特許 6240556 磁歪式振動発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6240556

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】磁歪式振動発電装置

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/18 20060101AFI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H02N2/18

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-94224(P2014-94224)

(22)【出願日】2014年4月30日

(65)【公開番号】特開2015-211627(P2015-211627A)

(43)【公開日】2015年11月24日

【審査請求日】2017年1月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219602

【氏名又は名称】住友理工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103252

【弁理士】

【氏名又は名称】笠井 美孝

(74)【代理人】

【識別番号】100147717

【弁理士】

【氏名又は名称】中根 美枝

(72)【発明者】

【氏名】村瀬 貴範

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 浩一

(72)【発明者】

【氏名】栗熊 甫

【審査官】 三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−３３５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０８０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０３８６８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１３６３６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３３３１５６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３４６９０２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ ２／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

強磁性材料で形成されて振動部材に一端を固定される長手状の強度部材を備えていると共に、該強度部材には磁歪材料で形成された発電素子が並列的に取り付けられており、該発電素子に対して磁性的に接続されるヨーク部材が配設されて、該発電素子と該ヨーク部材を含んで構成される閉磁路にバイアス磁界を印加する磁石が設けられていると共に、該閉磁路上にコイルが巻回されて配設されており、該発電素子の歪みによる透磁率の変化に基づいて該コイルに電圧が生じるようにされた磁歪式振動発電装置において、
前記強度部材に対する前記ヨーク部材の相対変位を許容しながら、該強度部材に対する前記磁石および該ヨーク部材の磁性的な接続状態を保持する保持ホルダを備えると共に、
前記発電素子の少なくとも一方の端部を該強度部材への重ね合わせ状態で挟み込んで該強度部材に固定する固定部材によって、該保持ホルダの該強度部材に対する相対変位量を制限する変位制限手段が構成されていることを特徴とする磁歪式振動発電装置。

【請求項2】

前記強度部材と前記保持ホルダの何れか一方に係止突起が形成されていると共に、
それら強度部材と保持ホルダの何れか他方に係止穴が形成されており、
該係止突起が該係止穴に挿入されることで該保持ホルダの該強度部材に対する相対変位量が制限されると共に、
該係止突起が該係止穴よりも小径とされて該保持ホルダの該強度部材に対する相対変位が許容されている請求項１に記載の磁歪式振動発電装置。

【請求項3】

前記固定部材が前記保持ホルダに対して前記強度部材と反対側に対向する規制部を備えており、該規制部と該強度部材の対向方向で該保持ホルダの該強度部材に対する相対変位が許容されていると共に、該規制部と該保持ホルダの当接によって該保持ホルダの該強度部材に対する相対変位量が制限される請求項１又は２に記載の磁歪式振動発電装置。

【請求項4】

前記固定部材が前記強度部材と前記発電素子の端部とを挟み込む第一の挟持部材と第二の挟持部材を組み合わせた構造を有しており、該第一の挟持部材が前記規制部を有すると共に、該第二の挟持部材が該強度部材に外嵌される嵌合凹溝を備えており、該強度部材に嵌合された該第二の挟持部材における該嵌合凹溝の側壁部が該第一の挟持部材に固定されることにより、該発電素子が該強度部材に固定されていると共に、該第一の挟持部材が該強度部材に固定されて該規制部が該強度部材に対して位置決めされている請求項３に記載の磁歪式振動発電装置。

【請求項5】

前記強度部材の長さ方向両側にそれぞれ前記磁石が配されており、それら磁石に跨って前記ヨーク部材が延びていると共に、前記保持ホルダが、各該磁石および該ヨーク部材を該強度部材に対する磁性的な接続状態に保持する一対の接続保持部を備えており、それら一対の接続保持部が該強度部材と並列的に延びる長手状の連結部で相互に連結されている請求項１〜４の何れか一項に記載の磁歪式振動発電装置。

【請求項6】

前記強度部材の幅方向両側にそれぞれ前記磁石が配設されており、それら磁石がそれぞれ前記保持ホルダにより該強度部材に対して磁性的な接続状態に保持されていると共に、各該磁石を保持する該保持ホルダが該強度部材を幅方向に跨いで延びる前記固定部材によってそれぞれ該強度部材に対する相対変位量を制限されている請求項１〜５の何れか一項に記載の磁歪式振動発電装置。

【請求項7】

前記保持ホルダが樹脂で形成されている請求項１〜６の何れか一項に記載の磁歪式振動発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁歪材料で形成された発電素子の歪みに対する透磁率の変化を利用して、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する磁歪式振動発電装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電装置の一種として、磁歪材料で形成された発電素子を用いた磁歪式振動発電装置がある。例えば、特許第４９０５８２０号公報（特許文献１）に示された磁歪式振動発電装置では、磁性材料で形成された強度部材（１１ｂ）と磁歪材料で形成された発電素子（１１ａ）を並列的に備えていると共に、それら強度部材および発電素子と並列に延びるヨーク部材（１５）が設けられている。更に、発電素子とヨーク部材を含んで構成される閉磁路に磁石（１４）によるバイアス磁界が印加されていると共に、該閉磁路上にコイル（１２）が巻回されて配された構造を有している。そして、強度部材の一端が振動部材に固定された装着状態において、振動入力時の強度部材の変形によって発電素子に歪みが生ぜしめられて、発電素子の透磁率が変化することで、コイルに電磁誘導による電圧が生じるようになっている。

