自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)陀螺的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種陀螺，特別涉及一種能夠依靠陀螺本身激勵(lì)的電磁驅(qū)動(dòng)陀螺。本實(shí)用新型通過陀螺本體內(nèi)部封裝的條形永磁體隨陀螺在底座上表面起轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)來激發(fā)底座下面自勵(lì)式驅(qū)動(dòng)電路中各個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而使電路中驅(qū)動(dòng)繞組產(chǎn)生正確的電流，在底座上表面中心處產(chǎn)生相應(yīng)極性的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)反過來對(duì)上述條形永磁體產(chǎn)生力矩的作用，該力矩方向與陀螺旋轉(zhuǎn)的方向相同，從而抵消因摩擦所損耗的動(dòng)能，維持陀螺的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，該實(shí)用新型還進(jìn)一步增設(shè)了高低速模式選擇開關(guān)，該開關(guān)可以改變陀螺本體每旋轉(zhuǎn)一周電磁脈沖力矩的次數(shù)，從而改變穩(wěn)態(tài)時(shí)陀螺的轉(zhuǎn)速。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種陀螺，特別涉及一種能夠依靠陀螺本身激勵(lì)的電磁驅(qū)動(dòng)陀 螺。 自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)陀螺

【背景技術(shù)】
[0002] 陀螺作為一種古老的玩具深受人們的喜愛。傳統(tǒng)的陀螺在手動(dòng)起轉(zhuǎn)后要依靠小的 鞭子持續(xù)地沿陀螺旋轉(zhuǎn)的方向抽動(dòng)才能保持其持續(xù)旋轉(zhuǎn)。現(xiàn)代，很多人對(duì)陀螺的驅(qū)動(dòng)方式 進(jìn)行了改進(jìn)，電磁驅(qū)動(dòng)是采用較多的一種。在制作陀螺時(shí)將一個(gè)永磁體對(duì)稱地封入陀螺中， 陀螺下面的底座下通過機(jī)械的方式或電氣的方式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，通過旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)陀螺中永 磁體的作用保持陀螺持續(xù)旋轉(zhuǎn)。采用這種驅(qū)動(dòng)方式的不足之處主要有兩點(diǎn)：首先，陀螺要 按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向起轉(zhuǎn)，這無疑會(huì)降低玩具的趣味性。其次，如果陀螺停止轉(zhuǎn)動(dòng)或者被取 走，但沒有關(guān)閉上述機(jī)械或電氣驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，還會(huì)消耗一定的能量，從而縮短電池的使用壽 命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述電磁驅(qū)動(dòng)陀螺的不足，提供一種自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)陀螺，并增設(shè)了高 低速模式的選擇功能。
[0004] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括陀螺本體和底座，所述的 陀螺本體內(nèi)部封裝有一個(gè)條形的永磁體，永磁體與陀螺軸向垂直關(guān)于陀螺本體中心對(duì)稱； 所述底座上表面是一個(gè)圓形凹面，凹面中心處有一個(gè)小的圓形凸起，底座內(nèi)部設(shè)置有由電 池、晶體管、帶鐵芯的線圈構(gòu)成的自勵(lì)式驅(qū)動(dòng)電路。所述的陀螺本體通過手動(dòng)在底座凹面上 起轉(zhuǎn)后，其內(nèi)部的永磁體會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)永磁體N極離凹面中心點(diǎn)較近時(shí)，并且仍在靠 近時(shí)，使底座內(nèi)帶鐵芯的線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并使相應(yīng)的晶體管導(dǎo)通，從而線圈有電流 流過，并且根據(jù)右手定則電流使鐵芯上端的磁極性為S，根據(jù)不同磁極相吸的原理對(duì)永磁體 產(chǎn)生與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同的力矩。當(dāng)永磁體N極離凹面中心點(diǎn)較近但正在遠(yuǎn)離時(shí)，底座內(nèi)帶 鐵芯的線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使相應(yīng)的晶體管導(dǎo)通，使線圈有電流流過，使鐵芯上端的 磁極性為N，根據(jù)同磁極相斥的原理，仍然對(duì)永磁體產(chǎn)生與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同的力矩。當(dāng)永磁 體S極離凹面中心點(diǎn)較近，工作原理情況類似，不再累述。
