CN110390862A - 用于模拟三相异步电机的示教设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于模拟三相异步电机的示教设备，包括座体、旋转电机、圆型筒体、立臂、支撑轴、悬吊线、偶数个磁条及转子。圆型筒体位于座体上方，底部安装于输出轴，顶部具有敞开口，侧壁开设有观察视窗；立臂的底部安装于座体上，顶部向外延伸出位于圆型筒体对应上方的悬臂；支撑轴从敞开口伸入圆型筒体并与圆型筒体间隙配合；悬吊线的第一端与支撑轴连接，第二端与悬臂连接而将支撑轴悬吊于圆型筒体内；磁条呈两两相对且极性相反的布置，相邻两磁条之间具有一个观察视窗；转子包含导体转子及非导体转子，导体转子及非导体转子各具有套接腔，支撑轴选择性地套装于导体转子及非导体转子中任一者的套接腔内，达到摩擦最低及直观理解的目的。

Description

用于模拟三相异步电机的示教设备

技术领域

本发明涉及一种辅助课堂教学的示教设备，尤其涉及一种用于模拟三相异步电机的示教设备。

背景技术

随着经济的不断发展及社会的不断进步，为人们的生产生活提供各式各样的物质消费品，而三相异步电机就是诸多物质消费品中一种。

众所周知，三相异步电机是通过转子的转速低于旋转磁场的转速，使转子中的绕组与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，从而实现能量变换的设备。为了使得学生直观、易懂地加深对三相异步电机的旋转磁场感应电动势的原理理解，故用于模拟三相异步电机的实验装置应运而生。

但是，在现有的实验装置中，由于其模拟的转子与定子之间因设计不合理而存在摩擦阻力大，同时，于课堂教学中不能很好地被学生直观地去理解。

因此，急需要一种应用于课堂教学且达到摩擦最低及直观理解的用于模拟三相异步电机的示教设备来克服上述的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于课堂教学且达到摩擦最低及直观理解的用于模拟三相异步电机的示教设备。

为实现上述的目的，本发明提供了一种用于模拟三相异步电机的示教设备，包括座体、旋转电机、圆型筒体、立臂、支撑轴、悬吊线、转子及安装在所述圆型筒体的侧壁上并沿所述圆型筒体的周向间隔开的偶数个磁条。所述旋转电机安装于所述座体的底部且输出轴向上穿过所述座体；所述圆型筒体位于所述座体上方，所述圆型筒体的底部安装于所述旋转电机的输出轴上，所述圆型筒体的顶部具有敞开口，所述圆型筒体的侧壁开设有观察视窗，所述观察视窗沿所述圆型筒体的周向呈间隔开地围成一圈；所述立臂的底部安装于所述座体上的立臂，所述立臂的顶部向外延伸出位于所述圆型筒体对应上方的悬臂；所述支撑轴从所述敞开口伸入所述圆型筒体并与所述圆型筒体间隙配合；所述悬吊线的第一端与所述支撑轴连接，所述悬吊线的第二端与所述悬臂连接而将所述支撑轴悬吊于所述圆型筒体内；所述磁条呈两两相对且极性相反的布置，相邻两所述磁条之间具有一个所述观察视窗；所述转子包含导体转子及非导体转子，所述导体转子及非导体转子各具有套接腔，所述支撑轴选择性地套装于所述导体转子及非导体转子中任一者的套接腔内。

较佳地，所述支撑轴包含圆锥顶盖、圆盘底盖及多个沿所述圆盘底盖的周向呈间隔开地围成一圈的支撑柱，所述支撑柱的顶部安装在所述圆锥顶盖上，所述支撑柱的底部安装在所述圆盘底盖上。

较佳地，所述圆锥顶盖的锥心处安装有一吊钩，所述悬吊线与所述吊钩连接。

较佳地，所述圆锥顶盖开设有多个沿所述圆锥顶盖的周向呈等间隔地围成一圈的圆通孔。

较佳地，所述导体转子及非导体转子各包含圆心环、匹配所述圆锥顶盖的圆锥环及多个沿所述圆心环的周向间隔开地围成一圈的筋条，所述筋条、圆锥环及圆心环三者连成一体并围出所述套接腔，所述导体转子中的筋条、圆锥环及圆心环三者还围成闭合回路。

较佳地，所述圆型筒体沿所述圆型筒体的径向向外延伸出数量与所述磁条相同的筋条，所有的所述筋条沿所述圆型筒体的周向围成一圈，每个所述筋条开设有供所述磁条上下插装的插置槽。

