TWI440769B - Drive device - Google Patents

Description

驅動裝置

本發明係有關於驅動裝置，且特別有關於使用交替磁場的驅動裝置。

利用機體內部的燃燒產生熱能，並藉由該熱能來獲得機械能的裝置一般稱為內燃機。特開平10-115207號公報中記載使用於例如割草機等的內燃機。特開平10-115207號公報的內燃機具有活塞、汽缸、連接桿以及曲軸。在這個內燃機中，空氣、燃料與油混合體在活塞與汽缸構件組 成的燃料室內燃燒。藉此，使活塞往返運動，該往返運動更透過連接桿轉變為曲軸的旋轉運動。

而使用於汽車等的內燃機則記載於例如特開平8-86208號公報。

然而，特開平10-115207號公報及特開平8-86208號公報所記載的內燃機是透過燃燒汽油等化石燃料來產生驅動力。燃燒化石燃料時，二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物會排放至大氣當中。例如，排放至大氣的二氧化碳會吸收地表放射的一部分紅外線而成為造成溫室效應氣體，因此是地球暖化的原因之一。而排放至大氣的氮氧化物、硫氧化物則會溶於雨中變成硝酸或硫酸，因此是酸雨的原因之一。如此一來，使用化石燃料來獲得驅動例的內燃機會製造地球暖或酸雨等環境問題。

因此，本發明主要的目的是提供一種環保且能高效率地獲得驅動力的驅動裝置。

本發明的驅動裝置，包括：交替磁場產生構件、活塞構件及曲軸構件。交替磁場產生構件用於產生交替磁場。活塞構件，會因為交替磁場產生構件產生的交替磁場而在內部產生渦電流，並且受到渦電流產生的磁場與交替磁場之間的斥力而移動。曲軸構件，連接至活塞構件，可將該活塞構件的移動轉換為旋轉運動。

根據本發明的驅動裝置，能夠使用交替磁場產生構件 取代化石燃料來產生驅動力。因此不會產生促使地球暖化的二氧化碳或造成酸雨的氮氧化物或硫氧化物就能獲得驅動力，故能友善對待地球環境。

為了利用本發明的驅動裝置來獲得驅動力，只要使交替磁場產生構件旋轉即可。因此能夠有效率地獲得驅動力。

由於交替磁場產生構件以外的構造與既有的內燃機的構造相似，故能夠直接沿用既有的內燃機的零件。

上述之驅動裝置中，交替磁產生構件可包括N極與S極交互配置的永久磁石，且N極與S極的位置對活塞構件會相對變化。

藉此能透過永久磁石來產生交替磁場，比起使用電磁石來產生交替磁場的情況，所需的電力減小。

上述之驅動裝置中，交替磁場產生構件具有柱狀，永久磁石的該N極與該S極在柱狀的表面沿著圓周方向交互配置，且以柱狀的軸線為中心旋轉。

藉此在柱狀的交替磁場產生構件的圓周方向產生交替磁場。

上述之驅動裝置中，活塞構件包括複數的活塞，沿該柱狀的交替磁場產生構件的外周側配置，也就是沿著柱狀的交替磁場產生構件的圓周方向配置。

藉由配置複數的活塞於柱狀的交替磁場產生構件的圓周方向，能夠有效率地利用圓周方向產生的交替磁場來獲得驅動力。

上述之驅動裝置中，活塞構件包括複數的活塞，沿著 柱狀的交替磁場產生構件的外周側配置，也就是沿著柱狀的交替磁場產生構件的軸線方向配置。

藉由配置複數的活塞於柱狀的交替磁場產生構件的軸方向，能夠有效率地利用軸方向產生的交替磁場來獲得驅動力。

上述之驅動裝置中，交替磁場產生構件與活塞構件之間設置有磁軛構件。

交替磁場會因磁軛構件而有效率地集中，故能夠高效率地獲得驅動力。

上述之驅動裝置中，更包括：汽缸構件，用來導引活塞構件的移動。汽缸構件係以絕緣性材料形成。

因為汽缸構件由絕緣性材料形成，所以不會產生渦電流。因此，可以防止因渦電流的流動而發熱。由於渦電流集中產生於活塞，交替磁場與交替磁場產生的渦電流所產生的磁場之間的斥力能有效率地傳遞至活塞構件。

