PL244387B1 - Elektromagnes laboratoryjny - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest elektromagnes laboratoryjny. Elektromagnes laboratoryjny zawiera umieszczony poziomo cylindryczny karkas (1) z nawiniętym na nim uzwojeniem (2), przymocowany od dołu do prostopadłościennego wspornika (3), połączonego z prostokątną podstawą (4), przy czym końcówki (5, 6) uzwojenia (2) są przyłączone do gniazd wtykowych (7, 8), umieszczonych w ścianie bocznej wspornika (3). W otworze karkasu (1) jest umieszczony cylindryczny sztywny rdzeń (9), wypełniający ten otwór i końce tego rdzenia, wystające poza karkas (1), mają cylindryczne otwory, prostopadłe do osi podłużnej rdzenia (9) i przez każdy z tych otworów przechodzi jeden giętki rdzeń (10), albo (11) o przekroju poprzecznym w kształcie koła, składający się z wielu skręconych ze sobą i sklejonych klejem silikonowym cienkich drutów. Dolne części giętkich rdzeni (10, 11) są umieszczone w prowadnicach (12, 13)  mających kształt rury wygiętej w postaci litery U, przy czym każda z prowadnic (12, 13) jest przymocowana od dołu do podstawy (4), zaś krótsze ramiona prowadnic (12, 13) są otwarte i przymocowane od góry do rdzenia (9), a dłuższe ramiona tych prowadnic są zamknięte na górnych końcach i mają otwory odpowietrzające (14, 15). Na górne części giętkich rdzeni (10, 11) są nałożone również giętkie karbowane osłony (16, 17) i na każdym z górnych końców giętkich rdzeni (10, 11) jest osadzony jeden pierścień (18, 19) z gwintem wewnętrznym, przeznaczony do wkręcania w niego wymiennych nabiegunników (20, 21).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest elektromagnes laboratoryjny z giętkim rdzeniem, wytwarzający pole magnetyczne w obszarze o zmienianym kształcie i przeznaczony do użytku w laboratoriach, zwłaszcza fizycznych.

