发电元件及致动器

技术领域

本发明涉及一种振动发电用的发电元件及致动器。

背景技术

近年来，利用身旁的振动而发电的技术的开发持续进行中，该技术之一有利用强磁性体的磁致伸缩效应。

所谓磁致伸缩效应，是指于对强磁性体赋予磁场时(强磁性体磁化时)变形的效果，由磁致伸缩效应所引起的变形量大的材料称为磁致伸缩材料。

磁致伸缩材料亦具备如下的反磁致伸缩效应：通过因外力的附加而于其内部产生的压缩/拉伸应力而变形，使磁化(磁力线)大幅度变化。例如存在受到压缩力而磁力线改变1特斯拉以上的磁致伸缩材料。利用由反磁致伸缩效应所引起的磁通的时间性变化的发电元件对于小的外力的附加，可以高效率来发电，因此受到极大关注(专利文献1及2)。

图27(a)中示出利用反磁致伸缩效应的发电元件的一般构成。

该发电元件大致由发电部、磁轭及磁石构成。

发电部大致由以下构件构成：磁致伸缩板，其由磁致伸缩材料构成；线圈，其卷绕于磁致伸缩板上；以及磁性部，其具有用以对磁致伸缩板施加均匀的压缩力或拉伸力的刚性及形状，且与磁致伸缩板平行地配置。

磁轭由弯曲为コ字状的磁性材料构成，且隔着该弯曲部位，其中一个端部成为固定端，另一端部成为自由端。自由端与固定端及弯曲部位相比较，宽度变窄，该变窄的部位相当于磁性部。于磁性部的上表面固定有磁致伸缩板。于固定端的内表面(上表面)安装有磁石，于磁石与自由端的内表面(下表面)之间形成有空隙。

而且，从图27(b)所示的静止状态起，使振动源驱动，使自由端及固定端振动，于图27(c)所示的自由端及固定端打开的状态下，使磁致伸缩板的内部产生压缩应力，于图27(d)所示的关闭状态下产生拉伸应力，由此，形成利用反磁致伸缩效应而由发电部进行发电的结构。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利第4905820号公报

[专利文献2]国际公开第2015/141414号

发明内容

[发明所欲解决的问题]

但，上述现有技术中产生如下所述的问题。

如图28所示，因外力的附加而自由端及固定端振动，于在磁致伸缩板的内部产生的应力由压缩转为拉伸之间，通过磁致伸缩板的磁通的磁通密度增加(参照箭头A)，与此相对，通过磁性部的磁通的磁通密度减少(参照箭头B)。发电部中的电动势(感应电压或感应电流)与通过线圈的内部的磁通(磁力线)的时间变化的大小成比例，因此如现有技术般，于通过磁致伸缩板的磁通的磁通密度增加/减少时，通过磁性部的磁通的磁通密度减少/增加，成为使电动势下降的重要因素。

又，若使用磁致伸缩材料，则发电元件的制造成本升高，因此谋求可以更低的成本而大量生产的振动发电用的发电元件。

本发明考虑到上述问题，目的为提供一种电动势增加、可以低成本而大量生产的振动发电用的发电元件及致动器。

[解决问题的手段]

本发明的发电元件中，以由磁性材料构成且具备固定端及自由端的磁轭、对上述磁轭赋予磁偏的主磁石、及形成在与上述自由端连接的位置的第1间隙构成主串联磁路；以由磁性材料构成且安装于上述磁轭上的辅助轭、对上述辅助轭赋予磁偏的辅助磁石、隔着上述自由端而形成在与上述第1间隙对向的位置的第2间隙、上述磁轭、上述主磁石、及上述第1间隙构成辅助串联磁路；于将通过上述主串联磁路的磁通设为主磁通，且将通过上述辅助串联磁路的磁通设为辅助磁通的情形时，通过上述第1间隙的上述主磁通与上述辅助磁通的朝向一致；并且利用如下情况，即，通过外力的附加，上述自由端振动，上述第1间隙与上述第2间隙的磁阻相反地增减的情况，而使通过卷绕于上述磁轭上的线圈的内部的主磁通的变化量增加。

又，特征在于：上述磁轭隔着コ字状的弯曲部位，其中一个端部为上述固定端，另一端部为上述自由端。

又，特征在于：具备形成于上述磁轭的一部分上的磁性部、及由磁致伸缩材料构成的磁致伸缩板，上述磁性部具有用于对上述磁致伸缩板施加均匀的压缩力或拉伸力的刚性及形状，上述磁致伸缩板以与上述磁性部成为平行的方式安装于上述磁轭上，并且通过外力的附加，上述磁致伸缩板伸长或收缩。

本发明的致动器的特征在于：具备与上述发电元件相同的构造，并且通过于上述线圈中流通电流而使上述第1间隙的长度变化，使上述自由端振动。

本发明的致动器的特征在于：具备与上述发电元件相同的构造，并且通过于上述线圈中流通电流而使上述磁致伸缩板伸缩，使上述自由端振动。

[发明的效果]

本发明中，利用如下情况，即，若通过外力的附加，自由端振动，则第1间隙与第2间隙的磁阻相反地增减的情况，而使通过线圈的内部的主磁通的变化量增加，因此与现有的发电元件相比较，可使电动势增加。

