CN211376011U - 一种交变电流发电机模型教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交变电流发电机模型教具，涉及教具技术领域，包括交流线圈组件，其包括转轴、与所述转轴连接的转向板、安装在所述转向板的金属线圈以及与所述金属线圈连接的集电环；磁铁组件，其包括若干个磁铁，所述磁铁分布在所述转向板两侧；驱动所述转轴转动的驱动组件；以及显示组件，其包括至少一串灯带，所述灯带绕所述转向板侧边布置。本实用新型通过在转向板侧边布置至少一串灯带，可控制灯带的亮灯情况，来展示金属线圈在磁铁组件中转动时电流产生的情形，降低学生理解发电机原理的困难，若将转向板设为透明板，可视化高。本实用新型制造简单，操作简便，趣味性强，利于交变电流发电机的原理阐释。

Description

一种交变电流发电机模型教具

技术领域

本实用新型涉及教具技术领域，特别涉及一种交变电流发电机模型教具。

背景技术

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题，目前，交变电流的教学大多是配合发电机模型的演示进行的，而现有的交变电流发电机模型教具在演示实验现象中仍存在一些不足，教具中是用灯泡检测发电机是否产生交流电，灯泡的闪烁并不能很好演示交流电大小和方向，无法直观地反映交变电流的原理及周期规律。

发明内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本实用新型实施例提供一种交变电流发电机模型教具，能直观反映交变电流现象。

根据本实用新型实施例的交变电流发电机模型教具，包括交流线圈组件，其包括转轴、与所述转轴连接的转向板、安装在所述转向板的金属线圈以及与所述金属线圈连接的集电环；磁铁组件，其包括若干个磁铁，所述磁铁分布在所述转向板两侧；驱动所述转轴转动的驱动组件；以及显示组件，其包括至少一串灯带，所述灯带绕所述转向板侧边布置。

在可选或优选的实施例中，所述灯带共设置两串，所述灯带包括多个LED灯，各所述灯带发光颜色不相同。

在可选或优选的实施例中，所述显示组件还包括控制所述灯带启闭的单片机。

在可选或优选的实施例中，所述转轴两端均设置有支撑其的线圈支架，所述线圈支架安装有供所述转轴穿过的轴承。

在可选或优选的实施例中，所述显示组件还包括传感组件，所述传感组件包括激光源、第一光传感器以及第二光传感器，所述激光源安装在所述线圈支架上，所述第一光传感器和所述第二光传感器安装在所述转向板朝向所述激光源一侧的两端，所述第一光传感器和所述第二光传感器均电连接所述单片机。

在可选或优选的实施例中，所述磁铁组件还包括若干个磁铁支座，所述磁铁支座设置安装板，各所述磁铁安装在各相应所述安装板。

在可选或优选的实施例中，所述转向板为透明板，所述安装板为透明板。

在可选或优选的实施例中，所述集电环安装有两个电刷。

在可选或优选的实施例中，所述驱动组件包括安装在所述转轴一端的电机，所述电机输出轴通过万向轴连接所述转轴。

在可选或优选的实施例中，所述驱动组件包括安装在所述转轴一端的手摇柄。

基于上述技术方案，本实用新型实施例至少具有以下有益效果：通过在转向板侧边布置至少一串灯带，可控制灯带的亮灯情况，来展示金属线圈在磁铁组件中转动时电流产生的情形，降低学生理解发电机原理的困难，若将转向板设为透明板，可视化高。本实用新型制造简单，操作简便，趣味性强，利于交变电流发电机的原理阐释。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它设计方案和附图。

图1是本实用新型实施例的正视图，其中金属线圈处于中性面位置；

图2是本实用新型实施例的正视图，其中金属线圈处于垂直中性面位置；

图3是本实用新型实施例的俯视图，其中金属线圈处于中性面位置。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如果有描述到“第一”、“第二”，只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本实用新型的描述中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个或两个以上，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数，“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数，除非另有明确具体的限定。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，“设置”、“布置”、“安装”、“连接”、“相连”、“固定”等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”，可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”或“上方”或“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”或“下方”或“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1至图3，一种交变电流发电机模型教具，包括交流线圈组件、磁铁组件、驱动组件以及显示组件。其中，交流线圈组件包括转轴13、与转轴13连接的转向板21、安装在转向板21的金属线圈22以及与金属线圈22连接的集电环24，驱动组件驱动转轴13转动。作为优选，转向板21为透明板，减少视觉遮挡，可视化高，在教学中，可便于学生观察到交流线圈组件整体的结构特点。进一步的，转轴13两端均设置有支撑其的线圈支架11，线圈支架11安装有供转轴13穿过的轴承12，轴承通过轴承座安装在相应线圈支架11，轴承座为现有技术，如何安装不再赘述。

磁铁组件包括若干个磁铁33，磁铁33分布在转向板21两侧，具体而言，磁铁组件还包括若干个磁铁支座31，磁铁支座31设置安装板32，各磁铁33安装在各相应安装板32，如图3所示，本实施例中共设置四个磁铁组件，每两个磁铁组件为一组，每组中的磁铁组件两两对立分布在转向板21两侧，其中，安装板32为透明板，可选用亚克力板制作。

显示组件包括至少一串灯带23，灯带23绕转向板21侧边布置。本实施例中，灯带23共设置两串，灯带23包括多个LED灯，各灯带23发光颜色不相同，具体是，其中一串灯带23发光颜色为绿色，另一串灯带23发光颜色为红色，两串灯带23均绕转向板21的侧面布置。

