交直流发电机原理及其电流波形演示器的制作方法

1..本实用新型属于教学器材技术领域，具体为交直流发电机原理及其电流波形演示器。


背景技术：

2.中学物理关于交、直流发电机原理教学时，教师在课堂中，往往只通过灵敏电流表指针左右摆动来显示交流电的产生及其特性，演示用的发电机均是多匝线圈的，目前，中学物理实验室还没有能直接显示交流电产生原理的单匝线圈发电机及其正弦交流电流波形的装置，本专利就是为解决这一问题，以弥补这一教学演示教具的空缺。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供交直流发电机原理及其电流波形演示器，以解决教学直流和交流发电机原理时学生学习抽象的难题。
4.为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：交直流发电机原理及其电流波形演示器，包括底座、定子、转子、供电滑环、电流检测装置，
5.底座上设置有用于支撑定子的第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板和第二支撑板的两端设置有用于支撑转子转动的第三支撑板和第四支撑板，转子的线圈完全位于定子中间，
6.所述第一支撑板的外侧设置有两个支撑片，所述支撑片上活动连接有电刷片，所述电刷片的另一端与供电滑环之间弹性接触，所述的电流检测装置包括微电流数据采集器和与之连接的读取数据的电脑，所述微电流数据采集器通过数据采集线连接两个电刷片。
7.在本技术的优选方案中，供电滑环相当于换向器，供电滑环整体为圆柱形结构，圆柱形中部沿中心线方向设置有一段间隙，在该间隙的上端往右、该间隙的下端往左的水平方向也设置有间隙，并将供电滑环分割为上滑环和下滑环，上下滑环为对称结构，上下滑环分别与转子的线圈两端单独连接，电刷片分别与上下滑环的两端弹性接触或者分别与上下滑环的中部弹性接触。
8.在本技术优选方案中，转子与供电滑环之间为一体结构，转子包括线圈、转轴，转轴沿线圈和供电滑环中心方向布置，对线圈和供电滑环起到支撑作用，线圈组成长方形结构，线圈的输入和输出端位于同一侧，线圈的输入和输出端分别与上下滑环单独连接。
9.本技术还提供了两种驱动转子的方式，如手摇式和电动式。
10.本技术采用微电流传感器对电流进行采集，并通过数据采集器将采集到的电流信息与电脑连接，通过电脑上的解析软件读取电流信息，进行实时显示电流大小及其波形。
11.本技术附加的技术方案和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
12.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
13.图1为本实用新型整体结构示意图一；
14.图2为本实用新型整体结构示意图二；
15.图3为转子结构示意图一；
16.图4为转子结构示意图二；
17.图5为供电滑环主视结构示意图；
18.图6为供电滑环整体结构示意图；
19.图7为电脑输出的交流发电机波形示意图。
20.图中： 1底座、2第四支撑板、3第二支撑板、3
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1固定轴、3
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2固定连接板、4第一支撑板、4
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1支撑片、5第三支撑板、6定子、7转子、7
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1转轴、7
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2线圈、7
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3摇柄、7
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4限位块、8调速电机、8
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1调速器、9电刷片、10皮带、11同步带轮、12供电滑环、12
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1上滑环、12