[0005] 所述底座的上表面是一個(gè)直徑為0. 2m，曲率為2ΠΓ1的圓形凹面，這樣可以使旋轉(zhuǎn) 中的陀螺向圓形凹面的中心靠近，從而產(chǎn)生足夠大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使晶體管導(dǎo)通，同時(shí)保證 線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)陀螺中永磁體產(chǎn)生較大的作用力矩。
[0006] 所述底座上表面中心處有一個(gè)小的圓形凸起，確保陀螺不能在凹面中心處旋轉(zhuǎn)， 從而保證不會(huì)出現(xiàn)永磁體的N極和S極與中心點(diǎn)距離相等或上述距離不發(fā)生變化的情況， 上述情況會(huì)導(dǎo)致線圈中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而無法驅(qū)動(dòng)晶體管導(dǎo)通。
[0007] 所述自勵(lì)式驅(qū)動(dòng)電路包括帶鐵芯的線圈L，電阻R1和R2,晶體管T1、T2、T3和T4， 電池和開關(guān)Κ。
[0008] 所述的帶鐵芯的線圈L的繞組分為三個(gè)部分，中間部分為驅(qū)動(dòng)繞組，當(dāng)相應(yīng)的晶 體管導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生某一極性的磁場(chǎng)，從而對(duì)陀螺中的永磁體近端磁極施加拉力或推力；上下 兩個(gè)繞組部分為感應(yīng)繞組，當(dāng)陀螺中永磁體近端磁極接近或離開時(shí)，使感應(yīng)線圈中產(chǎn)生相 應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，保證晶體管按正確的順序?qū)ê完P(guān)閉，從而線圈上方產(chǎn)生正確的極性。
[0009] 所述帶鐵芯的線圈L，在位置上要緊貼著底座上表面，保證感應(yīng)繞組能夠得到做夠 大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)保證驅(qū)動(dòng)繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)陀螺中永磁體力的作用足夠大。
[0010] 所述的晶體管在電路中的連接方式如下：晶體管τι、T2、T3和T4構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)， T2集電極與開關(guān)K串聯(lián)后與T1集電極相并聯(lián)后接于電池 E的正極；T3和T4采用共發(fā)射極 連接，然后接于電池的負(fù)極；T1和T3橋臂的輸出端連接到驅(qū)動(dòng)繞組的上端，T2和T4橋臂的 輸出端連接到驅(qū)動(dòng)繞組的下端；線圈L上端感應(yīng)繞組輸出端通過R1接于T2和T3的基極， 下端感應(yīng)繞組輸出端通過R2接于T1和T4的基極。
[0011] 所述的自勵(lì)式驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)K，可以使陀螺旋轉(zhuǎn)在高速、低速兩種模式下，當(dāng)K 斷開時(shí)，驅(qū)動(dòng)線圈只在N極靠近或S極離開中心點(diǎn)時(shí)，在其上端產(chǎn)生單一極性S極，陀螺每 轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩個(gè)磁驅(qū)動(dòng)脈沖；當(dāng)K閉合時(shí)，N極靠近或S極離開中心點(diǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)線圈上端產(chǎn) 生S極磁脈沖，S極靠近或N極離開中心點(diǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生N極磁脈沖，因此陀螺每轉(zhuǎn)一 周產(chǎn)生四個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖，從而陀螺的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速更高。
[0012] 所述的自勵(lì)式驅(qū)動(dòng)電路在陀螺沒有在底座上轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，其4個(gè)晶體管都不會(huì) 導(dǎo)通，因此電路中沒有電流，因此電池沒有能量損耗。
