专利名称：一种内力自驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动装置，具体而言，涉及一种利用离心力原理的内力自驱动装置。
背景技术：
按照经典力学原理内力是无法成为系统的动力的。牛顿惯性定律告诉我们，在没有外力的情况下，系统将保持静止状态或匀速直线运动状态。换句话说，内力无法改变系统的运动状态。
这里要说的是一种利用离心力原理，改变系统运动状态的装置。离心力产生于物体的转动，而这种运动是一个周期，一个周期的在一个圆周内360度的连续的转动，这样就造成了离心力的连续但是力的方向周期性的不断变化。这种情况下离心力只能使受力物体产生周期性的往复震动，无法形成系统前进的动力。要把离心力转换为系统的动力还需要经过一定的转化。
既然离心力是在一个圆周360度内方向不断变化的力，那么可不可以使系统离心力的合力成为系统的动力？发明内容本发明针对上述课题而提出一种利用离心力原理的内力自驱动装置，在一个转动周期内，使得沿某个方向的离心力加强同时把沿这个方向的相反方向的离心力减弱，这样在转动物体的一个转动周期内，沿离心力加强方向的离心力的合力大于离心力减弱方向的离心力的合力，根据力的合成原理整个物体就受到一个朝离心力加强方向的力的作用，这种情况下离心力就形成了系统的动力，同时这种动力是在系统内部产生的，不需要外力的作用，这样内力就改变了系统的运动状态，该装置沿固定方向前进。
为达到上述目的，本发明通过下述技术方案来实现一种内力自驱动装置，该装置包括框架、动力装置、主动轴、光敏电阻、发光二极管和驱动杆，所述动力装置、光敏电阻和发光二极管设在框架上，主动轴固定在动力装置中心，驱动杆的一端固定在主动轴上，发光二极管位于光敏电阻的正上方，与光敏电阻相对，发光二极管和光敏电阻设有两组，两组分别设在主动轴的对称两侧、驱动杆在转动时能够遮挡住发光二极管发出的光的位置。
作为本发明进一步的改进，所述驱动杆的一端固定在主动轴上，驱动杆的另一端设有一重物增加其重量，根据离心力公式F＝MV2/R可知，这样做取得的效果是在一个转动周期内使朝某个方向的离心力得到进一步的增强，同时使该方向的反方向的离心力减弱；也可采取如下方式，即自主动轴开始驱动杆由细变粗。这样，驱动杆在主动轴的驱动力作用下，驱动杆带动重物做半周线速度大于另外相对半周线速度的全周圆周运动或者半周离心力的有效分力大于另外半周离心力的有效分力的全周运动。
由物体全周运动的分析得出要使离心力成为系统的动力，粗略的讲也就是在一个运动周期内使某一个方向的离心力增强同时它相反方向的离心力减弱，这样离心力的有效分力的合力的方向就沿着离心力增强方向，这样离心力成为了系统的动力。但在物体全周运动的过程中，这种离心力还有一个缺点就是使系统运动的力是由正方向的力和反方向的力合成，我们需要做的是把反方向的离心力去掉，只剩下正方向的离心力作用，或者把反方向的离心力尽量减小？作为本发明进一步的改进，一种内力自驱动装置，该装置包括框架、动力装置、驱动杆、从动轴、转动杆、主动轴，所述动力装置、从动轴安装在框架上，所述主动轴的一端固定在动力装置中心，主动轴的另一端的周边固定有一主动转轴，所述驱动杆的一端固定在从动轴上，所述从动轴的一端通过轴承与框架连接，从动轴的另一端的周边上固定有一从动转轴，所述转动杆的两端分别套装在主动转轴和从动转轴上，从动轴的半径大于主动轴的半径。
所述动力装置可为电机，内燃机或其它提供能源的机械，如用核能作为动力能源。
作为本发明进一步的改进，所述驱动杆的一端固定在从动轴上，驱动杆的另一端设有一重物增加其重量，根据离心力公式F＝MV2/R可知，这样做取得的效果是在一个转动周期内使朝某个方向的离心力得到进一步的增强，同时使该方向的反方向的离心力减弱；也可采取如下方式，即自从动轴开始驱动杆由细变粗。这样，驱动杆在从动轴的驱动作用下，驱动杆带动重物做半周运动或运动弧度接近半周的运动。