【0003】

ところで、磁歪式振動発電装置では、強度部材の撓み変形に対する共振周波数を、想定される主たる入力振動の周波数に合わせて設定して、振動入力時に強度部材の変形を共振状態で積極的に生ぜしめることにより、発電素子の歪みを大きく得て、発電効率の向上を図ることができる。強度部材は、一般的にステンレス鋼などで形成された高剛性の部材であることから、強度部材の共振周波数を実用的な周波数に設定するためには、強度部材の変形剛性が小さく抑えられることが望ましい。

【0004】

ところが、磁歪式振動発電装置における強度部材の実質的な共振周波数は、強度部材と並列的に固設される発電素子およびヨーク部材を含んだ構造体全体の変形剛性に応じて設定されることから、高剛性のヨーク部材を備える構造では、当該構造体の変形剛性が大きくなって、強度部材の実質的な共振周波数が実用域を超えて高周波に設定されてしまうおそれがあった。

【0005】

なお、磁石の磁力などによって、ヨーク部材を強度部材に固定することなく相対変位可能に接続することで、ヨーク部材による強度部材の補強作用を抑えることも考えられるが、そうすると、ヨーク部材の強度部材からの脱落が問題となる。それ故、実際には接着やねじ止めなどの固定が必要とされて、強度部材がヨーク部材によって補強されるのを防ぎ難かった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４９０５８２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、強度部材にヨーク部材が併設された構造であっても、ヨーク部材による強度部材の補強作用が抑えられて、強度部材の実質的な共振周波数の変化が低減されると共に、磁石およびヨーク部材の強度部材からの脱落も防止される、新規な構造の磁歪式振動発電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。

【0009】

すなわち、本発明の第一の態様は、強磁性材料で形成されて振動部材に一端を固定される長手状の強度部材を備えていると共に、該強度部材には磁歪材料で形成された発電素子が並列的に取り付けられており、該発電素子に対して磁性的に接続されるヨーク部材が配設されて、該発電素子と該ヨーク部材を含んで構成される閉磁路にバイアス磁界を印加する磁石が設けられていると共に、該閉磁路上にコイルが巻回されて配設されており、該発電素子の歪みによる透磁率の変化に基づいて該コイルに電圧が生じるようにされた磁歪式振動発電装置において、前記強度部材に対する前記ヨーク部材の相対変位を許容しながら、該強度部材に対する前記磁石および該ヨーク部材の磁性的な接続状態を保持する保持ホルダを備えると共に、前記発電素子の少なくとも一方の端部を該強度部材への重ね合わせ状態で挟み込んで該強度部材に固定する固定部材によって、該保持ホルダの該強度部材に対する相対変位量を制限する変位制限手段が構成されていることを、特徴とする。

【0010】

このような第一の態様に従う構造とされた磁歪式振動発電装置によれば、磁石およびヨーク部材の磁性的な接続状態が、保持ホルダによって維持されることから、目的とする発電性能が安定して発揮される。

【0011】

しかも、ヨーク部材の強度部材に対する相対変位が許容されていることから、強度部材がヨーク部材によって補強されるのを防いで、強度部材の共振周波数が入力振動の周波数に対してずれるのを回避できる。これにより、振動入力時に強度部材の変形量が共振状態で大きく得られて、発電素子に歪みが有効に生ぜしめられることで、目的とする発電性能が実現される。

【0012】

また、発電素子が強度部材と固定部材の間に挟持されることから、発電素子にねじ穴などの取付構造を特別に設ける必要がなく、発電素子の強度が大きく確保されると共に、発電素子の形状や大きさなどが大きな自由度で設定される。

【0013】

さらに、発電素子を支持する固定部材が変位制限手段を構成することから、保持ホルダの強度部材に対する相対変位量を、少ない部品点数で且つ機械的な手段による高い信頼性をもって制限することができる。なお、保持ホルダは、変位制限手段によって、強度部材に対する相対変位をある程度まで許容された状態で制限されていても良いし、強度部材に対する相対変位量が略０となるように、実質的な固定状態で相対変位を制限されていても良い。

【0014】

本発明の第二の態様は、第一の態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記強度部材と前記保持ホルダの何れか一方に係止突起が形成されていると共に、それら強度部材と保持ホルダの何れか他方に係止穴が形成されており、該係止突起が該係止穴に挿入されることで該保持ホルダの該強度部材に対する相対変位量が制限されると共に、該係止突起が該係止穴よりも小径とされて該保持ホルダの該強度部材に対する相対変位が許容されているものである。

【0015】

第二の態様によれば、係止突起と係止穴の内周面とが挿入方向と略直交する方向で当接係止されることによって、係止穴にそれよりも小径の係止突起を挿入する簡単な構造で、保持ホルダと強度部材の相対変位量が制限される。これにより、磁石とヨーク部材は、保持ホルダによって、強度部材に対する磁性的な接続状態で適切に保持される。

【0016】

しかも、係止突起が係止穴よりも小径とされて、係止突起が係止穴内で変位可能とされることにより、保持ホルダが強度部材に対する相対変位を許容されることから、保持ホルダによって強度部材に接続保持されるヨーク部材が、強度部材に対する相対変位を許容される。それ故、ヨーク部材の補強作用によって、振動入力に対する強度部材の変形に悪影響が及ぼされるのを、防ぐことができる。

【0017】

本発明の第三の態様は、第一又は第二の態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記固定部材が前記保持ホルダに対して前記強度部材と反対側に対向する規制部を備えており、該規制部と該強度部材の対向方向で該保持ホルダの該強度部材に対する相対変位が許容されていると共に、該規制部と該保持ホルダの当接によって該保持ホルダの該強度部材に対する相対変位量が制限されるものである。

