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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6164561
(24)【登録日】2017年6月30日
(45)【発行日】2017年7月19日
(54)【発明の名称】振動発電ユニット
(51)【国際特許分類】
H02K 35/04 20060101AFI20170710BHJP
【ＦＩ】
H02K35/04
【請求項の数】13
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2016-119724(P2016-119724)
(22)【出願日】2016年6月16日
【審査請求日】2016年6月17日
(73)【特許権者】
【識別番号】512287539
【氏名又は名称】ＳＡＣＯ合同会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108062
【弁理士】
【氏名又は名称】日向寺 雅彦
(74)【代理人】
【識別番号】100168332
【弁理士】
【氏名又は名称】小崎 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100146592
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 浩
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 駿
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 佐知子
【審査官】
島倉 理
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２０１３／０２４８４８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１４−９１１５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０２Ｋ ３５／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数枚の非晶質合金箔を有し、前記複数枚の非晶質合金箔は積層され、長手方向の第１部分において結束され、前記第１部分を除く第２部分に位置する端部が自由端であるコアと、
絶縁被覆された導線が前記第２部分の周囲に巻回されたコイルと、
前記自由端に対向した磁石と、
を備え、
前記複数枚の非晶質合金箔は、前記第２部分において相互にずれることができ、
外力が前記コアに伝達されることにより、前記コアがたわみ振動し、
前記コアは、前記外力に起因する基本振動と共に高調波振動する振動発電ユニット。
絶縁被覆された導線が前記第２部分の周囲に巻回されたコイルと、
前記自由端に対向した磁石と、
を備え、
前記複数枚の非晶質合金箔は、前記第２部分において相互にずれることができ、
外力が前記コアに伝達されることにより、前記コアがたわみ振動し、
前記コアは、前記外力に起因する基本振動と共に高調波振動する振動発電ユニット。
【請求項2】
各前記非晶質合金箔の厚さは３５μｍ以上である請求項１記載の振動発電ユニット。
【請求項3】
前記非晶質合金箔は熱処理されている請求項１または２に記載の振動発電ユニット。
【請求項4】
前記コアは、前記非晶質合金箔の間に配置されたスペーサをさらに有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の振動発電ユニット。
【請求項5】
前記自由端は、前記自由端の全体が平面である場合と比較して、前記コアの反磁界係数が低くなるような形状である請求項１〜４のいずれか１つに記載の振動発電ユニット。
【請求項6】
前記第２部分に取り付けられた錘をさらに備えた請求項１〜５のいずれか１つに記載の振動発電ユニット。
【請求項7】
前記磁石における前記コアに対向した面に被着され、合計の厚さが１００μｍ以下である１枚又は積層された複数枚の非晶質合金箔をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１つに記載の振動発電ユニット。
【請求項8】
前記第１部分に前記外力が印加される請求項１〜７のいずれか１つに記載の振動発電ユニット。
【請求項9】
前記第２部分に前記外力が印加される請求項１〜７のいずれか１つに記載の振動発電ユニット。
【請求項10】
前記コア、前記コイル及び前記磁石は、それぞれ複数設けられており、複数の前記コア、複数の前記コイル、及び、複数の前記磁石は、それぞれ２次元的又は３次元的に配列されている請求項１〜９のいずれか１つに記載の振動発電ユニット。
【請求項11】
前記外力が人の握力を含む請求項１〜１０のいずれか１つに記載の振動発電ユニット。
【請求項12】
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ及びＮｂからなる群より選択された１種以上の金属をＭとし、ｘを７０〜８３原子％とし、ｙを０〜２０原子％とし、ｚを０〜１０原子％とし、ｕを１７〜３０原子％とし、ｒを０〜５原子％とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｕ＋ｒ＝１００とし、ａを０．０１〜１質量％とするとき、前記非晶質合金箔の組成は下記化学式を満たす請求項１〜１１のいずれか１つに記載の振動発電ユニット。
｛ＦｅｘＣｏｙＮｉｚ（ＳｉＢＣ）ｕＭｒ｝１００−ａＳｎａ
｛ＦｅｘＣｏｙＮｉｚ（ＳｉＢＣ）ｕＭｒ｝１００−ａＳｎａ
【請求項13】
前記非晶質合金箔はコバルト基合金からなる請求項１〜１１のいずれか１つに記載の振動発電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、環境中の振動を利用して電力を得る振動発電ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、エネルギーハーベスティングと呼ばれる小規模発電技術が注目されている。これは、今まで有効利用されていなかった微小エネルギーを利用して発電する技術である。その中で、人の歩行、走行、車の振動、橋の振動などにより生じる力や振動エネルギーを電気エネルギーに変換できれば、電子機器の電源として利用することができ、電源ケーブルが不要となったり、電池が不要となるなどのメリットがある。また、機器を使用していない時間帯は、コンデンサー（キャパシター）や２次電池に蓄電すれば、後で必要に応じて電力を取り出せる。
【0003】
