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

1、報告名稱TRIZ理論與應用大作業(yè)項目名稱基于TRIZ理論的吸塵器優(yōu)化改善研究公司項目組名稱項目的工作周期.10.8 .1.8目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc 1項目描述 PAGEREF _Toc h 2 HYPERLINK l _Toc 1.1 問題初始情境描述 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問題分析與分解 PAGEREF _Toc h 3 HYPERLINK l _Toc 2.1 問題 PAGEREF _Toc h 3 HYPERLINK l _Toc 基于TRIZ理論電動汽車驅(qū)動用感應電機的電磁噪聲研究 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)化問題列表 PAGEREF _Toc h 4 HYPERLINK l _Toc 2.4 問題分解圖 PAGEREF

3、 _Toc h 4 HYPERLINK l _Toc 2.4.1 問題1：基于TRIZ理論電動汽車驅(qū)動用感應電機的電磁噪聲研究 PAGEREF _Toc h 4 HYPERLINK l _Toc 2.4.2 問題2：基于TRIZ理論電動汽車驅(qū)動用感應電機的電磁噪聲研究 PAGEREF _Toc h 4 HYPERLINK l _Toc 2.4.3 問題3：基于TRIZ理論電動汽車驅(qū)動用感應電機的電磁噪聲研究 PAGEREF _Toc h 4 HYPERLINK l _Toc 3 問題解決 PAGEREF _Toc h 6 HYPERLINK l _Toc 3.1解決問題向?qū)?PAGEREF _

4、Toc h 6 HYPERLINK l _Toc 3.2方案庫查詢解決方案 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 運用矛盾矩陣、發(fā)明原理的解決方案設計 PAGEREF _Toc h 8 HYPERLINK l _Toc 3.4 基于物-

5、場分析法的方案設計 PAGEREF _Toc h 9 HYPERLINK l _Toc 3.4.1 機殼研究 PAGEREF _Toc h 9 HYPERLINK l _Toc 3.5 基于技術系統(tǒng)進化法則的方案設計 PAGEREF _Toc h 12 HYPERLINK l _Toc 3.5.1 感應電機機殼的進化路線描述 PAGEREF _Toc h 12 HYPERLINK l _Toc 4結(jié)論 PAGEREF _Toc h 13項目描述1.1 問題初始情境描述1）定子鐵心齒對感應電機定子構(gòu)造固有模態(tài)影響；2）定子繞組對感應電機定子構(gòu)造固有模態(tài)影響；3）機殼對感應電機定子構(gòu)造固有模態(tài)影響

6、；4）端蓋對感應電機定子構(gòu)造固有模態(tài)影響；5）轉(zhuǎn)子構(gòu)造對感應電機構(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，隨著振型的增長，影響限度也增大；3）機殼：使電磁共振的轉(zhuǎn)速工作點增多，增大了電機設計時避免電磁共振的難度；4）轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子構(gòu)造使電機構(gòu)造的固有頻率下降，對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：與電機相應次數(shù)電磁力波發(fā)生電磁共振時；2）定子繞組：繞組與定子鐵心完全不接觸時；繞組與定子鐵心緊密接觸時；3）機殼：機殼產(chǎn)生的局部模態(tài)現(xiàn)象；4）轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子自身構(gòu)造問題。1.4 此缺陷如

7、何在類似的工程系統(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) 合適加厚機殼和端蓋可以提高電機構(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構(gòu)造的固有頻率，轉(zhuǎn)子構(gòu)造減少了電機構(gòu)造的固有頻率，對于電動汽車驅(qū)動用感應電機而言，不能忽視轉(zhuǎn)子構(gòu)造對固有頻