本发明有如下优点利用离心力原理，在一个转动周期内，使得沿某个方向的离心力加强同时把沿这个方向的相反方向的离心力减弱，这样在转动物体的一个转动周期内，即沿离心力加强方向的离心力的合力大于离心力减弱方向的离心力的合力，根据力的合成原理整个物体就受到一个朝离心力加强方向的力的作用，同时这种动力是在系统内部产生的，不需要外力的作用，在这种力的一个周期一个周期的持续作用下，该装置沿固定方向前进；或者把反方向的离心力去掉，只剩下正方向的离心力作用，或者把反方向的离心力尽量减小，使该装置沿固定方向前进。本发明内力自驱动装置可以应用于航空、汽车和国防领域。如现在的外太空探索运输工具火箭发射主要靠气体喷射作为动力，需要较大的体积来装载燃料，而火箭其它部分的重量只占很小的一部分，使得成本大大增加，如利用本发明装置，火箭的体积可以相对做得较小，同时成本降低，维护费用降低，还可以使人类到达更远的星球成为可能，因为如果使用核能作动力可以几个月的时间一直加速航行，而现在的火箭当把燃料烧尽就不可以再加速航行了。在汽车领域方面，可以将本发明装置做为汽车驱动的动力，把飞机的优点和汽车的优点结合起来做为一种新型的交通工具出现，可以解决道路不通或城市交通堵塞的问题把二维的交通格局变为三维立体交通，同时该系统运行的时候几乎没有声音，不用担心在居民区出现噪声污染。在国防领域可以制造一种飞行在大气层和外太空之间的一种新型飞机，当这种飞机飞行在大气层和外太空之间，这样现在以喷气为动力的导弹和飞机是飞不到的，可以占尽空中优势。尤其是，本发明内力自驱动装置还可以应用于自动玩具上，作为该玩具的运动的驱动力。
图1为本发明内力自驱动装置一种实施方式的结构示意图。
图2为图1所示结构装置的原理图。
图3为本发明内力自驱动装置另一实施方式的结构示意图。
图4为图3所示结构装置的原理图。
图5为本发明内力自驱动装置中的电路图。
图6为本发明内力自驱动装置的力的分解示意图。
图7为图6中任意时间t与离心力有效分力F的关系示意图。
图8为图6中合动量的值与重物G的初始速度V的关系示意图。
其中，1-发光二极管 2-重物 3-光敏电阻 4-驱动杆 5-主动轴 6-动力装置 7-框架 8-从动轴 9-从动转轴 10-转动杆 11-主动转轴。
具体实施例方式
下面结合
本发明的具体实施方式
。
如图1所示结构，内力自驱动装置包括框架7、动力装置6(在本实施例中动力装置为电机)、主动轴5、光敏电阻3、发光二极管1和驱动杆4。动力装置6、光敏电阻3和发光二极管1设在框架7上，驱动杆4的一端固定在主动轴5上，驱动杆4的另一端设有一重物2增加其重量，主动轴5固定在动力装置6上，发光二极管1位于光敏电阻3的正上方，发光二极管1和光敏电阻3设有两组，两组分别设在主动轴5的对称两侧、驱动杆4在转动时能够遮挡住发光二极管1发出的光的位置。
如图2所示，本发明内力自驱动装置的原理是重物G在主驱动轴0的带动下转动，重物G由B点向A点转动，在这个运动过程中由于G的运动方向与主驱动轴0的驱动力的方向一致，重物G的速度逐渐增大，在到达A点的时候重物G的速度达到最大值，在经过A点后主驱动轴0的驱动力的方向发生改变，开始与重物G的运动方向相反，由于重物G有惯性所以G不会停下来并发生反转，而是继续按原方向运动但是由于主驱动轴0的与运动重物G运动方向相反的作用力的作用，使得重物G的速度逐渐减小，在到达B点的时候重物G的速度达到最小值。在经过B点后，主驱动轴0的驱动力的方向又发生改变重物G的运动方向又与主驱动轴0的驱动力的方向一致，重物G开始加速转动。重物G就这样一个周期一个周期的运动。
