一種旋轉磁場演示儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種旋轉磁場演示儀，主要用于科普教育和教學實踐活動。
【背景技術】
[0002]三相異步電動機的工作原理是利用三組定子線圈產生旋轉磁場，在空心金屬轉子中產生感應電流，感應電流的磁場與線圈的磁場相互作用，從而驅動轉子旋轉。
[0003]在教學過程中，通常教師都要在黑板上繪制磁場的方向，盡力地描述旋轉磁場產生的過程及磁場的狀態，由于磁場本身的不可視性，造成了直觀教學的困難。在中國專利文獻CN 2636348Y中，發明了一種三相異步電動機旋轉磁場演示器，在箱體面板的中部固定有模擬電動機定子線圈和演示磁場方向的發光二極管，在面板下部固定轉換開關，但是結構整體比較復雜，難以更形象直觀的觀察磁場旋轉的方向。其后，在中國專利文獻CN201804483U中，發明了一種旋轉磁場演示裝置，用電子電路模擬旋轉磁場的產生過程，用LED形象地展示旋轉磁場的旋轉過程，結構較為簡單，但是，裝置僅僅能夠通過光電形象、直觀地演示了旋轉磁場在三相交流電接入時的產生、旋轉過程，不能夠直觀的展示空心金屬閉合導體在旋轉磁場的作用下產生的物理現象，并且LED的使用增加了儀器的維護和使用成本，難以支持長期的教學使用。

【發明內容】

[0004]針對上述現有技術中的不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種旋轉磁場演示儀，能讓參觀者或學習者更加直觀的感受到空心金屬閉合導體在旋轉磁場的作用下產生的現象和三相異步電動機的工作原理，并且適合長期教學使用。
[0005]為了實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現:
[0006]一種旋轉磁場演示儀，包括設置在支架上的臺面板，該演示儀在臺面板上設有非金屬材質的透明圓盤，所述透明圓盤的盤底呈凹面狀，透明圓盤的盤底處設置有空心的金屬物體，所述金屬物體呈橢球狀或蛋狀；所述透明圓盤盤底的正下方還設有板狀的旋轉磁鐵盤，所述旋轉磁鐵盤上設有三個大小相同且環繞旋轉磁鐵盤中心均勻排布的磁鐵塊，所述透明圓盤盤底中心與旋轉磁鐵盤的盤面中心處于同一中心線上；所述旋轉磁鐵盤與驅動裝置的輸出軸固定聯接。
[0007]優選的，所述透明圓盤的上側蓋設有透明的罩殼，所述罩殼活動安裝在臺面板上，且罩殼與透明圓盤構成一個封閉的空間。
[0008]優選的，所述旋轉磁鐵盤與透明圓盤盤底之間的間隙為I?6mm。
[0009]優選的，所述磁鐵塊呈扁圓柱狀。
[0010]優選的，所述驅動裝置包括便于人手抓握的手輪，所述手輪設置在臺面板的上部，且手輪套設固定在旋轉主軸上，所述旋轉主軸穿過臺面板與輸出軸即旋轉副軸通過傳動機構相聯接。
[0011]作為傳動機構的一種優選方案，所述傳動機構為皮帶傳動機構，由主皮帶輪、皮帶以及副皮帶輪構成；所述主皮帶輪固定安裝在旋轉主軸的底部，所述副皮帶輪固定安裝在旋轉副軸底部，所述主皮帶輪通過皮帶驅動副皮帶輪轉動。
[0012]作為傳動機構的另一種優選方案，所述傳動機構為齒輪傳動機構，由主齒輪、過渡齒輪以及副齒輪構成；所述主齒輪固定安裝在旋轉主軸底部，所述副齒輪固定安裝在旋轉副軸底部，所述主齒輪通過過渡齒輪驅動副齒輪轉動。
[0013]作為傳動機構的第三種優選方案，所述傳動機構由發電機、導線以及電動機構成；所述發電機與旋轉主軸底部固定連接，所述電動機與旋轉副軸底部固定連接，所述發電機經由導線將電傳輸至電動機并驅使電動機旋轉。
[0014]本發明的有益效果在于:
[0015]I)、本發明用固定放置在旋轉磁鐵盤上的三個互成120°夾角的柱狀磁鐵塊替代三相異步電動機中固定不動的三組定子線圈，參觀者或學習者能夠通過旋轉手搖式手輪，驅動旋轉主軸旋轉，旋轉主軸經過傳動機構使旋轉副軸旋轉，從而驅動旋轉磁鐵盤旋轉，進而空心蛋狀的金屬物體在各種因素的綜合作用下由躺伏狀變為立起狀并且旋轉。由于圓盤為透明狀，因此觀眾可以清晰地觀察到柱狀磁鐵的旋轉過程，從而大大促進了參觀者或學習者對周圍的空間具有磁場的認知。
