发电元件的制作方法

发电元件的制作方法
【专利摘要】发电元件具有：复合棒，其并排设置磁致伸缩棒和加强棒并且通过接合部相互接合磁致伸缩棒和加强棒而成，磁致伸缩棒由磁致伸缩材料构成且使磁力线沿轴向通过，加强棒由非磁性材料构成且具有对磁致伸缩棒给与适当应力的功能；以及线圈，其配置成磁力线沿轴向通过，基于磁力线的密度的变化来产生电压，发电元件构成为使复合棒的另一端相对于一端在与其轴向大致垂直的方向上相对位移而使磁致伸缩棒伸缩，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，研宄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1)。
[0003]该发电元件例如具备:并排设置的一对磁致伸缩棒；连接上述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以及背磁轭。并且，若在与磁致伸缩棒的轴向垂直的方向上对连结磁轭给与外力，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发生变化，由此，在各线圈产生电压。
[0004]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，则如图10所示，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一致的应力。
[0005]另外，从提高发电效率的观点出发，构成线圈的线材的匝数较多为宜，但为此需要确保磁致伸缩棒彼此的间隔比较大。然而，若增大磁致伸缩棒彼此的间隔，则存在在一个磁致伸缩棒上产生一致的应力变得更加困难的倾向。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1 102011/158473


【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的问题点而提出的方案，其目的在于提供一种在磁致伸缩棒上产生一致的应力、能够效率良好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的⑴?(12)的本发明来实现。
[0013](1) 一种发电元件，其特征在于，具有:复合棒，其并排设置磁致伸缩棒和加强棒并且通过接合部相互接合上述磁致伸缩棒和上述加强棒而成，上述磁致伸缩棒由磁致伸缩材料构成且使磁力线沿轴向通过，上述加强棒由非磁性材料构成且具有对上述磁致伸缩棒给与适当应力的功能；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来产生电压，上述发电元件构成为使上述复合棒的另一端相对于一端在与其轴向大致垂直的方向上相对位移而使上述磁致伸缩棒伸缩，从而使上述磁力线的密度变化。
[0014](2)在上述⑴所述的发电元件中，
[0015]在上述接合部，在将上述磁致伸缩棒的横剖面面积的平均值设为奵!111112]、将上述加强棒的横剖面面积的平均值设为8[皿2〕时，8/八为0.8以上。
[0016](3)在上述⑴或⑵所述的发电元件中，
[0017]在上述接合部，上述复合棒的横剖面面积从上述一端朝向上述另一端减小。
[0018](4)在上述⑴至⑶任一项中所述的发电元件中，
[0019]在上述接合部，上述加强棒的横剖面面积从上述复合棒的上述一端朝向上述另一端减小，而且，上述磁致伸缩棒的横剖面面积从上述复合棒的上述一端朝向上述另一端大致恒定。
[0020](5)在上述⑴至⑷任一项中所述的记载的发电元件中，
[0021]上述线圈以包围上述复合棒的方式配置于上述复合棒的上述接合部的外周侧。
[0022](6)在上述⑴至(5)任一项中所述的发电元件中，