如上所述重物G在一个转动周期内在运动圆弧的上半圆的任意点的速度大于运动圆弧的下半圆的任意点的速度。根据离心力公式F＝MV2/R，即F＝M(2πRn)2/R＝4π2Mn2R(F为离心力，R为重物G的运动半径，N为重物G的每秒转动圈数)，也就是在重物G的质量固定的情况下，重物G的角速度越大重物G的离心力就越大，或通过增加重物A的质量可以增大离心力。这样在一个运动周期内沿竖直向上的离心力的合力大于沿竖直向下的离心力的合力，这样整个系统受到竖直向上的合力的作用，整个系统发生位移。
下面介绍本发明内力自驱动装置的动作过程接通电机电源，重物2在主动轴5的带动下转动，重物2由C1-D1点(即发光二极管1与光敏电阻3之间)向C2-D2点(即发光二极管1与光敏电阻3之间)转动，在这个运动过程中由于重物2的运动方向与主动轴5的驱动力的方向一致，重物2的速度逐渐增大，在到达C2-D2点的时候重物2的速度达到最大值，在到达C2-D2点(其中C2在D2的正上方)重物2遮挡住C2(发光二极管1)发出的红外光线产生一个电子脉冲，控制电子系统输向直流电机6的电流方向发生改变，主动轴5驱动力的方向也随之发生改变，开始与重物2的运动方向相反，由于重物2有惯性所以重物2不会停下来并发生反转，而是继续按原方向运动但是由于直流电机6与运动重物2运动方向相反的作用力的作用，使得重物2的速度逐渐减小，在到达C1-D1点的时候重物的速度达到最小值。在到达C1-D1点(其中C1在D1的正上方)重物2遮挡住C1发出的红外光线产生一个电子脉冲，控制电子系统输向直流电机0的电流方向发生改变电机驱动力的方向也随之发生改变，开始与重物2的运动方向一致，重物2开始加速转动。这样，驱动杆4在主动轴5的驱动力作用下，驱动杆4带动重物2做半周线速度大于另外相对半周线速度的全周圆周运动或者半周离心力的有效分力大于另外半周离心力的有效分力的全周运动。重物2就这样一个周期一个周期的运动。这样重物2离心力的合力带动整个装置沿一固定方向运动。
控制该装置的电子系统的电路如图5所示。控制电路可以控制两个电流方向的电压的大小，要求两个电压应该是一个大，一个小这样才能发生全周运动，因为如果二个方向的电流如果一样大，由于摩擦力的作用，这样会发生重物2还没有到达速度最小点B就已经速度为零。
在本实施例中，电机接18V直流电源，电流为600mA，该装置总质量为275克，驱动杆4质量为6.2克，重物2质量为1克，自从主动轴5轴心至重物2端的驱动杆4长为9.5cm，发光二极管1与光敏电阻3的垂直距离为5CM，该装置的运动速度为1.1cm/s。
对于内力驱动系统前进并作为系统的动力，下面给出这种运动形式的一种具体的量化的数学和物理学的证明如图6所示，重物G由A点向B点作减速运动运动，重物G在A点的初始速度为v，加速度为负a，运动半径为r，重物G的质量为m，F1为重物G在运动的时候产生的离心力，该离心力的有效分力F为带动系统前进的分力则该分力F与时间t的关系为F=m(v-at)2r*cos((2v-at)t2r)]]>该公式为在任意时间t与离心力有效分力F的关系，该公式的图形描述如图7所示利用该公式求得重物由A到O的坐标平面的面积S1和由O到B的坐标平面的面积S2，S1-S2为离心力的有效作用面积，如果离心力F的值不变则S1＝F*T1，这样S1-S2的差值也就是A到O的有效离心力的平均值乘以A到O的时间减去O到B的有效离心力的平均值乘以O到B的时间，这样根据动量公式FT＝MV这样差值也就是合动量的值，用计算机来计算这个合动量的值与重物G的初始速度V的关系如图8所示。
这样可以分析这种合动量是正值也就是水平向右的动量大于水平向左的动量，这样系统才会运动，同时分析上图的函数图像重物G的初始速度越大，合动量就会以几何级的数量增长。
上面是量化的分析为什么系统会沿速度大的方向的前进的原因。
