CN101233673B - 往复移动式循环发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种往复移动式循环发动机，其具备：具有轴线的内侧定子；具有同轴配置于所述内侧定子周围的筒形状，沿所述轴线往复移动的可动元件；具有同轴配置于所述可动元件周围的筒形状的外侧定子，其特征在于：所述外侧定子具有：形成于面向所述可动元件的内周面侧的开口部；通过所述开口部开口的内部空间；配置于所述内部空间内的绕组线圈，所述可动元件具有：磁场磁铁部；分别设置于该磁场磁铁部的沿所述轴线的两端位置的复原磁铁部，所述磁场磁铁部及所述各复原磁铁部间的界面分别配置成：所述可动元件到达所述往复移动式循环发动机的负载成为最大的行程端位置时，越过所述开口部的开口周缘而到达开口部内。

Description

往复移动式循环发动机
技术领域
本发明涉及往复移动式循环发动机。
本申请基于2005年7月29日、在日本申请的特愿2005-221743号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
往复移动式循环发动机一直用于驱动装置和发电机等。作为驱动装置，公知的有例如下述专利文献1所述的斯特林循环发动机。
作为现有的往复移动式循环发动机100，公知的是图5所示的构成。即，在环状或柱状的内侧定子101的周围，同轴配置有各自形成筒状的可动元件102及外侧定子103。外侧定子103在其内周面形成有通过开口部103a而开口的内部空间。在所述内部空间内配置有未图示的绕组线圈，可动元件102在其轴线方向可往复移动。在外侧定子103及内侧定子101的内部形成通过可动元件102的磁场磁铁部102a而连续的磁路。
发电机具备的往复移动式循环发动机的上述可动元件102，具备磁场磁铁部102a、与上述磁场磁铁部102a的轴线方向两端部连结的复原磁铁部102b，由于上述复原磁铁部102b的作用，可动元件102位于行程端时，向和其移动方向相反的方向产生复原力，由此，不会从内侧定子101和外侧定子103间脱出。磁场磁铁部102a的磁场方向朝向径向外侧、即朝向外侧定子103侧，复原磁铁部102b的磁场方向朝向径向内侧、即朝向内侧定子101侧。可动元件102在其内周面支承于例如由不锈钢形成的金属管104的外周面上。
一般而言，在驱动装置具备的往复移动式循环发动机的可动元件102中，只具备磁场磁铁部102a、不具备复原磁铁部102b。
专利文献1：特开2004-293829号公报
在发电机具备的上述现有的往复移动式循环发动机100中，可动元件102以上述磁场磁铁部102a的轴线方向的一方的端部102c与外侧定子103的开口部103a的开口周缘接近，且上述磁场磁铁部102a的另一方的端部(未图示)远离开口部103a的开口周缘的方式在其轴线方向移动，当到达所述往复移动式循环发动机100的负载成为最大的可动元件102的行程端时，所述端部102c不越过所述开口部103a的开口周缘，且所述端部102c的外周面和外侧定子103的内周面对置。
这样的动作是即使在往复移动式循环发动机100装载于驱动装置时，也可较大地产生作用于可动元件102的负载。
因此，在往复移动式循环发动机100的负载成为最大的可动元件102的行程端位置，产生通过磁场磁铁部102a的上述端部102c侧与内侧定子101及外侧定子103的内部连续，且不到达外侧定子103的外周部侧的短路磁路G1，存在难以实现该往复移动式循环发动机100的输出进一步提高的问题。这样的问题不管具备该往复移动式循环发动机100的驱动装置或发电机等哪一个都存在。
发明内容
本发明是鉴于这样的事情而开发的，其目的在于提供一种能够进一步实现输出提高的往复移动式循环发动机。
