一种电动悬浮原理的演示器具

本发明涉及磁悬浮演示用工具，具体涉及一种电动悬浮原理的演示器具。

背景技术：

1、电磁悬浮是一种利用磁力克服重力使物体悬浮的技术，此类技术经过进一步的改进广泛应用在物流、客运、军工领域，例如磁悬浮列车，其通过电生磁形成的多组磁场之间的“相斥”与“相吸”为原理改进制成。

2、传统的物理教学演示工具对于电动悬浮现象的展示方式较为单一，多为通过简易线圈与金属结构缠绕制成，仅能演示电磁吸附等简易功能，无法生动、直观地展示电动悬浮现象的原理，不能通过切换电流方向、调节电流大小来对电动悬浮原理以及变化情况进行演示，不便演示多组电磁结构之间的相吸、相斥现象，演示器具组成结构零散，使用时需要组装，演示繁琐，不易对电磁原理进一步的演示和解析。

技术实现思路

1、本发明涉及一种电动悬浮原理的演示器具，以解决传统的物理教学演示工具对于电动悬浮现象的展示方式较为单一，多为通过简易线圈与金属结构缠绕制成，仅能演示电磁吸附等简易功能，无法生动、直观地展示电动悬浮现象的原理，不能通过切换电流方向、调节电流大小来对电动悬浮原理以及变化情况进行演示，不便演示多组电磁结构之间的相吸、相斥现象，演示器具组成结构零散，使用时需要组装，演示繁琐，不易对电磁原理进一步的演示和解析的问题。

2、本发明提供了一种电动悬浮原理的演示器具，包括：演示器具底座，所述演示器具底座的上表面中间固定连接有永磁体，所述演示器具底座底部安装有储能电源，所述演示器具底座底部安装有电极换向电路板，所述储能电源与电极换向电路板电性连接，所述演示器具底座的上表面固定安装有两处下垂直导杆，下垂直导杆垂直于演示器具底座的上表面，下垂直导杆上活动连接有演示用电磁铁，所述演示器具底座上方活动连接有活动对接架，所述活动对接架下表面固定安装有两处上垂直导杆，上垂直导杆垂直于演示器具底座的上表面，两处上垂直导杆之间活动连接有演示用电磁铁，所述演示器具底座的上表面右前方通过支架固定连接有磁极显影片；电源开关安装在演示器具底座的上表面；磁力调节旋钮安装在演示器具底座的上表面；电极转换双联开关安装在演示器具底座的前方；方向指示灯安装在演示器具底座的上表面前边缘中间；电极换向电路板通过导线与电源开关、磁力调节旋钮、电极转换双联开关、方向指示灯电性连接。

3、优选地，所述演示器具底座的上表面固定连接有两处电性对接端头，两电性对接端头通过电性连接线分别连接两电极转换双联开关。电性对接端头为黄铜材质制成。

4、优选地，所述演示器具底座的上表面后方垂直设置有纵向导板，纵向导板的后表面加工有对接下板，对接下板与演示器具底座的上表面平行，对接下板的上表面固定连接有下对接磁体。演示器具底座为绝缘材料制成。

5、优选地，所述下垂直导杆为矩形空心杆，下垂直导杆的内表面凹设开设有下导杆轮槽，两处所述下垂直导杆分别通过导线连接磁力调节旋钮的负极与储能电源的负极。所述下垂直导杆为铝合金材质。

6、优选地，所述活动对接架的后方固定连接有升降导套，升降导套滑动套接在纵向导板上，升降导套的后表面下边缘固定连接有对接上板，对接上板的下表面固定连接有上对接磁体，上对接磁体与下对接磁体形成磁吸连接，活动对接架的下表面与纵向导板垂直。活动对接架为绝缘材料制成。

7、优选地，所述上垂直导杆为矩形空心杆，上垂直导杆的朝向演示器具底座中心的一面加工有上导杆轮槽；所述上对接磁体与下对接磁体磁吸对接状态下，上垂直导杆的下端与电性对接端头接触并形成电性连接。所述上垂直导杆为铝合金材质。

8、优选地，所述演示用电磁铁外圈固定连接有半圆套结构的线圈罩壳，线圈罩壳内部设有电磁线圈，电磁线圈以演示用电磁铁为中心缠绕设置；线圈罩壳的前半部分设有开口，线圈罩壳的左边缘和右边缘上分别固定连接有一处侧连接铜板。所述半圆套结构的线圈罩壳为塑料材质。