上述之驅動裝置中，曲軸構件更具有發電機部，用以將該旋轉運動的動量轉換為電能。

藉此，能夠使用交替磁場帶替化石燃料來產生電力。

上述之驅動裝置中，該發電機部所產生的電力的至少一部分用於交替磁場的產生。

藉此，使用於交替磁場產生構件的電力減低，因而能有效率地獲得驅動力。

以下根據圖式來說明本發明實施例。

[實施例1]

首先，使用第1A~1C圖及第2圖來說明本發明實施例的驅動裝置的構造。

如第1A~1C圖所示，本實施例的驅動裝置5主要具有交替磁場產生構件1、活塞構件7、連接桿構件21、汽缸構件10、曲軸構件8、飛輪構件9以及保護構件11。

交替磁場產生構件1具有例如第2圖所示的圓柱狀，具有永久磁石，由N極與S極在圓柱狀的滾筒表面上沿著圓周方向交互地配置而成。使用於交替磁場產生構件1的永久磁石可以例如具有RE₂ Fe₁₄ B(RE：稀土族元素)的組成，RE可以例如是釹(Nd)。N極與S極的永久磁石透過接著劑固定於滾筒上，永久磁石的表面以纖維狀的薄膠帶保護。交替磁場產生構件1可繞軸線X旋轉，使N極與S極的位置對活塞構件7產生相對變化。

為了使交替磁場產生構件1繞軸線X旋轉，會使用例如馬達等。例如，沿著交替磁場產生構件1的軸線X方向延伸的支持棒連接至馬達的旋轉子部分，並由外部供給電力給馬達來旋轉馬達的旋轉子，藉此使交替磁場產生構件1旋轉。

活塞構件7會因為交替磁場產生構件1產生的交替磁場2而在內部產生渦電流3。具體來說，活塞構件7的材料會使用導電係數高、電阻係數低的導電性金屬，使得渦電流3可在活塞構件7的內部流動。用於活塞構件7的導 電性材料可使用例如銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、鎂(Mg)及鎢(W)等各種元素單體或他們的任意組合。表1表示各金屬的導電係數與電阻係數。

活塞構件7的設置係可透過上述渦電流3產生的磁場4與交替磁場產生構件1的交替磁場2之間的斥力而移動。具體來說，將活塞構件7透過連接桿部21連接至曲軸構件8，藉此，使活塞構件7可相對於曲軸構件8在上下方向移動。

以上述的方式連接曲軸構件8與活塞構件7，可將活塞構件7的移動轉換為旋轉運動。具體來說，曲軸構件8具有偏心部分的曲桿，藉由將活塞構件7透過連接桿構件21連接至該曲桿，就能將活塞構件7的移動轉換為旋轉運動。

汽缸構件10用來導引活塞構件7的移動。汽缸構件10以包圍活塞構件7的側面的方式設置。汽缸構件10的形狀例如圓筒狀。汽缸構件10的材料是與汽缸構件7不同的材料，可使用絕緣性材料。汽缸構件10的材料可使用Delrin(註冊商標)、Duracon(註冊商標)、PEEK(註冊商 標)、Teflon(註冊商標)等的硬質樹脂。

飛輪構件9連接曲軸構件8，其設置使曲軸構件8的旋轉運動變得滑順。

保護構件11以包圍交替磁場產生構件1的方式設置，用以保護交替磁場產生構件1。此保護構件11可具有坡莫合金等的高透磁率。然而，保護構件11也可省略。

交替磁場產生構件1並不限於永久磁石也可使用電磁石。例如可將交流電流流過電磁閥線圈來產生交替磁場。先前所述的構造中，交替磁場產生構件1的形狀是圓柱狀，但交替磁場產生構件1的形狀只要是柱狀，也可以是例如多角柱狀。而先前所述的軸線X是交替磁場產生構件1旋轉時的旋轉軸。在例如交替磁場產生構件1為圓柱狀的情況下，此軸線X是通過該圓柱橫剖面的圓之圓心並沿著柱方向延伸的直線。

交替磁場產生構件1也可以不是柱狀，只要其構造能夠使N極與S極的位置對活塞構件7有相對變化即可。

旋轉交替磁場產生構件1的其他方法例如第10圖所示，可將沿著交替磁場產生構件1的軸線X方向延伸的支持棒的前端連接至渦輪22。在這個構造下，透過水蒸氣等流體(氣體、液體、超臨界流體)使渦輪22轉動，進而使交替磁場產生構件1旋轉。具體來說，可使用例如風力發電、水力發電或火力發電用的渦輪22。