反復する力や振動を利用する発電法として、代表的なものは、（１）圧電素子、（２）エレクトレット素子、（３）磁歪を利用する電磁誘導法、がある。しかし、いずれも実用上の欠点があり、本格的な実用化に至っていない。また、（４）磁石をコイルに通す電磁誘導法もあるが、微小な環境エネルギーを利用するまでには至っていない。
【0004】
（１）圧電素子は、圧力により発生する電圧は大きいものの、セラミックなので電流が極めて小さい。そのため蓄電するほどの電荷が生じない。（２）エレクトレット素子は、誘電体の表面に発生する電荷を利用して振動エネルギーを電力に変換する。これも電荷密度に制約があり、本願出願時点では１００μＷ／ｃｍ３程度の発電出力である。
【0005】
（３）電磁誘導法において、コアに高磁歪合金を用いる方法は、合金が結晶磁気異方性を有しているので磁歪振動させるために大きな力が必要となる。そのため、素子の構成が複雑で大型になる。また、高磁歪合金は極めて高価であるため、実用化のハードルが高い。
【0006】
磁歪を利用する電磁誘導法の例として、非特許文献１に、Ｆｅ基厚肉非晶質箔を用いる方法が提案されている。非特許文献１は、非晶質合金の高磁歪性および高透磁率性と、厚肉化による高弾性（バネ性）に注目して、振動発電に適していることを示唆している。
【0007】
非特許文献１に記載の方法は、逆磁歪効果を利用している。外部磁界なしで外力による磁束変化が電圧を誘起する。非特許文献１は磁石で磁界を付与することを示唆しているが、これは２次的効果である。また、非特許文献１は発電量を開示していない。
【0008】
また、非特許文献１に記載の方法は、誘起電圧を電池並みの１Ｖ（ボルト）に高めることを主目的としているため、コイル巻線数が極めて多く、コアの非晶質箔の積層枚数が多い。また、コアを自由振動できるようにコイルとの間に大きな空間を設けている。このように、コイルの質量負荷がコアにかからないようにしているため、誘起電圧に制限がある。また、コイル巻き数が多く電気抵抗が大きくなる。さらに、素子が大型になる欠点がある。
【0009】
Ｆｅ基非晶質箔を用いる振動発電を検討した例として、非特許文献２がある。板厚が２０μｍの薄い非晶質箔に、箔の横方向にアニールで磁気異方性を付与し、長手方向に縦振動させて発電を試みている。この方法も磁歪の逆効果を利用している。発電出力は、素子当たり１８μＷで実用レベルには達していない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0010】
【非特許文献1】発明推進協会 公技番号２０１４−５００８６８
【非特許文献2】ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ、 ＶＯＬ．５０，ＮＯＶＥＭＢＥＲ ２０１４ ８００２１０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
上記、従来技術にあげた方法は、環境エネルギーを利用する場合、いずれも発電出力、コストなどの面で実用レベルに達しない。もっとも実用化に近いと思われるエレクトレット方式でも、発電出力は本願出願時点で１００μＷ／ｃｍ３程度である。本発明の目的は、発電出力が高い振動発電ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
実施形態に係る振動発電ユニットは、コアと、コイルと、磁石と、を備える。前記コアは、積層された複数枚の非晶質合金箔を有する。前記複数枚の非晶質合金箔は長手方向の第１部分において結束されている。前記コアの長手方向の端部のうち、前記第１部分を除く第２部分に位置する端部は自由端である。前記コイルは、絶縁被覆された導線が前記第２部分の周囲に巻回されている。前記磁石は、前記自由端に対向している。前記複数枚の非晶質合金箔は、前記第２部分において相互にずれることができる。外力が前記コアに伝達されることにより、前記コアがたわみ振動する。前記コアは、前記外力に起因する基本振動と共に高調波振動をする。
【発明の効果】
【0013】
未利用の人力（歩行、走行など）、車の走行、風力、など低周波振動数の反復する力を非晶質合金箔からなるコアに伝達し、このコアに基本振動の整数倍の高調波振動を発生させることにより高出力の振動発電が可能になる。とくに、コアを板厚が大きい非晶質合金箔を用いて形成すると、大きな発電出力を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】第１の実施形態に係る振動発電ユニットを示す断面図である。
【図2】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態のコアを示す側面図である。
【図3】（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態の第１の変形例におけるコアを示す上面図である。
【図4】第１の実施形態の第２の変形例に係る振動発電ユニットを示す断面図である。
【図5】第２の実施形態のコアを示す側面図である。
【図6】第３の実施形態に係る振動発電ユニットを示す断面図である。
【図7】第４の実施形態に係る振動発電ユニットを示す上面図である。
【図8】（ａ）は、第５の実施形態に係る振動発電ユニットを示す側面図であり、（ｂ）は１つの発電素子を示す上面図である。
【図9】（ａ）は、第６の実施形態に係る振動発電ユニットを示す側面図であり、（ｂ）は１つの発電素子を示す上面図である。
【図10】第７の実施形態に係る振動発電ユニットを示す断面図である。
【図11】第８の実施形態に係る振動発電ユニットを示す断面図である。
【図12】第８の実施形態に係る振動発電ユニットを示す断面図である。
【図13】比較例１の試験方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図１に示すように、本実施形態に係る振動発電ユニット２０１においては、略直方体形状の筐体１０３が設けられている。筐体１０３の天井板には１ヶ所の小さな開口部が形成されている。筐体１０３上には例えば複数の支持バネ６５が設けられている。支持バネ６５上には、１枚の踏み台１０１が設けられている。これにより、踏み台１０１は筐体１０３に対して上下方向に振動可能に取り付けられている。踏み台１０１の下面には支柱１０２が取り付けられている。支柱１０２は筐体１０３の天井板の開口部内を通過して、筐体１０３内に進入している。支柱１０２の下端には外力伝達面６４が設けられている。支柱１０２及び外力伝達面６４により、外力伝達機構４１が構成されている。
【0017】
