CN204680280U - 一种旋转磁场演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种旋转磁场演示仪，主要用于科普教育和教学实践活动。本旋转磁场演示仪包括设置在支架上的台面板，该演示仪在台面板上设有非金属材质的透明圆盘，所述透明圆盘的盘底呈凹面状，透明圆盘的盘底处设置有空心的金属物体，所述金属物体呈椭球状或蛋状；所述透明圆盘盘底的正下方还设有板状的旋转磁铁盘，旋转磁铁盘上设有三个大小相同且环绕旋转磁铁盘中心均匀排布的磁铁块，所述透明圆盘盘底中心与旋转磁铁盘的盘面中心处于同一中心线上；所述旋转磁铁盘与驱动装置的输出轴固定联接。本实用新型能让参观者或学习者更加直观的感受到空心金属闭合导体在旋转磁场的作用下产生的现象和三相异步电动机的工作原理，适合长期教学使用。

Description

一种旋转磁场演示仪

技术领域

本实用新型涉及一种旋转磁场演示仪，主要用于科普教育和教学实践活动。

背景技术

三相异步电动机的工作原理是利用三组定子线圈产生旋转磁场，在空心金属转子中产生感应电流，感应电流的磁场与线圈的磁场相互作用，从而驱动转子旋转。

在教学过程中，通常教师都要在黑板上绘制磁场的方向，尽力地描述旋转磁场产生的过程及磁场的状态，由于磁场本身的不可视性，造成了直观教学的困难。在中国专利文献CN 2636348Y中，实用新型了一种三相异步电动机旋转磁场演示器，在箱体面板的中部固定有模拟电动机定子线圈和演示磁场方向的发光二极管，在面板下部固定转换开关，但是结构整体比较复杂，难以更形象直观的观察磁场旋转的方向。其后，在中国专利文献CN201804483U中，实用新型了一种旋转磁场演示装置，用电子电路模拟旋转磁场的产生过程，用LED形象地展示旋转磁场的旋转过程，结构较为简单，但是，装置仅仅能够通过光电形象、直观地演示了旋转磁场在三相交流电接入时的产生、旋转过程，不能够直观的展示空心金属闭合导体在旋转磁场的作用下产生的物理现象，并且LED的使用增加了仪器的维护和使用成本，难以支持长期的教学使用。

实用新型内容

针对上述现有技术中的不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种旋转磁场演示仪，能让参观者或学习者更加直观的感受到空心金属闭合导体在旋转磁场的作用下产生的现象和三相异步电动机的工作原理，并且适合长期教学使用。

为了实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种旋转磁场演示仪，包括设置在支架上的台面板，该演示仪在台面板上设有非金属材质的透明圆盘，所述透明圆盘的盘底呈凹面状，透明圆盘的盘底处设置有空心的金属物体，所述金属物体呈椭球状或蛋状；所述透明圆盘盘底的正下方还设有板状的旋转磁铁盘，所述旋转磁铁盘上设有三个大小相同且环绕旋转磁铁盘中心均匀排布的磁铁块，所述透明圆盘盘底中心与旋转磁铁盘的盘面中心处于同一中心线上；所述旋转磁铁盘与驱动装置的输出轴固定联接。

优选的，所述透明圆盘的上侧盖设有透明的罩壳，所述罩壳活动安装在台面板上，且罩壳与透明圆盘构成一个封闭的空间。

优选的，所述旋转磁铁盘与透明圆盘盘底之间的间隙为1～6mm。

优选的，所述磁铁块呈扁圆柱状。

优选的，所述驱动装置包括便于人手抓握的手轮，所述手轮设置在台面板的上部，且手轮套设固定在旋转主轴上，所述旋转主轴穿过台面板与输出轴即旋转副轴通过传动机构相联接。

作为传动机构的一种优选方案，所述传动机构为皮带传动机构，由主皮带轮、皮带以及副皮带轮构成；所述主皮带轮固定安装在旋转主轴的底部，所述副皮带轮固定安装在旋转副轴底部，所述主皮带轮通过皮带驱动副皮带轮转动。

作为传动机构的另一种优选方案，所述传动机构为齿轮传动机构，由主齿轮、过渡齿轮以及副齿轮构成；所述主齿轮固定安装在旋转主轴底部，所述副齿轮固定安装在旋转副轴底部，所述主齿轮通过过渡齿轮驱动副齿轮转动。

作为传动机构的第三种优选方案，所述传动机构由发电机、导线以及电动机构成；所述发电机与旋转主轴底部固定连接，所述电动机与旋转副轴底部固定连接，所述发电机经由导线将电传输至电动机并驱使电动机旋转。

