阅读说明：本技术 能量转换部件、振动发电装置、力传感器装置以及驱动器 (Energy conversion member, vibration power generation device, force sensor device, and driver ) 是由 成田史生 小野寺隆一 田山严 渡边将仁 千叶大喜 佐佐达郎 佐藤武信 江幡贵司 于 2018-04-20 设计创作，主要内容包括：技术问题：本发明提供能够提高发电能力并具有稳定的发电性能的振动发电装置、构成该振动发电装置的能量转换部件、具有该能量转换部件的力传感器装置、以及驱动器。解决方案：能量转换部件(1)是将固体的软磁性材料(2)与固体的磁致伸缩材料(3)接合而形成的。振动发电装置(10)构成为通过由能量转换部件(1)构成的振动部(13)的振动产生的磁致伸缩材料(3)的逆磁致伸缩效应来发电。力传感器装置具有力检测部,其检测由能量转换部件(1)构成的传感器部变形时的磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应引起的磁化的变化,并根据该磁化的变化来求出作用于传感器部的力。驱动器(20)构成为利用磁致伸缩材料(3)的磁致伸缩效应使由能量转换部件(1)构成的振动部(13)振动。(The technical problem is as follows: the invention provides a vibration power generation device capable of improving power generation capacity and having stable power generation performance, an energy conversion member constituting the vibration power generation device, a force sensor device having the energy conversion member, and an actuator. The solution is as follows: the energy conversion member (1) is formed by joining a solid soft magnetic material (2) and a solid magnetostrictive material (3). The vibration power generation device (10) is configured to generate power by the inverse magnetostrictive effect of a magnetostrictive material (3) generated by vibration of a vibration section (13) formed of an energy conversion member (1). The force sensor device has a force detection unit that detects a change in magnetization caused by the inverse magnetostrictive effect of a magnetostrictive material when a sensor unit formed of an energy conversion member (1) is deformed, and determines a force acting on the sensor unit from the change in magnetization. The actuator (20) is configured to vibrate the vibration section (13) formed by the energy conversion member (1) by using the magnetostrictive effect of the magnetostrictive material (3).)

能量转换部件、振动发电装置、力传感器装置以及驱动器

技术领域

本发明涉及一种能量转换部件、振动发电装置、力传感器装置以及驱动器。

背景技术

现有的使用磁致伸缩材料的一般的振动发电装置具有振动部，该振动部是将磁致伸缩材料通过粘结剂等贴附在悬臂梁等具有易于振动的形状的振动部件而成，所述振动发电装置利用磁致伸缩材料和振动部件一起振动时的磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应来发电(例如，参考专利文献1或2)。

另外，作为结实并轻量、且基于逆磁致伸缩效应的发电性能高的材料，由本发明人研发出在由环氧树脂构成的母材内部埋入由磁致伸缩材料构成的线材而成的复合材料(例如，参考非专利文献1)现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2013-177664号公报

专利文献2：日本专利公开2014-107982号公报

非专利文献

非专利文献1：Fumio Narita,“Inverse Magnetostrictive Effect in Fe29Co71Wire/Polymer Composites(在Fe29Co71线材/聚合物复合材料中的逆磁致伸缩效应)”,Advanced Engineering Materials(先进工程材料)，2017年1月，第19卷，第1期，1600586。

发明内容

(一)要解决的技术问题

但是，在专利文献1和专利文献2记载的发电装置中，虽然通过精心设置振动部件的形状等，能够通过发电量的增加或发电频率的宽频化等来提高发电能力，但是仅仅这样会存在发电能力的提高受限的技术问题。另外，非专利文献1记载的复合材料具有高发电能力，但是由于要在磁致伸缩材料的线材周围流入作为母材的环氧树脂进行制造，因此存在有可能母材质量发生波动而发电性能不稳定的技术问题。

本发明是着眼于上述问题而完成的，其目的在于，提供能够提高发电能力并具有稳定的发电性能的振动发电装置、构成该振动发电装置的能量转换部件、具有该能量转换部件的力传感器装置、以及驱动器。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明的能量转换部件的特征在于，是将固体的软磁性材料和固体的磁致伸缩材料接合而构成的。

本发明的能量转换部件适合用于振动发电装置、力传感器装置、驱动器等利用电能、磁能、机械能等能量之间的转换的装置。本发明的能量转换部件例如可以通过大量生产将软磁性材料和磁致伸缩材料接合而成的部件作为复合型磁致伸缩材料，并从该复合型磁致伸缩材料切出所期望的部件形状而制造。另外，磁致伸缩材料的磁致伸缩系数λ的绝对值在20ppm以上。

本发明的振动发电装置，其特征在于，具有由本发明的能量转换部件构成的振动部，通过所述振动部的振动产生的所述磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应来发电。

本发明的振动发电装置能够在由本发明的能量转换部件构成的振动部振动时，通过磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应来发电，并且通过该逆磁致伸缩效应引起的磁化的变化来使软磁性材料的磁化也变化。通过该软磁性材料的磁化变化，与仅利用磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应的情况相比，能够提高基于逆磁致伸缩效应的振动发电能力。另外，由于振动部是将固体的软磁性材料和固体的磁致伸缩材料接合而形成的，因此与由液体材料制造的情况相比，发电性能没有波动，能够获得所期望的稳定的发电性能。