[0023]上述线圈具备:以包围上述复合棒的方式配置于上述复合棒的上述接合部的外周侧的线轴；以及卷绕于该线轴的线材。
[0024](7)在上述(6)所述的发电元件中，
[0025]在上述复合棒与上述线轴之间，至少在上述复合棒的上述另一端侧形成有空隙。
[0026](8)在上述⑵所述的发电元件中，
[0027]上述复合棒的上述另一端的位移通过对上述复合棒给与振动来进行，上述空隙的尺寸设定为上述线轴与振动的上述复合棒不干涉。
[0028](9)在上述⑴至⑶任一项中所述的发电元件中，
[0029]上述磁致伸缩材料的杨氏模量与上述非磁性材料的杨氏模量大致相等。
[0030](10)在上述⑴至(9)任一项中所述的发电元件中，
[0031]上述磁致伸缩材料的杨氏模量以及上述非磁性材料的杨氏模量分别为40?1006？80
[0032](11)在上述⑴至(10)任一项中所述的发电元件中，
[0033]上述磁致伸缩材料以铁一镓系合金为主要成分。
[0034](12)在上述⑴至(11)任一项中所述的发电元件中，
[0035]上述非磁性材料以铝、镁、锌、铜以及含有铝、镁、锌、铜的合金中的至少一种为主要成分。
[0036]发明的效果
[0037]根据本发明，通过将具有对磁致伸缩棒给与适当应力的功能的加强棒接合于磁致伸缩棒而做成复合棒，从而能够在使磁致伸缩棒伸缩时在磁致伸缩棒上述产生一致的应力，其结果，能够提高发电效率。

【专利附图】

【附图说明】
[0038]图1是表示本发明的发电元件的第一实施方式的立体图。
[0039]图2是图1所示的发电元件的分解立体图。
[0040]图3是图1所示的发电元件的俯视图。
[0041]图4是图1所示的发电元件的纵剖视图(图1中的六一六线剖视图)。
[0042]图5是解析在复合棒产生的应力的解析图。
[0043]图6是表示本发明的发电元件的第二实施方式的纵剖视图。
[0044]图7是表示本发明的发电元件的第三实施方式的纵剖视图。
[0045]图8是表示本发明的发电元件的第四实施方式的纵剖视图。
[0046]图9是表示本发明的发电元件的第五实施方式的立体图。
[0047]图10是解析在平行地并排设置的两个磁致伸缩棒产生的应力的解析图。

【具体实施方式】
[0048]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。
[0049]〈第一实施方式〉
[0050]首先，对本发明的发电元件的第一实施方式进行说明。
[0051]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是图1所示的发电元件的分解立体图，图3是图1所示的发电元件的俯视图，图4是图1所示的发电元件的纵剖视图(图1中的八一八线剖视图)，图5是解析在复合棒产生的应力的解析图。
[0052]此外，在以下的说明中，将图1、图2以及图4中的上侧以及图3中的纸面跟前侧称为“上”或“上方”，将图1、图2以及图4中的下侧以及图3中的纸面里侧称为“下”或“下方”。另外，将图1?图4中的右侧称为“前端”，将左侧称为“基端”。
[0053]图1以及图2所示的发电元件1具有:复合棒4 ；供复合棒4插通的线圈5 ；分别设于复合棒4的两端部的第一连结部6及第二连结部7 ；以及对磁致伸缩棒2施加偏磁场的磁场施加机构8，其中复合棒4通过接合使磁力线沿轴向通过的磁致伸缩棒2、和具有对磁致伸缩棒2给与适当应力的功能的加强棒3而成。
[0054]在该发电元件1中，使复合棒4的前端(另一端)相对于基端(一端)在与其轴向大致垂直的方向上相对位移，即、如图4所示，在上下方向上移动而使磁致伸缩棒2伸缩。此时，磁致伸缩棒2的导磁率因逆磁致伸缩效应而变化，通过磁致伸缩棒2的磁力线的密度(贯穿线圈5的磁力线的密度)发生变化，从而在线圈5产生电压。
[0055]以下，对各部的结构进行说明。
[0056]? ?磁致伸缩棒2 ? ?
