[实用新型]自励式电磁驱动陀螺

说明书

技术领域

  本实用新型涉及一种陀螺，特别涉及一种能够依靠陀螺本身激励的电磁驱动陀螺。

背景技术

  陀螺作为一种古老的玩具深受人们的喜爱。传统的陀螺在手动起转后要依靠小的鞭子持续地沿陀螺旋转的方向抽动才能保持其持续旋转。现代，很多人对陀螺的驱动方式进行了改进，电磁驱动是采用较多的一种。在制作陀螺时将一个永磁体对称地封入陀螺中，陀螺下面的底座下通过机械的方式或电气的方式产生旋转磁场，通过旋转磁场对陀螺中永磁体的作用保持陀螺持续旋转。采用这种驱动方式的不足之处主要有两点：首先，陀螺要按照旋转磁场的方向起转，这无疑会降低玩具的趣味性。其次，如果陀螺停止转动或者被取走，但没有关闭上述机械或电气驱动装置时，还会消耗一定的能量，从而缩短电池的使用寿命。

发明内容

  为了克服上述电磁驱动陀螺的不足，提供一种自励式电磁驱动陀螺，并增设了高低速模式的选择功能。

  本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：包括陀螺本体和底座，所述的陀螺本体内部封装有一个条形的永磁体，永磁体与陀螺轴向垂直关于陀螺本体中心对称；所述底座上表面是一个圆形凹面，凹面中心处有一个小的圆形凸起，底座内部设置有由电池、晶体管、带铁芯的线圈构成的自励式驱动电路。所述的陀螺本体通过手动在底座凹面上起转后，其内部的永磁体会产生旋转磁场，当永磁体N极离凹面中心点较近时，并且仍在靠近时，使底座内带铁芯的线圈内产生感应电动势，并使相应的晶体管导通，从而线圈有电流流过，并且根据右手定则电流使铁芯上端的磁极性为S，根据不同磁极相吸的原理对永磁体产生与其转动方向相同的力矩。当永磁体N极离凹面中心点较近但正在远离时，底座内带铁芯的线圈内产生的感应电动势使相应的晶体管导通，使线圈有电流流过，使铁芯上端的磁极性为N，根据同磁极相斥的原理，仍然对永磁体产生与其转动方向相同的力矩。当永磁体S极离凹面中心点较近，工作原理情况类似，不再累述。

  所述底座的上表面是一个直径为0.2m，曲率为2m^-1的圆形凹面，这样可以使旋转中的陀螺向圆形凹面的中心靠近，从而产生足够大的感应电动势使晶体管导通，同时保证线圈产生的磁场对陀螺中永磁体产生较大的作用力矩。

  所述底座上表面中心处有一个小的圆形凸起，确保陀螺不能在凹面中心处旋转，从而保证不会出现永磁体的N极和S极与中心点距离相等或上述距离不发生变化的情况，上述情况会导致线圈中没有感应电动势，从而无法驱动晶体管导通。

  所述自励式驱动电路包括带铁芯的线圈L，电阻R1和R2，晶体管T1、T2、T3和T4，电池和开关K。

  所述的带铁芯的线圈L的绕组分为三个部分，中间部分为驱动绕组，当相应的晶体管导通时产生某一极性的磁场，从而对陀螺中的永磁体近端磁极施加拉力或推力；上下两个绕组部分为感应绕组，当陀螺中永磁体近端磁极接近或离开时，使感应线圈中产生相应的感应电动势，保证晶体管按正确的顺序导通和关闭，从而线圈上方产生正确的极性。

  所述带铁芯的线圈L，在位置上要紧贴着底座上表面，保证感应绕组能够得到做够大的感应电动势，同时保证驱动绕组产生的磁场对陀螺中永磁体力的作用足够大。

  所述的晶体管在电路中的连接方式如下：晶体管T1、T2、T3和T4构成桥式结构，T2集电极与开关K串联后与T1集电极相并联后接于电池E的正极；T3和T4采用共发射极连接，然后接于电池的负极；T1和T3桥臂的输出端连接到驱动绕组的上端，T2和T4桥臂的输出端连接到驱动绕组的下端；线圈L上端感应绕组输出端通过R1接于T2和T3的基极，下端感应绕组输出端通过R2接于T1和T4的基极。

  所述的自励式驱动电路的开关K，可以使陀螺旋转在高速、低速两种模式下，当K断开时，驱动线圈只在N极靠近或S极离开中心点时，在其上端产生单一极性S极，陀螺每转一周产生两个磁驱动脉冲；当K闭合时，N极靠近或S极离开中心点时，驱动线圈上端产生S极磁脉冲，S极靠近或N极离开中心点时，驱动线圈产生N极磁脉冲，因此陀螺每转一周产生四个驱动脉冲，从而陀螺的稳态转速更高。

  所述的自励式驱动电路在陀螺没有在底座上转动的情况下，其4个晶体管都不会导通，因此电路中没有电流，因此电池没有能量损耗。