專利名稱：發(fā)電元件及具備發(fā)電元件的發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用振動(dòng)的發(fā)電元件，特別涉及使用磁致伸縮材料的發(fā)電元件。
背景技術(shù)：
以往，用來由身邊的振動(dòng)進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)的開發(fā)被積極地推進(jìn)，作為該技術(shù)之一，公知有使用壓電元件的發(fā)電方法及利用永久磁鐵的磁通密度的變化的發(fā)電方法。利用壓電元件的發(fā)電方法較多通過用某種方法從外部對(duì)壓電元件施加力來使壓·電元件變形而發(fā)電。為使壓電元件變形，例如有對(duì)壓電元件施加振動(dòng)而使其變形的方法、間接地施加風(fēng)壓或聲壓等壓力的方法、使壓電元件與重物等物體碰撞的方法、在變形的物體上安裝壓電元件的方法等(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。在專利文獻(xiàn)I中，記載有利用由聲音帶來的空氣的壓力變動(dòng)而通過壓電元件發(fā)電的聲力發(fā)電裝置、以及利用由振動(dòng)帶來的壓力變動(dòng)而通過壓電元件發(fā)電的振動(dòng)力發(fā)電裝置。此外，利用永久磁鐵的磁通密度的變化的發(fā)電方法是通過伴隨著永久磁鐵的振動(dòng)的、線圈的交鏈(日語鎖交)磁通密度的時(shí)間變化而進(jìn)行發(fā)電的方法，即是利用電磁感應(yīng)的發(fā)電方法(例如，參照非專利文獻(xiàn)I、專利文獻(xiàn)2)。在非專利文獻(xiàn)I中，公開了通過使線圈的內(nèi)部在與磁化方向平行的方向上振動(dòng)的永久磁鐵、使線圈內(nèi)部的磁通密度變化、在線圈中產(chǎn)生電流從而進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電元件。在專利文獻(xiàn)2中，公開了如下發(fā)電元件，其具備以2極著磁的偏磁鐵(b iasmagnet);通過施加來自外部的力而利用逆磁致伸縮效應(yīng)從而磁導(dǎo)率變化且磁通的流動(dòng)變化的磁致伸縮材料；將磁致伸縮材料在具有磁各向異性的方向上周期性地壓縮的壓縮機(jī)構(gòu)；以及通過該周期性地變化的磁通而感應(yīng)出電流的線圈機(jī)構(gòu)。該發(fā)電元件配置有磁致伸縮材料、線圈和壓縮機(jī)構(gòu)，以使上述周期性地變化的磁通與卷繞在線圈芯上的線圈進(jìn)行交鏈。即，是將在長度方向上具有磁各向異性的磁致伸縮材料在長度方向上周期性地壓縮、利用此時(shí)在線圈中產(chǎn)生的電流進(jìn)行發(fā)電的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2006 - 166694號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開2008 - 72862號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I :保坂寬，“用于可佩戴信息設(shè)備的振動(dòng)發(fā)生技術(shù)”，電氣學(xué)會(huì)雜志、126卷4號(hào)，2006 (保坂寛、“々工7 9 o情報(bào)機(jī)器co tz ^ O振動(dòng)発生技術(shù)”、電気學(xué)會(huì)誌、126 卷 4 號(hào)、2006)
發(fā)明概要發(fā)明要解決的問題專利文獻(xiàn)I所記載的壓電材料的縱壓電常數(shù)大，縱壓電效應(yīng)(力的方向與將電壓取出的方向相同的情況下)的發(fā)電效率高。但是，在利用通過將單板的壓電材料彎曲所帶來的彎曲變形而發(fā)電的情況下，由于在與力的方向正交的方向上將電壓取出(橫壓電效應(yīng))，所以發(fā)電效率低。此外，壓電材料是脆性材料，是對(duì)于彎曲及沖擊而言較弱的材料。因此，不能施加過度的負(fù)荷，有難以為了增加發(fā)電量而施加較大的彎曲及沖擊的問題。此外，壓電元件由于是電感應(yīng)性的負(fù)載，所以在低頻率下阻抗高，當(dāng)連接著具有比壓電元件低的阻抗的負(fù)載時(shí)，由于在負(fù)載上產(chǎn)生的電壓變小，所以通過發(fā)電得到的功率變小，有發(fā)電效率低的缺點(diǎn)。此外，在非專利文獻(xiàn)I所記載的利用了伴隨著永久磁鐵的振動(dòng)而產(chǎn)生的線圈的交鏈磁通密度的變化的發(fā)電方法中，為了增加發(fā)電量，需要以大振幅且高頻率使振子振動(dòng)。所以，如果使作為振子使用的永久磁鐵的大小變大，則振子的質(zhì)量增加，振子的諧振頻率變低。結(jié)果，有發(fā)電量不變大的問題。此外，在專利文獻(xiàn)2所記載的基于將磁致伸縮材料周期性地壓縮的發(fā)電方法中，為了將磁致伸縮材料在長度方向上壓縮而需要較大的力。此外，由于壓縮力被不均勻地施加在磁致伸縮材料上，所以有發(fā)電效率變低的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)彎曲及沖擊的承受力強(qiáng)且發(fā)電量多的發(fā)電元件、以及具備發(fā)電元件的電子裝置。解決問題所采用的手段為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)電元件，具備第I磁致伸縮棒，由磁致伸縮材料構(gòu)成；剛性棒，由磁性材料構(gòu)成，該磁性材料具有用來對(duì)上述第I磁致伸縮棒施加均勻的壓縮力或拉伸力的剛性及形狀，該剛性棒與上述第I磁致伸縮棒平行地配置；第1線圈，卷繞在上述第I磁致伸縮棒上；以及兩個(gè)連結(jié)磁軛，設(shè)在上述第I磁致伸縮棒及上述剛性棒的各自的兩端，以將上述第I磁致伸縮棒與上述剛性棒連結(jié)；通過與上述第I磁致伸縮棒的軸向垂直的方向的振動(dòng)，上述第I磁致伸縮棒伸展或收縮，由此進(jìn)行發(fā)電。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過與第I磁致伸縮棒的軸向垂直的方向的振動(dòng)，由磁致伸縮材料構(gòu)成的第I磁致伸縮棒撓曲，在第I磁致伸縮棒中發(fā)生與第I磁致伸縮棒的軸向平行的方向的伸展及收縮。由此，在與第I磁致伸縮棒的軸向平行的方向上發(fā)生磁通密度變化的逆磁致伸縮效應(yīng)，在卷繞在第I磁致伸縮棒上的線圈中發(fā)生電流。即，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠利用逆磁致伸縮效應(yīng)而通過磁通密度的時(shí)間性變化進(jìn)行發(fā)電。由此，能夠以較小的力高效率地進(jìn)行發(fā)電。此外，由于將對(duì)彎曲及沖擊等的外力承受力較強(qiáng)的磁致伸縮材料用在磁致伸縮棒中，所以能夠?qū)Πl(fā)電元件施加較大的彎曲或沖擊，能夠使發(fā)電量變多。這里，上述剛性棒是由磁致伸縮材料構(gòu)成的第2磁致伸縮棒；還具備卷繞在上述第2磁致伸縮棒上的第2線圈；通過與上述第I磁致伸縮棒及上述第2磁致伸縮棒的軸向垂直的方向的振動(dòng)，上述第I磁致伸縮棒及上述第2磁致伸縮棒的一個(gè)伸展，另一個(gè)收縮，由此進(jìn)行發(fā)電。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過由磁致伸縮材料構(gòu)成的兩個(gè)磁致伸縮棒的伸展及收縮，能夠利用逆磁致伸縮效應(yīng)而通過磁通密度的時(shí)間性變化進(jìn)行發(fā)電。由于將兩個(gè)磁致伸縮棒組合而構(gòu)成發(fā)電元件，所以如果對(duì)發(fā)電元件施加與兩個(gè)磁致伸縮棒的軸向垂直的方向的振動(dòng)，則兩個(gè)磁致伸縮棒的一個(gè)伸展，另一個(gè)收縮。由此，能夠以較小的力高效率地發(fā)電。此外，由于將對(duì)彎曲及沖擊等的外力承受力較強(qiáng)的磁致伸縮材料用在磁致伸縮棒中，所以能夠?qū)Πl(fā)電元件施加較大的彎曲及沖擊，能夠使發(fā)電量變多。這里，優(yōu)選的是，上述第I磁致伸縮棒的易磁化方向與上述第I磁致伸縮棒的軸向平行。此外，優(yōu)選的是，上述第I磁致伸縮棒及上述第2磁致伸縮棒的各自的易磁化方向與上述第I磁致伸縮棒及第2磁致伸縮棒的各自的軸向平行。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于磁致伸縮棒的磁化的方向或在磁致伸縮棒中容易發(fā)生磁化的方向即易磁化方向與磁致伸縮棒的伸縮的方向相同，所以能夠使由于磁致伸縮棒的伸展或收縮帶來的磁通密度的變化更大。由此，能夠高效率地發(fā)電，能夠使發(fā)電量變多。這里，優(yōu)選的是，上述發(fā)電元件還具備背磁軛，該背磁軛具有永久磁鐵。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于通過背磁軛在磁致伸縮棒中偏倚地發(fā)生磁化，所以即使是不具有殘留磁化的材料，也能夠作為磁致伸縮棒使用。這里，優(yōu)選的是，上述兩個(gè)連結(jié)磁軛的一個(gè)被固定，另一個(gè)具有重物。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，發(fā)電元件的一端被固定，通過配置在另一端上的重物進(jìn)行彎曲振動(dòng)，從而發(fā)電元件以規(guī)定的諧振頻率諧振而能夠連續(xù)進(jìn)行發(fā)電。這里，上述發(fā)電元件也可以以2次諧振模式進(jìn)行諧振，即使在提供2次諧振模式的2次諧振頻率下，也能夠高效率地進(jìn)行發(fā)電。在發(fā)電元件中發(fā)生的電壓與發(fā)電元件的諧振頻率成比例地變大。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于發(fā)電元件以諧振頻率比在發(fā)電元件中一般發(fā)生的I次諧振模式高的2次諧振模式振動(dòng)，所以能夠得到更大的電力。這里，優(yōu)選的是，上述重物的上述磁致伸縮棒的軸向的長度具有比與上述磁致伸縮棒的軸向垂直的方向的長度長的形狀。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在發(fā)電元件中能夠容易引起2次諧振模式的諧振。這里，優(yōu)選的是，設(shè)上述第I線圈的匝數(shù)為N匝，則上述第I線圈由具有N/K匝的匝數(shù)的K個(gè)并聯(lián)連接的線圈構(gòu)成。此外，優(yōu)選的是，設(shè)上述第I線圈及上述第2線圈的各自的匝數(shù)為N匝，則上述第I線圈及上述第2線圈分別由具有N/K匝的匝數(shù)的K個(gè)并聯(lián)連接的線圈構(gòu)成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒂删€圈的負(fù)載電阻R發(fā)生的功率V2/R的K2倍的功率取出。