CN1379896A - 无摩擦的自行驱动式移动显示器 - Google Patents

Abstract

一种有趣且具有教育性的显示结构(1)呈现不需任何明显驱动机构、能量供应或轴承而可自旋。该结构包括两个借由透明液体(6)隔开的同心中空球体(3、5)。外球体是完全透明、固定且可放置于三脚架(2)或其他外型的支架。内球体可为部分透明或半透明且可在其整个表面上带有诸如世界地图(7)的设计。内球体旋转在第一外球体内且独立于外球体旋转。自含的内驱动机构使用以其自身的场线圈及换向器的传统电机(8),或由包括与例如是地磁场的周围磁场交互作用的电磁交叉阵列的转子制成的电机。电源优选来自被装设内球体内的光生伏特收集器(13),或来自射频波或其他电磁辐射的接收器(27)。

Description

无摩擦的自行驱动式移动显示器

发明领域

本发明涉及移动显示装置，特别涉及被其他物体支撑或与之接触的结构，但显露现可自行移动，尽管一般预期有接触的物体间的摩擦力。

发明背景

不需明显支撑、驱动机构或能量输入而移动的各种新型结构被通常被用于玩具、装饰性会话件或广告媒体。此结构的各种实施例已被揭示于美国专利Akrongold的3,593,444号、Patterson的4,196,899号、Huang的5,435,086号、Huang等人的5,435,086号、Mc Darren等人的5,442,868号、Li-Hsiung的5,893,789号、日本专利Hirose Mamoru的10137451、101431101及10171383号、日本专利Takagi Hiroshi的7210081、7219426及7239652号、及德国专利Fushoellier的DE19706736号、Steinbrinck的DE3725723号及Lang的DE41377175号。现有技术实施例通常包括结构成分及操作模式，可使随意的观察者清楚看到现有技术显示器的主体仅相对实际环绕该主体的容器做移动、或借助于轴承相对与主体接触的物体做移动。

反力矩产生机构及其支撑对观察者非常明显，且不会对周围能量场产生任何影响或增减。

本发明尝试设计一种引人入胜及教育性的结构，其包括当与其他相对静态物体接触时，不管摩擦的一般常识观点，而出现自行移动

发明内容

本发明的主要及次要目的是提供最简单及最低能量需要的明显移动结构，其可在不需任何明显驱动机构、能量输入或支撑轴承下运作非常长的一段时间，且其可适用于玩具、广告媒体、最新发明或外太空或水下设备的机器人组件。

本发明的优选实施例中，这些及其他有价值的目的是通过使一个由透明或半透明物质所制成密封且中空的壳体，悬浮在与壳体形状相同并同心地安装在壳体周围的透明密封容器内所容纳的液体容积内而实现的。该外容器被悬挂、或由三角架或类似结构支撑。内壳体于其表面绘有如世界地图的图形设计，且被制秦以独立于外容器地自旋。由于容器与液体的透明性，这些部件不会被聚焦在覆盖内壳体表面的设计的肉眼所看见。于是，此设计呈现没有任何与外支撑结构接触的轴承而旋转。内部驱动机构被锚定，也就是从响应于重力而自行定向的重量所导出的旋转反力矩。驱动机构可为一个具有其自己的电枢、场磁铁及换向器的传统电机，或可以由作为转子的电磁铁的环形阵列所构成，当其被电子或机械换向器与地磁场、另一个人造磁场或周围电磁辐射或重力的方向共同作用或被其偏置，被选择性启动。

揭示了一种用于选择性及依次启动电磁铁的各种换向机构其包括一种机械刷及换向器组件、一种用于遮蔽专用于特定电磁铁的特定光电池的光学快门、一种检测光线方向以适当换向的组件、及一个电子脉冲分配器。

对驱动机构一般的意义是创造驱使诸如壳体的主体相对主体外部元件的运动的相对力的机构。驱动机构的能量可由诸如与主体一体的光生伏特电池上的入射光的结构外的机构，或诸如电池的结构内的电源来提供。