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2下滑环、13缺口、14锁紧扣、15数据采集线。
具体实施方式
21.为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
22.本实用新型提供了两种优选技术方案：
23.参见图1、图2和图3，转子采用电机带动，通过皮带带动同步带轮，实现转子的转动，该优选方案包括底座、定子（定子为强磁铁，提供强磁场）、转子、供电滑环、电流检测装置，
24.底座上设置有用于支撑定子的第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板和第二支撑板的两端设置有用于支撑转子转动的第三支撑板和第四支撑板，转子的线圈完全位于定子中间，即转子的线圈最大截面积完全位于定子中间，
25.第一支撑板的外侧设置有两个支撑片，支撑片上活动连接有电刷片，电刷片的另一端与供电滑环之间弹性接触，支撑片上设置有通槽用于固定电刷片，可选的，支撑片上的通槽可为一长通槽，也可以为多个通槽，通槽上设置有垫片和螺栓与电刷片固定，
26.电流检测装置包括微电流传感器（如朗威lw
‑
e821微电流传感器）、微电流数据采集器（如朗威lw
‑
d801数据采集器）和与之连接的读取数据的电脑（该电脑上安装有朗威数字化信息系统实验室软件用于将检测到的电流以波形方式显示出来），微电流传感器通过数据采集线连接两个电刷片。
27.具体的，供电滑环整体为圆柱形结构，圆柱形中部沿中心线方向设置有一段间隙，在该间隙的上端往右、该间隙的下端往左的水平方向也设置有间隙，并将供电滑环分割为上滑环和下滑环，上下滑环为对称结构，上下滑环分别与转子的线圈两端单独连接，电刷片分别与上下滑环的两端弹性接触或者分别与上下滑环的中部弹性接触，当电刷片与上下滑环的两端接触时，可演示交流电波形，当电刷片均与上下滑环的中间端接触时，可演示直流电波形图。
28.作为优选方案，转子与供电滑环之间为一体结构，参见图5和图6，供电滑环的中间
为中空结构，在组合在一起时，可填充绝缘的塑料等材质让供电滑环中间密实，便于转动和使用，转子包括线圈（线圈为单匝或者多匝）、转轴，所述转轴沿线圈和供电滑环中心方向布置，对线圈和供电滑环起到支撑作用，并能够带动转子转动，线圈组成长方形结构，线圈的输入和输出端位于同一侧，线圈的输入和输出端分别与上下滑环单独连接（图中未示出）。
29.作为本实用新型的另一个优选方案，转轴的一端设置有摇柄，参见图4，省去调速电机、皮带、同步带轮，通过手摇的方式也能够进行演示操作。
30.本实用新型第一种方案中，转轴的一端设置有同步带轮便于电机带动。
31.可选的，底座上设置可调速电机（调速电机由电机和调速器组成），电机通过皮带带动转轴转动。
32.可选的，第一和第二支撑板的顶部上方设置有固定轴，固定轴一方面能够加固第一支撑板和第二支撑板之间的结构，还能够便于使用者拿取，使用者可以拧着固定轴。
33.可选的，固定轴的下方设置有固定连接板加固第一支撑板和第二支撑板。
34.可选的，第一、第二、第三和第四支撑板的同一侧水平面上设置有开放的缺口，使得转子能够取出，便于更换不同匝数的线框，进一步的，转子靠近第二支撑板的位置和转子靠近第三支撑板位置设置有限位块，参见图4，防止在转子转动过程中转子移动。
35.进一步的，第三和第四支撑板的外侧缺口侧设置有转动连接的锁紧扣，参见图1和图2，耳朵形的锁紧扣，锁紧扣与第三和第四支撑板之间通过螺栓紧固连接，锁紧扣与缺口之间可形成放置转轴转动的空隙，在使用时，转子放入合适位置时，将锁紧扣锁住缺口端转动，并旋紧锁紧扣上的螺栓，达到锁紧目的。
36.本实用新型中，电刷片为弹性导电材料，如铍铜，第一、第二支撑板为绝缘材料，供电滑环为黄铜材质。
37.在实际使用中，第一、第二、第三、第四支撑板可选用透明的亚克力板，便于直观的演示教学。本实用新型教具以解决交、直流发电机原理教学时，演示交、直流电产生机制并显示及其对应的电流波形，使学生通过教具简单直观的结构，以及转动单匝线圈切割磁感线时，产生感生电流，其电流大小、方向，根据线框切割磁感线实际情况，可推导出交流电流表达式为i=blvsinωt/r，电流i用微小电流传感器输入电脑，在电脑上可显示其正弦交流电波形，其电流波形与线框转动的对应关系，学生通过此教具的实验演示现象观察，很容易建立波形与线框切割磁感线运动间对应联系，真正理解交流电的产生原理及其电流特性，也弥补目前实验室这一仪器的空缺。
38.综上本实用新型达到设计目的。
39.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。