专利名称：机械装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械装置，特别是关于一种利用陀螺旋转(gyroscopicrotation)现象的机械装置。
陀螺原理是公知的，简单地讲，陀螺或旋转轮会以一速率旋进或改变其初始角度。该速率与改变其轴向角度的力成比例，并取决于其与改变其轴向角度的力成90°的旋转体(rotating mass)直径和速度。
因此，只要旋转轮旋转得足够快，则安装在轮轴的距轮轴所支撑的端较远的一端的该旋转轮会由于一扭矩而在一水平面内旋进，该扭矩一部分地用于抵抗由该轮的重力而产生的方向向下的力，一部分用于将水平力传递给该轮。
本发明的目的是提供一种应用此原理的机械装置。
本发明的一方面提供了一种机械装置，其包括受迫围绕一中心轴线旋转并与其分隔的一回转元件，该回转元件具有一旋转轴线，并可在一第一方位和第二方位之间移动，在该第一方位该旋转轴线穿过或接近于该中心轴线，在该第二方位该旋转轴线基本垂直于该回转元件离该中心轴线的位移。
有利地，该机械装置包括一对回转元件。
优选地，该机械装置包括一中心轴，该中心轴线基本上包括该中心轴的纵向轴线。
方便地，由一臂迫使该回转元件围绕该中心轴线旋转。
有利地，该臂可以在一第一位置和一第二位置之间移动，在该第一位置，该臂与该中心轴线形成第一夹角，在该第二位置，该臂与该中心轴线形成第二夹角，该第一夹角大于该第二夹角。
优选地，在该第一位置，该臂与该中心轴线基本垂直。
方便地，该机械装置还包括一臂返回装置，其可操作地将该臂从该第二位置移动到该第一位置。
有利地，该臂被设置成围绕该中心轴线旋转。
优选地，该机械装置还包括沿该中心轴线可滑动设置的一滑座，该滑座通过一连接件连接到沿该臂的长度方向的一个位置上。
方便地，该机械装置还包括一回转定位装置，其可操作地使该回转元件在第一和第二方位之间移动。
根据本发明的另一方面提供了一种运载工具，包括根据如上所述的机械装置。
本发明的另外一方面提供了一种操作机械装置的方法，该方法包括的步骤有设置一受迫围绕一中心轴线旋转并与其分隔的回转元件，该回转元件具有旋转轴线，并可在第一方位和第二方位之间移动，在该第一方位，该旋转轴线穿过或接近于该中心轴线，在该第二方位，该旋转轴线基本垂直于该回转元件离中心轴线的位移；将该回转元件定位在第一方位；将该回转元件定位在第一位置，使该旋转轴线与该中心轴线形成第一夹角；使该回转元件围绕该中心轴线旋转；使该回转元件移动到第二位置，使其旋转轴线与该中心轴线形成第二夹角，该第二夹角小于该第一夹角；将该回转元件移动到该第二方位；将该回转元件返回到该第一位置；和将该回转元件移动到该第一方位。
有利地，该方法包括一设置一对回转元件的步骤。
优选地，设置一受迫围绕一中心轴线旋转的回转元件的步骤包括一将该回转元件安装到一受迫围绕该中心轴旋转的一臂上的步骤。
方便地，将该回转元件定位在第一位置的步骤包括将该臂定位到与该轴的中心轴线基本上成直角的步骤。
有利地，该方法还包括设置一中心轴的步骤，该中心轴线基本上包括该中心轴的纵向轴线。
本发明的另外一方面提供了一种操作机械装置的方法，包括重复如上所述的步骤。
为了使本发明更容易理解，下面将结合附图通过举例描述其实施例，其中
图1是本发明实施例的装置在第一构型的示意图；图2是图1中的装置在第二构型的示意图；图3是图1中的装置在第三构型的示意图；图4是图1中的装置在第四构型的示意图5是进一步显示图1中的装置的部件的示意图。
首先参考图1，本发明实施例的机械装置1包括中心轴2，其可沿其中心轴线3转动。第一和第二臂4、5可枢转地设置于该中心轴2上。该臂4、5可以在各自的第一位置(a first position)和第二位置之间移动，在该第一位置，该臂4、5基本上与轴2的中心轴线3垂直，在该第二位置，该臂4、5对轴2的中心轴线3的夹角变小。
在该中心轴2上可滑动地设置一滑座6，并且，第一和第二支撑件7、8分别将该滑座6连接到沿该第一和第二臂4、5的长度方向的中途(partway)位置上。
优选地，该中心轴2、第一和第二臂4、5以及第一和第二支撑件7、8由硬的刚性材料形成。
在该第一和该第二臂4、5的末端分别安装了第一和第二回转元件9、10。每个回转元件9、10可绕一旋转轴线旋转。
该第一和第二回转元件9、10安装在该第一和第二臂4、5上，使每个回转元件都能在第一方位(a first orientation)和第二方位之间移动，在该第一方位，该旋转轴线穿过或接近于该轴2的中心轴线3，在该第二方位，该旋转轴线基本垂直于该回转元件9、10离该轴2的中心轴线3的位移(displacement)。
