2022年TRIZ理論與應(yīng)用大作業(yè)基于TRIZ理論的吸塵器優(yōu)化改進(jìn)研究

1、報(bào)告名稱(chēng)TRIZ理論與應(yīng)用大作業(yè)項(xiàng)目名稱(chēng)基于TRIZ理論的吸塵器優(yōu)化改善研究公司項(xiàng)目組名稱(chēng)項(xiàng)目的工作周期.10.8 .1.8目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc 1項(xiàng)目描述 PAGEREF _Toc h 2 HYPERLINK l _Toc 1.1 問(wèn)題初始情境描述 PAGEREF _Toc h 2 HYPERLINK l _Toc 1.2 重要缺陷 PAGEREF _Toc h 2 HYPERLINK l _Toc 1.3 重要缺陷在什么狀況下浮現(xiàn) PAGEREF _Toc h 2 HYPERLINK l _Toc 1.4 此缺陷如何在類(lèi)似的工程系統(tǒng)或工藝

2、流程中被解決 PAGEREF _Toc h 2 HYPERLINK l _Toc 2問(wèn)題分析與分解 PAGEREF _Toc h 3 HYPERLINK l _Toc 2.1 問(wèn)題 PAGEREF _Toc h 3 HYPERLINK l _Toc 基于TRIZ理論電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電機(jī)的電磁噪聲研究 PAGEREF _Toc h 3 HYPERLINK l _Toc 2.2 系統(tǒng)分析 PAGEREF _Toc h 3 HYPERLINK l _Toc 2.3 系統(tǒng)分析模塊產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化問(wèn)題列表 PAGEREF _Toc h 4 HYPERLINK l _Toc 2.4 問(wèn)題分解圖 PAGEREF

3、 _Toc h 4 HYPERLINK l _Toc 2.4.1 問(wèn)題1：基于TRIZ理論電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電機(jī)的電磁噪聲研究 PAGEREF _Toc h 4 HYPERLINK l _Toc 2.4.2 問(wèn)題2：基于TRIZ理論電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電機(jī)的電磁噪聲研究 PAGEREF _Toc h 4 HYPERLINK l _Toc 2.4.3 問(wèn)題3：基于TRIZ理論電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電機(jī)的電磁噪聲研究 PAGEREF _Toc h 4 HYPERLINK l _Toc 3 問(wèn)題解決 PAGEREF _Toc h 6 HYPERLINK l _Toc 3.1解決問(wèn)題向?qū)?PAGEREF _

4、Toc h 6 HYPERLINK l _Toc 3.2方案庫(kù)查詢(xún)解決方案 PAGEREF _Toc h 6 HYPERLINK l _Toc 3.2.1 How to prevent 產(chǎn)生較大電磁噪聲 of 定子繞組? PAGEREF _Toc h 6 HYPERLINK l _Toc (1) 原則解決方案 PAGEREF _Toc h 6 HYPERLINK l _Toc (2) 最后解決方案 PAGEREF _Toc h 7 HYPERLINK l _Toc 3.3 運(yùn)用矛盾矩陣、發(fā)明原理的解決方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h 8 HYPERLINK l _Toc 3.4 基于物-

5、場(chǎng)分析法的方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h 9 HYPERLINK l _Toc 3.4.1 機(jī)殼研究 PAGEREF _Toc h 9 HYPERLINK l _Toc 3.5 基于技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則的方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h 12 HYPERLINK l _Toc 3.5.1 感應(yīng)電機(jī)機(jī)殼的進(jìn)化路線(xiàn)描述 PAGEREF _Toc h 12 HYPERLINK l _Toc 4結(jié)論 PAGEREF _Toc h 13項(xiàng)目描述1.1 問(wèn)題初始情境描述1）定子鐵心齒對(duì)感應(yīng)電機(jī)定子構(gòu)造固有模態(tài)影響；2）定子繞組對(duì)感應(yīng)電機(jī)定子構(gòu)造固有模態(tài)影響；3）機(jī)殼對(duì)感應(yīng)電機(jī)定子構(gòu)造固有模態(tài)影響