[0057]磁致伸缩棒2由磁致伸缩材料构成，以容易产生磁化的方向(容易磁化方向)为轴向而配置。该磁致伸缩棒2呈长尺寸的棱柱状，使磁力线沿其轴向通过。
[0058]另外，磁致伸缩棒2在其前端侧具备主体部21，在基端侧具备厚度比主体部21薄的薄壁部22。磁致伸缩棒2(复合棒4)在该薄壁部22连结于第一连结部6。另一方面，磁致伸缩棒2 (复合棒4)在其前端部连结于第二连结部7。
[0059]在本实施方式中，磁致伸缩棒2的主体部21的厚度(横剖面面积)沿轴向大致恒定。主体部21的平均厚度没有特别限定，但优选为0.3?10臟左右，更优选为0.5?5臟左右。此外，主体部21的平均横剖面面积优选为0.2?200臟2左右，更优选为0.5?50臟2左右。
[0060]另外，薄壁部22的平均厚度也没有特别限定，但优选为0.2?6皿左右，更优选为0.3?左右。此外，薄壁部22的平均横剖面面积优选为0.1?80臟2左右，更优选为0.2?20臟2左右。
[0061]根据该结构，能够使磁力线沿磁致伸缩棒2的轴向可靠地通过，并且能够防止磁致伸缩棒2在主体部21与薄壁部22的边界部(台阶部)的机械强度的下降。
[0062]另外，在薄壁部22，以在其厚度方向上贯通的方式形成有贯通孔221。在该贯通孔221插入第一连结部6的销62，由此，磁致伸缩棒2(复合棒4)固定(连结)于第一连结部6的主体部61。
[0063]另一方面，在主体部21的前端部，以在其厚度方向上贯通的方式形成有贯通孔211。在该贯通孔211插入第二连结部7的销72，由此，磁致伸缩棒2(复合棒4)固定(连结)于第二连结部7的主体部71。
[0064]磁致伸缩材料的杨氏模量优选为40?100--左右，更优选为50?90--左右，进一步优选为60?80--左右。通过由具有该杨氏模量的磁致伸缩材料来构成磁致伸缩棒2，能够使磁致伸缩棒2更大地伸缩。因此，能够使磁致伸缩棒2的导磁率更大地变化，从而能够进一步提高发电元件1(线圈5)的发电效率。
[0065]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的两种以上来使用。其中特别优选使用以铁一镓系合金(杨氏模量:约70--)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。
[0066]另外，以上那样的磁致伸缩材料优选包含如1、？1~、3111、113、07、00、21~、了111的稀土类金属中的至少一种。由此，能够使磁致伸缩棒2的导磁率的变化更大。
[0067]在该磁致伸缩棒2并排设置有加强棒3，它们由接合部(接合面)41相互接合，从而构成复合棒4。
[0068]--加强棒 3--
[0069]加强棒(刚性棒)3由非磁性材料构成。由此，在磁力线通过发电元件1 (复合棒4)时，磁力线不沿加强棒3的轴向通过，而是选择性地沿磁致伸缩棒2的轴向通过。
[0070]该加强棒3呈与磁致伸缩棒2相同的形状。即、加强棒3呈长尺寸的棱柱状，在其前端侧具备主体部31，在基端侧具备厚度比主体部31薄的薄壁部22。加强棒3 (复合棒4)在该薄壁部32连结于第一连结部6连结。另一方面，加强棒3(复合棒4)在其前端部连结于第二连结部7。
[0071]在本实施方式中，加强棒3的主体部31的厚度(横剖面面积)沿轴向大致恒定。主体部31的平均厚度(平均横剖面面积)没有特别限定，但能够与上述磁致伸缩棒2的主体部21的平均厚度(平均横剖面面积)相等。另外，薄壁部32的平均厚度(平均横剖面面积)也没有特别限定，但能够与上述磁致伸缩棒2的薄壁部22的平均厚度(平均横剖面面积)相等。
[0072]由此，能够防止复合棒4 (发电元件1)大型化，并且利用加强棒3对磁致伸缩棒2给与更加适当的应力。另外，还能够防止加强棒3在主体部31与薄壁部32的边界部(台阶部)的机械强度的下降。
[0073]另外，在薄壁部32，以在其厚度方向上贯通的方式形成有贯通孔321。在该贯通孔321插入第一连结部6的销62，由此，加强棒3(复合棒4)固定(连结)于第一连结部6的主体部61。
[0074]另一方面，在主体部31的前端部，以在其厚度方向上贯通的方式形成有贯通孔311。在该贯通孔311插入第二连结部7的销72，由此，加强棒3(复合棒4)固定(连结)于第二连结部7的主体部71。
[0075]构成加强棒3的非磁性材料的杨氏模量与构成磁致伸缩棒2的磁致伸缩材料的杨氏模量可以不同，但优选大致相等。由此，无论复合棒4的整体形状如何，都能够在复合棒4使上下方向的刚性均匀，从而能够使复合棒4的前端相对于基端向与其轴向大致垂直的方向顺畅且可靠地位移。具体而言，非磁性材料的杨氏模量优选为40?100--左右，更优选为50?90--左右，进一步优选为60?80--左右。
