驅動陀螺的製作方法

2023-05-25 16:21:36 1

專利名稱：驅動陀螺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種改進的傳統陀螺(使用永磁體且沒有機械約束)，該 陀螺能在不改變旋轉運動的情況下被水平驅動。
背景技術：
眾所周知的是人們喜歡傳統玩具陀螺、陀螺儀和永磁體。
陀螺是古老的玩具。它們由木材、金屬或塑料以不同形狀、顏色 和尺寸而製成。近來，它們中的一些能產生聲音或/和光。但從開始起 並沒有太多改變。 一旦使其轉動，我們就只是看著它移動。不可能改 變該移動而與其互動。
陀螺儀是眾所周知的玩具和裝置。它們的迷人之處是如何使方向 保持恆定。
永磁體用於使用球、釘、鐵磁粉末、磁流體而獲得不同構造。一 旦實現該構造，則不會再發生什麼，也不會再有樂趣。
將陀螺儀的旋轉運動和永磁體組合的構思已由I.Grosu在1987年 2月28日提交的羅馬尼亞專利91 857中提出。通過使用在旋轉軸線上 與傳統陀螺儀同軸的兩個永磁體對傳統陀螺儀進行改進。因此，該陀 螺儀具有角動量和磁矩。由線圈產生的均勻外部磁場決定了作為拉莫
爾旋進的旋轉。該裝置具有教學意義並能表明如何獲得拉莫爾旋進。 這種陀螺儀模擬具有角動量和磁矩的電子的旋轉。
永磁體在陀螺中的令人感興趣的使用是懸浮陀螺(Levitron):美國專利US4 382 245和美國專利US5 404 062。陀螺的盤是在第二永磁體 上方成排斥構造的永磁體。如果滿足某些條件，該陀螺能夠懸浮。實 現懸浮並不那麼容易。懸浮陀螺由www.supermagnete.de生產。
另一種玩具即磁性UFO陀螺在與鐵磁平面件接觸的底部處具有小 永磁體。在旋轉期間，陀螺的底部以有趣的方式移動該平面件。
以關鍵字toy禾口 top以及magnet 4吏用網站www.espacenet.com選擇 專利US2004198152、 US2003064660、 GB2389321、 CN1326800,它
們介紹了具有永磁體的陀螺。應當強調的是所有專利都涉及具有不可 控動力學的陀螺。

發明內容
本發明旨在具有可控水平運動的陀螺。傳統陀螺的動力學不能改 變，這是因為對傳統陀螺所作的任何動作相當於轉矩N，該轉矩N將 根據角動量定理而改變旋轉運動
dL/dt=N
其中L、 N分別是角動量和轉矩。為水平移動該陀螺，必須對其 施加經過旋轉軸線的作用力(以具有等於零的轉矩)。這可通過兩個永磁 體的互相吸引來實現； 一個永磁體在旋轉軸線上與陀螺同軸，而另一
個永磁體位於陀螺的上方。遵照附圖、詳細說明和權利要求書將更好 地理解所有內容。