该第一和第二回转元件9、10分别设置有马达11、12，以使其沿各自的旋转轴线旋转。
在操作机械装置1时，首先将该臂4、5放置在如上所述的第一位置。该回转元件9、10放置在该第一方位，该机械装置1现在处于其第一构型(afirst configuration)上。通过启动马达11、12使该回转元件9、10开始旋转，并且该中心轴2绕其中心轴线3旋转。只要该轴2可以沿一个方向连续旋转，则可以想象该轴2可能会改为进行转振(rotational oscillation)。
可以理解到，由于该中心轴2的旋转(并因此的该臂4、5的旋转)而使每个回转元件9、10承受的向心加速度将起作用，以改变所述回转元件的轴向角度。因此，如上所述，将有一合力以与改变该轴向角度所施加的力成90°的方向作用在每个回转元件9、10上，并且可以看出，该合力将基本上处于该回转元件9、10的平面，即基本上与该轴2的中心轴线3平行。因此，该回转元件9、10将沿着此方向移动。
参考如上所述的旋转轮的例子，本发明的设置提供了一种类似的情况，将扭矩施加到旋转体以产生与该扭矩成直角的力，而不是将力施加到旋转体以产生与该力成直角的扭矩。
该回转元件9、10的此运动将使该臂4、5移动到其上的第二位置，沿中心轴2以该回转元件9、10的运动方向移动该滑座6。现在该机械装置1处于其第二构型。还可以看出，由于没有反力作用于该机械装置1，因此该机械装置1将接收到沿该回转元件9、10运动方向上的冲量(impulse)。
如上所述，一旦该臂4、5移动到了其第二位置，该回转元件9、10移动到了其第二方位。现在该机械装置1处于其第三构型。可以看出，当该回转元件9、10取向为这样时，由于陀螺效应，在回转元件9、10上作用的力将很小或没有，因为由于该中心轴2的旋转产生的向心加速度而作用于回转元件9、10上的力，将不用于改变该回转元件9、10的轴向角度。
当该回转元件9、10处于其第二方位时，该臂4、5回到其第一位置，机械装置1位于其第四构型。可以看出，在此运动中没有净力(net force)作用于该机械装置1，所以当该回转元件9、10处于其第一方位上时传递给该机械装置的冲量没有被抵消。
由于该中心轴2的旋转可以使该臂4、5回到其第一位置，即通过该旋转使该臂被有效地向外摆动，或者，设置另一个装置(例如马达)使该臂4、5返回到其第一位置。
然后，该回转元件9、10返回到其第一方位，可以看出，现在该机械装置1处于其第一构型，与周期开始时相同。由于另一个与第一次传递给该机械装置1的冲量方向相同的冲量作用，可以重复该周期，依此类推。这样，该机械装置1可以进行沿平行或基本平行于其中心轴2的方向做纯直线运动。
在本发明的实际的实施例中，可能有必要给该机械装置1的部件上添加附加重物，以便增加该运动部件的动量，并因此增加在每个运动周期中该机械装置因其产生的运动的量。
在本发明的优选实施例中，该附加重物添加到该滑座6上或其周围。该滑座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。
在如上所述的运动周期中，在从第一构型到第二构型转换的过程中，该滑座6沿第一方向沿该轴2运动一距离。在该周期的返回阶段(即在从第三构型至第四构型的运动过程)，该滑座将沿与第一方向相反的方向移动，而在该返回阶段，作为对该滑座6的运动的反应，该中心轴2沿第一方向移动。可以看出，这些运动的净效应(net effect)是整个机械装置1在第一方向上的直线平移(linear translation)。
图5显示了本发明实施例的机械装置1的其他部件，包括其上安装该中心轴2的基座13，这样，由主马达16驱动，通过穿过传动轴15的传动皮带14，使该中心轴2可以绕其旋转。设置第一和第二传动装置17、18来使该回转元件9、10在其第一和第二方位移动，并设置电磁锁19、20以将该滑座6锁定在相应于该臂4、5的第一和第二位置的地方。
该机械装置1的该第一和第三构型显示在图5中，其中，该第三构型为虚线显示。
技术人员可以看出，本发明的实施可以有其他方式，而且本发明并不局限于图5所示的装置。
在本发明的实施例中，可以设置多于一对的回转元件，可选择地带有相关的臂和轴，技术人员可以很容易看出，上述实施例如何适用于容纳多对回转元件。