本实用新型的有益效果在于：

1)、本实用新型用固定放置在旋转磁铁盘上的三个互成120°夹角的柱状磁铁块替代三相异步电动机中固定不动的三组定子线圈，参观者或学习者能够通过旋转手摇式手轮，驱动旋转主轴旋转，旋转主轴经过传动机构使旋转副轴旋转，从而驱动旋转磁铁盘旋转，进而空心蛋状的金属物体在各种因素的综合作用下由躺伏状变为立起状并且旋转。由于圆盘为透明状，因此观众可以清晰地观察到柱状磁铁的旋转过程，从而大大促进了参观者或学习者对周围的空间具有磁场的认知。

2)、当设置在旋转磁铁盘上的三个互成120°夹角的柱状磁铁块在周围的空间形成旋转磁场后，由于空心蛋状的金属物体即空心金属蛋是闭合导体，在旋转磁场的作用下空心金属蛋会产生感应电流，形成磁场，带电的空心金属蛋在磁场中受到力的作用旋转起来，并且因为空心金属蛋的质量分布不均匀，当空心金属蛋快速旋转时，在离心力、重力以及摩擦力的作用下空心金属蛋便可以由横卧姿态而竖立起来；参观者或学习者能够直观地观察到随着手轮的顺时针旋转或逆时针旋转，旋转磁铁盘的旋转状况与空心金属蛋的旋转状况之间的关系，有利于促进参观者在教学过程中对三相异步电动机的工作原理的理解；同时，通过摇动手轮也增加了该仪器演示过程中的互动性和趣味性，大大提高了教学质量。

3)、旋转磁铁盘与透明圆盘盘底之间的间隙在1～6mm之间，使旋转磁场的作用空间能够有效覆盖透明圆盘，增加空心金属蛋闭合导体对磁场中磁感线的切割，使空心金属蛋在磁场中受到力增大，从而能以更快的速度发生旋转；并且，三个柱状磁铁块互成120°夹角固定放置在旋转磁铁盘上，使得旋转磁场分布更加均匀，不会造成空心金属蛋的无规则运动，使结果更易形象直观地被观察到。

4)、本实用新型设有活动连接的罩壳即有机玻璃盖，可根据使用需要打开或关闭有机玻璃盖，在演示过程中，有机玻璃盖与碗状的透明圆盘构成一个封闭的空间，降低了外界的电磁干扰，为教学成果提供了保证，同时也发挥了长期放置时的防尘作用。

5)、本实用新型由人力驱动而无需连接电源，可根据实际需要在各种场所进行演示，符合节能减排的社会需要，并且结构简单，降低维护费用，适合于长期的教学使用。

附图说明

图1为本实用新型手摇式皮带传动结构示意图；

图2为本实用新型手摇式齿轮传动结构示意图；

图3为本实用新型手摇式发电机驱动构示意图；

图4为本实用新型旋转磁铁盘的俯视图。

图中标记符号的含义如下：

10-支架  11-台面板

20-驱动机构  21-手轮  22-旋转主轴  23-主轴承座

24a-主皮带轮  25a-皮带  26a-副皮带轮

24b-主齿轮  25b-过渡齿轮  26b-副齿轮

24c-发电机  25c-导线  26c-电动机

27-旋转副轴  28-副轴承座

30-旋转磁铁盘  31-磁铁块

40-金属物体  50-透明圆盘  60-罩壳

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，图例为一种皮带传动的手摇式旋转磁场演示仪。

该演示仪包括台面板11，在台面板11下部设有与台面板11固定连接的碗状的透明圆盘50以及置于透明圆盘50底端中心处的金属物体40即空心金属蛋，透明圆盘50的正下方还设有旋转磁铁盘30，旋转磁铁盘30与透明圆盘50盘底之间的间隙在1～6mm之间，旋转磁铁盘30固设在旋转副轴27上，旋转副轴27套设固定于副轴承座28上；如图4所示，在旋转磁铁盘30上设有三个柱状的磁铁块31，三个磁铁块31互成120°夹角固定放置在旋转磁铁盘30上；如图1所示，旋转副轴27与旋转主轴22之间通过皮带传动机构连接，旋转主轴22上套设固定于主轴承座23中，皮带传动机构由主皮带轮24a、皮带25a以及副皮带轮26a构成，主皮带轮24a固定安装在旋转主轴22底部，副皮带轮26a固定安装在旋转副轴27底部，主皮带轮24a在旋转的同时由皮带25a驱动副皮带轮26a转动。

