專利名稱：機械裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械裝置，特別是關(guān)于一種利用陀螺旋轉(zhuǎn)(gyroscopicrotation)現(xiàn)象的機械裝置。
陀螺原理是公知的，簡單地講，陀螺或旋轉(zhuǎn)輪會以一速率旋進或改變其初始角度。該速率與改變其軸向角度的力成比例，并取決于其與改變其軸向角度的力成90°的旋轉(zhuǎn)體(rotating mass)直徑和速度。
因此，只要旋轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)得足夠快，則安裝在輪軸的距輪軸所支撐的端較遠(yuǎn)的一端的該旋轉(zhuǎn)輪會由于一扭矩而在一水平面內(nèi)旋進，該扭矩一部分地用于抵抗由該輪的重力而產(chǎn)生的方向向下的力，一部分用于將水平力傳遞給該輪。
本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用此原理的機械裝置。
本發(fā)明的一方面提供了一種機械裝置，其包括受迫圍繞一中心軸線旋轉(zhuǎn)并與其分隔的一回轉(zhuǎn)元件，該回轉(zhuǎn)元件具有一旋轉(zhuǎn)軸線，并可在一第一方位和第二方位之間移動，在該第一方位該旋轉(zhuǎn)軸線穿過或接近于該中心軸線，在該第二方位該旋轉(zhuǎn)軸線基本垂直于該回轉(zhuǎn)元件離該中心軸線的位移。
有利地，該機械裝置包括一對回轉(zhuǎn)元件。
優(yōu)選地，該機械裝置包括一中心軸，該中心軸線基本上包括該中心軸的縱向軸線。
方便地，由一臂迫使該回轉(zhuǎn)元件圍繞該中心軸線旋轉(zhuǎn)。
有利地，該臂可以在一第一位置和一第二位置之間移動，在該第一位置，該臂與該中心軸線形成第一夾角，在該第二位置，該臂與該中心軸線形成第二夾角，該第一夾角大于該第二夾角。
優(yōu)選地，在該第一位置，該臂與該中心軸線基本垂直。
方便地，該機械裝置還包括一臂返回裝置，其可操作地將該臂從該第二位置移動到該第一位置。
有利地，該臂被設(shè)置成圍繞該中心軸線旋轉(zhuǎn)。
優(yōu)選地，該機械裝置還包括沿該中心軸線可滑動設(shè)置的一滑座，該滑座通過一連接件連接到沿該臂的長度方向的一個位置上。
方便地，該機械裝置還包括一回轉(zhuǎn)定位裝置，其可操作地使該回轉(zhuǎn)元件在第一和第二方位之間移動。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供了一種運載工具，包括根據(jù)如上所述的機械裝置。
本發(fā)明的另外一方面提供了一種操作機械裝置的方法，該方法包括的步驟有設(shè)置一受迫圍繞一中心軸線旋轉(zhuǎn)并與其分隔的回轉(zhuǎn)元件，該回轉(zhuǎn)元件具有旋轉(zhuǎn)軸線，并可在第一方位和第二方位之間移動，在該第一方位，該旋轉(zhuǎn)軸線穿過或接近于該中心軸線，在該第二方位，該旋轉(zhuǎn)軸線基本垂直于該回轉(zhuǎn)元件離中心軸線的位移；將該回轉(zhuǎn)元件定位在第一方位；將該回轉(zhuǎn)元件定位在第一位置，使該旋轉(zhuǎn)軸線與該中心軸線形成第一夾角；使該回轉(zhuǎn)元件圍繞該中心軸線旋轉(zhuǎn)；使該回轉(zhuǎn)元件移動到第二位置，使其旋轉(zhuǎn)軸線與該中心軸線形成第二夾角，該第二夾角小于該第一夾角；將該回轉(zhuǎn)元件移動到該第二方位；將該回轉(zhuǎn)元件返回到該第一位置；和將該回轉(zhuǎn)元件移動到該第一方位。
有利地，該方法包括一設(shè)置一對回轉(zhuǎn)元件的步驟。
優(yōu)選地，設(shè)置一受迫圍繞一中心軸線旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)元件的步驟包括一將該回轉(zhuǎn)元件安裝到一受迫圍繞該中心軸旋轉(zhuǎn)的一臂上的步驟。
方便地，將該回轉(zhuǎn)元件定位在第一位置的步驟包括將該臂定位到與該軸的中心軸線基本上成直角的步驟。
有利地，該方法還包括設(shè)置一中心軸的步驟，該中心軸線基本上包括該中心軸的縱向軸線。
本發(fā)明的另外一方面提供了一種操作機械裝置的方法，包括重復(fù)如上所述的步驟。
為了使本發(fā)明更容易理解，下面將結(jié)合附圖通過舉例描述其實施例，其中

圖1是本發(fā)明實施例的裝置在第一構(gòu)型的示意圖；圖2是圖1中的裝置在第二構(gòu)型的示意圖；圖3是圖1中的裝置在第三構(gòu)型的示意圖；圖4是圖1中的裝置在第四構(gòu)型的示意圖5是進一步顯示圖1中的裝置的部件的示意圖。