本发明的振动发电装置适合安装于振动体进行使用。振动体只要可振动的物体则没有限制，但是为了高效地进行发电，优选沿振动部的振动方向振动，并且以包含振动部的固有振动频率的基本一定的频率振动。振动体是例如泵或马达等工业用机械等。

在本发明的振动发电装置中，也可以为，所述振动部具有一处以上的在振动时应力集中的部分。在这种情况下，能够增大振动时的应力集中部分附近的磁通密度的变化，从而能够通过调整应力集中的位置和发电用线圈的位置来提高发电效率。应力集中的部分例如能够通过沿振动部的长度方向改变截面形状而形成。

本发明的力传感器装置，其特征在于，具有：传感器部，其由本发明的能量转换部件构成；以及力检测部，其检测所述传感器部变形时的所述磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应引起的磁化的变化，并根据该磁化的变化来求出作用于所述传感器部的力。

本发明的力传感器装置能够在力作用于由本发明的能量转换部件构成的传感器部而变形时，通过力检测部检测磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应引起的磁化的变化。另外，此时，通过逆磁致伸缩效应引起的磁化的变化，软磁性材料的磁化也变化，因此与仅利用磁致伸缩材料的情况相比，磁化的变化增大，从而能够提高对作用于传感器部的力的检测能力。另外，由于将固体的软磁性材料和固体的磁致伸缩材料接合而形成传感器部，因此与由液体材料制造的情况相比，磁化相对于所作用的力的变化性能没有波动，能够获得所期望的稳定的磁化变化性能。

在本发明的力传感器装置中，也可以为，所述力检测部具有配置在所述磁致伸缩材料附近的磁传感器，通过所述磁传感器来检测所述磁化的变化作为漏磁通。磁传感器只要是能够将磁化的变化作为漏磁通进行检测，则没有限制，例如由霍尔元件构成。另外，也可以为，所述力检测部具有配置在所述磁致伸缩材料附近的检测用线圈，通过所述检测用线圈来检测所述磁化的变化作为阻抗的变化。检测用线圈例如是电磁线圈。

在本发明的力传感器装置中，也可以为，所述传感器部具有一处以上的在所述力作用时应力集中的部分。在这种情况下，能够增大力作用时的应力集中部分附近的磁通密度的变化，从而能够通过调整应力集中的位置和发电用线圈的位置来提高检测能力。应力集中的部分例如可以通过沿传感器部的长度方向改变截面形状而形成。

本发明的驱动器，其特征在于，具有：振动部，其由本发明的能量转换部件构成；以及振动用线圈，其配置为通过流通电流，从而利用所述磁致伸缩材料的磁致伸缩效应使所述振动部振动。本发明的驱动器可以具有与本发明的振动发电装置相同的结构。另外，在本发明的驱动器中，所述振动用线圈可以卷绕在所述振动部的周围，也可以卷绕在与所述振动部磁性耦合的磁轭的周围。

本发明的驱动器在使电流流过振动用线圈时，通过该电流而使磁致伸缩材料的磁化变化，因此能够通过磁致伸缩材料的磁致伸缩效应使振动部振动。另外，此时，通过软磁性材料的磁化行为与磁致伸缩材料的磁致伸缩现象的协同效应，与仅利用磁致伸缩材料的情况相比，能够提高振动效率。另外，由于振动部是将固体的软磁性材料和固体的磁致伸缩材料接合而形成的，因此与由液体材料制造的情况相比，振动性能没有波动，能够获得所期望的稳定的振动性能。

在本发明的能量转换部件中，所述磁致伸缩材料优选由Fe-Co系合金、Fe-Al系合金、Ni、Ni-Fe系合金或Ni-Co系合金构成。在这种情况下，通过对比较便宜的Fe-Co系合金、Fe-Al系合金、Ni、Ni-Fe系合金或Ni-Co系合金施加轧制加工、热处理，能够易于制造能量转换效率高的磁致伸缩材料。因此，能够提高利用于振动发电装置时的发电效率、利用于力传感器装置时的力的检测能力、利用于驱动器时的振动效率。另外，由于这些磁致伸缩材料的可加工性优良，易于进行切削加工、弯曲加工等塑性加工，因此易于设置为任意的形状。另外，Ni-Fe系合金优选Fe含量在20质量％以下，Ni-Co系合金优选Co含量在30质量％以下。另外，为了提高耐腐蚀性和耐久性，磁致伸缩材料可以含有Cr、Ni、Nb、V、Ti。

在本发明的能量转换部件中，对于软磁性材料没有限制，例如，可以由以纯铁、PB强磁性铁镍合金为代表的Fe-Ni系合金、硅钢、电磁不锈钢构成。另外，软磁性材料的矫顽力优选在8A/cm以下，特别优选为3A/cm。另外，所述软磁性材料可以由具有符号与所述磁致伸缩材料的磁致伸缩系数不同的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料构成。作为这些材料，例如可以是，所述软磁性材料和所述磁致伸缩材料中的任一方由具有正的磁致伸缩系数的Fe-Co系合金或Fe-Al系合金构成，而另一方由具有负的磁致伸缩系数的Ni-0～20质量％Fe系合金(包括纯Ni)或Ni-Co系合金构成。在这种情况下，能够利用由振动、力的作用同时产生的压缩应力和拉伸应力所导致的逆磁致伸缩效应，能够进一步提高利用于振动发电装置时的发电能力、利用于力传感器装置时的力的检测能力。另外，通过由电流引起的磁化的变化，能够利用在正的磁致伸缩材料和负的磁致伸缩材料同时产生的磁致伸缩效应，从而能够进一步提高利用于驱动器时的振动能力。