如第1A及第1B圖所示，活塞構件7可具有複數個活塞7a沿著柱狀的交替磁場產生構件1的軸線X方向配置。 本實施例中，沿著交替磁場產生構件1的軸線X方向配置了4個活塞7a。而用於導引上述4個活塞7a移動的汽缸構件10也分別具有導引4個活塞7a移動的4個汽缸10a。而將上述4個活塞7a的上下運動傳達給曲軸構件8用的連接桿構件21也具有分別連接至4個活塞7a的4個連接桿21a。

在本實施例中，雖舉出有4個活塞7a的情況為例來說明，但本發明並不限於此構造，活塞7a可以比4個多，例如6個或8個。藉由多段化活塞7a能夠增加驅動力。

接著，使用第1A、1B圖及第2圖來說明本實施例的驅動裝置的動作。

參照第1A、1B圖及第2圖，首先永久磁石的N極與S極交互地配至於圓筒狀的交替磁場產生構件1的周方向，交替磁場產生構件1並以軸線X為中心軸旋轉。如此一來，在交替磁場產生構件1的外周側的位置會產生N極與S極交替變化的交替磁場2。若在該位置配置導電性金屬所構成的活塞構件7，活塞構件7的表面會產生渦電流3。渦電流3產生並流動於活塞構件7的內部是為了抵銷交替磁場產生構件1產生的交替磁場2。因此，渦電流3產生的磁場4會與交替磁場產生構件1產生的交替磁場2互斥。活塞構件7則藉由這個斥力6來移動。

活塞構件7連接至連接桿構件21，而連接桿構件21會連接至曲軸構件8的偏心部分，也就是曲桿。活塞構件7因為上述的斥力6而沿著汽缸構件10的壁面上下移動。 活塞構件7的上下方向移動會透過連接桿構件21驅動曲軸構件8。如此一來，活塞構件7的上下方向的直線移動會透過連接桿構件21與曲軸構件8轉換成旋轉運動。這個旋轉運動能夠利用於例如汽車的驅動輪的旋轉。

本實施例的驅動裝置5例如是驅動汽車或機車的車輪的裝置。本發明的驅動裝置5也可以例如是使電車的車輪、飛機的推進器、船隻的螺旋槳等旋轉的驅動裝置5。

接著，說明本實施例的驅動裝置5的作用效果。

本實施例的驅動裝置5不使用汽油等化石燃料，透過交替磁場2來獲得驅動力。因此不會產生促使地球暖化的的二氧化碳或造成酸雨的氮氧化物或硫氧化物，本實施例的驅動裝置5能善待地球環境。

為了利用本實施例的驅動裝置5來獲得驅動力，只要使交替磁場產生構件1旋轉即可。因此能夠有效率地獲得驅動力。

由於交替磁場產生構件1以外的構造與既有的內燃機的構造相似，故能夠直接沿用既有的內燃機的零件。

本實施例的驅動裝置5的交替磁場產生構件1包括N極與S極交互配置的永久磁石，並且N極與S極的位置會對活塞構件7相對變化。藉此能透過永久磁石來產生交替磁場2，比起使用電磁石來產生相同的交替磁場2，所需的電力減小。

本實施例的驅動裝置5的交替磁場產生構件1為圓柱形狀，永久磁石的N極與S極在柱狀的表面沿著圓周方向 C交互配置，交替磁場產生構件1會以圓柱狀的軸線X為中心旋轉。藉此，能夠在柱狀的交替磁場產生構件1的圓周方向C上產生交替磁場2。

如第1A、1B圖所示，本實施例的驅動裝置5的活塞構件7包括沿著圓柱狀的交替磁場產生構件1的軸線X方向配置的複數活塞7a。這些複數的活塞7a連接至1個曲軸構件8。藉由配置複數活塞7a於圓柱狀的交替磁場產生構件1的軸線X方向，能夠有效率地利用產生於軸線X方向上的交替磁場2來獲得驅動力。

