁场环路中的磁力线的密度(磁通密度)的变化来产生电压。该线圈7由以包围磁轭3的方式配置于磁轭3的外周侧的四角筒状的线轴71、和卷绕在该线轴71上的线材72构成，收纳在基体2的凹部21内。
[0107]根据该结构，线圈7的体积不受制限，因此根据发电效率、负荷阻抗、作为目标的电压值、作为目标的电流值等，对构成线圈7的线材72的匝数、线材72的横剖面面积(线径)等进行选择的余地变大。
[0108]此外，作为线轴71的构成材料，能够使用例如与棒状部59的构成材料相同的材料。另外，作为线材72，没有特别限定，但可列举例如在铜制的基线上包覆绝缘覆膜的线材、在铜制的基线上包覆带热粘功能的绝缘覆膜的线材等，能够使用它们中的一种或者组合它们中的两种以上来使用。
[0109]线材72的匝数根据线材72的横剖面面积等而适当设定，没有特别限定，但优选为100?500左右，更优选为150?450左右。另外，线材72的横剖面面积优选为5 X 10 —4?0.126mm2左右，更优选为2 X 10 —3?0.03mm2左右。
[0110]此外，线材72的横剖面形状也可以是例如三角形、正方形、长方形、六边形那样的多边形、圆形、椭圆形等的任意的形状。
[0111]在这种发电元件I中，如图6 (a)所示，若使按压体5的棒状部59向右侧倾斜，即、若使棒状部59以轴9为中心向右方转动，贝U按压部51向下方移动,接近永久磁铁41。由此，磁致伸缩体61沿其轴向被按压部51和永久磁铁41压缩。其结果，由于逆磁致伸缩效应磁致伸缩体61的导磁率变化，通过磁致伸缩体61的磁力线的密度(沿轴向贯穿线圈7的内腔部的磁力线的密度)变化，从而在线圈7产生电压。另外，此时，按压部52与保持(固定)于按压部52的磁致伸缩体62 —起向离开永久磁铁42的方向(上方)移动，由于永久磁铁41和磁致伸缩体61未固定，因此磁致伸缩体62未被拉伸。
[0112]另一方面，如图6(b)所示，若使按压体5的棒状部59向左侧倾斜，S卩、若使棒状部59以轴9为中心向左方转动，则按压部52向下方移动，接近永久磁铁42。由此，磁致伸缩体62沿其轴向被按压部52和永久磁铁42压缩。其结果，由于逆磁致伸缩效应，磁致伸缩体62的导磁率变化，通过磁致伸缩体62的磁力线的密度(沿轴向贯穿线圈7的内腔部的磁力线的密度)变化，从而在线圈7产生电压。另外，此时，按压部51与保持(固定)于按压部51的磁致伸缩体61—起向离开永久磁铁41的方向(上方)移动，但由于永久磁铁42和磁致伸缩体62未固定，因此磁致伸缩体61未被拉伸。
[0113]这样，根据本发明，不拉伸而仅通过压缩各磁致伸缩体61、62进行发电。因此，不需要为了拉伸各磁致伸缩体61、62而在与其他部件(在本实施方式中，按压体5或各永久磁铁41、42)之间进行牢固的接合。因此，能够简化各部件的结构，能够降低发电元件I的制造成本、节省组装所需要的时间和劳力。
[0114]另外，由于使用杠杆原理用按压部51、52分别压缩对应的磁致伸缩体61、62，因此即使赋予棒状部59的上端(开放端)的力(外力或振动)较小，也能够对各磁致伸缩体61、62赋予比较大的压缩力。
[0115]并且，由于通过压缩磁致伸缩体61、62来体现逆磁致伸缩效应，因此即使减小磁致伸缩体61、62的尺寸，也可有效地发挥充分的逆磁致伸缩效应。因此，能够提高单位体积的磁致伸缩材料贡献于发电的比率，因此能够削减高价的磁致伸缩材料的使用量。这有助于发电元件I的轻型化、小型化、低价格化。
[0116]在此，如图7所示，在棒状部的支点与对棒状部赋予力的力点之间存在按压磁致伸缩体的作用点的情况下，根据赋予棒状部的外力或振动的大小、赋予外力或振动的位置以及方向、或者棒状部的构成材料等，存在棒状部的变形(挠曲)产生的载荷传递至磁致伸缩体，而在磁致伸缩体无法产生单一的压缩应力的情况。
[0117]对此，在本实施方式中，在按压体5的转动中心(支点)与对棒状部59赋予力的开放端(力点)之间不存在按压各磁致伸缩体61、62的各按压部51、52(作用点)。因此，在由各按压部51、52按压各磁致伸缩体61、62时，能够防止因棒状部59的变形(挠曲)而产生的载荷传递至各磁致伸缩体61、62。由此，在使按压体5的棒状部59向右侧倾斜的情况下，施加于磁致伸缩体61的载荷以向下方的载荷为主，因此能够在磁致伸缩体61产生单一的压缩应力(参照图6(a)以及图8)。另一方面，在使按压体5的棒状部59向左侧倾斜的情况下，施加于磁致伸缩体62的载荷仍然以向下方的载荷为主，因此能够在磁致伸缩体62产生单一的压缩应力(参照图6(b)以及图9)。由此，能够更加有效地发挥充分的逆磁致伸缩效应。