[0076]作为该非磁性材料，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。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、铜以及含有上述材质的合金中的至少一种为主要成分的非磁性材料。
[0077]此外，铝及其合金的杨氏模量约为70--，镁及其合金的杨氏模量约为40--，锌及其合金的杨氏模量约为80--，铜及其合金(黄铜)的杨氏模量约为800^。这些金属材料虽然价格低廉，但能够得到可对磁致伸缩棒2给与适当应力的加强棒3，因此能够有助于降低发电元件1的制造成本。
[0078]该加强棒3的主体部31和磁致伸缩棒2的主体部21在接合部41相互接合而一体化。
[0079]作为该加强棒3与磁致伸缩棒2的接合方法(接合部41的形成方法)，可列举例如超声波接合、经由固相状态的嵌入金属进行的固相扩散接合、经由液相状态的嵌入金属进行的液相扩散接合(几？接合)那样的扩散接合、使用了环氧树脂系粘接剂等树脂系粘接剂的粘接、使用了金、银、铜、镍合金等金属钎料的钎焊等，能够使用上述接合方法中的一种或者将上述接合方法中的两种以上组合使用。
[0080]这样，通过将加强棒3和磁致伸缩棒2—体化来构成复合棒4，从而如图5所示，若使复合棒4的前端向下方位移，则能够在磁致伸缩棒2产生一致的压缩应力。另外，虽然未图示，但若使复合棒4的前端向上方位移，则能够在磁致伸缩棒2产生一致的拉伸应力。
[0081]因此，能够提高单位体积的高价的磁致伸缩材料贡献于发电的比率，从而能够实现发电元件1的轻型化、小型化、低价格化。
[0082]在复合棒4的与接合部41对应的部分的外周，以包围接合部41的方式配置有线圈5。
[0083]--线圈 5--
[0084]线圈5通过将线材52卷绕在接合部41的外周而构成。由此，线圈5配设成通过磁致伸缩棒2的磁力线沿其轴向通过(贯穿内腔部)。基于磁致伸缩棒2的导磁率的变化、即通过磁致伸缩棒2的磁力线的密度(磁通密度)的变化在该线圈5产生电压。
[0085]根据该结构，对线圈5的体积没有限制，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来选择构成线圈5的线材的匝数、线材的横剖面面积(线径)等的选择范围变大。
[0086]作为线材52，虽然没有特别限定，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。
[0087]线材52的匝数根据线材52的横剖面面积等而适当设定，虽然没有特别限定，但优选为100?500左右，更优选为150?450左右。
[0088]另外，线材52的横剖面面积优选为5X10—?0.126臟2左右，更优选为2X 10 —
3?0.03臟2左右。
[0089]此外，线材52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、椭圆形等任意的形状。
[0090]在复合棒4的基端设有第一连结部6。
[0091]--第一连结部6--
[0092]第一连结部6作为用于将发电元件1固定于箱体等的固定部发挥功能。通过第一连结部6来固定发电元件1，从而复合棒4以其基端为固定端、以前端为可动端而悬臂支撑。该第一连结部6由主体部61和销62构成。
[0093]主体部61由块体构成，该块体在其上表面以及下表面的大致中央部形成有从前端贯通至基端的槽611、612。即、在从基端(或前端)观察时，主体部61呈!I字状。另外，在主体部61，且在与槽611、612的中央部对应的位置，形成有在厚度方向上贯通的贯通孔613。
[0094]在组装发电元件1时，在槽611插入加强棒3的薄壁部32，并且在槽612插入磁致伸缩棒2的薄壁部22，销62插通整个贯通孔321、贯通孔613以及贯通孔221，由此，复合棒4相对于第一连结部6被固定。
[0095]在本实施方式中，销62由圆柱状部件构成，相对于磁致伸缩棒2、加强棒3以及主体部61，利用例如嵌合、铆接、焊接、利用粘接剂的粘接等方法来固定。此外，销62也可以由相对于磁致伸缩棒2、加强棒3以及主体部61螺纹结合的螺纹件构成。
[0096]另一方面，在复合棒4的前端部设有第二连结部7。
[0097]? ?第二连结部7 ? ?