Znany elektromagnes laboratoryjny jest opisany w książce autorstwa Szczepana Szczeniowskiego, zatytułowanej „Fizyka doświadczalna, część III, elektryczność i magnetyzm”, wydanej w Warszawie przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w 1972 r. i nazywany elektromagnesem typu Weissa. Ten elektromagnes składa się z dwuczęściowej podstawy w kształcie okrągłych tarcz, umieszczonych jedna nad drugą i połączonych obrotowo. Dolna tarcza jest nieruchoma i zaopatrzona w trzy ramiona rozstawione co 120°. Na końcach tych ramion są pionowe wkręty regulacyjne, przeznaczone do poziomowania elektromagnesu. Górna część podstawy jest połączona z rdzeniem w kształcie szerokiej litery U. W pionowych ramionach tego rdzenia, mających przekrój poprzeczny prostokątny, znajdują się nagwintowane otwory, w które są wkręcane poziome rdzenie o przekroju poprzecznym kołowym, zaopatrzone od strony środkowej w stożkowe końcówki, zaś od strony zewnętrznej we współśrodkowe koła. Wszystkie elementy rdzenia są wykonane z materiału ferromagnetycznego, magnetycznie miękkiego. Do obu pionowych ramion rdzenia są przymocowane po stronie wewnętrznej cylindryczne karkasy z uzwojeniami, składającymi się z dwóch sekcji. Działanie elektromagnesu polega na tym, że uzwojenia są zasilane prądem stałym i wytwarzają strumień magnetyczny, który jest koncentrowany prawie całkowicie w rdzeniu i przechodzi też przez szczelinę powietrzną między stożkowymi końcówkami poziomych rdzeni. Szerokość tej szczeliny jest regulowana przez pokręcanie kołami, znajdującymi się na poziomych rdzeniach, co powoduję zmianę wartości indukcji pola magnetycznego, wytwarzanego między stożkowymi końcówkami rdzenia.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że elektromagnes laboratoryjny zawiera umieszczony poziomo cylindryczny karkas z nawiniętym na nim uzwojeniem, przymocowany od dołu do prostopadłościennego wspornika, połączonego z prostokątną podstawą, przy czym końcówki uzwojenia są przyłączone do gniazd wtykowych, umieszczonych w ścianie bocznej wspornika. W otworze karkasu jest umieszczony cylindryczny sztywny rdzeń, wypełniający ten otwór i końce tego rdzenia, wystające poza karkas, mają cylindryczne otwory, prostopadłe do osi podłużnej rdzenia i przez każdy z tych otworów przechodzi jeden giętki rdzeń o przekroju poprzecznym w kształcie koła, składający się z wielu skręconych ze sobą i sklejonych klejem silikonowym cienkich drutów. Dolne części giętkich rdzeni są umieszczone w prowadnicach, mających kształt rury wygiętej w postaci litery U, przy czym każda z prowadnic jest przymocowana od dołu do podstawy, zaś krótsze ramiona prowadnic są otwarte i przymocowane od góry do rdzenia, a dłuższe ramiona tych prowadnic są zamknięte na górnych końcach i mają otwory odpowietrzające. Na górne części giętkich rdzeni są nałożone również giętkie karbowane osłony i na każdym z górnych końców giętkich rdzeni jest osadzony jeden pierścień z gwintem wewnętrznym, przeznaczony do wkręcania w niego wymiennych nabiegunników, zaopatrzonych na zewnętrznych końcach w gwint, zaś wewnętrzne końce nabiegunników mają kształt ściętego stożka, ściętego walca, prostego walca, walca z poprzecznym wycięciem walcowym. Karkas, wspornik i podstawa są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu, prowadnice i pierścienie są wykonane z materiału nieferromagnetycznego i sztywnego korzystne mosiądzu, albo w innej wersji z aluminium, rdzeń, rdzenie giętkie oraz wymienne nabiegunniki są wykonane z materiału ferromagnetycznego, magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej i niskiej remanencji, korzystnie z żelaza chemicznie czystego, osłony są wykonane z materiału nieferromagnetycznego i giętkiego, korzystnie z polichlorku winylu.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest dokładne dostosowanie rozkładu przestrzennego indukcji wytwarzanego pola magnetycznego do kształtu obiektu badanego w tym polu, realizowane za pomocą giętkich rdzeni.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny elektromagnesu płaszczyzną pionową A-A, fig. 2 pokazuje widok elektromagnesu z boku, zaś fig. 3 stanowi widok elektromagnesu z góry, fig. 4 uwidacznia wymienne nabiegunniki o różnych kształtach, natomiast fig. 5 przedstawia przekrój podłużny elektromagnesu płaszczyzną pionową A-A po całkowitym wsunięciu giętkich rdzeni do obudów.

Elektromagnes laboratoryjny zawiera umieszczony poziomo cylindryczny karkas 1 z nawiniętym na nim uzwojeniem 2, przymocowany od dołu do prostopadłościennego wspornika 3, połączonego z prostokątną podstawą 4, przy czym końcówki 5, 6 uzwojenia 2 są przyłączone do gniazd wtykowych