[0013] 本實(shí)用新型的有益效果是：不論初始旋轉(zhuǎn)方向如何，只要陀螺在底座上起轉(zhuǎn)，底座 下面的自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)裝置便會(huì)對(duì)其施加與其現(xiàn)轉(zhuǎn)速相同脈沖力矩，從而維持陀螺的持續(xù) 轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)陀螺被取走或因?yàn)槟撤N原因停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電磁驅(qū)動(dòng)電路會(huì)停止工作，因此可以有效 地節(jié)省能量，延長電池使用壽命；開關(guān)K的閉合和斷開可以有效地將陀螺的穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)方式 在高速和低速模式間切換，進(jìn)一步增加游戲的趣味性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖中標(biāo)記說明：1.陀螺本體，2.條形永磁體，3.底座，4.底座凹面的中心凸起， 5.驅(qū)動(dòng)繞組，6.上端感應(yīng)繞組，7.下端感應(yīng)繞組，8.開關(guān)K，9.電池。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 如圖1所示，本實(shí)用新型包括陀螺本體1和底座3。關(guān)于陀螺本體1回轉(zhuǎn)中心對(duì) 稱放有一條形永磁體2,其橫截面積可以是圓形、方形或其它多邊形。底座3上表面是一個(gè) 直徑為0. 2m，曲率為2ΠΓ1的圓形凹面，中心處有一個(gè)小的圓形凸起4。底座內(nèi)部的自勵(lì)式電 磁驅(qū)動(dòng)電路中的帶鐵芯的感應(yīng)線圈L的軸線垂直穿過底座3上表面中心處，線圈L分為三 個(gè)同軸繞組，繞線方向一致，分別是：上端感應(yīng)繞組6、驅(qū)動(dòng)繞組5和下端感應(yīng)繞組7。線圈 L的繞線方向根據(jù)右手法則進(jìn)行確定，使得當(dāng)電流從線圈同名端流入時(shí)，線圈的上端極性是 S。晶體管T1、T2、T3和T4構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)，T2集電極與開關(guān)K串聯(lián)后與T1集電極相并聯(lián)后 接于電池9的正極。Τ3和Τ4采用共發(fā)射極連接，然后接于電池9的負(fù)極。Τ1和Τ3橋臂的 輸出端連接到驅(qū)動(dòng)繞組5上端的抽頭引線，Τ2和Τ4橋臂的輸出端連接到驅(qū)動(dòng)繞組5下端 的抽頭引線。上端感應(yīng)繞組6的上端引線通過R1接于T2和T3的基極，下端感應(yīng)繞組7的 下端引線通過R2接于Τ1和Τ4的基極。
[0017] 當(dāng)陀螺本體1在底座3上表面起轉(zhuǎn)后，由于中心凸起4的存在，陀螺本體1的中心 軸不會(huì)在上表面的中心處重合，從而保證陀螺本體1中的條形永磁體2的Ν極和S極交替地 作為底座3上表面中心處較近的一極，并且經(jīng)歷接近該中心處和遠(yuǎn)離該中心處兩個(gè)階段。
[0018] 設(shè)某一時(shí)刻條形永磁體2的Ν極距中心處較近，并且處于持續(xù)接近的狀態(tài)。向下 穿過線圈L的磁通量會(huì)增加，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，下端感應(yīng)繞組7的下端引線處感應(yīng)出正的 電動(dòng)勢(shì)，從而使Τ1和Τ4導(dǎo)通，此時(shí)驅(qū)動(dòng)繞組5中的電流從同名端流入，在線圈L上方產(chǎn)生 S極，根據(jù)不同磁極相吸的原理，對(duì)Ν極正在靠近中心處的永磁體2產(chǎn)生與陀螺本體1旋轉(zhuǎn) 方向相同的力矩。
[0019] 當(dāng)上述永磁體2的Ν極轉(zhuǎn)過最近點(diǎn)開始遠(yuǎn)離中心點(diǎn)時(shí)，向下穿過線圈L的磁通量 會(huì)減少，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，上端感應(yīng)繞組6的上端引線處會(huì)感應(yīng)出正的電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)Κ閉合 時(shí)，會(huì)使Τ2和Τ3導(dǎo)通，此時(shí)驅(qū)動(dòng)繞組5中的電流從同名端流出，在線圈L上方產(chǎn)生Ν極，根 據(jù)同磁極相斥的原理，對(duì)Ν極正在遠(yuǎn)離中心處的永磁體2仍然產(chǎn)生與陀螺本體1旋轉(zhuǎn)方向 相同的力矩。而當(dāng)Κ斷開時(shí)，所有晶體管都不會(huì)導(dǎo)通，從而不會(huì)對(duì)陀螺本體1產(chǎn)生力矩作用。
