CN102957259B - 驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种驱动装置。驱动装置（5）具有交变磁场产生构件（1）、活塞构件（7）和曲柄轴构件（8）。交变磁场产生构件（1）是用于产生交变磁场（2）的构件。活塞构件（7）构成为在由交变磁场产生构件（1）产生的交变磁场（2）的作用下而在内部产生涡电流（3），并且设置为能够借助由涡电流（3）产生的磁场（4）与交变磁场（2）之间的相斥力（6）进行移动。曲柄轴构件（8）与活塞构件（7）相连接，设置为能够将活塞构件（7）的移动转换为旋转运动。由此，能够提供一种环保而且能够高效地输出驱动力的驱动装置（5）。

Description

驱动装置
技术领域
本发明涉及一种驱动装置，特别是涉及一种利用了交变磁场的驱动装置。
背景技术
通过在发动机内部的燃烧而产生热能、并利用该热能获得机械量的装置通常被称作内燃机。
在日本特开平10－115207号公报中记载有例如用于剪草机等的内燃机的结构。日本特开平10－115207号公报的内燃机具有活塞、缸体部、连接杆、曲柄轴。在该内燃机中，空气、燃料及油混合体在由活塞和缸体构件构成的燃料室中燃烧。由此活塞进行往返运动，该往返运动经由连接杆转换为曲柄轴的旋转运动。
另外，例如在日本特开平8－86208号公报中记载有用于汽车等的内燃机。
但是，日本特开平10－115207号公报及日本特开平8－86208号公报所记载的内燃机通过使汽油等化石燃料燃烧而产生驱动力。通过使化石燃料燃烧，二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物释放到大气中。例如释放到大气中的二氧化碳通过吸收从地表放射出的红外线的一部分而作为温室效应气体发挥作用，因此被指出为地球变暖的原因之一。另外，释放到大气中的氮氧化物、硫氧化物通过溶解于雨水而变为硝酸、硫酸，因此成为酸雨的原因之一。这样，使用化石燃料来获得驱动力的内燃机引起了地球变暖、酸雨等环境问题。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种环保而且能够高效地输出驱动力的驱动装置。
本发明的驱动装置具有交变磁场产生构件、活塞构件和曲柄轴构件。交变磁场产生构件是用于产生交变磁场的构件。活塞构件构成为在由交变磁场产生构件产生的交变磁场的作用下而在内部产生涡电流，并且设置为能够借助由涡电流产生的磁场与交变磁场之间的相斥力进行移动。曲柄轴构件与活塞构件相连接，设置为能够将活塞构件的移动转换为旋转运动。
采用本发明的驱动装置，能够取代化石燃料而使用交变磁场产生构件来产生驱动力。因此，不产生成为地球变暖的原因的二氧化碳、成为酸雨的原因的氮氧化物、硫氧化物就能够获得驱动力，因此环保。
另外，为了利用本发明的驱动装置获得驱动力，仅使交变磁场产生构件旋转即可。因此能够有效地输出驱动力。
而且，由于除了交变磁场产生构件以外的构造与现有的内燃机的构造很相似，因此能够直接利用现有的内燃机的零件。
在上述驱动装置中，优选交变磁场产生构件包括N极与S极交替地配置而成的永久磁体，并且构成为N极与S极的位置相对于活塞构件发生变化。
由此，能够利用永久磁体产生交变磁场，因此与利用电磁体产生交变磁场的情况相比，所需的电力减少。
在上述驱动装置中，优选交变磁场产生构件具有柱形状。永久磁体的N极与S极在柱形状的表面上沿着周向交替地配置，并且设置为能够以柱形状的轴线为中心旋转。
由此，在柱状的交变磁场产生构件的周向上产生交变磁场。
在上述驱动装置中，优选包括活塞构件多个活塞，该多个活塞配置在柱形状的交变磁场产生构件的外周侧，并且沿着柱形状的交变磁场产生构件的周向配置。
通过在柱形状的交变磁场产生构件的周向上配置多个活塞，能够高效地利用在周向上产生的交变磁场来获得驱动力。
在上述驱动装置中，优选活塞构件包括多个活塞，该多个活塞配置在柱形状的交变磁场产生构件的外周侧，并且沿着柱形状的交变磁场产生构件的轴线方向配置。
