一種旋轉(zhuǎn)磁場演示儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)磁場演示儀，主要用于科普教育和教學(xué)實踐活動。
【背景技術(shù)】
[0002]三相異步電動機的工作原理是利用三組定子線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在空心金屬轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場與線圈的磁場相互作用，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
[0003]在教學(xué)過程中，通常教師都要在黑板上繪制磁場的方向，盡力地描述旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的過程及磁場的狀態(tài)，由于磁場本身的不可視性，造成了直觀教學(xué)的困難。在中國專利文獻CN 2636348Y中，實用新型了一種三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場演示器，在箱體面板的中部固定有模擬電動機定子線圈和演示磁場方向的發(fā)光二極管，在面板下部固定轉(zhuǎn)換開關(guān)，但是結(jié)構(gòu)整體比較復(fù)雜，難以更形象直觀的觀察磁場旋轉(zhuǎn)的方向。其后，在中國專利文獻CN 201804483U中，實用新型了一種旋轉(zhuǎn)磁場演示裝置，用電子電路模擬旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程，用LED形象地展示旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)過程，結(jié)構(gòu)較為簡單，但是，裝置僅僅能夠通過光電形象、直觀地演示了旋轉(zhuǎn)磁場在三相交流電接入時的產(chǎn)生、旋轉(zhuǎn)過程，不能夠直觀的展示空心金屬閉合導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下產(chǎn)生的物理現(xiàn)象，并且LED的使用增加了儀器的維護和使用成本，難以支持長期的教學(xué)使用。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種旋轉(zhuǎn)磁場演示儀，能讓參觀者或?qū)W習(xí)者更加直觀的感受到空心金屬閉合導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下產(chǎn)生的現(xiàn)象和三相異步電動機的工作原理，并且適合長期教學(xué)使用。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種旋轉(zhuǎn)磁場演示儀，包括設(shè)置在支架上的臺面板，該演示儀在臺面板上設(shè)有非金屬材質(zhì)的透明圓盤，所述透明圓盤的盤底呈凹面狀，透明圓盤的盤底處設(shè)置有空心的金屬物體，所述金屬物體呈橢球狀或蛋狀；所述透明圓盤盤底的正下方還設(shè)有板狀的旋轉(zhuǎn)磁鐵盤，所述旋轉(zhuǎn)磁鐵盤上設(shè)有三個大小相同且環(huán)繞旋轉(zhuǎn)磁鐵盤中心均勻排布的磁鐵塊，所述透明圓盤盤底中心與旋轉(zhuǎn)磁鐵盤的盤面中心處于同一中心線上；所述旋轉(zhuǎn)磁鐵盤與驅(qū)動裝置的輸出軸固定聯(lián)接。
[0007]優(yōu)選的，所述透明圓盤的上側(cè)蓋設(shè)有透明的罩殼，所述罩殼活動安裝在臺面板上，且罩殼與透明圓盤構(gòu)成一個封閉的空間。
[0008]優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)磁鐵盤與透明圓盤盤底之間的間隙為I?6mm。
[0009]優(yōu)選的，所述磁鐵塊呈扁圓柱狀。
[0010]優(yōu)選的，所述驅(qū)動裝置包括便于人手抓握的手輪，所述手輪設(shè)置在臺面板的上部，且手輪套設(shè)固定在旋轉(zhuǎn)主軸上，所述旋轉(zhuǎn)主軸穿過臺面板與輸出軸即旋轉(zhuǎn)副軸通過傳動機構(gòu)相聯(lián)接。