为解决上述课题，实现上述目的，本发明提供一种往复移动式循环发动机，其具备：具有轴线的内侧定子；具有同轴配置于所述内侧定子周围的筒形状，沿所述轴线往复移动的可动元件；具有同轴配置于所述可动元件周围的筒形状的外侧定子，其特征在于：所述外侧定子具有：形成于面向所述可动元件的内周面侧的开口部；通过所述开口部开口的内部空间；配置于所述内部空间内的绕组线圈，所述可动元件具有：磁场磁铁部；分别设置于该磁场磁铁部的沿所述轴线的两端位置的复原磁铁部，所述磁场磁铁部及所述各复原磁铁部间的界面分别配置成：所述可动元件到达所述往复移动式循环发动机的负载成为最大的行程端位置时，越过所述开口部的开口周缘而到达开口部内。
在该发明中，在往复移动式循环发动机的负载成为最大的可动元件的行程端位置，磁场磁铁部与复原磁铁部的界面越过所述开口部的开口周缘，因此，可防止在上述行程端，磁场磁铁部的上述端部附近和外侧定子的内周面对置。因此，可以抑制可动元件到达上述行程端时，通过包括磁场磁铁部的上述端部附近的部分与内侧定子及外侧定子的内部连续，且不能到达外侧定子的外周部侧的短路磁路的产生，可实现往复移动式循环发动机的输出提高。
也可以在所述外侧定子的内周面的所述开口部的开口周缘部，形成与所述开口部内相连且朝向径向外侧凹进的避让部。这时，可确实地防止可动元件到达上述行程端时，磁场磁铁部的上述端部附近与外侧定子的内周面对置。
发明效果
根据该发明的往复移动式循环发动机，可以抑制短路磁路的产生，从而可以实现其输出的提高。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的往复移动式循环发动机的局部断面图；
图2是图1所示的往复移动式循环发动机的局部放大图，表示往复移动式循环发动机的负载达到最大的状态，即，可动元件位于其行程端的状态。
图3是表示证明图1所示的往复移动式循环发动机的作用效果的结果的图表；
图4是表示本发明第二实施方式的往复移动式循环发动机的局部放大图，是表示往复移动式循环发动机的负载成为最大的状态，即可动元件位于其行程端的状态的图。
图5是表示现有的往复移动式循环发动机的一例的局部放大图，是表示往复移动式循环发动机的负载成为最大的状态，即可动元件位于其行程端的状态的图。
符号说明
10、往复移动式循环发动机
11、内侧定子
12、外侧定子
12a、内部空间
12b、开口部
12c、避让部
13、可动元件
13a、磁场磁铁部
14、绕组线圈
具体实施方式
下面，参照附图对该发明的第一实施方式进行说明。
本实施方式的往复移动式循环发动机10是设置于各种发电机上的发动机，如图1所示，在环状或柱状内侧定子11的周围，有顺序地从径向内侧朝向外侧顺次同轴配置有各自形成筒状的可动元件13及外侧定子12。即，可动元件13的外周面和外侧定子12的内周面对置。可动元件13的内周面和内侧定子11的外周面隔着后述的金属管15以对置的方式配置。
外侧定子12例如是多个钢板在其圆周方向层叠而成，或由利用复合软磁性材料制成的烧结体形成。使用前者的钢板时，构成外侧定子12的内周面侧的部分的钢板比构成外周面侧的部分的钢板的厚度小。使用后者的复合软磁性材料时，将用热硬化性树脂等电绝缘材料包覆了金属粉末的金属粉末压粉成形而制成规定的形状，根据需要进行以消除应变退火或绝缘材料的热硬化、提高材料的强度等为目的的热处理。
作为上述金属粉末，可使用：纯铁粉末等铁粉末；含有0.1～10重量％的硅(Si)且剩余部分由铁及不可避免的杂质构成的Fe-Si系铁基软磁性合金粉末(例如，Fe-3％Si粉末)；含有0.1～10重量％的硅(Si)、0.1～20重量％的铝(Al)且剩余部分由铁及不可避免的杂质构成的Fe-Si-Al系铁基软磁性合金粉末(例如，具有由Fe-9％Si-5％Al构成的组成的铁硅铝磁合金粉末)；含有0.1～20重量％的铝(Al)且剩余部分由铁及不可避免的杂质构成的Fe-Al系基软磁性合金粉末(例如，具有由Fe-16％Al构成的组成的铝铁高导磁合金粉末)；含有1～20重量％的铬(Cr)并且根据需要含有5重量％以下的Al、5重量％以下的Si中的至少一种且剩余部分由铁及不可避免的杂质构成的Fe-Cr系铁基软磁性合金粉末；含有35～85重量％的镍(Ni)并且根据需要含有5重量％以下的钼(Mo)、5重量％以下的铜(Cu)、2重量％以下的铬(Cr)、0.5重量％以下的锰(Mn)中的至少一种且剩余部分由铁及不可避免的杂质构成的镍基软磁性合金粉末；含有0.1～52重量％的钴(Co)、0.1～3重量％的矾(V)且剩余部分由铁及不可避免的杂质构成的Fe-Co-V系铁基软磁性合金粉末等。