筐体１０３内においては、ガイド６３が設けられており、筐体１０３に対して固定されている。また、筐体１０３内には可動支持具５１が設けられており、ガイド６３に沿って一定の範囲内で上下動可能とされている。可動支持具５１の上面は外力伝達面６４に対向しているが、外力伝達面６４に結合されてはいない。また、可動支持具５１の下面と筐体１０３の床板との間にはバネ６１が設けられている。可動支持具５１は支柱１０２及びバネ６１から力が印加されることにより、ガイド６３に沿って上下に移動する。
【0018】
筐体１０３内には、コア１１が設けられている。コア１１の形状は短冊状である。コア１１の長手方向の一方の端部は結束部１２となっており、可動支持具５１に固定されている。コア１１の長手方向の他方の端部は自由端１３となっている。コア１１における可動支持具５１に固定されている部分は上下にたわみ、可動支持具５１に対して振動する。コア１１の詳細な構成については後述する。
【0019】
コア１１の自由端１３側の部分を囲むように、コイル２１が設けられている。コイル２１は１本の被覆導線がコア１１の周囲に巻回されて構成されている。コア１１が振動するときは、コイル２１も共に振動する。このため、コア１１の振動はコイル２１の質量の影響を受ける。筐体１０３内には、コンデンサを含む蓄電回路７１が設けられており、コイル２１の被覆導線の両端部は蓄電回路７１に接続されている。
【0020】
コア１１の自由端１３側には、コア１１から離隔して、磁石Ｍが設けられている。磁石Ｍは例えば永久磁石である。磁石ＭのＳ極又はＮ極の磁極面は、コア１１に対向している。磁石Ｍは筐体１０３に固定されている。コア１１と磁石Ｍとの最短距離をＬとする。
【0021】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、コア１１においては、複数枚の非晶質合金箔１５が積層されている。複数枚の非晶質合金箔１５は、コア１１の結束部１２においては結束され、相互に結合されている。一方、コア１１における結束部１２を除く部分においては、相互に接してはいるものの結合されてはいない。なお、図を簡略化するために、図２（ａ）〜（ｃ）では、３枚の非晶質合金箔１５しか示されていないが、非晶質合金箔１５の枚数はこれには限定されない。非晶質合金箔１５の厚さは例えば３５μｍ以上である。非晶質合金箔１５の組成については後述する。
【0022】
コア１１の自由端１３は、コア１１のたわみ変形により非晶質合金箔１５が相互にずれる（すべる）ことを損なわない程度に伸縮性のある薄い材料でまとめる。ここで、「ずれ」とは、図２（ａ）に示すように、コア１１がたわみ変形したときに、コア１１を形成する各層の非晶質合金箔１５が自由に伸縮できることを意味する。これにより、コア１１を構成する非晶質合金箔１５における結束部１２以外の部分は、コア１１のたわみ変形の際、長さ方向に互いにずれることができる。
【0023】
次に、本実施形態に係る振動発電ユニットの動作について説明する。図１及び図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、踏み台１０１に外力Ｆが印加されると、バネ６５の伸縮により踏み台１０１が振動する。この振動が外力伝達機構４１を介して可動支持具５１に伝わる。可動支持具５１は、外力伝達面６４に結合されてはいないため、一旦外力伝達機構４１から外力Ｆを受けた後は、踏み台１０１の振動が停止しても、バネ６１の作用により振動し続ける。この振動のエネルギーは、外力Ｆによって与えられたものである。
【0024】
可動支持具５１の振動により、コア１１の結束部１２が振動する。結束部１２の振動によりコア１１の結束されていない部分はコイル２１を背負って振動する。このとき、コア１１における結束部１２を除く部分の振動モードは、結束部１２とは異なり、高調波が発生する。コイル２１の質量負荷とコア１１の非晶質合金箔特有のバネ性（強い弾力）により、たわみ（しなり）振動する。具体的には、コア１１には、外部振動数（基本波）以外に、２倍、３倍、４倍などの低次の高調波振動が同時に発生する。コア１１の振動に伴い、コイル２１も振動する。但し、コイル２１は必ずしも高調波振動するわけではない。
【0025】
コア１１は、磁石Ｍから発生する磁界の中で振動するため、上述の高調波を含むたわみ振動により、コイル２１には大きな電圧が誘起される。この高調波振動は、非晶質合金箔に特有の現象であり、特に板厚が大きな非晶質合金箔で顕著に現れる。これにより、コイル２１に誘導電流が発生し、この電流が蓄電回路７１に蓄積される。このとき、必要に応じて、電圧を昇圧し、電流を蓄電回路７１に蓄積する。そして、必要時に蓄電回路７１から電力を取り出して使用する。
【0026】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、外力Ｆにより踏み台１０１に発生した振動を、外力伝達機構４１を介して可動支持具５１に伝達し、可動支持具５１を振動させる。そして、可動支持具５１の振動が、コア１１における結束部１２を除く部分を高調波振動させる。磁石Ｍによる磁界中でコア１１が高調波振動することにより、コイル２１には大きな誘導電流が発生し、これを蓄電回路７１に蓄積することができる。
【0027】
コア１１を非晶質合金箔１５によって構成することにより、コア１１の強い弾性により、コア１１を強力に振動させることができる。また、複数枚の非晶質合金箔１５を重ね、その長手方向の一部分のみを結束し、残りの部分は相互に結合しないようにまとめることにより、振動時に非晶質合金箔１５を相互にずらすことができる。これにより、コア１１を厚くして必要な機械的強度を確保しつつ、柔軟性を持たせて大きな振幅を得ることができる。
【0028】
コイル２１の巻き方は、コア１１に直接巻くいわゆる直巻きでもよいが、コア１１の自由なたわみ変形を損なわないように、わずかでも空間を設ける方が良い。コア１１とコイル２１の間に伸縮性のある物質を介在させることが好ましい。空隙を大きく取りすぎるとコア１１にかかるコイル２１の質量負荷が不足して、たわみ振動が発生しにくくなる。また、振動が安定しなくなる。更に、コア１１とコイル２１の空隙を大きくすると、コイル２１の巻線の総延長が長くなり電気抵抗が増大する。その結果、発電出力が低下する。また、抵抗の増加を抑えるため、コイル２１の導線の太さは、あまり細くない方が良い。細い導線を使い巻き数を増やすことは、発電出力をかえって低下させる場合がある。
【0029】
巻線の断面形状は通常、丸いものが使われるが、巻線密度を上げるため、いわゆる平角線を用いることもできる。誘起電圧を高めるために巻線数を多くすることは重要であるが、抵抗増加をできるだけ抑えることが好ましい。さらに、コア１１のたわみ（しなり）振動を最適化するために、コイル２１の質量は大きなファクターになる。発電量を高めるために、上記のファクターを考慮して設計することが好ましい。ここで、たわみ振動の最適化とは、コア１１に基本波の整数倍の高調波振動を強く発現させることをいう。
