使轉(zhuǎn)經(jīng)輪手柄部發(fā)熱專利技術(shù)研究

陳 平 張 轉(zhuǎn) 王昶皓 曹 華

使轉(zhuǎn)經(jīng)輪手柄部發(fā)熱專利技術(shù)研究

陳 平1張 轉(zhuǎn)1王昶皓2曹 華3

(1.南陽(yáng)市科學(xué)技術(shù)情報(bào)所 河南 南陽(yáng) 473000；2.南陽(yáng)市第二中學(xué)校 河南 南陽(yáng) 473000；3.南陽(yáng)市知識(shí)產(chǎn)權(quán)局 河南 南陽(yáng) 473000)

轉(zhuǎn)經(jīng)輪手柄部發(fā)熱可以使藏區(qū)人民在握持轉(zhuǎn)經(jīng)輪時(shí)避免手部被凍傷，排除掉使用外部供熱設(shè)備對(duì)手柄部直接進(jìn)行加熱的方案，使用TRIZ創(chuàng)新方法進(jìn)行研究之后，作為優(yōu)選的方案，在手柄部?jī)?nèi)腔設(shè)置活塞結(jié)構(gòu)，直接利用轉(zhuǎn)經(jīng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能壓縮活塞做功，使手柄部?jī)?nèi)腔內(nèi)空氣的內(nèi)能增加，溫度升高，另外活塞上下移動(dòng)時(shí)，還會(huì)與手柄部?jī)?nèi)腔摩擦產(chǎn)生熱，如此往復(fù)一段時(shí)間，手柄部的溫度即可升高。

轉(zhuǎn)經(jīng)輪；磁生電；機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熱傳導(dǎo)；技術(shù)情報(bào)研究

Abstract:The heating of the prayer wheel handle can prevent the Tibetan people from being frostbite when their hands are wheeling.The TRIZ innovation method is studied fas a preferred embodiment in this paper.The inner structure is provided in the cavity of the handle portion and is rotated directly by the turning wheel.When the me?chanical energy compression piston works,the handle cavity inside the air could increase the internal temperature.When the piston is moving up and down,the handle cavity friction would keep heating,and the temperature of the handle would increase in a period of time.

Key words:prayer wheel;magnetogenerated electricity;heat conduction;technical information research

藏族人民平時(shí)喜歡手拿轉(zhuǎn)經(jīng)輪祈愿。西藏地區(qū)由于冬季晝夜溫差較大，最低溫度能達(dá)到零下十幾度，因?yàn)樾枰粩嗍帜棉D(zhuǎn)經(jīng)輪，好多人手上已經(jīng)有凍傷了。但是市面上并未有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)解決該問(wèn)題的產(chǎn)品，憑借著生活中使用打氣筒打氣時(shí)筒壁發(fā)熱的經(jīng)驗(yàn)，再加上TRIZ創(chuàng)新方法中關(guān)于物場(chǎng)模型的建立，最終分析得到最優(yōu)的解決方法。

1 理論分析

手搖轉(zhuǎn)經(jīng)輪的結(jié)構(gòu)主要有頂端、上蓋、經(jīng)筒、下蓋、軸芯、手柄、墜石，經(jīng)筒之所以會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，是因?yàn)樵诮?jīng)筒外側(cè)中間的面上有一小環(huán)或耳孔，用來(lái)系末端墜著墜石的細(xì)繩或牛皮條作為墜石。在搖轉(zhuǎn)經(jīng)筒時(shí)墜石也隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，以慣性對(duì)經(jīng)筒旋轉(zhuǎn)起到加速作用。

物體發(fā)熱有兩種原因，一是外力對(duì)物體做功，比如摩擦生熱，二是物體與高溫?zé)嵩唇佑|，發(fā)生熱傳遞，物體吸收了熱量[1]。

在解決該技術(shù)問(wèn)題時(shí)，首先要排除掉由外界提供加熱體對(duì)手柄部進(jìn)行加熱的方案，如直接在手柄部?jī)?nèi)墻安裝電池，通過(guò)電池連接發(fā)熱電阻進(jìn)行產(chǎn)熱，此種方案需要額外耗能，不利用環(huán)保節(jié)能的要求，所有的技術(shù)方案都要在建立在利用轉(zhuǎn)經(jīng)輪自身轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的前提下，不額外耗能的技術(shù)方案。

針對(duì)物體的發(fā)熱原因一和原因二，由于本技術(shù)研究中轉(zhuǎn)經(jīng)輪手柄處于人手握持狀態(tài)，是不可能由手柄外部對(duì)其做功或熱傳導(dǎo)，所以設(shè)計(jì)思路只能放在從手柄部的內(nèi)腔進(jìn)行著手。

