CN103985310B - 磁悬浮地月系演示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁悬浮地月系演示装置。地球模型设置于环形磁铁正下方，内部设有两个环形磁体；电机和行星齿轮中心齿轮中轴固定装配，并位于地球模型的正上方；悬浮环形电磁铁位于地球模型正下方，为支撑地球仪悬浮提供微调；LED灯位于支架上，并延竖直方向排列，便于形成垂直于地球模型的平行光；蓄电池和导线安装在磁悬浮底座内部，导线沿着空心管道向正上方的电机供电；月球模型通过透明尼龙细线挂在行星齿轮的小行星齿中轴A点；有益效果是既可以向参观者展示地球和月球在太空的自转以及公转，同时也演示了磁悬浮技术。并且可以不需外加电源仅仅依靠太阳能维持运转。展示功能多，科技含量高，演示效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种天文地理教学演示仪器，特别涉及一种磁悬浮地月系演示装置。
背景技术
现有的地球月球仪，大都是采用金属杆支撑的圆球，在电机带动下，沿着轨道做平面运动，趣味性低，无法同时演示地球自转和月球自转以及绕地球公转，更无法演示月球月相变化，这些都制约了其推广应用，另外现有的磁悬浮地球仪采用了磁悬浮原理但是必须外部通电才能保持悬浮，断电就会自动下落，导致损坏，不能在室外使用。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种磁悬浮地月系演示装置,既可以向参观者展示地球和月球在太空的自转以及公转，同时也演示了磁悬浮技术。并且可以不需外加电源仅仅依靠太阳能维持运转。展示功能多，科技含量高，演示效果好。
其技术方案是：包括微型电机、行星齿轮、环形磁铁、导线、支架、LED灯、地球模型、悬浮电磁铁、蓄电池、底座、太阳能电池板、底座环形磁铁、地球模型内下部磁铁、地球模型内上部磁铁、月球内部磁铁、月球模型、透明尼龙细线、上部吊架，所述的支架为空心的弧形管结构，支架的底部固定在底座的一侧，顶部固定微型电机、行星齿轮和环形磁铁，在支架的中部延竖直方向安装LED灯；所述的底座呈环形盆地状，内部安装底座环形磁铁，在底座环形磁铁的外部绕有线圈，底座外表面贴有太阳能电池板，并将产生的电充入内置蓄电池中，底座的上部设有悬浮的地球模型，地球模型上下分别设有地球模型内上部磁铁和地球模型内下部磁铁；
所述支架顶部的微型电机与行星齿轮的中心轮固定装配，并位于地球模型的正上方，行星齿轮中的小行星轮中轴A与透明尼龙细线固定，透明尼龙细线的另一端连接到月球模型，月球模型内设有月球内部磁铁，月球模型在地球模型内部两个环形磁铁的排斥力以及尼龙细线的作用下，在地球模型的外部圆周方向进行自转同时绕着地球模型公转。
上述底座环形磁铁外部的线圈通过导线连接到内置控制芯片上，控制芯片由内置的蓄电池供电，所述的线圈能够提供微小变化的磁场，维持地球模型的悬浮状态。
上述的地球模型内上部磁铁的直径为3~6cm，所述的地球模型内下部磁铁的直径为10~18cm，悬浮时，地球模型的重心在下半部分；而底座上的底座环形磁铁，其直径是12~25cm，地球模型置于底座环形磁铁的正上方。
上述的地球模型内下部磁铁的上表面对称设有四个圆形钕铁硼永磁铁，使地球模型内下部磁铁的磁场呈不均匀分布。
上述的地球模型内下部磁铁与底座环形磁铁设置为同名磁极，地球模型内上部磁铁与支架上的环形磁铁为异名磁极；所述的月球内部磁铁的上部与地球模型内上部磁铁为异名磁极，月球内部磁铁的下部与地球模型内下部磁铁为异名磁极，并通过地球模型内下部磁铁的电磁铁微小的磁力调整而使月球模型飘离地球模型，悬浮于地球模型斜上方。
本发明的有益效果是：充分利用了磁悬浮技术，将地球模型和月球模型悬浮在空中，实现月球的自转及公转，并充分利用月球模型内部磁铁公转时推动环形磁性不均匀的环形磁铁为地球自转提供能量；LED灯的产生平行光，配合月球的公转可以演示日食和月食现象，用极其精简的机构实现地球和月球的悬浮以及自转、公转，并且可以利用太阳能，在户外也可以正常使用；内部含有内置电池，对于突发性断电也可以防止地球模型掉落，整体结构简洁，演示功能齐全。
附图说明
附图1是本发明的整体结构示意图；
附图2为支架的右视图；
附图3为行星齿轮的结构示意图；
附图4为地球模型内下部磁铁的示意图；
附图5为地球模型内下部磁铁的左视图；