這里，優(yōu)選的是，具備平行配置的多個(gè)上述發(fā)電元件；上述多個(gè)發(fā)電元件串聯(lián)地連接。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在相鄰的發(fā)電元件中共通地使用將多個(gè)發(fā)電元件的磁致伸縮棒接合起來的連結(jié)磁軛，將多個(gè)發(fā)電元件串聯(lián)地連接，由此能夠使發(fā)電量變大。具體而言，通過將K個(gè)發(fā)電元件串聯(lián)地連接，能夠使發(fā)電量成為K倍。同時(shí)，通過將K個(gè)發(fā)電元件平行地排列K個(gè)，能夠使諧振頻率減小為1/K，所以每單位時(shí)間的振動(dòng)次數(shù)增加，所以能夠增加發(fā)電量。此外，由于發(fā)電裝置整體的形狀構(gòu)成為具有彈性的彈簧形狀，所以能夠使發(fā)電元件的振動(dòng)長時(shí)間繼續(xù)。由此，能夠容易地調(diào)整為與使用的環(huán)境相適應(yīng)的振動(dòng)數(shù)、發(fā)電功率。這里，優(yōu)選的是，上述磁致伸縮材料具有延展性。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過使用具有延展性的磁致伸縮材料，能夠通過對(duì)彎曲及沖擊承受力較強(qiáng)的磁致伸縮棒使發(fā)電量更多。這里,優(yōu)選的是,上述磁致伸縮材料是鐵鎵合金。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，作為磁致伸縮材料，通過使用例如Galfenol等對(duì)彎曲及沖擊等外力承受力較強(qiáng)且機(jī)械加工性良好的鐵鎵合金，能夠使發(fā)電量更多。這里，優(yōu)選的是，上述磁致伸縮材料是鐵鈷合金。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，作為磁致伸縮材料，通過使用例如波明德合金等磁致伸縮效應(yīng)高的鐵鈷合金，能夠更高效率地進(jìn)行發(fā)電。此外，為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具備發(fā)電元件的發(fā)電裝置，具備具有上述特征的發(fā)電元件。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠提供具備具有上述特征的發(fā)電元件的發(fā)電裝置。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供對(duì)彎曲及沖擊的承受力強(qiáng)且發(fā)電量多的發(fā)電元件、以及具備發(fā)電元件的電子裝置。


圖1A是本發(fā)明的實(shí)施方式I的發(fā)電元件的俯視圖。圖1B是本發(fā)明的實(shí)施方式I的發(fā)電元件的側(cè)視圖。圖2A是表示圖1A所示的發(fā)電元件的磁致伸縮棒及連結(jié)磁軛的配置位置的俯視圖。圖2B是表示圖1B所示的發(fā)電元件的磁致伸縮棒及連結(jié)磁軛的配置位置的側(cè)視圖。圖2C是表示磁致伸縮棒及連結(jié)磁軛的接合方法的俯視圖。圖2D是表示磁致伸縮棒及連結(jié)磁軛的接合方法的側(cè)視圖。圖2E是表示磁致伸縮棒及連結(jié)磁軛的接合方法的側(cè)視圖。圖2F是表示磁致伸縮棒及連結(jié)磁軛的接合方法的俯視圖。圖2G是表示磁致伸縮棒及連結(jié)磁軛的接合方法的側(cè)視圖。圖2H是表示磁致伸縮棒及連結(jié)磁軛的接合方法的俯視圖。圖21是表示磁致伸縮棒及連結(jié)磁軛的接合方法的俯視圖。圖2J是表示背磁軛的結(jié)構(gòu)的一例的側(cè)視圖。圖2K是表示將背磁軛替換為卷繞有線圈的磁致伸縮棒的發(fā)電元件的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖2L是表示將背磁軛替換為卷繞有線圈的磁致伸縮棒的發(fā)電元件的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖3是表示圖1A所示的發(fā)電元件的一例的照片。圖4A是表示發(fā)電元件的發(fā)電動(dòng)作的俯視圖，是表示磁致伸縮棒的動(dòng)作的圖。圖4B是表示發(fā)電元件的發(fā)電動(dòng)作的俯視圖，是表示在磁致伸縮棒上配置有線圈、重物的狀態(tài)的圖。圖5是將圖1A所示的發(fā)電元件的發(fā)電量用電壓表示的圖。圖6是將圖1A所示的發(fā)電元件的發(fā)電量用電流表示的圖。
圖7是表示圖1A所示的發(fā)電元件的平均發(fā)生功率的圖。圖8A是表示圖1A所示的發(fā)電元件的位移的圖。圖8B是表示圖1A所示的發(fā)電元件的發(fā)生電壓的圖。圖9是表示圖1A所示的發(fā)電元件的輸入做功量與輸出電能的關(guān)系的圖。圖1OA是表示圖1A所示的發(fā)電元件的I次諧振模式下的形狀的變化的圖。圖1OB是表示圖1B所示的發(fā)電元件的2次諧振模式下的形狀的變化的圖。圖1lA是實(shí)施方式2的發(fā)電元件的側(cè)視圖。圖1lB是表示圖1lA所示的發(fā)電元件的磁致伸縮棒及連結(jié)磁軛的配置位置的側(cè)視圖。圖12A是實(shí)施方式3的發(fā)電元件的俯視圖。圖12B是實(shí)施方式3的發(fā)電元件的俯視圖。圖12C是實(shí)施方式3的發(fā)電元件的俯視圖。圖12D是實(shí)施方式3的發(fā)電元件的俯視圖。圖13A是圖12A所示的發(fā)電元件的等價(jià)電路圖。圖13B是圖12B所示的發(fā)電元件的等價(jià)電路圖。圖13C是圖12B所示的發(fā)電元件的等價(jià)電路圖。圖13D是圖12C所示的發(fā)電元件的等價(jià)電路圖。圖13E是圖12C所示的發(fā)電元件的等價(jià)電路圖。圖13F是圖12D所示的發(fā)電元件的等價(jià)電路圖。圖13G是圖12D所示的發(fā)電元件的等價(jià)電路圖。圖14是實(shí)施方式4的發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。圖15A是表示實(shí)施方式4的發(fā)電裝置的使用例的圖。圖15B是圖15A所示的發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。圖15C是圖15A所示的發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。圖15D是圖15A所示的發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。圖16是實(shí)施方式5的便攜電話機(jī)的概略結(jié)構(gòu)圖。圖17是表示圖16所示的便攜電話機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一部分的概略圖。圖18A是實(shí)施方式6的發(fā)電元件的俯視圖。圖18B是實(shí)施方式6的發(fā)電元件的側(cè)視圖。圖18C是表示實(shí)施方式6的發(fā)電元件的動(dòng)作的俯視圖。圖19是表示實(shí)施方式7的發(fā)電元件的應(yīng)用例的圖。圖20是用來對(duì)實(shí)施方式7的氣動(dòng)傳感器進(jìn)行說明的示意圖。圖21是用來對(duì)實(shí)施方式7的振動(dòng)傳感器進(jìn)行說明的示意圖。圖22A是表示實(shí)施方式8的發(fā)電裝置的圖。圖22B是表示實(shí)施方式8的發(fā)電裝置的圖。圖22C是表示實(shí)施方式8的發(fā)電裝置的圖。圖23是表示使用了發(fā)電元件的電子裝置的一例的圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，對(duì)于本發(fā)明使用以下的實(shí)施方式及附圖進(jìn)行說明，但它以例示為目的，并不意味著本發(fā)明限定于此。(實(shí)施方式I)圖IA是本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)電元件的俯視圖，圖IB是本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)電元件的側(cè)視圖。如圖IA及圖IB所示,發(fā)電元件I具備連結(jié)磁軛IOa及10b、磁致伸縮棒Ila及l(fā)ib、線圈12a及12b、永久磁鐵14a及14b、以及背磁軛(back yoke) 15。圖2A及圖2B是表示圖IA及圖IB所示的發(fā)電元件I的磁致伸縮棒Ila及l(fā)ib、連結(jié)磁軛IOa及IOb的配置位置的概略圖，圖2A及圖2B分別對(duì)應(yīng)于圖IA及圖1B。磁致伸縮棒IIa及IIb例如由作為鐵鎵合金的Galfenol構(gòu)成，具有延展性，分別為ImmXO. 5mmX IOmm的長方體的棒狀的形狀。
·
此外，如圖2A所示，磁致伸縮棒Ila及Ilb平行地配置。在磁致伸縮棒IIa及Ilb的一端,設(shè)有連結(jié)磁軛10a，以將磁致伸縮棒Ila及Ilb連接。在磁致伸縮棒Ila及Ilb的另一端，設(shè)有連結(jié)磁軛IOb,以將磁致伸縮棒Ila及Ilb連結(jié)。連結(jié)磁軛IOa及IOb例如由含有Fe的磁性材料形成，與磁致伸縮棒Ila及Ilb機(jī)械連結(jié)及磁連結(jié)。作為一例，磁致伸縮棒Ila及Ilb和連結(jié)磁軛IOa及IOb如以下這樣連接。圖2C 圖2J是表示磁致伸縮棒IIa及IIb與連結(jié)磁軛IOa之間的接合方法的圖。由于發(fā)電元件是利用振動(dòng)的，所以磁致伸縮棒Ila及Ilb與連結(jié)磁軛IOa需要牢固地接合，通過以下的方法，能夠?qū)⒋胖律炜s棒Ila及Ilb與連結(jié)磁軛IOa牢固地接合，以便能夠承受發(fā)電所需要的振動(dòng)。如圖2C所示，連結(jié)磁軛IOa形成有用來將磁致伸縮棒Ila及Ilb插入的兩個(gè)槽，在槽中分別插入磁致伸縮棒Ila及l(fā)ib。此時(shí)，形成在連結(jié)磁軛IOa上的槽、與插入在該槽中的磁致伸縮棒Ila及Ilb和連結(jié)磁軛IOa之間有間隙。為了將該間隙填埋，一般使用粘接齊U，但若僅使用粘接劑，磁致伸縮棒Ila及Ilb與連結(jié)磁軛IOa之間的接合強(qiáng)度是不夠的。所以，如圖2D所示，連結(jié)磁軛IOa的高度預(yù)先形成得比磁致伸縮棒Ila及Ilb的高度大。在將磁致伸縮棒Ila及Ilb插入到形成在連結(jié)磁軛IOa上的槽中之后，如圖2E所不，用壓力機(jī)17將連結(jié)磁軛IOa壓縮而將其壓扁，從而利用連結(jié)磁軛IOa的被壓扁的部分將磁致伸縮棒Ila及Ilb與連結(jié)磁軛IOa之間的間隙填埋，磁致伸縮棒Ila及Ilb與連結(jié)磁軛IOa緊密接觸而牢固地接合。另外，壓縮后的連結(jié)磁軛IOa如圖2G所示，成為與磁致伸縮棒Ila及Ilb同樣的高度。磁致伸縮棒I Ia及Ilb插入連結(jié)磁軛IOa中的部分由于連結(jié)磁軛IOa被壓扁而被壓縮，可以認(rèn)為應(yīng)力集中于磁致伸縮棒Ila及Ilb的根部(磁致伸縮棒Ila及Ilb插入連結(jié)磁軛IOa中的部分與沒有插入的部分之間的邊界部分)。所以，如圖2H所示，通過例如用環(huán)氧樹脂等粘接劑18將磁致伸縮棒Ila及Ilb的根部附近加強(qiáng)，從而上述應(yīng)力的集中被緩和，并且能夠進(jìn)一步提高磁致伸縮棒Ila及Ilb與連結(jié)磁軛IOa之間的接合強(qiáng)度。另外，磁致伸縮棒Ila及Ilb與連結(jié)磁軛IOa之間的接合也可以通過用I個(gè)銷將磁致伸縮棒Ila及Ilb與連結(jié)磁軛IOa貫通而接合的銷固定方法進(jìn)行接合。此外，也可以是如下壓入方法，即在連結(jié)磁軛IOa上形成I個(gè)凹部，在該凹部中插入磁致伸縮棒Ila及11b，進(jìn)而在磁致伸縮棒Ila及Ilb之間插入并壓縮例如具有棱柱形狀的斂縫(々^ A)部，從而將斂縫部壓扁而使磁致伸縮棒Ila及Ilb與連結(jié)磁軛IOa緊密接觸。