该演示仪在台面板11的上部设有手摇式的手轮21，手轮21套设固定在伸出在台面板11上侧的旋转主轴22上，手轮21转动并驱动旋转主轴22旋转；台面板11的上部还设有罩壳60即透明的有机玻璃罩，有机玻璃罩活动安装在台面板11上，并与透明圆盘50构成一个封闭的空间。

该演示仪还设有固定支撑台面板11的支架10。

下面结合附图对该演示仪的工作过程做详细说明。

首先，参观者或学习者以顺时针方向旋转手轮21，驱动旋转主轴22发生旋转，旋转主轴22接着带动主皮带轮24a以及皮带25a旋转，进而副皮带轮26a也随之发生旋转，副皮带轮26a则驱动旋转副轴27上的旋转磁铁盘30发生旋转，产生旋转磁场，在旋转磁场的作用力下，闭合的空心金属蛋导体逐渐发生快速旋转并最终直立起来，并且旋转方向同为顺时针。同样，当手轮21以逆时针方向旋转时，空心金属蛋旋转方向同为逆时针。

实施例2

如图2所示，图例为一种齿轮传动的手摇式旋转磁场演示仪。

该演示仪包括台面板11，在台面板11下部设有与台面板11固定连接的碗状的透明圆盘50以及置于透明圆盘50底端中心处的空心金属蛋11，透明圆盘50的正下方还设有旋转磁铁盘30，旋转磁铁盘30与透明圆盘50之间的间隙在1～6mm之间，旋转磁铁盘30固设在旋转副轴27上，旋转副轴27上套设固定于副轴承座28上，在旋转磁铁盘30上设有三个柱状的磁铁块31，三个磁铁块31互成120°夹角均匀排布并固定放置在旋转磁铁盘30上；旋转副轴27与旋转主轴22之间通过齿轮传动机构连接，旋转主轴22上套设固定于主轴承座23上，齿轮传动机构由主齿轮24b、过渡齿轮25b以及副齿轮26b构成，主齿轮24b固定安装在旋转主轴22底部，副齿轮26b固定安装在旋转副轴27底部，主齿轮24b在旋转的同时由过滤齿轮601驱动副齿轮26b转动。

该演示仪在台面板11的上部设有手摇式的手轮21，手轮21套设固定在穿过台面板11的旋转主轴22上，手轮21转动并驱动旋转主轴22旋转；台面板11的上部还设有罩壳60即透明的有机玻璃罩，有机玻璃罩活动安装在台面板11上，并与透明圆盘50构成一个封闭的空间。

该演示仪还设有固定支撑台面板11的支架10。

下面结合附图对该演示仪的工作过程做详细说明。

首先，参观者或学习者以顺时针方向旋转手轮，驱动旋转主轴22发生旋转，旋转主轴22接着带动主齿轮24b旋转，经过过渡齿轮25b的传输，副齿轮26b也发生旋转，进而驱动旋转副轴27上的旋转磁铁盘30发生旋转，产生旋转磁场，在旋转磁场的作用力下，闭合的空心金属蛋11导体逐渐发生快速旋转并最终直立起来，并且旋转方向同样为顺时针。同样，当手轮21以逆时针方向旋转时，空心金属蛋11旋转方向同为逆时针。

实施例3

如图3所示，图例为一种发电机驱动的手摇式旋转磁场演示仪。

该演示仪包括台面板11，在台面板11下部设有与台面板11固定连接的碗状的透明圆盘50以及置于透明圆盘50底端中心处的空心金属蛋11，透明圆盘50的正下方还设有旋转磁铁盘30，旋转磁铁盘30与透明圆盘50之间的间隙在1～6mm之间，旋转磁铁盘30固设在旋转副轴27上，旋转副轴27上套设固定于副轴承座28上，在旋转磁铁盘30上设有三个柱状的磁铁块31，三个磁铁块31互成120°夹角固定放置在旋转磁铁盘30上；旋转副轴27与旋转主轴22之间通过发电机驱动机构连接，旋转主轴22上套设固定于主轴承座23上，发电机驱动机构由发电机24c、导线25c以及电动机26c构成，发电机24c与旋转主轴22底部固定连接，电动机26c与旋转副轴27底部固定连接，发电机24c在发电的同时经由导线25c将电传输至电动机26c，驱使电动机26c旋转。