[0020] 當(dāng)條形永磁體2的S極距中心處較近時(shí)，S極的接近與遠(yuǎn)離過程陀螺本體1的受力 情況與上述條形永磁體2 Ν極的遠(yuǎn)離和接近過程陀螺本體1的受力情況一致，S卩：條形永磁 體2的S極接近中處時(shí)，當(dāng)K閉合時(shí)，陀螺本體受到與其旋轉(zhuǎn)方向相同的力矩，K斷開時(shí)，不 受到任何力矩；條形永磁體2的S極遠(yuǎn)離中處時(shí)，陀螺本體受到與其旋轉(zhuǎn)方向相同的力矩。
[0021] 根據(jù)上述分析，當(dāng)K閉合時(shí)，陀螺本體1每轉(zhuǎn)一周受到四次沿陀螺本體1旋轉(zhuǎn)方向 相同的脈沖力矩，從而保證穩(wěn)態(tài)時(shí)陀螺本體1維持在一個(gè)較高的轉(zhuǎn)速下。當(dāng)K斷開時(shí)，陀螺 本體1每轉(zhuǎn)一周受到兩次沿陀螺本體1旋轉(zhuǎn)方向相同的脈沖力矩，從而保證穩(wěn)態(tài)時(shí)陀螺本 體1維持在一個(gè)稍低的轉(zhuǎn)速下。
[0022] 根據(jù)上述分析，當(dāng)陀螺本體1被取走或者沒有起轉(zhuǎn)的情況下，線圈L中沒有感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)，四只晶體管都不會(huì)導(dǎo)通，線圈中沒有電流，電池的能量不會(huì)發(fā)生損耗。
【權(quán)利要求】
1. 一種自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)陀螺，包括陀螺本體和底座，所述的陀螺本體內(nèi)部封裝有一個(gè) 條形的永磁體，永磁體與陀螺軸向垂直關(guān)于陀螺本體中心對(duì)稱，所述底座的上表面是一個(gè) 圓形凹面，凹面中心處有一個(gè)小的圓形凸起，底座內(nèi)部設(shè)置有由電池、晶體管、帶鐵芯的線 圈及模式選擇開關(guān)K構(gòu)成的自勵(lì)式驅(qū)動(dòng)電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)陀螺，其特征在于：所述底座的上表面是一 個(gè)直徑為〇· 2m，曲率為2ΠΓ1的圓形凹面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)陀螺，其特征是：所述自勵(lì)式驅(qū)動(dòng)電路包括 帶鐵芯的線圈L，電阻R1和R2,晶體管ΤΙ、T2、T3和T4,電池和開關(guān)K。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)陀螺，其特征在于：所述的帶鐵芯的線圈L 的繞組由三個(gè)部分串聯(lián)而成，中間部分為驅(qū)動(dòng)繞組，上面部分為上端感應(yīng)繞組，下面部分為 下端感應(yīng)繞組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)陀螺，其特征在于：所述帶鐵芯的線圈L，在 位置上要緊貼著底座上表面，保證感應(yīng)繞組能夠得到足夠大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)保證驅(qū)動(dòng) 繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)陀螺中永磁體力的作用足夠大。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)陀螺，其特征在于：所述的晶體管在電路中 的連接方式如下：晶體管T1、T2、T3和T4構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)，T2集電極與開關(guān)K串聯(lián)后與T1集 電極相并聯(lián)后接于電池 Ε的正極；Τ3和Τ4采用共發(fā)射極連接，然后接于電池的負(fù)極；Τ1和 Τ3橋臂的輸出端連接到驅(qū)動(dòng)繞組的上端，Τ2和Τ4橋臂的輸出端連接到驅(qū)動(dòng)繞組的下端；線 圈L上端感應(yīng)繞組輸出端通過R1接于Τ2和Τ3的基極，下端感應(yīng)繞組輸出端通過R2接于 Τ1和Τ4的基極。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)陀螺，其特征在于：所述開關(guān)Κ，可以使陀螺 旋轉(zhuǎn)在高速、低速兩種模式下，當(dāng)Κ閉合時(shí)陀螺在高速模式下旋轉(zhuǎn)，當(dāng)Κ斷開時(shí)陀螺在低速 模式下旋轉(zhuǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自勵(lì)式電磁驅(qū)動(dòng)陀螺，其特征在于：所述的自勵(lì)式驅(qū)動(dòng)電路 在陀螺沒有在底座上轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，其4個(gè)晶體管都不會(huì)導(dǎo)通，電池沒有能量損耗。
【文檔編號(hào)】A63H1/10GK203899131SQ201420286323
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年6月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月2日
【發(fā)明者】韓偉, 周立麗 申請(qǐng)人:韓偉