本實施例的驅動裝置5更具有導引活塞構件7移動的的汽缸構件10，汽缸構件10由絕緣性材料形成。因為汽缸構件10由絕緣性材料形成，所以汽缸構件10不會產生渦電流3。因此，汽缸構件10可以防止因渦電流3流動而發熱。由於渦電流3集中產生於活塞構件7，交替磁場2與交替磁場2產生的渦電流3所產生的磁場4之間的斥力能有效率地傳遞至活塞構件7。

本實施例的驅動裝置5更具有連接至曲軸構件8的飛輪構件9。藉由飛輪構件9能將活塞構件7的來回運動有效率地轉換為旋轉運動。

由如第3~6圖所示，活塞構件7可具有沿著柱狀的較替磁場產生構件1的圓周方向C配置的複數活塞7a。如第3、4圖所示的驅動裝置5在圓柱狀的交替磁場產生構件1的外周側12對向配置了2個活塞7a。各個活塞7a沿著圓柱狀的交替磁場產生構件1的軸線X方向具有例如4個活 塞7a。如第5圖所示，活塞7a也可以沿著交替磁場產生構件1的圓周方向C分別夾90度角的狀態下配置4個。如第6圖所示，活塞7a也可以沿著交替磁場產生構件1的圓周方向C分別夾45度角的狀態下配置8個。

藉由在圓柱狀的交替磁場產生構件1的圓周方向C配置複數個活塞7a，能夠有效率地利用圓周方向C產生的交替磁場2，從1個交替磁場產生構件1獲得驅動力。沿著交替磁場產生構件1的軸線X方向配置複數的活塞7a的同時，也可以沿著交替磁場產生構件1的圓周方向C配置複數的活塞7a。

如第7圖所示，驅動裝置5可在交替磁場產生構件1與活塞構件7之間具有磁軛構件14。磁軛構件14由高透磁率的材料組成，例如由坡莫合金等組成。藉由在交替磁場產生構件1與活塞構件7之間設置磁軛構件14，交替磁場2會因磁軛構件14而有效率地集中，故能夠高效率地獲得驅動力。

又如第11圖所示，驅動裝置5可以具有連接至曲軸構件8的變速器19與驅動輪20。

變速器19可將曲軸構件8的旋轉轉換為所希望的旋轉數或切換數。驅動輪20連接於變速器19，會因為曲軸構件8的旋轉而旋轉。驅動輪20例如是汽車的車輪。

[實施例2]

接著，使用第8、9圖說明本發明實施例2的驅動裝置的構造。

如第8、9圖所示，本實施例的驅動裝置5的構造與第1A、1B圖所示的實施例1的構造相比，多了發電機15、變頻器16、電池17與馬達18。

發電機15連接至曲軸構件8，能將曲軸構件8的旋轉運動的動能轉為電能。變頻器16連接於發電機15，能將發電機15發電的交流電轉換為直流電。電池17連接於變頻器，能夠儲存發電機15發電且變頻器16轉換後的直流電。電池17以可將儲存於電池17的電力的一部分送回馬達18的方式設置。

除此之外的本實施例的架構與上述實施例1的架構幾乎相同，相同的要素會標示相同的符號，故省略重複說明。

接著，說明實施例2的驅動裝置5的作用效果。

實施例2的驅動裝置5具有發電機15。因此能夠透過使用交替磁場2來獲得電能。因為驅動裝置5具有電池17，發電機15發電的電力可儲存於電池17。而儲存於電池17的電力的一部分會回到馬達18。因此能減低用於交替磁場產生構件1的旋轉的電力。

又如第9圖所示，在交替磁場產生構件1的圓周方向配置複數曲軸構件8的情況下，可對每個曲軸構件8設置發電機15、電池16、電池17。然後，使複數電池17中的至少一個電池17所儲存的電力的一部分回到馬達18。

