(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023025314
(43)【公開日】2023-02-22
(54)【発明の名称】逆磁歪式発電素子ならびに発電装置
(51)【国際特許分類】
H02N 2/18 20060101AFI20230215BHJP
H10N 35/85 20230101ALI20230215BHJP
H10N 35/01 20230101ALI20230215BHJP
H10N 30/30 20230101ALI20230215BHJP
【ＦＩ】
H02N2/18
H01L41/20
H01L41/47
H01L41/113
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021130427
(22)【出願日】2021-08-10
(71)【出願人】
【識別番号】712008002
【氏名又は名称】西浦 信一
(72)【発明者】
【氏名】西浦 信一
【テーマコード（参考）】
5H681
【Ｆターム（参考）】
5H681AA06
5H681AA10
5H681BB08
5H681DD30
5H681DD53
5H681EE10
5H681GG10
(57)【要約】
【課題】 磁歪材料を用いた逆磁歪式の発電素子の発電時間を、簡単至便な方法により伸長し、有用性を高めた発電素子を提供する。
【解決手段】 磁歪材料による逆磁歪効果を利用する発電素子をバネ性を有する磁性材料フレームで構成し、少なくともそのひとつに、２つ以上の屈折部を設けることで、複数の共振周波数、複数の共振点を作り出し、フレームの自由端にバランサーを設けて、磁歪材料の伸長振幅に効果的な振動状態を作り出して、フレーム上に配置された磁歪材料に逆磁歪効果をもたらす効果的な振動を与えて発電効果を高める。
【選択図】
図１
【解決手段】 磁歪材料による逆磁歪効果を利用する発電素子をバネ性を有する磁性材料フレームで構成し、少なくともそのひとつに、２つ以上の屈折部を設けることで、複数の共振周波数、複数の共振点を作り出し、フレームの自由端にバランサーを設けて、磁歪材料の伸長振幅に効果的な振動状態を作り出して、フレーム上に配置された磁歪材料に逆磁歪効果をもたらす効果的な振動を与えて発電効果を高める。
【選択図】
図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁歪材料、コイル、弾性体であり磁性材料からなるフレーム、磁石と、を少なくとも備える前記磁歪材料の逆磁歪効果を利用する発電素子において、該フレームは、少なくとも第１のフレームと、第２のフレームにより構成され、前記第1のフレームの一方の端部は自由端で、所定長さに亘って固定された前記磁歪材料と、前記磁歪材料と前記第1のフレームを内包するように前記コイルが配置され、前記第１のフレームの他方の端部は自由端であり、前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部を、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面と接合し、前記第2のフレームの他方の端部は固定端であり、前記第1のフレームと前記第２のフレームの少なくともいずれか一方に、少なくとも２つ以上の屈折部を設け、前記第1のフレームと前記第2のフレームの間には所定の隙間が形成され、当該隙間近傍に前記磁石を配置し、磁気回路を為したことを特徴とする発電素子。
【請求項2】
前記２つ以上の屈折部を前記第1のフレームと前記第２のフレームのすくなくともいずれか一方に設けることで、複数の共振周波数、複数の共振点を作り出したことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項3】
前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部と、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面との接合を、ネジ固定としたことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項4】
前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部と、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面とを、接着剤や溶接により接合としたことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項5】
前記第1のフレームの他方の端部に、振動周波数を調整するための重りを具備することを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項6】
前記第1のフレームの一方の端部に、振動周波数を調整するための重りを具備することを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項7】
弾性体であり磁性材料からなる前記フレームは、板状であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項8】
弾性体であり磁性材料からなる前記フレームは、棒状であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項9】
前記磁気回路は、閉磁気回路であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項10】
前記第１のフレームの一方の端部に外力を加え、前記外力は、風力、水力、波力、潮力の群から選択された再生可能エネルギーの運動エネルギーを回転運動や上下運動に変換したものであることを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項11】
