PL245874B1 - Lewitron - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest lewitron, unoszący się dzięki oddziaływaniu sił elektrodynamicznych i mający zastosowanie do celów naukowych. Lewitron zawiera prostokątną, poziomą płytę, której górna powierzchnia ma otaczające ją i wystające ku górze obrzeże i płyta jest wykonana z metalu nieferromagnetycznego o małej rezystywności, korzystnie z aluminium albo z miedzi. Nad górną powierzchnią płyty znajduje się obudowa w kształcie prostopadłościanu o podstawie kwadratowej, mająca w narożnych częściach cztery symetryczne komory, wydzielone pionowymi ściankami i w każdej z tych komór znajduje się silnik komutatorowy prądu stałego małej mocy, (8, 9, 10, 11), odpowiednio zamocowany do ścianek komory klejem, zaś osie silników (8, 9, 10, 11) są skierowane pionowo i końce osi wystają przez otwory w dnie obudowy na zewnątrz. Na każdym z końców osi znajduje się piasta, połączona z końcem osi za pomocą kołka, odpowiednio przechodzącego poprzecznie przez otwór w końcu osi oraz odpowiednio w piaście i na tych piastach są zamocowane za pomocą kleju magnesy trwałe w kształcie pierścieni, namagnesowane wzdłuż osi pierścienia i skierowane biegunami jednoimiennymi w tę samą stronę. W środkowej części obudowy, między komorami jest zamocowany akumulator (28), korzystnie litowo-jonowy.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest lewitron, unoszący się dzięki oddziaływaniu sił elektrodynamicznych i mający zastosowanie do celów naukowych w laboratoriach fizycznych oraz do celów edukacyjnych.

Z książki autorstwa Bożeny Pędzisz, zatytułowanej „Przygotowywanie i wykonywanie doświadczeń fizycznych”, wydanej przez Wydawnictwo Wyższej Szkoły Pedagogicznej im. Powstańców Śląskich w Opolu w 1988 r. jest znany lewitron, składający się z wirnika w kształcie bączka, w którym jest umieszczony magnes trwały kształcie pierścienia, namagnesowany wzdłuż osi podłużnej pierścienia i wykonany ze spieku ceramicznego. Ponadto osie magnesu i bączka pokrywają się. Oprócz tego w skład Lewitron wchodzi podstawka umieszczana pod bączkiem i mająca kształt prostopadłościennego pojemnika i wykonana z materiału nieferromagnetycznego. W podstawce znajdują się symetrycznie rozmieszczone cztery magnesy pierścieniowe, podobne jak magnes w bączku oraz prostokątna płytka szklana. Kierunki namagnesowania magnesów w podstawce i w bączku są pionowe, a ponadto te magnesy są zwrócone do siebie biegunami jednoimiennymi. Działanie znanego lewitronu polega na tym, że nad podstawką umieszcza się poziomo płytkę szklaną, trzymając ją jedną ręką i na podstawce ustawia się pionowo bączek. Pokręcając bączek palcami drugiej ręki wprawia się go w szybki ruch obrotowy i po tym usuwa spod bączka płytkę szklaną. Wtedy bączek obraca się, wykonując precesję i jednocześnie lewituje nad układem magnesów w podstawce. Wskutek działania oporów ruchu prędkość obrotu bączka maleje, zwiększa się kąt odchylenia jego osi obrotu od pionu i po pewnym czasie bączek opadnie na podstawkę i zatrzyma się. Przed opadnięciem bączek wykonuje obrót wokół osi poprzecznej, co umożliwia zwrócenie jego górnego bieguna do podstawki i przyciągnięcie do niej bączka wskutek zbliżenia do siebie biegunów różnoimiennych magnesów pierścieniowych w bączku i w podstawce.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że lewitron zawiera prostokątną, poziomą płytę, której górna powierzchnia ma otaczające ją i wystające ku górze obrzeże. Płyta jest wykonana z metalu nieferromagnetycznego o małej rezystywności, korzystnie z aluminium albo z miedzi. Nad górną powierzchnią płyty znajduje się obudowa, w kształcie prostopadłościanu o podstawie kwadratowej, mająca w narożnych częściach cztery symetryczne komory, wydzielone pionowymi ściankami. W każdej z tych komór znajduje się silnik komutatorowy prądu stałego małej mocy zamocowany do ścianek komory klejem, łączącym obudowę silnika ze ściankami komory. Osie silników są skierowane pionowo i końce osi wystają przez otwory w dnie obudowy na zewnątrz, przy czym osie sąsiednich silników obracają się w przeciwne strony. Na każdym z końców osi znajduje się piasta połączona z końcem osi za pomocą kołka, przechodzącego