【0018】

第三の態様によれば、保持ホルダと固定部材の規制部が対向配置されていることで、それら保持ホルダと規制部の当接によって、保持ホルダが強度部材に対する相対変位を許容されながら、相対変位量を機械的に制限される。それ故、保持ホルダおよびヨーク部材による強度部材の拘束が回避されると共に、磁石およびヨーク部材の強度部材に対する磁性的な接続状態が、高い信頼性をもって保持される。

【0019】

本発明の第四の態様は、第三の態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記固定部材が前記強度部材と前記発電素子の端部とを挟み込む第一の挟持部材と第二の挟持部材を組み合わせた構造を有しており、該第一の挟持部材が前記規制部を有すると共に、該第二の挟持部材が該強度部材に外嵌される嵌合凹溝を備えており、該強度部材に嵌合された該第二の挟持部材における該嵌合凹溝の側壁部が該第一の挟持部材に固定されることにより、該発電素子が該強度部材に固定されていると共に、該第一の挟持部材が該強度部材に固定されて該規制部が該強度部材に対して位置決めされているものである。

【0020】

第四の態様によれば、第一の挟持部材と第二の挟持部材とを強度部材および発電素子を挟み込むように取り付けることにより、発電素子に特別な取付構造を設けることなく、発電素子を強度部材に取り付けることができる。更に、第一の挟持部材と第二の挟持部材の間に強度部材が挟み込まれることで固定部材が強度部材に取り付けられることから、強度部材に固定部材の取付構造（ねじ穴など）を設ける必要もなく、強度部材における応力集中が回避されて、強度部材の耐久性の向上や、発電素子の広い範囲に対する応力の効率的な伝達などが実現される。

【0021】

本発明の第五の態様は、第一〜第四の何れか一つの態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記強度部材の長さ方向両側にそれぞれ前記磁石が配されており、それら磁石に跨って前記ヨーク部材が延びていると共に、前記保持ホルダが、各該磁石および該ヨーク部材を該強度部材に対する磁性的な接続状態に保持する一対の接続保持部を備えており、それら一対の接続保持部が該強度部材と並列的に延びる長手状の連結部で相互に連結されているものである。

【0022】

第五の態様によれば、磁石およびヨーク部材の端部を強度部材に対して磁性的な接続状態に保持する一対の接続保持部が、連結部によって相互に連結されており、一対の接続保持部を一つの部品として取り扱うことができる。これにより、長さ方向両側の磁石およびヨーク部材の両端部を、少ない部品点数で、強度部材に対する磁性的な接続状態に維持することができる。

【0023】

本発明の第六の態様は、第一〜第五の何れか一つの態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記強度部材の幅方向両側にそれぞれ前記磁石が配設されており、それら磁石がそれぞれ前記保持ホルダにより該強度部材に対して磁性的な接続状態に保持されていると共に、各該磁石を保持する該保持ホルダが該強度部材を幅方向に跨いで延びる前記固定部材によってそれぞれ該強度部材に対する相対変位量を制限されているものである。

【0024】

第六の態様によれば、強度部材の幅方向両側に設けられる保持ホルダが、何れも、強度部材を幅方向に跨ぐ固定部材によって、強度部材に対する相対変位量を制限されることから、それら幅方向両側の保持ホルダの変位制限手段を、少ない固定部材で構成することができる。

【0025】

本発明の第七の態様は、第一〜第六の何れか一つの態様に記載された磁歪式振動発電装置において、前記保持ホルダが樹脂で形成されているものである。

【0026】

第七の態様によれば、保持ホルダを軽量且つ安価に得ることができると共に、金属製に比して保持ホルダの変形剛性を小さく設定し易くなって、保持ホルダが強度部材の変形をより阻害し難くなる。しかも、保持ホルダを大きな形状自由度で設計することができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、磁石とヨーク部材を強度部材に対する磁性的な接続状態に保持する保持ホルダが設けられていると共に、ヨーク部材が保持ホルダによって強度部材に対する相対変位を許容されている。これにより、振動入力時に目的とする発電性能を安定して得ることができると共に、ヨーク部材による強度部材の拘束が防止されて、強度部材の有効な弾性変形による優れた発電効率も実現される。しかも、発電素子を強度部材に重ね合わせ状態で固定する固定部材によって、保持ホルダの強度部材に対する相対変位量を制限する変位制限手段が構成されている。それ故、発電素子にねじ孔などの取付構造を設ける必要がなく、発電素子の形状などの設計自由度や耐久性の向上などが図られると共に、少ない部品点数で保持ホルダの強度部材からの脱離を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の第一の実施形態としての磁歪式振動発電装置を示す斜視図。

【図2】図１に示す磁歪式振動発電装置の平面図。

【図3】図２に示す磁歪式振動発電装置の底面図。

【図4】図２に示す磁歪式振動発電装置の正面図。

【図5】図２のＶ−Ｖ断面図。

【図6】図４のＶＩ−ＶＩ断面図。

【図7】図１に示す磁歪式振動発電装置の分解斜視図。

【図8】図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面を拡大して示す図。

【図9】図２のＩＸ−ＩＸ断面を拡大して示す図。

【図10】本発明の第二の実施形態としての磁歪式振動発電装置を示す斜視図。

【図11】図１０に示す磁歪式振動発電装置の平面図。

【図12】図１１に示す磁歪式振動発電装置の底面図。

【図13】図１１に示す磁歪式振動発電装置の正面図。

【図14】図１０に示す磁歪式振動発電装置の分解斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0030】

図１〜６には、本発明の第一の実施形態としての磁歪式振動発電装置（以下、振動発電装置）１０を示す。振動発電装置１０は、長手状の強度部材１２に発電素子１４を取り付けた構造を有している。以下の説明において、原則として、長さ方向とは左右方向である図２中の左右方向を、幅方向とは前後方向である図２中の上下方向を、厚さ方向とは上下方向である図４中の上下方向を、それぞれ言う。

