基于TRIZ理論的太陽能磁懸浮電機(jī)

魏勇 蔡輝 劉春蘭 趙嫦欣

【摘要】電機(jī)是電能傳輸、使用和電能特性變化的核心裝備，其在現(xiàn)代社會所有行業(yè)和部門中也占據(jù)著越來越重要的位置。本文利用TRIZ創(chuàng)新方法來改進(jìn)普通電機(jī)所存在的問題：（1）電機(jī)在生活中應(yīng)用廣泛，但沒有適合演示電機(jī)原理的裝置。（2）普通電機(jī)對常規(guī)電流的消耗特別大?；诖耍覀兓赥RIZ理論提出一種太陽能磁懸浮電機(jī)，既適合演示電機(jī)原理的裝置，又不需要消耗常規(guī)電流的裝置。

【關(guān)鍵詞】TRIZ理論；演示裝置；太陽能

一、發(fā)明問題初始形勢分析

電機(jī)現(xiàn)在發(fā)展得越來越好，但市面上沒有合適的演示裝置來演示電機(jī)的原理，這對電機(jī)的推廣來說是非常不利的，還有在電機(jī)發(fā)展的過程中關(guān)于能源的消耗的問題一直都存在，因此，為了解決上述問題，設(shè)計(jì)一種新型電機(jī)，其應(yīng)滿足如下一些限制條件：（1）在運(yùn)行過程中減少能源的消耗或以一種新型能源作為能量。（2）裝置的結(jié)構(gòu)要簡單，零件不能太復(fù)雜，且零件的成本不能太昂貴。（3）裝置操作過程要簡單，體積小，方便攜帶，適合向社會推廣。

二、運(yùn)用TRIZ分析問題

（一）組件分析

我們對電機(jī)的整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行組件分析，得到如下圖所示電機(jī)系統(tǒng)的組件分析如表1。

由表2分析，我們能知道哪些是有害功能和不足的功能，這些都是這個(gè)裝置的劣勢，需要我們?nèi)ソ鉀Q的缺點(diǎn)。

三、基于TRIZ原理的解決方法

（一）技術(shù)矛盾

通過上述功能分析得出我們需要改善的參數(shù)為“能量的損失”，惡化的參數(shù)為“功率”，通過矛盾矩陣查找到解決技術(shù)矛盾的發(fā)明原理是：2，3，7，8，26，27。

我們采用發(fā)明原理（26）用太陽光代替電源，這樣引入新興能源，減少了常規(guī)電流的消耗；我們用太陽能電池板代替電樞，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化。

（二）物理矛盾

本項(xiàng)目將物理矛盾描述為：電機(jī)的體積需要大，因?yàn)檫@樣效率高；電機(jī)的體積需要小，因?yàn)檫@樣方便攜帶，適合演示原理。

由以上分析，我們在第二種滿足矛盾需求尋找突破口，其對應(yīng)的發(fā)明原理有：13，36，37，28，35，38，39，對于出現(xiàn)的物理矛盾，我們選取原理28：機(jī)械系統(tǒng)替代，在普通電機(jī)中，電機(jī)通過電源通電然后控制電樞工作，產(chǎn)生一個(gè)電場，我們將電源換成太陽能，通過太陽能電池板，永磁體產(chǎn)生一個(gè)磁場。

具體解決方案：太陽能磁懸浮懸掛電機(jī)。

太陽能永磁懸浮旋轉(zhuǎn)儀器包括太陽能電池板，底部永磁體，轉(zhuǎn)軸永磁體，合金轉(zhuǎn)軸，底座，線圈；將光源從某一固定方向照射于太陽能電池板，太陽能電池板產(chǎn)生的電流流入線圈，使線圈激發(fā)磁場，磁場與底部永磁體相互作用產(chǎn)生力矩，推動太陽能電池板帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。太陽能磁懸浮懸掛式電機(jī)工作時(shí)需要使用掛繩或手動將其懸掛于空中；工作時(shí)永磁體靜止，線圈與太陽能電池板隨主體轉(zhuǎn)動，演示時(shí)不需將儀器置于桌面。

四、結(jié)語

現(xiàn)如今，我們需要增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，TRIZ創(chuàng)新方法就是我們增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力的方法之一，它能夠幫助我們突破思維定勢，從不同角度分析不同問題，實(shí)現(xiàn)理性的邏輯，揭示問題的本質(zhì)，確定問題的進(jìn)一步探索方向。我們通過利用TRIZ創(chuàng)新方法，將傳統(tǒng)工藝與新興能源相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了一種適合演示電機(jī)原理的演示裝置。

參考文獻(xiàn)

[1]孫永偉，（美）謝爾蓋·伊克萬科.TRIZ：打開創(chuàng)新之門的金鑰匙[M].北京：科學(xué)出版社，2015（11）.

作者簡介：魏勇（1987.06—），男，漢族，內(nèi)蒙包頭人，講師，博士，研究方向：光纖傳感、大學(xué)生創(chuàng)新教育；蔡輝（1996.01—），男，漢族，海南定安人；劉春蘭（1989.03—），女，漢族，四川人，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：光纖傳感；趙嫦欣（1991.03—），女，漢族，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，助理實(shí)驗(yàn)員，研究方向：光纖傳感。