外部振動によって素子全体が揺らされることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項12】
請求項1乃至請求項１１に記載の発電素子を具備することを特徴とする発電装置。
【請求項13】
請求項１２に記載の前記発電装置を電源として具備することを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、運動エネルギー発電や振動発電用の発電素子に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、自然界の振動を利用した発電方法が注目され、振動発電として、様々な方法が紹介されている。その中でも、磁歪材料を使用し、逆磁歪効果によって発電するものは、高効率で高電力が得られる技術として注目されている。
【0003】
逆磁歪効果を利用する発電素子は、発電部と、フレームと、磁石から概略構成される。 発電部は、磁性材料からなるフレーム上に配置された磁歪材料からなる磁歪板（棒状でも良い）と、フレームと磁歪板を内包するコイルと、で構成され、磁性材料からなるフレームは、棒状あるいは板状に伸びて、磁石が備えられることで、閉磁気回路を構成する。
【0004】
フレーム、あるいはそれに付加されたフレームヨークに外部振動や外力を付加することで、フレームやフレームヨークが振動し、それに連結する磁歪板が圧縮あるいは伸長して、逆磁歪効果が生じ、コイルに電流が流れて、発電部で発電する仕組みになっている。
【0005】
なお、フレームは、構成上そのままフレームヨークとなる場合もある。 本発明では、磁性材料からなるフレームは、フレームヨークの機能を有するものとし、その呼称をフレームとする。
【0006】
外力の受容には、大まかに２種あり、外部振動によって素子全体を揺らすことで逆磁歪効果を得るタイプ（振動発電）と、再生可能エネルギーなどから得られる運動エネルギーを回転運動や上下運動に変換してフレームや発電部に弾きカム等の機構によって素子に変形を与え、その除荷によって発生する振動を利用して逆磁歪効果を得るタイプ（運動エネルギー発電）である。
【0007】
逆磁歪効果をもつ、磁歪材料、例えば鉄ガリューム合金（Fe-Ga）は、理論的には高電力 を取り出すポテンシャルのある素材である。この素材を、効果的に発電素子に利用すれば、センサーや通信機器を動作しうる小型で安価な独立電源を構成できる。
【0008】
近年、大規模災害が問題となっている。こうした災害の予知や、発生状況をセンシングして自動的に情報を送信するような通信システムが求められている。
【0009】
前記通信システムで重要なことは、簡単至便に設置でき、かつ設置後フリーメンテナンスであることにある。場所的な制約のある有線による電力供給や、定期的な交換を要する電池使用のものは不向きである。一度設置したら、人の手のかからない独立電源が前記通信システムに求められている。
【0010】
また、そうした通信システムでは、必要電力と通信パフォーマンスは正比例する。なるべく大きな電力を得ることが重要となる。そうした背景から大きな発電力を発揮し得る磁歪材料による逆磁歪効果を利用する発電素子及びアクチュエータ、ならびにそれを備えた発電装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特願２０１９―１０４０６４
【特許文献2】特願２０１９―１８５５５５
【特許文献3】特願２０１８―８７９３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
磁歪材料は、逆磁歪効果によって、高い電圧を出すことが知られているが、同時に、電力使用量が大きくなるにつれて、振動減衰も大きくなるという特性がある。大きな振動や外力を受けて、高い電圧が発生しても、つながる電子回路の負荷によって、振動減衰が大きくなり、発電時間が短くなるという特徴がある。これは、連続的に外力を受けるような状況では問題がないが、単発的に外力や振動を受け、その時の発生電力で通信やセンサーによる測定を行うというIoT（internet of things)用の通信機器では、電力量が制限されることになり、パフォーマンスが限定されてしまう。
【0013】
磁歪材料の振動時間は、磁歪材料とコイルとが配置されるフレームの長さの振動周波数並びに共振周波数に依存し、磁歪材料は与えられる振動の周波数が高いほど逆磁歪効果を発揮するということが知られている。
【0014】
先行する特許文献１の特願２０１９―１０４０６４は、外力を効果的に受ける構造としては有効である。しかし、この発明の場合、フレームを長くすれば振動時間は増えるが、磁歪材料への振動周波数は低くなって発電効果が弱くなる。さらに、振動時間を長くするために発電部が配置されるフレームの振幅を大きくするとフレームが磁石に当たってしまい、振動が阻害されるという問題も生じる。その対策として磁石とフレームの距離を大きく取れば、磁場が弱くなるというジレンマもある。
【0015】
特許文献２の特願２０１９―１８５５５５は、発電部のフレームの両端を自由端とすることで外力に対して発生する振動周波数を高くして、発電力を高めることに効果的ではあるが、フレームの実効長は短くなり、発電時間は、短くなる。
【0016】
特許文献３の特願２０１８―８７９３５は、フレームをU字状に湾曲させ、外力による振動時間を長くできる構造であるが、バネ性のある金属材料をU字に湾曲させるという加工上の問題があり、大量生産に向かない上に、加工硬化した湾曲部には、バネ性を期待できない等の量産上の問題がある。
【0017】
すなわち本発明は、上記事情にかんがみてなされたもので、簡単至便な方法を以って、外力から高い振動周波数と低い振動周波数を得ることで、磁歪材料の振動減衰をおさえて発電時間を伸長し、効果的に発電し得る、大量生産にも適した構造の、発電素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、以下の構成を具備している。
