PL211192B1

PL211192B1 - Tool for testing of induction braking

Info

Publication number: PL211192B1
Application number: PL379597A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Bednarek
Original assignee: Univ Łodzki
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2006-05-04
Publication date: 2012-04-30
Also published as: PL379597A1

Description

RZECZPOSPOLITAREPUBLIC

POLSKAPOLAND

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211192 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 379597 ^{(51) Int.Cl.} Patent Office of the Republic of Poland (12) PATENT DESCRIPTION (19) PL (11) 211192 (13) B1 (21) Application number: 379597 ^{(51) Int.Cl.}

G09B 23/18 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 04.05.2006 (54)G09B 23/18 (2006.01) (22) Date of notification: May 4, 2006 (54)

Przyrząd do badania hamowania indukcyjnegoApparatus for testing inductive braking

(73) Uprawniony z patentu: (73) The right holder of the patent: (43) Zgłoszenie ogłoszono: (43) Application was announced: UNIWERSYTET ŁÓDZKI, Łódź, PL UNIVERSITY OF LODZ, Łódź, PL 12.11.2007 BUP 23/07 12.11.2007 BUP 23/07 (72) Twórca(y) wynalazku: (72) Inventor (s): STANISŁAW BEDNAREK, Łódź, PL STANISŁAW BEDNAREK, Łódź, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: (45) The grant of the patent was announced: 30.04.2012 WUP 04/12 April 30, 2012 WUP 04/12 (74) Pełnomocnik: (74) Representative: rzecz. pat. Błażej Rózga item. stalemate. Błażej Rózga

PL 211 192 B1PL 211 192 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do badania hamowania indukcyjnego pozwalający na wyjaśnienie warunków i kierunku powstawania prądów indukcyjnych, mający zastosowanie w pracowniach fizycznych, szczególnie studenckich i szkolnych oraz w eksploratorach.The subject of the invention is an instrument for testing induction braking that allows to explain the conditions and direction of induction currents generation, used in physical laboratories, especially in students and schools, and in explorers.

Znany przyrząd, przeznaczony do tego celu i nazywany wahadłem Waltenhofena opisany jest w książce Michała Halaubrennera, pt. „Ćwiczenia praktyczne z fizyki, kurs średni”, wydanej przez Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne w Warszawie w 1982 r. Przyrząd ten składa się z transformatora z otwartym rdzeniem zaopatrzonym w stożkowe nabiegunniki, na który na łożona jest cewka zasilana prądem stałym. Na rdzeniu umocowany został wspornik z łożyskiem stożkowym, w którym może obracać się oś wahadła złożonego z pręta i mocowanych na jego dolnym końcu wymiennych płytek, poruszających się w szczelinie między stożkowymi nabiegunnikami. Jedna z tych płytek jest pełna, a druga zaopatrzona w szereg nacięć. Po zamocowaniu płytki pełnej, włączeniu prądu i odchyleniu wahadła od pionu jego ruch jest silnie hamowany, wskutek oddziaływania prądów indukcyjnych, powstających w płytce z polem magnetycznym cewki, natomiast ruch wahadła z płytką zaopatrzoną w nacięcia jest hamowany słabo, ponieważ przepływ prądu został ograniczony przez nacięcia.A well-known device, designed for this purpose and called the Waltenhofen pendulum, is described in the book by Michał Halaubrenner, entitled "Practical exercises in physics, average course", published by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne in Warsaw in 1982. This device consists of an open-core transformer equipped with conical pole pieces on which a DC-powered coil is placed. A support with a conical bearing is mounted on the core, in which the axis of the pendulum consisting of a rod and replaceable plates fixed at its lower end, moving in the gap between the conical pole pieces, can rotate. One of the plates is solid and the other has a series of notches. After fixing the solid plate, switching on the current and deflecting the pendulum from the vertical, its movement is strongly inhibited due to the interaction of inductive currents generated in the plate with the magnetic field of the coil, while the movement of the pendulum with the plate provided with notches is slowed down slightly, because the current flow is limited by the cuts .