poprzecznie przez otwór w końcu osi oraz w piaście. Na tych piastach są zamocowane za pomocą kleju magnesy trwałe w kształcie pierścieni, namagnesowane wzdłuż osi pierścienia i skierowane biegunami jednoimiennymi w tę samą stronę, wykonane korzystnie ze spieku proszków żelaza, neodymu i boru i pokryte ochronną warstwą niklu. W środkowej części obudowy, między komorami jest zamocowany akumulator, korzystnie litowo-jonowy. Obudowa jest zakryta od góry pokrywą, do której jest przykręcony wyłącznik i dwa gniazda wtykowe, a na górnej powierzchni pokrywy są przyklejone fotoogniwa, rozmieszczone symetrycznie wzdłuż zewnętrznych krawędzi pokrywy i zakrywane nieprzezroczystą płytką z wycięciem na wyłącznik i gniazda wtykowe. Silniki są połączone szeregowo ze sobą i z akumulatorem poprzez wyłącznik i gniazda wtykowe, zaś do każdego z silników jest przyłączone równolegle odpowiednio jedno z fotoogniw, przy czym wszystkie połączenia elektryczne są wykonane przewodami w izolacji, mającymi większe długości, niż odpowiednie odległości między podzespołami elektrycznymi, połączonymi przez te przewody. Obudowa i pokrywa są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z przezroczystego polimetakrylanu metylu, natomiast piasty i kołki są wykonane z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie z mosiądzu.

Głównymi zaletami rozwiązania według wynalazku są ciągłe utrzymywanie się lewitronu w ruchu i nowa funkcjonalność, polegająca na sterowaniu jego ruchem za pomocą strumienia światła. Dodatkowymi zaletami rozwiązania są prosta i poglądowa konstrukcja oraz niezawodność działania.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy lewitronu płaszczyzną A-A, fig. 2 pokazuje widok lewitronu z góry, natomiast fig. 3 jest widokiem lewitronu z boku, zaś fig. 4 przedstawia schemat połączeń elementów elektrycznych lewitronu.

Lewitron zawiera prostokątną, poziomą płytę 1, której górna powierzchnia ma otaczające ją i wystające ku górze obrzeże 2. Płyta 1 jest wykonana z aluminium albo z miedzi. Nad górną powierzchnią płyty 1 znajduje się obudowa 3 w kształcie prostopadłościanu o podstawie kwadratowej, mająca w narożnych częściach cztery symetryczne komory 4, 5, 6, 7, wydzielone pionowymi ściankami i w każdej z tych komór znajduje się silnik komutatorowy prądu stałego małej mocy 8, 9, 10, 11 odpowiednio zamocowany do ścianek komory 4, 5, 6, 7 klejem, łączącym obudowę silnika ze ściankami komory. Osie 12, 13, 14, 15 silników 8, 9, 10, 11 są skierowane pionowo i końce osi wystają przez otwory w dnie obudowy 3 na zewnątrz, przy czym osie sąsiednich silników obracają się w przeciwne strony. Na każdym z końców osi 12, 13, 14, 15 znajduje się piasta 16, 17, 18, 19 odpowiednio połączona z końcem osi 12, 13, 14, 15 za pomocą kołka 20, 21, 22, 23 przechodzącego poprzecznie przez otwór w końcu osi 12, 13, 14, 15 oraz odpowiednio w piaście 16, 17, 18, 19. Na tych piastach są zamocowane za pomocą kleju magnesy trwałe 24, 25, 26, 27 w kształcie pierścieni, namagnesowane wzdłuż osi pierścienia i skierowane biegunami jednoimiennymi w tę samą stronę, wykonane ze spieku proszków żelaza, neodymu i boru i pokryte ochronną warstwą niklu. W środkowej części obudowy 3, między komorami 4, 5, 6, 7, jest zamocowany akumulator 28 litowo-jonowy. Obudowa 3 jest zakryta od góry pokrywą 29, do której jest przykręcony wyłącznik 30 i dwa gniazda wtykowe 31, 32, a na górnej powierzchni pokrywy 29 są przyklejone fotoogniwa 33, 34, 35, 36, rozmieszczone symetrycznie wzdłuż zewnętrznych krawędzi pokrywy i zakrywane nieprzezroczystą płytką 37 z wycięciem na wyłącznik 30 i gniazda wtykowe 31, 32. Silniki 8, 9, 10, 11 są połączone szeregowo ze sobą i z akumulatorem 28 poprzez wyłącznik 30 i gniazda wtykowe 31, 32, zaś do każdego z silników 8, 9, 10, 11 jest przyłączone równolegle jedno z fotoogniw 33, 34, 35, 36. Wszystkie połączenia elektryczne są wykonane przewodami 38, 39 w izolacji, mającymi większą długość, niż odpowiednie odległości między podzespołami elektrycznymi, łączonymi przez te przewody. Obudowa 3 i pokrywa 29 są wykonane z przezroczystego polimetakrylanu metylu, natomiast piasty 16, 17, 18, 19 i kołki 20, 21,22, 23 są wykonane z mosiądzu.