[0011]作為傳動機構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述傳動機構(gòu)為皮帶傳動機構(gòu)，由主皮帶輪、皮帶以及副皮帶輪構(gòu)成；所述主皮帶輪固定安裝在旋轉(zhuǎn)主軸的底部，所述副皮帶輪固定安裝在旋轉(zhuǎn)副軸底部，所述主皮帶輪通過皮帶驅(qū)動副皮帶輪轉(zhuǎn)動。
[0012]作為傳動機構(gòu)的另一種優(yōu)選方案，所述傳動機構(gòu)為齒輪傳動機構(gòu)，由主齒輪、過渡齒輪以及副齒輪構(gòu)成；所述主齒輪固定安裝在旋轉(zhuǎn)主軸底部，所述副齒輪固定安裝在旋轉(zhuǎn)副軸底部，所述主齒輪通過過渡齒輪驅(qū)動副齒輪轉(zhuǎn)動。
[0013]作為傳動機構(gòu)的第三種優(yōu)選方案，所述傳動機構(gòu)由發(fā)電機、導(dǎo)線以及電動機構(gòu)成；所述發(fā)電機與旋轉(zhuǎn)主軸底部固定連接，所述電動機與旋轉(zhuǎn)副軸底部固定連接，所述發(fā)電機經(jīng)由導(dǎo)線將電傳輸至電動機并驅(qū)使電動機旋轉(zhuǎn)。
[0014]本實用新型的有益效果在于:
[0015]I)、本實用新型用固定放置在旋轉(zhuǎn)磁鐵盤上的三個互成120°夾角的柱狀磁鐵塊替代三相異步電動機中固定不動的三組定子線圈，參觀者或?qū)W習(xí)者能夠通過旋轉(zhuǎn)手搖式手輪，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)主軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)主軸經(jīng)過傳動機構(gòu)使旋轉(zhuǎn)副軸旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)磁鐵盤旋轉(zhuǎn)，進而空心蛋狀的金屬物體在各種因素的綜合作用下由躺伏狀變?yōu)榱⑵馉畈⑶倚D(zhuǎn)。由于圓盤為透明狀，因此觀眾可以清晰地觀察到柱狀磁鐵的旋轉(zhuǎn)過程，從而大大促進了參觀者或?qū)W習(xí)者對周圍的空間具有磁場的認知。
[0016]2)、當設(shè)置在旋轉(zhuǎn)磁鐵盤上的三個互成120°夾角的柱狀磁鐵塊在周圍的空間形成旋轉(zhuǎn)磁場后，由于空心蛋狀的金屬物體即空心金屬蛋是閉合導(dǎo)體，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下空心金屬蛋會產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成磁場，帶電的空心金屬蛋在磁場中受到力的作用旋轉(zhuǎn)起來，并且因為空心金屬蛋的質(zhì)量分布不均勻，當空心金屬蛋快速旋轉(zhuǎn)時，在離心力、重力以及摩擦力的作用下空心金屬蛋便可以由橫臥姿態(tài)而豎立起來；參觀者或?qū)W習(xí)者能夠直觀地觀察到隨著手輪的順時針旋轉(zhuǎn)或逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁鐵盤的旋轉(zhuǎn)狀況與空心金屬蛋的旋轉(zhuǎn)狀況之間的關(guān)系，有利于促進參觀者在教學(xué)過程中對三相異步電動機的工作原理的理解；同時，通過搖動手輪也增加了該儀器演示過程中的互動性和趣味性，大大提高了教學(xué)質(zhì)量。
[0017]3)、旋轉(zhuǎn)磁鐵盤與透明圓盤盤底之間的間隙在I?6mm之間，使旋轉(zhuǎn)磁場的作用空間能夠有效覆蓋透明圓盤，增加空心金屬蛋閉合導(dǎo)體對磁場中磁感線的切割，使空心金屬蛋在磁場中受到力增大，從而能以更快的速度發(fā)生旋轉(zhuǎn)；并且，三個柱狀磁鐵塊互成120°夾角固定放置在旋轉(zhuǎn)磁鐵盤上，使得旋轉(zhuǎn)磁場分布更加均勻，不會造成空心金屬蛋的無規(guī)則運動，使結(jié)果更易形象直觀地被觀察到。
[0018]4)、本實用新型設(shè)有活動連接的罩殼即有機玻璃蓋，可根據(jù)使用需要打開或關(guān)閉有機玻璃蓋，在演示過程中，有機玻璃蓋與碗狀的透明圓盤構(gòu)成一個封閉的空間，降低了外界的電磁干擾，為教學(xué)成果提供了保證，同時也發(fā)揮了長期放置時的防塵作用。