Również w książce Tadeusza Dryńskiego, pt. „Doświadczenia pokazowe z fizyki”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1964 r. opisany jest znany przyrząd nazywany wahadłem Waltenhofena, analogiczny jak w książce Michała Halaubrennera z tą różnicą, że na rdzeniu transformatora umieszczone są dwie cewki i wspornik jest podwójny. W tej samej książce opisany jest również znany przyrząd przeznaczony do tego celu, składający się z wirującej tarczy miedzianej lub aluminiowej o średnicy 30-35 cm i grubości 3-5 mm, obracającej się w płaszczyźnie poziomej na ułożyskowanej osi, przy czym tarcza porusza się w szczelinie między biegunami elektromagnesu. Jeżeli przez uzwojenie nie płynie prąd, wówczas ruch tarczy jest hamowany bardzo słabo przez niewielkie siły tarcia. Po włączeniu prądu, ruch tarczy jest silnie hamowany przez oddziaływanie powstających w niej prądów indukcyjnych z polem magnetycznym elektromagnesu.Also in the book by Tadeusz Dryński, entitled "Demonstration experiments in physics", published by the State Scientific Publishers in Warsaw in 1964, describes a well-known device called the Waltenhofen pendulum, analogous to the book by Michał Halaubrenner, with the difference that there are two coils on the transformer core and the bracket is double. The same book also describes a known device intended for this purpose, consisting of a rotating copper or aluminum disc with a diameter of 30-35 cm and a thickness of 3-5 mm, rotating in a horizontal plane on a bearing axis, the disc moving in the gap between the poles of the electromagnet. If no current flows through the winding, then the movement of the disc is very weakly inhibited by slight frictional forces. After switching on the current, the movement of the disc is strongly inhibited by the interaction of the inductive currents generated in it with the magnetic field of the electromagnet.

W książce Tadeusza Dry ń skiego ujawniony jest jeszcze jeden znany przyrzą d do pokazu hamowania indukcyjnego, składający się z elektromagnesu i krążka miedzianego o średnicy 4-5 cm i grubości 4-6 mm lub dużej monety miedzianej, spadającej mię dzy biegunami elektromagnesu. Gdy zasilanie elektromagnesu jest wyłączone, wówczas krążek lub moneta spadają swobodnie, natomiast po włączeniu zasilania ich ruch jest silnie hamowany przez oddziaływanie indukowanych w nich prądów z polem magnetycznym elektromagnesu.The book by Tadeusz Dryński discloses another well-known device for the demonstration of inductive braking, consisting of an electromagnet and a copper disc 4-5 cm in diameter and 4-6 mm thick, or a large copper coin falling between the poles of the electromagnet. When the power of the electromagnet is turned off, then the disc or coin will fall freely, while after turning on the power, their movement is strongly inhibited by the interaction of the induced currents with the magnetic field of the electromagnet.

Z kolei w książce G. D. Freiera i F. J. Andersoana, pt. „A demonstration handbook for physics”, wydanej przez American Association of Physics Teachers w Minneapolis w 1996 r. ujawnione są trzy przyrządy do badania hamowania indukcyjnego. Pierwszy z tych przyrządów składa się z magnesu trwałego, zawieszonego na nici i wahającego się nad poziomą płytką miedzianą. Wahania tego magnesu są silnie hamowane przez oddziaływanie prądów indukowanych w płytce z polem magnetycznym wytwarzanym przez magnes. Drugi przyrząd to wahadło Waltenhofena, podobne do opisanego przez Michała Halaubrennera z tą różnicą, że na rdzeniu transformatora umieszczone są dwie cewki. Trzeci przyrząd składa się z silnego magnesu ze stopu alnico w szczelinie, którego spada podłużna płytka w postaci prostokąta o boku mającym długość 18 cali.In turn, in the book by G. D. Freier and F. J. Andersoana, entitled "A demonstration handbook for physics", issued by the American Association of Physics Teachers in Minneapolis in 1996, discloses three inductive inhibition test devices. The first of these devices consists of a permanent magnet suspended on a thread and hovering over a horizontal copper plate. The fluctuations of this magnet are strongly inhibited by the interaction of the currents induced in the plate with the magnetic field generated by the magnet. The second device is a Waltenhofen pendulum, similar to that described by Michał Halaubrenner, with the difference that there are two coils on the transformer core. The third device consists of a strong alnico magnet in the slot, from which a longitudinal plate in the form of a rectangle falls with a side 18 inches long.

