一种掌上磁悬浮陀螺制造技术

本实用新型专利技术公开了一种掌上磁悬浮陀螺，包括陀螺和掌上陀盘两部分；其中：陀螺为陀尖、陀壳前部、磁环、陀壳后部、陀轴、转柄等依次构合；陀盘为具有握柄和盘面的盘壳内部中心镶有磁环。陀螺初始旋转后，可用手周复摇动陀盘控制陀螺持续旋转，旋转的陀螺可依附陀盘在三维空间呈现侧悬浮、倒悬浮等任意角度的悬浮状态。打破了以往陀螺只能在地上、指尖和手持双轨上悬浮旋转及无陀盘运动的定式。兼具灵活性、艺术性、趣味性、观赏性、健身性于一体，操作简单，老少皆宜，可作为玩具、教具和健身、减压器材使用。且结构简单，易于生产，造价低廉，具有极其广阔的市场前景。

A metacarpal maglev gyroscope

The utility model discloses a palmtop maglev gyro, which consists of two parts of a gyroscope and a palmtop tray; the gyroscope is used as a tip, the front part of the shell, the magnetic ring, the rear of the Tuo shell, the tushal shaft, the rotating handle, etc., and the disc is inlaid with a magnetic ring for the inner center of the disc shell with the handle and the disc. After the initial rotation of the gyroscope, the gyro can be controlled by the hand cycle to control the gyro to continue to rotate. The rotating gyro can be suspended in three dimensions, such as the side suspension, the inverted suspension, and so on in the three-dimensional space. It has broken the previous stereotypes that gyroscopes can only suspend and rotate on the ground, fingertips and hand-held double tracks. It is flexible, artistic, interesting, ornamental, and fitness in one. It is easy to operate and suitable for young and old. It can be used as a toy, teaching aids, fitness and decompression equipment. The utility model has the advantages of simple structure, easy production and low cost, and has extremely broad market prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种掌上磁悬浮陀螺
本技术涉及一种陀螺，尤其是能在人的手掌上持续旋转的磁悬浮陀螺。
技术介绍
目前，公知的各种陀螺品种繁多，五花八门，诸如儿童玩具陀螺、成人健身陀螺、齿条发条陀螺、电动陀螺、音乐炫光陀螺、磁悬浮陀螺等等，丰富了人类的文化生活。但它们都有一个共同特点，就是陀螺旋转所依托地面、盘面或者底座固定不动，陀螺在其上旋动或悬浮，欠缺随人而动的灵动性和表演性。其中的磁悬浮陀螺（如永磁悬浮飞碟专利号02261756.6）虽然玄妙好玩，但操作难度非常大，成功率很低，它也只能垂直悬浮，同时持续时间还较短。确有一种陀螺能在手持的钢丝轨道上旋转悬浮，但是把陀螺旋转轴线两个端点都通过磁体吸住（如魔力飞转陀螺专利号201420360161.7），这严格上说不是物理学力学意义上的陀螺；目前刚刚面世一种指尖陀螺很有创意，但缺少陀螺与陀盘同时互动的视觉冲击力与美感。
技术实现思路
为了克服现有的陀螺不能在手掌上旋转和悬浮、悬浮角度单一、不可持续旋转以及陀盘不运动的不足,本技术提供了一种掌上磁悬浮陀螺，该陀螺不仅能实现依附在单手操作的陀盘上旋转和悬浮，并可随意呈现侧悬浮、倒悬浮等任意角度的悬浮状态，而且即使是在无源结构的情况下，就可维持陀螺持续性旋转。打破了以往陀螺只能在地上和手持双轨上悬浮旋转，或者只有陀螺运动，没有陀盘运动的定式，创造了陀盘参与运动与陀螺能同时互动的独特构造和全新模式，极富表演魅力，实现了陀螺体系陀螺构造的重大创新，填补了陀螺家族的空白。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本掌上磁悬浮陀螺，是指一个系统，这个系统包括掌上陀螺和掌上陀盘两部分，并且这两部分为各自独立的部分，之间不存在机械的连接，陀螺依附于掌中的陀盘展现旋转悬浮姿态，工作时只有陀螺的陀尖部分与陀盘的盘面相接触；其中：掌上陀螺为中部鼓隆向外边缘随半径增大渐扁薄，重心在旋转轴中心线上的流线圆滑圆形几何体，由陀尖、陀壳前部、磁环、陀壳后部、陀轴、转柄等组成并依次构合；掌上陀盘为扁平的圆形，盘面为带有少许凹陷的曲面，其半径远大于陀螺最大横截面半径，盘面边缘设置小于陀尖高度的圆滑阻挡棱，分别由盘面、磁环、陀盘后盖、握柄组成并依次构合；陀螺用磁环安装在陀螺中心部位与陀轴同心；陀盘用磁环安装在陀盘中心部位与盘面同心；陀螺用磁环和陀盘用磁环为异极对应。