又，即便发电元件为不具备磁致伸缩板的构成，亦可使主磁通的变化量增加，因此可以更低的成本而大量生产发电元件。

又，于发电元件为具备磁致伸缩板的构成的情形时，可使随着自由端振动，第1间隙与第2间隙的磁阻相反地增减而产生的主磁通的磁通密度的减少/增加，以及随着磁致伸缩板上所产生的压缩应力/拉伸应力的变化而产生的主磁通的磁通密度的减少/增加的时机一致，因此可进一步增加电动势。

若对于上述构成的发电元件，于线圈中流通电流，则利用由线圈产生的磁场，第1间隙的长度变化，或磁致伸缩板伸缩，磁轭的自由端振动，因此可使其作为致动器发挥功能。

附图说明

图1是表示第1实施方式的发电元件的构造的纵剖面图(a1)及前视图(a2)、表示静止状态的发电元件的纵剖面图(b1)及前视图(b2)、表示打开状态的发电元件的纵剖面图(c1)及前视图(c2)、表示关闭状态的发电元件的纵剖面图(d1)及前视图(d2)。

图2是磁轭的静止状态、打开状态及关闭状态的磁化曲线的图表。

图3是表示第2实施方式的发电元件的构造的纵剖面图(a1)及前视图(a2)、表示静止状态的发电元件的纵剖面图(b1)及前视图(b2)、表示打开状态的发电元件的纵剖面图(c1)及前视图(c2)、表示关闭状态的发电元件的纵剖面图(d1)及前视图(d2)。

图4是表示磁轭及磁致伸缩板的静止状态、打开状态及关闭状态的磁化曲线的图表。

图5是表示第3实施方式的发电元件的构造的纵剖面图(a)及俯视图(b)。

图6是表示发电元件的变形例的纵剖面图。

图7是表示第4实施方式的发电元件的纵剖面图(a)、磁致伸缩板300的端部与沟槽的放大图(b)、发电元件的俯视图(c)。

图8是表示第5实施方式的发电元件的纵剖面图(a)及前视图(b)。

图9是表示第6实施方式的发电元件的纵剖面图。

图10是表示将第7实施方式的磁轭与辅助轭一体化的构成的侧视图(a)、发电元件的侧视图(b)、发电元件的变形例的侧视图(c)及(d)。

图11是第8实施方式的发电元件的右侧视图(a)、左侧视图(b)、A-A线剖面图及其部分放大图(c)、表示变形状态的A-A线剖面图(d)。

图12是从右侧来看第8实施方式的发电元件的情形时的立体图(a)及从左侧来看的情形时的立体图(b)。

图13是第8实施方式的发电元件的变形例的右剖面图(a)及受风用构件的纵剖面图(b)、表示其他变形例的左侧视图(c)及A-A线剖面图(d)。

图14是表示实施例1的模型1的构造的图。

图15是表示实施例1的模型2的构造的图。

图16是表示实施例1的模型3的构造的图。

图17是表示磁通密度的计算方法的图。

图18是表示磁通密度计算模型的图。

图19是表示模型1的磁通密度的分布的图(a)及图表(b)。

图20是表示模型2的磁通密度的分布的图(a)及图表(b)。

图21是表示模型3的磁通密度的分布的图(a)及图表(b)。

图22是表示模型1～3的磁通变化量及磁通密度变化量的表。

图23是表示实施例2的发电元件的构造的照片(a)～(c)。

图24是表示将发电元件安装于振动产生器上的状态的照片。

图25是表示开路电压的时间变化的图表(a)以及表示磁通与位移的关系的图表(b)。

图26是表示实施例3的发电元件的开路电压的时间变化的图表。

图27是表示现有的发电元件的构造的纵剖面图(a1)及前视图(a2)、表示静止状态的发电元件的纵剖面图(b)、表示打开状态的发电元件的纵剖面图(c)以及表示关闭状态的发电元件的纵剖面图(d)。

图28是现有的发电元件的磁轭及磁致伸缩板的静止状态、打开状态及关闭状态的磁化曲线的图表。

具体实施方式

[第1实施方式]

其次，对本发明的发电元件1的第1实施方式进行说明。

如图1(a1)及(a2)所示，本实施方式的发电元件1大致由主串联磁路100及辅助串联磁路200构成。

主串联磁路100具备磁轭110、主磁石120及第1间隙130。

磁轭110由磁性材料构成且具备自由端111及固定端113。本实施方式的磁轭110具备自由端111、弯曲部位112及固定端113的侧视コ字状，且由磁性材料构成。磁轭110用的磁性材料可利用碳钢(SS400、SC、SK材)、铁氧体系不锈钢(SUS430)等。

磁轭110以隔着弯曲部位112，其中一个端部成为固定端113，且另一端部成为自由端111的方式，以所谓悬臂梁的状态来固定支持。本发明中，“コ字状”中亦包含所谓的“U字状”，其从磁轭110的自由端111侧向固定端113侧描画流畅的曲线而弯曲；又，亦包含所谓的“V字状”，其中自由端111侧与固定端113侧的间隔随着从弯曲部位112朝向自由端111侧的端部及固定端113侧的端部而逐渐扩大。