Także znane trzy przyrządy do badania hamowania indukcyjnego opisane są w książce Richarda Manliffe Suttona, pt. Demonstration experiments in physics, wydanej przez McGraw-Hill Book Company, Inc. w Nowym Jorku i Londynie w 1938 r. Pierwszy z tych przyrządów, to wahadło złożone z ciężkiego dysku miedzianego, mogą cego wahać się mię dzy biegunami elektromagnesu. Gdy elektromagnes nie jest zasilany, wówczas wahania dysku są słabo tłumione przez niewielkie siły tarcia i dysk waha się swobodnie. Po włączeniu zasilania elektromagnesu, wahania dysku są silnie tł umione przez oddziaływanie indukowanych w nim prądów z polem magnetycznym elektromagnesu. Drugi przyrząd składa się z silnego elektromagnesu i srebrnej monety półdolarowej spadającej między jego biegunami. Ruch tej monety jest silnie hamowany przez oddziaływanie indukowanych w niej prądów z polem magnetycznym elektromagnesu. Trzeci z opisanych przyrządów składa się z ciężkiego pierścienia miedzianego, zawieszonego bifilarnie w polu magnetycznym elektromagnesu i mogącego się wahać w płaszczyźnie równoległej albo prostopadłej do linii pola magnetycznego. Kiedy pierścień waha się w płaszczyźnie równoległej, wówczas jego drgania są słabo tłumione, natomiast, gdy pierścień waha się w płaszczyźnie prostopadłej tłumienie drgań jest silne w skutek oddziaływania prądów indukowanych w pierścieniu z polem magnetycznym elektromagnesu.Also known three devices for testing inductive braking are described in the book by Richard Manliffe Sutton, entitled Demonstration experiments in physics, published by McGraw-Hill Book Company, Inc. in New York and London in 1938. The first of these devices is a pendulum composed of a heavy copper disk that can swing between the poles of an electromagnet. When the electromagnet is de-energized, the oscillation of the disk is weakly damped by the slight frictional forces and the disk oscillates freely. After turning on the power of the electromagnet, the fluctuations of the disk are strongly dampened by the interaction of the currents induced in it with the magnetic field of the electromagnet. The second device consists of a powerful electromagnet and a half-dollar silver coin falling between its poles. The movement of this coin is strongly inhibited by the interaction of the currents induced in it with the magnetic field of the electromagnet. The third device described consists of a heavy copper ring suspended bifilarly in the magnetic field of the electromagnet and capable of swinging in a plane parallel or perpendicular to the magnetic field line. When the ring oscillates in the parallel plane, its vibrations are weakly damped, while when the ring oscillates in the perpendicular plane, the vibration damping is strong due to the interaction of the currents induced in the ring with the magnetic field of the electromagnet.

PL 211 192 B1PL 211 192 B1

Znany jest jeszcze przyrząd do badania hamowania indukcyjnego przedstawiony na stronach internetowych, dotyczących pokazów wykładowych uniwersytetu w Berkeley pod adresem http://www.mip.berkelev.edu/physics/D+15.html. Przyrząd ten składa się z wahadła z wymiennymi dyskami miedzianym, aluminiowym i plastikowym pełnymi oraz z nacięciami, mogącego wahać się między biegunami elektromagnesu. Tylko ruch dysków pełnych miedzianego i aluminiowego jest silnie hamowany po włączeniu prądu zasilającego elektromagnes, ponieważ w dyskach tych indukowane są prądy oddziałujące z polem magnetycznym elektromagnesu. Ruch pozostałych dysków jest bardzo słabo hamowany jedynie przez tarcie w łożyskach wahadła i opór powietrza, ponieważ w dyskach tych nie są praktycznie indukowane prądy.There is also known an inductive braking tester presented on the website of Berkeley University Lecture Demonstrations at http://www.mip.berkelev.edu/physics/D+15.html. This device consists of a pendulum with replaceable copper, aluminum and plastic solid disks and with notches, which can swing between the poles of the electromagnet. Only the movement of full copper and aluminum disks is strongly inhibited when the current supplying the electromagnet is turned on, because currents interacting with the magnetic field of the electromagnet are induced in these disks. The movement of the remaining discs is only weakly inhibited by friction in the pendulum bearings and air resistance, because currents are practically not induced in these discs.

Wszystkie znane z wymienionych w stanie techniki przyrządy charakteryzują się tym, że do osiągnięcia zauważalnych efektów wymagają specjalnego łożyskowania lub zawieszenia wahadeł, zapewniającego małe tarcie oraz silnych pól magnetycznych, wytwarzanych przez elektromagnes lub magnes. Spełnienie tych wymagań związane jest ze znacznymi trudnościami technicznymi.All the devices known from the mentioned in the prior art are characterized by the fact that in order to achieve noticeable effects they require a special bearing or suspension of the pendulums, ensuring low friction and strong magnetic fields generated by an electromagnet or a magnet. Meeting these requirements is associated with significant technical difficulties.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd stanowią dwa identyczne tory w kształcie rozwartej litery V, ustawione obok siebie i wykonane z nieferromagnetycznego, metalowego ceownika, korzystnie miedzianego, przymocowane do wsporników połączonych z podstawą. Na szczycie jednego z torów umieszczony jest walcowy magnes trwały, korzystnie neodymowo-żelazowo-borowy, natomiast na szczycie drugiego toru znajduje się walec stalowy o takich samych rozmiarach, przy czym magnes i walec podtrzymywane są przez prostokątną ramkę z rękojeścią osadzoną na osi przechodzącej przez pionową płytkę. Wszystkie części przyrządu, oprócz torów, magnesu i walca, wykonane są z materiału nieferromagnetycznego i elektroizolacyjnego.The essence of the solution according to the invention consists in the fact that the device consists of two identical V-shaped tracks, positioned next to each other and made of a non-ferromagnetic metal channel, preferably copper, attached to the brackets connected to the base. At the top of one of the tracks there is a cylindrical permanent magnet, preferably neodymium-iron-boron, while at the top of the other track there is a steel roller of the same dimensions, the magnet and the roller are supported by a rectangular frame with a handle mounted on an axis passing through a vertical plate. All parts of the device, except for the tracks, magnet and cylinder, are made of non-ferromagnetic and electrically insulating material.