关于本发明的能量转换部件，也可以为，所述软磁性材料和所述磁致伸缩材料通过热扩散接合、热轧加工、热拉拔加工、粘结剂或焊接、包层轧制、***压接等任何方法而接合。特别地，在通过热扩散接合、热轧加工或热拉拔加工进行接合的情况下，通过利用高温接合进而冷却后的残余应力，磁致伸缩材料的磁畴壁移动变得容易，促进磁化变化。因此，能够进一步提高利用于振动发电装置、力传感器装置时的基于逆磁致伸缩效应的发电能力、力的检测能力、以及利用于驱动器时的基于磁致伸缩效应的振动能力。

关于本发明的能量转换部件，也可以为，将所述软磁性材料和所述磁致伸缩材料在施加负荷的状态下接合。在这种情况下，通过在接合后解除负荷时的残余应力，磁致伸缩材料的磁畴壁移动变得容易，促进磁化变化。因此，能够进一步提高利用于振动发电装置、力传感器装置时的基于逆磁致伸缩效应的发电能力、力的检测能力、以及利用于驱动器时的基于磁致伸缩效应的振动能力。

另外，关于本发明，也可以不使用软磁性材料，而是将固体部件和固体的磁致伸缩材料通过热扩散接合、热轧加工、热拉拔加工进行接合而形成能量转换部件。另外，也可以将固体部件和固体的磁致伸缩材料在施加负荷的状态下通过粘结剂或焊接进行接合而成能量转换部件。在这些情况下，虽然不及使用软磁性材料的情况，但是通过残余应力，磁致伸缩材料的磁畴壁移动变得容易，促进磁化变化。因此，能够进一步提高利用于振动发电装置、力传感器装置时的基于逆磁致伸缩效应的发电能力、力的检测能力、以及利用于驱动器时的基于磁致伸缩效应的振动能力。固体部件为例如不锈钢、木材等。

(三)有益效果

根据本发明，可提供能够提高发电能力并具有稳定的发电性能的振动发电装置、构成该振动发电装置的能量转换部件、具有该能量转换部件的力传感器装置、以及驱动器。

附图说明

图1的(a)是表示本发明实施方式的能量转换部件的热扩散接合的侧视图，图1的(b)是表示本发明实施方式的能量转换部件的热轧加工的侧视图，图1的(c)是表示本发明实施方式的能量转换部件的热拉拔加工的侧视图。

图2的(a)是表示本发明实施方式的能量转换部件的三点弯曲试验所使用的试验片的立体图，图2的(b)是表示通过三点弯曲试验所进行的磁通密度的测量试验的实施状态的侧视图。

图3是示出图2所示的能量转换部件的试验片的、通过三点弯曲试验所进行的磁通密度的测量试验的结果的图，其是磁通密度相对于载荷的变化的图。

图4是示出图2所示的通过三点弯曲试验所进行的磁通密度的测量试验的图，其是磁通密度相对于载荷的变化的图。

图5是表示本发明实施方式的振动发电装置的侧视图。

图6是示出图5所示的振动发电装置的、将纯铁和Fe-70质量％Co系合金进行热扩散接合而成的振动部、以及仅有Fe-70质量％Co系合金的振动部的、发电量相对于振动频率的测量结果的图。

图7是示出图5所示的振动发电装置的、分别将纯铁和纯Ni以及纯铁和Ni-10质量％Fe系合金进行热扩散接合而成的振动部、以及仅有纯Ni的振动部的、发电量相对于振动频率的测量结果的图。

图8是示出图5所示的振动发电装置的、将纯铁和Ni-20质量％Co系合金进行热扩散接合而成的振动部、以及仅有Ni-20质量％Co系合金的振动部的、发电量相对于振动频率的测量结果的图。

图9是示出图5所示的振动发电装置的、将纯Ni和Fe-70质量％Co系合金进行热扩散接合而成的振动部、将纯Ni和Fe-70质量％Co系合金进行粘接而成的振动部、以及仅有Fe-70质量％Co系合金的振动部的、发电量相对于振动频率的测量结果的图。

图10是示出图5所示的振动发电装置的、将纯Ni和Fe-8质量％Al系合金进行热扩散接合而成的振动部、以及仅有Fe-8质量％Al系合金的振动部的、发电量相对于振动频率的测量结果的图。

图11是示出图5所示的振动发电装置的、将Ni-20质量％Co系合金和Fe-70质量％Co系合金进行热扩散接合而成的振动部、以及仅有Fe-70质量％Co系合金的振动部的、发电量相对于振动频率的测量结果的图。

图12是示出图5所示的振动发电装置的、将SUS304和Fe-70质量％Co系合金进行热扩散接合而成的振动部、将SUS304和Fe-70质量％Co系合金进行粘接而成的振动部、以及仅有Fe-70质量％Co系合金的振动部的、发电量相对于振动频率的测量结果的图。

图13是示出本发明实施方式的驱动器的侧视图。

图14的(a)是示出本发明实施方式的驱动器的、振动部形成双支撑梁状(日文：両持ち梁状)的变形例的侧视图，图14的(b)是示出本发明实施方式的驱动器的、振动用线圈卷绕于磁轭的变形性的侧视图，图14的(c)是示出本发明实施方式的驱动器的、仅由振动部构成并接触电磁场变动体的变形例的侧视图。