通过在柱形状的交变磁场产生构件的轴向上配置多个活塞，能够高效地利用在轴向上产生的交变磁场来获得驱动力。
在上述驱动装置中，优选在交变磁场产生构件与活塞构件之间设有磁轭构件。
由于交变磁场被磁轭有效地集中，因此能够高效地获得驱动力。
在上述驱动装置中，优选该驱动装置还具有用于对活塞构件的移动进行引导的缸体构件。缸体构件由绝缘性材料形成。
由于缸体构件由绝缘性材料形成，因此不会产生涡电流。因此，能够防止缸体构件因涡电流而发热。另外，由于涡电流集中地产生在活塞中，因此交变磁场与因交变磁场而产生的涡电流所产生的磁场之间的相斥力被有效地传递到活塞构件。
在上述驱动装置中，优选该驱动装置还具有用于将曲柄轴构件的旋转运动的能量转换为电能的发电机部。
由此，通过取代化石燃料而使用交变磁场，能够获得电能。
在上述驱动装置中，优选该驱动装置构成为由发电机部产生的电的至少一部分被用于产生交变磁场。
由此，通过减少交变磁场产生构件所使用的电力，能够有效地获得驱动力。
通过以下结合附图详细地对本发明进行描述，将更清楚地体现出本发明的上述的及其他的目的、特征、观点及优点。
附图说明
图1A是实施方式1的驱动装置的概略俯视图。
图1B是实施方式1的驱动装置的局部剖主视图。
图1C是实施方式1的驱动装置的局部剖侧视图。
图2是说明利用交变磁场与由涡电流产生的磁场来产生相斥力的原理的示意图。
图3是在实施方式1的驱动装置中沿着交变磁场产生构件的周向配置有多个活塞的结构的局部剖主视图。
图4是在实施方式1的驱动装置中沿着交变磁场产生构件的周向配置有多个活塞的结构的局部剖侧视图。
图5是在实施方式1的驱动装置中沿着交变磁场产生构件的周向配置有多个活塞的结构的局部剖侧视图。
图6是在实施方式1的驱动装置中沿着交变磁场产生构件的周向配置有多个活塞的结构的局部剖侧视图。
图7是在实施方式1的驱动装置中在交变磁场产生构件与活塞之间配置有磁轭构件的结构的局部剖侧视图。
图8是实施方式2的驱动装置的示意图。
图9是在实施方式2的驱动装置中沿着交变磁场产生构件的周向配置有多个活塞的结构的示意图。
图10是在实施方式1的驱动装置中在交变磁场产生构件上连接有涡轮的结构的示意图。
图11是在实施方式1的驱动装置中以变速器介于曲柄轴构件和驱动轮之间的方式在曲柄轴构件上安装有驱动轮的结构的示意图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。
实施方式1
首先，使用图1A～图1C及图2说明本发明的实施方式中的驱动装置的结构。
如图1A～图1C所示，本实施方式的驱动装置5主要具有交变磁场产生构件1、活塞构件7、连接杆构件21、缸体构件10、曲柄轴构件8、飞轮构件9、保护构件11。
交变磁场产生构件1如图2所示，例如具有圆柱形状，具有N极与S极在圆柱状的转子的表面上沿周向交替地配置而成的永久磁体。优选交变磁场产生构件1所使用的永久磁体例如具有RE2Fe14B（RE：稀土类元素）的组成，优选RE例如为钕（Nd）。N极与S极的永久磁体被粘合剂固定在转子上，永久磁体的表面由纤维状的较薄的带保护。交变磁场产生构件1构成为能够以轴线X为中心旋转，由此构成为N极与S极的位置相对于活塞构件7相对地发生变化。
为了使交变磁场产生构件1以轴线X为中心旋转，例如使用电动机等。例如，沿着交变磁场产生构件1的轴线X方向延伸的支承棒与电动机的转子部分相连接，通过从外部向电动机供给电力而使电动机的转子旋转，使交变磁场产生构件1能够旋转。
活塞构件7构成为在由交变磁场产生构件1产生的交变磁场2的作用下而在内部产生涡电流3。具体来说，作为活塞构件7的材料，通过使用导电率较高、阻抗系数（电阻率）较低的导电性金属，活塞构件7构成为能够使涡电流3在其内部流动。作为活塞构件7所使用的导电性金属的材料，例如将银（Ag）、铜（Cu）、金（Au）、铝（Al）、镁（Mg）、钨（W）等分别以单体或者上述单体的任意组合来使用。表1是表示各金属的导电率和电阻率的表。
表1
  金属名   导电率(S/m)   电阻率（Ωm）
  银   62.8   1.59×10－8