Zaletami przyrządu według wynalazku są szybka zauważalność hamowania indukcyjnego zaraz po zwolnieniu magnesu i walca oraz prostota konstrukcji i łatwość jednoczesnego zwolnienia magnesu i walca, dzięki zastosowaniu prostokątnej ramki.The advantages of the device according to the invention are the quick noticeability of the induction braking immediately after releasing the magnet and the cylinder, as well as the simplicity of the construction and the ease of simultaneous release of the magnet and the cylinder thanks to the use of a rectangular frame.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przyrząd w widoku z boku, natomiast fig. 2 przedstawia widok przyrządu z góry.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows the device in a side view, while Fig. 2 shows a top view of the device.

Przyrząd do badania hamowania indukcyjnego stanowią dwa identyczne tory 1, 2 w kształcie rozwartej litery V, ustawione obok siebie i wykonane z nieferromagnetycznego, metalowego ceownika, korzystnie miedzianego, przymocowane do wsporników 3 połączonych z podstawą 4. Na szczycie jednego torów umieszczony jest walcowy magnes trwały 5, korzystnie neodymowo-żelazowo-borowy, natomiast na szczycie drugiego toru znajduje się walec stalowy 6 o takich samych rozmiarach. Magnes i walec podtrzymywane są przez prostokątną ramkę 7 z rękojeścią 8, osadzoną na osi 9, przechodzącej przez pionową płytkę 10. Wszystkie części przyrządu, oprócz torów, magnesu i walca, wykonane są z materiału nieferromagnetycznego i elektroizolacyjnego.The device for testing induction braking consists of two identical tracks 1, 2 in the shape of an obtuse V, positioned side by side and made of a non-ferromagnetic, metal channel, preferably copper, attached to the supports 3 connected to the base 4. A cylindrical permanent magnet is placed on the top of one track. 5, preferably neodymium-iron-boron, while at the top of the second track is a steel cylinder 6 of the same size. The magnet and the cylinder are supported by a rectangular frame 7 with a handle 8 mounted on an axis 9 passing through a vertical plate 10. All parts of the device, except the tracks, the magnet and the cylinder, are made of non-ferromagnetic and electro-insulating material.

Zasada działania przyrządu według wynalazku polega na tym, że umieszczone początkowo na szczycie torów 3 magnes 5 i walec 6, podtrzymywane przez prostokątną ramkę 7, zostają jednocześnie zwolnione w wyniku podniesienia ramki 7, trzymanej za rękojeść 8 ku górze i zaczynają staczać się ku dołowi, przy czym magnes 5 stacza się wolniej niż walec 6 w skutek hamowania spowodowanego przez oddziaływanie prądów indukowanych w torze 3 z polem magnetycznym magnesu 5, a po osiągnięciu najniższej części torów 3 magnes 5 i walec 6 wtaczają się ku górze i dalej procesy te powtarzają się aż do całkowitego wyhamowania magnesu.The principle of operation of the device according to the invention is that the magnet 5 and the cylinder 6, initially placed at the top of the tracks 3, supported by the rectangular frame 7, are simultaneously released by lifting the frame 7 held by the handle 8 upwards and begin to roll downwards, the magnet 5 rolls slower than the roller 6 due to the braking caused by the interaction of the currents induced in the track 3 with the magnetic field of the magnet 5, and after reaching the lowest part of the tracks 3, the magnet 5 and the roller 6 roll upwards and these processes continue until until the magnet comes to a complete stop.

Claims

Patent claim

A device for testing induction braking, used in physics laboratories, especially students and schools, and in explorers, allowing for the explanation of the conditions and direction of induction currents, characterized by the fact that it is two identical tracks (1), (2) in the shape of an obtuse V side by side and made of a non-ferromagnetic metal channel, preferably copper, attached to the brackets (3) connected to the base (4), and at the top of one of the tracks there is a cylindrical permanent magnet (5), preferably neodymium-iron-boron, while at the top of the second track there is a steel roller (6) of the same size, the magnet and the roller are supported by a rectangular frame (7) with a handle (8) mounted on an axis (9) passing through a vertical plate (10) and all parts of the device, except the tracks, magnet and cylinder, are made of non-ferromagnetic and electrically insulating material.