如图1(a2)所示，固定端113与弯曲部位112的宽度(左右方向的长度)相等，较固定端113及弯曲部位112而言，自由端111的宽度变窄。

亦可于磁轭110的自由端111上安装用以调整振动时的共振频率的锤或振动板。

线圈140卷绕于磁轭110的自由端111上。线圈140根据电磁感应的定律，与通过其空芯部内的磁通的时间变化成比例而产生电压。线圈140的材料并无特别限定，但例如可使用铜线。又，可通过变更线圈140的圈数而调整电压的大小。卷绕线圈140的位置并不限定为自由端111，亦可为固定端113或弯曲部位112。又，亦可将多个线圈140卷绕于磁轭110上。

亦可于磁轭110的固定端113上安装用以将发电元件1固定于振动源上的金属零件。

主磁石120是用以对磁轭110赋予磁偏的构件。本实施方式的主磁石120为永久磁石，将其下部的S极侧固定于固定端113的内表面(上表面)。作为主磁石120，亦可不为永久磁石，而使用电磁石。具有如下优点：可通过调整于电磁石的线圈中流通的电流，而调整对构成主串联磁路100的各部的磁偏的量。又，于将发电元件1大型化的情形时，难以利用钕铁硼系的永久磁石。其原因为，大型的永久磁石价格高，并且由于强力的磁力发挥作用而难以组装。如此一来，对于大型的发电元件1适合使用电磁石。于使用电磁石来作为主磁石120的情形时，只要使固定端113的内表面的一部分向上方突出，且于该突出部位上缠绕电磁石的线圈，或者于磁轭110的一部分上直接缠绕电磁石的线圈即可。

第1间隙130是形成在与自由端111接触的位置的空间。本实施方式中，由自由端111的下表面、及主磁石120的上部的N极侧夹持上下的空间成为第1间隙130。若因外力的负荷而自由端111振动，则第1间隙130的长度h1变化。

如图1(b1)及(b2)所示，通过主串联磁路100的主磁通150从主磁石120的N极出发，通过第1间隙130、磁轭110的自由端111、弯曲部位112、固定端113而返回至主磁石120的S极。主串联磁路100为一个封闭磁路，成为利用主磁通150而对构成主串联磁路100的各部施加磁偏的状态。

只要能使主磁通150通过主串联磁路100，则主磁石120的位置并无特别限定，较佳为配置于位于固定端113及自由端111之间的内部空间中。

辅助串联磁路200具备：辅助轭210、辅助磁石220、第2间隙230、磁轭110、主磁石120及第1间隙130。

辅助轭210由磁性材料构成且安装于磁轭110上。作为辅助轭210用的磁性材料，可利用碳钢(SS400、SC、SK材)、铁氧体系不锈钢(SUS430)等。本实施方式的辅助轭210是由于铅直部211及水平部212而成为正视L字状。将铅直部211的下端固定于固定端113的侧面，将水平部212从铅直部211的上端延伸至覆盖自由端111的上方的位置。作为辅助轭210的其他形状，例如亦可如图11所示，通过设置从铅直部211的下端起于水平方向上延伸的第2水平部213而成为正视コ字状，将第2水平部213的上表面固定于固定端113的下表面。

辅助磁石220是用以对辅助轭210赋予磁偏的构件。本实施方式的辅助磁石220为永久磁石，将其上部的N极侧固定于水平部212的下表面。作为辅助磁石220，亦可不为永久磁石，而使用电磁石。

第2间隙230是隔着自由端111而形成在与第1间隙130对向的位置的空间。本实施方式中，由辅助磁石220的下部的S极侧及自由端111的上表面隔着上下的空间成为第2间隙230。此外，第1间隙130与第2间隙230是隔着自由端111而形成于对向的位置，所谓“对向”，意指至少自由端111存在于第1间隙130与第2间隙230之间。

若因外力的负荷而自由端111振动，则第2间隙230的长度h2变化。即，若因外力的附加而自由端111向上方移动，第1间隙130的长度h1增加，则第2间隙230的长度h2减少；若自由端111向下方移动，第1间隙130的长度h1减少，则第2间隙230的长度h2增加。换言之，通过自由端111，间隙分割为第1间隙130及第2间隙230，且随着自由端111的上下移动，长度h1与h2相反地增减。此外，长度h1及h2必须设定为于上下方向振动的自由端111不接触主磁石120及辅助磁石220的程度的值。

如图1(b1)及(b2)所示，通过辅助串联磁路200的辅助磁通240从辅助磁石220的N极出发，通过辅助轭210的水平部212、铅直部211，且从磁轭110的固定端113起通过主磁石120、第1间隙130、自由端111、第2间隙230而返回至辅助磁石220的S极。辅助串联磁路200为一个封闭磁路，成为通过辅助磁通240而对构成辅助串联磁路200的各部施加磁偏的状态。

只要可使辅助磁通240于辅助串联磁路200中通过，则辅助磁石220的位置并无特别限定，较佳为配置于外部空间，即，由固定端113与自由端111所夹持的内部空间以外的空间中。但，必须使通过第1间隙130的主磁通150与辅助磁通240的朝向一致。

