[发明专利]自动摆动秋千

说明书

本发明涉及一自动摆驱动系统，具体地说，涉及一种秋千，它具有一个摆动马达和一套自适应控制系统，用以周期性地驱动该摆动马达以维持一个秋千座的摆动，是沿着一摆动弧形进行运动，它与秋千座的自然频率(及周期)相容。更具体地说，本发明涉及一种具有一个电摆动马达的秋千，该电摆动马达被固定在一坚固的框架上并被周期性地运转，以使悬挂在框架上的秋千座进行摆动。

被如此地安置的任一刚体称为复摆，即它能在一垂直平面内绕着通过它的一根轴线并在重力作用下进行摆动。一个安装在框架上能绕一摆动轴作摆动运动的秋千座正是复摆的一个例子，因为该秋千座能像老式落地钟中的摆那样沿着一摆动弧线来回摆动。

像钟摆和秋千座那样的摆，是沿着一条摆动弧线在第一和第二摆动终端位置之间来回摆动。“摆幅”被理解为角运动的运动范围，即第一终端位置至第二终端位置之间的角度量度。

摆的运动是一种周期性的振荡运动。任何运动，凡是在相等的时间间隔内作重复运动，称作周期运动。一个物体在它的周期运动中凡是来回都在同一条路线上的，就是在作振荡运动。摆的运动“周期”是在摆完成一周并开始重复其运动所需的时间间隔。一个周期是一次完整的来回运动(例如从第一摆动终端位置摆至第二摆动终端位置后又摆回到第一摆动终端位置的一个摆动)。

任何摆的周期都是三个因素的函数：(1)重力；(2)摆的重心与其摆动轴线之间的距离；(3)摆动幅度(特别是在摆幅大于几度的情况下)。摆的周期通常是以每周多少秒来量度。必须理解的是，摆的周期与摆的质量无关。

摆的自然频率是当摆被拉开然后释放它在每单位时间内摆动的周期数。摆的自然频率也是上面就摆的周期进行讨论时所述的三个因素的函数。摆的自然频率与摆的质量无关，它通常以每秒多少周来量度。

如果没有摩擦或风的阻力作用于摆时，它会无限止地振荡下去。实际上，如果没有振荡性的外力作用下，摆的振荡幅度会逐步衰减到零，这是由于摆在摆动时有摩擦和风的阻力作用在摆上的结果。在某些情况下为了维持摆的摆动，它要接受在一定频率振荡下的外力作用，该频率不同于摆的自然频率。摆的响应取决于外力与自然频率两者之间的关系。

各种摆动马达被用来维持摆的摆动运动，正如钟的摆或秋千座在选定幅度下来回摆动。一些老式落地钟一般由卷绕弹簧作动力而电钟则一般由电动马达作动力。儿童秋千通常同弹簧或电摆动马达作动力，用以维持秋千座作摆动运动。

人们已知用电动马达来驱动钟摆、车用显示的驱动机构或新颖的秋千。例如，参见美国专利Nos.3802181；3486321；3434279；3417498；3290844；2617247及2091841。

也已知用其他电磁方法来驱动秋千或钟摆，例如，参见美国专利Nos.4616824；4491317；3883136及3842450。

用电马达驱动秋千，也已为人们所熟知。例如，参见美国专利号Nos.5326327；5139462；4911429；4822033；4807872；4785678；4722521；4452446；4421401及4150820。另见美国专利Nos.3692305；3146985；2972152；2609031；2564547；2024855；1702190；1505117以及1016712。一件含有一台电动马达的自动草坪摆动秋千，早在1911年就申请到美国专利，专利号为989517。

在一些普通儿童玩的秋千中存在的问题之一是用以维持儿童秋千进行摆动所加的振荡外力，其频率至少在摆动运动开始时，与摆动装置的自然频率有很大的差别。对摆动着的儿童秋千周期性地施加这样一种“不匹配”的外力，其结果趋向于削弱儿童秋千的摆动运动而不是加强这种运动。无论是用卷绕弹簧还是用电摆动马达作动力，这一问题都会影响儿童秋千的运转，。

对儿童秋千的制造商来说，他们难以事先(在儿童秋千的设计阶段)知道，儿童秋千在某一刻摆动时，其秋千座的自然频率(和周期)是多少。因为儿童秋千座的自然频率(和周期)如上所述，是三个可变因素的函数。即，作用在儿童秋千上的这三个因素为重力，童座重心与穿过秋千框架且秋千座绕其进行摇摆的转轴之间的距离以及童座的摇摆幅度(尤其是在童座摇摆幅度大于几度以及约50°的情况下)。由于有这些困难，许多儿童秋千中的摆动驱动系统，尤其是对由电动马达驱动的儿童秋千施加一个外力是失败的，它对童座的自然频率不是强化就是压制。下面例举几个造成童座自然频率发生变化的因素的例子。