作为包覆金属粉末的绝缘材料，使用有机绝缘材料或无机绝缘材料、或者将有机绝缘材料和无机绝缘材料混合而成的混合材料。作为有机绝缘材料可使用：环氧树脂和氟树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、硅酮树脂、聚酯树脂、苯氧基树脂、尿素树脂、异氰酸酯树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等。另外，作为无机绝缘材料，可使用以磷酸铁等磷酸盐和各种玻璃状绝缘物、硅酸碱为主要成分的水玻璃、绝缘性氧化物。
本实施方式的可动元件13具有：磁场磁铁部13a、与上述磁场磁铁部13a的轴线O方向两端部连结的复原磁铁部13b。可动元件13在其内周面支承于例如由不锈钢形成的金属管15的外周面上。
在外侧定子12上形成有通过形成于其内周面的开口部12b而开口的内部空间12a。在上述内部空间12a内配置有绕组线圈14。
在以上的构成中，可动元件13在内侧定子11和外侧定子12间，沿其轴线O方向能够往复移动，并且在外侧定子12及内侧定子11的内部形成通过磁场磁铁部13a而连续的磁路。
在本实施方式中，可动元件13以磁场磁铁部13a的轴线O方向的第一端部13c与外侧定子12的开口部12b的开口周缘接近、且第二端部13d远离开口部12b的开口周缘的方式，沿其轴线O方向移动，在上述往复移动式循环发动机10的负载成为最大的可动元件13的行程端位置，上述第一端部13c越过外侧定子12的开口部12b的开口周缘。
即，在图1及图2中，在可动元件13以磁场磁铁部13a的轴线O方向的上端部(第一端部)13c与外侧定子12的开口部12b的开口周缘接近、且下端部(第二端部)13d远离开口部12b的开口周缘的方式，移动到其轴线O方向下方时的所述行程端位置，上述上端部13c越过开口部12b的开口周缘。也就是，磁场磁铁部13a的上端部13c的外周面不和外侧定子12的内周面对置，换言之，上端部13c侧的复原磁铁部13b变为和外侧定子12的开口部12b对置。
与此相反，在可动元件13以磁场磁铁部13a的下端部13d与外侧定子12的开口部12b的开口周缘近接、且上端部13c远离开口部12b的开口周缘的方式，移动到其轴线O方向上方时的所述行程端位置，上述下端部13d成为越过开口部12b的开口周缘。也就是，磁场磁铁部13a的下端部13d的外周面不和外侧定子12的内周面对置，换言之，下端部13d侧的复原磁铁部13b变为和外侧定子12的开口部12b对置。
磁场磁铁部13a的轴线O方向的长度约40mm、各复原磁铁部13b的轴线O方向的长度约8mm、这些磁场磁铁部13a及复原磁铁部13b的壁厚约3.5mm。外侧定子12的轴线O方向的长度约65mm、开口部12b的轴线O方向的长度为18mm以上24mm以下、优选21mm。开口部12b以其轴线O方向的中央部和外侧定子12的轴线O方向的中央部大致一致的方式形成于外侧定子12的内周面。可动元件13沿其轴线O方向在图1及图2中上下每次分别往复移动10mm。
如上所述，根据本实施方式的往复移动式循环发动机10，在可动元件13到达所述往复移动式循环发动机10的负载成为最大的可动元件13的行程端位置时，由于磁场磁铁部13a的上述第一端部13c及复原磁铁部13b间的界面越过外侧定子12的开口部12b的开口周缘，因此，可以防止在所述行程端位置磁场磁铁部13a的上述第一端部13c的外周面和外侧定子12的内周面对置。
