意在「替代鈕扣電池」的小型振動發電機，金澤大學利用磁致伸縮效應開發成功

日本金澤大學上野敏幸副教授開發出了尺寸雖小卻可獲得大電力的振動發電機（圖1）。外形尺寸僅為約2mm×3mm×12mm，357Hz振動時的發電量高達1.56mW。由此推算的單位體積能量密度約為22mW/cm³。小型振動發電機的能量密度一般為1mW/cm³左右，此次的開發品卻能獲得約20倍以上的發電量。上野表示，「非常有望取代鈕扣電池」，希望用於汽車輪胎氣壓監測裝置（TPMS）及便攜產品等用途。

　　開發品的發電元件採用了具有較大磁致伸縮效應的Fe（鐵）與Ga（鎵）的合金——磁致伸縮材料「Galfenol（Fe_81.4Ga_18.6）」。磁致伸縮效應是指磁化時形狀發生變化的現象。Galfenol可產生300ppm左右（即1km長棒可伸長300mm）的磁致伸縮效應。發電利用的是磁致伸縮的逆效應——逆磁致伸縮效應。逆磁致伸縮效應是指通過施加應力使磁化作用發生變化的現象。採用Galfenol，通過施加壓縮應力，最大可使磁通量密度減少1T以上。磁通量變化時就會產生感應電壓。Galfenol是1998年美國海軍研究所（Naval Research Laboratory）開發的較新型材料。上野稱「採用Galfenol開發出振動發電機此為首次」。

　　作為Galfenol的特點，可以舉出其不僅具有較大磁致伸縮效應，還是一種延展性好的材料。因此，比較容易進行機械加工，即使扭曲也不容易損壞。振動發電常用的壓電元件因是陶瓷的，屬脆性材料。另外，具有較大磁致伸縮效應的材料雖還有由Tb（鋱）、Dy（鏑）及Fe組成的「Terfenol-D」（磁致伸縮效應為1000ppm左右），但其同樣是脆性材料。

　　此次，上野利用Galfenol的延展特性，設計出尺寸雖小卻可提高發電量的構造。具體為，將兩個細長磁致伸縮元件的一端固定，在另一端加上砝碼的平行梁構造。在磁致伸縮元件上纏繞細電線製成線圈，致能夠取出電力。此處砝碼在上下振動時，兩個磁致伸縮元件便會發生彎曲變形。此時，一個元件會受到壓縮力，而另一個元件則會受到拉伸力的作用。砝碼上下移動時，會對元件交互施加壓縮力和拉伸力，磁通量也會隨之發生週期性變化。這種週期變化會使線圈產生感應電壓，從而能夠有效地取出電力。「因Galfenol是延展材料，即使採用細棒狀構造也不易損壞」（上野），此次的開發品正是利用了該材料的這一優點。磁致伸縮元件的外形尺寸為1.0mm×0.5mm×10mm，為了對元件施加偏磁，還安裝了直徑2mm×長2mm的磁鐵。

　　另外，Galfenol還具有溫度特性良好的特點。居里溫度高達700℃左右，「在-200～200℃左右的範圍內性能不會發生明顯變化」（上野）。因此，還能在環境變化劇烈的場所使用。（記者：清水直茂）