[发明专利]离心驱动器

说明书

本发明涉及一种将圆周运动中质点绕圆心产生的离心力转换成定向力输出的离心驱动器。

现有的驱动技术一般为：车辆类的车轮与地面或轨道的摩擦;舰船或飞机类的螺旋浆叶搅动空气或水;喷气式飞机和火箭的喷射;磁垫火车类的电磁场等。这些驱动技术通用性差，如车轮不能离开地面或轨道;螺旋桨不能脱离大气层或水;喷射推进技术燃料消耗大，有效荷载率低，成本高，污染大，很少在地面应用等。因此在实用中具有极大的局限性。

本发明提供了一种航天、航空、航海以及陆路运输的通用驱动装置。它的特点是，给它输入一个足够大的旋转力矩，它即可直接向被驱动物体输出所需方向的驱动力，推动物体移动。

本发明是通过利用机械或物理手段使圆周运动中质点绕圆心运动而产生的离心力有规律地变化而实现的。它所依据的原理是：质点围绕圆心转动时，将产生一个离心力，方向在旋转平面内背向圆心。这个离心力的大小f＝mrω²。式中m为质点的质量，r为质点距圆心的转动半径，ω为质点绕圆心转动的角速度。在匀速圆周运动中，旋转平面内质点每转动一周所产生的离心力矢量和等于零，系统相对稳定，没有输出力。如在每一个转动周期内，以0和π角度为界，有规律地改变m、r或ω任一值，均会破坏系统的相对稳定，使系统产生向离心力大的一方移动的趋势。本发明利用了双心旋转机构，从而使质点的等径圆周运动成为变径匀速或等径变速圆周运动，达到了每个旋转周期内离心力有规律地变化的目的。

以下将结合实施例及附图对发明作进一步的详细说明。

图1是实施例的原理结构示意图。

图2是将实施例运动方式置于直角坐标系中研究的示意图。

本实施例包括发动机[1]、带滑轨的主动臂[2]、从动臂[3]和铰接于从动臂并置于滑轨内的滑块[4]几个部分，如图1所示。主动臂[2]与从动臂[3]不同心，其轴心距离为y。当发动机[1]拖动主动臂[2]匀速转动时，带动滑块[4]绕轴O旋转。由于滑块[4]同时铰接于从动臂[3]，所以它的转动轨迹是以O′为圆心，以从动臂[3]长r为半径的一个圆。将滑块[4]看成一个质点A，把系统置于直角坐标系中，并设主动臂[2]与x轴的夹角为θ，θ＝ωt。通过计算，可以写出质点在该坐标系中0～2π的每一转动瞬间，在y轴方向上产生的离心力为：

F_y＝-mω²[ycos2θ+sinθ（2y²cos²θ-r²）/（r²-y²cos²θ）^-2]j

由公式可知，该系统在转动时，其离心力F在π/2时有极大值，在3π/2时有极小值，因此，起动该驱动器，它将有一个朝向OO′方向的力产生，当m为定值时，力的大小与OO′的距离y以及主动臂[2]转动速度ω的平方呈正比关系。适当增加y值或ω值，均可增大离心力差值。当离心力差值大到可以抵消系统本身重量时，就有一个力输出了。

使用其他机械或物理稳定机构组成两组分别控制同一个质点运动轨迹和转动角速度的机构，也会产生同样效果。

本发明可以使用任何能量适当（包括人力）的旋转动力源;可以密闭在容器内工作，从而降低乃至消除噪音;可以在短时间内输出很大的力;可以根据需要在大范围内选择本身的体积;几个离心式驱动器的组合可以使被驱动物全方位移动。因此本发明可以广泛应用于航天、航空、航海及陆路运输等场所，甚至驱动人力机械、玩具等。