具体实施方式

以下基于附图说明本发明的实施方式。

[关于本发明实施方式的能量转换部件]

图1至图4示出本发明实施方式的能量转换部件1。

如图1所示，能量转换部件1具有细长板状的固体的软磁性材料2和细长板状的固体的磁致伸缩材料3，该软磁性材料2和该磁致伸缩材料3具有相同的长度和宽度。能量转换部件1通过以将侧缘对齐的方式将软磁性材料2的表面和磁致伸缩材料3的表面对准进行接合而形成为细长的板状。

软磁性材料2例如由纯铁等磁性材料构成，其磁性材料的种类与磁致伸缩材料3不同。磁致伸缩材料3由例如Fe-Co系合金、Fe-Al系合金、Ni、Ni-Fe系合金、或Ni-Co系合金构成。由Ni-Fe系合金构成时，Fe含量优选在20质量％以下，由Ni-Co系合金构成时，Co含量优选在30质量％以下。另外，为了提高耐腐蚀性和耐久性，磁致伸缩材料3也可以含有Cr、Ni、Nb、V、Ti等。如图1的(a)所示，能量转换部件1是通过利用加压装置加热并施加载荷而使软磁性材料2和磁致伸缩材料3进行热扩散接合。

能量转换部件1适合用于振动发电装置、力传感器装置、驱动器等利用电能、磁能、机械能等能量之间的转换的装置。本发明的能量转换部件1例如可以通过大量生产将软磁性材料2磁致伸缩材料3接合而成的部件作为复合型磁致伸缩材料，并从该复合型磁致伸缩材料切出所期望的部件形状而制造。

在能量转换部件1中，由于对软磁性材料2和磁致伸缩材料3进行热扩散接合，因此通过冷却后的残余应力，磁致伸缩材料3的磁畴壁移动变得容易，促进磁化变化。由此，能够提高能量转换效率。由于可以使用Fe-Co系合金、Fe-Al系合金、Ni、Ni-Fe系合金、或Ni-Co系合金等比较便宜的磁致伸缩材料3，因此能够便宜并容易地制造能量转换部件1。另外，由于这些磁致伸缩材料3的可加工性优良，易于进行切削加工、弯曲加工等塑性加工，因此能够易于设置为任意的形状。

另外，在能量转换部件1中，软磁性材料2可以由具有符号与磁致伸缩材料3的磁致伸缩系数不同的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料构成。作为这些材料，例如可以是，软磁性材料2和磁致伸缩材料3中的任一方由具有正的磁致伸缩系数的Fe-Co系合金或Fe-Al系合金构成，而另一方由具有负的磁致伸缩系数的Ni-0～20质量％Fe系合金(包括纯Ni)或Ni-Co系合金构成。在这种情况下，能够利用由振动、力的作用同时产生的压缩应力和拉伸应力所导致的逆磁致伸缩效应，能够提高能量转换效率。

另外，能量转换部件1不限于热扩散接合，也可以通过图1的(b)所示的利用辊子进行的热轧加工、图1的(c)所示的焊接或熔接、热拉拔加工、粘结剂、包层轧制、***压接等任意的方法进行接合。在通过热轧加工和热拉拔加工进行接合的情况下，与热扩散接合的情况同样地，能够提高能量转换效率。

另外，能量转换部件1可以使软磁性材料2和磁致伸缩材料3在施加了负荷的状态下进行接合。在这种情况下，通过在接合后解除负荷时的残余应力，磁致伸缩材料3的磁畴壁移动变得容易，促进磁化变化，因此能够提高能量转换效率。

实施例1

为了调查将软磁性材料2和磁致伸缩材料3接合而成的能量转换部件1的能量转换效率，对使能量转换部件1弯曲时的磁通密度进行了测量。使用纯Ni作为软磁性材料2，使用Fe-Co系合金作为磁致伸缩材料3。另外，通过热扩散接合(热压接)使磁性材料2和磁致伸缩材料3进行了接合。如图2的(a)所示，能量转换部件1的试验片设定为长70mm、宽5mm、厚1mm的细长的板状。另外，为了在弯曲时使应力集中，在试验片的两侧缘的中央设置长2mm、深1mm的切口(缺口)1a。另外，作为软磁性材料2的纯Ni是磁致伸缩材料3，具有负的磁致伸缩系数，作为磁致伸缩材料3的Fe-Co系合金具有正的磁致伸缩系数。

试验如图2的(b)所示，通过三点弯曲试验，对试验片施加载荷使其弯曲，测量此时的磁通密度。在三点弯曲试验中，以夹着试验片(能量转换部件1)的中心位置的方式，以Ls＝16mm的间隔设置支柱31，对试验片的中心位置朝下施加载荷P。对于具有切口1a的试验片，将载荷P设定于P＝0N～25N的范围，对于不具有切口1a的试验片，将载荷P设定于P＝0N～50N的范围。另外，在试验中，在试验片的两端部分别安装350mT的钕磁铁32，施加偏置磁场B_oz。在载荷P的正下方的、试验片的中心位置附近测量偏置磁场B_oz。