上图中：微型电机（1）、行星齿轮（2）、环形磁铁（3）、导线（4）、支架（5）、LED灯（6）、地球模型（7）、悬浮电磁铁（8）、控制芯片（9）、蓄电池（10）、外接电源插口（11）、底座（12）、太阳能电池板（13）、底座环形磁铁（14）、地球模型内下部磁铁（15）、地球模型内上部磁铁（16）、月球内部磁铁（17）、月球模型（18）、透明尼龙细线（19）、上部吊架（20）；钕铁硼永磁铁（1501）。
具体实施方式
结合附图1，对本发明作进一步的描述：
本发明包括微型电机1、行星齿轮2、环形磁铁3、导线4、支架5、LED灯6、地球模型7、悬浮电磁铁8、蓄电池10、底座12、太阳能电池板13、底座环形磁铁14、地球模型内下部磁铁15、地球模型内上部磁铁16、月球内部磁铁17、月球模型18、透明尼龙细线19、上部吊架20，所述的支架5为空心的弧形管结构，支架5的底部固定在底座12的一侧，顶部固定微型电机1、行星齿轮2和环形磁铁3，在支架的中部延竖直方向安装LED灯6；所述的底座12呈环形盆地状，内部安装底座环形磁铁14，在底座环形磁铁14的外部绕有线圈，底座12外表面贴有太阳能电池板13，并将产生的电充入内置蓄电池10中，底座12的上部设有悬浮的地球模型7，地球模型7上下分别设有地球模型内上部磁铁16和地球模型内下部磁铁15；
所述支架5顶部的微型电机1与行星齿轮2的中心轮固定装配，并位于地球模型7的正上方，行星齿轮2中的小行星轮中轴A与透明尼龙细线19固定，透明尼龙细线19的另一端连接到月球模型18，月球模型18内设有月球内部磁铁17，月球模型18在地球模型7内部两个环形磁铁的排斥力以及尼龙细线的作用下，在地球模型的外部圆周方向进行自转同时绕着地球模型公转。
上述底座环形磁铁14外部的线圈通过导线连接到内置控制芯片9上，控制芯片9由内置的蓄电池10供电，所述的线圈能够提供微小变化的磁场，维持地球模型的悬浮状态。
上述的地球模型内上部磁铁16的直径为3~6cm，所述的地球模型内下部磁铁15的直径为10~18cm，悬浮时，地球模型的重心在下半部分；而底座12上的底座环形磁铁14，其直径是12~25cm，地球模型7置于底座环形磁铁14的正上方。
上述的地球模型内下部磁铁15的上表面对称设有四个圆形钕铁硼永磁铁1501，使地球模型内下部磁铁15的磁场呈不均匀分布。
上述的地球模型内下部磁铁15与底座环形磁铁14设置为同名磁极，地球模型内上部磁铁16与支架上的环形磁铁3为异名磁极；所述的月球内部磁铁17的上部与地球模型内上部磁铁16为异名磁极，月球内部磁铁17的下部与地球模型内下部磁铁15为异名磁极，并通过地球模型内下部磁铁15的电磁铁微小的磁力调整而使月球模型飘离地球模型，悬浮于地球模型斜上方。
如图1所示，本发明所述的双磁悬浮效果是这样实现的：地球模型北极和南极处分别设置有两个环形磁铁，上部的环形磁铁小（直径约3~6cm），下部的环形磁铁是上部磁铁的三倍左右（直径约为10~18cm），悬浮时，地球模型的重心在下半部分。底座设置有环形磁铁，其直径是地球模型内部环形永磁体的120%~125%（直径约为12~25cm），将地球模型7置于底座环形磁铁14正上方。月球模型18内部装有月球内部磁铁17，上端设有小铁环，透明尼龙细线19一端拴在小铁环上，另一端系在行星齿轮2小行星齿中轴上A点附近，在地球模型下部的环形磁铁由于底座环形磁铁14同名磁极磁力的排斥作用，同时支架上的环形磁铁对地球模型上部磁铁的吸引作用，以及控制芯片10调整下的电磁铁微小的磁力调整而呈现悬浮状态，月球模型内部环形磁铁在地球内部磁铁15和16同名磁极排斥力以及尼龙细线的拉力作用下飘离地球模型，悬浮于地球模型斜上方。必须使所有环形磁铁的磁极如图1的布置方式进行布置（或者完全相反），否则无法达到双磁悬浮的效果。
如图2所示，电机1与行星齿轮2的中心轮固定装配，行星齿轮系2中的小行星轮中轴A与透明尼龙细线固定，当电机开动时，带动行星齿轮中心转动时，中心轮推动小行星轮自转并能够绕着中心公转，由于透明尼龙细线19固定在小行星轮的中心轴上，能够将小行星轮的公转和自转传递到月球模型18上，月球模型18在地球模型7内部两个环形磁铁的排斥力以及尼龙细线的作用下，在距离地球模型一定距离的空间上自转同时绕着地球公转。
所述的底座12，呈环形盆地状，其高度刚好满足底座环形磁铁14的放置空间，高度4~8cm，直径25~35cm。在底座环形磁铁14的外部绕有线圈，线圈通过导线连接到内置控制芯片9上，控制芯片9由内置蓄电池10供电。所述的线圈能够提供微小变化的磁场，维持地球模型的悬浮状态。底座12外表面贴有太阳能电池13，并将产生的电充入内置蓄电池10中。在底座的后部，设有电源线插口11，可以通过外部的电源对内置蓄电池10进行充电。