[0118]另外，棒状部59的大小、形状及重量能够适当变更。例如，通过缩短棒状部59的长度，能够使发电元件I低背化(薄型化)。另外，例如，还能够变更棒状部59的上端部的形状，连接凸轮机构或锤。
[0119]此外，发电元件I的发电量没有特别限定，但优选为100?1400 μ J左右。如果发电元件I的发电量(发电能力)在上述范围内，则通过例如与无线装置组合，能够有效地用于后述的住宅照明用无线开关、住宅安防用系统等。
[0120]<第二实施方式>
[0121]其次，对本发明的发电元件的第二实施方式进行说明。
[0122]图10是表示本发明的发电元件的第二实施方式的立体图，图11是图10中的B —B线剖视图。
[0123]此外，在以下的说明中，将图10以及图11中的上侧称为“上”或“上方”，将下侧称为“下”或“下方”。另外，将图10以及图11中的纸面跟前侧称为“前”或“前方”，纸面里侧称为“后”或“后方”。并且，将图10以及图11中的右侧称为“右”或“右方”，将左侧称为“左”或“左方”。
[0124]以下，对于第二实施方式的发电兀件，以与上述第一实施方式的发电兀件的不同点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。
[0125]在第二实施方式的发电元件I中，按压体5的结构不同，除此以外，与上述第一实施方式的发电元件I相同。即、如图10以及图11所示，在第二实施方式的按压体5中，棒状部59的左端部与中心部50的后端面连接。
[0126]另外，棒状部59的左端部与中心部50同轴(同心)地设置，形成有贯通该左端部而供轴9插通的贯通孔。并且，棒状部59以其轴向与基体2的上表面大致平行的方式与中心部50连接。
[0127]根据该结构，能够实现发电元件I的进一步低背化(薄型化)。
[0128]此外，棒状部59的轴向与基体2的上表面所成的角度并不如本实施方式那样大致限定为0°，能够为任意的角度。另外，与上述第一实施方式相同，棒状部59的大小、形状或重量能够适当变更。这样，进一步提高发电元件I的设计的自由度。
[0129]在这样的发电元件I中，如图11 (a)所示，若使棒状部59的右端向下方移动，即若使棒状部59以轴9为中心向下方转动，则按压部51向下方移动，接近永久磁铁41。由此，磁致伸缩体61沿其轴向被按压部51和永久磁铁41压缩。其结果，因逆磁致伸缩效应磁致伸缩体61的导磁率变化，通过磁致伸缩体61的磁力线的密度(沿轴向贯穿线圈7的内腔部的磁力线的密度)变化，从而在线圈7产生电压。另外，此时，按压部52与保持(固定)于按压部52的磁致伸缩体62 —起向离开永久磁铁42的方向(上方)移动,但由于永久磁铁41和磁致伸缩体61未固定，因此磁致伸缩体62不被拉伸。
[0130]另一方面，如图11 (b)所不，若使棒状部59的右端向上方移动，即、使棒状部59以轴9为中心向上方转动，则按压部52向下方移动，接近永久磁铁42。由此，磁致伸缩体62沿其轴向被按压部52和永久磁铁42压缩。其结果，因逆磁致伸缩效应磁致伸缩体62的导磁率变化，通过磁致伸缩体62的磁力线的密度(沿轴向贯穿线圈7的内腔部的磁力线的密度)变化，从而在线圈7产生电压。另外，此时，按压部51与保持(固定)于该按压部51的磁致伸缩体61 —起向离开永久磁铁41的方向(上方)移动，但由于永久磁铁42和磁致伸缩体62未固定，因此磁致伸缩体61未被拉伸。
[0131]根据该第二实施方式的发电兀件1，也产生与上述第一实施方式的发电兀件I相同的作用、效果。
[0132]<第三实施方式>
[0133]其次，对本发明的发电元件的第三实施方式进行说明。
[0134]图12是表示本发明的发电元件的第三实施方式的立体图，图13是表示图12所示的发电元件的中央附近的立体图。
[0135]此外，在以下的说明中，将图12以及图13中的上侧称为“上”或“上方”，将下侧称为“下”或“下方”。另外，将图12以及图13中的纸面跟前侧称为“前”或“前方”，将纸面里侧称为“后”或“后方”。并且，将图12以及图13中的右侧称为“右”或“右方”，将左侧称为“左”或“左方”。