另外，将试验片(能量转换部件1)的表面和背面调换进行试验。即，以承受载荷P的面相反侧的面为拉伸面(受拉侧；Tension side)，对软磁性材料2为拉伸面侧的情况和磁致伸缩材料3为拉伸面侧的情况进行测量。另外，制作使用非磁性材料SUS304来代替软磁性材料2的试验片作为比较试验片，进行相同的试验。

能量转换部件1的试验片的试验结果如图3所示，比较试验片的试验结果如图4所示。如图3和4所示，确认拉伸面(受拉侧；Tension side)侧为纯Ni的软磁性材料2(图4的情况为非磁性材料)、压缩面侧为Fe-Co系合金的磁致伸缩材料3时的情况与相反方向时的情况相比，磁通密度相对于载荷的变化大。另外，由于具有切口(缺口；notch)1a时的情况应力集中，因此确认与不具有切口1a的情况相比，磁通密度相对于负荷的变化大。另外，确认在相同的试验条件下，使用图3所示的软磁性材料2的试验片的情况与使用图4所示的非磁性材料的比较试验片的情况相比，磁通密度相对于负荷的变化大。

[关于本发明实施方式的力传感器装置]

这样，由于能够将作用于能量转换部件1的力作为磁通密度的变化进行检测，因此能够利用能量转换部件1构成力传感器装置。这样的力传感器装置例如可以具有传感器部以及力检测部，其中，所述传感器部由能量转换部件1构成；所述力检测部检测该传感器部变形时的磁致伸缩材料3的逆磁致伸缩效应引起的磁化的变化，并根据该磁化的变化求出作用于传感器部的力。力检测部可以构成为通过配置在磁致伸缩材料3附近的霍尔元件将所述磁化的变化作为漏磁通进行检测，也可以构成为通过配置在磁致伸缩材料3附近的电磁线圈将磁化的变化作为阻抗的变化进行检测。

关于上述力传感器装置，不仅是传感器部的磁致伸缩材料3的逆磁致伸缩效应引起的磁化的变化，通过该磁化的变化，软磁性材料2的磁化也变化，因此与仅利用磁致伸缩材料3的情况相比，磁化的变化大，能够提高对作用于传感器的力的检测能力。另外，由于将固体的软磁性材料2和固体的磁致伸缩材料3接合而形成传感器部，因此与由液体材料制造的情况相比，磁化相对于所作用的力的变化性能没有波动，能够获得所期望的稳定的磁化变化性能。

另外，力传感器装置为了增大力作用时的磁通密度的变化，也可以如图2所示那样具有作为应力集中部的切口1a等。在这种情况下，能够通过调整应力集中的位置和检测用线圈等的位置来提高检测能力。

[关于本发明实施方式的振动发电装置]

图5至图12示出本发明实施方式的振动发电装置10。

如图5所示，振动发电装置10具有壳体11、支撑部12、振动部13、锤14、磁铁15、以及发电用线圈16。

壳体11由细长的长方体的箱构成，在内部具有收纳空间。支撑部12由较厚的板材构成，固定于壳体11内部的一端侧。以支撑部12的一侧的表面朝向壳体11的另一端侧的方式固定支撑部12。

振动部13由图1所示的能量转换部件1构成。振动部13在壳体11的内部，以从支撑部12的一侧的表面向壳体11的另一端侧延伸的方式，使一个端部13a固定于支撑部12的一侧的表面。振动部13构成为形成支撑于支撑部12的悬臂梁状，并能够沿着与长度方向垂直的方向进行振动。

锤14安装在振动部13的另一个端部13b，也就是安装在悬臂梁的前端。在振动部13安装于支撑部12的安装位置，磁铁15安装于振动部13的一个端部13a和支撑部12。磁铁15以接触磁致伸缩材料3的方式进行安装，能够对磁致伸缩材料3施加偏置磁场。发电用线圈16的内侧贯穿有振动部13，且发电用线圈16配置于振动部13的中央附近。

振动发电装置10设置为能够利用壳体11设置于振动体，并通过振动体的振动，使振动部13的另一个端部13b的那一侧振动。由此，振动发电装置10通过由振动部13的振动产生的磁致伸缩材料3的逆磁致伸缩效应来发电。另外，振动发电装置10也可以构成为，例如在振动部13的另一个端部13b附近强制性地施加振动。

接着，对作用进行说明。

振动发电装置10利用壳体11进行设置并用于泵、马达等工业用机械等振动体。在振动发电装置10中，在通过振动体的振动而使振动部13沿着与其长度方向垂直的方向振动时，利用磁致伸缩材料3的逆磁致伸缩效应，并且通过该逆磁致伸缩效应而产生磁化的变化，从而能够使得软磁性材料2的内部、其周边的磁化也变化。利用该软磁性材料2的磁化变化，与仅利用磁致伸缩材料3的逆磁致伸缩效应的情况相比，能够提高基于逆磁致伸缩效应的振动发电能力。另外，由于振动部13是将固体的软磁性材料2和固体的磁致伸缩材料3接合而形成的，因此与由液体材料制造的情况相比，发电性能没有波动，能够获得所期望的稳定的发电性能。

另外，在振动发电装置10中，振动部13具有一处以上的如图2的(a)所示的切口1a那样在振动时应力集中的部分。在这种情况下，能够增大振动时的应力集中部分附近的磁通密度的变化，能够通过调整应力集中的位置和发电用线圈16的位置来提高发电效率。应力集中的部分例如可以通过沿振动部13的长度方向改变截面形状而形成。另外，振动发电装置10也可以不具有锤14，并形成为振动部13的另一个端部13b也被固定的双支撑梁(两端梁、两端固定梁、两端支撑梁)状。