【0030】
本実施形態においては、コイル２１の質量負荷を利用して、コア１１にたわみ変形振動させ、高調波の電圧を誘起させて発電している。したがって、コイル導線の選定は重要である。コイル２１に用いる巻線の種類は、銅（Ｃｕ）線が電気比抵抗、加工性の点で優れている。しかし、比重（密度）が大きいので巻き数によってはコイル２１が重くなり過ぎ、コア１１のたわみ振動に好ましくない場合がある。そのようなときは、アルミニウム（Ａｌ）線を使用できる。
【0031】
磁石Ｍは、市販の吊り下げフックに用いられる程度の磁力（表面磁極密度）があればよい。重要なのは、磁石が発する総磁束量である。単に磁石Ｍの残留磁束密度Ｂｒだけでなく、磁極面の面積Ｓも必要である。一般的には、Ｂｒ・Ｓ積が大きい方が良い。
【0033】
図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、本変形例においては、コア１１の自由端１３の形状を加工し、端縁の少なくとも一部を、コア１１から磁石Ｍ（図１参照）に向かう方向に直交する方向に対して、傾斜させている。
【0034】
具体的には、図３（ａ）に示す例では、コア１１ａの自由端１３側の角をカットしている。図３（ｂ）に示す例では、コア１１ｂの自由端１３を丸くしている。図３（ｃ）に示す例では、コア１１ｃの自由端１３に台形状の凹部を形成している。図３（ｄ）に示す例では、コア１１ｄの自由端１３に半円状の凹部を形成している。
【0035】
これにより、コア１１の反磁界係数が減少し、コア１１を通過する磁束量が増大するため、誘起電圧が増加する。なお、自由端１３の形状は、図３（ａ）〜（ｄ）に示す形状には限定されないが、自由端１３全体が平面である場合と比較して、コア１１の反磁界係数が低下するような形状であることが好ましい。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【0037】
図４に示すように、本変形例に係る振動発電ユニット２０２においては、磁石Ｍにおけるコア１１側の磁極面に、非晶質合金箔１７が１枚から数枚程度、貼付されている。これにより、非晶質合金箔１７を貼付しない場合と比較して、誘起電圧が１０〜２０％程度増加する。貼付する非晶質合金箔１７の合計の厚さは、１００μｍ以下とすることが好ましい。合計の厚さが１００μｍを超えると、かえって誘起電圧が低下する場合がある。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【0039】
図５に示すように、本実施形態に係る振動発電ユニットにおいては、コア１１ｅにおいて、非晶質合金箔１５とスペーサ１６が交互に積層されている。スペーサ１６は弾力のある材料によって形成されており、例えば、非磁性のテープによって形成されている。コア１１ｅにおける結束部１２を除く部分において、非晶質合金箔１５とスペーサ１６は相互にずれるように束ねられている。
【0040】
非晶質合金箔１５間にスペーサ１６を挿入することにより、弾力（バネ性）が弱い薄い非晶質合金箔１５の機械振動を補強することができる。このように、スペーサ１６で強度を補うことにより、従来の薄い非晶質合金箔も振動発電ユニットに用いることができる。ただし、発電性能は、厚肉箔に及ばない。スペーサの挿入は非晶質合金箔１５の板厚が大きい場合にも有効であり、誘起電圧を向上させる。ただし、コア１１ｅの体積が大きくなる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【0042】
図６に示すように、本実施形態に係る振動発電ユニット２０３は、前述の第１の実施形態に係る振動発電ユニット２０１（図１参照）と比較して、ガイド６３、可動支持具５１及びバネ６１が設けられておらず、その替わりに、固定支持具１４及び支点１０８が設けられている点が異なっている。
【0043】
固定支持具１４は筐体１０３に固定されており、筐体１０３に対して相対的に振動しない。コア１１の結束部１２は固定支持具１４に固定されている。支点１０８はコア１１における結束部１２とコイル２１によって囲まれた部分との間に位置する部分の一部を支えている。支点１０８は、支点１０８の位置１０７にコア１１を留め置くために設置する。すなわち、支点１０８の位置１０７では、コア１１は筐体１０３に対して相対運動をしない。ただし、反動で外力Ｆと反対方向にはねることはある。支柱１０２の先端部１０５は、コア１１における支点１０８によって支持された位置１０７とコイル２１によって囲まれた部分の間の位置１０６に当接する。
【0044】
図６に示すように、外力Ｆは、人の足、車のタイヤなどを通して踏み台１０１に、さらに支柱１０２によってコア１１に伝えられる。外力Ｆが加わるとコア１１の支点１０８よりも自由端１３側の部分は下方に振れる。テコの原理で支柱１０２の振幅より大きい振幅でコア１１の自由端１３は振動する。そのとき、コア１１はたわみ、高調波振動が発生する。
【0045】
本実施形態によれば、コア１１において高調波振動が発生しやすいため、より高い誘起電圧を発生させることができる。また、第１の実施形態と比べて、ガイド６３、可動支持具５１及びバネ６１の替わりに、固定支持具１４及び支点１０８を設けているため、構成が簡単である。このため、振動発生ユニットのコストを低減することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【0046】
本実施形態においては、支点１０８に接触する部分の曲げ変形（曲率半径ｒ）により、コア１１の支点位置は繰返し変形するため、疲労破壊を起こしやすい。これを防ぐため、アール（ｒ）を大きくすると効果がある。
【0047】
さらに疲労破壊を遅らせる手段として、支点１０８の位置をずらす方法がある。一定時間（期間）をおいて支点１０８の位置を磁石Ｍ側又は固定支持具１４側に移動させる。移動手段はギヤなど（図示せず）の既存の技術で実現できる。
【0048】
（第４の実施形態）次に、第４の実施形態について説明する。
図７は、本実施形態に係る振動発電ユニットを示す上面図である。
なお、図７においては、図を見やすくするために、コア１１及び磁石Ｍ以外の構成要素は図示を省略している。
【0049】
図７に示すように、本実施形態に係る振動発電ユニット２０４においては、複数本のコア１１が設けられており、コア１１の長手方向及び幅方向に沿って平面マトリクス状に配列されている。各コア１１においては、長手方向の中央部が結束部１２とされ、両端が自由端１３とされている。これにより、１本のコア１１により２つの発電素子を実現することができる。また、２本のコア１１の間に、１つの磁石Ｍを配置している。これにより、磁石Ｍの両面を利用できるので、２つの発電素子において、１つの磁石Ｍを共有することができる。この結果、原理的には、ｎ本（ｎは自然数）のコア１１及びｎ個の磁石Ｍにより、２ｎ個の発電素子を構成することができる。複数個の発電素子は、マトリクス状に配列されて、発電素子のアレイを構成している。
