电机演示教具的制作方法

本申请涉及教学用具领域，尤其涉及一种电机演示教具。

背景技术：

在当今的课堂教学中，利用教具使一些抽象的或者学生不常见的概念和装置具象化的教学方法被教师普遍应用，尤其是涉及到电机的知识时，由于电和磁无法直接观察到，学生们往往无法理解电机的工作原理，现有的一些关于内燃机的教具只能表现出每个冲程活塞、气门、凸轮的工作状态，无法指示出进气和排气的方向，无法使学生充分理解内燃机每个冲程中的气体流动方向及气体内能的改变情况的具体工作内容。

技术实现要素：

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种电机演示教具。

本申请提供的一种电机演示教具包括：

支架；所述支架具有第一支撑杆和第二支撑杆；

线圈模型；

第一转轴；所述第一转轴的一端固定连接于所述线圈模型上，另一端可旋转连接于所述第一支撑杆上；

第二转轴；所述第二转轴的一端固定连接于所述线圈模型上，另一端可旋转连接于所述第二支撑杆上；所述第二转轴与所述第一转轴在同一直线上；

与所述第一转轴连接的马达；

马达控制电路，与所述马达连接，用于控制马达转动以带动所述第一转轴旋转；

设置于所述线圈模型上的N个LED模块；N个LED模块沿所述线圈模型呈环形设置；

LED控制电路，与所述N个LED模块连接，用于在所述线圈模型随着所述第一转轴和第二转轴沿第一旋转方向转动时，控制各LED模块沿第一环向依次点亮，在所述线圈模型随着所述第一转轴和第二转轴沿第二旋转方向转动时，控制各LED模块沿第二环向依次点亮。

可选的，所述LED控制电路包括控制模块、换向模块；

所述控制模块包括4个I/O管脚，每个I/O管脚用于输出方波信号；

所述换向模块包括一个单刀双掷开关、4个上拉电阻、一个第一光耦开关组和一个第二光耦开关组；

其中，所述单刀双掷开关的动端用于连接电源的正极；

其中，所述第一光耦开关组包括4个光耦开关；按照预设的顺序，第1个光耦开关的阳极连接所述单刀双掷开关的第一不动端，从第2个光耦开关开始，光耦开关的阳极连接下一个光耦开关的阴极，最后一个光耦开关的阴极接地；4个光耦开关的集电极分别与4个上拉电阻的第一端一一对应连接，4个上拉电阻的第二端分别与4个I/O管脚一一对应连接；第4个光耦开关的发射极与4个LED模块中的第1个LED模块的第一电流输入端连接，第3个光耦开关的发射极与4个LED模块中的第2个LED模块的第一电流输入端连接，第2个光耦开关的发射极与4个LED模块中的第3个LED模块的第一电流输入端连接，第1个光耦开关的发射极与4个LED模块中的第4个LED模块的第一电流输入端连接；

所述第二光耦开关组包括4个光耦开关；按照预设的顺序，第1个光耦开关的阳极连接所述单刀双掷开关的第二不动端，从第2个光耦开关开始，光耦开关的阳极连接下一个光耦开关的阴极，第4个光耦开关的阴极接地；4个光耦开关的集电极分别与4个上拉电阻的第一端一一对应连接，4个上拉电阻的第二端分别与4个I/O管脚一一对应连接；第4个光耦开关的发射极与N个LED模块中的第4个LED模块的第一电流输入端连接，第3个光耦开关的发射极与N个LED模块中的第3个LED模块的第一电流输入端连接，第2个光耦开关的发射极与N个LED模块中的第2个LED模块的第一电流输入端连接，第1个光耦开关的发射极与N个LED模块中的第1个LED模块的第一电流输入端连接。

可选的，还包括设置在所述第一转轴上的圆盘；所述圆盘上设置有扇形遮光区；

马达控制电路；所述马达控制电路包括继电器、2个遮挡开关的发光端和接收端、三极管和马达；

所述发光端和接收端固定在所述第一支撑杆上并分别设置在所述圆盘的两侧；

所述继电器至少具有3个常开触点、3个常闭触点、3个公共端和1个线圈；第1个所述常开触点、第1个所述常闭触点和第1个所述公共端为第一常闭常开触点组；第2个所述常开触点、第2个所述常闭触点和第2个所述公共端为第二常闭常开触点组；第3个所述常开触点、第3个所述常闭触点和第3个所述公共端为第三常闭常开触点组；