实施例2

对于图5所示的振动发电装置10，使用如下的振动部13进行了测量相对于振动体的振动的发电量的实验，该振动部13使用纯铁(矫顽力：0.8A/cm)作为软磁性材料2，并使用具有正的磁致伸缩系数的Fe-70质量％Co系合金作为磁致伸缩材料3。在实验中，设定振动部13的长度为70mm、宽度为6mm、厚度为1mm，调整共振频率为50Hz左右。另外，使软磁性材料2和磁致伸缩材料3进行热扩散接合而形成了振动部13。

图6示出了使振动体的振动频率变化时的发电量的测量结果。另外，为了进行比较，在图6中还示出了仅由Fe-70质量％Co系合金的磁致伸缩材料3形成振动部13时的结果。如图6所示，确认了将作为软磁性材料2的纯铁和磁致伸缩材料3接合时(图6中的“纯铁热扩散接合”)与仅有磁致伸缩材料3时(图6中的“Fe-Co系”)相比，在全部的振动频率下都提高了发电量。另外，也确认了将作为软磁性材料2的纯铁和磁致伸缩材料3接合时与仅有磁致伸缩材料3时相比，共振频率前后的发电量的降低程度减小了。由该结果可知，通过将软磁性材料2和具有正的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料3接合，从而使发电能力提高。

实施例3

对于图5所示的振动发电装置10，使用如下的振动部13进行了测量相对于振动体的振动的发电量的实验，该振动部13使用纯铁(矫顽力：0.8A/cm)作为软磁性材料2，并分别使用具有负的磁致伸缩系数的纯Ni以及具有负的磁致伸缩系数的Ni-10质量％Fe系合金作为磁致伸缩材料3。在实验中，设定振动部13的长度为70mm、宽度为6mm、厚度为1mm，调整共振频率为50Hz左右。另外，使软磁性材料2和磁致伸缩材料3进行热扩散接合而形成了振动部13。

图7示出了使振动体的振动频率变化时的发电量的测量结果。另外，为了进行比较，在图7中还示出了仅由纯Ni的磁致伸缩材料3形成振动部13时的结果。如图7所示，确认了将作为软磁性材料2的纯铁和磁致伸缩材料3接合时(图7中的“Ni+纯铁热扩散接合”以及“NiFe+纯铁热扩散接合”)与仅有磁致伸缩材料3时(图7中的“Ni”)相比，在全部的振动频率下都提高了发电量。另外，也确认了将作为软磁性材料2的纯铁和磁致伸缩材料3接合时与仅有磁致伸缩材料3时相比，共振频率前后的发电量的降低程度减小了。另外，确认了在使用纯Ni作为磁致伸缩材料3时(图7中的“Ni+纯铁热扩散接合”)、和使用Ni-10质量％Fe系合金时(图7中的“NiFe+纯铁热扩散接合”)，在全部的振动频率下均为基本相同的发电量。由该结果可知，在将软磁性材料2和具有负的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料3接合的情况下，发电能力也会提高。

实施例4

对于图5所示的振动发电装置10，使用如下的振动部13进行了测量相对于振动体的振动的发电量的实验，该振动部13使用纯铁作为软磁性材料2，并使用具有负的磁致伸缩系数的Ni-20质量％Co系合金作为磁致伸缩材料3。在实验中，设定振动部13的长度为70mm、宽度为6mm、厚度为1mm，调整共振频率为50Hz左右。另外，使软磁性材料2和磁致伸缩材料3进行热扩散接合而形成了振动部13。

图8示出了使振动体的振动频率变化时的发电量的测量结果。另外，为了进行比较，在图8中还示出了仅由Ni-20质量％Co系合金的磁致伸缩材料3形成振动部13时的结果。如图8所示，确认了将作为软磁性材料2的纯铁和磁致伸缩材料3接合时(图8中的“NiCo+纯铁热扩散接合”)与仅有磁致伸缩材料3时(图8中的“Ni-Co系”)相比，在全部的振动频率下都提高了发电量。另外，也确认了将作为软磁性材料2的纯铁和磁致伸缩材料3接合时与仅有磁致伸缩材料3时相比，共振频率前后的发电量的降低程度减小了。由该结果可知，通过将软磁性材料2和具有负的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料3接合，从而使发电能力提高。

实施例5

对于图5所示的振动发电装置10，使用如下的振动部13进行了测量相对于振动体的振动的发电量的实验，该振动部13使用具有负的磁致伸缩系数的纯Ni(矫顽力：0.5A/cm)作为软磁性材料2，并使用具有正的磁致伸缩系数的Fe-70质量％Co系合金作为磁致伸缩材料3。作为振动部13，使用了如下两种，即：通过热扩散接合使软磁性材料2和磁致伸缩材料3接合而成的振动部13；以及对软磁性材料2和磁致伸缩材料3进行粘接而成的振动部13这两种。在实验中，设定各振动部13的长度为70mm、宽为6mm、厚为1mm，调整共振频率为50Hz左右。