[0136]以下，对于第三实施方式的发电兀件，以与上述第一以及第二实施方式的发电兀件的不同点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。
[0137]在第三实施方式的发电元件I中，线圈7的配置位置不同，除此以外，与上述第一实施方式的发电元件I相同。即、如图12所示，在第三实施方式的发电元件I中，线圈7以包围各磁致伸缩体61、62的方式配置在各磁致伸缩体61、62的外周侧。在本实施方式中，各磁致伸缩体61、62的构成为长尺寸的(厚度较大)圆柱状，线圈7通过在各磁致伸缩体61、62的外周面卷绕线材72而构成。
[0138]永久磁铁41、42的正上方的部位的磁力线的密度(磁通密度)最高,而且磁力线的密度的变化量大。因此，通过在位于该部位的各磁致伸缩体61、62的外周侧配置线圈7，从而能够进一步提闻发电兀件I的发电效率。
[0139]在本实施方式中，各磁致伸缩体61、62的长度(厚度)虽然没有特别限定，但优选为I?8mm左右，更优选为2?5mm左右。通过将各磁致伸缩体61、62的长度设定在该范围，能够防止各磁致伸缩体61、62的机械强度极端下降，并且在各磁致伸缩体61、62产生均一的压缩应力。
[0140]此外，与上述第一以及第二实施方式相同，线圈7也可以由以包围各磁致伸缩体61,62的方式配置在各磁致伸缩体61、62的外周侧的线轴71、和卷绕在该线轴71上的线材72构成。
[0141]根据该第三实施方式的发电兀件1，也产生与上述第一以及第二实施方式的发电元件I相同的作用、效果。
[0142]<第四实施方式>
[0143]其次，对本发明的发电元件的第四实施方式进行说明。
[0144]图14是表示本发明的发电元件的第四实施方式的中央附近的局部剖视放大图。
[0145]此外，在以下的说明中，将图14中的上侧称为“上”或“上方”，将下侧称为“下”或“下方”。另外，将图14中的纸面跟前侧称为“前”或“前方”，将纸面里侧称为“后”或“后方”。并且，将图14中的右侧称为“右”或“右方”，将左侧称为“左”或“左方”。
[0146]以下，对于第四实施方式的发电兀件，以与上述第一?第三实施方式的发电兀件的不同点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。
[0147]在第四实施方式的发电元件I中，按压部保持磁致伸缩体的保持结构的结构不同，除此以外，与上述第三实施方式的发电元件I相同。
[0148]如图14所示，磁致伸缩体62具备卷绕线圈7的线材72的细径部621、和位于比细径部621靠上侧且直径比细径部621大的螺纹部622。另外，在按压部52形成有在其厚度方向上贯通且与磁致伸缩体62的螺纹部622螺纹结合的螺纹孔521。将细径部621插通于螺纹孔521，使螺纹部622与螺纹孔521螺纹结合，从而磁致伸缩体62保持(固定)于按压部52。即、在本实施方式中，利用螺纹部622和螺纹孔521来构成按压部保持磁致伸缩体的保持结构。
[0149]此外，磁致伸缩体61以及按压部51也具有与磁致伸缩体62以及按压部52相同的结构。
[0150]根据该结构，即使对发电元件I赋予不需要的外力，在基体2、磁轭3、磁致伸缩体61、62或按压体5产生挠曲，也能够稳定固定按压体5(按压部51、52)和磁致伸缩体61、62。
[0151]另外，通过使线圈7的最大外径比螺纹孔521的最小外径小，能够预先在细径部621的外周卷绕线材72而形成线圈7，将具备线圈7的磁致伸缩体62插通于螺纹孔521，使螺纹部622与螺纹孔521螺纹结合，从而也能够将磁致伸缩体62规定于按压部52。由此，能够进一步削减组装发电元件I所需要的时间和劳力。
[0152]并且，通过变更螺纹部622向螺纹孔521的旋入深度，能够调整磁致伸缩体62的下端和永久磁铁42的距离。由此，能够任意地设定通过磁致伸缩体62的磁力线的密度。另夕卜，在使磁致伸缩体62的下端与永久磁铁42接触的状态下，如果用例如螺纹锁紧剂或粘接剂等固定(紧固)磁致伸缩体62和按压部52，或固定(紧固)中心部50和轴9，则能够防止按压体5相对于基体2的晃动。由此，能够可靠地防止因按压体5的晃动而无法压缩磁致伸缩体62的不良状况。