又在第10圖所示的構造中，藉由將發電機15連接至曲軸構件8，能夠從渦輪22的旋轉獲得電力。

本發明雖已詳細說明，但該領域技術者可知本發明並 不限定於各圖式及範例，本發明的範疇必須由申請專利範圍來界定。

1‧‧‧交替磁場產生構件

2‧‧‧交替磁場

3‧‧‧渦電流

4‧‧‧磁場

5‧‧‧驅動裝置

6‧‧‧斥力

7‧‧‧活塞構件

7a‧‧‧活塞

8‧‧‧曲軸構件

9‧‧‧飛輪構件

10‧‧‧汽缸構件

10a‧‧‧汽缸

11‧‧‧保護構件

12‧‧‧外周側

14‧‧‧磁軛構件

15‧‧‧發電機

16‧‧‧變頻器

17‧‧‧電池

18‧‧‧馬達

19‧‧‧變速器

20‧‧‧驅動輪

21‧‧‧連接桿構件

21a‧‧‧連接桿

22‧‧‧渦輪

C‧‧‧圓周方向

第1A圖係實施例1的驅動裝置的概略平面圖。

第1B圖係實施例1的驅動裝置的一部分正面剖面圖。

第1C圖係實施例1的驅動裝置的一部分側面剖面圖。

第2圖係說明利用交替磁場與渦電流產生的磁場來產生排斥力的原理。

第3圖係實施例1的驅動裝置中沿著交替磁場產生構件的圓周方向配置複數活塞的構造的一部分正面剖面圖。

第4圖係實施例1的驅動裝置中沿著交替磁場產生構件的圓周方向配置複數活塞的構造的一部分側面剖面圖。

第5圖係實施例1的驅動裝置中沿著交替磁場產生構件的圓周方向配置複數活塞的構造的一部分側面剖面圖。

第6圖係實施例1的驅動裝置中沿著交替磁場產生構件的圓周方向配置複數活塞的構造的一部分側面剖面圖。

第7圖係實施例1的驅動裝置中在交替磁場產生構件與活塞間配置磁軛構件的構造的一部分側面剖面圖。

第8圖係實施例2的驅動裝置的概略圖。

第9圖係實施例2的驅動裝置中沿著交替磁場產生構件的圓周方向配置複數活塞的構造的概略圖。

第10圖係實施例1的驅動裝置中將渦輪連接至交替磁場產生構件的構造的概略圖。

第11圖係實施例1的驅動裝置中透過變速器安裝驅動輪至曲軸構件的構造的概略圖。

1‧‧‧交替磁場產生構件

5‧‧‧驅動裝置

7‧‧‧活塞構件

7a‧‧‧活塞

8‧‧‧曲軸構件

9‧‧‧飛輪構件

10‧‧‧汽缸構件

10a‧‧‧汽缸

11‧‧‧保護構件

21‧‧‧連接桿構件

21a‧‧‧連接桿

X‧‧‧軸線

Claims (7)

1. 一種驅動裝置(5)，包括：交替磁場產生構件(1)，用於產生交替磁場(2)；活塞構件(7)，會因為該交替磁場產生構件(1)產生的交替磁場而在內部產生渦電流(3)，並且受到該渦電流(3)產生的磁場(4)與該交替磁場(2)之間的斥力(6)而移動；以及曲軸構件(8)，連接至該活塞構件(7)，可將該活塞構件(7)的移動轉換為旋轉運動；該交替磁場產生構件(1)具有柱狀，其中該交替磁場產生構件(1)包括N極與S極在該柱狀的表面沿著圓周方向交互配置的永久磁石，該N極與該S極的位置對該活塞構件(7)會相對變化，且以該柱狀的軸線(X)為中心旋轉；藉由該交替磁產生構件(1)以該軸線(X)為中心旋轉而產生交替磁場(2)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置(5)，其中該活塞構件(7)包括複數的活塞(7a)，沿著該柱狀的該交替磁場產生構件(1)的外周側配置，也就是沿著該柱狀的該交替磁場產生構件(1)的該圓周方向配置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置(5)，其中該活塞構件(7)包括複數的活塞(7a)，沿著該柱狀的該交替磁場產生構件(1)的外周側配置，也就是沿著該柱狀的該交替磁場產生構件(1)的該軸線(X)方向配置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置(5)，其中該 交替磁場產生構件(1)與該活塞構件(7)之間設置有磁軛構件(14)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置(5)，更包括：汽缸構件(10)，用來導引該活塞構件(7)的該移動，其中該汽缸構件(10)係以絕緣性材料形成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置(5)，其中該曲軸構件(8)更具有發電機部(15)，用以將該旋轉運動的動量轉換為電能。
7. 如申請專利範圍第6項所述之驅動裝置(5)，其中該發電機部(15)所產生的電力的至少一部分用於該交替磁場(2)的產生。