  铜   59.5   1.68×10－8
  金   45.2   2.21×10－8
  铝   37.7   2.65×10－8
  镁   22.6   4.42×10－8
  钨   18.9   5.29×10－8
另外，活塞构件7设置为能够借助于由上述涡电流3产生的磁场4与交变磁场产生构件1的交变磁场2之间的相斥力而移动。具体来说，通过以连接杆构件21介于活塞构件7和曲柄轴构件8之间的方式将活塞构件7连接在曲柄轴构件8上，从而活塞构件7能够相对于曲柄轴构件8沿上下方向移动。
曲柄轴构件8通过如上所述与活塞构件7相连接，能够将活塞构件7的移动转换为旋转运动。具体来说，曲柄轴构件8具有作为偏心部分的曲柄销，通过以连接杆构件21介于曲柄销和活塞构件7之间的方式在该曲柄销上连接活塞构件7，能够将活塞构件7的移动转换为旋转运动。
缸体构件10是用于对活塞构件7的移动进行引导的构件。缸体构件10例如设置为包围活塞构件7的侧面。缸体构件10的形状例如为圆筒形状。作为缸体构件10的材料，优选使用与活塞构件7的材料不同的材料、且使用绝缘性的材料。作为缸体构件10的材料，例如使用デルリン(Delrin)（注册商标）、ジュラゴン（Duracon）（注册商标）、PEEK（Poly－Ether－Ether－Ketone）（注册商标）、テフロン（特氟隆）（注册商标）等硬质树脂。
飞轮构件9与曲柄轴构件8相连接，以使曲柄轴构件8的旋转运动变得顺畅的方式设置。
保护构件11以包围交变磁场产生构件1的方式设置，是为了保护交变磁场产生构件1而设置的。优选该保护构件11具有坡莫合金（permalloy）等的较高的导磁率。另外，也可以省略保护构件11。
另外，交变磁场产生构件1并不限于永久磁体，也可以是电磁体。例如能够通过使交流电流流经电磁线圈而产生交变磁场。在上述记载中，交变磁场产生构件1的形状具有圆柱形状，但是交变磁场产生构件1的形状只要是柱形状即可，例如也可以是多棱柱形状。另外，上述记载中的轴线X是指柱形状的交变磁场产生构件1旋转时的旋转轴线。例如在交变磁场产生构件1为圆柱形状的情况下，该轴线X是通过该圆柱的横截面的圆的中心并沿着柱方向延伸的直线。
另外，交变磁场产生构件1也可以不是柱形状，只要构成为N极与S极的位置相对于活塞构件7相对地发生变化即可。
作为用于使交变磁场产生构件1旋转的其他方法，例如，如图10所示，也可以在沿着交变磁场产生构件1的轴线X方向延伸的支承棒的顶端连接有涡轮22。在该结构中，涡轮22借助于水蒸气等流体（气体、液体、超临界流体）而旋转，从而能够使交变磁场产生构件1旋转。具体来说，能够使用像风力发电、水力发电、火力发电等所使用的那样的涡轮22。
如图1A及图1B所示，优选活塞构件7具有沿着柱形状的交变磁场产生构件1的轴线X方向配置的多个活塞7a。在本实施方式中，沿着交变磁场产生构件1的轴线X方向配置有4个活塞7a。另外，用于对上述4个活塞7a的移动进行引导的缸体构件10也具有用于对各个活塞7a的移动进行引导的4个缸体10a。而且，用于将上述4个活塞7a的上下运动传递到曲柄轴构件8的连接杆构件21为了与各个活塞7a相连接而也具有4个连接杆21a。
另外，在本实施方式中，以活塞7a为4个的情况为例进行了说明，但是本发明并不限定于该结构。活塞7a也可以多于4个，例如既可以为6个也可以为8个。通过使活塞7a多级化，能够增加驱动力。
接着，使用图1A、图1B及图2说明本实施方式的驱动装置的动作。
参照图1A、图1B及图2，首先，沿周向交替地配置有永久磁体的N极与S极的圆筒状的交变磁场产生构件1以轴线X为中心轴线旋转。这样，在交变磁场产生构件1的外周侧的特定位置产生N极与S极交替变化的交变磁场2。若在该位置配置由导电性金属构成的活塞构件7，则在活塞构件7的表面产生涡电流3。涡电流3以在活塞构件7的内部流动的方式产生以抵消由交变磁场产生构件1产生的交变磁场2。因此，由涡电流3产生的磁场4与由交变磁场产生构件1产生的交变磁场2相斥。活塞构件7借助该相斥力6而移动。