本发明的优选实施例可被视为漂浮于空间中且永久以稳定方式、自发性且被太阳能、重力及地磁力的交互作用所牵引而旋转的行星地球的复制品；为地球能保持未来能量的真实图像。

移动主体可以是优选由浮力支撑但亦可被任何类型轴承支撑的壳体，将其优选放置成使轴承结构对随意观察者并不显而易见。浮力可由液体或包括空气的气体所提供。

在驱动机构的实施例中，不论是光或磁的人造外部能量场均被使用，场旋转可提供施加至壳体的旋力。

驱动机构优选为自我包含的，也就是若不是被包覆于壳体、就是被包覆于容器内。

附图说明

图1为本发明的优选实施例的正面立视图；

图2为露出内部驱动机构的壳体的剖视图；

图3为驱动机构的第一替代实施例的透视图；

图4为驱动机构的第二替代实施例的剖视图；

图5为其顶视平面图；

图6为电磁馈电电流电路图；

图7为本发明的第三替代实施例的剖视图；

图8为本发明的第四替代实施例的剖视图；

图9为驱动机构的第五替代实施例的剖视图；

图10为其顶视平面图；

图11及13为驱动机构的替代位置的部分剖面图；

图14为驱动机构的单电磁版的俯视图；

图15为定向轴承定位器的电气图；

图16为本发明的圆柱型实施例的剖视图；

图17为本发明的碗型实施例的剖面图；

图18为本发明的第六替代实施例的剖面图；

图19为图18的副组件的剖视图；并且

图20为球型容器内的球体的剖面图，并显示出光线的路径。

具体实施方式

现在参考附图，图1及2显示本发明的第一实施例，呈置于三叉支架2上的球体1的形式。该球体包含一个球状、封闭及密封的壳体3，该壳体3是由两个沿赤道接缝4被粘着一起的丙稀酸半球壳构成。壳体3被球状容器5中心地环绕，此容器优选由透明丙稀酸以相同于壳体3的方式构成。壳体3及容器5是被填充液体6的小间隔所分隔，使壳体3可被液体6支撑及环绕，且可独立于容器5绕轴x-x’自旋。在壳体3的外表面上涂绘或蚀刻图形设计，此例中，为世界地图7。壳体重量是适当地分配以按预计的取向放置结构。

壳体3优选为半透明的。也就是说，其可渗透光波，但可将驱动机构隐藏在其内使随意观察者看不见它。液体6亦为透明，且优选包含两种无法混合的液体，如密度比率分别为1.68对0.75的明尼苏达州Minneapolis的3-M公司市售的碳氟化合物PFPE 5060及德州Houston的EXXON公司市售的碳氢液体NORPAR 12。较高密度的碳氟液体一般会占据壳体及容器间的间隔最低的部分，并稳定此浮动结构。在该显示区中，任何由这些液体的不同折射率所引起的光扭曲是最不可能被注意到。挑选这些液体的理由是其不可混合性、低可湿性、非腐蚀性，及有关用来制造两球体的丙稀酸物质的相对密度及热膨胀系数的因素。由于液体的组合及球体的同心安置，任何因温度改变造成的材质膨胀或压缩均不会产生变形或坏损的危险。

根据已知光学折射原理，壳体3的内或外表面上的视觉特征7会以折射率及尺寸的适当选择而出现在容器5的外表面上。若容器没有视觉特征，则此幻觉效果最佳，但其可具有不会给观察者觉得其不旋转的思索的均匀色调。可替代的是，视觉特征可被印制在容器上，或物体可被浮动于液体内，以产生其他有趣的光学效果。

如图2所示，内驱动机构包括一个电机8，其定子及外罩被管状套管9被牢固地固定住，管状套管9亦被牢靠地固定在壳体3的内壁。自电机的转子突出的轴10是被在壳体内壁表面的相对部分上的针状轴承11支撑在其远端。一个主体块或配重12使其重心C保持远离轴而被牢靠地附着在轴上。响应地球重力G的配重可使轴10及旋转轴x-x’稍微地倾斜，以把配重放置于其最低可能的高度。当做重力检测器的配重12易于对抗轴的旋转。的确，任何绕轴x-x’的轴旋转会产生相对地球重力的提升重心C的高度。于是，当轴10位于图示位置时，给电机8赋能会使定子以及除被当做取向轴承定位器、锚及抗力矩元件的配重12固定的轮轴外的整个壳体和驱动机构旋转。该配重有利的是可被磁化，使其可借助于地磁场自校准，并进一步稳定结构。此例中，重心G不需被偏移。

多重元件光生伏特收集器13被安装在被牢靠地连接至壳体3的赤道隔板14的上表面上。穿透透明容器及液体及壳体3的半透明壁的光射线或波L是照射在收集器13上。最终电流经由一对导体15被馈送至电机8。于是，对于肉眼，该结构类似一个不需任何显著能量供应、驱动机构或轴承的自旋球体。应注意，该结构可由阳光或任何种类人造照明启动。