较佳地，所述立臂与所述悬臂相垂直并围出L型结构。

较佳地，所述磁条的横截面为矩形。

与现有技术相比，由于悬吊线将支撑轴悬吊于圆型筒体内，圆型筒体的侧壁开设有观察视窗，观察视窗沿圆型筒体的周向呈间隔开地围成一圈，偶数个磁条安装在圆型筒体的侧壁上并沿圆型筒体的周向间隔开，且磁条呈两两相对且极性相反的布置，相邻两磁条之间具有一个观察视窗，使得圆型筒体与磁条构成模拟成三相异步电机中的定子，而转子包含导体转子及非导体转子，导体转子及非导体转子各具有套接腔，支撑轴选择性地套装于导体转子及非导体转子中任一者的套接腔内，故在课堂教学过程中，通过将支撑轴处的导体转子更换成非导体转子，或者将支撑轴处的非导体转子更换成导体转子，便可以直接、易懂地加深学生对三相异步电机中的旋转磁场感应电动原理的理解；同时，正由于支撑轴选择性地套装于导体转子或非导体转子的套接腔内，而支撑轴通过悬吊线而使支撑轴及支撑轴处的导体转子或非导体转子悬吊于圆型筒体内，故在旋转磁场感应电动过程中将支撑轴的摩擦减少到最低。

附图说明

图1是本发明的用于模拟三相异步电机的示教设备在导体转子套装于支撑轴上时的主视图。

图2是本发明的用于模拟三相异步电机的示教设备在非导体转子套装于支撑轴上时的主视图。

图3是本发明的用于模拟三相异步电机的示教设备在支撑轴未套装有导体转子或非导体转子时的主视图。

图4是本发明的用于模拟三相异步电机的示教设备中的圆型筒体的立体结构示意图。

图5是本发明的用于模拟三相异步电机的示教设备中的支撑轴的立体结构示意图。

图6是本发明的用于模拟三相异步电机的示教设备中的导体转子的立体结构示意图。

图7是本发明的用于模拟三相异步电机的示教设备中的非导体转子的立体结构示意图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。

请参阅图1至图3，本发明的用于模拟三相异步电机的示教设备100包括座体10、旋转电机20、圆型筒体30、立臂40、支撑轴50、悬吊线60、转子及安装在圆型筒体30的侧壁上并沿圆型筒体30的周向间隔开的偶数个磁条70。旋转电机20安装于座体10的底部且输出轴向上穿过座体10。圆型筒体30位于座体10上方，圆型筒体30的底部安装于旋转电机20的输出轴上，使圆型筒体30通过旋转电机20而悬置于座体10的上方，防止座体10于圆型筒体30旋转过程中对圆型筒体30造成阻挡；圆型筒体30的顶部具有敞开口31，圆型筒体30的侧壁开设有使圆型筒体30的内部与外界相通的观察视窗33，观察视窗33沿圆型筒体30的周向呈间隔开地围成一圈，较优的是沿圆型筒体30的周向呈等间隔开地围成一圈，状态见图4所示，以确保圆型筒体30各处重量分布的均匀性。立臂40的底部安装于座体10上，立臂40的顶部向外延伸出位于圆型筒体30对应上方的悬臂41，较优的是，立臂40与悬臂41相垂直并围出L型结构，以使得避开立臂40对圆型筒体30的旋转造成阻挡，但不限于此。支撑轴50从敞开口31伸入圆型筒体30并与圆型筒体30间隙配合；悬吊线60较优为一柔性的线条，如尼龙线等，但不限于此；悬吊线60的第一端与支撑轴50连接，悬吊线60的第二端与立臂40的顶部连接，从而将支撑轴50悬吊于圆型筒体30内，使得此时的支撑轴50沿圆型筒体30的径向与圆型筒体30相隔开，以防止圆型筒体30于旋转过程中与支撑轴50之间造成干涉。磁条70呈两两相对且极性相反的布置，相邻两磁条70之间具有一个观察视窗33；举例而言，磁条70的数量为6个，对应地，观察视窗33也为6个，使得它们的数量呈相同的设置，当然，根据实际需要，磁条70及观察视窗33的数量还可以为四个或八个不等，故不以此为限。转子包含导体转子80a及非导体转子80b，使得导体转子80a于旋转磁场中做切割运动时能产生电动势和电流，而非导体转子80b于旋转磁场中做切割运动时不会产生电动势及电流；且导体转子80a及非导体转子80b各具有套接腔84a、84b(见图6及图7)；支撑轴50选择性地套装于导体转子80a及非导体转子80b中任一者的套接腔84a、84b，即如图6及图7所示，当支撑轴50套装于导体转子80a的套接腔84a后，此时的非导体转子80b处于后备状态，当支撑轴50套装于非导体转子80b的套接腔84a后，此时的导体转子80a处于备用状态。更具体地，如下：