此外，并不限于磁致伸縮棒Ila及Ilb與連結(jié)磁軛IOa之間的接合，關(guān)于磁致伸縮棒Ila及Ilb與連結(jié)磁軛IOb之間的接合也是同樣的。此外，連結(jié)磁軛的形狀除了圖2C所示的形狀以外，作為一例，也可以是圖21所示那樣的形狀。圖2C所示的連結(jié)磁軛IOa是其與磁致伸縮棒Ila及Ilb之間的邊界相對(duì)于磁致伸縮棒Ila及Ilb大致垂直的形狀，而圖21所示的連結(jié)磁軛IOc是其與磁致伸縮棒Ila及Ilb之間的邊界朝向磁致伸縮棒Ila及Ilb傾斜的形狀。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠緩和磁致伸縮棒Ila及Ilb因振動(dòng)而彎曲時(shí)的磁致伸縮棒Ila及Ilb的根部的應(yīng)力集中。此外,如圖2B所示，在發(fā)電元件I的下表面?zhèn)仍O(shè)有背磁軛15。背磁軛15是用來對(duì)磁致伸縮棒Ila及Ilb施加偏磁化的結(jié)構(gòu)。
背磁軛15如圖2B所示，具有設(shè)在連結(jié)磁軛IOa側(cè)的永久磁鐵14a和設(shè)在連結(jié)磁軛IOb側(cè)的永久磁鐵14b,并經(jīng)由永久磁鐵14a及14b連接于連結(jié)磁軛IOa及連結(jié)磁軛10b。永久磁鐵14a在與背磁軛15連接的面?zhèn)染哂蠳極，在與連結(jié)磁軛IOa連接的面?zhèn)染哂蠸極。此外，永久磁鐵14b在與背磁軛15連接的面?zhèn)染哂蠸極，在與連結(jié)磁軛IOb連接的面?zhèn)染哂蠳極。由連結(jié)磁軛IOa及10b、磁致伸縮棒Ila及l(fā)ib、永久磁鐵14a及14b以及背磁軛15，形成圖2B中用箭頭表示那樣的磁回路。由此，由于永久磁鐵14a及14b的磁動(dòng)勢(shì)，使磁致伸縮棒Ila及Ilb發(fā)生偏磁化。即，磁致伸縮棒IIa及Ilb的磁化的方向或磁致伸縮棒Ila及Ilb的容易發(fā)生磁化的易磁化方向被設(shè)定為，與磁致伸縮棒Ila及Ilb的軸向平行的方向。此時(shí)的磁化的大小例如是成為飽和磁通密度的1/2的0. 85T (特斯拉)。另外，背磁軛15的永久磁鐵并不限定于使用圖2B所示那樣的永久磁鐵14a、14b的結(jié)構(gòu)，也可以是以下那樣的結(jié)構(gòu)。圖2J是表示背磁軛的結(jié)構(gòu)的一例的側(cè)視圖。如圖2J所示，發(fā)電元件的背磁軛由設(shè)在連結(jié)磁軛IOa側(cè)的連結(jié)部19a、設(shè)在連結(jié)磁軛IOb側(cè)的連結(jié)部19b、和設(shè)在連結(jié)部19a與連結(jié)部19b之間的永久磁鐵19c構(gòu)成。S卩，磁致伸縮棒Ila及Ilb與永久磁鐵19c不接觸，而成為永久磁鐵19c相對(duì)于磁致伸縮棒Ila及Ilb平行地配置的結(jié)構(gòu)。連結(jié)部19a及19b例如與連結(jié)磁軛10a、IOb同樣，由含有Fe的磁性材料形成。由于在磁路中發(fā)生漏磁通，所以即使是圖2J所示那樣的結(jié)構(gòu)，也由于由磁致伸縮棒Ila及I lb、連結(jié)部19a、永久磁鐵19c和連結(jié)部19b形成磁回路,所以對(duì)磁致伸縮棒Ila及Ilb施加偏磁化。另外，上述背磁軛的永久磁鐵的配置是一例，并不限于上述結(jié)構(gòu)，也可以是其他結(jié)構(gòu)。此外，并不限于永久磁鐵，也可以是利用電磁鐵的結(jié)構(gòu)。此外，只要是由于來自發(fā)電元件I的外部的磁場(chǎng)而在磁路中發(fā)生漏磁通的結(jié)構(gòu)，則也可以是在發(fā)電元件I的外部配置磁鐵的結(jié)構(gòu)、或沒有背磁軛的結(jié)構(gòu)。并且,如圖IA及圖IB所示,磁致伸縮棒Ila及Ilb分別形成有線圈12a及12b。線圈12a及12b例如由銅線構(gòu)成，匝數(shù)分別是300匝左右。通過變更線圈12a及12b的匝數(shù)，能夠調(diào)整在發(fā)電元件中發(fā)生的電壓的大小。在磁致伸縮棒Ila與線圈12a之間設(shè)有間隙，同樣，在磁致伸縮棒Ilb與線圈12b之間也設(shè)有間隙。此外，線圈12a及12b之間通過樹脂填埋而成為一體。另外，線圈12a及12b也可以不是為一體的結(jié)構(gòu)。此外，線圈的匝數(shù)既可以在各線圈中相同，也可以不同。此外，發(fā)電元件I如圖2K所示，也可以是將圖IB所示的背磁軛15替換為卷繞有線圈的磁致伸縮棒的結(jié)構(gòu)。圖2K是表示將背磁軛替換為卷繞有線圈的磁致伸縮棒后的發(fā)電元件的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。如圖2K所示，在與背磁軛替換的磁致伸縮棒Ild上卷繞有線圈12d。在磁致伸縮棒Ild的兩端，設(shè)有可動(dòng)磁軛IOd及10e?？蓜?dòng)磁軛IOd的長度與連結(jié)磁軛IOa的長度大致是同樣的。此外,可動(dòng)磁軛IOb的長度與連結(jié)磁軛IOe的長度大致是同樣的。此外，可動(dòng)磁軛IOd通過永久磁鐵14a連接于連結(jié)磁軛10a?？蓜?dòng)磁軛IOe通過永久磁鐵14b連接于連結(jié)磁軛10b。永久磁鐵14a在與可動(dòng)磁軛IOd連接的面?zhèn)染哂蠳極,在與連結(jié)磁軛IOa連接的面?zhèn)染哂蠸極。此外，永久磁鐵14b在與可動(dòng)磁軛IOe連接的面?zhèn)染哂蠸極，在與連結(jié)磁軛IOb連接的面?zhèn)染哂蠳極。通過連結(jié)磁軛IOa及10b、磁致伸縮棒Ila及I lb、永久磁鐵14a及14b、和可動(dòng)磁軛IOd及10e，形成圖2K的下方的圖所示那樣的磁回路。由此，由于發(fā)電元件的振動(dòng)，線圈12d的內(nèi)部的磁通變化，從而不僅是線圈12a、在線圈12d中也發(fā)生電流，所以能夠高效率地發(fā)電。此外，由于代替背磁軛而具備卷繞有線圈12d的磁致伸縮棒lld，所以能夠在有效利用空間的同時(shí)高效率地發(fā)電。此外,在圖2K中，可動(dòng)磁軛IOb和IOe為大致相同的長度,但可動(dòng)磁軛IOb和IOe也可以如圖2L所示為不同的長度。圖2L示出了代替背磁軛而具備卷繞有線圈12d的磁致伸縮棒lid、在振動(dòng)體16a上具備可動(dòng)磁軛IOb和IOe的長度不同的發(fā)電兀件16b、16c、16d、16e的發(fā)電兀件的結(jié)構(gòu)。如圖2L所示，通過使發(fā)電元件16b、16c、16d、16e的可動(dòng)磁軛的長度為不同的長度，發(fā)電元件16b、16c、16d、16e的諧振頻率分別不同。因而，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠通過振動(dòng)體16a的振動(dòng)而同時(shí)以寬幅的頻率進(jìn)行發(fā)電。另外，在圖2L中，也可以考慮以發(fā)電元件16及16c、16d及16e永久磁鐵14a及14分別連接，但由于磁鐵的吸附力小，此外吸附力不在振動(dòng)方向上作用，所以可以認(rèn)為不給發(fā)電元件的振動(dòng)帶來影響。圖3是表示發(fā)電元件I的一例的照片。磁致伸縮棒Ila及Ilb具有截面為ImmXO. 5mm、軸向的長度為IOmm左右的長方體(棱柱)狀的棒狀的形狀。連結(jié)磁軛IOa固定于固定部件21，連結(jié)磁軛IOb具備重物(日語錘)20。重物20具有在磁致伸縮棒Ila及Ilb的軸向上較長的形狀，例如是與磁致伸縮棒Ila及Ilb相同程度的長度。通過這樣的結(jié)構(gòu)，發(fā)電元件I以固定于固定部件21的連結(jié)磁軛IOa為中心，通過重物20的振動(dòng)而進(jìn)行彎曲振動(dòng)(諧振)。通過設(shè)置重物20，能夠由諧振使振動(dòng)持續(xù)。另外，重物20的形狀并不限定于如上述那樣在磁致伸縮棒Ila及Ilb的軸向上較長的形狀，也可以是其他形狀。例如，也可以是，將在軸向上形成得較長的重物20的一部分向固定部件21的方向彎折為-字形狀、重物20的一部分與磁致伸縮棒Ila及Ilb平行地配置的形狀。通過將重物20做成這樣的形狀，能夠使重物20的長度變長并使設(shè)置重物20的空間變小。圖4A是表示磁致伸縮棒Ila及Ilb的動(dòng)作的圖，圖4B是表示在磁致伸縮棒Ila及Ilb上配置有線圈12a及12b、重物20的狀態(tài)的圖。在發(fā)電元件I中，發(fā)生逆磁致伸縮效應(yīng)。這里,所謂逆磁致伸縮效應(yīng),是指當(dāng)對(duì)磁化了的磁致伸縮材料施加應(yīng)力時(shí)磁化變化的效應(yīng)。由于該磁化的變化，在線圈中發(fā)生感應(yīng)電壓(或感應(yīng)電流)而發(fā)電。
詳細(xì)地講，如圖4A所示，發(fā)電元件I的連結(jié)磁軛IOa是固定在固定部件上的可看作懸臂梁的結(jié)構(gòu)，通過對(duì)連結(jié)磁軛IOb施加規(guī)定的彎曲力P，發(fā)電元件I的連結(jié)磁軛IOb進(jìn)行彎曲振動(dòng)。此時(shí)，彎曲力P的方向是相對(duì)于磁致伸縮棒IIa及IIb的軸向垂直的方向。通過連結(jié)磁軛IOb進(jìn)行彎曲振動(dòng),發(fā)電元件I諧振。此時(shí)的諧振頻率的一例是300Hz，也可以是幾十 IkHz。此外，當(dāng)對(duì)連結(jié)磁軛IOb施加彎曲力P時(shí)，磁致伸縮棒Ila及Ilb彎曲變形。具體而言，發(fā)電元件I如果受到圖4A所示的朝向的彎曲力P，則磁致伸縮棒IIa伸展，磁致伸縮棒Ilb收縮。此外，如果連結(jié)磁軛IOb受到與上述朝向的彎曲力P反向的彎曲力P,則磁致伸縮棒Ila收縮，磁致伸縮棒Ila伸展。這樣，由于磁致伸縮棒Ila及Ilb伸縮，磁致伸縮棒Ila及Ilb的磁化因逆磁致伸縮效應(yīng)而增加或減少。由此，貫通線圈12a及12b的磁通密度變化。由于該磁通密度的時(shí)間性變化，如圖4B所示，在線圈12a及12b中發(fā)生感應(yīng)電壓(或感應(yīng)電流)。此外，由于發(fā)電元件I的連結(jié)磁軛IOb彎曲振動(dòng)，因諧振而振動(dòng)持續(xù)，所以能夠進(jìn)行連續(xù)的發(fā)電。