图3所示的驱动机构的第一替代实施例16，依赖于周围磁场取向及另一周围能量场诸如另一个磁场、无线电波场或如更特定被教示于本实施例的照射壳体的光波场之间的公知的关系而定。壳体旋转力矩是源自地磁场M，且取向轴承定位器功能可借由侦测光波L方向来达成。电机由位于赤道隔板14上交叉配置的两块电磁铁AC和BD构成的，其中各电磁铁是从旋转轴x-x’的径向地取向。四个光检测器a、b、c及d被装在梯台的四面，其中各检测器的光敏表面被放置在与放置其他任一检测器的光侦测表面不同的平面中。平面相对于旋转轴的角度17可变化从0度至近似75度。各平面的取向通常与电磁铁之一的径向方向相同。一组光生伏特收集器13被放置在隔板14上，使其光敏表面垂直于旋转轴x-x’。这些收集器是被接线在一起，以重复且依序通过按被装设在光检测器a，b，c及d下的逻辑单元19所决定而提供馈送及极化电流至电磁铁来启动电机。

各电磁铁优选由低矫顽率的铁心棒及在两端的绕线轴A及C或B及D所构成。

假设各控制光检测器通常指向与相同参考标号的电磁绕线轴的相同径向方向，则逻辑单元19可执行下列功能：

若Ca最大，则启动BD。

若Cb最大，则启动AC。

若Cc最大，则启动DB。

若Cd最大，则启动CA。

其中Ca、Cb、Cc及Cd分别表示流出a、b、c及d控制光检测器的电流，且BD指示BD电磁铁被极化以在B绕线轴侧具有其北极，DB指示BD电磁铁被极化以在D绕线轴侧具有其北极，且AC及CA同样地指示AC电磁铁的极化。此逻辑可轻易以门控阵列或通过微处理器来实施。电磁铁及光检测器之间的相位关系可被修改及调整，以呈现最佳效能。

除了比较各光检测器的电流输出，逻辑单元19可被设计成仅响应超过指示有关磁场方向的检测器的实质正交取向的预置阈电平的电流输出。

在上述驱动机构的变化中，控制光检测器a、b、c及d被挑选为光生伏特类型，大型及有力足以在缺乏水平地装设的光生伏特收集器13之下，提供馈送电流至电磁铁。应注意所有绕线轴会一直被赋能至某一程度，且在一特定的磁铁的相对两端上的绕线轴会在相反的两方向上磁化磁棒。一特定的磁棒的净磁化将依赖于哪一个绕线轴接收到最大电流而定，其依赖于两驱动光收集器哪一个接收最多光线而定。光收集器阵列及电磁铁之间的角度关系可响应于一特定的磁场方向及周围光方向而被设定，驱动旋转，以基本上与图3所述相同。

电机装置可包含单一电磁铁及单一光检测器。此例中，壳体的旋转运动可能必须人为启动。

在图4至6所示的驱动机构的第二替代实施例中，取向轴承定位器由磁铁21所构成，其作用类似罗盘，且可以地磁场M自行取向，以定位，及固定该自由旋转轴22，类似驱动机构的第一替代实施例中的轴10。该轴穿透赤道隔板14中央，且于其顶部装设圆形开闭器23且从其切掉近似90度的放射区段24。被装设于隔板14的上表面及开闭器23之下的是光检测器或光生伏特检测器-收集器a、b、c及d的交叉阵列。平行于第一隔板的第二隔板14A被放置在开闭器之上，且于各光检测器之上具有一个开孔，且起隔片作用。当整个壳体3及隔板14、14A绕中央垂直轴x-x’而旋转时，光检测器是依序且定期一次一个地被暴露至穿透壳体的透明及半透明壁的光波L。被装设在上隔板14A的上表面的较大光生伏特收集器13，具有亦被暴露于光波的光敏上表面。前述实施例的电磁铁AC及BD交叉阵列可延伸至隔板14的周围，其各电磁铁绕线轴被设定为与光检测器a、b、c及d之一成预定角度。当被赋能时，各电磁铁易以类似磁铁21及开闭器23的地磁场自行取向。

电磁铁寻求自行对准所沿着的周围磁场可为地磁场可以是地磁场时或由定位器磁铁21所产生的磁场，若后者足够强，可取代地磁场。

如图6所示，流出暴露于光波的光检测器a、b、c及d的控制电流被用来打开MOSFET开关T1-T8的电子矩阵25，其可以所需的极性，将出自大型光生伏特收集器13的馈送电流分配至适当的电磁铁。当电磁铁被赋能时，其寻求自行与周围磁场对准，且于顶部注视时可使整个壳体呈逆时钟方向旋转。