Zasada działania lewitronu polega na tym, że wyłącznikiem 30 przyłącza się silniki 8, 9, 10, 11 do akumulatora 28. Wtedy silniki wprawiają w ruch obrotowy magnesy trwałe 24, 25, 26, 27 i linie pola magnetycznego tych magnesów przecinając powierzchnię płyty 1 indukują w tej płycie prądy wirowe. Zgodnie z regułą Lenza, oddziaływanie tych prądów z magnesami trwałymi 24, 25, 26, 27 powoduje wytworzenie sił odpychających, które unoszą obudowę 3 lewitronu wraz z połączonym i z nią elementami. Obrzeże 2 zapobiega przypadkowemu zsunięciu się lewitronu z płyty 1, ponieważ gdy lewitron zbliży się do tego obrzeża, wtedy indukowane są w nim dodatkowe prądy wirowe, które działają odpychająco na magnesy trwałe 24, 25, 26, 27 siłą skierowana poziomo w stronę środka płyty 1. Po zdjęciu nieprzezroczystej płytki z fotoogniw 33, 34, 35, 36 i oświetleniu jednego z nich dodatkowym źródłem światła, np. latarką, do silnika połączonego z tym fotoogniwem dopływa dodatkowy prąd elektryczny, generowany przez to fotoogniwo. Wówczas silnik ten szybciej obraca połączony z nim magnes i fragment obudowy 3 nad tym silnikiem unosi się wyżej ponad powierzchnię płyty 1, To powoduje działanie składowej poziomej siły odpychającej, która przesuwa lewitron poziomo w kierunku od oświetlonego fotoogniwa. Podobnie dzieje się w przypadku dodatkowego oświetlenia jednocześnie dwóch lub trzech fotoogniw. Takie samo oświetlenie wszystkich fotoogniw fotoogniwa 33, 34, 35, 36 nie powoduje ruchu lewitronu w kierunku poziomym. Obroty sąsiednich silników w przeciwnych kierunkach redukują moment reakcji obudowy 3, który powodowałby jej obrót w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu silników 8, 9, 10, 11, gdyby wszystkie obracały się w jednym kierunku. Gniazda wtykowe 31, 32 są przeznaczone do ładowania akumulatora litowo-jonowego 28 z zewnętrznego źródła napięcia po uprzednim wyłączeniu wyłącznika 30. Wykonanie płyty 1 z metalu nieferromagnetycznego o małej rezystywności, korzystnie z aluminium albo miedzi i zastosowanie magnesów trwałych 24, 25, 26, 27, wykonanych korzystnie ze spieku żelaza, neodymu i boru, daje dużą wartość indukcji magnetycznej i natężenia prądów wirowych, indukowanych w płycie, co umożliwia skuteczne działanie lewitronu, a ponadto zabezpiecza przed przyciąganiem magnesów trwałych 24, 25, 26, 27 do płyty 1. Z kolei zastosowanie akumulatora 28, korzystnie litowo-jonowego umożliwia dłuższe działanie lewitronu bez ładowania akumulatora. Ponadto wykonanie obudowy 3, pokrywy 29 oraz piast 16, 17, 18, 19 i kołków 20, 21, 22, 23 z materiałów nieferromagnetycznych, korzystnie odpowiednio z pleksiglasu i mosiądzu, zabezpiecza przed niepożądanym oddziaływaniem tych elementów z rozproszonym polem magnetycznym, pochodzącym od magnesów trwałych 24, 25, 26, 27. Oprócz tego zastosowanie przewodów 38, 39, mającymi większe długości, niż odpowiednie odległości między podzespołami elektrycznymi, połączonymi przez te przewody, umożliwia łatwe zdjęcie pokrywy 29 z obudowy 3 bez rozłączania podzespołów połączonych tymi przewodami.