CN2162686Y - 电动三自由度陀螺仪 - Google Patents

Abstract

电动三自由度陀螺仪由三个转动部分组成，第一 转动轴是电动机转子轴，它绕一套轴转动，第二转动 轴为环形框架内转轴，它与套轴相连接并绕环形框架 上的支承转动，第三转动轴为框架导电轴，它与环形 框架连接并相对于支架转动，该电动三自由度陀螺仪 可用于教学及玩具。

Description

本实用新型涉及一种陀螺仪，具体涉及一个既可作教具又可作为玩具的电动三自由度陀螺仪。

三自由度陀螺仪通常用作高等院校讲授陀螺原理必备的实验教具。国内市场上曾有人力驱动的三自由度陀螺仪，这种陀螺仪转子转速低，转动时间短，不能充分演示三自由度陀螺仪的特殊效应。此外，这种陀螺仪由于结构，成本与操作上的原因，也不适于用作玩具来开发、启迪少年儿童的智力。

因此本实用新型的目的在于克服上述缺点开发一种三自由度陀螺仪，它不用人力驱动，能在转动中得到能量补充，转速高且能长时间运转，充分演示三自由度陀螺仪的特殊效应，并且这种陀螺仪结构简单便于操作，成本低便于制造，既可用作教具又可用作玩具。

为了实现本实用新型的上述目的，设计了一种电动三自由度陀螺仪，它是由三个转动部分组成的：第一个转动部分是由与第一转动轴、即电动机转子轴固定连接的陀螺转子相对于与电动机外壳固定连接的轴套的转动连接构成的；第二转动部分是由与轴套固定连接的第二转动轴、即框内转轴相对于支承该框内转轴的环形框架上的顶针状支承的转动连接构成的；第三转动部分是由与两个轴承的内圈固定配合并与环形框架固定连接的框架导电轴形成的第三转动轴相对于与这两个轴承外圈相连接的支架的转动连接构成的，所述第一转动轴与第二转动轴在空间上相垂直，所述第二转动轴与第三转动轴在空间也相垂直，以及所述电动机由设在支架中的电池供电。

由于以上的结构，电动机在电池的供电下转动，使第一转动部分的陀螺转子转动，由于陀螺效应也使第二转动部动部分及第三转动部分产生了各自的转动，因而就形成了三自由度的空间转动。由于在电动机（通常是永磁式直流玩具电机）的带动下陀螺转子高速的旋转，充分显示了三自由度陀螺仪的各种特殊效应，既可为高等院校提供理想的实验教具，也可为少年儿童提供一种科普性的智力玩具。

为了对本实用新型的其它构型及优点作进一步了解，以下结合附图对本实用新型的一个优选实施例作详细说明。

图1：本实用新型一个优选实施例的电动三自由度陀螺仪的垂直剖视图；

图2：图1的实施例中A－A方向的一个视图。

由图1可见，该优选实施例的电动三自由度陀螺仪由以下三个转动部分组成：第一转动部分是由与第一转动轴、即电动机1的转子轴固定连接的陀螺转子3相对于与电动机1的外壳固定连接的轴套6的转动连接构成的；第二转动部分是与轴套6固定连接的第二转动轴、即框内转轴7相对于支承该转轴7的环形框架8上的顶针状支承12（见图2）的转动连接构成的；第三转动部分是由与两个轴承16，18的内圈固定配合的并与环形框架8固定连接的框架导电轴14形成的第三转动轴相对于与这二个轴承16，18的外圈相连接的支架10的转动连接构成的。所述第一转动轴与第二转动轴在空间上相垂直，所述第二转动轴与第三转动轴在空间上也相垂直，以及所述电动机1由设在支架10中的电池供电。

电动机1的转子轴通过陀螺转子外端盖2与鼓形陀螺转子3的 外管口相固定连接，电动机1的外壳固定地卡在杯形电机座4的内部，该杯形电机座4的中心管外径上依次固定地套有一个轴承5的内圈及所述轴套6，所述轴套6利用外端部外侧的丝扣拧在所述框内转轴7上与其轴线垂直的水平中心孔的内丝扣中，形成所述固定连接，轴承5的外圈与陀螺转子内端盖26的中心孔固定地配合，而该内端盖26的外围与陀螺转子3的内管口固定连接。由此，当电动机1转动时，其轴带动陀螺转子3绕套管6旋转。