【0050】
本実施形態に係る振動発電ユニット２０４は、例えば床発電などの表面積が大きい振動発電ユニットに適している。本実施形態によれば、発電素子の数を増やし、広い面積をカバーして、発電出力を増加させることができる。また、コア１１及び磁石Ｍを有効利用することにより、振動発電ユニット２０４の作製能率を向上させ、全体としてコストを低減することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【0051】
（第５の実施形態）次に、第５の実施形態について説明する。
図８（ａ）は、本実施形態に係る振動発電ユニットを示す側面図であり、（ｂ）は１つの発電素子を示す上面図である。
なお、図８（ａ）及び（ｂ）は、コア１１及びその周辺の構成要素のみを示し、他の構成要素は省略している。後述する図９（ａ）及び（ｂ）も同様である。
【0052】
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る振動発電ユニット２０５においては、前述の第４の実施形態に係る振動発電ユニット２０４（図７参照）においてマトリクス状に配列された発電素子からなるアレイを、上下方向に複数段積層させている。これにより、複数の発電素子が３次元的に配列されている。
【0053】
振動発電ユニット２０５において、コア１１に例えば楕円状の穴（支柱貫通孔）１１０が形成されている。また、支柱１０２には、つば１０９が取り付けられている。各支柱１０２に取り付けられたつば１０９の枚数は、上下方向に配列されたコア１１の段数と同じである。支柱１０２は穴１１０を挿通するが、つば１０９は穴１１０を挿通できず、コア１１の係合するようになっている。これにより、支柱１０２に外力Ｆが印加されると、つば１０９がコア１１に当接し、コア１１に外力Ｆを伝達する。このようにして、外力Ｆを全てのコア１１に伝達することができる。また、楕円状の穴１１０により、支柱１０２がコアの曲げ変形（たわみ変形）を妨げることがない。なお、支柱貫通孔の形状は矩形であってもよい。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第４の実施形態と同様である。
【0055】
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る振動発電ユニット２０６は、前述の第５の実施形態に係る振動発電ユニット２０５（図８（ａ）及び（ｂ）参照）と比較して、コア１１の結束部１２を支える可動支持具５１が設けられておらず、その替わりに、振幅設定機構６０、及び、バネ６１、６２が設けられている。
【0056】
振幅設定機構６０は筐体１０３（図１参照）に固定されている。振幅設定機構６０の磁石Ｍ側の側面には凹部が形成されている。凹部の上面にはバネ６１が取り付けられており、下面にはバネ６２が取り付けられている。そして、コア１１の結束部１２は、振幅設定機構６０の凹部内において、バネ６１とバネ６２に挟まれており、バネ６１とバネ６２に結合されている。これにより、結束部１２は、上下方向に沿って一定の範囲内で振動可能である。
【0057】
また、振動発電ユニット２０６においては、板バネ８１、８２が設けられている。コア１１の幅方向両端部の上方には一対の板バネ８１が配置され、コア１１の幅方向両端部の下方には一対の板バネ８２が配置されている。コア１１の長手方向において、板バネ８１、８２は、コイル２１とつば１０９との間に配置されている。
【0058】
振動発電ユニット２０６においては、支柱１０２に外力Ｆが印加されると、外力Ｆはつば１０９を介して、コア１１におけるバネ６１、６２に挟まれた結束部１２と、板バネ８１、８２に挟まれた部分との間の部分に伝達される。これにより、バネ６１及び６２の作用により、コア１１全体が上下に振動すると共に、結束部１２に対して自由端１３側が振動する。そして、この振動の際に、コア１１が板バネ８１及び８２に触れ、一時的に自由振動が制限される。これにより、コア１１のたわみ変形量が大きくなり、発電出力が向上する。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第５の実施形態と同様である。
【0060】
図１０に示すように、本実施形態に係る振動発電ユニット２０７は、コア１１を水平方向に振動させる例である。振動発電ユニット２０７においては、筐体１０３の底部に固定支持具１４が固定されており、固定支持具１４から上方に突き出すように、コア１１が設けられている。コア１１の下部は結束部１２となっており、固定支持具１４に固定されている。
【0061】
コア１１の上端は自由端１３となっている。コア１１の自由端１３付近には錘９３が取り付けられている。コイル２１は、コア１１の上部であって錘９３よりも下方の部分の周囲に設けられている。コイル２１は蓄電回路７１（図１参照）に接続されている。コア１１上には磁石Ｍが設けられている。磁石Ｍは筐体１０３の天井板に固定されており、コア１１の自由端１３に対向している。また、振動発電ユニット２０７には、外力Ｆを筐体１０３の内部に導入する外力伝達機構４１（図１参照）は設けられていない。振動発電ユニット２０７においては、外部の振動が筐体１０３及び固定支持具１４を介してコア１１の結束部１２に伝わるため、筐体１０３及び固定支持具１４が外力伝達機構として機能する。
【0062】
本実施形態においては、筐体１０３に外力が印加されると、この外力が筐体１０３及び固定支持具１４を介してコア１１の結束部１２に伝わり、この結果、コア１１の自由端１３が結束部１２に対して水平方向に振動する。コア１１における非晶質合金箔１５（図２（ｂ）参照）の積層枚数とコイル２１の質量のバランスを調節することにより、コア１１の振動を持続させ、振幅を制御することができる。また、錘９３の位置及び質量を調節することによっても、コア１１の振動の振幅を制御することができる。コア１１の自由端１３側の部分が重いと、コア１１が不安定となり小さい横揺れでも振動を続ける。
【0063】
本実施形態に係る振動発電ユニット２０７によれば、環境中の水平振動を利用して発電することができる。従って、横振動が大きな産業機械、車の走行、ジョギング走行、木々のゆれ、アルペンスキー、スノーボードなどの多くの横振動源に対して利用できる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【0064】