【0019】
発明の第1は、磁歪材料、コイル、弾性体であり磁性材料からなるフレーム、磁石と、を少なくとも備える前記磁歪材料の逆磁歪効果を利用する発電素子において、該フレームは、少なくとも第１のフレームと、第２のフレームにより構成され、前記第1のフレームの一方の端部は自由端で、所定長さに亘って固定された前記磁歪材料と、前記磁歪材料と前記第1のフレームを内包するように前記コイルが配置され、前記第１のフレームの他方の端部は自由端であり、前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部を、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面と接合し、前記第2のフレームの他方の端部は固定端であり、前記第1のフレームと前記第２のフレームの少なくともいずれか一方に、少なくとも２つ以上の屈折部を設け、前記第1のフレームと前記第2のフレームの間には所定の隙間が形成され、当該隙間近傍に前記磁石を配置し、磁気回路を為したことを特徴とする発電素子である。
【0020】
発明の第2は、前記２つ以上の屈折部を前記第1のフレームと前記第２のフレームのすくなくともいずれか一方に設けることで、複数の共振周波数、複数の共振点を作り出したことを特徴とする発明の第1に記載の発電素子である。
【0021】
発明の第3は、前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部と、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面との接合を、ネジ固定としたことを特徴とする発明の第1に記載の発電素子である。
【0022】
発明の第4は、前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部と、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面とを、接着剤や溶接により接合としたことを特徴とする発明の第1に記載の発電素子である。
【0023】
発明の第５は、前記第1のフレームの他方の端部に、振動周波数を調整するための重りを具備することを特徴とする発明の第1に記載の発電素子。
【0024】
発明の第６は、前記第1のフレームの一方の端部に、振動周波数を調整するための重りを具備することを特徴とする発明の第1に記載の発電素子。
【0025】
発明の第７は、弾性体であり磁性材料からなる前記フレームは、板状であることを特徴とする発明の第1に記載の発電素子。
【0026】
発明の第８は、弾性体であり磁性材料からなる前記フレームは、棒状であることを特徴とする発明の第1に記載の発電素子。
【0027】
発明の第９は、前記磁気回路は、閉磁気回路であることを特徴とする発明の第1に記載の発電素子。
【0028】
発明の第１０は、前記第１のフレームの一方の端部に外力を加え、前記外力は、風力、水力、波力、潮力の群から選択された再生可能エネルギーの運動エネルギーを回転運動や上下運動に変換したものであることを特徴とする発明の第1に記載の発電素子。
【0029】
発明の第１１は、外部振動によって素子全体が揺らされることを特徴とする発明の第1に記載の発電素子。
【0030】
発明の第1乃至発明の第11に記載の発電素子を具備することを特徴とする発電装置。
【0031】
発明の第１２に記載の前記発電装置を電源として具備することを特徴とする通信システム。
【発明の効果】
【0032】
本発明によれば、磁性材料からなるバネ性を持った棒状あるいは板状に伸びたフレームを組み合わせ、少なくともいずれかに２つ以上の屈折部を設けることで、外力や振動が加えられたとき、フレームが持つ複数の共振周波数が互いに影響しあい、数次の高周波の共鳴振動が導かれ、磁歪材料に機械歪をもたらし、長時間の逆磁歪効果による発電が可能になる。
【0033】
さらに、本発明による発電素子の共振周波数は複数であり、その各々の振動周波数を倍数関係に設定することで、磁歪材料への変形圧力が高まり、逆磁歪効果による発電力と発電時間をさらに大きくすることができる。
本効果は、従来の片梁構造の発電素子やアクチュエータでは成し得ないことは論を待たない。
本効果は、従来の片梁構造の発電素子やアクチュエータでは成し得ないことは論を待たない。
【0034】
さらに、発電部のフレームと磁気回路を構成するフレームとを別々に製造し、のちに組み立てられる構造とすることで、量産性においても、従来構造に対して優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】発明実施の第1の形態 Z曲げを施したフレームにコイルと磁歪素子を配置し 発電部としたタイプの側面図および上面図。
【図2】発明実施の第2の形態 磁石を配置した磁気回路構成用のフレ－ムにZ曲げを施したタイプの側面図および上面図。
【発明を実施するための形態】
【0036】
本発明の実施形態は、磁歪材料、フレーム、コイル、磁石と、で概略構成される。
【0037】
本発明の磁歪材料は、逆磁歪効果のある材料であればすべて使用できるが、好適には鉄ガリューム合金（Fe-Ga）が代表的なものである。形状は、板状でも棒状でも角状でもよいが、長さは、配置されるフレームの共振周波数と倍数関係にあり、共鳴するよう設定されることが望ましい。
【0038】
本発明のフレームは、磁性材料でバネ性を有する材料が望ましい。好適には炭 素 鋼 （ SS400、 SC、 SK材 ） 、 フ ェ ラ イ ト 系 ス テ ン レ ス （ SUS430）などが利用できる。本フレームは磁性材料であり、磁歪材料に対してフレームヨークの機能も併せ持つが、別個にフレームヨークを設けることも排除しない。