在以上的描述中，当旋转轴线穿过或接近该轴2的中心轴线3时，将其描述为每个回转元件9、10处于第一方位。可以看出，该方位指的是一位置，在该位置，如果代表旋转轴线的向量分解成与该中心轴线3平行和垂直的分量，那么该垂直分量代表该向量的一个显著部分(appreciable portion)。类似地，当旋转轴线基本上垂直于回转元件9、10离该轴2的中心轴线3的的位移时，将各回转元件9、10描述为处于第二方位。可以看出，该方向指的是一位置，在该位置，如果代表旋转轴线的向量分解成与回转元件9、10离该中心轴线3的位移平行和垂直的分量，那么该垂直分量代表该向量的一个显著部分(appreciable portion)。
可以看出，本发明提供了一种利用陀螺效应的有用的装置，其可以用于产生一个纯直线的推动。
在本说明书中，“包括”意味着“包含或由...组成”。
在上述的说明、或权利要求书或附图中以其各自特定的形式表述的特征，适当地通过执行所揭示功能的装置、或方法或用于获得所揭示的结果的过程，描述单个或这些特征的任意组合，可以被用于以各种形式实现本发明。
权利要求
1.一种机械装置，包括一被迫围绕一中心轴线旋转并与其分隔的回转元件，该回转元件具有一旋转轴线，并能在一第一方位和一第二方位之间移动，在该第一方位该旋转轴线穿过或接近于该中心轴线，在该第二方位该旋转轴线基本垂直于该回转元件离该中心轴线的位移。
2.如权利要求1所述的机械装置，其中包括一对回转元件。
3.如权利要求1或2所述的机械装置，其中包括一中心轴，该中心轴线基本上包括该中心轴的纵向轴线。
4.如前述任一项权利要求所述的机械装置，其中该回转元件被一臂迫使而围绕该中心轴线旋转。
5.如权利要求4所述的机械装置，其中该臂能在一第一位置和一第二位置之间移动，在该第一位置该臂与该中心轴线形成一第一夹角，在该第二位置，该臂与该中心轴线形成一第二夹角，该第一夹角大于该第二夹角。
6.如权利要求5所述的机械装置，其中在该第一位置，该臂基本垂直于该中心轴线。
7.如权利要求5或6所述的机械装置，其中还包括一臂返回装置，其可操作地将该臂从该第二位置移动到该第一位置。
8.如前述任一项权利要求所述的机械装置，其中该臂被设置成围绕该中心轴线旋转。
9.如前述任一项权利要求所述的机械装置，其中还包括一沿该中心轴线滑动设置的一滑座，该滑座由一连接件连接到沿该臂的长度方向的一位置上。
10.如前述任一项权利要求所述的机械装置，其中还包括一回转定位装置，其可操作地使该回转元件在该第一和第二方位之间移动。
11.一种运载工具，包括根据前述任一项权利要求所述的机械装置。
12.一种操作机械装置的方法，该方法包括步骤设置一受迫围绕一中心轴线旋转并与其分隔的一回转元件，该回转元件具有一旋转轴线，并能在一第一方位和一第二方位之间移动，在该第一方位该旋转轴线穿过或接近于该中心轴线，在该第二方位该旋转轴线基本垂直于该回转元件离该中心轴线的位移；将该回转元件定位在该第一方位；将该回转元件定位在一第一位置，使该旋转轴线与该中心轴线形成一第一夹角；使该回转元件围绕该中心轴线旋转；使该回转元件移动到一第二位置，使其旋转轴线与该中心轴线形成一第二夹角，该第二夹角小于该第一夹角；将该回转元件移动到该第二方位；将该回转元件返回到该第一位置；以及将该回转元件移动到该第一方位。
13.如权利要求12所述的方法，其中包括一设置一对回转元件的步骤。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中该设置一受迫围绕一中心轴线旋转的回转元件的步骤包括将该回转元件设置到一受迫围绕该中心轴线旋转的一臂上的步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其中该将该回转元件定位在一第一位置的步骤包括将该臂定位到与该轴的中心轴线基本成直角的步骤。
16.如权利要求12至15中任一项所述的方法，其中还包括设置一中心轴的步骤，该中心轴线基本上包括该中心轴的纵向轴线。
17.一种操作机械装置的方法，包括重复权利要求12至16中的任一项所述的步骤。
18.一种参考附图的基本如上所述的机械装置。
19.一种参考附图的基本如上所述的方法。
20.任何一种新的特征或所揭示的特征的组合。
全文摘要
一种机械装置，包括受迫围绕一中心轴线(3)旋转并与其分隔的一回转元件(9)、(10)，该回转元件(9)、(10)具有一旋转轴线并可在一第一方位和一第二方位之间移动，在该第一方位该旋转轴线穿过或接近于该中心轴线(3)，在该第二方位该旋转轴线基本垂直于该回转元件离该中心轴线(3)的位移。
文档编号F16H21/00GK1543540SQ02816088
公开日2004年11月3日 申请日期2002年8月16日 优先权日2001年8月17日
发明者尼古拉斯·J·J·F·麦克费尔, 尼古拉斯 J J F 麦克费尔 申请人:尼古拉斯·J·J·F·麦克费尔, 尼古拉斯 J J F 麦克费尔