2 TRIZ創(chuàng)新方法分析

采用TRIZ創(chuàng)新方法分析的思路為，先描述一個(gè)最小化初始問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)矛盾，建立物-場(chǎng)模型，考慮資源，定義理想狀態(tài)，考慮實(shí)現(xiàn)理想狀態(tài)的已知方法，解決矛盾，克服障礙的迭代的過(guò)程[2]。具體到本技術(shù)研究上，就是要解決手柄部分凍手的技術(shù)問(wèn)題，轉(zhuǎn)經(jīng)輪經(jīng)筒部位自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械能在外部大量的流失，需要將經(jīng)筒部產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)移到手柄部位金屬的熱能，機(jī)械場(chǎng)要轉(zhuǎn)化為熱學(xué)場(chǎng)，通過(guò)能量形式的轉(zhuǎn)化，找到一個(gè)中介物，先將機(jī)械能傳遞給中介物，中介物使手柄部位發(fā)熱，達(dá)到要求的技術(shù)效果。

3 方案1

能量轉(zhuǎn)換中介物采用電場(chǎng)，增加一個(gè)電加熱結(jié)構(gòu)，加熱手柄部，需要在手柄部設(shè)計(jì)一個(gè)電池容納倉(cāng)，并設(shè)置相關(guān)的電路機(jī)構(gòu)與發(fā)熱電阻，對(duì)手柄部進(jìn)行加熱。具體設(shè)計(jì)方案為，轉(zhuǎn)經(jīng)輪包含有手持筒、以及安裝在手持筒頂部的固定盤、設(shè)置在固定盤上的轉(zhuǎn)筒；在所述手持筒內(nèi)安裝有控制電路板和可充電電池并且控制電路板和可充電電池連接，轉(zhuǎn)筒底部安裝有磁鐵，以及在固定盤頂部安裝有發(fā)電線圈；磁鐵在旋轉(zhuǎn)時(shí)與發(fā)電線圈切割發(fā)電形成電流，該由磁鐵在動(dòng)作時(shí)與發(fā)電線圈切割發(fā)電形成的電流與控制電路板連接，通過(guò)控制電路板將電流儲(chǔ)存在可充電電池內(nèi)，可充電電池再通過(guò)閉合回路與發(fā)熱電阻連接，發(fā)熱電阻設(shè)置在轉(zhuǎn)經(jīng)輪手柄部[3]。

工作流程為，當(dāng)手搖時(shí)，轉(zhuǎn)筒開(kāi)始按照順時(shí)針一定速度旋轉(zhuǎn)，這時(shí)磁鐵的磁力線切割發(fā)電線圈產(chǎn)生電能，發(fā)電線圈將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為交流電能，再通過(guò)控制電路板進(jìn)行升壓和穩(wěn)壓，將交流電變成直流電，最后儲(chǔ)存到可充電電池內(nèi)，同時(shí)可充電電池為發(fā)熱電阻閉合回路提供穩(wěn)定的直流電源，發(fā)熱電阻通電之后，即可發(fā)熱。

4 方案2

能量轉(zhuǎn)換中介物采用活塞，先將機(jī)械能傳遞給活塞，活塞壓縮空氣做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能，空氣熱量提高，再經(jīng)過(guò)熱傳導(dǎo)到手柄部位，使手柄部位發(fā)熱，另外活塞上下移動(dòng)時(shí)，還會(huì)與手柄部?jī)?nèi)腔摩擦產(chǎn)生熱，達(dá)到需要的技術(shù)效果。

該技術(shù)路線下的轉(zhuǎn)經(jīng)輪包括有頂端、上蓋、經(jīng)筒、下蓋、軸芯、手柄、墜石，手柄為圓柱形，下蓋緊固在經(jīng)筒上，且下蓋為中空結(jié)構(gòu)，下蓋與經(jīng)筒接觸部開(kāi)設(shè)有牽引繩通孔，手柄內(nèi)沿著軸芯設(shè)置有左右對(duì)稱的兩個(gè)活塞運(yùn)動(dòng)腔，活塞運(yùn)動(dòng)腔為空心圓柱結(jié)構(gòu)，活塞運(yùn)動(dòng)腔的直徑接近手柄半徑，活塞運(yùn)動(dòng)腔內(nèi)設(shè)置有活塞運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，活塞運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括左活塞運(yùn)動(dòng)腔中的第一活塞和第一牽引繩，右活塞運(yùn)動(dòng)腔中的第二活塞和第二牽引繩，以及連接第一活塞和第二活塞的第三牽引繩，所述的第一活塞運(yùn)動(dòng)腔、軸芯、和第二活塞運(yùn)動(dòng)腔上開(kāi)設(shè)有通孔，所述的第三牽引繩穿過(guò)通孔連接第一牽引繩和第二牽引繩，第一牽引繩和第二牽引繩一端連接第一活塞和第二活塞，另一端連接經(jīng)筒的同一側(cè)，第一牽引繩、第二牽引繩、第三牽引繩均處于緊繃狀態(tài)，墜石的旋轉(zhuǎn)加速經(jīng)筒的旋轉(zhuǎn)，經(jīng)筒的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下蓋的旋轉(zhuǎn)，下蓋的旋轉(zhuǎn)拉動(dòng)活塞在活塞運(yùn)動(dòng)腔里運(yùn)動(dòng)?；钊诨钊\(yùn)動(dòng)腔里運(yùn)動(dòng)，壓縮活塞內(nèi)的空氣，使空氣的體積減小，從而活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能，空氣溫度升高，從而手搖轉(zhuǎn)經(jīng)輪的手柄部發(fā)熱，達(dá)到所需要的技術(shù)效果。