悬浮陀螺首先要解决悬浮问题，陀螺相对于地面悬浮必需有一个克服由地心引力而产生的陀螺的重力的力，这个力本设计是通过陀螺和陀盘磁环异极对应，相吸引的作用力来实现的，故称磁悬浮，因为是持在手掌上故名掌上磁悬浮陀螺。所述的陀螺用磁环和陀盘用磁环为轴向充磁的封闭园环柱形永磁体。取永磁体而不用电磁体，一是因为现代的永磁技术已发展到很高的水平，多种永磁材料的磁场强度都能满足制作本陀螺的要求，现有的钕铁硼、钐钴、铁氧体等材料的永磁体都可用之；二是既能节能又能降低制作成本还能延长使用寿命；取其轴向充磁是为容易达到扁平化设计，尤其是更适合陀螺在陀盘上悬浮旋转的力学要求及组装的结构要求。实践证明，用多个小永磁体制作成环柱形点阵产生的磁效果和封闭园环柱形整块单独磁体相同。本方案需要同时实现悬浮、旋转、持续旋转三项主要目标。这表面上看似乎很容易，实则不然，绝不是随便装上两块磁铁就能成为磁悬浮陀螺的。它是一个比较复杂的磁学、运动学和力学原理相结合的问题。物体运动力学告诉我们：L=Jw（L为角动量，J为转动惯量，w为角速度），J=∫r^2dm（J为转动惯量，r为质点到旋转轴的矢径，m为质量），M=Jβ（M为力矩，J为转动惯量，β为角加速度）；磁库仑定律告诉我们：F=k(qm1*qm2)/r^2（k是比例系数，与式中各量的单位选取有关，qm1、qm2表示极磁感强度，r为两个磁极间的距离）即：两个磁极间的引力或斥力的方向在两个磁极的连线上，大小跟它们的磁极强度的乘积成正比，跟它们之间距离的平方成反比。遵循这些定律，沿着这些物理量之间关系的方向展开研究实验，达到了针对不同大小的陀螺，不同的永磁材料，确定磁体的大小，确定磁体的几何形状，确定磁体的半径的比例，调整为磁体之间最适当的距离，使引力的大小和范围恰到好处，陀螺才能实现持续旋转及侧悬浮和倒悬浮。本新型很有含金量的重点之一是陀螺旋转具有可持续性（当然是指不用输入电能的可持续），本设计人曾很长时间认为陀螺旋转是不可持续的，后来惊喜地发现其可持续。能实现“可持续”三个字，是申请本专利的主要动因。根据角动量守恒定理：旋转物体不受外力矩或和力矩为0，则物体保持旋转状态不变。但事实上陀螺在旋转时必然要产生与陀盘表面和空气的摩擦阻力矩，阻碍陀螺旋转而慢慢停下来，要使陀螺旋转不停下来就要不断给陀螺施加与摩擦阻力相反的动力矩，以产生角加速度，使陀螺加速旋转，旋转速度越快就旋转得就越稳，就可维持持续旋转。维持陀螺持续旋转，本设计是通过确定陀尖的半球形状和适合的半径大小，在陀螺自转同时围绕陀盘中心做近似圆周的曲线运动时，间歇用手水平摇动陀盘，此时陀盘盘面与陀尖摩擦便给陀螺一个加速旋转的动力矩，从而维持陀螺的持续旋转。设计陀盘盘面为圆形带有少许凹陷的曲面，是因为曲面能使陀螺在旋转时能产生一个指向盘心的力，在与磁力的共同作用下向盘心靠拢，盘面边缘设置小于陀尖高度的圆滑阻挡棱的要求，都是要更有利于控制陀螺在陀面上做自转和曲线运动。陀尖和陀盘都要求具备一定的光洁度和耐磨性。陀壳是起骨架的支撑作用，用什么材料制作陀壳没有苛刻的要求，只要强度够、环保、制作工艺简单、成本低都可以采用。所以所述陀螺的陀尖、陀壳、转柄、陀轴和陀盘等都可采用金属、硬质塑料和复合材料制作。部件间的组合没有固定的要求，可采用胶合或螺丝紧固等方法均可。需要指出的是，陀螺和陀盘采用高导磁金属（如铁）制作外壳时应很薄，以防止产生过大的磁屏蔽作用削弱磁场强度，改变已调好的技术参数。本陀螺作为献给人类的“美的使者”，为了锦上添花，使其具有听觉享受，视觉享受也多样化，让装饰更华美、动感更刺激。本设计是融入一些现代化的时尚的元素，主要是把陀螺和陀盘两部分都置入有源（即需要电源供电）的结构。对于陀螺，在磁环和陀壳后部之间加设电动机，改造为电动陀螺。为了增添使人愉悦的听觉效果，陀螺内可设置音乐模块；为了增添视觉炫酷效果，陀壳取透明材料制作或留有透光孔，在内部装入LED彩灯。对于陀盘，可在陀盘盘面和永磁环之间增设传感脉冲电磁环模块，使其与永磁环磁极极性相反，电源开关设在握柄上较为方便。这个实际效果是在陀盘基本水平姿势时通电，电磁环能有节奏地给陀螺向上的推力，这是因为一个小小的电源也会产生很大的脉冲峰值电流和强磁场可瞬间覆盖永磁场，时而使陀螺在陀盘上蹦跳，翩翩起舞，仿佛微缩的冰上芭蕾。在陀螺外表面可涂彩色夜光漆，即不刺眼，又有朦胧的夜光美，不耗电经济又实惠；将陀盘制作成镜面或在陀盘表面涂镜面反光漆，陀螺旋转的倒影会映在盘面上而增加美感。前述的设计上陀盘盘面为圆形带有少许凹陷的曲面除力学要求外，让陀面产生曲线美也是题中应有之义。所有用电部件都采用干电池或太阳能电池供电。以上几项美化措施都是简便易行的方案，在无源设计基础上只要微调陀螺的陀轴、陀壳、陀盘等结构就可实现。所需部件音乐模块、LED彩灯、电动机和传感脉冲电磁环（可采用型号UNG3503线性霍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掌上磁悬浮陀螺，其特征在于，包括掌上陀螺和掌上陀盘两部分，并且这两部分为各自独立的部分，之间不存在机械的连接，陀螺依附于掌中的陀盘展现旋转悬浮姿态，工作时只有陀螺的陀尖部分与陀盘的盘面相接触；其中：掌上陀螺为中部鼓隆向外边缘随半径增大渐扁薄，重心在旋转轴中心线上的流线圆滑圆形几何体，由陀尖、陀壳前部、磁环、陀壳后部、陀轴、转柄等组成并依次构合；掌上陀盘为扁平的圆形，盘面为带有少许凹陷的曲面，其半径远大于陀螺最大横截面半径，盘面边缘设置小于陀尖高度的圆滑阻挡棱，分别由盘面、磁环、陀盘后盖、握柄组成并依次构合；陀螺用磁环安装在陀螺中心部位与陀轴同心；陀盘用磁环安装在陀盘中心部位与盘面同心；陀螺用磁环和陀盘用磁环为异极对应。