Reed开关、如霍尔效应(Hall-effect)检测器的光及固态检测器可被用来达成换向功能。

被装设的反射镜可被分别安装于开闭器上以增加照射到被暴露的检测器的光量。

替代或是除了大型光生伏特检测器13之外，被耦合至被装设抵住隔板14下表面的接收器及换向器单元27的射频天线26可被用来产生馈送至电磁铁的电流。射频波R可借由未图示的远端发送器来产生。

应了解，当光生伏特检测器-收集器被用来产生被馈送至电磁铁的赋能的电流时，不需要电子开关矩阵25。

在图7所示的结构的第三替代实施例28中，一个壳体28A包括一个上半球体部分29，优选地显示一个视觉特征的图案，及半径稍微小于上半球体部分29的下半球体部分49，优选地显示一个与上部分29的图案对准的视觉特征的相关图案，及一个环55。电机8被装设于下半球体部分49的支架56中，且电机借由优选为透明的轴54连接至半球体容器50。电机是被来自光生伏特收集器13的电流经由导线15被赋能。电流亦可从被装设于上半球体部分内的腔体57中的电池59经由导线15提供，其中腔体是借由帽状物58而被密封。优选为透明且装饰适合下半球体部分49的视觉特征的视觉特征的中间半球体51，可被放置下半球体49及容器50之间。液体6的层占据了中间半球体51在一侧与容器50之间及在另一侧与下半球体部分49之间的狭窄空间。电机轴可穿透中间半球体51中的孔53。中间半球体51优选具有与液体6实质相同的密度。延伸环绕上半球体29周围的折板40优选使随意观察者无法看到上半球体29的下部分及容器50的上边缘部分之间的间隔。

被供应至电机8的电流会使壳体28A绕着垂直轴旋转。主体的容器50、液体6、中间半球体51及下半球体部分49的材质及尺寸是被预先确定的，使下半球体部分49及中间半球体51的视觉特征可被显示在容器50的外表面上。因此，随意观察者将看见呈现出以视觉特征的实质连续图案于其整个表面上旋转的简单连续物体。尽管观察者预期表观上上旋转的物体同任何容器50外面及如支撑元件的任何外部物体间的机械接触之间存在摩擦力，但是该球体将呈现出旋转。

中间半球体51优选不被连接至任何其他元件。因此，其会借由其内表面及下半球体部分49的旋转表面间的剪切力而被驱动旋转。另一方面，中间半球体51的旋转会被其外表面及容器50的内表面间的剪切力而所阻碍。净效应是中间半球体51会以低于壳体28A的速率的不同速率而旋转。

中间半球体优选具有一个被显示在容器50的外表面的视觉特征70A。可与在一个诸如下半球体部分49或容器50的相对移动元件上第二视觉特征协同产生有趣的视觉效应。例如，下半球体部分49可具有地球的视觉效应，而视觉特征70A可为半透明阴沉图案。阴沉图案亦可被添加至容器50，在此例中，阴沉图案可被视为不移动，而不论被显示于容器50表面上的相对移动视觉特征70A，且借此暗示表面正在移动。移动波纹状图案可借由诸如具有视觉特征的配合的图案的容器50、中间半球体51及下半球体49的相对移动物体来显示。例如，容器50可具有一个视觉特征50A，且下半球体49可具有一个视觉特征49A，配合设计，以产生运动波纹状图案显示于容器50表面上。动能光学影像可借由视觉特征50B而被显示于容器50表面上，在此例中，优选形成在至少部分容器50外表面的透镜图案，是根据公知光学原理被设计的，优选与如具有视觉特征51B的中间半球体51的最接近的移动内部主体合作。

应了解到，电机8实际上可是任何种类的电机。例如，可以是弹簧赋能的电机，借助于在类似于电池支架64的位置的上半球体29中的孔而绕紧。电机8及其轴54的位置可与图示地相反，且被装设于容器的光生伏特单元可提供驱动电流。电机亦可被装设于驱动容器50或下半球体49任一个相对旋转的中间半球体51上。

在图8所示的结构的第四替代实施例65中，容器5包含一个电流检验液体63，其优选为半透明即使光线得以到达光生伏特单元13，又能阻碍清楚看见容器内的其他元件。轴60被固定附着至容器5的内表面，以支撑用来装设光电池13及电机8的圆盘61。该电机驱动风扇结构63以搅动液体。液体63包含如悬浮于其中的小型金属微粒的主体62，且因为容器的预定厚度及折射率及液体63的折射率，至少这些微粒的视觉特征被显示于容器5的外表面。