9、优选地，所述侧连接铜板上转动连接有两处铜制滚轮，侧连接铜板内表面固定连接有线圈接头，位于线圈罩壳开口左侧的线圈接头与线圈罩壳的正极连接，位于线圈罩壳开口右侧的线圈接头与线圈罩壳的负极连接。所述侧连接铜板与铜制滚轮均为铜材制成。

10、优选地，所述储能电源的正极连接电源开关的正极，电源开关的负极连接磁力调节旋钮的正极；方向指示灯包括有两箭头结构的led指示灯，两方向指示灯分别串联在电极转换双联开关分设的两条回路上。

11、本发明电动悬浮原理的演示器具的有益效果如下：

12、（1）本发明电动悬浮原理的演示器具通过多组演示用电磁铁之间的配合实现对电磁铁之间的相吸、相斥现象进行演示，使电磁铁本体在磁场作用下产生浮力，使电磁铁悬浮在演示器具中，在演示器具中设置有磁极显影片，通过磁极显影片可以观察通电状态下的电磁铁产生的磁力变化，将磁场可视化，可以使观看者更方便对实验过程中产生的磁力与悬浮动作进行结合，提高理解能力和学习效率；

13、（2）本发明电动悬浮原理的演示器具中的演示用电磁铁浮动设置在下垂直导杆与上垂直导杆内部，同时通过下垂直导杆与上垂直导杆作为导体进行与电源和控制电路之间的连接，使演示用电磁铁的纵向浮动距离和灵敏度不会受到电性连接线的限制和扰乱，同时保持了演示用电磁铁始终处于水平状态，保持演示用电磁铁的平衡，教学器具结构简易，组装便捷，将演示器具底座与活动对接架分离后可将内部演示用电磁铁拆卸，便于对电磁现象进行简易演示，演示器具拆解后便于携带，组装简易；

14、（3）本发明电动悬浮原理的演示器具中设有电极的换向机构，安装在下垂直导杆上的两演示用电磁铁与安装在上垂直导杆上的两演示用电磁铁呈纵向交叉间隔设置，可以单独控制两上垂直导杆之间的电压方向，进而改变流通在电磁线圈内部的电流方向，随着电磁线圈的电流方向改变使演示用电磁铁的磁极发生变化，当四处演示用电磁铁内部的电磁线圈中电流方向一致时，四处演示用电磁铁产生的磁场方向一致，纵向排列设置的演示用电磁铁会由于异性相吸的原理而吸附合并，若通过电极转换双联开关调整两上垂直导杆之间的电压方向，使与两上垂直导杆相连接的两演示用电磁铁中的电流方向进行切换，使两演示用电磁铁的磁极变换，使四处纵向排列的演示用电磁铁中，相邻两处演示用电磁铁的磁极方向相反，即可四处演示用电磁铁产生排斥力而悬浮，通过改电磁原理演示器具可以进一步的演示电流与磁极之间的关系，演示清晰，演示器具操作方便；

15、（4）本发明电动悬浮原理的演示器具通过该电极换向电路板与电源开关、磁力调节旋钮、电极转换双联开关、方向指示灯形成电压换向结构，使上垂直导杆可以在两条回路之间转换，并在两回路上分别设置一只箭头式指示灯，使观看者更清晰的分辨上垂直导杆中电流的方向，使演示更加清晰。

技术特征：

1.一种电动悬浮原理的演示器具，其特征在于，包括：演示器具底座（1），所述演示器具底座（1）的上表面中间固定连接有永磁体（2），所述演示器具底座（1）底部安装有储能电源（3），所述演示器具底座（1）底部安装有电极换向电路板（4），所述储能电源（3）与电极换向电路板（4）电性连接，所述演示器具底座（1）的上表面固定安装有两处下垂直导杆（5），下垂直导杆（5）垂直于演示器具底座（1）的上表面，下垂直导杆（5）上活动连接有演示用电磁铁（8），所述演示器具底座（1）上方活动连接有活动对接架（6），所述活动对接架（6）下表面固定安装有两处上垂直导杆（7），上垂直导杆（7）垂直于演示器具底座（1）的上表面，两处上垂直导杆（7）之间活动连接有演示用电磁铁（8），所述演示器具底座（1）的上表面右前方通过支架固定连接有磁极显影片（9）；电源开关（10），安装在演示器具底座（1）的上表面；磁力调节旋钮（11），安装在演示器具底座（1）的上表面；电极转换双联开关（12），安装在演示器具底座（1）的前方；方向指示灯（13），安装在演示器具底座（1）的上表面前边缘中间；电极换向电路板（4）通过导线与电源开关（10）、磁力调节旋钮（11）、电极转换双联开关（12）、方向指示灯（13）电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动悬浮原理的演示器具，其特征在于：所述演示器具底座（1）的上表面固定连接有两处电性对接端头（104），两电性对接端头（104）通过电性连接线分别连接两电极转换双联开关（12）。

