专利名称：自稳定旋转玩具的制作方法
技术领域：
本发明涉及玩具技术领域，尤其是涉及一种方向无法控制的自稳定旋转玩具。
背景技术：
大多数垂直升降型的飞行器玩具依靠陀螺仪来保持其在盘旋飞行时的稳定性。如本申请提出之前的美国专利5,971,320和PCT国际专利申请WO 99/10235就提出了一种具有陀螺仪装置的直升机玩具。但是，自转型玩具，如飞碟，就有着与上述直升机玩具不同的特点。首先，自转型玩具不一定需要陀螺仪装置，但同样可以实现盘旋飞行时的稳定性，这一点可从美国专利5,297,759、5,634,839、5,672,086以及美国专利申请09/819,189中看出。
然而，从下述的在先专利申请可以看出，设计者为消除或减小飞行器玩具的水平螺旋桨旋转所产生的转矩做了大量的努力，以替代因使用陀螺仪装置所带来的稳定性。如，申请号为63-026355的日本专利(申请人Keyence公司)，就公开了这样一种飞行器玩具，该飞行器玩具有两对彼此反向旋转的水平螺旋桨以消除转矩。同样，见美国专利5,071,383，该专利也使用两对做反向旋转的水平螺旋桨来消除飞行器自身的转动。此外，美国专利3,568,358也公开了一种以反向转矩来抵消水平螺旋桨所产生的转矩的类似技术方案。正如美国专利3,568,358中所述的那样，水平螺旋桨所产生的转矩将使飞行器玩具变得不稳定，并降低螺旋桨的速度和使用效率。
此外，在先的专利申请中也公开了一些垂直升降型或旋转型的飞行器玩具，这些玩具具有不需要反向旋转的水平螺旋桨即可达到稳定的能力。美国专利5,297,759就公开了这样一种飞行器玩具，该飞行器玩具具有多个绕中心座和玩具的中心轴线呈放射状分布并倾斜固定的桨翼；一对相对玩具的中心轴线横向固定以提供升力和旋转力的转动件，这一对转动件安装在桨翼上，其位置对称。每一个桨翼都具有外伸的末端，桨翼的末端通过产生横向力的方式来取得被动平衡，以减小因桨翼所产生的垂直力而导致的不平衡。通过这样的方式，来保证上升中心位于转动件的中心轴线上。此外，由于转动件是相对于玩具的中心轴线横向固定以产生升力和旋转力的，因此，由桨翼所产生的升力总是大于由转动件所产生的升力。
尽管上述在先专利申请公开了多种使旋转玩具达到稳定的技术方案，然而，人们总是希望能够提供更新或新奇的自稳定玩具，这种自稳定玩具不需要附加的转动件来减小主转动件所产生的转矩。也就是说，这样一种自稳定玩具只需要一个单一的主转动件即可产生大部分的升力，另外，这样一种玩具的价格应该并不昂贵，其结构相对来说也并不复杂。
发明内容
本发明的目的就在于提供另外一种结构形式的自稳定旋转玩具。
为实现上述目的，本发明包括有一个中心座，该中心座具有一根中心轴线和下座体；多个从中心座下部向外延伸的反向旋转上升桨翼，该反向旋转上升桨翼的一个末端与外环相连；一个使中心座和桨翼旋转以产生主要上升力的单一转动装置；中心座的上座体位于反向旋转上升桨翼和转动装置上方以使玩具的重心位于反向旋转上升桨翼之上，从而使玩具获得自稳定效果。
作为上述技术方案的改进，单一转动装置固定在中心轴线上并位于反向旋转上升桨翼的下方。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的单一转动装置为一对固定在中心轴线上的主转动叶片，这一对主转动叶片的总长度即为单一转动装置的直径。
作为上述技术方案的更进一步改进，所述的玩具的重心位于外环的底部之上，并与其之间具有相当于转动叶片直径的1/2-1/3的垂直距离。
当对上述技术方案做再进一步的改进时，所述的玩具的重心位于外环的底部之上，并与其之间具有相当于转动叶片半径的65％的距离。