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Lewitron, znamienny tym, że zawiera prostokątną, poziomą płytę (1), której górna powierzchnia ma otaczające ją i wystające ku górze obrzeże (2) i płyta (1) jest wykonana z metalu nieferromagnetycznego o małej rezystywności, a nad górną powierzchnią płyty (1) znajduje się obudowa (3) w kształcie prostopadłościanu o podstawie kwadratowej, mająca w narożnych częściach cztery symetryczne komory (4, 5, 6, 7) wydzielone pionowymi ściankami i w każdej z tych komór znajduje się silnik komutatorowy prądu stałego małej mocy (8, 9, 10, 11) odpowiednio zamocowany do ścianek komór (4, 5, 6, 7) klejem, łączącym obudowę silnika ze ściankami komory, zaś osie (12, 13, 14, (15) silników (8, 9, 10, 11) są skierowane pionowo i końce osi wystają przez otwory w dnie obudowy (3) na zewnątrz, przy czym osie sąsiednich silników obracają się w przeciwne strony, a ponadto na każdym z końców osi (12, 13, 14), 15) znajduje się piasta (16, 17, 18, 19), odpowiednio połączona z końcem osi (12, 13, 14, 15) za pomocą kołka (20, 21,22, 23) przechodzącego poprzecznie przez otwór w końcu osi (12, 13, 14, 15) oraz odpowiednio w piaście (16, 17, 18, 19) i na tych piastach są zamocowane za pomocą kleju magnesy trwałe (24, 25, 26, 27) w kształcie pierścieni, namagnesowane wzdłuż osi pierścienia i skierowane biegunami jednoimiennymi w tę samą stronę, a poza tym w środkowej części obudowy (3), między komorami (4, 5, 6, 7) jest zamocowany akumulator (28), a ponadto obudowa (3) jest zakryta od góry pokrywą (29), do której jest przykręcony wyłącznik (30) i dwa gniazda wtykowe (31, 32), a na górnej powierzchni pokrywy (29) są przyklejone fotoogniwa (33, 34), 35, 36), rozmieszczone symetrycznie wzdłuż zewnętrznych krawędzi pokrywy i zakrywane nieprzezroczystą płytką (37) z wycięciem na wyłącznik (30) i gniazda wtykowe (31, 32), a ponadto silniki (8, 9, 10, 11) są połączone szeregowo ze sobą i z akumulatorem (28) poprzez wyłącznik (30) i gniazda wtykowe (31, 32), zaś do każdego z silników (8, 9, 10, 11) jest przyłączone równolegle odpowiednio jedno z fotoogniw (33, 34, 35, 36) przy czym wszystkie połączenia elektryczne są wykonane przewodami (38, 39) w izolacji, mającymi większe długości, niż odpowiednie odległości między podzespołami elektrycznymi, połączonymi przez te przewody, a oprócz tego obudowa (3) i pokrywa (29) są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, natomiast piasty (16, 17, 18, 19) i kołki (20, 21, 22, 23) są wykonane z metalu nieferromagnetycznego.
2. 2. Lewitron według zastrz. 1, znamienny tym, że płyta (1) jest wykonana z aluminium albo z miedzi.
3. 3. Lewitron według zastrz. 1, znamienny tym, że magnesy trwałe (24, 25, 26, 27) są wykonane ze spieku proszków żelaza, neodymu i boru i pokryte ochronną warstwą niklu.
4. 4. Lewitron według zastrz. 1, znamienny tym, że akumulator (28) jest akumulatorem litowo-jonowym.
5. 5. Lewitron według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa (3) i pokrywa (29) są wykonane z przezroczystego polimetakrylanu metylu.
6. 6. Lewitron według zastrz. 1, znamienny tym, że piasty (16, 17, 18, 19) i kołki (20, 21,22, 23) są wykonane z mosiądzu.