首先參考圖1，本發(fā)明實施例的機械裝置1包括中心軸2，其可沿其中心軸線3轉(zhuǎn)動。第一和第二臂4、5可樞轉(zhuǎn)地設(shè)置于該中心軸2上。該臂4、5可以在各自的第一位置(a first position)和第二位置之間移動，在該第一位置，該臂4、5基本上與軸2的中心軸線3垂直，在該第二位置，該臂4、5對軸2的中心軸線3的夾角變小。
在該中心軸2上可滑動地設(shè)置一滑座6，并且，第一和第二支撐件7、8分別將該滑座6連接到沿該第一和第二臂4、5的長度方向的中途(partway)位置上。
優(yōu)選地，該中心軸2、第一和第二臂4、5以及第一和第二支撐件7、8由硬的剛性材料形成。
在該第一和該第二臂4、5的末端分別安裝了第一和第二回轉(zhuǎn)元件9、10。每個回轉(zhuǎn)元件9、10可繞一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
該第一和第二回轉(zhuǎn)元件9、10安裝在該第一和第二臂4、5上，使每個回轉(zhuǎn)元件都能在第一方位(a first orientation)和第二方位之間移動，在該第一方位，該旋轉(zhuǎn)軸線穿過或接近于該軸2的中心軸線3，在該第二方位，該旋轉(zhuǎn)軸線基本垂直于該回轉(zhuǎn)元件9、10離該軸2的中心軸線3的位移(displacement)。
該第一和第二回轉(zhuǎn)元件9、10分別設(shè)置有馬達(dá)11、12，以使其沿各自的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
在操作機械裝置1時，首先將該臂4、5放置在如上所述的第一位置。該回轉(zhuǎn)元件9、10放置在該第一方位，該機械裝置1現(xiàn)在處于其第一構(gòu)型(afirst configuration)上。通過啟動馬達(dá)11、12使該回轉(zhuǎn)元件9、10開始旋轉(zhuǎn)，并且該中心軸2繞其中心軸線3旋轉(zhuǎn)。只要該軸2可以沿一個方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，則可以想象該軸2可能會改為進行轉(zhuǎn)振(rotational oscillation)。
可以理解到，由于該中心軸2的旋轉(zhuǎn)(并因此的該臂4、5的旋轉(zhuǎn))而使每個回轉(zhuǎn)元件9、10承受的向心加速度將起作用，以改變所述回轉(zhuǎn)元件的軸向角度。因此，如上所述，將有一合力以與改變該軸向角度所施加的力成90°的方向作用在每個回轉(zhuǎn)元件9、10上，并且可以看出，該合力將基本上處于該回轉(zhuǎn)元件9、10的平面，即基本上與該軸2的中心軸線3平行。因此，該回轉(zhuǎn)元件9、10將沿著此方向移動。
參考如上所述的旋轉(zhuǎn)輪的例子，本發(fā)明的設(shè)置提供了一種類似的情況，將扭矩施加到旋轉(zhuǎn)體以產(chǎn)生與該扭矩成直角的力，而不是將力施加到旋轉(zhuǎn)體以產(chǎn)生與該力成直角的扭矩。
該回轉(zhuǎn)元件9、10的此運動將使該臂4、5移動到其上的第二位置，沿中心軸2以該回轉(zhuǎn)元件9、10的運動方向移動該滑座6?，F(xiàn)在該機械裝置1處于其第二構(gòu)型。還可以看出，由于沒有反力作用于該機械裝置1，因此該機械裝置1將接收到沿該回轉(zhuǎn)元件9、10運動方向上的沖量(impulse)。
如上所述，一旦該臂4、5移動到了其第二位置，該回轉(zhuǎn)元件9、10移動到了其第二方位?，F(xiàn)在該機械裝置1處于其第三構(gòu)型?？梢钥闯?，當(dāng)該回轉(zhuǎn)元件9、10取向為這樣時，由于陀螺效應(yīng)，在回轉(zhuǎn)元件9、10上作用的力將很小或沒有，因為由于該中心軸2的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的向心加速度而作用于回轉(zhuǎn)元件9、10上的力，將不用于改變該回轉(zhuǎn)元件9、10的軸向角度。
當(dāng)該回轉(zhuǎn)元件9、10處于其第二方位時，該臂4、5回到其第一位置，機械裝置1位于其第四構(gòu)型?？梢钥闯?，在此運動中沒有凈力(net force)作用于該機械裝置1，所以當(dāng)該回轉(zhuǎn)元件9、10處于其第一方位上時傳遞給該機械裝置的沖量沒有被抵消。