6、；4）端蓋對(duì)感應(yīng)電機(jī)定子構(gòu)造固有模態(tài)影響；5）轉(zhuǎn)子構(gòu)造對(duì)感應(yīng)電機(jī)構(gòu)造固有模態(tài)影響。1.2 重要缺陷定子鐵心：很也許輻射較大的電磁噪聲；2）定子繞組：定子鐵心各階徑向固有模態(tài)的固有頻率增大時(shí)，隨著振型的增長(zhǎng)，影響限度也增大；3）機(jī)殼：使電磁共振的轉(zhuǎn)速工作點(diǎn)增多，增大了電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)避免電磁共振的難度；4）轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子構(gòu)造使電機(jī)構(gòu)造的固有頻率下降，對(duì)低階固有頻率的下降限度較高。1.3 重要缺陷在什么狀況下浮現(xiàn)1）定子鐵心：與電機(jī)相應(yīng)次數(shù)電磁力波發(fā)生電磁共振時(shí)；2）定子繞組：繞組與定子鐵心完全不接觸時(shí)；繞組與定子鐵心緊密接觸時(shí)；3）機(jī)殼：機(jī)殼產(chǎn)生的局部模態(tài)現(xiàn)象；4）轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子自身構(gòu)造問(wèn)題。1.4 此缺陷如

7、何在類(lèi)似的工程系統(tǒng)或工藝流程中被解決(1) 電磁力波幅值隨負(fù)載的增大而增大；產(chǎn)生幅值較大電磁力波的重要為定、轉(zhuǎn)子齒諧波，特別是一階齒諧波；電磁力波幅值隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律決定于定子電流和轉(zhuǎn)差隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，并受飽和的影響；電磁力波的最高頻率越低，在電機(jī)調(diào)速范疇內(nèi)產(chǎn)生電磁共振的也許性越大，消除產(chǎn)生最高頻率較低電磁力波的定轉(zhuǎn)子諧波次數(shù)有助于避免電磁共振，減少電磁噪聲。(2) 合適加厚機(jī)殼和端蓋可以提高電機(jī)構(gòu)造的固有頻率，有助于避免電磁共振的發(fā)生；剛度較好且與定子鐵心緊密配合的定子繞組可以提高電機(jī)構(gòu)造的固有頻率，轉(zhuǎn)子構(gòu)造減少了電機(jī)構(gòu)造的固有頻率，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電機(jī)而言，不能忽視轉(zhuǎn)子構(gòu)造對(duì)固有頻

8、率的影響。(3) 在滿(mǎn)足最大轉(zhuǎn)矩和效率特行的前提下，應(yīng)盡量選擇轉(zhuǎn)子多槽的遠(yuǎn)槽配合以避免電磁共振的發(fā)生；減小開(kāi)槽寬度、采用矮胖的轉(zhuǎn)子槽形、減小轉(zhuǎn)差可以減小電磁力波的幅值，在滿(mǎn)足比功率指標(biāo)的前提下，合適加厚機(jī)殼和端蓋可以提高電機(jī)構(gòu)造的固有頻率，避免電磁共振的發(fā)生。問(wèn)題分析與分解2.1 問(wèn)題 基于TRIZ理論電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電機(jī)的電磁噪聲研究2.2 系統(tǒng)分析 圖2-1 系統(tǒng)分析圖2.3 系統(tǒng)分析模塊產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化問(wèn)題列表1）How to prevent 產(chǎn)生較大電磁噪聲 of 定子繞組?2）How to prevent 對(duì)低階固有頻率的下降限度較高 of 旋轉(zhuǎn)軸?3）How to prevent 電磁

