[实用新型]一种模拟直线电机运动的教学装置

说明书

一种模拟直线电机运动的教学装置，属于机电技术领域。现有直线电机的长度有限，在直线加速的过程中，受电机长度制约，限制了直线加速的教学深度，尤其是加速的取值范围。本案提出用旋转电机模拟直线电机的技术方案，旋转电机包括底座、励磁装置、转子、受力磁体位置检测装置；底座的几何中心设有安装转子轴的圆柱孔，圆柱孔的轴线与底座面垂直；励磁装置为数量不少于10个的励磁单元构成的首尾相连的圆形阵列；转子包括转子轴、转子臂、受力磁体、负载安装支架、负载紧固螺母；受力磁体位置检测装置为红外检测装置或为磁强计。实现用旋转电机模拟直线电机运动，在直线加速教学时，不受导轨长度限制，便于教学试验。

技术领域

一种模拟直线电机运动的教学装置，属于机电技术领域。

背景技术

在直线电机性能的教学过程中，对直线电机的运动特性，特别是直线加速特性，难以教学实践，根本原因在于直线电机的修长结构，太短没有教学意义，理论上无限长是最优的，但其成本难以估量。常用直线电机构造如图2示，包括电机底座（6）、励磁线圈（71）、励磁铁芯（72）、直线导轨（8）、限位小车（91）、受力磁体（92）、外加负载连接桩（93），通过依次导通或关断相关励磁单元上的励磁绕组，实现限位小车（91）、受力磁体（92）、外加负载连接桩（93）在直线导轨（8）上整体移动。本技术方案提出用旋转电机模拟直线电机运动，鉴于现有直线电机类型多样，本文将以单片机可编程控制IGBT的多级直线电机为例（如图2示），构造与之对应的旋转电机，用来模拟其特性。

发明内容

1、一种模拟直线电机运动的教学装置，包括底座、励磁装置、转子、受力磁体位置检测装置；

底座的几何中心设有安装转子轴的圆柱孔，圆柱孔的轴线与底座面垂直；

励磁装置为数量不少于10个的励磁单元构成的首尾相连的圆形阵列，励磁装置形成的圆贴合在底座上，圆心与安装转子轴的圆柱孔的圆心重合；励磁单元包括励磁铁芯和励磁绕组，励磁绕组绕制在励磁铁芯上；励磁铁芯为一个有缺口的环，缺口的两个截面形状相同且相互平行，受力磁体能从缺口中穿过；所有励磁铁芯的缺口构成一个圆形的空气轨道，受力磁体能在这个轨道中滑动，轨迹是一个圆，圆的半径值等于转子臂的臂长值；

转子包括转子轴、转子臂、受力磁体、负载安装支架、负载紧固螺母；其中转子轴安置在底座上，转子能以转子轴为中心旋转；所有转子臂构成的质心与转子轴的中心重合，所有转子臂呈旋转对称安置；

受力磁体位置检测装置为红外检测装置或为磁强计，红外检测装置包括红外光光源与红外光接收机；单个受力磁体位置检测装置安置在相邻励磁单元之间。

底座：为一个平台，可为铸铁制成。安装转子轴的圆柱孔：用于安装转子轴，圆柱孔可用其他复合机械件替换，为转子提供一个可靠的受力支点即可。

励磁单元形成圆形阵列是为了使受力磁体作旋转运动，每一极励磁单元依次导通和关断形成旋转的磁场，拖动受力磁体转动，从而用旋转运动模拟直线运动。空气轨道：为一个虚拟的圆形轨道，由各个收尾相连的励磁铁芯的缺口构成，受力磁体在轨道中受力加速，从而模拟在直线轨道中受力加速的情形。

采用双臂，是为了构成对称结构，也可采用多条臂，形成旋转对称排列即可。

具体构造可以参见图4，图4采用的是48个独立励磁单元，双臂对称构造。

2、一种模拟直线电机运动的教学装置，所述负载安装支架、负载紧固螺母为外加负载的紧固件，成套使用，安置在转子臂端头；转子臂为双臂时，每一支臂的臂端安置不少于一套的紧固件，且以转子的转轴为中心对称安置。

紧固件的构成：紧固件是将外加负载固定在转子臂上的紧固装置，可用锁扣、限位夹之类的机械装置代替，采用轻质材料为宜。

3、一种模拟直线电机运动的教学装置，所述紧固件安装在空气轨道的正上方，紧固件随转子转动形成的圆轨迹的半径值等于转子臂臂长值。