なお、振動発電ユニット２０７は、上下を逆にして用いることもできる。すなわち、コア１１を筐体１０３の天井板からぶら下げて、コア１１の直下に磁石Ｍを配置してもよい。これにより、コア１１は振り子運動する。コア１１の振り子運動を持続させるためには、コイル２１の質量、錘９３の位置及び質量などで調節すればよい。これにより、コア１１のたわみ量を大きくし、振動を長く持続できる。コア１１の先端部付近に錘９３を取り付けることにより、誘起電圧が１０〜２０％向上した。
【0065】
（第８の実施形態）次に、第８の実施形態について説明する。
本実施形態に係る振動発電ユニットは、手の握力をエネルギー源とする握力発電機である。
図１１及び図１２は、本実施形態に係る振動発電ユニットを示す断面図である。
図１１及び図１２は、相互に直交する断面を示す。
【0066】
図１１及び図１２に示すように、本実施形態に係る振動発電ユニット２０８においては、円筒形の筐体１０３ａが設けられており、その上に、握力付加部１１１が設けられている。握力付加部１１１の形状は、筐体１０３ａの外面に沿って湾曲した板状である。握力付加部１１１は、前述の第１の実施形態における踏み台１０１（図１参照）に相当する。筐体１０３ａと握力付加部１１１との間には、支持バネ６５が設けられている。筐体１０３ａには開口部が形成されており、この開口部を挿通するように、外力伝達機構４１が設けられている。外力伝達機構４１の一端は握力付加部１１１に結合されている。
【0067】
筐体１０３ａ内には、コア１１が設けられている。コア１１の長手方向中央部が結束部１２となっており、長手方向両端部が自由端１３となっている。結束部１２の上面には、外力伝達機構４１の他端が当接する。コア１１の自由端１３付近には、錘９３が取り付けられている。また、コア１１における錘９３よりも結束部１２側の周囲には、コイル２１が設けられている。コイル２１は蓄電回路７１（図１参照）に接続されている。
【0068】
筐体１０３ａの底面上には、支持台６６が固定されている。支持台６６上には、バネ６１が設けられている。バネ６１の一端は支持台６６に接続されており、バネ６１の他端は結束部１２の下面に接続されている。筐体１０３ａの長手方向両端部には、それぞれ、磁石Ｍが固定されている。磁石Ｍの磁極面は、コア１１の自由端１３に対向している。
【0069】
次に、本実施形態に係る振動発電ユニット２０８の動作について説明する。外力Ｆとして握力が握力付加部１１１に加わると、外力Ｆが外力伝達機構４１を介してコア１１の結束部１２に伝達され、コア１１の中心部（結束部１２）がバネ６１の作用により振動を始め、コア１１の全体が振動する。しかしながら、結束部１２は拘束されているため、たわみ振動するのは、結束部１２以外の自由端１３側の部分である。コア１１の長手方向両側が基本波および、その整数倍の高調波振動（たわみ振動）することにより、大きな電圧が誘起される。
【0070】
本実施形態の握力発電機は、握力だけでなく、ほとんどあらゆる振動に対応できる。コア１１の長手方向を上下方向にすれば、前述の第７の実施形態と同様に、横振動により、コア１１における結束部１２の上下に配置された部分が振動し、発電する。斜めでも同様である。上下の素子の発電量の合計は、平均化されるので実用上好ましい。これに対して、第７の実施形態では、コア１１の自由端１３が天地のどちらを向いているかにより、発電出力に違いが生じる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【0071】
なお、前述の各実施形態及びその変形例（以下、総称して「実施形態」という）においては、外部の運動エネルギーは主として支柱１０２を介してコア１１の一部に伝えられたが、これに限らない。コイル２１もコア１１の動きに連動しているので、コイル２１を介してコア１１に運動（振動）エネルギーを伝達してもよい。
【0072】
前述の各実施形態において、コア１１に用いる材料は非晶質合金とする。仮に、コア１１の材料として結晶磁気異方性のある材料を用いると、微小な応力では磁束がほとんど変化しない。したがって、誘起電圧が小さく振動発電素子として実用レベルに達しない。コア１１の材料に結晶材を用いると、結晶磁気異方性があるため、磁束の方向を変えるために極めて大きな応力が必要となる。
【0073】
これに対して、非晶質材は原子配列がランダムであり、原理的に磁気異方性を有しない。このため、小さい外力によって透磁率が大きく変化する。いわゆる、透磁率の応力感受性が極めて大きい。すなわち、コアを通過する磁束の時間変化率が大きい。誘起電圧は磁束の時間変化率に比例するため、誘起電圧も大きい。また、磁界の方向によって磁束の方向が容易に変化する。これが、コア１１の材料を非晶質合金とする理由である。
【0074】
前述の実施形態において、コア１１を構成する非晶質合金箔１５は、板厚が厚い方が好ましい。その理由は、（１）厚い箔はコイルを背負って振動するために必要なバネ性（弾力）を有するためと、（２）厚い箔は振動の基本波だけでなく２倍波、３倍波、４倍波などの比較的次数の低い高調波振動の振幅が大きいためである。
【0075】
厚い非晶質合金箔が、基本波および２倍波、３倍波、４倍波など、基本波の整数倍の周波数で振動し、その周波数で高い電圧を誘起することは、ＦＦＴ（高速フーリエ変換計測器）で観測した。周波数のスペクトラムは、次数の低い整数倍で特に高い電圧を示した。
【0076】
これに対して、薄い非晶質合金箔（板厚が３０μｍ未満）をコアに用いると、コイルの質量を背負って振動させることが困難である。その振動スペクトラムは、基本波の整数倍で顕著なピークを示さず周波数増加とともに連続的に減衰している。すなわち、誘起電圧に寄与する周波数が広い周波数に広がっている。各ピークの電圧も厚い非晶質合金箔（板厚が３５μｍ以上）にくらべて１０分の１以下であった。
【0077】
また、薄い非晶質合金箔を補強材で挟んで補強して振動を強制しても、発電性能の顕著な向上は見られなかった。基本波の整数倍の低次の振動が相対的に大きくなったが、周波数ごとの誘起電圧は向上していない。このように、薄い非晶質合金箔を用いた振動発電ユニットは、発電性能が不十分であるため、非晶質合金箔１５の板厚は３５μｍ以上とすることが好ましい。
【0078】
非晶質合金箔の応力感受性を高めるために、熱処理（アニール）すると効果がある。特に、小さい外力に対する発電出力を向上させる。鋳造まま（ａｓ ｃａｓｔ）の状態に比べて残留歪みが解放され、透磁率が向上するからである。ただし、アニールは脆化を招くので、耐久性に問題を生じる場合がある。耐久性が特に要求される場合は、熱処理の温度を低めにしたり、時間を短めにしたりすることが好ましい。熱処理に際して、非晶質合金箔に磁界を印加してもよい。コアの長手方向あるいは幅方向に磁界を加えて熱処理すると、磁束変化量ΔΦを増加させる効果がある。アニール中に回転磁界を印加することも効果がある。具体的には、磁界を印加しながら非晶質合金箔を磁界に対して回転させる。