所述接收端具有信号输入端和信号输出端；

所述马达具有正极和负极；

所述三极管的发射极连接电源的正极，所述三极管的基极通过第一电阻连接两个所述接收端的信号输出端，所述三极管的集电极连接所述线圈的一端；所述线圈的另一端接地；

第一个所述接收端的信号输入端接地，第二个所述接收端的信号输入端连接第1个所述常闭触点；第1个所述公共端接地；

第2个所述常闭触点分别连接所述马达的负极和所述第3个常开触点；第2个所述公共端接地；第2个所述常开触点连接第3个所述常闭触点；第3个所述公共端连接电源的正极；第3个常闭触点还连接所述马达的正极。

可选的，还包括外电路线圈模型、换向器模型、控制盒模型；所述马达控制电路还包括干簧开关；

所述换向器模型与所述第二转轴连接；

所述外电路线圈模型的一端与所述换向器模型的一端接触，另一端可移动地设置在所述控制盒模型的外表面，所述干簧开关设置于所述外电路线圈模型的另一端内；

所述干簧开关的两端分别连接所述三极管的所述集电极与发射极；

所述控制盒靠近外电路线圈模型的另一端设置有磁铁，用于控制所述干簧开关的通断。

可选的，所述线圈模型为透光材质，所述多组LED设置于所述线圈模型的内部。

可选的，还包括：N个导电条，所述导电条固定于所述支架上；所述N个导电条的一端分别与所述N个I/O管脚连接；

所述第一转轴设置有N个导电环，所述N个导电环内表面与设置于所述线圈模型内部的所述N个LED模块连接；所述多个导电环外表面分别与所述N个导电条的另一端接触。

可选的，所述单刀双掷开关的所述动端可摩擦地固定在所述第一转轴，当所述第一转轴转动时带动所述动端同向转动以便于所述不动端接触。

可选的，所述控制模块包括集成芯片HL2202。

可选的，还包括磁场模型；

所述磁场模型设置于所述第一支撑杆与所述第二支撑杆上；

所述磁场模型的一极设置有多个LED，用于模拟指示磁场方向。

可选的，还包括受力指示模型；

所述受力指示模型包括指示箭头、多个LED和受力指示电路；

所述指示箭头设置于所述线圈模型上；

所述LED设置于所述指示箭头上，用于标识当前受力方向；

所述受力指示电路由所述单刀双掷开关控制不同的所述多个LED亮起。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：在支架上设置有第一支撑杆和第二支撑杆，第一转轴的一端固定连接于线圈模型上，另一端可旋转连接于第一支撑杆上；第二转轴的一端固定连接在线圈模型上，另一端可旋转连接于第二支撑杆上，第一转轴与第二转轴在同一直线上，马达与第一转轴连接，马达控制电路与马达连接，控制马达转动以带动第一转轴、第二转轴以及线圈模型转动，在线圈模型上还沿线圈模型呈环形设置有N个LED模块，LED控制电路与其相连，控制LED模块当线圈模型沿第一旋转方向转动时沿第一环向依次点亮，当线圈模型沿第二旋转方向转动时沿第二环向依次点亮。基于此，便可以利用LED模块依次点亮的特性表示线圈模型中的电流方向，使线圈的旋转方向与LED模块点亮的方向即电流方向结合起来，使学生充分理解线圈的电流方向与线圈的受力方向之间的关系，从根本上使学生理解电机的工作原理。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请的实施例提供的一种电机演示教具的结构示意图。

图2是本申请的实施例提供的一种电机演示教具的LED控制电路结构示意图。

图3是本申请的实施例提供的一种电机演示教具的马达控制电路结构示意图。

附图标记：支架-1；第一支撑杆-2；第二支撑杆-3；线圈模型-4；第一转轴-5；第二转轴-6；马达-7；LED模块-8；控制模块-9；换向模块-10；单刀双掷开关-11；外电路线圈模型-12；换向器模型-13；控制盒模型-14；导电条-15；磁场模型-16；受力指示模型-17；继电器-18；发光端-19；接收端-20；三极管-21。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请电机演示教具的例子。

图1是本申请的实施例提供的一种电机演示教具的结构示意图。

参见图1，本申请的实施例提供的电机演示教具包括：

支架1；支架1具有第一支撑杆2和第二支撑杆3；

线圈模型4；

第一转轴5；第一转轴5的一端固定连接于线圈模型4上，另一端可旋转连接于第一支撑杆2上；

第二转轴6；第二转轴6的一端固定连接于线圈模型4上，另一端可旋转连接于第二支撑杆3上；第二转轴6与第一转轴5在同一直线上；

与第一转轴5连接的马达7；

马达控制电路，与马达7连接，用于控制马达7转动以带动第一转轴5旋转；

设置于线圈模型4上的N个LED模块；N个LED模块沿线圈模型4呈环形设置；

LED控制电路，与N个LED模块连接，用于在线圈模型4随着第一转轴5和第二转轴6沿第一旋转方向转动时，控制各LED模块沿第一环向依次点亮，在线圈模型4随着第一转轴5和第二转轴6沿第二旋转方向转动时，控制各LED模块沿第二环向依次点亮。