【0031】

より詳細には、強度部材１２は、ステンレス鋼（マルテンサイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼など）や鉄などの強磁性材料で形成された略矩形ロッド状の部材であって、長さ方向一方の端部（図２中の左端部）には厚さ方向に貫通する取付孔１６が形成されている。そして、図５に二点鎖線で示すように、強度部材１２の取付孔１６に挿通される取付用ボルト１８が振動部材２０に螺着されることにより、強度部材１２の長さ方向一方の端部が振動部材２０に固定されるようになっている。なお、振動部材２０への装着状態において、強度部材１２は、一端（図２中、左端）が振動部材２０に固定された固定端とされると共に、他端（図２中、右端）が自由端とされる。振動部材２０は、特に限定されるものではないが、自動車などの車両ボデーや、洗濯機などの家電製品、建築物の床などが例示される。

【0032】

また、図５に示すように、強度部材１２の長さ方向中間部分には、厚さ方向一方（図５中の上方）に向かって開口する凹溝２２が形成されている。凹溝２２は、強度部材１２の長さ方向で中央よりも固定端側（図５中、左側）にずれた位置に形成されており、強度部材１２の幅方向全長に亘って、略一定の断面形状で連続して延びている。このような凹溝２２が形成されていることにより、強度部材１２は、凹溝２２よりも固定端側に位置する取付部２４と、凹溝２２よりも自由端側に位置するマス部２６と、凹溝２２の底壁部であって取付部２４とマス部２６を相互に連結する変形部２８とを、一体的に備えた構造とされている。なお、凹溝２２が強度部材１２の長さ方向中央よりも固定端側に位置していることから、マス部２６が取付部２４よりも長尺とされている。

【0033】

さらに、凹溝２２の底壁内面の全体が、上方に凹の連続的な湾曲面で構成されて、凹溝２２の深さ寸法が、強度部材１２の長さ方向で徐々に変化している。なお、本実施形態の強度部材１２は、変形部２８を含む全長に亘って、前後幅寸法が略一定とされていると共に、下面（図５中の下面）が平面とされており、凹溝２２の深さ寸法の変化に伴って厚さ方向の曲げ剛性が変化していると共に、変形部２８で最も薄肉となる最深部において厚さ方向の曲げ剛性が最小となっている。

【0034】

更にまた、凹溝２２の一対の側壁内面は、それぞれ強度部材１２の長さ方向に略直交して広がる平坦面とされていると共に、上端部が開口側（図５中、上側）に向かって次第に強度部材１２の長さ方向外方に傾斜しており、本実施形態では、凹溝２２の開口縁部内面が開口側および溝内方に向かって凸となる円弧状断面を有している。

【0035】

また、強度部材１２における凹溝２２に対する長さ方向両側には、それぞれ係止穴３２が形成されている。係止穴３２は、強度部材１２の前後側面に開口しており、本実施形態では、強度部材１２を略一定の円形断面で幅方向に貫通して、強度部材１２の前後両側面に開口している。なお、係止穴は、強度部材１２を貫通しない有底の凹所状であっても良く、強度部材１２の前後各一方の面に開口するように、それぞれ独立して形成され得る。

【0036】

発電素子１４は、磁歪材料で形成されて略一定の矩形断面で延びる長手板形状の部材であって、両端部分が強度部材１２の上面に重ね合わされている。これにより、発電素子１４は、凹溝２２の開口を強度部材１２の長さ方向に跨いで延びており、強度部材１２の変形部２８と上下に離隔して並列的に配設されている。

【0037】

なお、発電素子１４の形成材料となる磁歪材料は、特に限定されるものではないが、鉄−ガリウム合金や鉄−ニッケル合金、鉄−コバルト合金などが好適に採用され、それらの２種以上を組み合わせて用いることもできる。また、上述の発電素子１４を形成する磁歪材料に、イットリウム（Ｙ）やプラセオジム（Ｐｒ）などの希土類元素の少なくとも一種を含ませることにより、後述する発電素子１４の透磁率の変化を大きく得ることもできる。更に、好適には、発電素子１４の曲げ剛性が、強度部材１２の変形部２８における最小曲げ剛性よりも小さくされており、発電素子１４が強度部材１２よりも曲げ変形を生じ易くなっている。

【0038】

また、発電素子１４には、コイル３４が取り付けられている。コイル３４は、発電素子１４に巻回される導電性の金属線材によって形成されており、発電素子１４における磁束の変化に応じてコイル３４に電磁誘導による誘導起電力が生じるようになっている。更に、コイル３４は、発電素子１４の強度部材１２への取付け状態において、強度部材１２の凹溝２２に入り込んでおり、コイル３４と強度部材１２の干渉が回避されている。なお、図中では明らかではないが、コイル３４を構成する金属線材の両端は、蓄電池や電気機器（ＬＥＤや電子回路など）に電気的に接続されている。