本发明的技术方案之二为，一种自稳定旋转玩具包括有一个具有下座体的中心座；多个从中心座的下座体向外下方延伸的反向旋转上升桨翼；一个具有底部的外环，该外环位于中心座下方并与反向旋转上升桨翼连接；一对安装在玩具的中心轴线上并位于反向旋转上升桨翼下方的主转动叶片，该主转动叶片的直径等于一对反向旋转上升桨翼长度之和；一个安装在中心座内的马达装置，当该马达装置启动并绕玩具的中心轴线旋转的时候，主转动叶片也随之朝一个方向转动，主转动叶片的转动所产生力矩可使反向旋转上升桨翼朝与主转动叶片相反的方向转动；中心座的上座体位于反向旋转上升桨翼的上方，以使玩具的重心位于外环底部之上以提高玩具的自稳定性能。
作为上述技术方案的改进，所述的玩具的重心位于外环的底部之上，并与其之间具有相当于转动叶片半径的65％的垂直距离。
作为上述技术方案的另一种改进，所述的反向旋转上升桨翼具有20-30度的下倾角。
本发明的技术方案之三为，一种自稳定旋转玩具包括有一个具有向下延伸的中心轴线的中心座；多个从中心座向外下方伸出并与位于中心座下方的外环固连的桨翼；一对安装在玩具的中心轴线上并位于桨翼下方的转动叶片；一个安装在中心座内的可以绕玩具的中心轴线旋转的马达装置，该马达装置可以带动转动叶片旋转并使桨翼以与转动叶片相反的方向转动的转矩，转动叶片和桨翼的旋转可以产生升力；
桨翼位于转动叶片之上，并使气流通过桨翼加速流向转动叶片，以使由转动叶片所产生的升力增加到总升力的90％。
作为上述技术方案的改进，所述的中心座包括一个上座体，该上座体位于桨翼之上，以使玩具的重心位于外环的底部之上，上座体与外环底部的垂直距离相当于转动叶片半径的65％，以提高玩具的自稳定性。
作为上述技术方案的进一步改进，该玩具还包括有无线接收器接收遥控信号以控制马达装置。
本发明的技术方案之四，一种自稳定旋转玩具包括有一个具有中心座的旋转玩具，所述的中心座具有一上座体和一下座体；多个由下座体向外下方延伸至位于中心座下方的外环的反向旋转上升桨翼；一个固定在中心座内、可绕玩具的中心轴线旋转的马达装置；一对固定在玩具中心轴上、并位于反向旋转上升叶片下方的转动叶片；当马达装置带动转动叶片和反向旋转上升桨翼转动时，反向旋转上升桨翼使气流加速，从而使转动叶片产生的升力构成旋转玩具升力的主要部分；该旋转玩具还包括有一与马达装置配合的接收器以接收命令而控制旋转玩具的转速，另外，该旋转玩具的重心位于反向旋转上升叶片的上方以给旋转玩具提供自稳定效果；遥控装置还包括有一用于发出控制命令给接收器的发射器以控制旋转马达的转速。
作为上述技术方案的改进，旋转玩具由轻质材料制成以使旋转玩具可以被气流推动，遥控装置还包括有一风扇，该风扇由遥控装置启动以提供使旋转玩具移动的气流。
本发明仅仅使用一个单一的转动装置配合反向上升桨翼即可使玩具在旋转时产生类似陀螺仪的稳定效果，从而使玩具在飞行旋转具有自稳定效果，性能良好，结构也较为简单。
下面结合附图对本发明做进一步的说明附图1为本发明一较佳实施例的总体结构示意图附图2为附图1的分解示意图附图3为附图1中所示的飞行旋转玩具的剖视结构示意图附图4为表示桨翼和主转动件之间相互关系的局部剖视示意图附图5为另一种形式的齿轮减速箱的截面图附图6为用于控制马达装置速度的遥控装置的截面图附图7为另一种结合有风扇或吹风机的遥控装置的结构示意图附图8为本发明另一实施例的分解示意图附图9为附图8中的齿轮减速箱的截面图
具体实施例方式以下所述仅为体现本发明原理的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
见附图1和附图2所示，本发明的第一个实施例提供了一种飞行旋转玩具5，该飞行旋转玩具5包括一个单一的主转动叶片12，该主转动叶片12与由轻质材料制成的主体10转动连接，主体10的转动方向与主转动叶片12的方向相反。主体10又包括有一个中心座14，中心座14内放置有驱动和控制装置。中心座14由上、下座体18和16构成，其中，上座体18和下座体16皆与一个内座体20套接在一起。本发明的主体10还包括多个从中心座14向外下方伸出并延伸到外环24的桨翼22。下体座16内设置有一个用于驱动主转动叶片12的马达装置26，上座体18内则至少设置有一个电源装置28和一块电路板30。上座体18的顶部还设置有一个透明的顶盖32以保护设置在中心座14内的部件并接收无线信号。