在所述框内转轴7上与其轴线垂直的水平中心孔中另一侧上固定连接着（例如用丝扣连接）一个管状平衡杆9，在该平衡杆9外径上套有一个配重块13，配重块13可利用螺钉13′固定在杆9上，并可沿杆9移动以便调整杆9的倾斜度。

所述支架10包括一个底座22，一个兼作电池筒的支承管20的底部通过连接法兰23与底座22相连接，一个轴承套15的下端利用丝扣固定在支承管20的上端外部，该轴承套15的上管口与一个轴承16的外圈固定地配合，在轴承套15的内空间中固定地放着一个带中心孔（该孔的直径略大于框架导电轴14的外径）的绝缘芯体17，绝缘芯体17的下侧内表面与另一轴承18的外圈固定地配合，并使这两个轴承16，18同垂直轴线地水平布置。

这二个轴承16，18的内圈分别地与所述框架导电轴14的两个导电区、即根部导电区与顶部导电区固定地配合。该导电轴14具有与耳机二芯插头相同的结构，在所述两个导电区之间隔有一小段绝缘套，因此它们之间没有直接的电连接。必须指出，为了电机供电的需要及增加转动部分的惯量，除去该绝缘套，上述的绝缘芯体17外，其它所有的上述部件均由金属作成。

电动机1的供电回路是这样形成的，即电动机1的一个供电端子与电机金属外壳相连接，并依次通过金属作的电机座4，轴承5，轴套6，转轴7，支承12，环形框架8，框架导电轴14的根部导电区，上轴承16，轴承套15，支承管20，连接法兰23与底座22形成电连接，电动机1的另一供电端子通过一根绝缘导线穿过所述电机座4的内孔、套管6的内及框内转轴7的水平中心孔；并经由转轴7的一个向下的垂直孔穿下一直连接到框架导电轴14的顶部导电区上，再通过下轴承18及设在其下方的导电片与支承管20中的干电池正极相接触，该干电池的负极通过弹簧及导电片25支承在一个绝缘垫片24上，在底座上设有一个开关21，该开关的一端利用导线与底座相连接，另一端则通过绝缘导张穿过绝缘垫片24的中心孔连接到导电片25上。因此当开关21合上时，电动机二个供电端子分别地通过电池正负极形成通路而开始转动，使该陀螺仪投入工作；开关21关上时则停止工作。

为了增加效果，在所述平衡杆9的外端上装有一个灯泡11，它通过杆9内孔中的二根绝缘导线分别与平衡杆9及套管6中的穿孔绝缘导线相连接，由此形成与电动机1的并联。因此在陀螺仪转动时，灯泡11随之转动并发光形成了发光的转动轨迹。

为了能满足长时间的使用及减少更换电池的次数，在该实施例中还配有一个外接电源插座（未示出），它固定在底座22上。

上述的电动机1主要采用价廉的玩具电机，因而可减少成本，制成普及型的玩具及教具电动陀螺仪，也可采用收录机中的驱动电机（也是永磁式直流电机）制成高一档的电动陀螺仪。

Claims (9)

1、电动三自由度陀螺仪，其特征在于：该陀螺仪由三个转动部分组成的，第一转动部分是由与第一转动轴、即电动机(1)的转子轴固定连接的陀螺转子(3)相对于与电动机(1)的外壳固定连接的轴套(6)的转动连接构成的；第二转动部分是与轴套(6)固定连接的第二转动轴、即框内转轴(7)相对于支承该转轴(7)的环形框架(8)上的顶针状支承(12)的转动连接构成的；第三转动部分是由与两个轴承(16，18)的内圈固定配合的并与环形框架(8)固定连接的框架导电轴(14)形成的第三转动轴相对于与这二个轴承(16，18)的外圈相连接的支架(10)的转动连接构成的，所述第一转动轴与第二转动轴在空间上相垂直，所述第二转动轴与第三转动轴在空间上也相垂直，以及所述电动机(1)由设在支架(10)中的电池供电。