【0039】

また、強度部材１２の前後両側には、それぞれ磁石３６ａ，３６ｂが配設されている。磁石３６としては、フェライト磁石やアルニコ磁石、ネオジム磁石などの各種公知の永久磁石が採用されており、強度部材１２の前後方向に着磁されている。そして、磁石３６ａ，３６ｂは凹溝２２を長さ方向で挟んだ各一方側に取り付けられており、磁石３６ａが強度部材１２における取付部２４の前後側面に固着されていると共に、磁石３６ｂが強度部材１２におけるマス部２６の前後側面に固着されて、それぞれ強度部材１２に磁性的に接続されている。更に、磁石３６ａと磁石３６ｂは、互いに逆向きに着磁されており、例えば、磁石３６ａの強度部材１２側がＮ極とされる場合には、磁石３６ｂの強度部材１２側がＳ極とされる。更にまた、一対の磁石３６ａ，３６ａが、強度部材１２に対して、長さ方向の略同じ位置で、前後各一方の側から固着されていると共に、一対の磁石３６ｂ，３６ｂが、強度部材１２に対して、長さ方向の略同じ位置で、前後各一方の側から固着されている。

【0040】

さらに、強度部材１２の前後両側には、ヨーク部材３８が並列的に配設されている。ヨーク部材３８は、強度部材１２と略平行に延びるロッド形状乃至は長手板形状とされており、強度部材１２と同様にステンレス鋼や鉄などの強磁性材料で形成されている。そして、ヨーク部材３８は、磁石３６ａと磁石３６ｂに跨って延びており、一方の端部が磁石３６ａの前後外面に重ね合わされて固着されていると共に、他方の端部が磁石３６ｂの前後外面に重ね合わされて固着されている。これにより、ヨーク部材３８は、磁石３６ａ，３６ｂを介して強度部材１２に磁性的に接続されている。

【0041】

磁石３６の強度部材１２への固着手段や、ヨーク部材３８の磁石３６への固着手段は、特に限定されないが、例えば、磁石３６の磁気的な引力や接着剤、機械的な係止などによって実現され得る。但し、強度部材１２と磁石３６が相対変位可能に固着されるか、磁石３６とヨーク部材３８が相対変位可能に固着されるかの少なくとも一方とされて、ヨーク部材３８の強度部材１２に対する相対変位が許容される。なお、本実施形態では、強度部材１２とヨーク部材３８が、磁石３６に対して、何れも磁気的な引力で相対変位可能に固着されている。

【0042】

このように、磁石３６ａ，３６ｂの前後一組と、ヨーク部材３８の前後一組とが、強度部材１２の各一方の前後側面に取り付けられることにより、強度部材１２と発電素子１４と磁石３６ａ，３６ｂとヨーク部材３８とによって、閉磁路４０が形成されている。そして、閉磁路４０を構成する発電素子１４には、磁石３６ａ，３６ｂによるバイアス磁界が印加されている。なお、コイル３４は、発電素子１４に巻回されることにより、閉磁路４０上に配されている。

【0043】

ここにおいて、磁石３６ａ，３６ｂとヨーク部材３８は、保持ホルダ４２によって覆われている。保持ホルダ４２は、合成樹脂で形成された長手状の部材であって、強度部材１２の幅方向前後に一対が配設されて、それぞれ磁石３６ａ，３６ｂおよびヨーク部材３８に幅方向外方から重ね合わされている。より詳細には、保持ホルダ４２は、図６，７に示すように、一対の接続保持部４４，４４と、それら一対の接続保持部４４，４４を連結する連結部４６とを、一体で備えている。

【0044】

接続保持部４４は、略矩形ブロック形状とされており、長さ方向および幅方向の内方に向かって開口する収容凹所４８を備えている。また、接続保持部４４における収容凹所４８よりも長さ方向の外側には、小径円柱状の係止突起５０が一体形成されて、強度部材１２に向かって幅方向内方に突出している。

【0045】

連結部４６は、略一定の断面形状で延びる長手板状とされており、幅方向内面に開口して長さ方向に連続するヨーク収容溝５２を備えている。本実施形態では、ヨーク収容溝５２の底壁部を前後に貫通する肉抜き孔５４が形成されて、連結部４６の軽量化が図られている。

【0046】

そして、一対の接続保持部４４，４４と連結部４６が一体形成されており、一対の接続保持部４４，４４が長さ方向で相互に離隔して両側に配されると共に、それら一対の接続保持部４４，４４が連結部４６によって相互に連結されて、保持ホルダ４２が形成されている。なお、一対の接続保持部４４，４４の収容凹所４８，４８と、連結部４６のヨーク収容溝５２とが、一体的な凹所として相互に繋がっている。

【0047】

この保持ホルダ４２は、磁石３６ａ，３６ｂおよびヨーク部材３８に対して、幅方向外方から重ね合わされている。即ち、保持ホルダ４２における一対の接続保持部４４，４４の収容凹所４８，４８に、磁石３６ａ，３６ｂの各一方とヨーク部材３８の各一方の端部とが差し入れられている一方、連結部４６のヨーク収容溝５２に、ヨーク部材３８の中間部分が差し入れられている。本実施形態では、磁石３６ａ，３６ｂおよびヨーク部材３８が、保持ホルダ４２の収容凹所４８，４８および連結部４６のヨーク収容溝５２に嵌合されて、保持ホルダ４２に対して略相対変位不能に取り付けられている。これにより、磁石３６ａ，３６ｂおよびヨーク部材３８の幅方向外側および厚さ方向両側が、保持ホルダ４２で覆われており、磁石３６ａ，３６ｂとヨーク部材３８が、一対の接続保持部４４，４４によって、相互に位置決めされて磁性的な接続状態とされている。本実施形態では、磁石３６ａ，３６ｂとヨーク部材３８が、保持ホルダ４２によって、相互に当接した重ね合わせ状態に保持されている。