[0016]2)、當設置在旋轉磁鐵盤上的三個互成120°夾角的柱狀磁鐵塊在周圍的空間形成旋轉磁場后，由于空心蛋狀的金屬物體即空心金屬蛋是閉合導體，在旋轉磁場的作用下空心金屬蛋會產生感應電流，形成磁場，帶電的空心金屬蛋在磁場中受到力的作用旋轉起來，并且因為空心金屬蛋的質量分布不均勻，當空心金屬蛋快速旋轉時，在離心力、重力以及摩擦力的作用下空心金屬蛋便可以由橫臥姿態而豎立起來；參觀者或學習者能夠直觀地觀察到隨著手輪的順時針旋轉或逆時針旋轉，旋轉磁鐵盤的旋轉狀況與空心金屬蛋的旋轉狀況之間的關系，有利于促進參觀者在教學過程中對三相異步電動機的工作原理的理解；同時，通過搖動手輪也增加了該儀器演示過程中的互動性和趣味性，大大提高了教學質量。
[0017]3)、旋轉磁鐵盤與透明圓盤盤底之間的間隙在I?6mm之間，使旋轉磁場的作用空間能夠有效覆蓋透明圓盤，增加空心金屬蛋閉合導體對磁場中磁感線的切割，使空心金屬蛋在磁場中受到力增大，從而能以更快的速度發生旋轉；并且，三個柱狀磁鐵塊互成120°夾角固定放置在旋轉磁鐵盤上，使得旋轉磁場分布更加均勻，不會造成空心金屬蛋的無規則運動，使結果更易形象直觀地被觀察到。
[0018]4)、本發明設有活動連接的罩殼即有機玻璃蓋，可根據使用需要打開或關閉有機玻璃蓋，在演示過程中，有機玻璃蓋與碗狀的透明圓盤構成一個封閉的空間，降低了外界的電磁干擾，為教學成果提供了保證，同時也發揮了長期放置時的防塵作用。
[0019]5)、本發明由人力驅動而無需連接電源，可根據實際需要在各種場所進行演示，符合節能減排的社會需要，并且結構簡單，降低維護費用，適合于長期的教學使用。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明手搖式皮帶傳動結構示意圖；
[0021]圖2為本發明手搖式齒輪傳動結構示意圖；
[0022]圖3為本發明手搖式發電機驅動構示意圖；
[0023]圖4為本發明旋轉磁鐵盤的俯視圖。
[0024]圖中標記符號的含義如下:
[0025]10-支架11-臺面板
[0026]20-驅動機構21-手輪22-旋轉主軸23-主軸承座
[0027]24a-主皮帶輪 25a_皮帶 26a_副皮帶輪
[0028]24b-主齒輪25b-過渡齒輪26b_副齒輪
[0029]24c_發電機25c_導線26c_電動機
[0030]27-旋轉副軸28-副軸承座
[0031]30-旋轉磁鐵盤31-磁鐵塊
[0032]40-金屬物體50-透明圓盤60-罩殼
【具體實施方式】
[0033]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。
[0034]實施例1
[0035]如圖1所示，圖例為一種皮帶傳動的手搖式旋轉磁場演示儀。
[0036]該演示儀包括臺面板11，在臺面板11下部設有與臺面板11固定連接的碗狀的透明圓盤50以及置于透明圓盤50底端中心處的金屬物體40即空心金屬蛋，透明圓盤50的正下方還設有旋轉磁鐵盤30，旋轉磁鐵盤30與透明圓盤50盤底之間的間隙在I?6mm之間，旋轉磁鐵盤30固設在旋轉副軸27上，旋轉副軸27套設固定于副軸承座28上；如圖4所示，在旋轉磁鐵盤30上設有三個柱狀的磁鐵塊31，三個磁鐵塊31互成120°夾角固定放置在旋轉磁鐵盤30上；如圖1所示，旋轉副軸27與旋轉主軸22之間通過皮帶傳動機構連接，旋轉主軸22上套設固定于主軸承座23中，皮帶傳動機構由主皮帶輪24a、皮帶25a以及副皮帶輪26a構成，主皮帶輪24a固定安裝在旋轉主軸22底部，副皮帶輪26a固定安裝在旋轉副軸27底部，主皮帶輪24a在旋轉的同時由皮帶25a驅動副皮帶輪26a轉動。
[0037]該演示儀在臺面板11的上部設有手搖式的手輪21，手輪21套設固定在伸出在臺面板11上側的旋轉主軸22上，手輪21轉動并驅動旋轉主軸22旋轉；臺面板11的上部還設有罩殼60即透明的有機玻璃罩，有機玻璃罩活動安裝在臺面板11上，并與透明圓盤50構成一個封閉的空間。
[0038]該演示儀還設有固定支撐臺面板11的支架10。
[0039]下面結合附圖對該演示儀的工作過程做詳細說明。
[0040]首先，參觀者或學習者以順時針方向旋轉手輪21，驅動旋轉主軸22發生旋轉，旋轉主軸22接著帶動主皮帶輪24a以及皮帶25a旋轉，進而副皮帶輪26a也隨之發生旋轉，副皮帶輪26a則驅動旋轉副軸27上的旋轉磁鐵盤30發生旋轉，產