7, 8, umieszczonych w ścianie bocznej wspornika 3. W otworze karkasu 1 jest umieszczony cylindryczny sztywny rdzeń 9, wypełniający ten otwór i końce tego rdzenia, wystające poza karkas 1, mają cylindryczne otwory, prostopadłe do osi podłużnej rdzenia 9 i przez każdy z tych otworów przechodzi jeden giętki rdzeń 10, 11 o przekroju poprzecznym w kształcie koła, składający się z wielu skręconych ze sobą i sklejonych klejem silikonowym cienkich drutów. Dolne części giętkich rdzeni 10, 11 są umieszczone w prowadnicach 12, 13, mających kształt rury wygiętej w postaci litery U, przy czym każda z prowadnic 12, 13 jest przymocowana od dołu do podstawy 4, zaś krótsze ramiona prowadnic 12, 13 są otwarte i przymocowane od góry do rdzenia 9, a dłuższe ramiona tych prowadnic są zamknięte na górnych końcach i mają otwory odpowietrzające 14, 15. Na górne części giętkich rdzeni 10, 11 są nałożone również giętkie karbowane osłony 16, 17 i na każdym z górnych końców giętkich rdzeni 10, 11 jest osadzony jeden pierścień 18 i 19 z gwintem wewnętrznym, przeznaczony do wkręcania w niego wymiennych nabiegunników 20, 21, 22, 23, zaopatrzonych na zewnętrznych końcach w gwint, zaś wewnętrzne końce nabiegunników 20 mają kształt ściętego stożka, nabiegunników 21 kształt ściętego walca, nabiegunników 22 kształt walca, zaś nabiegunników 23 kształt walca z poprzecznym wycięciem walcowym. Karkas 1, wspornik 3 i podstawa 4 są wykonane z tekstolitu, prowadnice 12, 13 i pierścienie 18, 19 są wykonane z mosiądzu, rdzeń 9, rdzenie giętkie 10, 11 oraz wymienne nabiegunniki 20, 21, 22, 23 są wykonane z żelaza chemicznie czystego, osłony 16, 17 są z polichlorku winylu.

Zasada działania elektromagnesu laboratoryjnego polega na tym, że po przyłączeniu do gniazd wtykowych 7, 8 źródła zasilania, przez uzwojenie 2 płynie prąd elektryczny. Uzwojenie 2 wytwarza wtedy strumień magnetyczny, który przechodzi prawie całkowicie przez rdzeń 9 i górne części giętkich rdzeni 10, 11, znajdujące się powyżej rdzenia 9, oraz przez wymienne nabiegunniki 20, 21, zamocowane aktualnie na końcach giętkich rdzeni 10, 11 i przez szczelinę powietrzną między nabiegunnikami, w której umieszczany jest przedmiot lub fragment tego przedmiotu, badany w polu magnetycznym. Przy użyciu elastycznych rdzeni 10, 11, które są wysuwane w różnym stopniu z prowadnic 12, 13 i podatne na swobodne wyginane, doprowadza się strumień magnetyczny do aktualnie badanego miejsca przedmiotu. Z kolei, spośród wymiennych nabiegunników 20, 21, 22, 23 dobiera się parę o kształcie najbardziej podobnym do kształtu i wielkości badanego miejsca przedmiotu lub odpowiednią do prowadzonego eksperymentu, co powala na optymalne wykorzystanie strumienia magnetycznego, wytwarzanego przez uzwojenie 2. Wykonanie giętkich rdzeni 10, 11 ze skręconych drutów zapewnia ich małą sztywność i umożliwia łatwe wyginanie. Z kolei wykonanie wszystkich rdzeni 9, 10, 11 oraz wymiennych nabiegunników 20, 21, 22, 23 z materiału ferromagnetycznego, magnetycznie miękkiego o małej remanencji, powala na efektywną koncentrację strumienia magnetycznego w tych elementach i uzyskanie wysokiej wartości indukcji pola magnetycznego w obszarze badanego przedmiotu. Z kolei wykonanie karkasu 1, wspornika 3, podstawy 4, prowadnic 12, 13 i osłon 16, 17 i pierścieni 18, 19 z materiałów nieferromagnetycznych zabezpiecza przed niekorzystnym rozpraszaniem strumienia magnetycznego. Ponadto osłony 16, 17 chronią przed przyciąganiem przypadkowych przedmiotów ferromagnetycznych do bocznych powierzchni rdzeni giętkich 10, 11. Prowadnice 12, 13 w kształcie litery, albo litery U z odchylonym ramieniem zewnętrznym, umożliwiają utrzymanie aktualnie nieużywanych części rdzeni giętkich 10, 11 daleko od uzwojenia 2 i zapobiegają przez to rozpraszaniu strumienia magnetycznego. Otwory odpowietrzające 14, 15 umożliwiają wyrównywanie ciśnienia powierza między wnętrzem prowadnic 12, 13 i otoczeniem. Dzięki temu przesuwanie giętkich rdzeni 10, 11 w prowadnicach 12, 13 napotyka na mniejsze opory.