在图9及10所示的驱动机构的第五替代实施例中，磁铁21可当作取向的轴承定位器及光生伏特收集器13，且被旋转装设在中央轴10上。轴及赤道隔板14被固定附着于壳体3。一组四个环状区段a、b、c及d以交叉阵列配置被装设邻近的轴的上表面。当壳体绕着与轴10一致的轴x-x’旋转时，一对电刷18以类似前述实施例揭示的方式被用来启动电磁铁A、B、C及D的交叉阵列。分配至包含其极性换向的电磁铁馈送电流的连续及更替是根据对本领域的普通技术人员所公知的技术来实现。

应了解，驱动机构的第一实施例的取向轴承定位器可与第二说明实例一起使用，且反之亦然，天线及射频波接收器可与任何机械驱动

实施例一起使用。

下述对各种驱动机构的改进对优选实施例的操作并不是要点，然而它们可有利地增强其效能。

为了抵消由电磁铁AC及BD所产生的磁场对被用于某些驱动机构的前述方案中的磁性取向轴承定位器上的可能效应，如图4及5描绘，可环绕罗盘磁铁21装设一组含有四个反作用线圈ac、bd、ca及db。应注意，四个反作用线圈及电磁铁是被正常固定连接至壳体3。反作用线圈bd及db与电磁铁BD对准，且反作用线圈ac及ca与电磁AC对准。

图6所示的电路是被用来控制经过电磁铁及反作用线圈的极化电流的流动。此目的是借由适当地导通电晶体开关T1-T8、透过反作用线圈而产生位于罗盘磁铁21附近的磁场，使其大致等于并与对应的电磁铁同时产生的磁场相反。应注意，依检测器a、b、c及d的类型及位置而定的各种绕线轴及线圈的接线必须适当地被切换。某些情况下，两个单一被正交放置的反作用线圈则足够而不必因一对反作用线圈。

取向轴承定位器及驱动机构无需一直被装设壳体3之内。如图11-13描绘，这两个元件可被浸于液体6中，且被配适于壳体3的南极处的圆柱腔体31内。图11中，驱动机构包含被固定附着于壳体的电机8，其转子及轴10被固定附着于取向轴承定位器。取向轴承定位器包含一个被埋入起框轴作用的圆盘32的磁铁21，圆盘32的下表面33的球形轮廓与容器的底截面紧密匹配。两表面间的液体薄膜可使磁铁与地磁适当对准。非磁化的圆盘可被使用。响应于重力或分子间力的周围场，该圆盘可产生液体薄膜中的足够摩擦力或剪切力、或容器下表面的静摩擦，以提供电机旋转壳体所需的反力矩。圆盘底部亦可如图12所示被保持远离该容器。

在图13所示的驱动机构的实施例中，当取向轴承定位器位于壳体之外时，电机则位于其内。电机轴及圆盘35间的耦合是借由一个被附着于轴、另一个被附着于圆盘的匹配磁铁36，37穿过该壳体而提供。适当的轴承可被用于圆盘及壳体间，且电机及圆盘的个自的位置可被颠倒。在该例子中，馈送电流可得自不需壳体的被定位结构。

图12中的壳体3亦可借由磁铁21与如由未图示的容器5的支架一体形成的装置所产生的旋转周围磁场之间的磁相互作用而被赋能而旋轴。壳体的旋转可以在电机8被供应电流时的方式被增强。再者，即例当电机8未被供应电流时，亦可驱动旋转。可做成无需电机8的类似的实施例，且可仅借由旋转周围磁场及磁铁21而被驱动。

除了电磁铁交叉阵列外，单一电磁铁亦足以驱动特定光壳体。如图14及15所示，被装设在单一电磁铁AB上的单检测器38可有利地被用来控制绕线轴A及B的极性。

如图15更具体显示的，双极电压(V+，V-)被施加至夹住细长的霍尔效应侦测元件41的平板39，40。该元件被水平装设在电磁铁或其支撑轴上。当周围磁场M垂直于元件41时，其在平板39，40之间产生霍尔电压。

若磁场方向被反转，则霍尔电压的极性会被反转。因此，霍尔电压可经由放大器42被施加至绕线轴A、B以控制其取向极性。

如图14所示，若检测器元件38垂直于电磁铁，则仅当电磁铁将与周围磁场不对准时被赋能。

容器及壳体可采用许多外型。图16所示的是为一组被嵌套的圆柱结构，其中外部的结构43当作该容器，而内部的结构44当作前述实施例的壳体。两结构及分离液体45是可透光的。外部结构43位于支架46上。取向轴承定位器仅由被印在或被嵌入外部结构43的中央上部的开闭器图案47构成。该图案基本上与图4、图5所示的开闭器的形状相同。且必须人为取向，以使角形切块部分的中央可适当地控制电磁铁的激励。