其次，对发电元件1的动作进行说明。

如图1(b1)及(b2)所示，若对以固定于振动源上的状态静止的发电元件1附加外力而使其激振，则重复以下状态：如图1(c1)及(c2)所示，磁轭110的自由端111及固定端113以打开的方式变形的状态(以下称为“打开状态”)；以及如图1(d1)及(d2)所示，以关闭的方式变形的状态(以下称为“关闭状态”)。

于打开状态下，与静止状态相比较，由于第1间隙130的长度h1增加，故而第1间隙130的磁阻亦增加，且由于第2间隙230的长度h2减少，故而第2间隙230的磁阻亦减少。通过第1间隙130的磁阻增加，主磁通150减少，但减少的部分的磁通会通过辅助串联磁路200，因此辅助磁通240增加。

另一方面，于关闭状态下，与静止状态相比较，由于第1间隙130的长度h1减少，故而第1间隙130的磁阻亦减少，且由于第2间隙230的长度h2增加，故而第2间隙230的磁阻亦减少。通过第2间隙230的磁阻增加，辅助磁通240减少，但减少的部分的磁通会通过主串联磁路100，因此主磁通150增加。

如上所述，利用如下情况，即，若通过外力的附加，自由端111振动，则第1间隙130与第2间隙230的磁阻相反地增减的情况，可使通过线圈140的内部的主磁通150的变化量增加，使电动势增加。

图2表示磁轭110的静止状态、打开状态及关闭状态的磁化曲线的图表。

于发电元件1不具备辅助串联磁路200的情形时，磁通仅从打开状态的○变化至关闭状态的○(参照箭头C)。另一方面，于如本发明般，发电元件1具备辅助串联磁路200的情形时，磁通从打开状态的□变化至关闭状态的□(参照箭头D)。即便为发电元件1不具备辅助串联磁路200的构成，亦可通过磁轭110振动，第1间隙130的长度h1增减，而使通过磁轭110的磁通变化，从而发电，但如本发明般，通过具备辅助串联磁路200，可使主磁通150的变化量进而增加，从而使电动势进而增加。

[第2实施方式]

其次，对本发明的发电元件的第2实施方式进行说明，但对于成为与上述第1实施方式相同的构造的部位标注同一符号，且省略其说明。

如图3(a1)及(a2)所示，本实施方式的发电元件2的特征在于具备磁致伸缩板300及磁性部310。

磁致伸缩板300是由磁致伸缩材料构成的棒状构件。磁致伸缩板300由于受到外力会收缩/伸长，故较佳为以具有延性的磁致伸缩材料构成。磁致伸缩材料的种类并无特别限定，例如可使用铁镓合金，除此以外，例如亦可为铁钴合金，或可利用Fe-Al、Fe-Si-B合金等周知的磁致伸缩材料。又，不仅为结晶状态的材料，亦可为非晶状态的材料。进而，为了增大相对于拉伸应力的磁化的变化，亦可使用通过预先实施应力退火处理而附加压缩应力的磁致伸缩材料。磁致伸缩板300的形状只要为棒状即可，例如可举出长方体。

磁致伸缩板300利用焊接、硬焊、电阻熔接、雷射熔接、超声波接合等周知的方法而安装于磁性部310的上表面。

磁性部310形成于磁轭110的一部分上。由磁性部310及磁致伸缩板300而构成平行梁部320。

于本实施方式中，使自由端111的一部分的宽度于左右方向上狭窄，将该部位设为磁性部310。如上所述，磁轭110由磁性材料构成，故而磁性部310亦由磁性材料构成。亦可通过使磁性部310的上下方向的厚度稍微变薄，而于磁性部310与磁致伸缩板300之间设置空间。

磁性部310具有如下的刚性及形状：当对磁轭110附加外力时，对磁致伸缩板300的剖面施加均匀的压缩力或拉伸力。即，以具备必要的刚性及形状的方式来设计磁性部310，上述刚性及形状是为了于平行梁部320因外力的附加而挠曲时，使中立轴(不会由于应力成为零而收缩/伸长的面)位于磁致伸缩板300的剖面外。用以使磁致伸缩板300内的应力成为相同的拉伸、或者压缩的条件为：应力成为零的中立轴位于磁致伸缩板300与磁性部310之间、或者位于磁性部310。

作为磁性部310的形状的一例，于利用Fe-Ga合金作为磁致伸缩板300的材料的情形时，较佳为磁性部310的左右的宽度为2mm、上下的厚度为0.5mm左右。又，于利用SUS430或者SS400、SC50钢作为磁轭110的材料的情形时，较佳为磁性部310的左右的宽度为2mm、上下的厚度为0.5mm、平行梁部320(磁致伸缩板300及磁性部310)的长度为7mm左右。又，于磁致伸缩板300与磁性部310之间设置空间的情形时，空间的厚度较佳为1mm左右。

虽将线圈140卷绕于平行梁部320的周围，但并不限定于此，亦可卷绕于固定端113的周围。

在如图3(b1)及(b2)所示，对以固定于振动源上的状态静止的发电元件2附加外力而使其激振后，重复以下状态：如图3(c1)及(c2)所示般磁轭110为打开状态以及如图3(d1)及(d2)所示般为关闭状态。