2、根据权利要求1所述的电动三自由度陀螺仪，其特征在于：所述电动机（1）的转子轴通过陀螺转子外端盖（2）与所述陀螺转子（3）的外管口相固定连接，而电动机（1）的外壳固定地卡在杯形电机座（4）的内部，该杯形电机座（4）的中心管外径上依次固定地套有一个轴承（5）的内圈及所述轴套（6），所述轴套（6）利用外端部外侧的丝扣拧在所述框内转轴（7）上与其轴线垂直的水平中心孔的内丝扣中，形成所述固定连接，轴承（5）的外圈与陀螺转子内端盖（26）的中心孔固定地配合，而该内端盖（26）的外围与陀螺转子（3）的内管口固定连接。

3、根据权利要求2所述的电动三自由度陀螺仪，其特征在于：在所述框内转轴（7）上与其轴线垂直的水平中心孔中另一侧上固定连接着一个管状平衡杆（9），在该平衡杆（9）外径上套有一个配重块（13），配重块（13）可利用螺钉（13′）固定在杆（9）上，并可沿杆（9）移动。

4、根据权利要求3所述的电动三自由度陀螺仪，其特征在于：所述支架（10）包括一个底座（22），一个兼作电池筒的支承管（20）的底部通过连接法兰（23）与底座（22）相连接，一个轴承套（15）的下端利用丝扣固定在支承管（20）的上端外部，该轴承套（15）的上管口与所述一个轴承（16）的外圈固定地配合，在轴承套（15）的内空间中固定地放着一个带中心孔的绝缘芯体（17），绝缘芯体（17）的下侧内表面与所述另一轴承（18）的外圈固定地配合，并使这两个轴承（16，18）同垂直轴线地水平布置。

5、根据权利要求4所述的电动三自由度陀螺仪，其特征在于：所述框架导电轴（14）具有两个导电区，即根部导电区与顶部导电区，它们之间隔有一小段绝缘套，彼此无直接电连接，所述二个轴承（16，18）的内圈分别与这两个导电区固定地配合。

6、根据权利要求5所述的电动三自由度陀螺仪，其特征在于：所述的电动三自由度陀螺仪的所有部件，除去所述绝缘芯体（17）及所述导电轴（14）中的一小段绝缘套外，均是由金属作成的。

7、根据权利要求6所述的电动三自由度陀螺仪，其特征在于：所述电动机（1）是永磁式直流电动机，它的供电回路是这样形成的，即电动机（1）的一个供电端子与电动机金属外壳相连接，并依次通过所述金属作的电机座（4），轴承（5），轴套（6），转轴（7），支承（12），框架导电轴（14）的根部导电区，上轴承（16），轴承套（15），支承管（20），连接法兰（23）与底座（22）形成电连接，电动机（1）的另一供电端子通过一根绝缘导线穿过所述电动机座（4）的内孔、套管（6）的内孔及框内转轴（7）的水平中心孔，并经由转轴（7）的一个向下的垂直孔穿下一直连接到框架导电轴（14）的顶部导电区域上，再通过下轴承（18）及设在其下方的导电片与支承管（20）中的干电池正极相接触，该干电池的负极通过弹簧及导电片（25）支承在一个绝缘垫片（24）上，在底座上设有一个开关（21），开关（21）的一端用导线与底座（22）相连接，另一端则通过绝缘导线穿过绝缘垫（24）的中心孔连接到导电片（25）上。

8、根据权利要求7所述的电动三自由度陀螺仪，其特征在于：在所述平衡杆（9）的外端上装有一个灯泡（11），它通过杆（9）内孔中的二根绝缘导线分别与平衡根（9）及套管（6）中的穿孔绝缘导线相连接。

9、根据权利要求8所述的电动三自由度陀螺仪，其特征在于：该陀螺仪还配有一个外接电源插座，它固定在底座（22）上。

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