由于該中心軸2的旋轉(zhuǎn)可以使該臂4、5回到其第一位置，即通過該旋轉(zhuǎn)使該臂被有效地向外擺動，或者，設(shè)置另一個裝置(例如馬達(dá))使該臂4、5返回到其第一位置。
然后，該回轉(zhuǎn)元件9、10返回到其第一方位，可以看出，現(xiàn)在該機械裝置1處于其第一構(gòu)型，與周期開始時相同。由于另一個與第一次傳遞給該機械裝置1的沖量方向相同的沖量作用，可以重復(fù)該周期，依此類推。這樣，該機械裝置1可以進行沿平行或基本平行于其中心軸2的方向做純直線運動。
在本發(fā)明的實際的實施例中，可能有必要給該機械裝置1的部件上添加附加重物，以便增加該運動部件的動量，并因此增加在每個運動周期中該機械裝置因其產(chǎn)生的運動的量。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該附加重物添加到該滑座6上或其周圍。該滑座6本身可具有一定的尺寸并由致密材料制造，或在制造后在其上可添加附加重物。
在如上所述的運動周期中，在從第一構(gòu)型到第二構(gòu)型轉(zhuǎn)換的過程中，該滑座6沿第一方向沿該軸2運動一距離。在該周期的返回階段(即在從第三構(gòu)型至第四構(gòu)型的運動過程)，該滑座將沿與第一方向相反的方向移動，而在該返回階段，作為對該滑座6的運動的反應(yīng)，該中心軸2沿第一方向移動?？梢钥闯?，這些運動的凈效應(yīng)(net effect)是整個機械裝置1在第一方向上的直線平移(linear translation)。
圖5顯示了本發(fā)明實施例的機械裝置1的其他部件，包括其上安裝該中心軸2的基座13，這樣，由主馬達(dá)16驅(qū)動，通過穿過傳動軸15的傳動皮帶14，使該中心軸2可以繞其旋轉(zhuǎn)。設(shè)置第一和第二傳動裝置17、18來使該回轉(zhuǎn)元件9、10在其第一和第二方位移動，并設(shè)置電磁鎖19、20以將該滑座6鎖定在相應(yīng)于該臂4、5的第一和第二位置的地方。
該機械裝置1的該第一和第三構(gòu)型顯示在圖5中，其中，該第三構(gòu)型為虛線顯示。
技術(shù)人員可以看出，本發(fā)明的實施可以有其他方式，而且本發(fā)明并不局限于圖5所示的裝置。
在本發(fā)明的實施例中，可以設(shè)置多于一對的回轉(zhuǎn)元件，可選擇地帶有相關(guān)的臂和軸，技術(shù)人員可以很容易看出，上述實施例如何適用于容納多對回轉(zhuǎn)元件。
在以上的描述中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸線穿過或接近該軸2的中心軸線3時，將其描述為每個回轉(zhuǎn)元件9、10處于第一方位。可以看出，該方位指的是一位置，在該位置，如果代表旋轉(zhuǎn)軸線的向量分解成與該中心軸線3平行和垂直的分量，那么該垂直分量代表該向量的一個顯著部分(appreciable portion)。類似地，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸線基本上垂直于回轉(zhuǎn)元件9、10離該軸2的中心軸線3的的位移時，將各回轉(zhuǎn)元件9、10描述為處于第二方位?？梢钥闯?，該方向指的是一位置，在該位置，如果代表旋轉(zhuǎn)軸線的向量分解成與回轉(zhuǎn)元件9、10離該中心軸線3的位移平行和垂直的分量，那么該垂直分量代表該向量的一個顯著部分(appreciable portion)。
可以看出，本發(fā)明提供了一種利用陀螺效應(yīng)的有用的裝置，其可以用于產(chǎn)生一個純直線的推動。
在本說明書中，“包括”意味著“包含或由...組成”。
在上述的說明、或權(quán)利要求書或附圖中以其各自特定的形式表述的特征，適當(dāng)?shù)赝ㄟ^執(zhí)行所揭示功能的裝置、或方法或用于獲得所揭示的結(jié)果的過程，描述單個或這些特征的任意組合，可以被用于以各種形式實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種機械裝置，包括一被迫圍繞一中心軸線旋轉(zhuǎn)并與其分隔的回轉(zhuǎn)元件，該回轉(zhuǎn)元件具有一旋轉(zhuǎn)軸線，并能在一第一方位和一第二方位之間移動，在該第一方位該旋轉(zhuǎn)軸線穿過或接近于該中心軸線，在該第二方位該旋轉(zhuǎn)軸線基本垂直于該回轉(zhuǎn)元件離該中心軸線的位移。