[0153]此外，磁致伸缩体62的螺纹部622也可以由仅直径比细径部621大的扩径部(即、在外周面未形成螺纹槽或螺纹牙的扩径部)构成。该情况下，代替螺纹孔521而在按压部52设置内径比磁致伸缩体62的扩径部的外径稍小的贯通孔，通过将扩径部嵌合于贯通孔，从而能够将磁致伸缩体62固定于按压部52。
[0154]另外，也可以在磁致伸缩体62的细径部621的外周面、即遍及磁致伸缩体62的全长形成螺纹槽(或螺纹牙)。该情况下，容易在细径部621卷绕构成线圈7的线材72，并且容易在细径部621上可靠地保持线圈7。
[0155]根据该第四实施方式的发电兀件1，也产生与上述第一?第三实施方式的发电兀件I相同的作用、效果。
[0156]<第五实施方式>
[0157]其次，对本发明的发电元件的第五实施方式进行说明。
[0158]图15是表示本发明的发电元件的第五实施方式的中央附近的立体图。
[0159]此外，在以下的说明中，将图15中的上侧称为“上”或“上方”，将下侧称为“下”或“下方”。另外，将图15中的纸面跟前侧称为“前”或“前方”，将纸面里侧称为“后”或“后方”。并且，将图15中的右侧称为“右”或“右方”，将左侧称为“左”或“左方”。
[0160]以下，对于第五实施方式的发电兀件，以与上述第一?第四实施方式的发电兀件的不同点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。
[0161]在第五实施方式的发电元件I中，按压体的结构不同，除此以外，与上述第一实施方式的发电兀件I相同。即、如图15所不,在第五实施方式的按压体5中，省略按压部52,而且，棒状部59的左端部在中心部50的后方侧(相反侧)经由轴承23与轴9连接。此外，中心部50设置成与各磁致伸缩体61、62接触、或设置成以磁场环路不被遮断的程度从各磁致伸缩体61、62离开。
[0162]根据该结构，通过使棒状部59转动大致180°，从而能够用一个按压部51交替地按压磁致伸缩体61、62并在轴向上对其进行压缩。
[0163]根据该第五实施方式的发电兀件I,也产生与上述第一?第四实施方式的发电兀件I相同的作用、效果。
[0164]<第六实施方式>
[0165]其次，对本发明的发电元件的第六实施方式进行说明。
[0166]图16是表示本发明的发电元件的第六实施方式的中央附近的剖视图。
[0167]此外，在以下的说明中，将图16中的上侧称为“上”或“上方”，将下侧称为“下”或“下方”。另外，将图16中的纸面跟前侧称为“前”或“前方”，纸面里侧称为“后”或“后方”。并且，将图16中的右侧称为“右”或“右方”，将左侧称为“左”或“左方”。
[0168]以下，对于第六实施方式的发电兀件，以与上述第一?第五实施方式的发电兀件的不同点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。
[0169]第六实施方式的发电元件I中，永久磁铁41、按压体5以及磁致伸缩体61的结构不同，除此以外，与上述第二实施方式的发电元件I相同。
[0170]在图16所示的发电元件I中，在构成磁轭3的右侧部位31与左侧部位32之间，以与左侧部位32的另一端接触的方式设有平板状的永久磁铁43，以与永久磁铁43以及右侧部位31的另一端双方接触的方式设有平板状的磁致伸缩体63。另外，磁致伸缩体63以其容易磁化的方向为左右方向(轴向)而配置。即使在这样的发电元件I中，也形成有顺时针的磁场环路。此外，本实施方式的情况下，形成磁场环路的磁力线不通过按压体5，因此能够由非磁性材料构成整个按压体5。
[0171]另外，按压体5具备从中心部50朝向侧方而且朝向下方突出设置的一个按压部53。该按压部53通过转动而对磁致伸缩体63向与其轴向大致正交的方向(上下方向)进行压缩。由此，磁致伸缩体63在其轴向上伸长。此时，由于逆磁致伸缩效应，磁致伸缩体63的导磁率变化，通过磁致伸缩体63的磁力线的密度(贯穿线圈7的内腔部的磁力线的密度)变化，从而在线圈7产生电压。
[0172]根据该第六实施方式的发电兀件1，也产生与上述第一?第五实施方式的发电兀件I相同的作用、效果。