由于平行梁部320的中立轴(应力为零的位置)位于磁致伸缩板300与磁性部310之间，故而于打开状态下，磁致伸缩板300的内部的应力成为均匀的压缩，且于关闭状态下，磁致伸缩板300的内部的应力成为均匀的拉伸。其结果为，通过磁致伸缩板300的主磁通150由于反磁致伸缩效应而于打开状态下减少，且于关闭状态下增加。

如第1实施方式中所说明，于打开状态下，通过第1间隙130的磁阻增加，主磁通150的磁通密度减少。进而于本实施方式中，亦通过磁致伸缩板300压缩，主磁通150的磁通密度减少。另一方面，于关闭状态下，通过第1间隙130的磁阻减少，主磁通150的磁通密度增加。进而，通过磁致伸缩板300伸长，主磁通150的磁通密度增加。

图4表示磁轭110的静止状态(无负荷)、打开状态(磁致伸缩板300压缩)以及关闭状态(磁致伸缩板300拉伸)的磁化曲线的图表。

于在磁致伸缩板300的内部产生的应力从压缩转为拉伸的期间，通过磁致伸缩板300的磁通的磁通密度从○增加至○(参照箭头E)，进而，通过磁性部310的磁通的磁通密度亦从□增加至□(参照箭头F)。

本实施方式中，可使随着自由端111振动，第1间隙130与第2间隙230的磁阻相反地增减而产生的主磁通150的磁通密度的减少/增加，与随着磁致伸缩板300上所产生的压缩应力/拉伸应力的变化而产生的主磁通150的磁通密度的减少/增加的时机一致，因此与第1实施方式的构成相比较，可进一步增加电动势。

[第3实施方式]

其次，对本发明的发电元件的第3实施方式进行说明，但对成为与上述各实施方式相同的构造的部位标注同一符号，且省略其说明。

如图5所示，本实施方式的发电元件的特征在于：于固定端113与主磁石120之间具备间隔件330。

于不具备间隔件330的构成的情形时，于固定端113的内表面(上表面)中与主磁石120的端部接触的位置附近的磁通密度局部地升高，存在产生磁饱和的可能性。局部的磁饱和会阻碍主磁通150的通过，成为使电动势下降的主要原因。通过如本实施方式般，于固定端113与主磁石120之间具备间隔件330，则主磁石120不直接接触固定端113，可防止局部的磁饱和的发生。

间隔件330的材料可为磁性体，亦可为非磁性体，但于磁性体的情形时，获得使主磁通150所通过的磁路扩展的效果，主磁通150容易通过，因此更佳。

于如图6所示，于在自由端111与固定端113上分别安装磁致伸缩板300的构成的情形时，安装有主磁石120的固定端113侧的主磁通150的磁通密度增大，自由端111侧的主磁通150的磁通密度减小。因此，导致自由端111侧的磁致伸缩板300的特性与固定端113侧的磁致伸缩板300的特性不同，存在磁通难以流通的问题。如本实施方式般，于固定端113与主磁石120之间配置间隔件330，使从固定端113的上表面至主磁石120为止的距离与从主磁石120至自由端111的下表面为止的距离大致相等，由此，固定端113与自由端111的主磁通150的磁通密度大致相等，从而可使固定端113侧的磁致伸缩板300的特性与自由端111侧的磁致伸缩板300的特性大致一致。

[第4实施方式]

其次，对本发明的发电元件的第4实施方式进行说明，但对成为与上述各实施方式相同的构造的部位标注同一符号，且省略其说明。

如图7所示，本实施方式中特征在于，于自由端111的上表面中与磁致伸缩板300的下表面的角部接触的位置附近设置沟槽340。

本发明中，主磁通150的变化量增大，且由于磁致伸缩效应，磁致伸缩板300的伸缩量增加，因此存在固定于磁性部310上的磁致伸缩板300脱离的顾虑。会有此现象，于磁致伸缩板300的端部与磁轭110的自由端111的上表面所形成的角部产生的应力集中的影响甚大。如本实施方式般，于磁轭110的自由端111的上表面设置沟槽340，设为磁致伸缩板300的端部直线状地与沟槽340的端部相连的构造，可通过消除角部而防止应力集中，从而可防止磁致伸缩板300脱落。

沟槽340的形状较佳为于纵剖面中沿着前后方向的半圆形，但并不限定于此。又，沟槽340的左右方向的长度若为较磁致伸缩板300的宽度(左右方向的长度)更长，且较磁轭110的宽度更短的程度，则不会使磁轭110的耐久性下降，因此较佳。

亦可将沟槽340设置于自由端111的上表面中与磁致伸缩板300的角部接触的前后2个部位。

[第5实施方式]

其次，对本发明的发电元件的第5实施方式进行说明，但对成为与上述各实施方式相同的构造的部位标注同一符号，且省略其说明。

如图8所示，本实施方式中特征在于：使用电磁石350作为辅助磁石220。构成电磁石350的线圈351卷绕于辅助轭210的铅直部211。具有如下优点：可通过调整于线圈351中流通的电流而调整辅助轭210的磁偏的量。