【0048】

さらに、磁石３６ａ，３６ｂが強度部材１２に固着されることにより、保持ホルダ４２が強度部材１２の幅方向外方に配されると共に、保持ホルダ４２の係止突起５０が強度部材１２の係止穴３２に挿入される。保持ホルダ４２の係止突起５０は、強度部材１２の係止穴３２よりも小径とされており、幅方向前後一対の保持ホルダ４２，４２の各係止突起５０が、強度部材１２の係止穴３２に幅方向各一方側からそれぞれ隙間をもって挿し入れられている。これにより、保持ホルダ４２は、係止突起５０の係止穴３２への挿入方向と直交する方向において、強度部材１２に対する相対変位が、係止穴３２内での係止突起５０の変位によって許容されていると共に、強度部材１２に対する相対変位量が、係止穴３２の内周面に対する係止突起５０の当接係止によって制限されている。

【0049】

また、保持ホルダ４２は、強度部材１２に対する幅方向外方への脱離が、固定部材５６によって防止されている。固定部材５６は、第一の挟持部材５８と第二の挟持部材６０含んで構成されている。

【0050】

第一の挟持部材５８は、オーステナイト系ステンレス鋼などの非磁性材料で形成されており、幅方向（図３中、上下）で互いに対向して厚さ方向（図４中、上下）に延びる一対の規制部６２，６２が、上端において幅方向に延びる第一の素子挟持部６４によって、相互に一体連結された構造を有している。なお、図７に示すように、第一の素子挟持部６４には、前後に所定の距離を隔てて一対のボルト孔６６，６６が貫通形成されている。

【0051】

第二の挟持部材６０は、第一の挟持部材５８と同様に非磁性材料で形成されており、厚さ方向に延びる一対のナット部６８，６８が、下端において幅方向に延びる第二の素子挟持部７０によって、相互に一体連結された構造を有している。更に、第二の挟持部材６０における一対のナット部６８，６８の間には、上方（図５中、上方）に開口して長さ方向（図６中、左右）に延びる嵌合凹溝７２が形成されている。また、第二の挟持部材６０のナット部６８，６８には、厚さ方向に延びるねじ穴７４がそれぞれ形成されている。

【0052】

そして、第二の挟持部材６０の嵌合凹溝７２には、強度部材１２が嵌め入れられる。第二の挟持部材６０の一対のナット部６８，６８は、強度部材１２の幅方向各一方において、強度部材１２とヨーク部材３８の間で且つ磁石３６ａ，３６ｂの間に差し入れられていると共に、強度部材１２の長さ方向で変形部２８を外れた外側に配置されている。なお、第二の挟持部材６０は、強度部材１２に対して非接着で嵌合されていても良いし、接着などの手段によって強度部材１２に固定されていても良い。

【0053】

さらに、第一の素子挟持部６４の中央部分が、強度部材１２および発電素子１４の端部に、上方から重ね合わされると共に、第一の素子挟持部６４におけるボルト孔６６，６６の形成部分が、第二の挟持部材６０の一対のナット部６８，６８に、上方から重ね合わされる。そして、第一の挟持部材５８のボルト孔６６，６６に挿通される取付ねじ７６，７６が、第二の挟持部材６０のナット部６８，６８に形成されたねじ穴７４，７４に螺着されることにより、第一の挟持部材５８と第二の挟持部材６０が相互に固定されて固定部材５６が形成される。

【0054】

本実施形態では、一対の固定部材５６，５６が強度部材１２の長さ方向に所定の距離を隔てて設けられており、一方の固定部材５６が取付部２４に取り付けられていると共に、他方の固定部材５６がマス部２６に取り付けられている。そして、発電素子１４の両端部分と強度部材１２が、それぞれ、第一の挟持部材５８の第一の素子挟持部６４と第二の挟持部材６０の第二の素子挟持部７０との対向面間で、取付ねじ７６の締結力によって上下に挟持されて、発電素子１４が強度部材１２に固定されている。

【0055】

また、第一の挟持部材５８が強度部材１２に固定されることにより、第一の挟持部材５８の規制部６２，６２が、強度部材１２に対して位置決めされている。そして、保持ホルダ４２の連結部４６が固定部材５６，５６の各規制部６２に当接することで、保持ホルダ４２が強度部材１２に対する幅方向外方への相対変位量を制限されるようになっており、変位制限手段が規制部６２，６２を備えた固定部材５６によって構成されている。本実施形態において、固定部材５６の第一の挟持部材５８は、幅方向両側に規制部６２を備えていると共に、強度部材１２および発電素子１４とヨーク部材３８，３８および保持ホルダ４２，４２とを幅方向に跨いで延びており、規制部６２，６２が保持ホルダ４２の連結部４６に対して、強度部材１２と反対側である幅方向外側に対向配置されている。これにより、幅方向両側の保持ホルダ４２，４２が、強度部材１２に対する相対変位量を、固定部材５６の各規制部６２によって制限される（図６，８参照）。

【0056】

そして、保持ホルダ４２の強度部材１２からの脱落が、固定部材５６によって防止されており、保持ホルダ４２と強度部材１２の間に配設される磁石３６ａ，３６ｂおよびヨーク部材３８が、保持ホルダ４２によって強度部材１２に対する磁性的な接続状態に保持されている。また、一対の保持ホルダ４２，４２が、強度部材１２の幅方向各一方側に配されており、それら一対の保持ホルダ４２，４２によって、磁石３６ａ，３６ｂおよびヨーク部材３８の前後一組が、強度部材１２に対する磁性的な接続状態に保持されている。なお、磁性的な接続状態とは、必ずしも接触して接続されている場合だけでなく、閉磁路４０が有効に維持される程度の隙間をもって離隔配置された状態も含む。