另外，上述結(jié)構(gòu)的發(fā)電元件I具備兩個(gè)由磁致伸縮材料構(gòu)成的磁致伸縮棒，但與所謂的雙壓電晶片結(jié)構(gòu)的發(fā)電元件不同。在雙壓電晶片結(jié)構(gòu)的發(fā)電元件中，一般將由磁致伸縮材料構(gòu)成的磁致伸縮板貼合兩個(gè)，在所貼合的兩個(gè)磁致伸縮板的周圍沿一個(gè)方向卷繞線圈。在這樣的結(jié)構(gòu)的發(fā)電元件中，即使因振動(dòng)而一個(gè)磁致伸縮板伸展、另一個(gè)磁致伸縮板收縮，在兩個(gè)磁致伸縮板中分別發(fā)生的磁通的變化也相互為相反朝向。因而，磁通的變化被相互抵消，在共通卷繞于兩個(gè)磁致伸縮板的線圈中幾乎不發(fā)生電流。相對(duì)于此，在上述結(jié)構(gòu)的發(fā)電元件I中，在磁致伸縮棒I Ia及I Ib上分別卷繞有線圈12a及12b，所以，由于因磁致伸縮棒Ila及Ilb的伸展或收縮而在各個(gè)磁致伸縮棒Ila及Ilb中發(fā)生的磁通的變化，在線圈12a及12b中分別發(fā)生電流。此外，由于磁致伸縮棒IIa及Ilb通過連結(jié)磁軛IOa及IOb平行地連結(jié),所以成為磁致伸縮棒IIa及Ilb的一個(gè)伸展則另一個(gè)必定收縮的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，在與磁致伸縮棒Ila及Ilb的軸向平行的中央附近，成為大致均勻的應(yīng)力分布。因而，與所謂的雙壓電晶片結(jié)構(gòu)的發(fā)電元件相比，能夠得到可靠且較大的發(fā)電量。這里，對(duì)發(fā)電元件I進(jìn)行的發(fā)電的發(fā)電量進(jìn)行說明。圖5是將本實(shí)施方式的發(fā)電元件I的發(fā)電量用電壓表示的圖。圖5是以I次的彎曲諧振頻率393Hz使元件強(qiáng)制振動(dòng)時(shí)的移動(dòng)件的位移、發(fā)生電壓、磁通密度的變化的時(shí)間響應(yīng)。這里，示出了不連接負(fù)載的(開open)情況和連接有30Ω的負(fù)載的情況下的、由于移動(dòng)件的振動(dòng)而發(fā)生的發(fā)生電壓、磁通密度的變化、以及移動(dòng)件的振幅。根據(jù)圖5，對(duì)應(yīng)于重物20的周期性位移，貫通線圈12a及12b的磁通密度周期性地變化，發(fā)生電壓。根據(jù)圖5，在與根據(jù)位移的正負(fù)而磁致伸縮板彎曲的同時(shí)，內(nèi)部的磁通密度正負(fù)地變化，與該磁通密度的時(shí)間分布成比例地發(fā)生電壓。作為一例，磁通密度的變化是±0. 5T，作為一例，此時(shí)發(fā)生的最大電壓是±1.5V (開)。此外，在連接著30Ω的負(fù)載的情況下，最大電壓減少到O. 6V，但作為瞬間功率最大能夠得到12mW的功率。此外，在圖5中，在連接著30Ω的負(fù)載的情況下，移動(dòng)件的振幅減小，由此也可知機(jī)械能的一部分被變換為電能。另外，發(fā)生電壓通?？梢酝ㄟ^以下的(式I)計(jì)算。[公式I]V = NAB2 π fcos2 π ft = O. 39cos2 π ft(式 I)這里，V表示發(fā)生電壓，N表示線圈的匝數(shù)，A表示線圈的截面積，B表示將線圈貫通的磁通密度，f表示彎曲振動(dòng)的諧振頻率。
此外，圖6是將本實(shí)施方式的發(fā)電元件的發(fā)電量用電流表示的圖，示出了在連接著上述30Ω的負(fù)載時(shí)得到的感應(yīng)電流。根據(jù)得到的電流值，用以下的(式2)計(jì)算發(fā)電量W。這里，T是振動(dòng)的周期。發(fā)電量W得到了 W= 2mW的值。另外，使負(fù)載電阻R為R=20Q。[公式2]W = - (I2RdnM
T -O通過將上述截面積A、磁通密度B、諧振頻率f、線圈的匝數(shù)N變更，作為一例而能夠得到ImW以上的發(fā)電量。接著，對(duì)發(fā)電元件I進(jìn)行的發(fā)電的平均發(fā)生功率P及功率密度進(jìn)行說明。圖7是表示在圖I所示的發(fā)電元件I中、對(duì)負(fù)載電阻R的平均發(fā)生功率P的圖。平均發(fā)生功率P通過以下的(式3)計(jì)算。[公式3]
I 7Ty2P — — -dt (式 3)
TjR
O這里，T是振動(dòng)的周期，平均發(fā)生功率P通過測(cè)量負(fù)載電阻R的瞬時(shí)電壓V來計(jì)算。根據(jù)圖7，確認(rèn)了在連接著與線圈的電阻相同程度的負(fù)載電阻R的匹配條件下，能夠取出2. Off的最大功率。該情況下的發(fā)生功率的體積密度(功率密度)是lOmW/cm3以上。另外，該功率密度是用也包括發(fā)電元件I的線圈、磁軛的體積而計(jì)算出的。根據(jù)本實(shí)施方式的使用了磁致伸縮材料的發(fā)電元件1，上述功率密度的值與使用了壓電元件的發(fā)電(lmW/cm3)及使用了駐極體的發(fā)電相比，顯現(xiàn)出能夠得到10倍以上的發(fā)電量。即，根據(jù)發(fā)電元件1，能夠?qū)崿F(xiàn)元件的小型化。接著，對(duì)發(fā)電元件I進(jìn)行的發(fā)電的能量變換效率Π進(jìn)行說明。這里所說的能量變換效率是指相對(duì)于輸入機(jī)械能的輸出電能。圖8Α是表示圖I所示的發(fā)電元件的位移的圖，圖SB是表示圖I所示的發(fā)電元件的發(fā)生電壓的圖。能量變換效率η通過輸入機(jī)械能Wi和輸出電能W。用以下的(式4)計(jì)算。[公式4]η = —= \ — dt /-FqXq (式 4)
Wi J R / 2 ° °這里，輸入機(jī)械能Wi是為了激勵(lì)而賦予的初始的彈性能，根據(jù)初始位移Xtl和力Ftl求出。輸出電能W。是負(fù)載電阻R的焦耳損失的時(shí)間積分。此外，負(fù)載電阻R為30 Ω。圖8A及圖SB所示的位移和發(fā)生電壓是在發(fā)電元件I的重物20的位置上用線吊上50g的重物、將線切斷而使自由振動(dòng)開始時(shí)的重物20的位置的位移和發(fā)生電壓。
如圖8A所示，重物20的位移在振動(dòng)開始時(shí)(圖8A中的時(shí)間=0. 02s附近)是峰值，然后減少。此外，如圖SB所示，發(fā)生電壓在振動(dòng)開始時(shí)(圖SB中的時(shí)間=0. 02s附近)呈現(xiàn)峰值O. 5V，然后與圖8A所示的位移同樣地衰減(衰減系數(shù)O. 081)。根據(jù)圖8B，輸出電能W。為I. 2 X 10_5J，根據(jù)圖8A，輸入機(jī)械能Wi為8. 9 X 10_5J。根據(jù)這些值，能量變換效率η為O.14(14%)。即，根據(jù)圖8Α及圖8Β可知，在因50g的重物的離開而帶來的I次自由振動(dòng)下，能夠得到峰值功率8. 3mW、平均O. 12mff (I. 2X 10_5J/0. Is)的功率。此外，圖9是表示當(dāng)通過重物而改變了激振條件時(shí)的、發(fā)電元件的輸入做功量(輸入機(jī)械能)Wi與輸出電能W。的關(guān)系的圖。如圖9所示，輸入做功量(輸入機(jī)械能)Wi與輸出電能W。的關(guān)系得到了大致線性的關(guān)系。此外，能量變換效率Π計(jì)算為15%。若考慮在線圈的電阻中發(fā)生與之相同程度的焦耳損失，則可以認(rèn)為變換效率是30%以上。這里，對(duì)發(fā)電元件I的振動(dòng)時(shí)的諧振模式和形狀變化進(jìn)行說明。圖IOA是表示圖IA所示的發(fā)電元件的I次諧振模式下的形狀的變化的圖，圖IOB是表示圖IA所示的發(fā)電元件的2次諧振模式下的形狀的變化的圖。圖IOA中的發(fā)電元件I設(shè)置為懸臂梁。即，發(fā)電元件I采用一個(gè)連結(jié)磁軛IOa被固定、另一個(gè)連結(jié)磁軛IOb不被固定的結(jié)構(gòu)。另外,也有將沒有被固定的連結(jié)磁軛IOb稱作可動(dòng)部的情況。采用這樣的懸臂梁的結(jié)構(gòu)的發(fā)電元件I能夠在諧振狀態(tài)下高效率地發(fā)電。發(fā)電元件I的諧振振動(dòng)的模式有無限多個(gè)，但一般容易發(fā)生圖IOA所示那樣的I次諧振模式的諧振。在I次諧振模式的諧振中，發(fā)電元件I如圖IOA所示，作為懸臂梁整體而發(fā)生向一個(gè)方向彎曲那樣的變形。此時(shí)，磁致伸縮棒Ila伸展，磁致伸縮棒Ilb被壓縮。由此，發(fā)電元件I能夠進(jìn)行與磁致伸縮棒的變形量相應(yīng)的發(fā)電。此外，發(fā)電元件I進(jìn)行的發(fā)電也可以在2次諧振模式下進(jìn)行。即，設(shè)置為懸臂梁的發(fā)電元件1，根據(jù)發(fā)電元件I的形狀及所施加的振動(dòng)的頻率，在諧振頻率比I次諧振模式高的高次諧振模式下也進(jìn)行諧振。例如，在諧振頻率是I次諧振模式下的諧振頻率的4倍左右的2次諧振模式下，發(fā)電元件I發(fā)生圖IOB所示那樣的變形。如圖IOB所示，2次諧振模式下的發(fā)電元件1，在將整體作為懸臂梁進(jìn)行觀察時(shí)，如圖IOB所示，是出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。此時(shí)，懸臂梁的平行梁部分、即磁致伸縮棒Ila及Ilb和可動(dòng)部(發(fā)電元件I的沒有被固定的一側(cè)的連結(jié)磁軛IOa)在作為整體進(jìn)行觀察時(shí)發(fā)生向一個(gè)方向彎曲那樣的變形。此時(shí)，磁致伸縮棒Ila伸展，磁致伸縮棒Ilb被壓縮。由此，發(fā)電元件I能夠進(jìn)行與磁致伸縮棒lla、llb的變形量相應(yīng)的發(fā)電。這里，在發(fā)電元件I中發(fā)生的電壓與發(fā)電元件的諧振頻率成比例地變大，所以在2次諧振模式下的發(fā)電元件I中，由于諧振頻率比I次諧振模式高，所以能夠得到更大的功率。為了在發(fā)電元件I中容易發(fā)生2次諧振模式的諧振，有效的方式是，在發(fā)電元件I中使可動(dòng)部的長度變長，或設(shè)置將可動(dòng)部與平行梁連結(jié)的部分并使該連結(jié)部及可動(dòng)部的一部分柔軟而做成容易在發(fā)電元件I的磁致伸縮棒Ila及Ilb中發(fā)生振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。