活塞构件7与连接杆构件21相连接，连接杆构件21与曲柄轴构件8的作为偏心部分的曲柄销相连接。活塞构件7借助于上述相斥力6沿着缸体构件10的壁面在上下方向上移动。活塞构件7的上下方向的动作通过连接杆构件21来驱动曲柄轴构件8。这样，活塞构件7的上下方向的直线运动通过连接杆构件21与曲柄轴构件8转换为旋转运动。该旋转运动例如被利用于汽车的驱动轮的旋转。
本实施方式的驱动装置5例如是用于驱动汽车、摩托车的车轮的装置。另外，本发明的驱动装置5例如也可以是用于使电车的车轮、飞行器的螺旋桨、船舶的螺旋桨等旋转的驱动装置5等。
接着，说明本实施方式的驱动装置5的作用效果。
本实施方式的驱动装置5不使用汽油等化石燃料就能够利用交变磁场2获得驱动力。因此，由于不会产生成为地球变暖的原因的二氧化碳、成为酸雨的原因的氮氧化物、硫氧化物，因此本实施方式的驱动装置5环保。
另外，为了利用本实施方式的驱动装置5获得驱动力，仅使交变磁场产生构件1旋转即可。因此能够有效地输出驱动力。
而且，由于除了交变磁场产生构件1以外的构造与现有的内燃机的构造很相似，因此能够直接利用现有的内燃机的零件。
另外，本实施方式的驱动装置5的交变磁场产生构件1包括N极与S极交替地配置而成的永久磁体，并且构成为N极与S极的位置相对于活塞构件7相对地发生变化。由此，能够利用永久磁体产生交变磁场2，因此与利用电磁体产生相同的交变磁场2的情况相比，所需的电力减少。
另外，本实施方式的驱动装置5的交变磁场产生构件1具有圆柱形状，永久磁体的N极与S极在柱形状的表面上沿着周向C交替地配置，并且设置为能够以圆柱形状的轴线X为中心旋转。由此，能够在柱状的交变磁场产生构件1的周向C上产生交变磁场2。
另外，如图1A、图1B所示，本实施方式的驱动装置5的活塞构件7包括沿着圆柱形状的交变磁场产生构件1的轴线X方向配置的多个活塞7a。该多个活塞7a与1个曲柄轴构件8相连接。通过在圆柱形状的交变磁场产生构件1的轴线X方向上配置多个活塞7a，能够高效地利用在轴线X方向上产生的交变磁场2来获得驱动力。
另外，本实施方式的驱动装置5还具有用于对活塞构件7的移动进行引导的缸体构件10，缸体构件10由绝缘性材料形成。这样，由于缸体构件10由绝缘性材料形成，因此在缸体构件10中不会产生涡电流3。因此，能够防止缸体构件10因涡电流3而发热。另外，由于涡电流3集中地产生在活塞构件7中，因此交变磁场2与因交变磁场2而产生的涡电流3所产生的磁场4之间的相斥力6被效地传递到活塞构件7。
另外，本实施方式的驱动装置5还具有与曲柄轴构件8相连接的飞轮构件9。利用于该飞轮构件9使活塞构件7的往返运动有效地转换为旋转运动。
另外，如图3～图6所示，优选活塞构件7具有沿着柱形状的交变磁场产生构件1的周向C配置的多个活塞7a。图3及图4所示的驱动装置5在圆柱状的交变磁场产生构件1的外周侧12相对地配置有两个活塞7a。各个活塞7a沿着柱形状的交变磁场产生构件1的轴线X方向具有例如4个。如图5所示，也可以沿着圆柱状的交变磁场产生构件1的周向以每隔90度的状态配置有4个活塞7a。另外，如图6所示，也可以沿着圆柱状的交变磁场产生构件1的周向C以每隔45度的状态配置有8个活塞7a。
通过如此在圆柱形状的交变磁场产生构件1的周向C上配置多个活塞7a，能够高效地利用从1个交变磁场产生构件1在周向C上产生的交变磁场2来获得驱动力。另外，也可以沿着交变磁场产生构件1的轴线X方向配置多个活塞7a，并且沿着交变磁场产生构件1的周向C配置多个活塞7a。
另外，如图7所示，驱动装置5也可以在交变磁场产生构件1与活塞构件7之间具有磁轭构件14。磁轭构件14由具有较高的导磁率的材料构成，例如由坡莫合金等构成。这样，通过在交变磁场产生构件1与活塞构件7之间设置磁轭构件14，交变磁场2被磁轭构件14有效地集中，因此能够高效地获得驱动力。
另外，如图11所示，驱动装置5也可以具有与曲柄轴构件8相连接的变速器19和驱动轮20。
变速器19设置为能够将曲柄轴构件8的旋转转换为所期望的转速、所期望的转矩等。驱动轮20与变速器19相连接，设置为能够借助于曲柄轴构件8的旋转而旋转。驱动轮20例如是汽车的车轮。