9、共振轉(zhuǎn)速工作點(diǎn)增多 of 定子繞組?2.4 問(wèn)題分解圖2.4.1 問(wèn)題1：基于TRIZ理論電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電機(jī)的電磁噪聲研究a. 問(wèn)題分解圖圖2-2 問(wèn)題1分析圖b.問(wèn)題分解樹(shù)因素: There is harmful 高介振型. How to eliminate 高介振型?因素: How to prevent 高介振型引起電磁噪聲，與電機(jī)相應(yīng)次數(shù)電磁力波發(fā)生電磁共振?2.4.2 問(wèn)題2：基于TRIZ理論電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電機(jī)的電磁噪聲研究a. 問(wèn)題分解圖圖2-3 問(wèn)題2分析圖b. 問(wèn)題分解樹(shù)因素: How to prevent 轉(zhuǎn)子構(gòu)造使電機(jī)構(gòu)造的固有頻率下降?矛盾:穩(wěn)定性 - 功率 HYP

10、ERLINK l _ID88TRIZ創(chuàng)新原理: 多孔材料原理 2.4.3 問(wèn)題3：基于TRIZ理論電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電機(jī)的電磁噪聲研究a. 問(wèn)題分解圖圖2-4 問(wèn)題3分析圖b. 問(wèn)題分解樹(shù)因素: There is presence of 多種電磁共振轉(zhuǎn)速工作點(diǎn). How to remove 多種電磁共振轉(zhuǎn)速工作點(diǎn)?3 問(wèn)題解決解決問(wèn)題向?qū)?）How to prevent 產(chǎn)生較大電磁噪聲 of 定子繞組?2）How to prevent 對(duì)低階固有頻率的下降限度較高 of 旋轉(zhuǎn)軸?3）How to prevent 電磁共振轉(zhuǎn)速工作點(diǎn)增多 of 定子繞組?方案庫(kù)查詢(xún)解決方案3.2.1 How t

11、o prevent 產(chǎn)生較大電磁噪聲 of 定子繞組?原則解決方案 永磁鐵減小高頻電路產(chǎn)生的電磁干擾查詢(xún)體現(xiàn)式: decrease查詢(xún)方式: 功能非構(gòu)造化查詢(xún)解決方案近似限度: 特例方案問(wèn)題描述: 數(shù)字信號(hào)的高頻成分容易經(jīng)印刷電路板上的不同導(dǎo)體以不但愿的電磁場(chǎng)形式輻射出去。這些電磁場(chǎng)也稱(chēng)為電磁干擾（EMI）。高頻電路會(huì)產(chǎn)生大量電磁干擾。這些電磁干擾沿阻抗最小的途徑傳播。阻抗最小的途徑一般涉及印刷電路板上的不同電路跡線(xiàn)和印刷電路板的接地層。每一高頻電流都會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。電磁干擾強(qiáng)度與高頻電流的強(qiáng)度成比例。需要減小高頻電路產(chǎn)生的電磁干擾的措施。方案描述: 使用永磁鐵減小高頻電路產(chǎn)生的電磁干擾。連接

12、有電源的印刷電路板通過(guò)電路板跡線(xiàn)為集成電路供電。高頻電流沿阻抗最小的途徑通過(guò)接地層從集成電路流向電源連接。在印刷電路板的接地層附近安裝一或多種永磁鐵。每個(gè)永磁鐵都會(huì)產(chǎn)生磁通。電子在磁通中流動(dòng)（電流）時(shí)，每個(gè)電子都受洛倫茲力作用。洛倫茲力沿垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向的方向推每個(gè)電子。于是洛倫茲力使電子流（即高頻電流）彎曲，偏離其原始途徑。因此，高頻電流在使用永磁鐵時(shí)通過(guò)的途徑的阻抗比不使用永磁鐵時(shí)通過(guò)的途徑的阻抗大。電流途徑阻抗增長(zhǎng)使高頻電流強(qiáng)度減少，因此可減少電磁干擾強(qiáng)度。因此，永磁鐵可減小高頻電路產(chǎn)生的電磁干擾。附加信息: 最佳使用稀土元素磁性合金制成的永磁鐵。 如下圖為兩個(gè)在不同材料是干擾波通過(guò)的