由于在支架1上设置有第一支撑杆2和第二支撑杆3，第一转轴5的一端固定连接于线圈模型4上，另一端可旋转连接于第一支撑杆2上；第二转轴6的一端固定连接在线圈模型4上，另一端可旋转连接于第二支撑杆3上，第一转轴5与第二转轴6在同一直线上，马达7与第一转轴5连接，马达控制电路与马达7连接，控制马达7转动以带动第一转轴5、第二转轴6以及线圈模型4转动，在线圈模型4上还沿线圈模型4呈环形设置有N个LED模块，LED控制电路与其相连，控制LED模块当线圈模型4沿第一旋转方向转动时沿第一环向依次点亮，当线圈模型4沿第二旋转方向转动时沿第二环向依次点亮。基于此，便可以利用LED模块依次点亮的特性表示线圈模型4中的电流方向，使线圈的旋转方向与LED模块点亮的方向即电流方向结合起来，使学生充分理解线圈的电流方向与线圈的受力方向之间的关系，从根本上使学生理解电机的工作原理。

图2是本申请的实施例提供的一种电机演示教具的LED控制电路结构示意图。

参见图2，所述LED控制电路包括控制模块9、换向模块10；

所述控制模块9包括4个I/O管脚，每个I/O管脚用于输出方波信号；

所述换向模块10包括一个单刀双掷开关11、4个上拉电阻、一个第一光耦开关组和一个第二光耦开关组；

其中，所述单刀双掷开关11的动端用于连接电源的正极；

其中，所述第一光耦开关组包括4个光耦开关；按照预设的顺序，第1个光耦开关的阳极连接所述单刀双掷开关11的第一不动端，从第2个光耦开关开始，光耦开关的阳极连接下一个光耦开关的阴极，最后一个光耦开关的阴极接地；4个光耦开关的集电极分别与4个上拉电阻的第一端一一对应连接，4个上拉电阻的第二端分别与4个I/O管脚一一对应连接；第4个光耦开关的发射极与4个LED模块8中的第1个LED模块8的第一电流输入端连接，第3个光耦开关的发射极与4个LED模块8中的第2个LED模块8的第一电流输入端连接，第2个光耦开关的发射极与4个LED模块8中的第3个LED模块8的第一电流输入端连接，第1个光耦开关的发射极与4个LED模块8中的第4个LED模块8的第一电流输入端连接；

所述第二光耦开关组包括4个光耦开关；按照预设的顺序，第1个光耦开关的阳极连接所述单刀双掷开关11的第二不动端，从第2个光耦开关开始，光耦开关的阳极连接下一个光耦开关的阴极，第4个光耦开关的阴极接地；4个光耦开关的集电极分别与4个上拉电阻的第一端一一对应连接，4个上拉电阻的第二端分别与4个I/O管脚一一对应连接；第4个光耦开关的发射极与N个LED模块8中的第4个LED模块8的第一电流输入端连接，第3个光耦开关的发射极与N个LED模块8中的第3个LED模块8的第一电流输入端连接，第2个光耦开关的发射极与N个LED模块8中的第2个LED模块8的第一电流输入端连接，第1个光耦开关的发射极与N个LED模块8中的第1个LED模块8的第一电流输入端连接。

换向模块10中的第一光耦开关组可以控制各LED模块8沿第一环向依次点亮，第二光耦开关组可以控制各LED模块8沿第二环向依次点亮。而单刀双掷开关11的第一不动端和第二不动端分别连接第一光耦开关组中第1个光耦开关的阳极和第二光耦开关组中第1个光耦开关的阳极，单刀双掷开关11的动端又与电源的正极相连接，当单刀双掷开关11的动端与第一不动端接触时，第一光耦开关组导通，由此，各LED模块8沿第一环向依次点亮；当单刀双掷开关11的动端与第二不动端接触时，第二光耦开关组导通，由此，各LED模块8沿第二环向依次点亮。