如图3所示，支架是空心硬质塑料管加工成圆弧形，保证月球模型饶转过程不会受到影响，在支架中部延竖直方向排列着11个LED灯珠，便于形成垂直于地球模型的平行光，模拟太阳平行光源；
日食和月食效果是这样实现的：当月球模型公转到地球模型和LED灯（模拟太阳对地月系统形成的平行光）之间，由于月球模型的遮挡作用，就会在地球模型上留下一个圆形黑影，对应于日食现象；当月球公转到原理LED灯的一端时，地球模型就会挡住投降月球模型的光，对应于月食现象。
如图4图5所示，在地球模型7内部下方的环形磁铁的上表面，对称的设有四个圆形钕铁硼永磁铁1501，使得下部的环形磁铁的磁场在环向上呈不均匀分布，由于地球模型7完全呈悬浮状态，自转阻力极小。月球模型自转的同时，其内部的磁力足以就推动着地球模型内部磁力不均匀的环形磁铁旋转，也就带动地球模型进行自转。
Claims (4)
1.一种磁悬浮地月系演示装置，其特征是：包括微型电机（1）、行星齿轮（2）、环形磁铁（3）、导线（4）、支架（5）、LED灯（6）、地球模型（7）、悬浮电磁铁（8）、蓄电池（10）、底座（12）、太阳能电池板（13）、底座环形磁铁（14）、地球模型内下部磁铁（15）、地球模型内上部磁铁（16）、月球内部磁铁（17）、月球模型（18）、透明尼龙细线（19）、上部吊架（20），所述的支架（5）为空心的弧形管结构，支架（5）的底部固定在底座（12）的一侧，顶部固定微型电机（1）、行星齿轮（2）和环形磁铁（3），在支架的中部沿竖直方向安装LED灯（6）；所述的底座（12）呈环形盆地状，内部安装底座环形磁铁（14），在底座环形磁铁（14）的外部绕有线圈，底座（12）外表面贴有太阳能电池板（13），并将产生的电充入内置蓄电池（10）中，底座（12）的上部设有悬浮的地球模型（7），地球模型（7）上下分别设有地球模型内上部磁铁（16）和地球模型内下部磁铁（15）；
其中，下部的地球模型内下部磁铁（15）的直径是地球模型内上部磁铁（16）的直径的三倍，底座设置有底座环形磁铁（14），其直径是下部的地球模型内下部磁铁（15）的直径的120%~125%；
所述支架（5）顶部的微型电机（1）与行星齿轮（2）的中心轮固定装配，并位于地球模型（7）的正上方，行星齿轮（2）中的小行星轮中轴A与透明尼龙细线（19）固定，透明尼龙细线（19）的另一端连接到月球模型（18），月球模型（18）内设有月球内部磁铁（17），月球模型（18）在地球模型（7）内部两个环形磁铁的排斥力以及尼龙细线的作用下，在地球模型的外部圆周方向进行自转同时绕着地球模型公转；
所述的地球模型内下部磁铁（15）的上表面对称设有四个圆形钕铁硼永磁铁（1501），使地球模型内下部磁铁（15）的磁场呈不均匀分布。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮地月系演示装置，其特征是：所述底座环形磁铁（14）外部的线圈通过导线连接到内置控制芯片（9）上，控制芯片（9）由内置的蓄电池（10）供电，所述的线圈能够提供微小变化的磁场，维持地球模型的悬浮状态。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮地月系演示装置，其特征是：所述的地球模型内上部磁铁（16）的直径为3~6cm，所述的地球模型内下部磁铁（15）的直径为10~18cm，悬浮时，地球模型的重心在下半部分；而底座（12）上的底座环形磁铁（14），其直径是12~25cm，地球模型（7）置于底座环形磁铁（14）的正上方。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮地月系演示装置，其特征是：所述的地球模型内下部磁铁（15）与底座环形磁铁（14）设置为同名磁极，地球模型内上部磁铁（16）与支架上的环形磁铁（3）为异名磁极；所述的月球内部磁铁（17）的上部与地球模型内上部磁铁（16）为异名磁极，月球内部磁铁（17）的下部与地球模型内下部磁铁（15）为异名磁极，并通过地球模型内下部磁铁（15）的电磁铁微小的磁力调整而使月球模型飘离地球模型，悬浮于地球模型斜上方。
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