【0079】
コア１１を構成する非晶質合金箔１５は、飽和磁束密度Ｂｓが高い方が好ましい。この観点からは、非晶質合金箔１５の材料として、鉄（Ｆｅ）を主成分とする鉄基合金を用いることが好ましい。一方、非晶質合金箔１５は、飽和磁束密度Ｂｓに加えて透磁率も高いことが好ましい。この観点からは、非晶質合金箔１５の材料は鉄基合金には限定されず、例えば、コバルト（Ｃｏ）を主成分とするコバルト基合金を用いてもよい。一般に、非晶質合金では飽和磁束密度Ｂｓを高めると透磁率は低下する傾向がある。どちらを優先して合金設計するかは、外力、振動源の特性を勘案して決定する。振動源のエネルギーが小さい場合は、透磁率を優先する。透磁率の高い合金は応力感受性が高いからである。
【0080】
以下、非晶質合金箔１５の材料として鉄基合金を用いる場合について、好ましい組成を説明する。
【0081】
＜鉄（Ｆｅ）：７０〜８３原子％＞飽和磁束密度Ｂｓと非晶質形成能、すなわち、非晶質化し易さの兼ね合いから、Ｆｅの濃度範囲は７０〜８３原子％とすることが好ましい。
【0082】
＜コバルト（Ｃｏ）：２５原子％以下、より好ましくは、１０〜２０原子％＞飽和磁束密度Ｂｓをより高めるためには、コバルト（Ｃｏ）の添加が有効である。飽和磁束密度Ｂｓが最も高い組成は、Ｆｅ基合金においてコバルトが１０〜２５原子％の範囲にある組成である。従って、コバルト濃度は１０原子％以上、２５原子％以下が好適である。ただし、コバルトは高価なので、コストの観点から、コバルト濃度を２０原子％以下とすることがより好ましい。
【0083】
＜錫（Ｓｎ）：０．０１〜１質量％＞飽和磁束密度Ｂｓを高めるためには、Ｆｅ及びＣｏの合計含有量を高めることが有効である。しかし、Ｆｅ及びＣｏの合計含有量を８３原子％以上とすると、非晶質合金箔１５を超急冷法で作製する場合、非晶質化が困難になる。特に板厚が大きくなると、より困難になる。その場合は、錫（Ｓｎ）の添加が効果的である。Ｓｎを添加することにより、Ｆｅ及びＣｏの合計含有量が８３原子％を超えても、非晶質合金が形成されやすくなる。特に厚い板厚の非晶質形成に効果的である。Ｓｎの効果は、０．０１質量％以上で現れる。一方、Ｓｎを多量に添加すると、非晶質合金箔が脆くなるので、Ｓｎ濃度は１質量％以下とすることが好ましい。なお、Ｓｎの含有量は質量％で表記しているが、実際に合金を溶解する際には、ベースの合金を溶解した後、追加的にＳｎを投入するため、質量％による表記が実際的である。
【0084】
＜ビスマス（Ｂｉ）、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）の合計含有量：１７〜３０原子％＞Ｂｉ、Ｓｉ、Ｃ等の半金属元素は、非晶質合金箔１５を非晶質とするために添加する。非晶質化の効果を得るためには、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｃの合計含有量は１７原子％以上とすることが好ましい。ただし、半金属元素の濃度を増やし過ぎると、磁性を担うＦｅ等の金属元素の割合が減るので、３０原子％以下とすることが好ましい。
【0085】
＜クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）の合計含有量：５原子％以下＞非晶質合金箔１５には、クロム（Ｃｒ）を数原子％程度添加してもよい。これにより、耐食性及び耐候性が向上し、応力下における遅れ破壊の発生を遅らせることができる。同様に、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）又はニオブ（Ｎｂ）を添加すると、耐食性及び耐候性が向上する。ただし、これらの元素は非晶質合金箔１５の飽和磁束密度Ｂｓを下げるため、添加量は、合計で５原子％以下とすることが好ましい。
【0086】
＜ニッケル（Ｎｉ）：１０原子％以下＞非晶質合金箔１５には、ニッケル（Ｎｉ）を添加してもよい。これにより、非晶質合金箔１５の透磁率を向上させることができる。また、耐食性も向上する。ただし、Ｎｉの添加は、キュリー温度を下げ常温の飽和磁束密度を下げる。これらの理由から、Ｎｉ添加量は１０原子％以下とすることが好ましい。
【0087】
次に、非晶質合金箔１５の材料としてコバルト基合金を用いる場合について、好ましい組成を説明する。コバルト基非晶質合金は磁歪がほぼゼロであり、磁束密度は小さいが、透磁率の応力感受性が極めて高いので、非晶質合金箔１５の材料として使用することができる。磁歪が極めて小さいＣｏ基非晶質合金の具体例として、Ｃｏ７５Ｆｅ５Ｓｉ８Ｂ１２がある。
【0088】
また、コア１１はコイル２１を背負って振動するので、コア１１を構成する非晶質合金箔１５は、弾性（バネ性）が強い厚い箔である方が、発電出力が高くなり、有利である。しかし、コイル２１の質量、コア１１を構成する非晶質合金箔１５の枚数、積層方法、補強材などを工夫すれば、３５μｍ以下の薄い箔でも使用できる。
【0089】
前述の各実施形態は、本発明を具現化した例であり、本発明はこれらの実施形態には限定されない。例えば、前述の各実施形態において、いくつかの構成要素又は工程を追加、削除又は変更したものも本発明に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【実施例】
【0090】
（実施例１）実施例１においては、前述の第１の実施形態に係る振動発電ユニット２０１（図１参照）を実際に作製し、誘起電圧及びその周波数を測定した。
【0091】
コア１１は、６枚の非晶質合金箔１５を積層して形成した。各非晶質合金箔１５の寸法は、板厚を５０μｍとし、幅を２５ｍｍとし、長さを８０ｍｍとした。非晶質合金箔１５は、合金溶湯を急冷して作製し、熱処理は施していない（ａｓ ｃａｓｔ）材とした。コイル２１は、直径が０．４ｍｍのエナメル線を１８０ターン巻いて作製した。コイルの重量は１５ｇ、抵抗は１．８Ωであった。磁石Ｍは、磁極面中心軸上の磁界が、２ｃｍ離れた（Ｌ＝２ｃｍ）場所で、約１０ｍＴ（ミリテスラ）のものを使った。コア１１の自由端１３から約２ｃｍの位置に磁石Ｍの中心を配置した。コア１１は、その長手方向に延びる中心軸の延長線が、磁石Ｍの中心軸とほぼ一致するように設置した。この状態で、踏み台１０１に周波数が約５Ｈｚの外力Ｆを加えて、コア１１及びコイル２１を振動させた。そして、コイル２１に誘起する電圧をデジタルテスターで測定した。
【0092】
その結果、動作中の最大誘起電圧Ｖｍは、６９．７ｍＶ（ＲＭＳ（Root Mean Square：二乗平均平方根）、以下同じ）であった。コイルの抵抗値から、出力Ｐｍは２．７ｍＷ（ＲＭＳ、以下同じ）と算出された。この場合、オームの法則から算出される電流Ｉｍは、３７．８ｍＡ（ＲＭＳ、以下同じ）である。デジタルマルチメータで計測したところ、ほぼ同等の電流値が得られた。