[0019]5)、本實用新型由人力驅(qū)動而無需連接電源，可根據(jù)實際需要在各種場所進行演示，符合節(jié)能減排的社會需要，并且結(jié)構(gòu)簡單，降低維護費用，適合于長期的教學(xué)使用。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型手搖式皮帶傳動結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實用新型手搖式齒輪傳動結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本實用新型手搖式發(fā)電機驅(qū)動構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本實用新型旋轉(zhuǎn)磁鐵盤的俯視圖。
[0024]圖中標記符號的含義如下:
[0025]10-支架11-臺面板
[0026]20-驅(qū)動機構(gòu)21-手輪22-旋轉(zhuǎn)主軸23-主軸承座
[0027]24a-主皮帶輪 25a_皮帶 26a_副皮帶輪
[0028]24b-主齒輪25b-過渡齒輪26b_副齒輪
[0029]24c_發(fā)電機25c_導(dǎo)線26c_電動機
[0030]27-旋轉(zhuǎn)副軸28-副軸承座
[0031]30-旋轉(zhuǎn)磁鐵盤31-磁鐵塊
[0032]40-金屬物體50-透明圓盤60-罩殼
【具體實施方式】
[0033]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步地詳細描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。
[0034]實施例1
[0035]如圖1所示，圖例為一種皮帶傳動的手搖式旋轉(zhuǎn)磁場演示儀。
[0036]該演示儀包括臺面板11，在臺面板11下部設(shè)有與臺面板11固定連接的碗狀的透明圓盤50以及置于透明圓盤50底端中心處的金屬物體40即空心金屬蛋，透明圓盤50的正下方還設(shè)有旋轉(zhuǎn)磁鐵盤30，旋轉(zhuǎn)磁鐵盤30與透明圓盤50盤底之間的間隙在I?6mm之間，旋轉(zhuǎn)磁鐵盤30固設(shè)在旋轉(zhuǎn)副軸27上，旋轉(zhuǎn)副軸27套設(shè)固定于副軸承座28上；如圖4所示，在旋轉(zhuǎn)磁鐵盤30上設(shè)有三個柱狀的磁鐵塊31，三個磁鐵塊31互成120°夾角固定放置在旋轉(zhuǎn)磁鐵盤30上；如圖1所示，旋轉(zhuǎn)副軸27與旋轉(zhuǎn)主軸22之間通過皮帶傳動機構(gòu)連接，旋轉(zhuǎn)主軸22上套設(shè)固定于主軸承座23中，皮帶傳動機構(gòu)由主皮帶輪24a、皮帶25a以及副皮帶輪26a構(gòu)成，主皮帶輪24a固定安裝在旋轉(zhuǎn)主軸22底部，副皮帶輪26a固定安裝在旋轉(zhuǎn)副軸27底部，主皮帶輪24a在旋轉(zhuǎn)的同時由皮帶25a驅(qū)動副皮帶輪26a轉(zhuǎn)動。
[0037]該演示儀在臺面板11的上部設(shè)有手搖式的手輪21，手輪21套設(shè)固定在伸出在臺面板11上側(cè)的旋轉(zhuǎn)主軸22上，手輪21轉(zhuǎn)動并驅(qū)動旋轉(zhuǎn)主軸22旋轉(zhuǎn)；臺面板11的上部還設(shè)有罩殼60即透明的有機玻璃罩，有機玻璃罩活動安裝在臺面板11上，并與透明圓盤50構(gòu)成一個封閉的空間。
[0038]該演示儀還設(shè)有固定支撐臺面板11的支架10。
[0039]下面結(jié)合附圖對該演示儀的工作過程做詳細說明。
[0040]首先，參觀者或?qū)W習(xí)者以順時針方向旋轉(zhuǎn)手輪21，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)主軸22發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)主軸22接著帶動主皮帶輪24a以及皮帶25a旋轉(zhuǎn)，進而副皮帶輪26a