2.如權(quán)利要求1所述的機械裝置，其中包括一對回轉(zhuǎn)元件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的機械裝置，其中包括一中心軸，該中心軸線基本上包括該中心軸的縱向軸線。
4.如前述任一項權(quán)利要求所述的機械裝置，其中該回轉(zhuǎn)元件被一臂迫使而圍繞該中心軸線旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的機械裝置，其中該臂能在一第一位置和一第二位置之間移動，在該第一位置該臂與該中心軸線形成一第一夾角，在該第二位置，該臂與該中心軸線形成一第二夾角，該第一夾角大于該第二夾角。
6.如權(quán)利要求5所述的機械裝置，其中在該第一位置，該臂基本垂直于該中心軸線。
7.如權(quán)利要求5或6所述的機械裝置，其中還包括一臂返回裝置，其可操作地將該臂從該第二位置移動到該第一位置。
8.如前述任一項權(quán)利要求所述的機械裝置，其中該臂被設(shè)置成圍繞該中心軸線旋轉(zhuǎn)。
9.如前述任一項權(quán)利要求所述的機械裝置，其中還包括一沿該中心軸線滑動設(shè)置的一滑座，該滑座由一連接件連接到沿該臂的長度方向的一位置上。
10.如前述任一項權(quán)利要求所述的機械裝置，其中還包括一回轉(zhuǎn)定位裝置，其可操作地使該回轉(zhuǎn)元件在該第一和第二方位之間移動。
11.一種運載工具，包括根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的機械裝置。
12.一種操作機械裝置的方法，該方法包括步驟設(shè)置一受迫圍繞一中心軸線旋轉(zhuǎn)并與其分隔的一回轉(zhuǎn)元件，該回轉(zhuǎn)元件具有一旋轉(zhuǎn)軸線，并能在一第一方位和一第二方位之間移動，在該第一方位該旋轉(zhuǎn)軸線穿過或接近于該中心軸線，在該第二方位該旋轉(zhuǎn)軸線基本垂直于該回轉(zhuǎn)元件離該中心軸線的位移；將該回轉(zhuǎn)元件定位在該第一方位；將該回轉(zhuǎn)元件定位在一第一位置，使該旋轉(zhuǎn)軸線與該中心軸線形成一第一夾角；使該回轉(zhuǎn)元件圍繞該中心軸線旋轉(zhuǎn)；使該回轉(zhuǎn)元件移動到一第二位置，使其旋轉(zhuǎn)軸線與該中心軸線形成一第二夾角，該第二夾角小于該第一夾角；將該回轉(zhuǎn)元件移動到該第二方位；將該回轉(zhuǎn)元件返回到該第一位置；以及將該回轉(zhuǎn)元件移動到該第一方位。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中包括一設(shè)置一對回轉(zhuǎn)元件的步驟。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其中該設(shè)置一受迫圍繞一中心軸線旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)元件的步驟包括將該回轉(zhuǎn)元件設(shè)置到一受迫圍繞該中心軸線旋轉(zhuǎn)的一臂上的步驟。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該將該回轉(zhuǎn)元件定位在一第一位置的步驟包括將該臂定位到與該軸的中心軸線基本成直角的步驟。
16.如權(quán)利要求12至15中任一項所述的方法，其中還包括設(shè)置一中心軸的步驟，該中心軸線基本上包括該中心軸的縱向軸線。
17.一種操作機械裝置的方法，包括重復(fù)權(quán)利要求12至16中的任一項所述的步驟。
18.一種參考附圖的基本如上所述的機械裝置。
19.一種參考附圖的基本如上所述的方法。
20.任何一種新的特征或所揭示的特征的組合。
全文摘要
一種機械裝置，包括受迫圍繞一中心軸線(3)旋轉(zhuǎn)并與其分隔的一回轉(zhuǎn)元件(9)、(10)，該回轉(zhuǎn)元件(9)、(10)具有一旋轉(zhuǎn)軸線并可在一第一方位和一第二方位之間移動，在該第一方位該旋轉(zhuǎn)軸線穿過或接近于該中心軸線(3)，在該第二方位該旋轉(zhuǎn)軸線基本垂直于該回轉(zhuǎn)元件離該中心軸線(3)的位移。
文檔編號F16H21/00GK1543540SQ02816088
公開日2004年11月3日 申請日期2002年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月17日
發(fā)明者尼古拉斯·J·J·F·麥克費爾, 尼古拉斯 J J F 麥克費爾 申請人:尼古拉斯·J·J·F·麥克費爾, 尼古拉斯 J J F 麥克費爾