3.根据权利要求1或2所述的一种电动悬浮原理的演示器具，其特征在于：所述演示器具底座（1）的上表面后方垂直设置有纵向导板（101），纵向导板（101）的后表面加工有对接下板（102），对接下板（102）与演示器具底座（1）的上表面平行，对接下板（102）的上表面固定连接有下对接磁体（103）。

4.根据权利要求1或2所述的一种电动悬浮原理的演示器具，其特征在于：所述下垂直导杆（5）为矩形空心杆，下垂直导杆（5）的内表面凹设开设有下导杆轮槽（501），两处所述下垂直导杆（5）分别通过导线连接磁力调节旋钮（11）的负极与储能电源（3）的负极。

5.根据权利要求3所述的一种电动悬浮原理的演示器具，其特征在于：所述活动对接架（6）的后方固定连接有升降导套（601），升降导套（601）滑动套接在纵向导板（101）上，升降导套（601）的后表面下边缘固定连接有对接上板（602），对接上板（602）的下表面固定连接有上对接磁体（603），上对接磁体（603）与下对接磁体（103）形成磁吸连接，活动对接架（6）的下表面与纵向导板（101）垂直。

6.根据权利要求5所述的一种电动悬浮原理的演示器具，其特征在于：所述上垂直导杆（7）为矩形空心杆，上垂直导杆（7）的朝向演示器具底座（1）中心的一面加工有上导杆轮槽（701）；所述上对接磁体（603）与下对接磁体（103）磁吸对接状态下，上垂直导杆（7）的下端与电性对接端头（104）接触并形成电性连接。

7.根据权利要求1或2所述的一种电动悬浮原理的演示器具，其特征在于：所述演示用电磁铁（8）外圈固定连接有半圆套结构的线圈罩壳（801），线圈罩壳（801）内部设有电磁线圈（802），电磁线圈（802）以演示用电磁铁（8）为中心缠绕设置；线圈罩壳（801）的前半部分设有开口，线圈罩壳（801）的左边缘和右边缘上分别固定连接有一处侧连接铜板（803）。

8.根据权利要求7所述的一种电动悬浮原理的演示器具，其特征在于：所述侧连接铜板（803）上转动连接有两处铜制滚轮（804），侧连接铜板（803）内表面固定连接有线圈接头（805），位于线圈罩壳（801）开口左侧的线圈接头（805）与线圈罩壳（801）的正极连接，位于线圈罩壳（801）开口右侧的线圈接头（805）与线圈罩壳（801）的负极连接。

9.根据权利要求1或2所述的一种电动悬浮原理的演示器具，其特征在于：所述储能电源（3）的正极连接电源开关（10）的正极，电源开关（10）的负极连接磁力调节旋钮（11）的正极；方向指示灯（13）包括有两箭头结构的led指示灯，两方向指示灯（13）分别串联在电极转换双联开关（12）分设的两条回路上。

技术总结本发明提供一种电动悬浮原理的演示器具，涉及磁悬浮演示用工具技术领域，包括：演示器具底座，所述演示器具底座的上表面中间固定连接有永磁体，所述演示器具底座底部安装有储能电源，所述演示器具底座底部安装有电极换向电路板，演示器具底座的上表面固定安装有两处下垂直导杆，通过磁极显影片可以观察通电状态下的电磁铁产生的磁力变化，将磁场可视化，可以使观看者更方便对实验过程中产生的磁力与悬浮动作进行结合，提高理解能力和学习效率，解决了传统的物理教学演示工具对于电动悬浮现象的展示方式较为单一，不能通过切换电流方向、调节电流大小来对电动悬浮原理以及变化情况进行演示，不便演示多组电磁结构之间的相吸、相斥现象的问题。技术研发人员：程曼,张明罡,文永莉,刘小伟,王源,冯炜祺受保护的技术使用者：山西大学技术研发日：技术公布日：2024/5/19