形状は、板状でも棒状でも角状でも使いうる。長さは、共振周波数を考慮して決定するのが望ましいが、ばねの反発係数や強度等を考慮して、途中から幅や径を変化させることもできる。
また、発電素子全体を弾性体として維持するために、フレームに与える曲げ加工の角度と方向を考慮するのが望ましい。
形状は、板状でも棒状でも角状でも使いうる。長さは、共振周波数を考慮して決定するのが望ましいが、ばねの反発係数や強度等を考慮して、途中から幅や径を変化させることもできる。
また、発電素子全体を弾性体として維持するために、フレームに与える曲げ加工の角度と方向を考慮するのが望ましい。
【0039】
本発明のコイルは、樹脂製のボビンに絶縁処理された銅線が巻かれたものが量産性の上で好適であるが、ボビンを使わず、磁歪材料とフレームを絶縁処理した銅線で巻いてコイルとすることも可能である。コイルの材料構造には、公知のすべての技術が使いうる。
【0040】
本発明の磁石は、永久磁石や電磁石等、公知の磁石がすべて使いうるが、好適には磁力の強いネオジウム磁石がよい。形状は、筒状、四角形、いずれも使いうるが、コイルの巻き幅に相当する大きさを有するものが望ましい。また、閉磁気回路を構成する際、複数個の磁石を配置することも可能である。
【0041】
本発明の第１の実施形態を、図１をもって説明する。なお、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【0042】
磁性材でありバネ性を持ち板状に伸びる第1フレーム２３の自由端A３１側に、所定長さに亘って磁歪板２１が固定されている。第１フレ-ム２３と磁歪板２１を内包するようにコイル２２が配置され、発電部２０を構成している。
さらに自由端A３１にはバランサーA３５が固定されている。
さらに自由端A３１にはバランサーA３５が固定されている。
【0043】
第1フレーム２３の振動の節付近に第1屈折部２４を設け、さらに任意の場所に第２屈折部２５を設け、第１フレーム２３の自由端A３１と第２フレーム２６の固定端３３との間に隙間ができるよう、第１フレーム２３の発電部とは反対側が固定ネジA２８で第２フレーム２６の任意の場所に接合されている。
【0044】
磁性材でありバネ性を持ち板状に伸びる第２フレーム２６は、一方の端部を発電素子固定部３０に固定ネジB２９で固定され、固定端３３となり、第1フレーム２３との間に出来た隙間の近傍に磁石２７が配置され閉磁気回路を為している。
他方の端部は、バランサーB３６が接続し、自由端B３２となっている。
他方の端部は、バランサーB３６が接続し、自由端B３２となっている。
【0045】
バランサーA３５、バランサーB３６は、その質量によって、素子全体の振動周波数並びに振幅を調整するための重りである。材料は金属でも樹脂でもゴムのようなものでも使いうる。
【0046】
本形態の発電素子に、外部からの振動が加わると、バランサーB３６の質量によって、固定端３３を支点に第２フレーム２６は上下運動を始める。振動は固定ネジA２８を通じて第１フレーム２３に伝播し、第２屈折部２５、第１屈折部２４により発電部２０に伝えられる。この時、発生する振動周波数は、第２フレーム２６の周波数より高く、高い周波数振動で発電力が増す磁歪板２１に好適な振動を加えることができる。さらに、バランサーA３５の質量で磁歪板２１の周波数を制御することもできる。
【0047】
本形態の発電素子では、、風力、水力、波力、潮力の群から選択された再生可能エネルギーの運動エネルギーを回転運動や上下運動に変換した外力を外力受容部３４に加え、全体を振動させて、前述の外部からの振動と同様のプロセスで発電することができる。
【0048】
本発明の第２の実施形態を、図２をもって説明する。なお、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【0049】
磁性材でありバネ性を持ち板状に伸びる第1フレーム５３の自由端A６１側に、所定長さに亘って磁歪板２１が固定されている。第１フレ-ム２３と磁歪板２１を内包するようにコイル２２が配置され、発電部５０を構成している。
さらに自由端A６１にはバランサーA６５が固定されている。さらに反対側の自由端B６２にはバランサーB６６が固定されて、フレーム中央付近の振動の節のあたりに固定ネジA５８で第２フレーム５６の一方の端部が接続され、支軸の役割をしている。
さらに自由端A６１にはバランサーA６５が固定されている。さらに反対側の自由端B６２にはバランサーB６６が固定されて、フレーム中央付近の振動の節のあたりに固定ネジA５８で第２フレーム５６の一方の端部が接続され、支軸の役割をしている。
【0050】
磁性材でありバネ性を持ち板状に伸びる第２フレーム５６には、第１フレーム５３の自由端A６１と第２フレーム５６の固定端６３との間に隙間ができるよう、第1屈折部５４と第２屈折部５５を設けている。
【0051】
第２フレーム５６は、一方の端部を発電素子固定部６０に固定ネジB５９で固定され、固定端６３となり、第1フレーム５３との間に出来た隙間の近傍に磁石５７が配置され閉磁気回路を為している。
【0052】
バランサーA６５、バランサーB６６は、その質量によって、第１フレームの振り子運動を制御し、発電素子全体の振動周波数並びに振幅を調整するための重りである。材料は金属でも樹脂でもゴムのようなものでも使いうる。
【0053】
本形態の発電素子に、外部からの振動が加わると、バランサーA６５とバランサーB６６の質量によって、第1フレーム５３は第２フレーム５６との接続点である固定ネジA５８を支点に第１フレーム５３は振り子運動を始める。また第２フレーム５６も第1屈折部５４と第２屈折部５５に応じた共振周波数で揺れ、その振動を第1フレームに伝播する。この相乗作用によって、磁歪板５１に機械歪を発生させる振動を効果的に加え、逆磁歪効果を高めることができる。
【0054】