光检测器a、b、c、d(后者未显示于剖面图中)于开闭器图案下以交叉配置被装设抵住或进入壳体44的顶部。主要的光生伏特收集器13及电磁铁阵列AB及CD基本上类似这些图4及5的实施例中所描述的光生伏特收集器及电磁铁阵列。

该结构的碗状实施例66被描绘于图17中，其包括一个容器5，该容器5具有一个与外壁90隔离的内壁88、一个与外壁90一体形成的基底91、一个与内壁88一体形成的且与基底91隔离的底部87、及一个其中内壁88接合外壁90的边缘区域89。内壁88、外壁90、基底91、底部87及边缘区域89意谓着被结合一起，形成中空，优选为密封的容器，且容纳并优选被液体6填充，且碗状壳体3被嵌套于容器5内。碗状壳体3的净密度是优选与液体6相同。

碗状壳体3包括导线15，是用来将电流从光生伏特收集器13传送至被装设于圆柱腔体56内的电机8。碗状壳体3具有一个被显示于碗状壳体3上缘的视觉特征70A，但应了解，壳体3可在其他位置具有此视觉特征。

容器5、液体6及碗状壳体3的材质、外型及尺寸的选择，要使碗状壳体3具有至少一个被显示也就是运动于容器5的外表面上的视觉特征70A。

当结构66为碗状实施例的优选实施例时，应了解，许多类似实施例均落于本发明的范畴内。例如，碗状壳体3不需为图17所示的中空形。结构的整体外型可为仅具有内壁及外壁的倒圆锥外型。主体3及容器间的体积不必密封或完全填入液体6。如图8所示，碗状壳体3可被扇状物63取代，而液体6可包含一个或更多实质被液体6浮力支撑的任意外型的主体。

物体67可被包含于由容器5的底部87及内壁88所形成的碗状腔体内。

结构的第六替代实施例的一部分被描绘于图18及19。优选透明的容器5的一部分包括一个中空圆筒区域88及中空球状区域87的交替的序列。优选半透明的管状主体70可穿透容器5的圆筒状部分88及球状部分87中的中空通道。液体6优选地填充管状主体70外表面及容器5内表面之间的空间。管状主体70的净密度是优选与液体密度相同，且管状主体70的密度优选沿其长度上都是均匀的。管状主体70优选包括至少一个视觉特征70A，其因液体及容器材质的尺寸及折射率而可见于容器的圆筒部分88的表面上。优选的是，管状主体70的视觉特征不会显现于容器的至少一个球形区域的表面上。被装设于管状主体70内的光生伏特电池13可将电流供应至被装设于管状主体70内的驱动组件69。

实施例68是为实施之一例，其中，与弧形壁区域88的接触可存在于区域88及相对于区域88静止的外部物体之间，或可存在于区域88及诸如不被设计于其表面上运态显示视觉特征70A的球体部分87的容器5部分的物体之间。

显示于图19的驱动组件69包括一个借由元件71被装设于管状主体70内的电机8。借由导线15将电流供应至电机。电机输出轴76驱动螺旋桨77的旋转，其远端被轴颈轴承78支撑。管状主体70壁中的孔73及74可使液体79被从孔73吸进，并从孔74推出，以产生推动管状主体70移至左侧的推力。

结构68可以是较长线性结构或相同型式的较长圆形结构的一部分。在线性结构的例子中，管状物可作线性，且可定期反向的运动，或可作绕着主体70的长轴而旋转运动。在圆形结构的例子中，运动为圆形且可连续或往返运动。在两个例子中，随意观察者将见到如被移动管状物部分有线状图案装饰的独立物体的球体部分。球体部分可具有其他诸如立方体的外型，而仍可显示相同效应，且圆柱部分88及管状主体70的剖面形状可具有其他，优选为类似的剖面形状。在此说明的各种其它驱动机构亦可适用于驱动此主体。

图20描绘被液体6环绕的半透明球体3的内表面上的视觉特征80，根据公知的折射定律会呈现给观察者A被显示于球体(优选为透明)容器5的外表面。始发于主体3内表面上的特征80的光线L1是被显示首先传送至容器5的外表面上的位置81且接着至观察者A。光线L1被显示在位置81与容器5的表面正切。类似射线L3被指示于图20的下部。始发于主体3的内表面上的视觉特征82的光线L2被显示首先传送至容器5的外表面上的位置83且接着至观察者A。为简化起见，光线L1被显示为遵循从特征80至位置81的直线路径，若主体3、液体6及容器5的材质的折射率均相同，就是如此。应了解，这些折射率间的小差异会导致光路径偏离直线而基本不改变结果。位置A处的观察者因而可看见被显示于位置81处的容器5表面上的主体3的视觉特征80。因为光线沿其路径垂直地穿过不同材质间的介面，所以始发于视觉特征82处的主体3内表面上的射线L2会沿着直线移动至观察者A。