图9示出了使振动体的振动频率变化时的发电量的测量结果。另外，为了进行比较，在图9中还示出了仅由Fe-70质量％Co系合金的磁致伸缩材料3形成振动部13时的结果。如图9所示，确认了将作为软磁性材料2的纯Ni和磁致伸缩材料3进行热扩散接合时(图9中的“Ni热扩散接合”)与进行粘接时(图9中的“Ni粘接”)、仅有磁致伸缩材料3时(图9中的“Fe-Co系”)相比，在全部的振动频率下都提高了发电量。另外，确认了进行粘接时与仅有磁致伸缩材料3时相比，在共振频率附近以外的振动频率下都提高了发电量。另外，也确认了将作为软磁性材料2的纯铁和磁致伸缩材料3接合时与仅有磁致伸缩材料3时相比，共振频率前后的发电量的降低程度减小了。

由这些结果可知，通过将具有负的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料3的软磁性材料2和具有正的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料3接合，从而使发电能力提高。另外可知，在使软磁性材料2和磁致伸缩材料3进行热扩散接合的情况下，通过冷却后的残余应力，与进行粘接的情况相比发电能力进一步提高。

对作为软磁性材料2的纯Ni和磁致伸缩材料3进行热扩散接合时(图9中的“Ni热扩散接合”)、作为软磁性材料2的纯铁和磁致伸缩材料3进行热扩散接合时(图6中的“纯铁热扩散接合”)、图7中的“Ni+纯铁热扩散接合”及“NiFe+纯铁热扩散接合”、图8中的“NiCo+纯铁热扩散接合”)进行比较，可知作为软磁性材料2的纯Ni和磁致伸缩材料3进行热扩散接合时的发电量略大。这被认为是由于如下原因，即：通过接合具有不同符号的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料3，从而能够利用由振动同时产生的压缩应力和拉伸应力所导致的逆磁致伸缩效应。

实施例6

对于图5所示的振动发电装置10，使用如下的振动部13进行了测量相对于振动体的振动的发电量的实验，该振动部13使用具有负的磁致伸缩系数的纯Ni作为软磁性材料2，并使用具有正的磁致伸缩系数的Fe-8质量％Al系合金作为磁致伸缩材料3。在实验中，设定各振动部13的长度为70mm、宽度为6mm、厚度为1mm，调整共振频率为50Hz左右。另外，使软磁性材料2和磁致伸缩材料3进行热扩散接合而形成了振动部13。

图10示出了使振动体的振动频率变化时的发电量的测量结果。另外，为了进行比较，在图10中还示出了仅由Fe-8质量％Al系合金的磁致伸缩材料3形成振动部13时的结果。如图10所示，确认了将作为软磁性材料2的纯Ni和磁致伸缩材料3接合时(图10中的“Fe-AlNi热扩散接合”)与仅有磁致伸缩材料3时(图10中的“Fe-Al系”)相比，在全部的振动频率下都提高了发电量。另外，确认了将作为软磁性材料2的纯Ni和磁致伸缩材料3接合时与仅有磁致伸缩材料3时相比，共振频率前后的发电量的降低程度减小了。由该结果可知，虽然与图9所示的使用Fe-Co系合金时相比略差，但是在使用Fe-Al系合金作为磁致伸缩材料3的情况下，通过使软磁性材料2和磁致伸缩材料3接合，也使发电能力提高。

实施例7

对于图5所示的振动发电装置10，使用如下的振动部13进行了测量相对于振动体的振动的发电量的实验，该振动部13使用具有负的磁致伸缩系数的Ni-20质量％Co系合金(矫顽力：1A/cm)作为软磁性材料2，并使用具有正的磁致伸缩系数的Fe-70质量％Co系合金作为磁致伸缩材料3。在实验中，设定各振动部13的长度为70mm、宽度为6mm、厚度为1mm，调整共振频率为50Hz左右。另外，使软磁性材料2和磁致伸缩材料3进行热扩散接合而形成了振动部13。

图11示出了使振动体的振动频率变化时的发电量的测量结果。另外，为了进行比较，在图11中还示出了仅由Fe-70质量％Co系合金的磁致伸缩材料3形成振动部13时的结果。如图11所示，确认了将软磁性材料2和磁致伸缩材料3接合时(图11中的“FeCo+NiCo热扩散接合”)与仅有磁致伸缩材料3时(图11中的“Fe-Co系”)相比，在全部的振动频率下都提高了发电量。另外，也确认了将软磁性材料2和磁致伸缩材料3接合时与仅有磁致伸缩材料3时相比，共振频率前后的发电量的降低程度减小了。由该结果可知，虽然与图9所示的使用纯Ni时的情况相比略差，但是在使用Ni-20质量％Co系合金作为磁致伸缩材料2的情况下，通过使软磁性材料2和磁致伸缩材料3接合，也使发电能力提高。

[参考例]

对于图5所示的振动发电装置10，使用如下的振动部13进行了测量相对于振动体的振动的发电量的实验，该振动部13使用非磁性材料的SUS304代替软磁性材料2，并使用Fe-70质量％Co系合金作为磁致伸缩材料3。作为振动部13，使用了如下两种，即：通过热扩散接合将软磁性材料2和磁致伸缩材料3接合而成的振动部13；以及对软磁性材料2和磁致伸缩材料3进行粘接而成的振动部13这两种。在实验中，设定各振动部13的长度为70mm、宽度为6mm、厚度为1mm，调整共振频率为50Hz左右。