此外，也可以通過做成將諧振頻率不同的多個(gè)發(fā)電元件I排列的結(jié)構(gòu)，從而做成以多個(gè)種類的頻率發(fā)生諧振狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使是對(duì)發(fā)電元件I施加的振動(dòng)的頻率不同的情況，也能夠普遍地發(fā)電。形成磁致伸縮棒Ila及Ilb的磁致伸縮材料并不限定于作為鐵鎵合金的Galfenol,也可以是其他材料。在使用Galfenol的情況下，因施加應(yīng)力帶來的Galfenol的內(nèi)部磁化的變化，由于飽和磁通密度變化到IT左右，所以能夠提高發(fā)電元件I的發(fā)電量。作為Galfenol以外的磁致伸縮材料，例如也可以是作為鐵鈷合金的波明德合金(permendur)，也可以是其他材料。此外，不僅是結(jié)晶狀態(tài)的材料，也可以是非結(jié)晶狀態(tài)的材料。進(jìn)而，為了增大相對(duì)于拉伸應(yīng)力的磁化的變化，也可以使用通過預(yù)先實(shí)施應(yīng)力退火處理而附加了壓縮應(yīng)力的磁致伸縮材料。另外，在上述發(fā)電元件I中，磁致伸縮棒IIa及磁致伸縮棒Ilb都是由磁致伸縮材料構(gòu)成的發(fā)電元件，但也可以使磁致伸縮棒IIa及Ilb的某一個(gè)、例如磁致伸縮棒Ilb為由具有與磁致伸縮材料大致相同的剛性或磁致伸縮材料的剛性以上的剛性的材料構(gòu)成的剛性棒lib。在此情況下，由于不需要在剛性棒Ilb上卷繞線圈12b，所以能夠增加卷繞到磁致伸縮棒Ila上的線圈12a的匝數(shù)，并且能夠通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)發(fā)電元件I。此外，關(guān)于對(duì)連結(jié)磁軛IOb施加的彎曲力P的方向，只要是在相對(duì)于磁致伸縮棒IIa及Ilb的軸向垂直的方向上磁致伸縮棒IIa及Ilb的一個(gè)伸展而另一個(gè)收縮，則向怎樣的朝向施加都可以。此外，磁致伸縮棒Ila及Ilb的形狀并不限定于長方體的棒狀的形狀，例如也可以是圓柱狀的棒狀的形狀、板狀、薄帶狀等其他形狀。(實(shí)施方式2)接著，對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式的實(shí)施方式2進(jìn)行說明。在上述實(shí)施方式I中，通過兩根磁致伸縮棒構(gòu)成發(fā)電元件，但在本實(shí)施方式中，與實(shí)施方式I的不同點(diǎn)在于，通過I個(gè)磁致伸縮棒和連結(jié)磁軛構(gòu)成發(fā)電元件。圖1lA是本實(shí)施方式的發(fā)電元件的側(cè)視圖，圖1lB是表示圖1lA所示的發(fā)電元件的磁致伸縮棒及連結(jié)磁軛的配置位置的側(cè)視圖。如圖1lA所示，本實(shí)施方式的發(fā)電元件具備磁致伸縮棒11c、連結(jié)磁軛IOc和線圈12c。另外，磁致伸縮棒11c、線圈12c分別相當(dāng)于本發(fā)明的第I磁致伸縮棒、第I線圈。磁致伸縮棒Ilc與實(shí)施方式I所示的磁致伸縮棒Ila及Ilb同樣，例如由作為鐵鎵合金的Galfenol (楊氏模量70GPa)構(gòu)成,具有延展性,做成lmmXO. 5mmX IOmm的長方體的棒狀的形狀。連結(jié)磁軛IOc由具有用來對(duì)磁致伸縮棒Ilc施加均勻的應(yīng)力(壓縮力或拉伸力)的剛性及形狀的磁性材料形成。所謂用來施加均勻的壓縮力或拉伸力的剛性，例如是具有與磁致伸縮棒Ilc大致相同的剛性的磁性材料，所謂用來施加均勻的壓縮力或拉伸力的形狀，例如是具有與磁致伸縮棒Ilc大致相同的形狀的磁性材料。作為這樣的材料，例如有含有Fe的磁性材料、SUS430 (楊氏模量210GPa)等不銹鋼。連結(jié)磁軛IOc如圖1lB所示，在一部分上具有凹部。在該凹部?jī)?nèi)的側(cè)壁上，分別機(jī)械連接及磁連接著磁致伸縮棒Ilc的一端及另一端。因而，在凹部?jī)?nèi)，磁致伸縮棒Ilc和連結(jié)磁軛IOc平行地配置。即，與磁致伸縮棒Ilc平行地配置的連結(jié)磁軛IOc的部分相當(dāng)于本發(fā)明的剛性棒。此外，與磁致伸縮棒Ilc平行地配置的連結(jié)磁軛IOc的部分以外的部分相當(dāng)于本發(fā)明的兩個(gè)連結(jié)磁軛。通過該結(jié)構(gòu)，如果發(fā)電元件I在與磁致伸縮棒Ilc的軸向垂直的方向上振動(dòng)，則磁致伸縮棒Ilc伸展或收縮。由此，在磁致伸縮棒Ilc中發(fā)生磁通的變化。此外,如圖1lA所示,在磁致伸縮棒Ilc上還形成有線圈12c。線圈12c例如由銅線構(gòu)成，匝數(shù)是250匝。如上述那樣，通過由磁致伸縮棒Ilc伸展或收縮而磁通密度變化，線圈12c內(nèi)的磁通也變化，所以在線圈12c中發(fā)生電流。由此，能夠進(jìn)行發(fā)電。另外，與實(shí)施方式I同樣，通過變更線圈12c的匝數(shù)，能夠調(diào)整在發(fā)電元件中發(fā)生的電壓的大小。此外，線圈的匝數(shù)也可以不是上述匝數(shù)而適當(dāng)變更。根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)電元件，與實(shí)施方式I的發(fā)電元件I相比，即使磁致伸縮棒是I根也能夠發(fā)電。此外，通過將連結(jié)磁軛IOc的結(jié)構(gòu)做成使實(shí)施方式I的發(fā)電元件I的兩個(gè)連結(jié)磁軛IOa及IOb與剛性棒Ilb為一體的結(jié)構(gòu)，能夠減少發(fā)電元件的零件數(shù)并減少磁致伸縮棒與連結(jié)磁軛之間的連接部分。由此，能夠使連結(jié)磁軛與磁致伸縮棒之間的接合更牢固。此外，由于僅在磁致伸縮棒Ilc上卷繞線圈12c，所以能夠?qū)⒕€圈的匝數(shù)增加，因此能夠增加發(fā)電量。(實(shí)施方式3)接著，對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式的實(shí)施方式3進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，對(duì)在各個(gè)磁致伸縮棒上并聯(lián)地卷繞有多個(gè)線圈的發(fā)電元件進(jìn)行說明。圖12A 圖12D是本實(shí)施方式的發(fā)電兀件的俯視圖，圖13A 13G是圖12A 圖12D所不的發(fā)電兀件的等價(jià)電路圖。另夕卜，在圖12A 圖12D中，線圈12a及12b作為剖視圖表示。圖12A所示的發(fā)電元件I是與圖1A所示的發(fā)電元件I同樣的結(jié)構(gòu),示出了發(fā)電元件I的基本結(jié)構(gòu)。在該發(fā)電元件I中，在磁致伸縮棒I Ia及Ilb上分別卷繞有I個(gè)線圈12a及12b。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過將線圈分割并將它們并聯(lián)連接，能夠減小發(fā)電元件I的負(fù)載電阻內(nèi)部電阻。圖13A是該發(fā)電元件I的等價(jià)電路圖。在圖13A中，如果設(shè)線圈12a及12b的匝數(shù)為N、設(shè)負(fù)載電阻為R、設(shè)發(fā)生的電壓為V、設(shè)外部負(fù)載電阻為Rtl,則在取出最大的功率的匹配條件Rtl=R時(shí)，由負(fù)載電阻Rtl發(fā)生的功率是V2/4Rq。此外，關(guān)于各個(gè)分割后的線圈12a (或12b)的負(fù)載電阻，如果設(shè)線圈12a (或12b)的匝數(shù)為N、設(shè)負(fù)載電阻為R，則在將線圈12a (或12b)如圖12D所示那樣分割為K個(gè)的情況下，如圖13F的等價(jià)電路圖所示那樣成為R/K。此時(shí)，將分割為K個(gè)的線圈12a (或12b)全部并聯(lián)連接的情況下的合成電阻R如圖13G所示，為R=R/K2。具體而言，如圖12B所示，在將2分割的線圈12a (或12b)并聯(lián)連接的情況下，如圖13B的等價(jià)電路圖所示，分割為兩個(gè)的各個(gè)線圈12a(或12b)的負(fù)載電阻為R/2，如圖13C所示，合成電阻為R/4。此外，如圖12C所示，在將3分割的線圈12a (或12b)并聯(lián)連接的情況下，如圖13D的等價(jià)電路圖所示，分割后的各個(gè)線圈12a (或12b)的負(fù)載電阻為R/3，如圖13E所示,合成電阻為R/9。此外，通過使各個(gè)線圈12a (或12b)的匝數(shù)N增加，能夠使發(fā)生功率增加。由于發(fā)生電壓與線圈12a (或12b)的匝數(shù)N成比例，所以如圖13D所示，將線圈12a (或12b)K分割時(shí)的線圈12a的匝數(shù)為N/K，發(fā)生電壓為1/K倍。例如，如圖13B所示，在將線圈12a (或12b)2分割的情況下，發(fā)生電壓是V/2。此外，如圖13C所示，在將線圈12a (或12b)3分割的情況下，發(fā)生電壓是V/3。在匹配條件下使外部負(fù)載電阻為R/Κ2時(shí)的發(fā)生功率為(V/Κ) 2/ (4R/K2) =V2/4R，與不分割的情況相同。即，通過將線圈12a (或12b)K分割而并聯(lián)連接，能夠降低為發(fā)電元件I的內(nèi)部電阻1/K2倍(其中，電壓為1/K倍)。相反，如果能夠容許與不分割的情況相同的負(fù)載電阻R，也可以使負(fù)載電阻為K2倍，即使匝數(shù)為“K2倍”(假定匝數(shù)與負(fù)載電阻成比例)。在此情況下，發(fā)生電壓為1/K*K2=K倍。 由此，能夠取出的功率為(KV) 2/4R=K2*V2/4R，能夠?qū)⒂韶?fù)載電阻R發(fā)生的功率V2/4R的K2倍的功率取出。(實(shí)施方式4)接著，對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式的實(shí)施方式4進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，對(duì)將實(shí)施方式I所示的發(fā)電元件串聯(lián)地連結(jié)多個(gè)的發(fā)電裝置、以及將實(shí)施方式2所示的發(fā)電元件串聯(lián)地連結(jié)多個(gè)的發(fā)電裝置進(jìn)行說明。圖14及圖15A 圖KD是本實(shí)施方式的發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。另外，在圖14中，線圈12a及12b作為剖視圖表示。 圖14是將實(shí)施方式I所示的發(fā)電元件串聯(lián)地連結(jié)多個(gè)的發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。