[0098]第二连结部7是相对于复合棒4给与外力或振动的部位。若相对于第二连结部7给与图4的向上或下的外力、或者给与上下方向的振动，则复合棒4以其基端为固定端，前端在上下方向上进行往复运动(前端相对于基端相对地位移)。该第二连结部7由主体部71和销72构成。
[0099]主体部71由块体构成，该块体形成有从其前端贯通至基端的插入部711。即、主体部71呈方筒状。另外，在主体部71的上表面以及下表面的中央部，形成有在厚度方向上贯通的贯通孔712、713。
[0100]在组装发电元件1时，在插入部711插入复合棒4的前端部，遍及贯通孔712、贯通孔311、贯通孔211以及贯通孔713地插通销72，由此，复合棒4相对于第二连结部7被固定。
[0101]在本实施方式中，销72由圆柱状部件构成，相对于磁致伸缩棒2、加强棒3以及主体部71，利用例如嵌合、铆接、焊接、利用粘接剂的粘接等方法来固定。此外，销72也可以由相对于磁致伸缩棒2、加强棒3以及主体部71螺纹结合的螺纹件构成。
[0102]作为主体部61、71的构成材料，如果分别是下述材料则没有特别限定，该材料为能够可靠地固定复合棒4，具备对复合棒4(特别是磁致伸缩棒2)能给与一致的应力的足够的刚性，而且具备能对磁致伸缩棒2给与偏磁场的强磁性。作为具备上述特性的材料，可列举例如纯铁(例如、了 13 3仍〉、软铁、碳素钢、电磁钢(硅钢〉、高速度工具钢、结构钢(例如，118 33400^不锈钢坡莫合金等，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。
[0103]另外，作为销62、72的构成材料，除了分别与主体部61、71的构成材料相同的材料以外，还能够使用例如树脂材料、陶瓷材料等。
[0104]在复合棒4的右侧方设有对磁致伸缩棒2施加偏磁场的磁场施加机构8。
[0105]--磁场施加机构8 ? ?
[0106]如图1以及图2所示，磁场施加机构8包括:固定于主体部61的右侧方的永久磁铁81 ；固定于主体部71的右侧方的永久磁铁82 ；以及连接永久磁铁81和永久磁铁82的平板状的磁轭83。
[0107]如图3所示，永久磁铁81配置成3极处于主体部61侧4极处于磁轭83侧，永久磁铁82配置成~极处于主体部71侧、8极处于磁轭83侧。由此，在发电元件1形成绕逆时针的磁场环路。
[0108]作为磁轭83的构成材料，能够使用例如与主体部61、71的构成材料相同的材料。另外，永久磁铁81、82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得到的磁铁(粘结磁铁)等。此外，磁轭83优选通过例如粘接剂等的粘接与永久磁铁81、82 —起固定。
[0109]在这种发电元件1中，若从第一连结部6固定于例如箱体等的状态(图3参照)使第二连结部7朝向下方位移(转动)，即、若相对于复合棒4的基端使前端朝向下方位移，则磁致伸缩棒2以在轴向上被压缩的方式变形。另一方面，若使第二连结部7朝向上方位移(转动)，即、若相对于复合棒4的基端使前端朝向上方位移，则磁致伸缩棒2以在轴向上伸长的方式变形。其结果，磁致伸缩棒2的导磁率因逆磁致伸缩效应而发生变化，从而通过磁致伸缩棒2的磁力线的密度(沿轴向贯穿线圈5的内腔部的磁力线的密度)发生变化。由此，在线圈5产生电压。
[0110]尤其是，在本发明中，能够在磁致伸缩棒2上产生一致的应力(压缩应力或拉伸应力因此，能够提高发电元件1的发电效率。另外，能够提高单位体积的磁致伸缩材料贡献于发电的比率，从而也有助于发电元件1的轻型化、小型化、低价格化。
[0111]此外，发电元件1的发电量没有特别限定，但优选为100?1400 “左右。如果发电元件1的发电量(发电能力)在上述范围内，例如通过与无线装置组合，能够有效地利用于后述的住宅照明用无线开关、住宅安防用系统等。
[0112]?第二实施方式?
