專利名稱：一種基于磁懸浮的角動量守恒演示儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及物理演示實驗教學儀器，具體說是一種基于磁懸浮的角動量守恒演示裝置。
背景技術：
目前，在大學物理角動量守恒演示實驗中，一般采用茹科夫轉椅來演示當轉動慣量改變時角動量守恒，但是該裝置體積較大，不便于帶到課堂上演示。由于該裝置軸承處摩擦大，演示持續時間較短，不能達到滿意的效果。該演示裝置需要在演示過程中手動調節，對演示效果存在一定的影響，還存在一定的安全隱患。
發明內容本實用新型的目的:提供一種結構簡單、效果明顯，便于攜帶，控制方便的角動量守恒演示儀。本實用新型的技術方案為:為達到上述目的，本角動量守恒演示儀由底座、支桿、永磁懸浮軸承、金屬球、圓筒、電池、電磁體、控制芯片、遙控器組成。支桿固定在底座上，永磁懸浮軸承設置在支桿上。永磁懸浮軸承由定子和轉子組成，定子和轉子之間通過永磁體之間的斥力得以保持一定的間隙，從而減小摩擦損失，實現持久旋轉。轉子中安裝有電池、控制芯片和電磁體，電池和控制芯片安裝在轉子的內部，兩個電磁體對稱安裝在轉子的外表面上。控制芯片與電池和電磁體通過導線相連，其中控制芯片在干路上，兩個電磁體并聯，分屬兩條支路。金屬球放置在圓筒內，圓筒的一端固定在永磁懸浮軸承的轉子上，并且使電磁體位于圓筒內部，電磁體產生磁場的方向沿圓筒軸線方向并指向外側，圓筒的另一端封閉。遙控器將控制信號傳給控制芯片，控制芯片通過控制電池提供給電磁體的電流來調節電磁體產生的磁場，進而改變金屬球的受力，從而控制金屬球距離支桿的距離，即調節系統的轉動慣量，由此驗證角動量守恒定律。本實用新型的有益效果為:本裝置安裝了永磁懸浮軸承，因其既能保持軸向懸浮又能保持徑向懸浮，減小了因摩擦而造成的能量損失，使得演示維持時間更長，效果更佳明顯。該演示儀靠改變電磁體的磁場來調節系統的轉動慣量，在演示過程中，通過遙控控制即可方便調節裝置的轉動慣量，更加清晰直觀的驗證角動量守恒定律。并且該裝置結構簡單，體積小，造價小，便于推廣。
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
圖1是本實用新型角動量守恒演示儀的平面效果圖。圖2是永磁懸浮軸承的平面效果圖。圖中:1.支桿，2.永磁懸浮軸承，3.右電磁體，4.左電磁體，5.右圓筒，6.左圓筒，7.金屬球，8.底座，9.定子，10.轉子，11.電池，12.控制芯片，13.永磁體，14.永磁體。
具體實施方式
如
圖1所示，支桿I固定在底座8上，永磁懸浮軸承2設置在支桿I上，由于永磁懸浮軸承2的存在，減小了摩擦能量損失。右電磁體3、左電磁體4對稱設置在永磁懸浮軸承2的表面上,可以產生垂直于支桿并且方向向外的磁場。右圓筒5和左圓筒6的一端固定在永磁懸浮軸承2上,另一端封閉，并且電磁體3、4分別在圓筒5、6的內部,其產生的磁場沿圓筒軸線方向并指向外側。金屬球7放在圓筒5內，其直徑略小于圓筒5的內徑。如圖2所示，永磁懸浮軸承2由定子9和轉子10構成。定子9中設置有四個永磁體13,轉子10中設置有四個永磁體14,永磁體13和永磁體14 二者的磁極方向相反,并且垂直于二者的共切面，使得斥力既有軸向分量又有徑向分量，此永磁懸浮軸承2既能保持軸向懸浮又能保持徑向懸浮。轉子10中安裝有電池11，控制芯片12、右電磁體3、左電磁體
4。右電磁體3和左電磁體4與電池11和控制芯片12用導線連在一起，控制芯片12在干路上，電磁體3、4之間并聯且分屬兩條支路。遙控器將信號傳給控制芯片12，控制芯片12根據信號指令調節通過電磁體3、4的電流，從而改變金屬球7的受力。裝置演示時，用手推到圓筒5、6旋轉。由于永磁懸浮軸承2存在，裝置可以長時間保持勻速轉動。手持遙控器調節電磁體3、4產生的磁場，則金屬球7的受力隨之發生改變。當調節增大電磁體3、4產生的磁場，金屬球7受到的吸引力增大，則向靠近支桿I的方向移動，裝置的轉動慣量減小，從而轉動的角速度增大。反之，轉動的角速度減小。
權利要求1.一種基于磁懸浮的角動量守恒演示儀，由底座、支桿、永磁懸浮軸承、金屬球、圓筒、電池、電磁體、控制芯片、遙控器組成，其特征是:支桿固定在底座上，永磁懸浮軸承設置在支桿上，永磁懸浮軸承由定子和轉子組成，轉子內部安裝有電池和控制芯片，轉子的表面上對稱安裝有兩個電磁體，電池、控制芯片和電磁體三者之間通過導線連接，控制芯片在干路上，兩個電磁體并聯，分屬兩個支路；金屬球放置在圓筒內，圓筒的一端封閉，另一端固定在轉子上，且電磁體位于圓筒的內部，其產生的磁場沿圓筒軸線方向。
2.根據權利要求1所述的一種基于磁懸浮的角動量守恒演示儀，其特征在于:永磁懸浮軸承由定子和轉子構成，定子和轉子上分別安裝有永磁體，其磁極方向相反且垂直于二者的共切面，使得永磁體既能保持軸向懸浮又能保持徑向懸浮。
專利摘要本實用新型公開一種基于磁懸浮的角動量守恒演示儀。其特征在于支桿上安裝永磁懸浮軸承，該軸承由轉子和定子組成。轉子和定子上分別安裝有永磁體，其磁極方向垂直于二者的共切面且方向相反，由此轉子既能保持徑向懸浮又能保持軸向懸浮，減小了機械摩擦和能量損失。轉子中安裝有控制芯片、電池、電磁體，手持遙控器發射遙控信號，控制芯片根據信號指令來調節電磁體產生的磁場，則金屬球受力改變，進而距離支桿的距離改變，從而系統的轉動慣量隨之改變。本實用新型結構簡單，演示效果明顯，便于控制。
文檔編號G09B23/10GK202976604SQ20122065539
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月24日 優先權日2012年11月24日
發明者周顯, 路暢, 張衛山 申請人:周顯