本形態の発電素子では、風力、水力、波力、潮力の群から選択された再生可能エネルギーの運動エネルギーを回転運動や上下運動に変換した外力を外力受容部６４に加え、全体を振動させて、前述の外部からの振動と同様のプロセスで発電することができる。
【産業上の利用可能性】
【0055】
本発明の発電素子やアクチュエータを使用した発電装置は、屋外用の独立電源として、通信システムのパフォーマンスの向上に寄与し、かつフリーメンテナンスで長期の使用に耐える有用性の高い通信システムの構築を可能にする。
また、単純な構造と一般的な加工技術で生産でき、大量生産による低価格化を可能にする。そのことにより、特殊用途だけでなく、民生用製品として、広く利用される可能性を持っている。
また、単純な構造と一般的な加工技術で生産でき、大量生産による低価格化を可能にする。そのことにより、特殊用途だけでなく、民生用製品として、広く利用される可能性を持っている。
【符号の説明】
【0056】
２０…発電部、２１…磁歪板、２２…コイル、２３…第1フレーム、２４…第1屈折部、２５…第2屈折部、２６…第2フレーム、２７…磁石、２８…固定ネジA、２９…固定ネジB、３０…発電素子固定部、３１…自由端A、３２…自由端B、３３…固定端、３４…外力受容部、３５…バランサーA、３６…バランサーB、
５０…発電部、５１…磁歪板、５２…コイル、５３…第1フレーム、５４…第1屈折部、５５…第2屈折部、５６…第2フレーム、５７…磁石、５８…固定ネジA、５９…固定ネジB、６０…発電素子固定部、６１…自由端A、６２…自由端B、６３…固定端、６４…外力受容部、６５…バランサーA、６６…バランサーB、
５０…発電部、５１…磁歪板、５２…コイル、５３…第1フレーム、５４…第1屈折部、５５…第2屈折部、５６…第2フレーム、５７…磁石、５８…固定ネジA、５９…固定ネジB、６０…発電素子固定部、６１…自由端A、６２…自由端B、６３…固定端、６４…外力受容部、６５…バランサーA、６６…バランサーB、
【図1】
【図2】
【手続補正書】
【提出日】2021-09-08
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0028】
発明の第１０は、前記第１のフレームのいずれかの端部に外力を加え、前記外力は、運動エネルギーを回転運動や上下運動に変換したものであることを特徴とする発明の第1に記載の発電素子。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0047】
本形態の発電素子では、風力、水力、波力、潮力などの再生可能エネルギー、あるいはモーター等の機械が発生する振動、さらには、道路を走る自動車が発生する振動、橋梁やビルなどの建築物の振動などの運動エネルギーを回転運動や上下運動に変換した外力を外力受容部３４に加え、全体を振動させて、前述の外部からの振動と同様のプロセスで発電することができる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0054】
本形態の発電素子では、風力、水力、波力、潮力などの再生可能エネルギー、あるいはモーター等の機械が発生する振動、さらには、道路を走る自動車が発生する振動、橋梁やビルなどの建築物の振動などの運動エネルギーを回転運動や上下運動に変換した外力を外力受容部６４に加え、全体を振動させて、前述の外部からの振動と同様のプロセスで発電することができる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁歪材料、コイル、弾性体であり磁性材料からなるフレーム、磁石と、を少なくとも備える前記磁歪材料の逆磁歪効果を利用する発電素子において、該フレームは、少なくとも第１のフレームと、第２のフレームにより構成され、前記第1のフレームの一方の端部は自由端で、所定長さに亘って固定された前記磁歪材料と、前記磁歪材料と前記第1のフレームを内包するように前記コイルが配置され、前記第１のフレームの他方の端部は自由端であり、前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部を、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面と接合し、前記第2のフレームの他方の端部は固定端であり、前記第1のフレームと前記第２のフレームの少なくともいずれか一方に、少なくとも２つ以上の屈折部を設け、前記第1のフレームと前記第2のフレームの間には所定の隙間が形成され、当該隙間近傍に前記磁石を配置し、磁気回路を為したことを特徴とする発電素子。
【請求項2】
前記２つ以上の屈折部を前記第1のフレームと前記第２のフレームのすくなくともいずれか一方に設けることで、複数の共振周波数、複数の共振点を作り出したことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項3】
前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部と、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面との接合を、ネジ固定としたことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項4】
前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部と、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面とを、接着剤や溶接により接合としたことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項5】
前記第1のフレームの他方の端部に、振動周波数を調整するための重りを具備することを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項6】
