JP2006139001A

JP2006139001A - 渦電流の発生・抑制を利用した科学玩具

Info

Publication number: JP2006139001A
Application number: JP2004327640A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Sakaki; 守榊; Atsushi Sasaki; 敦佐々木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】本発明の目的は、学習者に対して渦電流の発生と抑制を同一器具によって認識させることができる学習用教具であり、さらに科学的な疑問をもたせることができる興趣性の高い科学的玩具としても使用できる装置を提供することにある。
【解決手段】本発明に係る渦電流発生・抑制認識装置は、本発明で考案した構造、すなわち、非磁性体かつ電気的に導体の板と薄い絶縁物とを積層した構成の立方体ブロックから構成される。ブロック上方に吊るされた磁石の振り子運動が、ブロックの配置方向によって磁石の挙動が異なることを観察することにより、渦電流の発生および抑制を認識することができる教具であり、かつ科学的な疑問をもたせることができる興趣性の高い玩具である。
【選択図】図４

Description

本発明は、渦電流、変圧器、誘導機を学習する高等学校生徒、高等専門学校および大学の初年度程度の学生を対象とした渦電流の発生と抑制を理解させるための学習用の教具、および物理的興味を持たせるためのミステリアスな要素を合わせ持つ玩具に関するものである。

一般には前記渦電流に関連した教具は、単に、吊り下げられた導体板をＵ型磁石で振動させる方式のもの（特許文献１参照）、回転可能な導体板をその外周の一部分に導体板を非接触で挟む位置に置かれた永久磁石円盤を手動で回転させることで導体板を回転させる方式のもの（特許文献２参照）、回転軸上に設置した永久磁石を手動で回転させ、その間に非接触で設置された釣鐘の形状をしたアルミキャップ回転させる方式のもの（非特許文献１参照）である。
実開昭５９−１９２１７２号公報実開昭５６−１７０４６９号公報中村理科カタログＮｏ．Ｂ１０−４８５０、誘導電動機原理説明器ＣＬ−４５０、２００４年

しかし、従来の教材では同じ渦電流に関連したものでありながら、その渦電流の利用（モータ）と渦電流の抑制（変圧器のケイ素鋼板やフェライトコア）の原理を同時に同一装置を用いて教えることはできない。

そこで、本発明の目的は、渦電流の発生と抑制を同一装置によって認識させることができる学習教材および科学的玩具として使用できる装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る渦電流発生・抑制認識装置は、非磁性体かつ電気的に導体の板と薄い絶縁物とを積層した構成の立方体ブロックを考案した。ブロック上方に吊るされた磁石の振り子運動が、ブロックの配置方向によって磁石の挙動が異なることを観察することにより、体験的に渦電流の発生および抑制を認識することで、それらの原理を実感し理解することができる装置である。

本発明によれば、ブロックの上部で振り子運動する磁石の挙動ブロックの配置方向によって著しく異なるので物理的な疑問と興味とを呼び起こすための玩具および教具として使用できる。

さらに、渦電流を既に学習した者に対しては、その原理と応用を理解させることができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態例を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は立方体ブロック本体の構成例である。ブロック本体は非磁性体かつ電気的に導体の板、例えば銅、アルミなどの金属板もしくはそれらを含んだ合金の導体板１および電気的絶縁物として導体板１と同一面積の紙もしくは非導体の高分子フィルム２を交互に積層して構成される。なお、導体の板厚は1mm以下が適している。それら導体板と絶縁物とは接着剤等で接合することで図２の立方体のブロックを形成している。なお、導体板１の表面を絶縁物でコーティング加工や窒化、酸化処理等により導体板１の表面を絶縁物に改質したものを用いた場合は、紙もしくは非導体の高分子フィルム２を必要としない。

本発明の一実施形態の構成例を図３および図４の概略図に示す。立方体ブロック３、永久磁石４、糸５、装置台６、糸固定棒７から構成される。

図３の実施例における構成の詳細を以下に述べる。糸５は固定棒７の端で固定され、その糸のもう一端に永久磁石４（ネオジウム磁石等）が接続されている。なお、磁石４の極性の配置は立方体ブロックに鎖交する磁束を多くするために、ブロック方向にＮ極またはＳ極の面が表出するように糸５に接続している。

図３のように立方体ブロックを装置台６の上に設置した場合、使用者の手で保持していた磁石４を手離し、磁石４がブロック１の上部に達するとブロックの導体面と鎖交する磁束によって渦電流が各層の導体面に発生する。その結果、磁石４との間の電磁誘導作用によって磁石は制動を受け、急激に静止する。

一方、立方体ブロックを図４のように設置した場合、図３と同様な操作を行うと、磁石４がブロック１の上部に達するとブロックの各層の導体面に鎖交磁束によって渦電流が発生する。しかし、その電流量は方向図３のようにブロックを設置した場合よりも著しく小さい。従って、この場合、磁石へ働く制動力は小さく、磁石は単振動を繰り返すこととなる。以上の観察から学習者は視覚的に渦電流の発生と抑制を認識できる。

導体板と絶縁シートの積層構造導体板と絶縁シートの積層し立方体ブロック概観図本発明の一実施形態（その１）本発明の一実施形態（その２）

符号の説明

１：導体板
２：紙もしくは非導体の高分子フィルム
３：立方体ブロック
４：永久磁石
５：糸
６：装置台
７：糸固定棒

Claims

渦電流の発生と抑制を同一装置で体験的に理解させるため教具であり、装置を置く方向により異なるミステリアスな動作を見て楽しむ玩具的要素を合わせ持つ装置。
前記教具の一形態は非磁性かつ電気的導体の板と絶縁物を交互に接着、もしくは、表面のみ絶縁物である導体を積層してあることを特徴とする請求項１記載の装置。