[第6实施方式]

其次，对本发明的发电元件的第6实施方式进行说明，但对成为与上述各实施方式相同的构造的部位标注同一符号，且省略其说明。

如图9所示，本实施方式中特征在于：可将辅助轭210的位置于前后方向上变更。

用以变更辅助轭210的位置的机构并无特别限定，例如可举出如下构成：于固定端113的侧面设置于前后方向延伸的凸部，于辅助轭210的铅直部211的侧面设置于前后方向延伸的凹部，且将凸部嵌入凹部中。辅助轭210的向前后方向的移动是由凸部来引导。通过调节辅助轭210的前后方向的位置，可调整对构成辅助串联磁路200的各部的磁偏的量。

[第7实施方式]

其次，对本发明的发电元件的第7实施方式进行说明，但对成为与上述各实施方式相同的构造的部位标注同一符号，且省略其说明。

如图10(a)所示，本实施方式中特征在于：使磁轭360与辅助轭370一体化。

磁轭360与上述各实施方式同样，包括自由端361、弯曲部位362及固定端363。辅助轭370的铅直部371从固定端363的端部向上方延伸，且水平部372从铅直部371的上端向前方延伸。于水平部372的前端的下表面安装有辅助磁石220。

通过将磁轭360与辅助轭370设为一体构造，例如仅利用模具来冲压磁性体，可将磁轭360与辅助轭370同时成形，因此可对发电元件的低成本化及大量生产做出贡献。

亦可如图10(b)所示，于磁轭360的自由端361的前端安装锤380。通过安装锤380，可调整振动时的共振频率。

如图10(c)所示，亦可使辅助轭370的水平部372的上下方向的长度随着从后方向前方而增大(或者减小)，设为可变更辅助磁石220的位置的构造。通过变更辅助磁石220的前后方向的位置，变更第2间隙230的长度h2，可调整对构成辅助串联磁路200的各部的磁偏的量。

如图10(d)所示，亦可为使铅直部400从磁轭360的弯曲部位362向上方延伸，且使水平部410从铅直部400的上端向后方延伸的构成。于该情形时，于自由端361的前端侧形成大空间，因此通过于该空间内配置锤380，可增大锤380的向上下方向的振幅量。又，亦具有可延长自由端361的优点、或可将线圈140从自由端361的前端侧容易地插入的优点。

[第8实施方式]

其次，对本发明的发电元件的第8实施方式进行说明，但对成为与上述各实施方式相同的构造的部位标注同一符号，且省略其说明。

如图11及图12所示，本实施方式中特征在于：磁轭500在平面上弯曲。具体而言，磁轭500以平面的形状来夹持2个コ字状的弯曲部位501而具备2个固定端502及1个自由端503，更包括将2个固定端502的表面的前端彼此连接，而担负磁路的作用的主轭504。

主轭504通过其长边方向的中央隆起而形成凸部504a。如图11(c)所示，于主轭504的凸部504a的内表面安装有主磁石505的S极侧。

辅助轭506将固定端502的背面的前端彼此连接。辅助轭506通过其长边方向的中央隆起而形成凸部506a。如图11(c)所示，于辅助轭506的凸部506a的内表面安装有辅助磁石507的N极。

自由端503从弯曲部位501起通过凸部504a、506a内的空间，进而向前方延伸。于自由端503的前端安装有锤508。若外力作用于锤508，则自由端503的前端于纸面上下方向振动。

如图11(c)及图12(b)所示，将磁致伸缩板509安装于自由端503的辅助轭506侧的表面。即便为未安装磁致伸缩板509的构成，亦获得发电效果，但安装磁致伸缩板509者获得更大的发电效果。

本实施方式中，自由端503中安装有磁致伸缩板509的部分相当于第2实施方式中的磁性部510。由磁性部510及磁致伸缩板509来构成平行梁部。如上所述，磁轭500由磁性材料构成，因此磁性部510亦由磁性材料构成。亦可通过使磁性部510的上下方向的厚度稍微变薄，而于磁性部510与磁致伸缩板509之间设置空间。

将线圈511卷绕于自由端503。于本实施方式的构成的情形时，若使自由端503通过线圈511的空芯部内后，将主轭504与辅助轭506连接于固定端502的前端，则可省去将线圈511卷绕于自由端503上的作业的工夫。

第1间隙512是由自由端503的表面与主磁石505的N极侧来夹持左右的空间。若通过外力的负荷，自由端503振动，则第1间隙512的长度h1变化。

主串联磁路包括：磁轭500(固定端502、主轭504及自由端503)、主磁石505及第1间隙512。如图11所示，通过主串联磁路的主磁通513从主磁石505的N极出发，通过第1间隙512、自由端503、固定端502、主轭504而返回至主磁石505的S极。主串联磁路为一个封闭磁路，成为通过主磁通513而对构成主串联磁路的各部施加磁偏的状态。

本实施方式中，如图12(b)所示，由于磁致伸缩板509延伸至辅助磁石507的最近处，故而第2间隙514成为由辅助磁石507的S极侧与磁致伸缩板509的表面之间的空间。亦可缩短磁致伸缩板509，将由辅助磁石507的S极侧与自由端503(不为磁致伸缩板509的磁性体的部分)之间的空间设为第2间隙514。

