[其他]磁悬浮导轨

说明书

本发明属一种物理学教学仪器。

现有的气垫导轨是本世纪六十年代美国人发明的，现仍广泛地用于世界各国大、中学物理实验上，对物理学各种力学定律的演示、对加深理解物理学知识都颇有帮助。气垫导轨是用外接气源，提供1.5左右个大气压，使滑块用空气垫起来自由地在导轨上滑动，形成了没有摩擦的理想力学平面。这种气垫导轨除导轨、滑块外，还有细绳、重锤、定滑轮，作为滑块运动的动力;还有计时装置用于实验中计时。气垫导轨的缺点在于，必须附加有小型气源或空压机、储气罐、导气管等设备，不仅价格昂贵、浪费空间，而且消耗大量能源。尤其严重的是噪声很大，既使采用小型气源，三台仪器同时开放，噪音可达180分贝，实验人员只能在刺耳的噪声中工作。

本发明的目的就在于，既提供实验需要的无摩擦的理想力学平面，又克服气垫导轨的设备庞杂，耗能大、噪声高等缺点，提供一个新的物理力学实验的理想仪器。

发明者曾查阅过国内外教学仪器公司，如美国的Ealing教学仪器公司，德国的Phywe、L-H教学仪器公司，日本的“岛津”教学仪器公司，均未见与本发明相类似的力学导轨。本发明曾间接地参考了德国、美国、日本制造的超导磁悬浮列车的原理及稳定磁悬浮的Earnshaw定理，查阅了下列有关文献：

日本“电子通信学会志”，Vol.55，No.2    1972;

《英语4》上海交通大学科技外语系吴银庚等编，人民教育出版社（1982）P122;

《Trans    Cambridge，Phylosophical    Soc》Earnshaw    Vol.7，No.42

《电磁现象与应用》土夫编，江西人民出版社（1982）。

本发明的磁路原理如图1所示。图1也显示了本发明的必要技术特征。图1所示为本发明的横截面，N、S为永久磁体的磁极，带箭头的曲线为磁力线。导轨1跟气垫导轨的导轨相类似，用铁磁性材料制成，一方面构成导轨框架，另一方面用以构通磁路。导轨1内装永久磁铁和导轨磁轭2。滑块3由永久磁铁和滑块磁轭4构成。永久磁铁和滑块磁轭4可用一个滑块框架固定为一体。图1中，21为空隙。滑块3的下表面和导轨磁轭2的上表面中央部分有排斥力，起到使滑块3悬浮的作用，在导轨与滑块之间形成无摩擦的力学平面。滑块3的下表面两端和导轨磁轭2的两侧为吸引力，起定向的作用，使滑块3的受力方向主要为上下方向，左右方向的侧压力很小。导轨1、导轨磁轭2、滑块磁轭4一方面用来构通磁路，另一方面起平均磁场的作用，即，沿导轨长度方向上磁场处处均匀，滑块3在导轨1上运动时不上下起伏或晃动。导轨磁轭2的上表面磁场分布如图2所示。图2中，横坐标L是导轨1的纵向长度，纵坐标H是磁场强度。

本发明除图1表示出的必要技术特征外，还有重锤、细绳、定滑轮及计时装置。定滑轮装在滑轮架上，固定于导轨1的一端;细绳一端系在滑块3上，另一端绕过定滑轮系在重锤上，实验时，在重锤作用下使滑块3产生运动。计时装置可以与气垫导轨相同。包括装在滑块框架上的遮光板和装在导轨1上相距一段距离的两个遮光门，实验时，配合数字毫秒计、光电管用于计时。

本发明的磁悬浮导轨在结构上的进一步说明由图3给出。图中，1为导轨，横截面呈型，用铁磁性材料制作，比如用厚4mm的钢板制作。2为导轨磁轭，可以用厚0.5mm的矽钢片制作。滑块3的主要结构见图4。4为滑块磁轭，材料可与导轨磁轭2相同。是永久磁铁，可以是锶铁氧体。5为定向滑轮，在后叙的滑块结构中再详细论述。6为细绳。7为档板。8为压簧。9为后档板。档板7、压簧8、后档板9，在使用中对滑块3起阻档运动和缓冲作用。10为定滑轮，安装在滑轮架11上。12为后支板。13为调节螺钉。14为垫脚块。15为前支板。16为调平螺钉。前支板15与调平螺钉16相配合，可以调平导轨1。前支板15、后支板12可用螺钉固定在导轨1的底面上。17为重锤。细绳6与重锤17在实验使用中是拉动滑块3的动力。18为遮光门，19为遮光板。遮光门18的侧面装有小灯泡的灯座和光电管，以便与遮光板19、数字毫秒计联合使用在实验中计时;在导轨上靠近定滑轮一端还有一个遮光门，图中未画出来。20为滑块框架。21为空隙。