实施方式2
接着，使用图8及图9说明本发明的实施方式2的驱动装置的结构。
如图8及图9所示，本实施方式的驱动装置5的结构与图1A、图1B所示的实施方式1的结构相比，在追加了发电机15、逆变器16、电池17、电动机18这一点上不同。
发电机15与曲柄轴构件8相连接，能够将曲柄轴构件8的旋转运动的能量转换为电能。逆变器16与发电机15相连接，能够将由发电机15产生的交流电力转换为直流电力。电池17与逆变器16相连接，能够储存由发电机15产生的、由逆变器16转换而成的直流电力。电池17设置为能够使储存在电池17中的电力的一部分返回到电动机18。
另外，除此以外的本实施方式的结构与上述实施方式1的结构大致相同，因此对相同的要素标注相同的附图标记而不再重复其说明。
接着，说明实施方式2的驱动装置5的作用效果。
实施方式2的驱动装置5具有发电机15。因此，通过使用交变磁场2，能够获得电能。另外，由于驱动装置5具有电池17，因此能够将由发电机15产生的电力储存到电池17中。而且，储存在电池17中的电力的一部分返回到电动机18。因此，能够减少交变磁场产生构件1的旋转所使用的电力。
另外，如图9所示，在交变磁场产生构件1的周向上配置有多个曲柄轴构件8的情况下，也可以针对各个曲柄轴构件8分别设置发电机15、逆变器16、电池17。而且，也可以构成为储存在多个电池17中的至少1个电池17中的电力的一部分返回到电动机。
另外，在图10所示的结构中，通过在曲柄轴构件8上连接发电机15，也能够利用涡轮22的旋转获得电力。
虽然详细地对本发明进行了描述和图解，但是应该清楚地理解以上仅是图解和举例而不能理解为本发明仅限于此，本发明的保护范围如权利要求书所述。

Claims (5)

1.一种驱动装置，其中，
该驱动装置(5)具有：
交变磁场产生构件(1)，其用于产生交变磁场(2)；
活塞构件(7)，其构成为在由上述交变磁场产生构件产生的交变磁场的作用下而在内部产生涡电流(3)，并且设置为能够借助由上述涡电流(3)产生的磁场(4)与上述交变磁场(2)之间的相斥力(6)进行移动；以及
曲柄轴构件(8)，其与上述活塞构件(7)相连接，设置为能够将上述活塞构件(7)的移动转换为旋转运动，
上述交变磁场产生构件(1)具有柱形状，包括在上述柱形状的表面沿周向交替地配置N极与S极而成的永久磁体，并且构成为上述N极与上述S极的位置相对于上述活塞构件(7)相对地发生变化，并且交变磁场产生构件(1)设置为能够以上述柱形状的轴线(X)为中心旋转，
上述活塞构件(7)包括：配置在上述柱形状的上述交变磁场产生构件(1)的外周侧并且沿着上述柱形状的上述交变磁场产生构件(1)的周向配置的多个第一活塞构件；和配置在上述柱形状的上述交变磁场产生构件(1)的外周侧并且沿着上述柱形状的上述交变磁场产生构件(1)的轴向配置的多个第二活塞构件，
通过上述交变磁场产生构件(1)以上述柱形状的轴线(X)为中心旋转，产生上述交变磁场。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，
在上述交变磁场产生构件(1)与上述活塞构件(7)之间设有磁轭构件(14)。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，
该驱动装置(5)还具有用于对上述活塞构件(7)的上述移动进行引导的缸体构件(10)，
上述缸体构件(10)由绝缘性材料形成。
4.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，
该驱动装置(5)还具有用于将上述曲柄轴构件(8)的上述旋转运动的能量转换为电能的发电机部(15)。
5.根据权利要求4所述的驱动装置，其中，
该驱动装置(5)构成为由上述发电机部(15)产生的电的至少一部分被用于产生上述交变磁场(2)。
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