13、途徑比較: 圖3-1 不同材料是干擾波通過(guò)的途徑圖參照專(zhuān)利: 美國(guó)專(zhuān)利：6639144, Electromagnetic interference reduction system, 10/28/專(zhuān)利權(quán)人: Gateway, Inc. (N. Sioux City, SD)發(fā)明人: Toh; Tze-Chuen (Vermillion, SD)顧客解決方案 通過(guò)以上分析因此我們可以通過(guò)變化鐵心的本來(lái)的材料來(lái)減小高頻電路產(chǎn)生的電磁干擾如下圖中把鐵心的制作材料換成永磁鐵或者帶有永磁鐵的材料即可。圖3-4 電動(dòng)機(jī)鐵心分離圖3.3 運(yùn)用矛盾矩陣、發(fā)明原理的解決方案設(shè)計(jì)第1 步:問(wèn)題描述功能單一，產(chǎn)品的

14、功能僅僅限于割草上，對(duì)于顧客的實(shí)際需求分析得不夠徹底，忽視了產(chǎn)品多樣的應(yīng)用場(chǎng)合；第2 步: 擬定技術(shù)參數(shù)欲改善的參數(shù):35合用性，被惡化的參數(shù):36系統(tǒng)的復(fù)雜性第3步：查找TRIZ 矛盾矩陣,從矩陣表查找相應(yīng)的方格,得到方格中推薦的發(fā)明原理序號(hào)（如表3.1）。表3.1 矛盾矩陣表被惡化的參數(shù)27可靠性36系統(tǒng)復(fù)雜性21功率21功率32可制造性欲改善的參數(shù)35合用性15,29,37,28與前面發(fā)明原理序號(hào)相應(yīng),得到發(fā)明原理：15動(dòng)態(tài)特性原理，29氣壓與液壓構(gòu)造原理，37熱膨脹原理，28機(jī)械系統(tǒng)替代原理第4 步:發(fā)明原理應(yīng)用綜合以上各條發(fā)明原理的分析,組合合并是最具有價(jià)值的發(fā)明原理。方案開(kāi)發(fā)：針對(duì)

15、28（機(jī)械系統(tǒng)替代原理）可以開(kāi)發(fā)出如下解決方案新型同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)。解決了復(fù)雜路況下的系統(tǒng)可靠性問(wèn)題，減少了意外震動(dòng)對(duì)電機(jī)的損害。減少了故障率。制導(dǎo)致本更為低廉。3.4 基于物-場(chǎng)分析法的方案設(shè)計(jì)3.4.1吸塵器過(guò)濾系統(tǒng)研究既有過(guò)濾網(wǎng)效果有限，灰塵過(guò)濾不徹底，清洗不以便1）問(wèn)題1的物場(chǎng)模型根據(jù)上述問(wèn)題可以用圖3.10所示的物場(chǎng)模型來(lái)描述，該模型的三個(gè)元素齊全，但是效果局限性。 機(jī)械場(chǎng)機(jī)械場(chǎng)灰塵過(guò)濾網(wǎng) 圖3.10 過(guò)濾網(wǎng)對(duì)灰塵作用的物場(chǎng)模型 2）問(wèn)題2的解決方案針對(duì)上述的效果局限性的物場(chǎng)模型，采用的解決方案為：用新的物質(zhì)替代原有的物質(zhì)，即用水過(guò)濾裝置替代原有的過(guò)濾網(wǎng)。根據(jù)水的特性，水能打濕灰塵，避