应了解，始发于一个位于沿光线L1任意处，特别是在容器5的内部的视觉特征上的光线，可被视为被显示于位置81处的容器5的外表面上。因此，壁中内表面上或液体6内的主体3外表面上，壁中内表面上或容器5的外表面上或如图7的51的中间壳上的特征，可被显示于位置81处的实质透明容器5的外表面上。被放置于主体3内的视觉特征84亦可沿光线通道L1而行且可被显示于位置81。

每当视觉特征80实际移动，位置A处的随意观察者均会看见被动态显示于位置81处的容器5表面上的视觉特征80，且在A处的观察者会相信视觉特征80实际位于位置81处的容器5的表面上，及位置81处的容器5的表面实际在移动。位置A处的观察者亦可根据其接近于位置81，并接近于类似的明显移动的区域判断如容器5外表面的83的其他位置正在移动。若明显静态物体或视觉特征与被断定移动的位置处的容器5外表面接触时，此幻觉显得特别有趣。

虽然本发明的优选实施例已被说明，但是在不脱离本发明的精神及所附权利专利书的范围内均可以做修改及设计出其他实施例。

Claims (40)

1.一种自行驱动、动画的结构，其包含：

一个容器，其包括至少一个具有外表面区域的透明、拱壁部件；

一个主体，其位于该容器内且具有第一视觉特征；

用来相对于该容器移动该主体的机构；

位于该容器内的机构，用来折射及动态显示该第一视觉特征于该外表面区域上；

由此，对于随意观察者而言，该外表面区域呈现出与该主体一起移动。

2.如权利要求1所述的结构，其中，用于显示的机构包含：

一个位于该主体及该壁部件之间的薄液体层，该液体具有大于空气的折射率。

3.如权利要求2所述的结构，其中，该液体的容积被保持在该容器内；且

其中该主体被浸于该液体中。

4.如权利要求3所述的结构，其中，该容器及该主体具有实质类似的外型，该主体是被嵌套于该容器内。

5.如权利要求2所述的结构，其进一步包含一个与该外表面接触的物体；

由此，该外表面呈现出相对于该物体而移动。

6.如权利要求2所述的结构，其中，该用来移动的机构是被得自电磁辐射的能量所供应能源，且被周围的能量场的方向所偏置。

7.如权利要求6所述的结构，其中，该主体进一步包含：

一个壳体，被该液体的容积的浮力实质支撑，

一个取向轴承定位器，与该壳体产生关连且响应于周围的能量场；

用来收集来自该电磁辐射的能量的机构；及

其中该驱动机构是包含用于参考该定位器且响应于该用于收集的机构而移动该壳体的机构。

8.如权利要求7所述的结构，其中，该用于移动的机构是包含一个用来绕一第一轴而旋转该壳体的电机装置。

9.如权利要求8所述的结构，其中：

该电磁辐射包含光波；及

该用来收集的机构包含在暴露于该光波时产生电流的光生伏特收集器。

10.如权利要求9所述的结构，其中，该电机装置包含一个由该电流赋能的电机。

11.如权利要求9所述的结构，其中：

该电磁辐射包含射频波；及

该用来收集的机构包含一个天线及一个射频接收器，在该天线暴露于该射频波时产生电流。

12.如权利要求11所述的结构，其中，该电机装置包含一个由该电流赋能的电机。

13.如权利要求8所述的结构，其中：

该周围能量场包含重力；并且

该定位器包含一个重力检测器。

14.如权利要求13所述的结构，其中该重力检测器包含一个被装设在实质上与该轴对准的轮轴上的配重；

该配重具有一个保持与该轴远距的重心。

15.如权利要求8所述的结构，其中：

周围能量场包含地磁场；且

该定位器包括用来探测该地磁场的机构。

16.如权利要求8所述的结构，其中：

该壳体被保持于该容器内且借由该液体与该容器间隔开。

17.如权利要求16所述的结构，其中，该壳体及该容器是封闭的且该液体实际环绕着该壳体，

其中，该壳体及该容器具有类似的外型。

18.如权利要求17所述的结构，其中，该壳体及该容器包含中空球体。

19.如权利要求17所述的结构，其中，该壳体及该容器是由透光材质构成；

该电磁辐射是包括光波；

该用来收集机构包括一个与该结构相关的光生伏特收集器，在被暴露于该光波时产生电流。