因此，可以抑制当可动元件13到达上述行程端位置时，通过磁场磁铁部13a的上述第一端部13c侧与内侧定子11及外侧定子12的内部连续，并且不能到达外侧定子12的外周部侧的短路磁路的产生，可实现往复移动式循环发动机10的输出提高。
在此，为证明上述作用效果实施了模拟试验。作为试验模式，将上述各部的尺寸设为定值，使用开口部12b的轴线O方向的开口尺寸为各种各样的多个往复移动式循环发动机。其结果认为，如图3所示，磁场磁铁部13a的轴线O方向的大小为40mm、可动元件13的轴线O方向的行程量在图1及图2的上下分别为10mm时，若开口部12b的上述大小在18mm以上，则上述作用效果特别显著。在图3中，输出比表示将开口部12b的上述开口尺寸为16mm时的输出设定为1，然后变更上述大小时的各输出的比。
另外，本发明的技术范围不局限于上述第一实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可进行种种变更。
例如，如图4所示的第二实施方式，在外侧定子12的内周面的上述开口部12b的开口周缘部，形成与上述开口部12b内相连且向径向外侧凹进的避让部12c，在可动元件13到达上述行程端位置时，使磁场磁铁部13a的上述第一端部13c附近的外周面与上述避让部12c对置，由此也可以抑制上述短路磁路的形成。
即，由于磁场磁铁部13a的第一端部13c及复原磁铁部13b间的界面与避让部12c对置，从而磁场磁铁部13a的第一端部13c附近的外周面到达不与外侧定子12的内周面接近的位置，因此可抑制上述短路磁路的形成。
另外，可动元件13也可以到达第一端部13c及复原磁铁部13b间的界面越过开口部12b的开口周缘且到达开口部12b内的位置。在这种情况下，也可以抑制上述短路磁路的形成。
在上述各实施方式中，表示了可动元件13具备磁场磁铁部13a和复原磁铁部13b，且用于各种发电机的往复移动式循环发动机，但是，也可以取而代之，可动元件只具备磁场磁铁部13a，作为用于驱动装置的往复移动式循环发动机。
工业上的应用
在利用磁力的往复移动式循环发动机中，可以抑制短路磁路的产生，从而可以实现其输出的提高。

Claims (2)

1.一种往复移动式循环发动机，其具备：具有轴线的内侧定子；具有同轴配置于所述内侧定子周围的筒形状，沿所述轴线往复移动的可动元件；具有同轴配置于所述可动元件周围的筒形状的外侧定子，其特征在于：
所述外侧定子具有：形成于面向所述可动元件的内周面的开口部；通过所述开口部开口的内部空间；配置于所述内部空间内的绕组线圈；在以包含所述轴线的截面看时，在所述开口部的开口周缘，从所述内周面向径向外侧凹进而形成的避让部，
所述可动元件具有：磁场磁铁部；分别设置于该磁场磁铁部的沿所述轴线的两端位置的复原磁铁部，
所述磁场磁铁部及所述各复原磁铁部间的界面分别配置成：所述可动元件到达所述往复移动式循环发动机的负载成为最大的行程端位置时，越过所述开口部的开口周缘而到达开口部内。
2.一种往复移动式循环发动机，其具备：具有轴线的内侧定子；具有同轴配置于所述内侧定子周围的筒形状，沿所述轴线往复移动的可动元件；具有同轴配置于所述可动元件周围的筒形状的外侧定子，其特征在于：
所述外侧定子具有：形成于面向所述可动元件的内周面的开口部；通过所述开口部开口的内部空间；配置于所述内部空间内的绕组线圈；在以包含所述轴线的截面看时，在所述开口部的开口周缘，从所述内周面向径向外侧凹进而形成的避让部，
所述可动元件具有：磁场磁铁部；分别设置于该磁场磁铁部的沿所述轴线的两端位置的复原磁铁部，
所述磁场磁铁部及所述各复原磁铁部间的界面分别配置成：所述可动元件到达所述往复移动式循环发动机的负载成为最大的行程端位置时，到达所述避让部的位置。
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