若通过外力的附加，自由端503振动，则第2间隙514的长度h2变化。即，若通过外力的附加，自由端503向辅助磁石507侧移动，第1间隙512的长度h1增加，则第2间隙514的长度h2减少；若自由端503向主磁石505侧移动，第1间隙512的长度h1减少，则第2间隙514的长度h2增加。换言之，利用自由端503，间隙被分割为第1间隙512及第2间隙514，随着自由端503的振动，长度h1与h2相反地增减。此外，长度h1及h2必须设定为振动的自由端503不与主磁石505及辅助磁石507接触的程度的值。

辅助串联磁路包括：辅助轭506、辅助磁石507、第2间隙514、磁轭500(固定端502、主轭504及自由端503)、主磁石505及第1间隙512。如图11所示般通过辅助串联磁路的辅助磁通515从辅助磁石507的N极出发，通过辅助轭506，从固定端502起通过主轭504、主磁石505、第1间隙512、自由端503、第2间隙514而返回至辅助磁石507的S极。辅助串联磁路为一个封闭磁路，成为通过辅助磁通515而对构成辅助串联磁路的各部施加磁偏的状态。

平行梁部的中立轴(应力为零的位置)由于位于磁性部510，故而于通过振动，自由端503向辅助磁石507侧移动的状态下，磁致伸缩板509的内部的应力成为均匀的压缩，于自由端503向主磁石505侧移动的状态下，磁致伸缩板509的内部的应力成为均匀的拉伸。其结果为，通过磁致伸缩板509的主磁通513通过反磁致伸缩效应，于自由端503向辅助磁石507侧移动的状态下减少，且于自由端503向主磁石505侧移动的状态下增加。

如第1实施方式中所说明，于自由端503向辅助磁石507侧移动的状态下，与静止状态相比较，由于第1间隙512的长度h1增加，故而第1间隙512的磁阻亦增加，且由于第2间隙514的长度h2减少，故而第2间隙514的磁阻亦减少。通过第1间隙512的磁阻增加，主磁通513减少，进而亦通过磁致伸缩板509压缩，主磁通513的磁通减少。但是，减少的部分的磁通会通过辅助串联磁路，故而辅助磁通515增加。

另一方面，于自由端503向主磁石505侧移动的状态下，与静止状态相比较，由于第1间隙512的长度h1减少，故而第1间隙512的磁阻亦减少，且由于第2间隙514的长度h2增加，故而第2间隙514的磁阻增加。通过第1间隙512的磁阻减少，主磁通513增加，进而亦通过磁致伸缩板509伸长，主磁通513的磁通密度增加。又，通过第2间隙514的磁阻增加，辅助磁通515减少，但减少的部分的磁通会通过主串联磁路，因此主磁通513增加。

如此一来，可使随着自由端503振动、第1间隙512与第2间隙514的磁阻相反地增减而产生的主磁通513的磁通的减少/增加，与随着磁致伸缩板509上所产生的压缩应力/拉伸应力的变化而产生的主磁通513的磁通的减少/增加的时机一致，因此与第1实施方式的构成相比较，可进而增加电动势。

于本实施方式的构成的情形时，具有固定端502及自由端503的磁轭为平面的形状，可通过冲压加工等而一体成形，因此与如第1实施方式般，通过弯曲加工等而将磁轭500成形的情形相比较，可抑制制造成本。又，可使锤508的可动范围与第1实施方式的构成相比较而言增大。又，如图11(d)中由箭头B所示，可使主轭504或辅助轭506变形而变更凸部504a或凸部506a的高度，因此可容易调整第1间隙512的长度h1及第2间隙514的长度h2。

如图13(a)及(b)所示，亦可于自由端503的前端安装受风用构件516。若将受风用构件516的剖面设为半圆形，将其平面部分作为受风面517，则受风面517受到由箭头C表示的风，可利用舞动现象、或形成于其后方的卡门涡列而使自由端503振动。即便不利用风而改为利用水流，亦同样可使自由端503振动。

又，如图13(c)及(d)所示，磁轭隔着1个コ字状的弯曲部位501而具备1个固定端502及1个自由端503，亦可进一步具备从固定端502的表面的前端延伸至自由端503的附近的主轭518。于该情形时，辅助轭519只要从固定端502的背面的前端延伸至自由端503的附近即可。主轭518具备凸部518a，辅助轭519具备凸部519a。于该构成的情形时，与图11所示的具备2个固定端502的构成相比较，可使构造简化，可抑制制造成本。另一方面，于图11所示的具备2个固定端502的构成的情形时，具有如下优点：可使作为磁轭的一部分的固定端502的宽度扩大，故而可使磁通的流通顺畅，并且提高刚性。

[实施例1]

关于本发明的发电元件的磁通的变化量及磁通密度的变化量，进行模拟。

模型1为具备磁致伸缩板、磁性部、辅助轭及辅助磁石的构成(图14)；模型2为代替磁致伸缩板而使用磁性材(SPCC材)，且具备磁性部、辅助轭及辅助磁石的构成(图15)；模型3为具备磁致伸缩板及磁性部，且不具备辅助轭及辅助磁石的构成(图16)。模型1及2包含于本发明中，模型3成为本发明的发电元件中所不包含的比较例。