如圖14所示，本實(shí)施方式的發(fā)電裝置23a具備固定部24、串聯(lián)連接于固定部24的5個(gè)發(fā)電元件、固定部26、以及重物(移動(dòng)件)27。串聯(lián)連接的發(fā)電元件分別具有磁致伸縮棒Ila及l(fā)ib、分別卷繞在磁致伸縮棒Ila及Ilb上的線圈12a及12b、和將磁致伸縮棒Ila及Ilb連結(jié)的連結(jié)磁軛25a、25b、25c、25d。5個(gè)發(fā)電元件分別平行地配置，在相鄰的發(fā)電元件中共通地使用連結(jié)磁軛而將5個(gè)發(fā)電元件串聯(lián)地連接。S卩，如圖14所示，一端連結(jié)在固定部24上的第I發(fā)電元件的磁致伸縮棒Ila及Ilb的另一端連結(jié)在連結(jié)磁軛25a上，進(jìn)而，在連結(jié)磁軛25a上連結(jié)著與第I發(fā)電元件平行地配置的第2發(fā)電元件的磁致伸縮棒Ila及Ilb的一端。第2發(fā)電元件的磁致伸縮棒Ila及Ilb的另一端連結(jié)在連結(jié)磁軛25b上，進(jìn)而，在連結(jié)磁軛25b上連結(jié)著與第2發(fā)電元件平行地配置的第3發(fā)電元件的磁致伸縮棒Ila及Ilb的一端。第3發(fā)電元件的磁致伸縮棒Ila及Ilb的另一端連結(jié)在連結(jié)磁軛25c上，進(jìn)而，在連結(jié)磁軛25c上連結(jié)著與第3發(fā)電元件平行地配置的第4發(fā)電元件的磁致伸縮棒Ila及Ilb的一端。第4發(fā)電元件的磁致伸縮棒Ila及Ilb的另一端連結(jié)在連結(jié)磁軛25d上,進(jìn)而,在連結(jié)磁軛25d上連結(jié)著與第4發(fā)電元件平行地配置的第5發(fā)電元件的磁致伸縮棒Ila及Ilb的一端。第5發(fā)電元件的磁致伸縮棒Ila及Ilb的另一端連接在固定部26上。通過這樣的結(jié)構(gòu)，由于發(fā)電裝置23a整體的形狀構(gòu)成為具有彈性的彈簧形狀，所以通過重物27的上下振動(dòng)，多個(gè)發(fā)電元件的磁致伸縮棒Ila及Ilb的一個(gè)伸展，另一個(gè)收縮。由此，能夠與實(shí)施方式I所示的發(fā)電元件I同樣地進(jìn)行發(fā)電。根據(jù)發(fā)電裝置23a的結(jié)構(gòu)，在相鄰的發(fā)電元件中共通地使用將多個(gè)發(fā)電元件的磁致伸縮棒接合起來的連結(jié)磁軛，將多個(gè)發(fā)電元件串聯(lián)地連接，從而能夠使發(fā)電量變大。具體而言，通過將K個(gè)發(fā)電元件串聯(lián)地連接，能夠使發(fā)電量成為K倍。同時(shí)，通過將K個(gè)發(fā)電元件平行地排列K個(gè)，能夠使諧振頻率減小為1/K，所以每單位時(shí)間的振動(dòng)次數(shù)增加，所以能夠增加發(fā)電量。此外，由于發(fā)電裝置整體的形狀構(gòu)成為具有彈性的彈簧形狀，所以能夠使發(fā)電元件的振動(dòng)長時(shí)間持續(xù)。由此，能夠容易地調(diào)整為與使用的環(huán)境相適應(yīng)的振動(dòng)數(shù)、發(fā)電功率。另外，如果使重物27的重量變重，則能夠得到發(fā)電量變大的效果。圖15A是表示發(fā)電裝置的使用例的圖。如圖15A所示，發(fā)電裝置23a或以下所示的發(fā)電裝置23b例如可以設(shè)置在汽車的車體中。
圖15B 圖1OT是將實(shí)施方式2所示的發(fā)電元件串聯(lián)地連結(jié)了多個(gè)的發(fā)電裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。在圖15B 圖15D中，線圈12c作為剖視圖表示。圖15B 圖MD所示的發(fā)電裝置23b的結(jié)構(gòu)與上述發(fā)電裝置23a的結(jié)構(gòu)大致是同樣的，不同點(diǎn)在于，各個(gè)發(fā)電元件由I個(gè)磁致伸縮棒11c、連結(jié)磁軛IOc和卷繞在磁致伸縮棒Ilc上的線圈12c構(gòu)成。如圖15B 圖1 所示，發(fā)電裝置23b具備串聯(lián)連結(jié)著多個(gè)發(fā)電元件的發(fā)電元件連結(jié)體、重物28a、設(shè)在形成于重物28a上的凹部?jī)?nèi)的側(cè)壁上的磁鐵28b、28c、將重物28a收存的容器29a、以及配置在重物28a與容器29a之間的多個(gè)球體29b。多個(gè)球體29b是為了減小重物28a與容器29a之間的摩擦而設(shè)置的。如圖15B 圖MD所示，發(fā)電元件連結(jié)體的一部分插入到形成于重物28a上的凹部?jī)?nèi)。此外，設(shè)在凹部中的磁鐵28b、28c配置在磁致伸縮棒Ilc的軸向上。即，分別配置在插入到凹部中的發(fā)電元件連結(jié)體的一部分進(jìn)行振動(dòng)的方向上。發(fā)電元件連結(jié)體的該一部分由于與由磁性體形成的連結(jié)磁軛IOc —體地形成，所以具有磁性，與磁鐵28b、28c吸附。以下，對(duì)發(fā)電裝置23b的動(dòng)作進(jìn)行說明。發(fā)電裝置23b例如設(shè)置在汽車中，是進(jìn)行利用了汽車的慣性力的振動(dòng)的結(jié)構(gòu)。這里，所謂慣性力，是由汽車起步時(shí)(加速)或停止時(shí)(減速)的加速度帶來的力。在穩(wěn)定時(shí)，即在汽車大致以等速行駛的情況下，重物28a和發(fā)電元件連結(jié)體的一部分如圖15B所示，由磁鐵28b的吸附力吸附而成為一體。此外，如果通過制動(dòng)器的動(dòng)作或減速而汽車減速，則在重物28a上作用要向行進(jìn)方向進(jìn)一步前進(jìn)的慣性力。由此，如圖15C所示，被磁鐵28b的吸附力吸附而與磁鐵28b成為一體的發(fā)電元件連結(jié)體變形。在產(chǎn)生該變形的期間，多個(gè)發(fā)電元件各自的磁致伸縮棒Ilc或連結(jié)磁軛IOc的一個(gè)伸展而另一個(gè)收縮，所以磁致伸縮棒Ilc的磁通變化，在線圈12c中產(chǎn)生電流。由此，能夠進(jìn)行發(fā)電。另外，由于重物28a在容器29a內(nèi)配置在球體29b之上，所以僅能夠進(jìn)行在容器29a內(nèi)的移動(dòng)，容器29a成為阻擋器，位移被限制。此外，如圖15C所示，重物28a因慣性力而移動(dòng)，如果慣性力超過磁鐵28b的吸附力，則重物28a從發(fā)電元件連結(jié)體的一部分偏離。此時(shí)，由慣性力帶來的作用力成為零，在發(fā)電元件連結(jié)體上激勵(lì)出自由振動(dòng)。通過該振動(dòng)，構(gòu)成發(fā)電元件23b的多個(gè)發(fā)電元件各自的磁致伸縮棒Ilc及連結(jié)磁軛IOc的一個(gè)伸展而另一個(gè)收縮，所以與上述圖15B所示的情況同樣，能夠進(jìn)行發(fā)電。進(jìn)而，如圖1 所示，在重物28a從磁鐵28b偏離后，發(fā)電元件連結(jié)體的一部分吸附到在與配置有磁鐵28b的凹部的側(cè)壁相反側(cè)的側(cè)壁上配置的磁鐵28c上。由此，在相反的加速度(汽車的起步或加速)時(shí)能夠進(jìn)行同樣的發(fā)電。另外，在上述發(fā)電裝置23b中，為了減小發(fā)電裝置整體的諧振頻率和需要的作用力而使用將多個(gè)發(fā)電元件連結(jié)的發(fā)電元件連結(jié)體，但在基于利用了慣性力的振動(dòng)的發(fā)電裝置中，即使不是上述發(fā)電元件連結(jié)體，也能夠進(jìn)行發(fā)電。此外，并不限于慣性力，通過上下方向的振動(dòng)也能夠進(jìn)行發(fā)電。(實(shí)施方式5)接著，對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式的實(shí)施方式5進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，對(duì)作為具備在實(shí)施方式I中說明的發(fā)電元件的電子裝置的一例的便攜電話機(jī)進(jìn)行說明。圖16是本實(shí)施方式的便攜電話機(jī)的概略結(jié)構(gòu)圖。圖17是表示圖16所示的便攜電話機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造的一部分的概略圖，是表示搭載有發(fā)電元件的部分的圖。如圖17所示，發(fā)電元件50在便攜電話機(jī)30的搭載有顯示器的蓋部分的內(nèi)部中，夾著配置有顯示器的位置而在兩側(cè)分別各搭載有I個(gè)。各發(fā)電元件50與實(shí)施方式I所示的發(fā)電兀件I同樣，具備連結(jié)磁軛60a及60b、磁致伸縮棒61、線圈62、永久磁鐵63a及63b和背磁軛64。此外，如圖17所示，各發(fā)電元件50在便攜電話機(jī)30中在作為蓋部分的開閉的中心軸的軸側(cè)配置有連結(jié)磁軛60a，在便攜電話機(jī)30的端側(cè)配置有連結(jié)磁軛60b。此外，發(fā)電元件50的背磁軛64配置在比磁致伸縮棒61更靠近便攜電話機(jī)30的蓋部分的中心側(cè)。進(jìn)而，在便攜電話機(jī)30的端側(cè)，配置有重物70，以將兩個(gè)發(fā)電元件50的連結(jié)磁軛60b連結(jié)。 通過這樣的結(jié)構(gòu)，通過將便攜電話機(jī)30的蓋部分開閉，設(shè)于發(fā)電元件50的磁致伸縮棒61因該振動(dòng)而伸縮。并且，通過該伸縮，貫穿線圈62的磁通密度變化，由此進(jìn)行發(fā)電。另外，圖17所示的具備發(fā)電元件50的便攜電話機(jī)30的結(jié)構(gòu)是用來將本發(fā)明在便攜電話機(jī)中實(shí)現(xiàn)的一例，也可以是除了發(fā)電元件50以外還具備例如發(fā)生振動(dòng)的諧振振動(dòng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。(實(shí)施方式6)接著，對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式的實(shí)施方式6進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，對(duì)在由實(shí)施方式I說明的發(fā)電元件中具備諧振振動(dòng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的發(fā)電元件進(jìn)行說明。圖18A是作為諧振振動(dòng)發(fā)生機(jī)構(gòu)而具備牽拉移動(dòng)件的本實(shí)施方式的發(fā)電元件的俯視圖，圖18B是本實(shí)施方式的發(fā)電元件的側(cè)視圖，圖18C是表示本實(shí)施方式的發(fā)電元件的動(dòng)作的俯視圖。