该演示仪在台面板11的上部设有手摇式的手轮21，手轮21套设固定在穿过台面板11的旋转主轴22上，手轮21转动并驱动旋转主轴22旋转；台面板11的上部还设有罩壳60即透明的有机玻璃罩，有机玻璃罩活动安装在台面板11上，并与透明圆盘50构成一个封闭的空间。

该演示仪还设有固定支撑台面板11的支架10。

下面结合附图对该演示仪的工作过程做详细说明。

首先，参观者或学习者以顺时针方向旋转手轮21，驱动旋转主轴22发生旋转，旋转主轴22接着带动发电机24c旋转，经过导线25c的传输，电动机26c也发生旋转，进而驱动旋转副轴27上的旋转磁铁盘30发生旋转，产生旋转磁场，在旋转磁场的作用力下，闭合的空心金属蛋11导体逐渐发生快速旋转并最终直立起来，并且旋转方向同样为顺时针。同样，当手轮21以逆时针方向旋转时，空心金属蛋11旋转方向同为逆时针。

应当指出，本实用新型中对台面板11的支撑机构不局限于使用支架14。也可采取其它具有支撑功能的装置，比如，设计用以支撑台面板并且收纳台面板以下各部件的上箱体，台面板卡合在上箱体上端，上箱体的下端连接有下箱体，在上箱体与下箱体之间设有隔板，下箱体的底座处设有封堵在下箱体底部的底板，底板的一边与底座构成铰接配合，底板的另一边设置有与底座联接在一起的插销结构，可以将底板打开或关闭；打开时，可以方便安装或维护内部构件，结束后，可以通过插销关闭底板。同样，传动装置还可采用其它结构，如链条传动机构。这样的变换均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种旋转磁场演示仪，包括设置在支架(10)上的台面板(11)，其特征在于：该演示仪在台面板(11)上设有透明圆盘(50)，所述透明圆盘(50)的盘底呈凹面状，透明圆盘(50)的盘底处设置有空心的金属物体(40)，所述金属物体(40)呈椭球状或蛋状；所述透明圆盘(50)盘底的正下方还设有板状的旋转磁铁盘(30)，所述旋转磁铁盘(30)上设有三个大小相同且环绕旋转磁铁盘(30)中心均匀排布的磁铁块(31)，所述透明圆盘(50)盘底中心与旋转磁铁盘(30)的盘面中心处于同一中心线上；所述旋转磁铁盘(30)与驱动装置(20)的输出轴固定联接。

2.根据权利要求1所述的一种旋转磁场演示仪，其特征在于：所述透明圆盘(50)的上侧盖设有透明的罩壳(60)，所述罩壳(60)活动安装在台面板(11)上，且罩壳(60)与透明圆盘(50)构成一个封闭的空间。

3.根据权利要求1所述的一种旋转磁场演示仪，其特征在于：所述旋转磁铁盘(30)与透明圆盘(50)盘底之间的间隙为1～6mm。

4.根据权利要求1所述的一种旋转磁场演示仪，其特征在于：所述磁铁块(31)呈扁圆柱状。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种旋转磁场演示仪，其特征在于：所述驱动装置(20)包括便于人手抓握的手轮(21)，所述手轮(21)设置在台面板(11)的上部，且手轮(21)套设固定在旋转主轴(22)上，所述旋转主轴(22)穿过台面板(11)与输出轴即旋转副轴(27)通过传动机构相联接。

6.根据权利要求5所述的一种旋转磁场演示仪，其特征在于：所述传动机构为皮带传动机构，由主皮带轮(24a)、皮带(25a)以及副皮带轮(26a)构成；所述主皮带轮(24a)固定安装在旋转主轴(22)的底部，所述副皮带轮(26a)固定安装在旋转副轴(27)底部，所述主皮带轮(24a)通过皮带(25a)驱动副皮带轮(26a)转动。

7.根据权利要求5所述的一种旋转磁场演示仪，其特征在于：所述传动机构为齿轮传动机构，由主齿轮(24b)、过渡齿轮(25b)以及副齿轮(26b)构成；所述主齿轮(24b)固定安装在旋转主轴(22)底部，所述副齿轮(26b) 固定安装在旋转副轴(27)底部，所述主齿轮(24b)通过过渡齿轮(25b)驱动副齿轮(26b)转动。

8.根据权利要求5所述的一种旋转磁场演示仪，其特征在于：所述传动机构由发电机(24c)、导线(25c)以及电动机(26c)构成；所述发电机(24c)与旋转主轴(22)底部固定连接，所述电动机(26c)与旋转副轴(27)底部固定连接，所述发电机(24c)经由导线(25c)将电传输至电动机(26c)并驱使电动机(26c)旋转。