16、免灰塵散溢，也能溶解過(guò)敏菌，細(xì)菌等微生物，達(dá)到更徹底過(guò)濾的目的。 化學(xué)場(chǎng)化學(xué)場(chǎng)過(guò)濾網(wǎng)水過(guò)濾 圖3.11 用水過(guò)濾替代原有過(guò)濾網(wǎng)的物場(chǎng)模型大孔過(guò)濾網(wǎng)水箱干凈的空氣灰塵 大孔過(guò)濾網(wǎng)水箱干凈的空氣灰塵 圖3.12 水過(guò)濾裝置如圖3.12所示由于風(fēng)機(jī)工作，空氣從右通道通出，使水箱內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓力，右通道便能吸入灰塵并通過(guò)水箱中的水，灰塵細(xì)菌等溶解于水中，干凈的空氣從右通道出去。3.4.2 吸塵器新型吸頭研究一般的吸塵器吸頭功能單一，只能用于地面除塵，對(duì)于角落等地方無(wú)法做到有效的清潔。1）問(wèn)題3的物場(chǎng)模型根據(jù)上述問(wèn)題可以用圖3.13所示的物場(chǎng)模型來(lái)描述，該模型的三個(gè)元素齊全，但是需要的效果局限性。 機(jī)械場(chǎng)

17、灰塵一般吸頭機(jī)械場(chǎng)灰塵一般吸頭 圖3.13吸頭的物場(chǎng)模型2）問(wèn)題3的解決方案：對(duì)于效應(yīng)局限性的物場(chǎng)模型的一般解法：a、用另一種場(chǎng)F2替代本來(lái)的場(chǎng)F1；b、增長(zhǎng)此外一種場(chǎng)F2來(lái)強(qiáng)化有用的效應(yīng)；c、增長(zhǎng)物質(zhì)S3并加上另一種場(chǎng)F2來(lái)強(qiáng)化有用效應(yīng)針對(duì)上述的效果局限性的物場(chǎng)模型，采用的解決方案為：用新的物質(zhì)替代原有的物質(zhì)，用新型可旋轉(zhuǎn)式吸頭帶替原有一般吸頭。 機(jī)械場(chǎng)機(jī)械場(chǎng)一般吸頭新型 吸頭圖3.15 新型吸頭替代一般吸頭的物場(chǎng)模型 新型可旋轉(zhuǎn)式吸頭有兩種吸塵模式，模式一可用于常規(guī)地面清潔，由模式一旋轉(zhuǎn)得的模式二可用于角落的清潔。用軟管連接吸頭和柄。此種吸頭省去了顧客需要針對(duì)不同地方換不同吸頭的麻煩。既簡(jiǎn)

18、樸又以便。3.5 基于技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則的方案設(shè)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化論的重要觀點(diǎn)是技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化并非隨機(jī)的，而是遵循著一定的客觀的進(jìn)化模式，所有的系統(tǒng)都是向“最后抱負(fù)化”進(jìn)化的，系統(tǒng)進(jìn)化的模式可以在過(guò)去的專(zhuān)利發(fā)明中發(fā)現(xiàn)，并可以應(yīng)用于新系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。吸塵器過(guò)濾系統(tǒng)的進(jìn)化路線(xiàn)描述TRIZ中向自動(dòng)化方向進(jìn)化的法則指出：技術(shù)系統(tǒng)總是摒棄那些機(jī)械的、反復(fù)的、枯燥無(wú)味的手工操作，實(shí)現(xiàn)并提高技術(shù)系統(tǒng)功能的效益，解放人們?nèi)ネ戤吀哂邪l(fā)明性的工作。本文論述了吸塵器過(guò)濾系統(tǒng)的進(jìn)化，如圖1所示。無(wú)塵袋旋風(fēng)過(guò)濾技術(shù)塵袋式過(guò)濾系統(tǒng)干凈的空氣無(wú)塵袋旋風(fēng)過(guò)濾技術(shù)塵袋式過(guò)濾系統(tǒng)干凈的空氣灰塵集塵桶 灰塵集塵桶 圖1過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)化路線(xiàn)這次進(jìn)化的地方是將一般吸塵器的塵