為了進(jìn)一步增加該技術(shù)效果，在第三牽引繩與第一活塞運(yùn)動(dòng)腔接觸部設(shè)置有第三定滑輪，在第三牽引繩與第二活塞運(yùn)動(dòng)腔接觸部設(shè)置有第四定滑輪，第三定滑輪和第四定滑輪使第三牽引繩處于緊繃狀態(tài)。經(jīng)筒包括有主軸，主軸為中空結(jié)構(gòu)，主軸的中空部分直徑大于軸芯，中間有空隙，可方便套接和使經(jīng)輪靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。第一牽引繩和第二牽引繩分別處于軸芯的兩側(cè)，不在同一側(cè)，以防止?fàn)恳K打結(jié)在一塊。第一牽引繩、第二牽引繩與下蓋的接觸部設(shè)置有第一定滑輪和第二定滑輪，第三牽引繩與軸芯的接觸部設(shè)置有定滑輪，設(shè)置定滑輪使?fàn)恳K處于緊繃狀態(tài)。手柄是轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)筒的施力部位，手柄長(zhǎng)度為經(jīng)筒的兩到三倍以上，通過(guò)抓握手柄、搖轉(zhuǎn)經(jīng)筒繞軸芯旋轉(zhuǎn)使經(jīng)筒轉(zhuǎn)動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

方案1和方案2相比，方案2要優(yōu)于方案1，方案1中在經(jīng)筒部位設(shè)置一個(gè)磁感應(yīng)線圈，切割磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生電流，收集儲(chǔ)存電能，再在手柄部位增加一個(gè)電阻發(fā)熱體，產(chǎn)生熱量，但是此方案零件過(guò)于復(fù)雜，產(chǎn)生的電能電流太小，發(fā)熱效果差，況且能量形式轉(zhuǎn)換了2次，耗能大。方案2將機(jī)械能直接轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，氣體內(nèi)能發(fā)熱，通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞給使用者的握持部不用額外增加其他加熱機(jī)構(gòu)，節(jié)能環(huán)保。

[1]羅武蘭.氣體內(nèi)能的變化[J].中學(xué)教學(xué)參考，2012(11):70-71.

[2]孫磊，惠曉威.發(fā)明問(wèn)題解決理論(TRIZ)探析——物-場(chǎng)模型的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2009(28):7-7.

[3]顏陶.一種新型手搖磁電結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)經(jīng)輪:CN202496958U[P].2012.

公 示

王雅坤同志已于2017年5月調(diào)離《河南科技》雜志社，不再?gòu)氖码s志社記者工作，根據(jù)《新聞?dòng)浾咦C管理辦法》規(guī)定，已對(duì)本人的記者證件予以收回并注銷。

特此公示。

2017年8月10日

Research on Patent Technology of Prayer Wheel Handle Heating

Chen Ping1Zhang Zhuan1Wang Changhao2Cao Hua3
（1.Nanyang Scienceand Technology Information Institute，Nanyang，473000，China；2.Nanyang Second Middle School，Nanyang ，473000，China；3 Nanyang Municipal Intellectual Property Office,Nanyang,473000,China）

2017 年河南省各省轄市及直管縣（市）專利申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)表（8 月）

2017 年河南省各省轄市及直管縣（市）專利授權(quán)量統(tǒng)計(jì)表（8 月）

G255.51

B

1003-5168(2017)08-0060-03

2017-5-30

陳平（1987－）男，本科，助理工程師，研究領(lǐng)域：科技情報(bào)研究；張轉(zhuǎn)(1989-)女，碩士，助理館員，研究領(lǐng)域：圖書(shū)典藏與流通（等同于第一作者）。