见附图3所示所述的马达装置26为一包括马达36在内的行星齿轮减速箱34，该行星齿轮减速箱34允许马达装置26沿与转动叶片12的中心轴线38对齐的一根轴线安装。
当主转动叶片12旋转时，不需要去抵消主转动叶片12产生的转矩，相反，该转矩可促使主体10反向转动。当玩具飞起来后，外环24可保护主转动叶片12并起到类似陀螺仪的稳定作用。如上所述，外环24和中心座14通过多个桨翼22相连，桨翼22的表面呈上升状，当玩具5旋转时可以产生升力。桨翼22旋转的方向与主转动叶片12的方向相反，但两者都同样可给玩具5提供升力，桨翼22由此被定义为反向旋转上升表面(桨翼22与主转动叶片12之间的相互关系在附图4中可以看出)，因此得出的主转动叶片12与桨翼22之间的特性关系也可调整以提供合适的主体旋转速度。
本发明的旋转玩具5在旋转时具有自稳定的性能，所谓的自稳定是这样定义的当旋转玩具5被以某种方式干扰后，它将向一个方向倾斜并开始向该方向移动。此时，位于更高位置或玩具5前端一侧的桨翼22(假设玩具5是倾斜的)将比位于更低位置或玩具后端一侧的桨翼22获得更大的升力，原因在于位于前端的桨翼22将具有更高的空气流入量。玩具上升的方向将取决于其旋转的方向而偏向这一侧或另一侧。该动作将产生一个与玩具移动方向呈90度角的上升力，并使玩具如陀螺状旋转，产生一个与上升力呈90度相位差的反作用力以使旋转玩具5达到自稳定，所谓的自稳定就是由玩具的陀螺状旋转和位于移动方向的桨翼22所产生的附加升力所产生的，而玩具欲达到自稳定，则由旋转玩具自身所产生的陀螺前进力必须大于主转动叶片12所产生的陀螺前进力。
位于上升中心的玩具重心(CG，见附图3所示))的位置对于自稳定效应来讲非常关键。试验显示，自稳定效应取决于气动阻尼和前面所述几种力的相对大小。这就决定了当CG在高度上距离外环24的底部24b相当于主转动件12直径的1/2～1/3时，玩具的自稳定效应较佳，而当这个距离在相当于主转动叶片12半径的65％时，玩具的自稳定效应达到更佳状态(应该注意的是主转动叶片12的直径与两个桨翼22的长度之和相等，所谓两个桨翼22的长度之和是指从一个桨翼的末端到另一个桨翼的末端的长度)。另外应该注意的是外环24的截面形状和CG的高度相互制约，对于玩具5的稳定来说是非常重要的。假如CG位置过高，玩具5将变得不稳定，同样，CG位置过低的话，玩具5也将变得不稳定。而一旦玩具5失去稳定性，自稳定效应也就无从谈起，这也就是说它将呈螺旋状飞出控制范围并在飞行过程产生越来越大的振动。
由于CG在距离外环24底部24b约相当于主转动叶片12的半径的65％时，玩具的自稳定效应最佳，因此，大多数的部件被设置在主体10上方。马达36因此必须通过一根较长的转轴来带动主转动叶片12。此外，由于玩具5的重量将影响到重心的位置，因此，主体10和桨翼22皆最好使用轻质材料。
由于桨翼22所产生主要的气动阻尼，使得本发明的旋转玩具5在飞行时相当稳定。如上面所提到的，整个桨翼22呈流线型并从中心座14向外下方延伸到外环24，特别是其具有20-30度的下倾角(该倾角可以通过画一条通过流线型桨翼22中心的假想线来测量)，使得桨翼22在侧面具有较大的面积，可以对空气产生较大的阻力，从而防止旋转玩具5在动作时偏向一侧。