【0057】

さらに、強度部材１２と規制部６２の対向面間距離が、保持ホルダ４２における接続保持部４４の幅方向寸法よりも大きくされており、強度部材１２に対する保持ホルダ４２の幅方向への相対変位が、強度部材１２と規制部６２の対向面間で許容される。特に、保持ホルダ４２が許容される強度部材１２に対する幅方向への相対変位量（ｔ）は、図９に示すように、係止突起５０の突出寸法（ｌ）よりも小さくされており、保持ホルダ４２が強度部材１２に対して幅方向外方に相対変位しても、係止突起５０が係止穴３２への挿入状態に保持されるようになっている。

【0058】

かくの如き構造とされた振動発電装置１０は、図５に示す振動部材２０への装着状態において、強度部材１２の厚さ方向に振動が入力されると、強度部材１２が厚さ方向で薄肉とされた凹溝２２の形成部分（変形部２８）において弾性変形せしめられて、発電素子１４に長さ方向の圧縮歪み又は引張歪みが生じる。これにより、磁歪材料で形成された発電素子１４の透磁率が逆磁歪効果（歪みによって透磁率が変化する効果）によって変化して、コイル３４を貫通する磁束が変化することから、コイル３４に電磁誘導による電圧（誘導起電力）が発生して、コイル３４に接続された蓄電池の充電或いは電気機器の作動などに用いられる。

【0059】

なお、本実施形態では、発電素子１４の曲げ剛性が、強度部材１２の変形部２８における最小曲げ剛性よりも小さくされており、曲げ変形における中立軸が発電素子１４よりも強度部材１２側に偏倚して設定されている。これにより、曲げ変形特性に関して強度部材１２の影響が支配的とされて、発電素子１４に対する圧縮／引張応力が一層効率的に生ぜしめられるようになっている。

【0060】

ここにおいて、振動発電装置１０では、保持ホルダ４２と固定部材５６によって、ヨーク部材３８が強度部材１２に対して相対変位可能に取り付けられている。これにより、強度部材１２の変形部２８における弾性変形が、ヨーク部材３８によって拘束されることなく有効に生ぜしめられて、発電素子１４の歪みが効率的に生ぜしめられることから、発電効率の向上が図られる。

【0061】

しかも、ヨーク部材３８だけでなく、保持ホルダ４２も強度部材１２に対する相対変位を許容されていることにより、保持ホルダ４２の連結部４６が強度部材１２の変形を阻害することもなく、強度部材１２の効率的な変形による発電効率の向上が実現される。本実施形態では、保持ホルダ４２が一対の接続保持部４４，４４を連結部４６で相互に連結した構造とされていることから、長さ方向両側の磁石３６ａ，３６ｂとヨーク部材３８の両端部を、強度部材１２に対して少ない部品点数で磁性的な接続状態に保持することができる。

【0062】

また、保持ホルダ４２は、固定部材５６によって、強度部材１２に対する相対変位を許容された状態で、強度部材１２に脱落不能に取り付けられていることから、磁石３６ａ，３６ｂおよびヨーク部材３８が、強度部材１２に対する磁性的な接続状態に安定して保持される。それ故、磁石３６ａ，３６ｂおよびヨーク部材３８と強度部材１２および発電素子１４とを含んで構成される閉磁路４０が、振動入力時にも安定して維持されて、目的とする発電性能を安定して得ることができる。

【0063】

特に、固定部材５６の規制部６２と保持ホルダ４２との対向面間距離（ｔ）が、保持ホルダ４２における係止突起５０の突出長さ（ｌ）よりも小さく設定されていることにより、係止突起５０の係止穴３２からの抜けが、規制部６２と保持ホルダ４２の当接によって防止されている。これにより、係止突起５０と係止穴３２の機械的な係止によって、保持ホルダ４２の強度部材１２からの脱落が、高い信頼性をもって阻止されている。

【0064】

さらに、本実施形態では、幅方向両側に配された保持ホルダ４２，４２の強度部材１２に対する幅方向への相対変位量が、何れも、固定部材５６の第一の挟持部材５８に設けられた一対の規制部６２，６２によって制限されている。それ故、部品点数の少ない簡単な構造によって、保持ホルダ４２，４２の強度部材１２に対する相対変位量が制限されて、保持ホルダ４２，４２が強度部材１２から脱落するのを防止できる。

【0065】

また、保持ホルダ４２を強度部材１２に対して脱落不能に保持する固定部材５６が、第一の挟持部材５８と第二の挟持部材６０とを含んで構成されており、発電素子１４が第一の挟持部材５８と強度部材１２の重ね合わせ面間に挟み込まれて支持されている。これにより、発電素子１４にねじ穴などの取付構造を設ける必要がなくなって、発電素子１４の形状や大きさなどが、強度部材１２への取付構造によって制限されることなく、大きな自由度をもって設定可能とされる。しかも、発電素子１４が第一の挟持部材５８と強度部材１２の重ね合わせ面で挟まれて支持されることから、発電素子１４の強度部材１２に対する取付状態が安定して、発電素子１４の強度部材１２に対する脱落や位置ずれなどを防ぐことができる。

【0066】

また、保持ホルダ４２が合成樹脂で形成されていることにより、軽量化が図られると共に、目的とする形状を大きな自由度で設定することができる。しかも、本実施形態では、保持ホルダ４２の連結部４６に肉抜き孔５４が貫通形成されていることから、更なる軽量化が図られると共に、連結部４６の変形剛性が小さくされて、連結部４６による強度部材１２の補強が防止される。

【0067】

図１０〜１３には、本発明の第二の実施形態としての磁歪式振動発電装置８０を示す。振動発電装置８０は、磁石３６ａ，３６ｂとヨーク部材３８が、保持ホルダ８２によって、強度部材１２に対する磁性的な接続状態に保持されている。なお、第一の実施形態と実質的に同一の部材および部位については、第一の実施形態と同じ符号を付すことにより、説明を省略する。