前記第1のフレームの一方の端部に、振動周波数を調整するための重りを具備することを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項7】
弾性体であり磁性材料からなる前記フレームは、板状であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項8】
弾性体であり磁性材料からなる前記フレームは、棒状であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項9】
前記磁気回路は、閉磁気回路であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項10】
前記第１のフレームのいずれかの端部に外力を加え、前記外力は、運動エネルギーを回転運動や上下運動に変換したものであることを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項11】
外部振動によって素子全体が揺らされることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項12】
請求項1乃至請求項１１に記載の発電素子を具備することを特徴とする発電装置。
【請求項13】
請求項１２に記載の前記発電装置を電源として具備することを特徴とする通信システム。
【手続補正書】
【提出日】2021-09-20
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0038】
本発明のフレームは、磁性材料でバネ性を有する材料が望ましい。好適には炭 素 鋼 （ SS400、 SC、 SK材 ） 、 フ ェ ラ イ ト 系 ス テ ン レ ス （ SUS430）などが利用できる。本フレームは磁性材料であり、磁歪材料に対してフレームヨークの機能も併せ持つが、別個にフレームヨークを設けることも排除しない。
形状は、板状でも棒状でも角状でも使いうる。長さは、共振周波数を考慮して決定するのが望ましいが、ばねの反発係数や強度等を考慮して、途中から幅や径を変化させることもできる。
厚も同様にフレームごとに厚みを変え全体の振動状態を調整してもよい。
また、発電素子全体を弾性体として維持するために、フレームに与える曲げ加工の角度と方向を考慮するのが望ましい。
形状は、板状でも棒状でも角状でも使いうる。長さは、共振周波数を考慮して決定するのが望ましいが、ばねの反発係数や強度等を考慮して、途中から幅や径を変化させることもできる。
厚も同様にフレームごとに厚みを変え全体の振動状態を調整してもよい。
また、発電素子全体を弾性体として維持するために、フレームに与える曲げ加工の角度と方向を考慮するのが望ましい。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0044】
磁性材でありバネ性を持ち板状に伸びる第２フレーム２６は、一方の端部を発電素子固定部３０に固定ネジB２９で固定され、固定端３３となり、第1フレーム２３との間に出来た隙間の近傍に磁石２７が配置され閉磁気回路を為している。固定部３０の位置および固定に要する第2フレーム２６の面積は、第２フレーム２６のいずれの位置にも設定し得る。たとえば、第2フレーム２６の中央付近に設定し、第２フレームの振動周波数を上げるとともに、ばねの反発係数を上げる等の調整が可能である。
他方の端部は、バランサーB３６が接続し、自由端B３２となっている。
他方の端部は、バランサーB３６が接続し、自由端B３２となっている。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0051】
第２フレーム５６は、一方の端部を発電素子固定部６０に固定ネジB５９で固定され、固定端６３となり、第1フレーム５３との間に出来た隙間の近傍に磁石５７が配置され閉磁気回路を為している。固定部６０の位置および固定に要する第2フレーム５６の面積は、第２フレーム５６のいずれの位置にも設定し得る。たとえば、第2フレーム５６の中央付近に設定し、第２フレームの振動周波数を上げるとともに、ばねの反発係数を上げる等の調整が可能である。
【手続補正書】
【提出日】2021-09-21
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁歪材料、コイル、弾性体であり磁性材料からなるフレーム、磁石と、を少なくとも備える前記磁歪材料の逆磁歪効果を利用する発電素子において、該フレームは、少なくとも第１のフレームと、第２のフレームにより構成され、前記第1のフレームの一方の端部は自由端で、所定長さに亘って固定された前記磁歪材料と、前記磁歪材料と前記第1のフレームを内包するように前記コイルが配置され、前記第１のフレームの他方の端部は自由端であり、前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部を、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面と接合し、前記第2のフレームの他方は固定部に固定され、前記第1のフレームと前記第２のフレームの少なくともいずれか一方に、少なくとも２つ以上の屈折部を設け、前記第1のフレームと前記第2のフレームの間には所定の隙間が形成され、当該隙間近傍に前記磁石を配置し、磁気回路を為したことを特徴とする発電素子。
【請求項2】
前記２つ以上の屈折部を前記第1のフレームと前記第２のフレームのすくなくともいずれか一方に設けることで、複数の共振周波数、複数の共振点を作り出したことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項3】
前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部と、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面との接合を、ネジ固定としたことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項4】