旋转玩具5在动作过程中，主转动叶片12旋转并通过外环24内的桨翼22将气流从玩具5的上方导向下方，因此，气流在与主转动叶片12接触时应先流过桨翼22，这也就意味着，气流从桨翼22离开时是呈一定的斜角并获得一定的加速度，与主转动叶片12在静止的气流中的情况相反的是它必须使气流加速从一个区域流向邻近的区域。因此，主转动叶片12的效率由此而提高。此外，假如桨翼22不是安装在主转动件12上方的话，则主转动叶片12上方的顶点必须降低许多。
在各种试验中，主转动叶片12和主体10分别和共同以600r/min的速度旋转，且主转动叶片12和主体10的所产生的升力是可以测量的。当主转动叶片12和主体10分别转动时，主转动叶片12产生的升力仅为主转动叶片12和主体10(连同桨翼22在内)共同转动时所产生的升力的60％。然而，如果说桨翼22产生了另外40％的升力是不正确的，因为人们发现桨翼22通过单独旋转而达到这样的转速时仅仅产生相当于主转动叶片12和桨翼22共同旋转时所产生升力的5-10％。然而，既然说主转动叶片12产生60％的升力，而桨翼22仅产生5-10％的升力，那就还有30-35％的升力来自何处无法说明。实际上，当主转动叶片12单独旋转时，气流是未加速或者说是静止的。同样，安装在主转动叶片12上方的桨翼22在单独旋转时也仅仅产生相当于两者共同旋转时所产生升力的5-10％。由此可以得出结论，桨翼22的存在可以使气流在接触到主转动叶片12之前获得加速度，因此，是主转动叶片12和桨翼22共同转动并协调利用加速的气流而产生了另外30-35％的升力。
在另外一种实施例中，本发明使用偏置齿轮减速箱60(见附图5所示)，该偏置齿轮减速箱60的马达36以偏离在主转动叶片12的中心轴线一侧的方式安装。在这种偏置安装的状态下，马达36所产生的重力(图中未示出)将加在外环24上以保持旋转玩具5中心的平衡状态。
为了控制马达装置26，顶盖32内安装有频率感应或接收器40，该频率感应或接收器40与外部的频率发射器52配合，频率发射器52被安装在遥控装置50内(见附图6所示)，遥控装置50具有一个扳机状开关54，通过扣动扳机状开关54，遥控装置50可发射出遥控信号。实际上，除了上述频率控制方式(RF)外，也可采用红外线控制方式(IR)或其它控制方式。此外，旋转玩具5即使在被气流推动的情况下，其自稳定性能也可使玩具5保持稳定，气流可使玩具5获得初始运动，但最终玩具5将或得一个稳定的水平盘旋位置。见附图7所示遥控装置50上也可以安装一个可由使用者启动的风扇56，通过这样一种简单的方法，当风扇56启动后，它所产生的气流可以令玩具5绕使用者飞行。
在本发明的另外一个实施例中，见附图8和附图9所示一个电池组80被用来平衡偏置马达36的重力，如图中所示该电池组80如此安排的话可以马达装置26中的马达36所产生的重力和电池组80所产生的重力相互平衡，以使旋转玩具5保持平衡，此外，在本实施例中，上座体18和下座体16结合成一体，一个开/关82被安装在电路板30，并可让使用者通过顶盖32上方的孔84拨动。
权利要求
1.自稳定旋转玩具，其特征在于它包括有一个中心座，该中心座具有一根中心轴线和下座体；多个从中心座下部向外延伸的反向旋转上升桨翼，该反向旋转上升桨翼的一个末端与外环相连；一个使中心座和桨翼旋转以产生主要上升力的单一转动装置；中心座的上座体位于反向旋转上升桨翼和转动装置上方以使玩具的重心位于反向旋转上升桨翼之上，从而使玩具获得自稳定效果。
2.根据权利要求1所述的自稳定旋转玩具，其特征在于单一转动装置固定在中心轴线上并位于反向旋转上升桨翼的下方。
3.根据权利要求2所述的自稳定旋转玩具，其特征在于所述的单一转动装置为一对固定在中心轴线上的主转动叶片，这一对主转动叶片的总长度即为单一转动装置的直径。
4.根据权利要求3所述的自稳定旋转玩具，其特征在于所述的玩具的重心位于外环的底部之上，并与其之间具有相当于转动叶片直径的1/2-1/3的垂直距离。