圖18A 圖18C所示的發(fā)電元件80與上述發(fā)電元件50同樣,具備連結(jié)磁軛90a及90b、磁致伸縮棒91a及91b、線圈92a及92b、永久磁鐵93a及93b和背磁軛94。此外，在連結(jié)磁軛90a上設(shè)有軸96，從連結(jié)磁軛90b向90a的方向，相對(duì)于磁致伸縮棒91a及91b在與設(shè)有背磁軛94的一側(cè)相反的一側(cè)，構(gòu)成為大致L字型的形狀。另外，在圖18C中，背磁軛94及永久磁鐵93a及93b省略了圖示。此外，如圖18A所示，連結(jié)磁軛90b具有凸部，在牽拉移動(dòng)件97上，與該凸部對(duì)應(yīng)而設(shè)有凹部。并且，如果使連結(jié)磁軛90b側(cè)的牽拉移動(dòng)件97如圖18C所示那樣以軸96為旋轉(zhuǎn)軸而移動(dòng)，則牽拉移動(dòng)件97的凹部接觸到連結(jié)磁軛90b的凸部而被卡住，連結(jié)磁軛90b的凸部被牽拉移動(dòng)件97的凹部牽拉。由此，發(fā)電元件80在與磁致伸縮棒91a及91b平行的方向上諧振振動(dòng)。S卩，通過使?fàn)坷苿?dòng)件97以軸96為旋轉(zhuǎn)軸而移動(dòng)，在連結(jié)磁軛90b中，隨著牽拉移動(dòng)件97的移動(dòng)，發(fā)電元件80受到與磁致伸縮棒91a及91b的軸向垂直的方向的力。由此,磁致伸縮棒91a及91b的一個(gè)伸展而另一個(gè)收縮而進(jìn)行發(fā)電。此外,如果一旦將牽拉移動(dòng)件97移動(dòng)，則發(fā)電元件80的諧振振動(dòng)連續(xù)地發(fā)生，所以發(fā)電能夠連續(xù)地進(jìn)行。該發(fā)電元件80通過將設(shè)有軸96的連結(jié)磁軛90a側(cè)的端面例如固定于人體的一部分、在牽拉移動(dòng)件97上例如作為重物而安裝便攜電話機(jī)等電子裝置，能夠?qū)㈦娮友b置所需要的電力通過發(fā)電元件80連續(xù)地供給。另外，在具備上述牽拉移動(dòng)件97的發(fā)電元件80中，做成了使連結(jié)磁軛90b的凸部被牽拉移動(dòng)件97的凹部牽拉的結(jié)構(gòu)，但并不限定于該結(jié)構(gòu)，也可以是其他構(gòu)造，例如也可以與實(shí)施方式4所示的發(fā)電元件連結(jié)體的一部分與磁鐵28b的結(jié)構(gòu)同樣地，連結(jié)磁軛和牽拉移動(dòng)件利用磁鐵的吸附而產(chǎn)生振動(dòng)。(實(shí)施方式7)接著，對(duì)本發(fā)明一實(shí)施方式的實(shí)施方式7進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，作為具備在實(shí)施方式I中說明的發(fā)電元件的電子裝置的一例，對(duì)監(jiān)視汽車等的輪胎的氣壓的氣動(dòng)傳感器、道路或橋梁所設(shè)置的發(fā)電裝置進(jìn)行說明。如實(shí)施方式4所示，圖19所示的安裝于汽車車體的發(fā)電元件23c是通過由車體的振動(dòng)或加速度帶來的慣性力發(fā)電的發(fā)電元件，而本實(shí)施方式的發(fā)電裝置如圖19所示，配置在輪胎102的氣動(dòng)傳感器100中。氣動(dòng)傳感器一般設(shè)在隨著汽車的行駛而旋轉(zhuǎn)的輪胎中，所以難以以有線的方式將氣動(dòng)傳感器所需要的電力從汽車主體進(jìn)行供給。因而，通常需要在氣動(dòng)傳感器內(nèi)裝備紐扣電池等小型電源。這里，通過在氣動(dòng)傳感器中設(shè)置本發(fā)明的實(shí)施方式I所示的發(fā)電元件，能夠通過輪胎的振動(dòng)進(jìn)行發(fā)電。圖20是用來對(duì)本實(shí)施方式的氣動(dòng)傳感器100進(jìn)行說明的示意圖。如圖20所示，氣動(dòng)傳感器100具備傳感器部103和發(fā)電元件101。并且，傳感器部103的一部分與輪胎102接觸而設(shè)置。此外，發(fā)電元件101配置為，將一端的連結(jié)磁軛固定于傳感器部103，使配置有重物的另一端的連結(jié)磁軛朝向輪胎的徑的內(nèi)側(cè)。并且，通過輪胎102的振動(dòng)，發(fā)電元件101振動(dòng)而進(jìn)行發(fā)電。發(fā)電的動(dòng)作的詳細(xì)情況與實(shí)施方式I所示的發(fā)電元件50是同樣的，所以省略。另外，輪胎的振動(dòng)頻率的一例是400 500Hz。此外，圖21是設(shè)在橋梁或道路上的發(fā)電裝置的例子。在橋梁或道路200上，由于每當(dāng)汽車或步行者通過時(shí)發(fā)生振動(dòng)，所以通過在橋梁或道路上設(shè)置發(fā)電裝置201，能夠利用該振動(dòng)而通過發(fā)電裝置201進(jìn)行發(fā)電。此外，也可以是在路面上設(shè)置凹凸、每當(dāng)汽車或步行者通過路面的凹凸時(shí)強(qiáng)制地發(fā)生振動(dòng)的結(jié)構(gòu)。由該發(fā)電元件201發(fā)電的電力例如也可以在安裝于橋梁上的振動(dòng)傳感器、光電告示板及照明用LED的電源等中利用。發(fā)電元件201的配置位置如圖21所示，可以是路面之下，也可以是容易發(fā)生振動(dòng)的其他位置。此外，并不限定于橋梁或道路，也可以在工廠等的設(shè)施中，在馬達(dá)、機(jī)械等的附近配置發(fā)電裝置，利用馬達(dá)、機(jī)械等的振動(dòng)進(jìn)行發(fā)電。此外，發(fā)電元件既可以是實(shí)施方式I、2所示的結(jié)構(gòu),也可以是實(shí)施方式4所示的結(jié)構(gòu)。此外，該發(fā)電裝置由于不需要來自電源的配線，所以適用于無線設(shè)備的電源。例如，可以在工廠等的設(shè)施中作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用的發(fā)電裝置加以利用。另外，在本實(shí)施方式中，將氣動(dòng)傳感器、振動(dòng)傳感器作為電子裝置的一例而進(jìn)行了說明，但并不限定于氣動(dòng)傳感器，也可以在其他電子裝置中具備發(fā)電元件。例如，也可以是將便攜電話機(jī)或音樂播放器等便攜電子設(shè)備、體內(nèi)傳感器、超小型電力供給裝置等作為電子裝置而具備發(fā)電元件的結(jié)構(gòu)。(實(shí)施方式8)接著，對(duì)本發(fā)明一實(shí)施方式的實(shí)施方式8進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，作為具備在實(shí)施方式I中說明的發(fā)電元件的發(fā)電系統(tǒng)的一例，對(duì)利用了由水流或風(fēng)流帶來的振動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行說明。圖22A 圖22C是表示本實(shí)施方式的發(fā)電裝置的圖。如圖22A及圖22B所示，本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)具備多個(gè)發(fā)電裝置300。發(fā)電裝置300具備固定部301、發(fā)電元件302和翼型片303。在發(fā)電元件302，平行地配置有兩個(gè)板狀的磁致伸縮材料(磁致伸縮板)，兩個(gè)磁致伸縮板各自的一端固定于固定部301，另一端連結(jié)于翼型片303。翼型片303具有大致板狀的形狀，翼型片303的主面以在與發(fā)電元件302的平行配置的兩個(gè)磁致伸縮板的主面大致相同的方向上配置的方式與發(fā)電元件302連結(jié)。另夕卜，固定部301相當(dāng)于本發(fā)明的連結(jié)磁軛，翼型片303相當(dāng)于本發(fā)明的連結(jié)磁軛及重物。此外，圖22C是翼型片303的俯視圖。如圖22C所示，翼型片303的厚度從大致板狀的較寬的面的一邊朝向與該一邊相對(duì)的另一邊而變薄。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，從翼型片303的板厚較厚側(cè)向較薄側(cè)發(fā)生水流或風(fēng)流，由于伴隨著流路差的壓力差，在翼型片303中發(fā)生升力。通過該升力、翼型片303及發(fā)電元件302的彈性力的作用，在翼型片303及發(fā)電元件302中發(fā)生自激振動(dòng)。通過該振動(dòng)，構(gòu)成發(fā)電元件302的兩個(gè)磁致伸縮板的一個(gè)伸展，另一個(gè)收縮。由此，磁致伸縮板的磁通變化，在卷繞在磁致伸縮板上的線圈(或者由印刷在磁致伸縮板上的配線形成的線圈)中發(fā)生電流，所以能夠進(jìn)行發(fā)電。通過將這樣的形狀的發(fā)電裝置300如圖22A所示那樣地在有一定的水流的水中或有一定的風(fēng)流的空氣中使朝向一致而配置多個(gè)的發(fā)電系統(tǒng)，能夠高效率地發(fā)電而得到較大的電力。另外，在上述發(fā)電裝置300中，使用板狀的磁致伸縮材料構(gòu)成發(fā)電元件302，但也可以與實(shí)施方式I所示的發(fā)電元件I同樣，使用棒狀的磁致伸縮材料形成發(fā)電元件302。此夕卜，翼型片303并不限定于上述形狀，只要容易發(fā)生由水流或風(fēng)流帶來的升力而容易振動(dòng)，則是怎樣的結(jié)構(gòu)都可以。進(jìn)而，構(gòu)成發(fā)電元件302的磁致伸縮材料并不限定于由兩個(gè)磁致伸縮板構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，也可以是將I個(gè)磁致伸縮板與其他具有剛性的板狀的材料貼合的、所謂的單晶片(unimorph)結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，可以在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種改良、變形。例如，在上述實(shí)施方式中，對(duì)將連結(jié)磁軛的一個(gè)固定并在另一個(gè)上配置有重物的懸臂型的發(fā)電元件進(jìn)行了說明，但并不限于懸臂型的發(fā)電元件，例如也可以是將發(fā)電元件的中央部分固定并分別在兩個(gè)連結(jié)磁軛上配置有重物的結(jié)構(gòu)。通過做成這樣的結(jié)構(gòu)，通過在發(fā)電元件的兩端配置的重物以規(guī)定的諧振頻率進(jìn)行彎曲振動(dòng)，能夠連續(xù)高效率地進(jìn)行發(fā)電。此外，也可以是將發(fā)電元件的兩端固定并在中央部分配置有重物的結(jié)構(gòu)。通過做成這樣的結(jié)構(gòu)，通過在發(fā)電元件的中央配置的重物以規(guī)定的諧振頻率進(jìn)行彎曲振動(dòng)，能夠連續(xù)高效率地進(jìn)行發(fā)電。此外，在上述實(shí)施方式中，作為構(gòu)成磁致伸縮棒的磁致伸縮材料的一例，對(duì)作為鐵鎵合金的Galfenol進(jìn)行了說明，但磁致伸縮材料并不限定于Galfenol,也可以是其他材料。例如，也可以是作為鐵鈷合金的波明德合金，也可以是其他材料。此外，為了增大相對(duì)于拉伸應(yīng)力的磁化的變化，也可以使用通過預(yù)先實(shí)施應(yīng)力退火處理而附加了壓縮應(yīng)力的磁致伸縮材料。此外，磁致伸縮棒的形狀在上述實(shí)施方式中并不限定于長方體的棒狀的形狀，例如也可以是圓柱狀的棒狀的形狀，也可以是其他形狀。此外，磁致伸縮棒的大小并不限定于上述例子而可以變更。此外，磁致伸縮棒的形狀不限定于棒狀，也可以是板狀，也可以是磁致伸縮薄板、磁致伸縮膜。此外，上述發(fā)電元件采用具備具有永久磁鐵的背磁軛的結(jié)構(gòu)，但也可以是不具備背磁軛的結(jié)構(gòu)。此外，背磁軛的形狀并不限定于上述形狀，也可以是其他形狀。