【0068】

より詳細には、図１４にも示すように、保持ホルダ８２は、接続保持部４４に変位制限部８４が一体形成された構造を有している。変位制限部８４は、接続保持部４４の幅方向外端部から略一定の鉤形断面で長さ方向の内方に向かって突出しており、厚さ方向上下に対向する一対が設けられている。

【0069】

そして、４つの保持ホルダ８２，８２，８２，８２によって、磁石３６およびヨーク部材３８が、強度部材１２に対して、離脱不能に保持されて磁性的な接続状態に保持されていると共に、相対変位を許容されている。より具体的には、保持ホルダ８２は、接続保持部４４がヨーク部材３８の端部および磁石３６にそれぞれ被せ付けられると共に、変位制限部８４が、固定部材５６における第一の挟持部材５８の規制部６２に対して、幅方向内方に所定の距離を隔てて対向配置されている。更に、強度部材１２の係止穴３２に挿入された接続保持部４４の係止突起５０の突出長さが、変位制限部８４と規制部６２の幅方向での対向面間距離よりも大きくされている。そして、規制部６２に対する変位制限部８４の当接によって、保持ホルダ８２の強度部材１２に対する幅方向外方への相対変位量を制限する変位制限手段が構成されて、保持ホルダ８２の強度部材１２からの離脱が防止される。これにより、磁石３６およびヨーク部材３８が、保持ホルダ８２によって、強度部材１２に対する磁性的な接続状態に保持される。

【0070】

なお、保持ホルダ８２は、前後一組の磁石３６ａ，３６ｂとそれに重ね合わされるヨーク部材３８の長さ方向両端部に、それぞれ取り付けられており、四つの独立した保持ホルダ８２，８２，８２，８２が設けられている。要するに、本実施形態の保持ホルダ８２，８２，８２，８２は、第一の実施形態における前後一対の保持ホルダ８２，８２において、連結部４６の中央部分を取り除いた構造とされている。

【0071】

このような本実施形態に従う構造とされた振動発電装置８０においても、第一の実施形態と同様に、ヨーク部材３８による強度部材１２の補強が回避されることから、強度部材１２の変形が有効に生ぜしめられて、発電効率の向上が図られる。更に、磁石３６ａ，３６ｂおよびヨーク部材３８が、強度部材１２に対して磁性的な接続状態に安定して維持されることから、目的とする発電性能を安定して得ることができる。

【0072】

しかも、本実施形態の振動発電装置８０によれば、四つの保持ホルダ８２，８２，８２，８２が互いに独立して形成されていることから、保持ホルダ８２が強度部材１２の変形に悪影響を及ぼすおそれもなく、強度部材１２の変形が有効に生ぜしめられることで発電効率の向上が図られる。

【0073】

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、保持ホルダ８２の連結部４６は、必ずしも接続保持部４４と同じ材料で一体形成されたものには限定されない。具体的には、例えば、連結部４６が柔軟なエラストマで形成されて、一対の接続保持部４４，４４の相対変位が、連結部４６の変形によって許容されるようにしても良い。

【0074】

また、保持ホルダは、強度部材１２に固定されて、強度部材１２に対する相対変位の許容量が略０とされていても良い。その場合には、例えば、保持ホルダの収容凹所４８とヨーク収容溝５２が、磁石３６およびヨーク部材３８の外形よりも大きくされて、磁石３６およびヨーク部材３８が、収容凹所４８とヨーク収容溝５２に隙間をもって収容されることにより、保持ホルダに対する相対変位を許容される。また、ヨーク部材３８の何れか一方の端部が強度部材１２に相対変位不能に固定されると共に、ヨーク部材３８の何れか他方の端部が、保持ホルダ４２によって、強度部材１２に相対変位可能に取り付けられても良く、これによっても、ヨーク部材３８による拘束が抑えられて、強度部材１２の変形が所定の共振周波数で有効に生ぜしめられる。

【0075】

また、前記実施形態において、磁石３６やヨーク部材３８，保持ホルダ８２は、強度部材１２の幅方向両側に設けられていたが、幅方向の何れか片側にだけ設けられていても良い。更に、磁石３６は、必ずしも強度部材１２の長さ方向両側に設けられていなくても良く、長さ方向の何れか片側だけに設けられ得る。

【0076】

さらに、磁石３６やヨーク部材３８，保持ホルダ８２は、主たる振動入力方向に対する直交方向である幅方向で強度部材１２と並列に配されることが望ましいが、例えば、主たる振動入力方向で強度部材１２と並ぶように、強度部材１２の厚さ方向上下に配されていても良い。

【0077】

また、強度部材１２や磁石３６，ヨーク部材３８などの具体的な形状は、あくまでも例示であって、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、強度部材１２において凹溝２２は必須ではない。

【0078】

また、第一の挟持部材５８と第二の挟持部材６０は、ボルト固定以外の手段（接着や溶着など）によって、相互に固定することも可能であり、その場合には、樹脂製の第一, 第二の挟持部材５８，６０も好適に採用され得る。

【符号の説明】

【0079】

１０，８０：磁歪式振動発電装置、１２：強度部材、１４：発電素子、２０：振動部材、３２：係止穴、３４：コイル、３６：磁石、３８：ヨーク部材、４０：閉磁路、４２，８２：保持ホルダ、４４：接続保持部、４６：連結部、５０：係止突起、５６：固定部材、５８：第一の挟持部材、６０：第二の挟持部材、６２：規制部、７２：嵌合凹溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】