5.根据权利要求3所述的自稳定旋转玩具，所述的玩具的重心位于外环的底部之上，并与其之间具有相当于转动叶片半径的65％的距离。
6.自稳定旋转玩具，其特征在于它包括有一个具有下座体的中心座；多个从中心座的下座体向外下方延伸的反向旋转上升桨翼；一个具有底部的外环，该外环位于中心座下方并与反向旋转上升桨翼连接；一对安装在玩具的中心轴线上并位于反向旋转上升桨翼下方的主转动叶片，该主转动叶片的直径等于一对反向旋转上升桨翼长度之和；一个安装在中心座内的马达装置，当该马达装置启动并绕玩具的中心轴线旋转的时候，主转动叶片也随之朝一个方向转动，主转动叶片的转动所产生力矩可使反向旋转上升桨翼朝与主转动叶片相反的方向转动；中心座的上座体位于反向旋转上升桨翼的上方，以使玩具的重心位于外环底部之上以提高玩具的自稳定性能。
7.根据权利要求6所述的自稳定旋转玩具，其特征在于所述的玩具的重心位于外环的底部之上，并与其之间具有相当于转动叶片半径的65％的垂直距离。
8.根据权利要求7所述的自稳定旋转玩具，其特征在于所述的反向旋转上升桨翼具有20-30度的下倾角。
9.自稳定旋转玩具，其特征在于它包括有一个具有向下延伸的中心轴线的中心座；多个从中心座向外下方伸出并与位于中心座下方的外环固连的桨翼；一对安装在玩具的中心轴线上并位于桨翼下方的转动叶片；一个安装在中心座内的可以绕玩具的中心轴线旋转的马达装置，该马达装置可以带动转动叶片旋转并使桨翼以与转动叶片相反的方向转动的转矩，转动叶片和桨翼的旋转可以产生升力；桨翼位于转动叶片之上，并使气流通过桨翼加速流向转动叶片，以使由转动叶片所产生的升力增加到总升力的90％。
10.根据权利要求9所述的自稳定旋转玩具，其特征在于所述的中心座包括一个上座体，该上座体位于桨翼之上，以使玩具的重心位于外环的底部之上，上座体与外环底部的垂直距离相当于转动叶片半径的65％，以提高玩具的自稳定性。
11.根据权利要求9所述的自稳定旋转玩具，其特征在于该玩具还包括有无线接收器接收遥控信号以控制马达装置。
12.一种具有遥控装置的旋转玩具，它包括有一个具有中心座的旋转玩具，所述的中心座具有一上座体和一下座体；多个由下座体向外下方延伸至位于中心座下方的外环的反向旋转上升桨翼；一个固定在中心座内、可绕玩具的中心轴线旋转的马达装置；一对固定在玩具中心轴上、并位于反向旋转上升叶片下方的转动叶片；当马达装置带动转动叶片和反向旋转上升桨翼转动时，反向旋转上升桨翼使气流加速，从而使转动叶片产生的升力构成旋转玩具升力的主要部分；该旋转玩具还包括有一与马达装置配合的接收器以接收命令而控制旋转玩具的转速，另外，该旋转玩具的重心位于反向旋转上升叶片的上方以给旋转玩具提供自稳定效果；遥控装置还包括有一用于发出控制命令给接收器的发射器以控制旋转马达的转速。
13.根据权利要求12所述的具有遥控装置的旋转玩具，其特征在于旋转玩具由轻质材料制成以使旋转玩具可以被气流推动，遥控装置还包括有一风扇，该风扇由遥控装置启动以提供使旋转玩具移动的气流。
全文摘要
本发明涉及玩具技术领域，尤其是涉及一种方向无法控制的自稳定旋转玩具。它主要包括有一个中心座，该中心座具有一根中心轴线和下座体；多个从中心座下部向外延伸的反向旋转上升桨翼，该反向旋转上升桨翼的一个末端与外环相连；一个使中心座和桨翼旋转以产生主要上升力的单一转动装置；中心座的上座体位于反向旋转上升桨翼和转动装置上方以使玩具的重心位于反向旋转上升桨翼之上，从而使玩具获得自稳定效果。本发明仅仅使用一个单一的转动装置配合反向上升桨翼即可使玩具在旋转时产生类似陀螺仪的稳定效果，从而使玩具在飞行旋转具有自稳定效果，性能良好，结构也较为简单。
文档编号A63H27/127GK1618501SQ20041000562
公开日2005年5月25日 申请日期2004年2月15日 优先权日2003年3月11日
发明者史提夫·戴维斯 申请人:史提夫·戴维斯