其中，单刀双掷开关11的动端可摩擦地固定在第一转轴5，当第一转轴5转动时带动动端同向转动以便于不动端接触。基于此，在第一转轴5转动时，在摩擦力的作用下会带动单刀双掷开关11的动端同方向转动，当动端接触到第一不动端或第二不动端时，由于第一不动端和第二不动端的阻挡，动端便保持接触第一不动端或第二不动端，从而导通第一光耦开关组或第二光耦开关组。

图3是本申请的实施例提供的一种电机演示教具的马达控制电路结构示意图。

参见图3，本申请的实施例还包括马达控制电路；参见图1，本申请的实施例还包括设置在第一转轴5上的圆盘；圆盘上设置有扇形遮光区。马达控制电路包括继电器18、2个遮挡开关的发光端19和接收端20、三极管21和马达7；发光端19和接收端20固定在第一支撑杆2上并分别设置在圆盘的两侧；继电器18至少具有3个常开触点、3个常闭触点、3个公共端和1个线圈；第1个常开触点、第1个常闭触点和第1个公共端为第一常闭常开触点组；第2个常开触点、第2个常闭触点和第2个公共端为第二常闭常开触点组；第3个常开触点、第3个常闭触点和第3个公共端为第三常闭常开触点组；接收端20具有信号输入端和信号输出端；马达7具有正极和负极；三极管21的发射极连接电源的正极，三极管21的基极通过第一电阻连接两个接收端20的信号输出端，三极管21的集电极连接线圈的一端；线圈的另一端接地；第一个接收端20的信号输入端接地，第二个接收端20的信号输入端连接第1个常闭触点；第1个公共端接地；第2个常闭触点分别连接马达7的负极和第3个常开触点；第2个公共端接地；第2个常开触点连接第3个常闭触点；第3个公共端连接电源的正极；第3个常闭触点还连接马达7的正极。

进一步地，参见图1，本申请的实施例还可以包括外电路线圈模型12、换向器模型13、控制盒模型14；参见图3，马达控制电路还包括干簧开关；换向器模型13与第二转轴6连接；外电路线圈模型12的一端与换向器模型13的一端接触，另一端可移动地设置在控制盒模型14的外表面，干簧开关设置于外电路线圈模型12的另一端内；干簧开关的两端分别连接三极管21的集电极与发射极；控制盒靠近外电路线圈模型12的另一端设置有磁铁，用于控制干簧开关的通断。

外电路线圈模型12为可移动设置，当外电路线圈模型12移动到第一位置时，干簧开关接近控制盒中的磁铁，干簧开关闭合，导致继电器18的线圈一直处于导通的状态，马达7的输出轴就会保持同一个方向转动；当外电路线圈模型12移动到第二位置时，干簧开关远离控制盒中的磁铁，干簧开关断开，导致继电器18的线圈会根据遮挡开关的状态接通和断开，从而致使马达7的输出轴进行往复转动。

需要说明的是，线圈模型4可以为透光材质，多组LED可以设置于线圈模型4的内部。这样会使线圈看起来更加简洁，同时也可以表示出电流的方向。

进一步地，由于本申请的实施例在运行时，第一转轴5一直处于转动的状态，只有LED模块8因其设置在线圈模型4的内部会随着第一转轴5和线圈模型4转动，其它元件都不会随着第一转轴5的转动而转动，所以其它元件与LED模块8的连接，可以采用下述结构。

其结构包括N个导电条15，导电条15固定于支架1上；N个导电条15的一端分别与N个I/O管脚连接；第一转轴5设置有N个导电环，N个导电环内表面与设置于线圈模型4内部的N个LED模块8连接；多个导电环外表面分别与N个导电条15的另一端接触。

进一步地，控制模块9可以包括集成芯片HL2202，上述集成芯片的体积小，成本低，容易采购和更换。

其中，本申请的实施例还可以包括磁场模型16；磁场模型16设置于第一支撑杆2与第二支撑杆3上；磁场模型16的一极设置有多个LED，用于模拟指示磁场方向。

进一步地，本申请的实施例还可以包括受力指示模型17；受力指示模型17包括指示箭头、多个LED和受力指示电路；指示箭头设置于线圈模型4上；LED设置于指示箭头上，用于标识当前受力方向；受力指示电路由单刀双掷开关11控制不同的多个LED亮起。

需要说明的是，本申请提供的电机演示教程既可以演示发电机的工作状态，又可以演示电动机的工作状态。可以在控制盒模型的表面设置电池模型，在控制盒模型的内部设置灯泡模型，当控制盒关闭时，表面的电池模型暴露，此时可以演示电动机的工作状态；当控制盒打开时，设置在内部的灯泡模型暴露，此时可以演示发电机的工作状态。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。