圖1是改進陀螺的總圖。
圖2是陀螺的上部處的永磁體的詳圖。 圖3是兩個圓筒形陀螺的碰撞。 圖4是旋轉中的懸浮陀螺。
圖5是兩個陀螺之間的碰撞 一個陀螺具有六邊形形狀，而另一個陀螺具有圓筒形形狀。
圖6是具有六邊形形狀的陀螺和球之間的碰撞。
具體實施例方式
如以上所述，陀螺和永磁體的所有組合都未實現陀螺的可控動力
學。通過使用外部磁場能夠對改進的陀螺儀的動力學進行控制(I.Grosu， 羅馬尼亞專利91857)。這裡使用的是改進版的該構思。主要構思是通 過使用位於傳統陀螺的上部處的在旋轉軸線上與該傳統陀螺同軸的永 磁體而對傳統陀螺進行改進。以手動方式在陀螺上方移動的外部永磁 體吸引第一磁鐵，從而水平移動該陀螺。由於兩個永磁體之間的吸引 力的轉矩為零，因此不改變旋轉運動。該情況的發生是因為該力的方 向經過旋轉軸線。因而，能夠通過外部永磁體的運動來控制陀螺的水 平平移運動。具有可控動力學的陀螺更有趣、更好玩、更具有教育和 科學成效。
遵照圖1和圖2，通過使用位於傳統陀螺1的上部處的在旋轉軸線 3上與該傳統陀螺1同軸的小永磁體2而對傳統陀螺l進行改進。第二 永磁體4位於旋轉中的陀螺5的上方。陀螺跟隨永磁體4的水平運動7 而水平移動6。只有當運動7緩慢時才實現運動6。在快速移動7時， 陀螺不能跟隨該快速移動7。具有可控動力學的陀螺能夠被用於實現若 幹遊戲。這裡我提出3個變體。
第一個變體涉及到陀螺的動力學。可以對為了實現移動6而運動7 應當有多快來進行實驗。太快的移動7不能實現移動6。當兩個陀螺足 夠靠近時，它們會碰撞(圖3)。令人感興趣的是在碰撞之後，由於伯 努利定律(Bernoulli law)它們會再次碰撞。而且，如果永磁體4足夠靠 近，則陀螺跳起而與永磁體4接觸。繼續旋轉(圖4)。如果在垂直方向 上抖動磁鐵4，則眾所周知的是陀螺落到臺上並繼續轉動，且能夠被再 次吸引至磁鐵4。這裡可以觀察到是如何保持垂直方向的。用傳統陀螺 不能做到這一點。
5第二，能在六邊形陀螺9和圓筒形陀螺1之間實現碰撞(圖5)。這 裡碰撞由於六邊形陀螺9的形狀而更劇烈。
第三，通過使用六邊形陀螺9和球10能夠實現競爭遊戲。球10 水平移動。兩個遊戲者每人都使六邊形陀螺9撞擊該球(圖6)以便將該 球移動到對方的門內。與足球、手球、籃球類比，我將該遊戲稱為陀 螺球(TOPBALL)。
可利用具有可控動力學的驅動陀螺而設想其它遊戲。 參考文獻
1. I.Grosu, "Didactic device for obtaining Larmor precession訴於實 現拉莫爾旋進的教學裝置)"(羅馬尼亞語)，羅馬尼亞專利Nr.91857/28 (1987年2月)，羅馬尼亞申請nr.118 306/08 (1985年4月)
2. Sonia and Roger Kaysel (1991), "Kreisel", Schweizer Kindermuseum Baden，瑞士.
3. R.M.Harrigan (1983)， "Levitation device(懸浮裝置)",美國專利 US 4 382 245, 1983年5月3日
4. E.W.Hones and W.G.Hones, "Magnetic Levitation Device and Method(磁懸浮裝置和方法)"，美國專利US 5 404 062
5. H.Goldstein, "Classical Mechanics(經典力學)，，，Addison-Wesley, 1965， p.3
6. P.A.Tipler (1991), "Physics for Engineers and Scientists(工程師與 科學家的物理學)"，第三版，第二巻，p.798-800, Worths Publishers.
7. F.W.Sears ， M.W.Zemansky and H.D. Young (1987), "University Physics(大學物理)"，第七版，p.698-700, 1987
8. R.Holler， "Kreisel", H. Hugedubel Verlag， 1989 ,
權利要求
1. 一種改進的傳統陀螺，包括位於所述傳統陀螺的上部處的在旋轉軸線上與所述傳統陀螺同軸的小永磁體；在吸引構造方面具有相反極性的位於所述陀螺的上方的能夠通過手而移動的第二永磁體。
2. 如權利要求l所述的裝置，該裝置通過移動所述第二永磁體而具有可控水平動力學，並且該裝置被稱為驅動陀螺，所述陀螺可具有圓筒形、六邊形或正方形形狀。
3. 通過使用具有所述可控水平動力學的所述驅動陀螺可設想和提出若干遊戲。
4. 建議三種所述遊戲通過驅動所述陀螺進行的遊戲在較短時間內驅動所述陀螺某一距離，必須實現關於在所述驅動陀螺和所述第二永磁體之間的最佳距離的一些技術，如果所述距離太短，則所述陀螺跳至所述第二永磁體，所述陀螺在懸浮時繼續旋轉，通過在垂直方向上抖動所述第二永磁體，所述陀螺落到臺上並繼續轉動，如果所述永磁體之間的距離太大，則所述驅動陀螺的移動太慢，兩個圓筒形陀螺會碰撞若干次；具有所述六邊形陀螺和所述圓筒形陀螺的一個或兩個遊戲者能玩耍所述六邊形陀螺和所述圓筒形陀螺之間的碰撞；每個都具有所述六邊形陀螺的兩個遊戲者可碰撞球而將該球移動到對方的門內，與足球、手球、籃球類比，我將該遊戲稱為陀螺球。
全文摘要
公開了一種改進的傳統陀螺(1)及其沒有機械抑制元素的水平驅動(6)。所述改進的傳統陀螺具有在旋轉軸線(3)上位於其上部並與其同軸的小永磁體(2)。具有與所述第一個永磁體相反極性的第二永磁體(4)，這意味著在吸引狀態下，在陀螺頂部上面手動地水平移動(7)該第二永磁體。兩個永磁體的相互吸引決定了陀螺的水平驅動(6)而不改變旋轉運動。該新型玩具比傳統玩具更有趣、更具互動性且更有吸引力。
文檔編號A63H1/18GK101479013SQ200680055182
公開日2009年7月8日 申請日期2006年12月13日 優先權日2006年6月30日
發明者伊凡·格羅蘇 申請人:伊凡·格羅蘇