前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部と、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面とを、接着剤や溶接により接合としたことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項5】
前記第1のフレームの他方の端部に、振動周波数を調整するための重りを具備することを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項6】
前記第1のフレームの一方の端部に、振動周波数を調整するための重りを具備することを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項7】
弾性体であり磁性材料からなる前記フレームは、板状であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項8】
弾性体であり磁性材料からなる前記フレームは、棒状であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項9】
前記磁気回路は、閉磁気回路であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項10】
前記第１のフレームのいずれかの端部に外力を加え、前記外力は、運動エネルギーを回転運動や上下運動に変換したものであることを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項11】
外部振動によって素子全体が揺らされることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項12】
請求項1乃至請求項１１に記載の発電素子を具備することを特徴とする発電装置。
【請求項13】
請求項１２に記載の前記発電装置を電源として具備することを特徴とする通信システム。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0019】
発明の第1は、磁歪材料、コイル、弾性体であり磁性材料からなるフレーム、磁石と、を少なくとも備える前記磁歪材料の逆磁歪効果を利用する発電素子において、該フレームは、少なくとも第１のフレームと、第２のフレームにより構成され、前記第1のフレームの一方の端部は自由端で、所定長さに亘って固定された前記磁歪材料と、前記磁歪材料と前記第1のフレームを内包するように前記コイルが配置され、前記第１のフレームの他方の端部は自由端であり、前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部を、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面と接合し、前記第2のフレームの他方は固定部に固定され、前記第1のフレームと前記第２のフレームの少なくともいずれか一方に、少なくとも２つ以上の屈折部を設け、前記第1のフレームと前記第2のフレームの間には所定の隙間が形成され、当該隙間近傍に前記磁石を配置し、磁気回路を為したことを特徴とする発電素子である。
【手続補正書】
【提出日】2021-10-11
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁歪材料、コイル、弾性体であり磁性材料からなるフレーム、磁石と、を少なくとも備える前記磁歪材料の逆磁歪効果を利用する発電素子において、該フレームは、少なくとも第１のフレームと、第２のフレームにより構成され、前記第1のフレームの一方の端部は自由端で、所定長さに亘って固定された前記磁歪材料と、前記磁歪材料と前記第1のフレームを内包するように前記コイルが配置され、前記第１のフレームの他方の端部は自由端であり、前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部を、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面と接合し、前記第2のフレームの他方は固定部に固定され、前記第1のフレームと前記第２のフレームの少なくともいずれか一方に、少なくとも２つ以上の屈折部を設け、前記第1のフレームと前記第2のフレームの間には所定の隙間が形成され、当該隙間近傍に前記磁石を配置し、磁気回路を為したことを特徴とする発電素子。
【請求項2】
前記２つ以上の屈折部を前記第1のフレームと前記第２のフレームのすくなくともいずれか一方に設けることで、複数の共振周波数、複数の共振点を作り出したことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項3】
前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部と、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面との接合を、ネジ固定としたことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項4】
前記第２のフレームの一方の端部から所定長さに亘った上面の任意の一部と、前記第1のフレームの振動の節近傍の下面とを、接着剤や溶接により接合としたことを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項5】
前記第1のフレームの他方の端部に、振動周波数を調整するための重りを具備することを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項6】