【0093】
同じテスターで電圧の周波数ｆを測定した。表示される周波数は一定ではないが、最大値はｆｍ＝２４Ｈｚであった。すなわち、外力Ｆの振動数に対して約５倍であった。これは、コア１１が外力Ｆの振動数よりも高い周波数で機械振動していることを示す。
【0094】
（実施例２）実施例２においては、コア１１を８枚の非晶質合金箔１５により形成し、実施例１と同様な測定を行った。上記以外の条件は、実施例１と同じとした。その結果、動作中の最大誘起電圧Ｖｍは、８０．０ｍＶであり、発電出力Ｐｍは３．５ｍＷであった。
【0095】
（実施例３）実施例３においては、コア１１を１０枚の非晶質合金箔１５により形成し、実施例１と同様な測定を行った。上記以外の条件は、実施例１と同じとした。その結果、動作中の最大誘起電圧Ｖｍは、９２．９ｍＶであり、発電出力Ｐｍは４．８ｍＷであった。
【0096】
上述の実施例１〜３においては、コア１１を形成する非晶質合金箔１５の積層枚数を増やすと、誘起電圧が増大した。このため、誘起電圧を増大させるためには、非晶質合金箔１５の積層枚数を増やすことが好ましいことがわかる。但し、非晶質合金箔１５の積層枚数を過剰に増やすと、外力がコア１１に伝わりにくくなり、電圧の増加が見込めなくなるため、過剰に増やすのは好ましくない。非晶質合金箔１５の板厚に応じた適正な枚数がある。
【0097】
（実施例４）実施例４においては、図３（ａ）に示すように、コア１１ａの自由端１３側の角をカットした。上記以外の条件は、実施例１と同じとした。その結果、誘起電圧は実施例１の約１．５倍となった。
【0098】
（実施例５）実施例５においては、前述の第２の実施形態（図５参照）に示すように、非晶質合金箔１５の間にスペーサを挟む効果について、検証した。
【0099】
板厚が２８μｍの非晶質合金箔を１１枚積層させて、コアを作製した。コアの合計の厚さは約３０８μｍであり、これは、実施例１のコア、すなわち、板厚が５０μｍの非晶質合金箔１５を６枚積層させたコアの厚さ（約３００μｍ）と同程度である。このコアを、コアサンプルＮｏ．１とした。一方、板厚が２８μｍの非晶質合金箔を１１枚と、非磁性のテープ１０枚を交互に積層させて、コアを作製した。このコアをコアサンプルＮｏ．２とした。そして、実施例１と同様な条件により、誘起電圧を測定した。
【0100】
コアサンプルＮｏ．１は、バネが弱く、１８０ターンのコイルを背負っての振動が困難であった。そのため、安定した誘起電圧が得られなかった。コアサンプルＮｏ．２は、実施例１と同様に、外力を受けて安定して振動することができた。外力の振動数を５Ｈｚとしたときの誘起電圧は、Ｖｍ＝４７．５ｍＶであった。
【0101】
（比較例１）図１３は、比較例１の試験方法を示す図である。
図１３に示すように、一端を固定支持具１４に固定されたコア１１の周囲にコイル２１を配置した状態で、自由端１３を磁石Ｍの磁極面に対面させた。コア１１は、上述の実施例１で使用したコア１１と同様に、非晶質合金箔１５を６枚積層させたものを用いた。そして、コア１１、コイル２１を静止させたまま、コア１１の自由端１３の前方で磁石Ｍを上下に振動させた。磁石Ｍの振動数は３〜５Ｈｚとし、振幅は３〜５ｃｍとした。上記以外の条件は、実施例１と同様とした。
【0102】
本比較例において、デジタルテスターが示した誘起電圧Ｖｍは、振幅が３ｃｍのとき、６〜９ｍＶ、振幅が５ｃｍでは、９〜１３ｍＶであった。また、周波数ｆは、磁石を振った振動数以上の数値は出なかった。一方、上述の如く、コアを振動させた実施例１では、最大誘起電圧Ｖｍは６９．７ｍＶであり、周波数ｆは２４Ｈｚであった。
【0103】
このように、磁石Ｍを振動させた場合は、コア１１を振動させた場合と比較して、誘起電圧は極めて低かった。本比較例の発電出力（Ｗ）は、コアを振動させた場合の１０％程度であった。以上のことから、実施例１の高い発電出力は、コア１１の機械振動（たわみ振動）による透磁率変化が発電に大きく寄与していると推定される。また、ファラデーの電磁誘導の式から逆算される磁束変化ΔＢの大きさから、外力の振動数より高い周波数が重畳していることが推測される。
【0104】
（比較例２）比較例２においては、前述の実施例１において、磁石Ｍを除いてコア１１を振動させた。この場合、誘起電圧は極めて小さく、０．１ｍＶ程度であった。このことから、実施例１に係る振動発電ユニットは、単に磁歪で誘起される磁束変化を利用しているのではないと考えられる。非特許文献１では、磁石なしで、磁歪による磁束密度変化ΔＢを０．５Ｔと見積もっているが、本実施例においては、磁石なしでは大きな磁束変化は観測されなかった。
【0105】
（比較例３）比較例３においては、コア１１を結晶質の７８パーマロイで形成して、同様な測定を行った。パーマロイの寸法は、板厚を０．５ｍｍ、幅を２５ｍｍとし、長さを８０ｍｍとした。上記以外の条件は、実施例１と同様とした。この場合は、検出可能な電圧は誘起されなかった。このため、実施例１等において誘起電圧が発生する現象は、非晶質合金箔に特有のものであると考えられる。
【符号の説明】
【0106】
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ：コア、１２：結束部、１３：自由端、１４：固定支持具、１５：非晶質合金箔、１６：スペーサ、１７：非晶質合金箔、２１：コイル、５１：可動支持具、６０：振幅設定機構、６１、６２：バネ、６３：ガイド、６４：外力伝達面、６５：支持バネ、６６：支持台、７１：蓄電回路、８１、８２：板バネ、９３：錘、１０１：踏み台、１０２：支柱、１０３、１０３ａ：筐体、１０５：先端部、１０６、１０７：位置、１０８：支点、１１０：穴、１１１：握力付加部、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８：振動発電ユニット、Ｆ：外力、Ｌ：最短距離、Ｍ：磁石
【要約】
【課題】発電出力が高い振動発電ユニットを提供する。【解決手段】実施形態に係る振動発電ユニットは、コアと、コイルと、磁石と、を備える。前記コアは、積層された複数枚の非晶質合金箔を有する。前記複数枚の非晶質合金箔は長手方向の第１部分において結束されている。前記コアの長手方向の端部のうち、前記第１部分を除く第２部分に位置する端部は自由端である。前記コイルは、絶縁被覆された導線が前記第２部分の周囲に巻回されている。前記磁石は、前記自由端に対向している。前記複数枚の非晶質合金箔は、前記第２部分において相互にずれることができる。外力が前記コアに伝達されることにより、前記コアがたわみ振動する。前記コアは、前記外力に起因する基本振動と共に高調波振動をする。
【選択図】図１