[0113]其次，对本发明的发电元件的第二实施方式进行说明。
[0114]图6是表示本发明的发电元件的第二实施方式的纵剖视图。
[0115]此外，在以下的说明中，将图6中的上侧称为“上”或“上方”，将图6中的下侧称为“下”或“下方”。另外，将图6中的右侧称为“前端”，将左侧称为“基端”。
[0116]以下，对于第二实施方式的发电元件，以与上述第一实施方式的发电元件不同的点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。
[0117]在第二实施方式的发电元件1中，复合棒4的整体形状不同，除此以外，与上述第一实施方式的发电元件1相同。即、如图6所示，第二实施方式的复合棒4的纵剖面的厚度(复合棒4的横剖面面积)从基端朝向前端连续减少。
[0118]这样，通过使复合棒4为其厚度在固定侧较大、在可动侧较小那样的锥形状，从能够更加可靠地控制产生于磁致伸缩棒2的应力的分布，能够相对于磁致伸缩棒2的轴向更加均匀地给与应力。因此，能够使磁致伸缩棒2的导磁率的变化量更大，从而能够进一步提高发电元件1的发电效率。另外，通过使给与磁致伸缩棒2的应力更加均匀，从而能够提高磁致伸缩棒2相对于外力、振动的耐久性。
[0119]根据该第二实施方式的发电元件1，也产生与上述第一实施方式的发电元件1相同的作用、效果。
[0120]此外，复合棒4也可以构成为其横剖面面积从基端朝向前端阶段性地减小。
[0121]?第三实施方式?
[0122]其次，对本发明的发电元件的第三实施方式进行说明。
[0123]图7是表示本发明的发电元件的第三实施方式的纵剖视图。
[0124]此外，在以下的说明中，将图7中的上侧称为“上”或“上方”，将下侧称为“下”或“下方”。另外，将图7中的右侧称为“前端”，将左侧称为“基端”。
[0125]以下，对于第三实施方式的发电元件，以与上述第一以及第二实施方式的发电元件不同的点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。
[0126]在第三实施方式的发电元件1中，磁致伸缩棒2的主体部21的厚度与加强棒3的主体部31的厚度的关系不同，除此以外，与上述第二实施方式的发电元件1相同。即、如图7所示，第三实施方式的复合棒4在接合部41构成为，加强棒3的厚度(横剖面面积)从基端朝向前端连续地减小，而且，磁致伸缩棒2的厚度(横剖面面积)从基端朝向前端大致恒定。
[0127]在复合棒4整体产生的应力最一致而且变高的部位集中于复合棒的位移方向的表面附近。因此，通过在该部分配置厚度(横剖面面积)在轴向上大致恒定的磁致伸缩棒2，能够减少高价的磁致伸缩材料的使用量，从而能够进一步降低发电元件1的制造成本。
[0128]通过这样构成，能够使用例如冲压加工、锻造、铸造等方法来形成比较复杂的形状的加强棒3。另一方面，能够使用例如切削加工、激光加工等方法来形成比较简单的形状的磁致伸缩棒2。
[0129]在此，由于磁致伸缩材料(例如、铁一镓系合金)具有某种程度的延展性，因此使用切削加工、激光加工等方法来形成较为容易，但弯曲加工、锻造加工、冲压加工稍微困难。另外，弯曲加工、锻造加工、冲压加工产生的残留应力对磁致伸缩棒2的逆磁致伸缩效应带来影响，因此存在因加工条件等而磁致伸缩棒2的磁力线穿透的能力下降的可能性。因此，磁致伸缩棒2尽可能优选简单的形状，具有大致均匀的厚度的平板状是特别优选的形状。在本实施方式中，由于使用该平板状的磁致伸缩棒2，因此能够提高发电元件1的组装性、磁致伸缩棒2的加工性。
[0130]这样，在本实施方式中，能够得到既可使磁致伸缩材料的使用量为最小、又可最大限度发挥其效果的发电元件1。
[0131]另外，在将磁致伸缩棒2的横剖面面积的平均值设为奵皿2〕、将加强棒3的横剖面面积的平均值设为8 [臟2]时，优选8/八为0.8以上，更优选为1以上，进一步优选为1.2以上。由此，能够进一步可靠地降低发电元件1的制造成本，并且进一步提高发电元件1的发电效率。
[0132]根据该第三实施方式的发电元件1，也产生与上述第一以及第二实施方式的发电元件1相同的作用、效果。
[0133]?第四实施方式?