Claims (6)

1. Elektromagnes laboratoryjny mający umieszczony poziomo cylindryczny karkas z nawiniętym na nim uzwojeniem, przymocowany od dołu do prostopadłościennego wspornika, połączonego z prostokątną podstawą, przy czym końcówki uzwojenia są przyłączone do gniazd wtykowych umieszczonych w ścianie bocznej wspornika, a ponadto w otworze karkasu jest umieszczony cylindryczny sztywny rdzeń, wypełniający ten otwór, znamienny tym, że końce rdzenia (9), wystające poza karkas (1), mają cylindryczne otwory, prostopadłe do osi podłużnej rdzenia (9) i przez każdy z tych otworów przechodzi jeden giętki rdzeń (10, 11) o przekroju poprzecznym w kształcie koła, składający się z wielu skręconych ze sobą i sklejonych klejem silikonowym cienkich drutów, zaś dolne części giętkich rdzeni (10, 11) są umieszczone w pro wadnicach (12, 13) mających kształt rury wygiętej w postaci litery U, przy czym każda z prowadnic (12, 13) jest przymocowana od dołu do podstawy (4), zaś krótsze ramiona prowadnic (12, 13) są otwarte i przymocowane od góry do rdzenia (9), a dłuższe ramiona tych prowadnic są zamknięte na górnych końcach i mają otwory odpowietrzające (14, 15), przy czym na górne części giętkich rdzeni (10, 11) są nałożone również giętkie karbowane osłony (16, 17) i na każdym z górnych końców giętkich rdzeni (10, 11) jest osadzony jeden pierścień (18, 19) z gwintem wewnętrznym, przeznaczony do wkręcania w niego wymiennych nabiegunników (20, 21, 22, 23), zaopatrzonych na zewnętrznych końcach w gwint, zaś wewnętrzne końce nabiegunników (20) mają kształt ściętego stożka, nabiegunników (21) kształt ściętego walca, nabiegunników (22) kształt walca, zaś nabiegunników (23) kształt walca z poprzecznym wycięciem walcowym, a oprócz tego karkas (1), wspornik (3) i podstawa (4) są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, prowadnice (12, 13) i pierścienie (18, 19) są wykonane z materiału nieferromagnetycznego i sztywnego, rdzeń (9), rdzenie giętkie (10), (11) oraz wymienne nabiegunniki (20, 21, 22, 23) są wykonane z materiału ferromagnetycznego, magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej i niskiej remanencji, zaś osłony (16, 17) są wykonane z materiału nieferromagnetycznego i giętkiego.

2. Elektromagnes według zastrz. 1, znamienny tym, że karkas (1), wspornik (3) i podstawa (4) są wykonane z tekstolitu.

3. Elektromagnes według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadnice (12), (13) i pierścienie (18, 19) są wykonane z mosiądzu.

4. Elektromagnes według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadnice (12), (13) i pierścienie (18, 19) są wykonane z aluminium.

5. Elektromagnes według zastrz. 1, znamienny tym, że rdzeń (9), rdzenie giętkie (10, 11) oraz wymienne nabiegunniki (20, 21, 22, 23) są wykonane z żelaza chemicznie czystego.

6. Elektromagnes według zastrz. 1, znamienny tym, że osłony (16, 17) są wykonane z polichlorku winylu.