如图5所示，支撑轴50包含圆锥顶盖51、圆盘底盖52及多个沿圆盘底盖52的周向呈间隔开围成一圈的支撑柱53，支撑柱53的顶部安装在圆锥顶盖51上，支撑柱53的底部安装在圆盘底盖52上，使得三者围成镂空结构，从而便于支撑轴50制造，还使得支撑轴50的旋转更灵活顺畅，但不限于此。更具体地，圆锥顶盖51的锥心处具有一吊钩54，悬吊线60与吊钩54连接，使得悬吊线60与吊钩54的连接处位于圆锥顶盖51的锥心处，从而使得悬吊线60在竖直方向的悬吊中心线与支撑轴50的轴心线相重合，有效地防止支撑轴50于旋转过程中产生径向窜动，确保支撑轴50旋转的平稳可靠性；较优的是，圆锥顶盖51开设有多个沿圆锥顶盖51的周向呈等间隔地围成一圈的圆通孔511，以减轻圆锥顶盖51的重量，但不限于此；而所有的支撑柱53沿圆盘底盖52的周向呈等间隔地围成一圈，使得所有的支撑柱53在圆盘底盖52上呈均匀布置，确保各处重量一致性。

如图6所示，导体转子80a包含匹配圆锥顶盖51的圆锥环81a、空心的圆心环82a及多个沿圆心环82a的周向间隔开地围成一圈的筋条83a。筋条83a、圆锥环81a及圆心环82a三者连成一体并围出套接腔84a，藉由套接腔84a而使得支撑轴套装于导体转子80a的套接腔84a内，更利于导体转子80a与支撑轴50的装卸；导体转子80a中的筋条83a、圆锥环81a及圆心环82a三者还围成闭合回路，以使得导体转子80a在做切割运动过程中能产生感应电动势和感应电流，再借助感应电流去产生感应磁场，从而利用导体转子80a产生的感应磁场与旋转磁场相互作用使得导体转子80a跟随圆型筒体30做同向差速的旋转。举例而言，圆锥环81a的中心开设有供吊钩54穿过的圆心孔811a，同时，圆锥环81a还开设有围绕圆心孔811a的造型孔812a，以减少导体转子80a的重量，从而更利于导体转子80a旋转顺畅性，但不限于此。

如图7所示，非导体转子80b包含匹配圆锥顶盖51的圆锥环81b、空心的圆心环82b及多个沿圆心环82b的周向间隔开地围成一圈的筋条83b。筋条83b、圆锥环81b及圆心环82b三者连成一体并围出套接腔84b，藉由套接腔84b而使得支撑轴50套装于非导体转子80b的套接腔84b内，更利于非导体转子80b与支撑轴50的装卸；由于非导体转子80b由非导体材料制成，故在非导体转子80b做切割运动过程中不会产生感应电动势和感应电流，故非导体转子80b不会跟随圆型筒体30做同向差速的旋转。举例而言，圆锥环81b的中心开设有供吊钩54穿过的圆心孔811b，同时，圆锥环81b还开设有围绕圆心孔811b的造型孔812b，以减少非导体转子80b的重量，但不限于此。

如图4所示，圆型筒体30呈圆柱形并沿圆型筒体30的径向向外延伸出数量与磁条70相同的筋条32，所有的筋条32沿圆型筒体32的周向围成一圈，每个筋条32开设有供磁条70上下插装的插置槽321，以适应于磁条70的快速拆装要求；较优的是，磁条70的横截面为矩形，但不限于此。

结合附图，对本发明的用于模拟三相异步电机的示教设备的工作原理进行说明：工作时，先将导体转子80a装于支撑轴50上，接着，开启旋转电机20，由旋转电机20驱使圆型筒体30旋转，从而由旋转的圆型筒体30带动圆型筒体30上的磁条70产生旋转磁场，而此时的导体转子80a便做切割旋转磁场的运动，使得导体转子80a内产生感应电动势并形成感应电流，而感应电流使得导体转子80a于旋转磁场中产生感应磁场，故在感应磁场与旋转磁场的相互作用下，使得导体转子80a跟随圆型筒体30旋转，此时的导体转子80a的转速总是小于旋转磁场的速度，构成同向差速；通过调整旋转电机20的转速，导体转子80a的转速也发生变化。然后，停止旋转电机20的工作，将导体转子80a从支撑轴50上拆下，再换上非导体转子80b；当换上非导体转子80b后，此时再启动旋转电机20，由旋转电机20带动圆型筒体30上的磁条70产生旋转磁场；由于非导体转子80b由非导体材料制成，故非导体转子80b不会跟随圆型筒体30旋转。因此，通过上述的工作过程便直观、易懂地加深学生对旋转磁场感应电势原理的理解。