此外，在上述實(shí)施方式中，采用分別形成在兩個(gè)磁致伸縮棒上的各線圈之間被樹脂填埋而成為一體的結(jié)構(gòu)，但線圈也可以不是成為一體的結(jié)構(gòu)。此外，線圈的匝數(shù)在各線圈中既可以相同也可以不同。此外，線圈也可以不是卷繞在磁致伸縮棒上而形成的，例如也可以是在磁致伸縮棒的周圍印刷形成配線圖案的結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明的發(fā)電元件向電子裝置的應(yīng)用并不限定于上述便攜電話機(jī)、氣動(dòng)傳感器等，例如作為利用了由人或動(dòng)物的步行所帶來的振動(dòng)的振動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，也可以適用于對(duì)人及動(dòng)物使用的無線傳感器等。具體而言，如圖23所示，將對(duì)發(fā)電元件401安裝了適度的重物402而得到的發(fā)電設(shè)備403用由橡膠等彈性體構(gòu)成的彈性帶405固定到腳腕上。在步行時(shí)，當(dāng)使腳著地到地面上時(shí)，速度迅速地成為0，發(fā)生大的加速度，這在重物402上瞬間作用較大的慣性力。通過該慣性力，在所連結(jié)的發(fā)電元件401中激振出自由振動(dòng)，能夠進(jìn)行發(fā)電。 進(jìn)而，在該電力下，例如可以使設(shè)在發(fā)電設(shè)備中的GPS動(dòng)作而掌握人的位置信息或動(dòng)物的行動(dòng)等。一般而言，在這樣的系統(tǒng)中需要電池，但如果使用本發(fā)明的發(fā)電裝置，能夠無電池而半永久地使用。另外，安裝上述發(fā)電設(shè)備403的位置不僅是腳腕，也可以是手腕、其他部位。通過做成這樣的結(jié)構(gòu),例如,手指不能動(dòng)作的身體不自由的人在身體的一部分上安裝發(fā)電設(shè)備并使該部分搖擺，或者在地板、床等上安裝發(fā)電設(shè)備并對(duì)床等進(jìn)行敲打，從而能夠作為利用振動(dòng)進(jìn)行意思表示的發(fā)電設(shè)備加以使用。此外，在本發(fā)明的發(fā)電元件中，將上述實(shí)施方式的任意的構(gòu)成要素組合而實(shí)現(xiàn)的別的實(shí)施方式、對(duì)實(shí)施方式在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)實(shí)施本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的各種變形而得到的變形例、具備本發(fā)明的發(fā)電元件的各種設(shè)備等例如便攜電話機(jī)或音樂播放器等便攜電子設(shè)備、體內(nèi)傳感器、超小型電力供給裝置等也包含在本發(fā)明中。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明作為在發(fā)生振動(dòng)的設(shè)備等、特別是日常發(fā)生振動(dòng)的便攜電話機(jī)或音樂播放器等電子裝置中搭載的發(fā)電元件而具有實(shí)用性。此外，對(duì)于在發(fā)生振動(dòng)的場(chǎng)所中設(shè)置的設(shè)備、例如橋梁、道路上的照明用LED電燈或光電告示板等具有實(shí)用性。進(jìn)而，作為利用水流或風(fēng)流的發(fā)電裝置而具有實(shí)用性，能夠在廣泛的領(lǐng)域中使用。標(biāo)號(hào)說明1、23、50、80、101、302、401 發(fā)電元件10a、10b、25a、25b、25c、25d、60a、60b、90a、90b 連結(jié)磁軛IOc連結(jié)磁軛(連結(jié)磁軛、剛性棒)IOdUOe可動(dòng)磁軛(背磁軛)lla、llc、61、91a磁致伸縮棒(第I磁致伸縮棒)lib,91b磁致伸縮棒(第2磁致伸縮棒、剛性棒)Ild磁致伸縮棒(背磁軛)12a、12b、12c、62、92a、92b 線圈12d線圈(背磁軛)14a、14b、19c、63a、63b、93a、93b 永久磁鐵15、19a、19b、64、94 背磁軛20、27、29a、70、402 重物
23a、23b、23c、201、300 發(fā)電裝置24,26固定部(連結(jié)磁軛)30便攜電話機(jī)(電子裝置、發(fā)電裝置)100氣動(dòng)傳感器(電子裝置、發(fā)電裝置)301固定部(連結(jié)磁軛)303翼型片(連結(jié)磁軛)403發(fā)電設(shè)備(電子裝置)
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電元件，其特征在于， 具備 第I磁致伸縮棒，由磁致伸縮材料構(gòu)成； 剛性棒，由磁性材料構(gòu)成，該磁性材料具有用來對(duì)上述第I磁致伸縮棒施加均勻的壓縮力或拉伸力的剛性及形狀，該剛性棒與上述第I磁致伸縮棒平行地配置； 第I線圈，卷繞在上述第I磁致伸縮棒上；以及 兩個(gè)連結(jié)磁軛，設(shè)在上述第I磁致伸縮棒及上述剛性棒的各自的兩端，以將上述第I磁致伸縮棒與上述剛性棒連結(jié)； 通過與上述第I磁致伸縮棒的軸向垂直的方向的振動(dòng)，上述第I磁致伸縮棒伸展或收縮，由此該發(fā)電元件進(jìn)行發(fā)電。
2.如權(quán)利要求I所述的發(fā)電元件，其特征在于， 上述剛性棒是由磁致伸縮材料構(gòu)成的第2磁致伸縮棒； 該發(fā)電元件還具備卷繞在上述第2磁致伸縮棒上的第2線圈； 通過與上述第I磁致伸縮棒及上述第2磁致伸縮棒的軸向垂直的方向的振動(dòng)，上述第I磁致伸縮棒及上述第2磁致伸縮棒的一個(gè)伸展，另一個(gè)收縮，由此該發(fā)電元件進(jìn)行發(fā)電。
3.如權(quán)利要求I所述的發(fā)電元件，其特征在于， 上述第I磁致伸縮棒的易磁化方向與上述第I磁致伸縮棒的軸向平行。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)電元件，其特征在于， 上述第I磁致伸縮棒及上述第2磁致伸縮棒的各自的易磁化方向與上述第I磁致伸縮棒及第2磁致伸縮棒的各自的軸向平行。
5.如權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的發(fā)電兀件,其特征在于， 上述發(fā)電元件還具備背磁軛，該背磁軛具有磁鐵。
6.如權(quán)利要求I 5中任一項(xiàng)所述的發(fā)電兀件,其特征在于， 上述兩個(gè)連結(jié)磁軛的一個(gè)被固定，另一個(gè)具有重物。
7.如權(quán)利要求I 6中任一項(xiàng)所述的發(fā)電兀件,其特征在于， 上述發(fā)電元件以2次諧振模式進(jìn)行諧振。
8.如權(quán)利要求I 7中任一項(xiàng)所述的發(fā)電兀件,其特征在于， 上述重物的上述磁致伸縮棒的軸向的長度，具有比與上述磁致伸縮棒的軸向垂直的方向的長度長的形狀。
9.如權(quán)利要求I所述的發(fā)電元件，其特征在于， 設(shè)上述第I線圈的匝數(shù)為N匝，則上述第I線圈由具有N/K匝的匝數(shù)的K個(gè)并聯(lián)連接的線圈構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求2所述的發(fā)電元件，其特征在于， 設(shè)上述第I線圈及上述第2線圈的各自的匝數(shù)為N匝，則上述第I線圈及上述第2線圈分別由具有N/K匝的匝數(shù)的K個(gè)并聯(lián)連接的線圈構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求I或2所述的發(fā)電元件，其特征在于， 具備平行配置的多個(gè)上述發(fā)電元件； 上述多個(gè)發(fā)電元件串聯(lián)地連接。
12.如權(quán)利要求I 11中任一項(xiàng)所述的發(fā)電元件，其特征在于，上述磁致伸縮材料具有延展性。
13.如權(quán)利要求I 12中任一項(xiàng)所述的發(fā)電元件，其特征在于，上述磁致伸縮材料是鐵鎵合金。
14.如權(quán)利要求I 12中任一項(xiàng)所述的發(fā)電元件，其特征在于，上述磁致伸縮材料是鐵鈷合金。
15.一種發(fā)電裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求I 14中任一項(xiàng)所述的發(fā)電兀件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種對(duì)于彎曲及沖擊承受力較強(qiáng)且發(fā)電量多的發(fā)電元件、以及具備發(fā)電元件的發(fā)電裝置。發(fā)電元件(1)具備第1磁致伸縮棒(11a)，由磁致伸縮材料構(gòu)成；剛性棒(11b)，由具有用來對(duì)第1磁致伸縮棒(11a)施加均勻的壓縮力或拉伸力的剛性及形狀的磁性材料構(gòu)成，與第1磁致伸縮棒(11a)平行地配置；第1線圈(12c)，卷繞在第1磁致伸縮棒(11a)上；以及兩個(gè)連結(jié)磁軛(10a、10b)，設(shè)在第1磁致伸縮棒(11a)及剛性棒(11b)的各自的兩端，以將第1磁致伸縮棒(11a)與剛性棒(11b)連結(jié)；通過與第1磁致伸縮棒(11a)的軸向垂直的方向的振動(dòng)，第1磁致伸縮棒(11a)伸展或收縮，由此進(jìn)行發(fā)電。
文檔編號(hào)H02N2/00GK102986129SQ20118003007
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者上野敏幸, 池畑芳雄, 山田外史 申請(qǐng)人:國立大學(xué)法人金澤大學(xué)