可以理解的是，驱动组件驱动转轴13转动，带动金属线圈22转动，当金属线圈22处于中性面位置时，如图1所示，此时，控制两串灯带均不亮，用于表示金属线圈22此时无电流产生；当金属线圈22从中性面位置顺时针旋转90°到金属线圈22处于垂直中性面位置时，此时，控制发光颜色为绿色的灯带23发光；金属线圈22继续转动，当再次处于中性面位置时，控制两串灯带均不亮，用于表示金属线圈22此时无电流产生；当金属线圈22从中性面位置继续旋转90°到金属线圈22处于垂直中性面位置，此时，控制发光颜色为红色的灯带23发光，用于表示与上次金属线圈22垂直中性面位置时所产生的电流方向不同。如上步骤，继续转动金属线圈22，可反复通过各串灯带23的亮灯情况来展示金属线圈22在磁铁组件中转动时电流产生的情形，即，金属线圈22处于中性面位置时两串灯带23都不亮，即不产生电流；金属线圈22经过中性面位置后，灯带所亮颜色不同，说明电流方向发生改变，可以配合教师运用楞次定律讲解分析发电机原理，帮助学生理解物理知识。

各串灯带23的亮灯情况可以通过连接单片机进行控制，因此，本实施例中，显示组件还包括控制灯带23启闭的单片机26，并且，显示组件还包括传感组件，传感组件包括激光源61、第一光传感器62以及第二光传感器63，激光源61安装在线圈支架11上，第一光传感器和第二光传感器安装在转向板21朝向激光源一侧的两端，第一光传感器62和第二光传感器63均电连接单片机26。可以理解的是，通过第一光传感器62和第二光传感器63，可以判断金属线圈22是否处于中性面，相应的，经过单片机26数据处理后，单片机26输出高低电平控制灯带23上的LED灯的亮灭，演示楞次定律以及交变电流的方向，用于演示教学。单片机如何进行编程控制灯亮灭，此为本科教学基础知识，此不再赘述。

另外，驱动组件驱动转轴13转动，具体而言，驱动组件包括安装在转轴13一端的手摇柄51，或者，驱动组件包括安装在转轴13一端的电机41，电机41可选用直流减速电机，电机41输出轴通过万向轴42连接转轴13。而在本实施例中，转轴13一端设置有手摇柄51，另一端设置电机41，教学中，可分别采用手动或者电动模式进行演示。

在其中的一些实施例中，集电环24安装有两个电刷25，利用单片机26的ADC模块测试出各电刷25的输出端电压值，将单片机26采集到的数据，串口传输到电脑的上位机，进而在电脑软件显示出交流电压随时间变化图像及描述交变电流的物理量，如周期、频率、峰值、有效值，可以配合教师讲解频率、周期、峰值、有效值物理量的概念。单片机26采集电刷25的输出端电压值，并传输数据到上位机，并通过显示屏予以显示，此为本科教学基础知识，此不再赘述。

上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种交变电流发电机模型教具，其特征在于：包括

交流线圈组件，其包括转轴(13)、与所述转轴(13)连接的转向板(21)、安装在所述转向板(21)的金属线圈(22)以及与所述金属线圈(22)连接的集电环(24)；

磁铁组件，其包括若干个磁铁(33)，所述磁铁(33)分布在所述转向板(21)两侧；

驱动所述转轴(13)转动的驱动组件；以及

显示组件，其包括至少一串灯带(23)，所述灯带(23)绕所述转向板(21)侧边布置。

2.根据权利要求1所述的交变电流发电机模型教具，其特征在于：所述灯带(23)共设置两串，所述灯带(23)包括多个LED灯，各所述灯带(23)发光颜色不相同。

3.根据权利要求1或2所述的交变电流发电机模型教具，其特征在于：所述显示组件还包括控制所述灯带(23)启闭的单片机(26)。

4.根据权利要求3所述的交变电流发电机模型教具，其特征在于：所述转轴(13)两端均设置有支撑其的线圈支架(11)，所述线圈支架(11)安装有供所述转轴(13)穿过的轴承(12)。

5.根据权利要求4所述的交变电流发电机模型教具，其特征在于：所述显示组件还包括传感组件，所述传感组件包括激光源(61)、第一光传感器(62)以及第二光传感器(63)，所述激光源(61)安装在所述线圈支架(11)上，所述第一光传感器(62)和所述第二光传感器(63)安装在所述转向板(21)朝向所述激光源(61)一侧的两端，所述第一光传感器(62)和所述第二光传感器(63)均电连接所述单片机(26)。

6.根据权利要求1所述的交变电流发电机模型教具，其特征在于：所述磁铁组件还包括若干个磁铁支座(31)，所述磁铁支座(31)设置安装板(32)，各所述磁铁(33)安装在各相应所述安装板(32)。

7.根据权利要求6所述的交变电流发电机模型教具，其特征在于：所述转向板(21)为透明板，所述安装板(32)为透明板。

8.根据权利要求1所述的交变电流发电机模型教具，其特征在于：所述集电环(24)安装有两个电刷(25)。

9.根据权利要求1所述的交变电流发电机模型教具，其特征在于：所述驱动组件包括安装在所述转轴(13)一端的电机(41)，所述电机(41)输出轴通过万向轴(42)连接所述转轴(13)。

10.根据权利要求1所述的交变电流发电机模型教具，其特征在于：所述驱动组件包括安装在所述转轴(13)一端的手摇柄(51)。

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