20.如权利要求17所述的结构，其中，该电磁辐射包括射频波；

该用来收集机构包括一个天线以及一个当该天线被暴露于该射频波时产生电流的射频接收器；

该电机装置是被该电流赋能。

21.如权利要求8所述的结构，其中，该电机装置是包括：

一个具有一转子及一定子的电机，该转子及定子的一被固定附着至该壳体，且另一个被固定附着至该定位器。

22.如权利要求8所述的结构，其中，该周围能量场包括一磁场；且

该电机装置包括：

至少一个响应于该磁场的磁场检测器；及

用来反覆启动该检测器的机构。

23.如权利要求22所述的结构，其中，该定位器包括一个磁场检测器。

24.如权利要求22所述的结构，其中：

各该检测器包括一个电磁铁，其是当被启动时可以旋转以将本身对准该磁场；及

该用来启动的机构是包括用来选择性施加馈送电流至该电磁铁的机构。

25.如权利要求24所述的结构，其中，用来选择性启动的机构包括一个换向机构，其被该定位器连接性偏置，以在该电磁铁未对准该磁场时可启动该电磁铁。

26.如权利要求25所述的结构，其中，该电磁辐射进一步包括光波；

该用来收集能量的机构包括一个响应于照射该壳体的光波且具有可连接至该电磁铁的输出的光生伏特收集器；及

该换向机构包括一个与该定位器有关的开闭器，当该电磁铁被对准该磁场时，该开闭器被整形并被制定尺寸以选择性地掩蔽该光生伏特收集器。

27.如权利要求25所述的结构，其中，该电磁辐射进一步包括射频波；

该用来收集的机构包括一个天线以及一个当该天线被暴露于该射频波时产生电流的射频接收器；及

该换向机构是包括一个电子脉冲分配器，其响应于有关各该电磁铁的该定位器的取向，以选择性施加该电流至该电磁铁。

28.如权利要求25所述的结构，其中，该磁场是包括地磁场。

29.如权利要求25所述的结构，其进一步包括至少一个被放置该壳体外侧产生该磁场的机构。

30.如权利要求13所述的结构，其中，该重力检测器包括一个被旋转连接至该壳体的配重，该配重具有一个被保持远距该轴的重心。

31.如权利要求24所述的结构，其中，该用于选择性施加的机构包括一个响应于该磁场及该能量的周围场的相对指向的机构。

32.如权利要求31所述的结构，其中，

该周围的能量场包括照射该壳体的光波；及

该机构包括：

至少两个光检测器，用来产生用于该电磁铁的控制电流；

各该检测器具有一个光敏表面，其中，各该检测器的光敏表面存在于与任何其他检测器的光敏表面不同的平面上。

33.如权利要求32所述的结构，其进一步包括至少一个光生伏特收集器，其具有一个光敏表面，且可产生该馈送电流。

34.如权利要求15所述的结构，其中，该电机装置包括至少一个可产生极化磁场的电磁铁；及

其进一步包括至少一个邻近探测机构的线圈，且给该线圈赋能及产生与极化磁场相反的修正磁场。

35.如权利要求22所述的结构，其中，该用来反覆启动该检测器的机构包括被装设于该磁场检测器的机构，用来产生其极性响应于该检测器取向的电压。

36.如权利要求1所述的结构，其包括一个第二视觉特征，其中，该第一及第二视觉特征是彼此配合地相对移动。

37.如权利要求3所述的结构，其中，该容器及该主体具有实质环面的外型。

38.如权利要求1所述的结构，其中，该容器实质上是碗状，其包括：

一个外壁；

一个与该外壁隔离的内壁；

一个与该外壁的下部分一体形成的基底；

一个与该基底隔离且被与该内壁的下部分一体形成的底部；

一个与该等壁的上部分结合的上缘。

39.如权利要求37所述的结构，其中，该容器的至少一个部分是由预定不显示该第一视觉特征于该容器的外表面区域上的材质及尺寸所构成。

40.如权利要求4所述的结构，其中，该容器实质上为碗状，其是包括：

一个外壁；

一个与该外壁隔离的内壁；

一个与该外壁的下部分一体形成的基底；

一个与该基底隔离且被与该内壁的下部分一体形成的底部；

一个与该壁的上部分结合的上缘，其中该主体实质上为碗状且被嵌套于该碗状容器内。

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