前記第1のフレームの一方の端部に、振動周波数を調整するための重りを具備することを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項7】
弾性体であり磁性材料からなる前記フレームは、板状であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項8】
弾性体であり磁性材料からなる前記フレームは、棒状であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項9】
前記磁気回路は、閉磁気回路であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項10】
前記第１のフレームのいずれかの端部に外力を加え、前記外力は、運動エネルギーを回転運動や上下運動に変換したものであることを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項11】
外部振動によって素子全体が揺らされることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
【請求項12】
前記第１のフレームの他方の端部が、固定端であることを特徴とする請求項1に記載の発電素子。
【請求項13】
請求項1および請求項１２に記載の発電素子を具備することを特徴とする発電装置。
【請求項14】
請求項１３に記載の前記発電装置を電源として具備することを特徴とする通信システム。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0030】
発明の第１２は、前記第１のフレームの他方の端部が、固定端であることを特徴とする発明の第1に記載の発電素子。
発明の第１３は、発明の第1乃至発明の第１２に記載の発電素子を具備することを特徴とする発電装置。
発明の第１３は、発明の第1乃至発明の第１２に記載の発電素子を具備することを特徴とする発電装置。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0031】
発明の第１３に記載の前記発電装置を電源として具備することを特徴とする通信システム。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0044】
磁性材でありバネ性を持ち板状に伸びる第２フレーム２６は、一方の端部を発電素子固定部３０に固定ネジB２９で固定され、固定端３３となり、第1フレーム２３との間に出来た隙間の近傍に磁石２７が配置され閉磁気回路を為している。他方の端部は、バランサーB３６が接続し、自由端B３２となっている。なお、自由端B３２は、振動時間は減少するが全体の共振周波数を上げるために別に固定部を設けて固定端とすることもできる。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0049】
磁性材でありバネ性を持ち板状に伸びる第1フレーム５３の自由端A６１側に、所定長さに亘って磁歪板２１が固定されている。第１フレ-ム２３と磁歪板２１を内包するようにコイル２２が配置され、発電部５０を構成している。さらに自由端A６１にはバランサーA６５が固定されている。さらに反対側の自由端B６２にはバランサーB６６が固定されて、フレーム中央付近の振動の節のあたりに固定ネジA５８で第２フレーム５６の一方の端部が接続され、支軸の役割をしている。なお、自由端B62は、振動時間は減少するが全体の共振周波数を上げるために別に固定部を設けて固定端とすることもできる。
【手続補正書】
【提出日】2021-10-13
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0042】
磁性材でありバネ性を持ち板状に伸びる第1フレーム２３の自由端A３１側に、所定長さに亘って磁歪板２１が固定されている。第１フレ-ム２３と磁歪板２１を内包するようにコイル２２が配置され、発電部２０を構成している。さらに自由端A３１にはバランサーA３５が固定されている。なお、コイル２２は、第１フレ-ム２３と磁歪板２１を内包し、一体して振動するのが望ましいが、コイル２２と外部の電気回路とをつなぐ接続線に負担をかけないようにコイル２２を別に固定し、コイル２２内を第１フレ-ム２３と磁歪板２１が自由に運動するように内包することも可能である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0049】
磁性材でありバネ性を持ち板状に伸びる第1フレーム５３の自由端A６１側に、所定長さに亘って磁歪板５１が固定されている。第１フレ-ム５３と磁歪板５１を内包するようにコイル５２が配置され、発電部５０を構成している。なお、コイル５２は、第１フレ-ム５３と磁歪板５１を内包し、一体して振動するのが望ましいが、コイル５２と外部の電気回路とをつなぐ接続線に負担をかけないようにコイル５２を別に固定し、コイル５２内を第１フレ-ム５３と磁歪板5１が自由に運動するように内包することも可能である。
さらに自由端A６１にはバランサーA６５が固定されている。さらに反対側の自由端B６２にはバランサーB６６が固定されて、フレーム中央付近の振動の節のあたりに固定ネジA５８で第２フレーム５６の一方の端部が接続され、支軸の役割をしている。
なお、自由端B62は、振動時間は減少するが全体の共振周波数を上げるために別に固定部を設けて固定端とすることもできる。
さらに自由端A６１にはバランサーA６５が固定されている。さらに反対側の自由端B６２にはバランサーB６６が固定されて、フレーム中央付近の振動の節のあたりに固定ネジA５８で第２フレーム５６の一方の端部が接続され、支軸の役割をしている。
なお、自由端B62は、振動時間は減少するが全体の共振周波数を上げるために別に固定部を設けて固定端とすることもできる。