[0173]以上那样的发电元件能够用于发送器用电源、传感器网络用电源、住宅照明用无线开关、监视车辆的各部的状态的系统(例如，轮胎空气压力传感器、安全带佩戴检测传感器)、住宅安防用系统(特别是以无线通知窗或门的操作检测的系统)等。
[0174]以上，基于图示的实施方式对本发明的发电元件进行了说明，但本发明并不限于此，各结构能够置换为可发挥相同功能的任意结构，或者能够附加任意的结构。
[0175]例如也能够组合上述第一?第六实施方式的任意结构。
[0176]另外，也能够省略两个磁铁中的一方，也能够将磁铁的一方或双方置换为电磁铁。并且，本发明的发电元件也能够做成省略双方的磁铁而使用外部磁场(外部磁场)来发电的结构。
[0177]另外，在上述第一?第五实施方式中，磁致伸缩体的横剖面形状(与轴向大致正交的剖面形状)构成为圆形状，但也可以是例如椭圆形状、三角形状、正方形状、长方形、六边形状那样的多边形状。
[0178]产业上的可利用性
[0179]根据本发明，仅通过压缩磁致伸缩体来进行发电，因此不需要对各部件彼此进行牢固地接合。因此，能够提供以比较简单的结构便能高效地进行发电的发电元件。因此，本发明具有产业上的可利用性。
[0180]符号的说明
[0181]I一发电兀件，2—基体，21—凹部，22、23—轴承，221、231—贯通孔，241、242—螺纹孔，3一磁辄，31一右侧部位，32一左侧部位，311、321—贯通孔，312、322—凹部，41、42、43—永久磁铁，5—按压体，50—中心部，51、52、53—按压部，511—肋，521—螺纹孔，59—棒状部，61、62、63—磁致伸缩体，621—细径部，622—螺纹部，7—线圈，71—线轴，72—线材，81、82—螺纹件，9一轴。
【权利要求】
1.一种发电元件，其特征在于，具有: 至少一个柱状的磁致伸缩体，其由磁致伸缩材料构成且使磁力线沿轴向通过； 按压体，其具备配置成通过转动来按压上述磁致伸缩体的按压部、和使该按压部转动的棒状部；以及 线圈，其配置成上述磁力线沿轴向通过，基于上述磁力线的密度的变化而产生电压， 通过上述棒状部的绕转动中心的转动，上述按压部转动，由该按压部按压而压缩上述磁致伸缩体，从而使上述磁力线的密度变化。
2.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于， 上述按压体具备绕上述转动中心转动的中心部， 上述按压部以向上述中心部的侧方突出的方式设置，并且上述棒状部在与上述按压部不同的位置与上述中心部连接。
3.根据权利要求1或2所述的发电元件，其特征在于， 上述按压部具备保持上述磁致伸缩体的保持结构。
4.根据权利要求1?3任一项中所述的发电元件，其特征在于， 上述至少一个磁致伸缩体包含隔着上述转动中心配置在两侧的两个磁致伸缩体，该两个磁致伸缩体被上述按压部交替地按压。
5.根据权利要求1?4任一项中所述的发电兀件,其特征在于， 上述线圈以包围上述磁致伸缩体的方式配置在上述磁致伸缩体的外周侧。
6.根据权利要求1?5任一项中所述的发电兀件,其特征在于， 上述磁致伸缩材料以铁一镓系合金为主要成分。
7.根据权利要求1?6任一项中所述的发电兀件,其特征在于， 上述磁致伸缩材料的杨氏模量为40?lOOGPa。
8.根据权利要求1?7任一项中所述的发电元件，其特征在于， 上述按压部由磁性材料构成，且配置成沿上述磁致伸缩体的轴向按压上述磁致伸缩体。
9.根据权利要求8所述的发电元件，其特征在于，具有: 产生上述磁力线的磁铁；以及 环路形成体，其由磁性材料构成，且至少与上述磁致伸缩体及上述按压部一起形成供上述磁铁产生的上述磁力线返回上述磁铁的环路。
10.根据权利要求9所述的发电元件，其特征在于， 上述线圈以包围上述环路形成体的方式配置在上述环路形成体的中途。
11.根据权利要求9或10所述的发电元件，其特征在于， 上述磁铁配置在上述磁致伸缩体与上述环路形成体之间。
12.根据权利要求9?11任一项中所述的发电元件，其特征在于， 上述环路形成体具备保持上述磁铁的保持结构。
【文档编号】H02N2/00GK104350672SQ201380027937
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2012年7月23日
【发明者】古河宪一, 沼宫内贵之 申请人:三美电机株式会社