【技术特征摘要】
1.一种掌上磁悬浮陀螺，其特征在于，包括掌上陀螺和掌上陀盘两部分，并且这两部分为各自独立的部分，之间不存在机械的连接，陀螺依附于掌中的陀盘展现旋转悬浮姿态，工作时只有陀螺的陀尖部分与陀盘的盘面相接触；其中：掌上陀螺为中部鼓隆向外边缘随半径增大渐扁薄，重心在旋转轴中心线上的流线圆滑圆形几何体，由陀尖、陀壳前部、磁环、陀壳后部、陀轴、转柄等组成并依次构合；掌上陀盘为扁平的圆形，盘面为带有少许凹陷的曲面，其半径远大于陀螺最大横截面半径，盘面边缘设置小于陀尖高度的圆滑阻挡棱，分别由盘面、磁环、陀盘后盖、握柄组成并依次构合；陀螺用磁环安装在陀螺中心部位与陀轴同心；陀盘用磁环安装在陀盘中心部位与盘面同心；陀螺用磁环和陀盘用磁环为异极对应。2.根据权利要求1所述的一种掌上磁悬浮陀螺，其特征在于：所述的陀螺用磁环和陀盘用磁环为轴向充磁的园环柱形永磁体。3.根据权利要求1所述的一种掌上磁悬浮陀螺，其特征在于：所述的陀螺用...

【专利技术属性】
技术研发人员：马轶乔，王元博，王沛卓，王煜彬，
申请(专利权)人：王沛卓，
类型：新型
国别省市：辽宁,21