[0134]其次，对本发明的发电元件的第四实施方式进行说明。
[0135]图8是表示本发明的发电元件的第四实施方式的纵剖视图。
[0136]此外，在以下的说明中，将图8中的上侧称为“上”或“上方”，将下侧称为“下”或“下方”。另外，将图8中的右侧称为“前端”，将左侧称为“基端”。
[0137]以下，对于第四实施方式的发电元件，以与上述第一?第三实施方式的发电元件不同的点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。
[0138]在第四实施方式的发电元件1中，线圈5的配置位置以及结构不同，除此以外，与上述第三实施方式的发电元件1相同。即、如图8所示，在第四实施方式的发电元件1中，线圈5包括:以包围复合棒4的方式配置于复合棒4的接合部41的外周侧的线轴51 ；以及卷绕于该线轴51上的线材52。
[0139]线轴51由方筒体构成，通过例如热粘、焊接、粘接剂的粘接等方法固定于第一连结部6的主体部61的前端面。因此，在本实施方式中，在线轴51的内侧，复合棒4能够与线圈5独立地位移。因此，即便使复合棒4位移，构成线圈5的线材也不变形。其结果，能够提尚线圈5的耐久性。
[0140]另外，由于构成线轴51的方筒体具备横剖面面积大致恒定的内腔部，因此在复合棒4与线轴51之间形成有朝向前端侧而分离距离逐渐变大的空隙511。此外，该空隙511设定为，具有在通过振动使复合棒4位移的情况下、线轴51与振动的复合棒4不干涉的尺寸，即、具有比复合棒4的振幅大的尺寸。由此，发电元件1能够高效地发电。
[0141]作为线轴51的构成材料，能够使用例如与加强棒3的构成材料相同的材料。
[0142]根据该第四实施方式的发电元件1，也产生与上述第一?第三实施方式的发电元件1相同的作用、效果。
[0143]此外，通过对线圈5的线材52进行固定并一体化，也可以省略线轴51。另外，空隙511也可以在复合棒4与线轴51之间遍及接合部41的整体(全长)而形成。
[0144]?第五实施方式?
[0145]其次，对本发明的发电元件的第五实施方式进行说明。
[0146]图9是表示本发明的发电元件的第五实施方式的立体图。
[0147]此外，在以下的说明中，将图9中的上侧称为“上”或“上方”，将下侧称为“下”或“下方”。另外，将图9中的右侧称为“前端”，将左侧称为“基端”。
[0148]以下，对于第五实施方式的发电元件，以与上述第一?第四实施方式的发电元件不同的点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。
[0149]在第五实施方式的发电元件1中，线圈5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1相同。即、如图9所示，在第五实施方式的发电元件1中，线圈5通过在磁轭83的外周而不是在复合棒4的外周卷绕线材52来构成。即、线圈5配设成，通过磁致伸缩棒2后的磁力线沿其轴向通过(贯穿内腔部)。
[0150]根据该第五实施方式的发电元件1，也产生与上述第一?第四实施方式的发电元件1相同的作用、效果。
[0151]以上这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。
[0152]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，但本发明并不限定于此，各结构能够置换为可发挥相同的功能的任意结构，或者能够附加任意的结构。
[0153]例如，也能够组合上述第一?第五实施方式的任意结构。
[0154]另外，也可以省略两个永久磁铁中的一方，也能够将永久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永久磁铁而使用外部磁场(外部磁场)来发电的结构。
[0155]另外，在上述各实施方式中，磁致伸缩棒以及加强棒的横剖面形状均呈长方形状，但也可以是例如圆形状、椭圆形状、三角形状、正方形状、六边形状那样的多边形状。但是，从确保磁致伸缩棒与加强棒的接合强度的观点出发，磁致伸缩棒以及加强棒双方优选具有平坦的接合面的形状、尤其是长方形状。