与现有技术相比，由于悬吊线60将支撑轴50悬吊于圆型筒体30内，圆型筒体30的侧壁开设有观察视窗33，观察视窗33沿圆型筒体30的周向呈间隔开地围成一圈，偶数个磁条70安装在圆型筒体30的侧壁上并沿圆型筒体30的周向间隔开，且磁条70呈两两相对且极性相反的布置，相邻两磁条70之间具有一个观察视窗33，使得圆型筒体30与磁条70构成模拟成三相异步电机中的定子，而转子包含导体转子80a及非导体转子80b，导体转子80a及非导体转子80b各具有套接腔84a、84b，支撑轴50选择性地套装于导体转子80a及非导体转子80b中任一者的套接腔84a、84b内，故在课堂教学过程中，通过将支撑轴50处的导体转子80a更换成非导体转子80b，或者将支撑轴50处的非导体转子80b更换成导体转子80a，便可以直接、易懂地加深学生对三相异步电机中的旋转磁场感应电动原理的理解；同时，正由于支撑轴50选择性地套装于导体转子80a或非导体转子80b的套接腔84a、84b内，而支撑轴50通过悬吊线60而使支撑轴50及支撑轴50处的导体转子80a或非导体转子80b悬吊于圆型筒体30内，故在旋转磁场感应电动过程中将支撑轴50的摩擦减少到最低。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种用于模拟三相异步电机的示教设备，其特征在于，包括：

座体；

安装于所述座体的底部且输出轴向上穿过所述座体的旋转电机；

位于所述座体上方的圆型筒体，所述圆型筒体的底部安装于所述旋转电机的输出轴上，所述圆型筒体的顶部具有敞开口，所述圆型筒体的侧壁开设有观察视窗，所述观察视窗沿所述圆型筒体的周向呈间隔开地围成一圈；

底部安装于所述座体上的立臂，所述立臂的顶部向外延伸出位于所述圆型筒体对应上方的悬臂；

从所述敞开口伸入所述圆型筒体并与所述圆型筒体间隙配合的支撑轴；

悬吊线，所述悬吊线的第一端与所述支撑轴连接，所述悬吊线的第二端与所述悬臂连接而将所述支撑轴悬吊于所述圆型筒体内；

安装在所述圆型筒体的侧壁上并沿所述圆型筒体的周向间隔开的偶数个磁条，所述磁条呈两两相对且极性相反的布置，相邻两所述磁条之间具有一个所述观察视窗；以及

转子，所述转子包含导体转子及非导体转子，所述导体转子及非导体转子各具有套接腔，所述支撑轴选择性地套装于所述导体转子及非导体转子中任一者的套接腔内。

2.根据权利要求1所述的用于模拟三相异步电机的示教设备，其特征在于，所述支撑轴包含圆锥顶盖、圆盘底盖及多个沿所述圆盘底盖的周向呈间隔开地围成一圈的支撑柱，所述支撑柱的顶部安装在所述圆锥顶盖上，所述支撑柱的底部安装在所述圆盘底盖上。

3.根据权利要求2所述的用于模拟三相异步电机的示教设备，其特征在于，所述圆锥顶盖的锥心处安装有一吊钩，所述悬吊线与所述吊钩连接。

4.根据权利要求2所述的用于模拟三相异步电机的示教设备，其特征在于，所述圆锥顶盖开设有多个沿所述圆锥顶盖的周向呈等间隔地围成一圈的圆通孔。

5.根据权利要求2所述的用于模拟三相异步电机的示教设备，其特征在于，所述导体转子及非导体转子各包含圆心环、匹配所述圆锥顶盖的圆锥环及多个沿所述圆心环的周向间隔开地围成一圈的筋条，所述筋条、圆锥环及圆心环三者连成一体并围出所述套接腔，所述导体转子中的筋条、圆锥环及圆心环三者还围成闭合回路。

6.根据权利要求1所述的用于模拟三相异步电机的示教设备，其特征在于，所述圆型筒体沿所述圆型筒体的径向向外延伸出数量与所述磁条相同的筋条，所有的所述筋条沿所述圆型筒体的周向围成一圈，每个所述筋条开设有供所述磁条上下插装的插置槽。

7.根据权利要求1所述的用于模拟三相异步电机的示教设备，其特征在于，所述立臂与所述悬臂相垂直并围出L型结构。

8.根据权利要求1所述的用于模拟三相异步电机的示教设备，其特征在于，所述磁条的横截面为矩形。