图17中示出磁通密度的计算方法，图18中示出磁通密度计算模型(压缩应力作用时、无应力及拉伸应力作用时)。

图19～图21中示出模型1～3的模拟结果。

根据图22的表可知，于具备辅助轭及辅助磁石的模型1及3、即具备辅助串联磁路的构成的情形时，磁通的变化量及磁通密度的变化量特别大。又可知，模型1及3中，具备磁致伸缩板的模型1的磁通的变化量及磁通密度的变化量更大。

[实施例2]

将具备磁致伸缩板且不具备辅助串联磁路的发电元件、与具备磁致伸缩板且具备辅助串联磁路的发电元件的发电量进行比较。

将试作的发电元件的照片示于图23中。图23(a)为不具备辅助串联磁路的发电元件，图23(b)及(c)为具备辅助串联磁路的发电元件。

磁致伸缩板为Fe-Ga合金的4×0.5×16mm，框架(贝氏体钢)的厚度为0.5mm，线圈为1494圈(电阻值为59.3Ω)。又，主磁石为永久磁石，关于其尺寸，不具备辅助串联磁路的发电元件使用5×3×3mm，具备辅助串联磁路的发电元件使用将5×5×2mm与3×4×2mm上下重叠而成者。又，辅助串联磁路中使用的辅助磁石亦为永久磁石，将其尺寸设为2×3×1mm。

辅助串联磁路的辅助轭是与图14同样地设为コ字状，安装于磁轭的固定端的下表面。于辅助磁石与磁致伸缩板之间设置适当的间隙而作为第2间隙。将各发电元件如图24般安装于振动产生器上，以各自的共振频率(不具备辅助串联磁路的发电元件为120Hz，具备辅助串联磁路的发电元件为115.1Hz)，以磁致伸缩板的端部的位移成为相同的方式使其振动。磁致伸缩板的端部的位移利用周知的激光位移感测器来测量。

其结果为，产生图25(a)所示的开路电压。于具备辅助串联磁路的情形时，虽然与不具备的情形相比较而言频率低，但发生电压增加20.0％。图25(b)表示将磁致伸缩板的端部的位移与发生电压进行积分而算出的磁通的关系，可知发生电压增加的原因为由辅助串联磁路的效果所引起的磁通增加。

[实施例3]

将代替磁致伸缩元件而具备磁性材(SPCC)且不具备辅助串联磁路的发电元件、与代替磁致伸缩元件而具备磁性材(SPCC)且具备辅助串联磁路的发电元件的发电量进行比较。

将代替磁致伸缩板而使用的磁性材(SPCC材)的尺寸设为4×0.5×16mm。

框架(贝氏体钢)的厚度设为1.0mm，线圈设为1494圈(电阻值为59.3Ω)。又，主磁石为永久磁石，其尺寸使用将5×5×2mm与3×4×2mm上下重叠而成者。又，辅助串联磁路中使用的辅助磁石亦为永久磁石，将其尺寸设为3×4×1mm。

辅助串联磁路的辅助轭是与图14同样地设为コ字状，安装于磁轭的固定端的下表面。于辅助磁石与SPCC材之间设置适当的间隙而作为第2间隙。将各发电元件安装于振动产生器上，以各自的共振频率(115.6Hz)，以SPCC材的端部的位移成为相同的方式使其振动。将位移设为0.1mm、0.2mm、0.3mm的3个图案。SPCC材的端部的位移以周知的激光位移感测器来测量。

其结果为，产生图26所示的开路电压。具备辅助串联磁路的情形与不具备的情形相比较而言，发生电压增加，但与实施例2中所示的具备磁致伸缩板且具备辅助串联磁路的发电元件相比较，则发生电压降低。又可知，越增大位移，发生电压越大。

[产业上的可利用性]

本发明涉及电动势增加、可以低成本而大量生产的振动发电用的发电元件及致动器，具有产业上的可利用性。

附图标记说明：

1：发电元件

2：发电元件

100：主串联磁路

110：磁轭

111：自由端

112：弯曲部位

113：固定端

120：主磁石

130：第1间隙

140：线圈

150：主磁通

200：辅助串联磁路

210：辅助轭

211：铅直部

212：水平部

213：第2水平部

220：辅助磁石

230：第2间隙

240：辅助磁通

300：磁致伸缩板

310：磁性部

320：平行梁部

330：间隔件

340：沟槽

350：电磁石

351：线圈

360：磁轭

361：自由端

362：弯曲部位

363：固定端

370：辅助轭

371：铅直部

372：水平部

380：锤

400：铅直部

410：水平部

500：磁轭

501：コ字状的弯曲部位

502：固定端

503：自由端

504：主轭

504a：凸部

505：主磁石

506：辅助轭

506a：凸部

507：辅助磁石

508：锤

509：磁致伸缩板

510：磁性部

511：线圈

512：第1间隙

513：主磁通

514：第2间隙

515：辅助磁通

516：受风用构件

517：受风面

518：主轭

518a：凸部

519：辅助轭

519a：凸部。