如图3所示，作为本发明内力自驱动装置的进一步改进，在另一实施中，该装置包括框架7、动力装置6(在本实施例中动力装置为电机)、驱动杆4、从动轴8、转动杆10、主动轴5。电机6、从动轴8安装在框架7上。驱动杆4的一端固定在从动轴8上，驱动杆4的另一端设有一重物2增加其重量。主动轴5的一端固定在电机6的轴上，主动轴5的另一端的周边固定有一主动转轴11。从动轴8的一端通过轴承与框架7连接，从动轴8的另一端的周边上固定有一从动转轴9。转动杆10的两端分别套装在主动转轴11和从动转轴9上。从动轴8的半径大于主动轴5的半径。
如图4所示，本实施例中，上述内力自驱动装置的原理是把全周运动变为非全周运动这样就可以减小反方向的离心力的作用，可以把这种运动看作半周运动，当弧A1TA2的弧度接近180度，或小于180度的时候，当重物G在弧A1TA2内运动，这样离心力沿OT方向的分力就几乎全部为正值，负值达到可以忽略不计的程度，这样在这个模型中反方向的合力几乎为零，达到提高效率的目的。
在本实施例中上述装置的动作过程如下接通电机6电源，主动轴5在电机6的带动下转动，带动主动转轴11转动，通过固定连接在主动转轴11和从动转轴9的转动杆10带动从动转轴9转动，从动转轴9带动从动轴8转动，同时重物2开始转动，由于从动轴8的半径要大于主动轴5的半径，使得主动轴5转动一圈，从动轴8转动不到一圈，这样重物2反复地做半周运动或运动弧度接近半周运动的非全周式运动，其离心力的合力带动整个装置沿一固定方向运动。
权利要求
1.一种内力自驱动装置，其特征在于该装置包括框架、动力装置、主动轴、光敏电阻、发光二极管和驱动杆，所述动力装置、光敏电阻和发光二极管设在框架上，主动轴固定在动力装置中心，驱动杆的一端固定在主动轴上，发光二极管位于光敏电阻的正上方，与光敏电阻相对，发光二极管和光敏电阻设有两组，两组分别设在主动轴的对称两侧、驱动杆在转动时能够遮挡住发光二极管发出的光的位置。
2.根据权利要求1所述的内力自驱动装置，其特征在于所述动力装置为电机或内燃机。
3.根据权利要求1所述的内力自驱动装置，其特征在于所述驱动杆的一端固定在主动轴上，驱动杆的另一端设有一重物增加其重量；或自主动轴开始驱动杆由细变粗。
4.一种内力自驱动装置，其特征在于该装置包括框架、动力装置、驱动杆、从动轴、转动杆、主动轴，所述动力装置、从动轴安装在框架上，所述主动轴的一端固定在动力装置中心，主动轴的另一端的周边固定有一主动转轴，所述驱动杆的一端固定在从动轴上，所述从动轴的一端通过轴承与框架连接，从动轴的另一端的周边上固定有一从动转轴，所述转动杆的两端分别套装在主动转轴和从动转轴上，从动轴的半径大于主动轴的半径。
5.根据权利要求4所述的内力自驱动装置，其特征在于所述动力装置为电机或内燃机。
6.根据权利要求4所述的内力自驱动装置，其特征在于所述驱动杆的一端固定在从动轴上，驱动杆的另一端设有一重物增加其重量；或自从动轴开始驱动杆由细变粗。
全文摘要
本发明公开了一种利用离心力原理的内力自驱动装置，该装置包括框架、动力装置、主动轴、光敏电阻、发光二极管和驱动杆，动力装置、光敏电阻和发光二极管设在框架上，驱动杆的一端固定在主动轴上，主动轴固定在动力装置上，发光二极管位于光敏电阻的正上方，发光二极管和光敏电阻设有两组，两组分别设在主动轴的对称两侧、驱动杆在转动时能够遮挡住发光二极管发出的光的位置。在一个转动周期内，该装置从整体上相当于受到一个沿离心力较大方向的力的作用，在这种力的一个周期一个周期的持续作用下，使该装置发生沿固定方向的位移。本发明内力自驱动装置可以应用于航空、汽车、国防和自动玩具等各个领域。
文档编号F03G7/10GK1982707SQ20051013046
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月13日 优先权日2005年12月13日
发明者彭志勇 申请人:彭志勇