[0156]产业上的可利用性
[0157]根据本发明，通过将具有对磁致伸缩棒给与适当应力的功能的加强棒接合于磁致伸缩棒而做成复合棒，从而能够在使磁致伸缩棒伸缩时在磁致伸缩棒上产生一致的应力，其结果，能够提高发电元件的发电效率。因此，本发明具有产业上的可利用性。
[0158]符号的说明
[0159]1 一发电元件，2—磁致伸缩棒，21—主体部，211—贯通孔，22—薄壁部，221—贯通孔，3一加强棒，31一主体部，311一贯通孔，32一薄壁部，321一贯通孔，4一复合棒，41一接合部，5—线圈，51—线轴，52—线材，511—空隙，6—第一连结部，61—主体部，611、612—槽，613—贯通孔，62—销，7—第二连结部，71—主体部，711—插入部，712、713—贯通孔，12—销，8—磁场施加机构，81、82—永久磁铁，83 一磁辄。
【权利要求】
1.一种发电元件，其特征在于，具有: 复合棒，其并排设置磁致伸缩棒和加强棒并且通过接合部相互接合上述磁致伸缩棒和上述加强棒而成，上述磁致伸缩棒由磁致伸缩材料构成且使磁力线沿轴向通过，上述加强棒由非磁性材料构成且具有对上述磁致伸缩棒给与适当应力的功能；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来产生电压，上述发电元件构成为使上述复合棒的另一端相对于一端在与其轴向大致垂直的方向上相对位移而使上述磁致伸缩棒伸缩，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， 在上述接合部，在将上述磁致伸缩棒的横剖面面积的平均值设为A[mm2]、将上述加强棒的横剖面面积的平均值设为B [mm2]时，B/A为0.8以上。
3.根据权利要求1或2所述的发电元件，其特征在于， 在上述接合部，上述复合棒的横剖面面积从上述一端朝向上述另一端减小。
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， 在上述接合部，上述加强棒的横剖面面积从上述复合棒的上述一端朝向上述另一端减小，而且，上述磁致伸缩棒的横剖面面积从上述复合棒的上述一端朝向上述另一端大致恒定。
5.根据权利要求1?4任一项中所述的发电元件，其特征在于， 上述线圈以包围上述复合棒的方式配置于上述复合棒的上述接合部的外周侧。
6.根据权利要求1?5任一项中所述的发电元件，其特征在于， 上述线圈具备:以包围上述复合棒的方式配置于上述复合棒的上述接合部的外周侧的线轴；以及卷绕于该线轴的线材。
7.根据权利要求6所述的发电元件，其特征在于， 在上述复合棒与上述线轴之间，至少在上述复合棒的上述另一端侧形成有空隙。
8.根据权利要求7所述的发电元件，其特征在于， 上述复合棒的上述另一端的位移通过对上述复合棒给与振动来进行，上述空隙的尺寸设定为上述线轴与振动的上述复合棒不干涉。
9.根据权利要求1?8任一项中所述的发电元件，其特征在于， 上述磁致伸缩材料的杨氏模量与上述非磁性材料的杨氏模量大致相等。
10.根据权利要求1?9任一项中所述的发电元件，其特征在于， 上述磁致伸缩材料的杨氏模量以及上述非磁性材料的杨氏模量分别为40?lOOGPa。
11.根据权利要求1?10任一项中所述的发电元件，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。
12.根据权利要求1?11任一项中所述的发电元件，其特征在于， 上述非磁性材料以铝、镁、锌、铜以及含有铝、镁、锌、铜的合金中的至少一种为主要成分。
【文档编号】H02N2/00GK104508968SQ201380039846
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2012年8月1日
【发明者】古河宪一, 沼宫内贵之 申请人:三美电机株式会社