图12示出了使振动体的振动频率变化时的发电量的测量结果。另外，为了进行比较，在图12中还示出了仅由Fe-70质量％Co系合金的磁致伸缩材料3形成振动部13时的结果。如图12所示，确认了将非磁性材料的SUS304和磁致伸缩材料3进行热扩散接合时(图12中的“SUS304接合”)与进行粘接时(图12中的“SUS304粘接”)、仅有磁致伸缩材料3时(图12中的“Fe-Co系”)相比，在全部的振动频率下都提高了发电量。另外，确认了进行粘接时与仅有磁致伸缩材料3时相比，在共振频率附近以外的振动频率下都提高了发电量。另外，也确认了将非磁性材料的SUS304和磁致伸缩材料3接合时与仅有磁致伸缩材料3时相比，共振频率前后的发电量的降低程度减小了。

由这些结果可知，在使非磁性材料和磁致伸缩材料3接合的情况下，虽然与使用软磁性材料2时相比略差，但是提高了发电能力。另外可知，在使非磁性材料和磁致伸缩材料3进行热扩散接合的情况下，通过冷却后的残余应力，与进行粘接的情况相比提高了发电能力。

[关于本发明实施方式的驱动器]

图13和图14示出了本发明实施方式的驱动器20。

如图13所示，驱动器20由与本发明实施方式的振动发电装置10相同的结构构成，具有壳体11、支撑部12、振动部13、锤14、磁铁15、以及振动用线圈21。另外，下文的说明中对于与本发明实施方式的振动发电装置10相同的结构标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

振动用线圈21的内侧贯穿有由能量转换部件1构成的振动部13，且振动用线圈21配置于振动部13的中央附近。振动用线圈21构成为通过流通电流而利用磁致伸缩材料3的磁致伸缩效应使振动部13振动。

在驱动器20中，当电流流过振动用线圈21时，通过该电流而使磁致伸缩材料3的磁化变化，因此能够通过磁致伸缩材料3的磁致伸缩效应使振动部13振动。另外，此时，通过软磁性材料2的磁化行为与磁致伸缩材料3的磁致伸缩现象的协同效应，与仅利用磁致伸缩材料3的情况相比，能够提高振动效率。另外，由于振动部13是将固体的软磁性材料2和固体的磁致伸缩材料3接合而形成的，因此与由液体材料制造的情况相比，振动性能没有波动，能够获得所期望的稳定的振动性能。

如图13所示，在驱动器20中，通过使被振动体41与壳体11、安装在悬臂梁的振动部13的前端的锤14接触，能够使被振动体41振动。

另外，如图14的(a)所示，驱动器20也可以不具有锤14，而是形成振动部13的另一个端部13b也被第二支撑部12b固定的双支撑梁(两端梁、两端固定梁、两端支撑梁)状。在这种情况下，为了将振动高效地传递至被振动体41，优选固定振动部13的一个端部13a的支撑部12以及固定另一个端部13b的第二支撑部12b中的至少任一方由具有弹性的材质构成。

另外，如图14的(b)所示，也可以是，驱动器20具有与振动部13磁性耦合并设置为从振动部13延伸的软磁性的磁轭22，振动用线圈21卷绕在磁轭22的周围，而非振动部13的周围。在这种情况下，也能够通过磁致伸缩材料3的磁致伸缩效应，经由磁轭22使振动部13振动。另外，由于振动用线圈21未卷绕于振动部13，因此能够将振动部13***更狭窄的部位，能够使存在于***目的部位的被振动体41振动。

只要是伴随振动的情况，则驱动器20可以用于任何情况。驱动器20例如可以用于防止漫不经心的驾驶、疲劳驾驶而安装于汽车的方向盘、座位上的HMI、振动钻的振动源，低频治疗等健康器具、手机的振动器、用于将被振动体(墙壁、桌子、圆锥形物、纸杯等)作为扬声器使用的振动源、蜂鸣器、基于振动的警报器、除噪声器或消音扬声器等音、振动消除器、产生蚊音等的害虫/害兽击退器、超声波声纳、鱼群探测器、骨传导助听器的耳机或扬声器、苏打水、啤酒的起泡器、配管内的除污装置、超声波澡盆、餐具清洗器、洗衣机等超声波清洗器、加湿器的振动源、焊接时的残余应力缓和装置、振动笔、汽车用振动雨刷器、振动马达、零件给料机等输送器、防舷护盾滑动器、高频音叉、超声波穴位按摩器、超声波切刀、电视游戏机的控制器、振动式闹钟、离子产生装置、气化装置、振动筛等，或者用作它们的振动源。

另外，如图14的(c)所示，驱动器20也可以仅由振动部13构成，该振动部13由能量转换部件1构成。在这种情况下，能够通过接近或接触由电磁场变化的部位、物构成的电磁场变动体42，使振动部13振动。因此，通过安装在锅、平底锅等的底部，在使用于电磁场变动体42的电磁烹饪设备时，能够锅、平底锅等的底部振动而防止烧糊。

附图标记说明

1-能量转换部件；

1a-切口；

2-软磁性材料；

3-磁致伸缩材料；

10-振动发电装置；

11-壳体；

12-支撑部；

13-振动部；

14-锤；

15-磁铁；

16-发电用线圈；

20-驱动器；

21-振动用线圈；

22-磁轭；

31-支柱；

32-钕磁铁；

41-被振动体；

42-电磁场变动体。