8、率的影響。(3) 在滿足最大轉(zhuǎn)矩和效率特行的前提下，應盡量選擇轉(zhuǎn)子多槽的遠槽配合以避免電磁共振的發(fā)生；減小開槽寬度、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，在滿足比功率指標的前提下，合適加厚機殼和端蓋可以提高電機構(gòu)造的固有頻率，避免電磁共振的發(fā)生。問題分析與分解2.1 問題 基于TRIZ理論電動汽車驅(qū)動用感應電機的電磁噪聲研究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)速工作點增多 of 定子繞組?2.4 問題分解圖2.4.1 問題1：基于TRIZ理論電動汽車驅(qū)動用感應電機的電磁噪聲研究a. 問題分解圖圖2-2 問題1分析圖b.問題分解樹因素: 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，與電機相應次數(shù)電磁力波發(fā)生電磁共振?2.4.2 問題2：基于TRIZ理論電動汽車驅(qū)動用感應電機的電磁噪聲研究a. 問題分解圖圖2-3 問題2分析圖b. 問題分解樹因素: How to prevent 轉(zhuǎn)子構(gòu)造使電機構(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 問題3：基于TRIZ理論電動汽車驅(qū)動用感應電機的電磁噪聲研究a. 問題分解圖圖2-4 問題3分析圖b. 問題分解樹因素: There is presence of 多種電磁共振轉(zhuǎn)速工作點. How to remove 多種電磁共振轉(zhuǎn)速工作點?3 問題解決解決問題向?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)速工作點增多 of 定子繞組?方案庫查詢解決方案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)生的電磁干擾查詢體現(xiàn)式: decrease查詢方式: 功能非構(gòu)造化查詢解決方案近似限度: 特例方案問題描述: 數(shù)字信號的高頻成分容易經(jīng)印刷電路板上的不同導體以不但愿的電磁場形式輻射出去。這些電磁場也稱為電磁干擾（EMI）。高頻電路會產(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和印刷電路板的接地層。每一高頻電流都會產(chǎn)生電磁干擾。電磁干擾強度與高頻電流的強度成比例。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電路板跡線為集成電路供電。高頻電流沿阻抗最小的途徑通過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。每個永磁鐵都會產(chǎn)生磁通。電子在磁通中流動（電流）時，每個電子都受洛倫茲力作用。洛倫茲力沿垂直于電子運動方向的方向推每個電子。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通過的途徑的阻抗比不使用永磁鐵時通過的途徑的阻抗大。電流途徑阻抗增長使高頻電流強度減少，因此可減少電磁干擾強度。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。 如下圖為兩個在不同材料是干擾波通過的

13、途徑比較: 圖3-1 不同材料是干擾波通過的途徑圖參照專利: 美國專利：6639144, Electromagnetic interference reduction system, 10/28/專利權(quán)人: Gateway, Inc. (N. Sioux City, SD)發(fā)明人: Toh; Tze-Chuen (Vermillion, SD)顧客解決方案 通過以上分析因此我們可以通過變化鐵心的本來的材料來減小高頻電路產(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 電動機鐵心分離圖3.3 運用矛盾矩陣、發(fā)明原理的解決方案設計第1 步:問題描述功能單一，產(chǎn)品的

14、功能僅僅限于割草上，對于顧客的實際需求分析得不夠徹底，忽視了產(chǎn)品多樣的應用場合；第2 步: 擬定技術參數(shù)欲改善的參數(shù):35合用性，被惡化的參數(shù):36系統(tǒng)的復雜性第3步：查找TRIZ 矛盾矩陣,從矩陣表查找相應的方格,得到方格中推薦的發(fā)明原理序號（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)明原理序號相應,得到發(fā)明原理：15動態(tài)特性原理，29氣壓與液壓構(gòu)造原理，37熱膨脹原理，28機械系統(tǒng)替代原理第4 步:發(fā)明原理應用綜合以上各條發(fā)明原理的分析,組合合并是最具有價值的發(fā)明原理。方案開發(fā)：針對

15、28（機械系統(tǒng)替代原理）可以開發(fā)出如下解決方案新型同步帶傳動系統(tǒng)。解決了復雜路況下的系統(tǒng)可靠性問題，減少了意外震動對電機的損害。減少了故障率。制導致本更為低廉。3.4 基于物-場分析法的方案設計3.4.1吸塵器過濾系統(tǒng)研究既有過濾網(wǎng)效果有限，灰塵過濾不徹底，清洗不以便1）問題1的物場模型根據(jù)上述問題可以用圖3.10所示的物場模型來描述，該模型的三個元素齊全，但是效果局限性。 機械場機械場灰塵過濾網(wǎng) 圖3.10 過濾網(wǎng)對灰塵作用的物場模型 2）問題2的解決方案針對上述的效果局限性的物場模型，采用的解決方案為：用新的物質(zhì)替代原有的物質(zhì)，即用水過濾裝置替代原有的過濾網(wǎng)。根據(jù)水的特性，水能打濕灰塵，避

16、免灰塵散溢，也能溶解過敏菌，細菌等微生物，達到更徹底過濾的目的。 化學場化學場過濾網(wǎng)水過濾 圖3.11 用水過濾替代原有過濾網(wǎng)的物場模型大孔過濾網(wǎng)水箱干凈的空氣灰塵 大孔過濾網(wǎng)水箱干凈的空氣灰塵 圖3.12 水過濾裝置如圖3.12所示由于風機工作，空氣從右通道通出，使水箱內(nèi)部產(chǎn)生負壓力，右通道便能吸入灰塵并通過水箱中的水，灰塵細菌等溶解于水中，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，對于角落等地方無法做到有效的清潔。1）問題3的物場模型根據(jù)上述問題可以用圖3.13所示的物場模型來描述，該模型的三個元素齊全，但是需要的效果局限性。 機械場

17、灰塵一般吸頭機械場灰塵一般吸頭 圖3.13吸頭的物場模型2）問題3的解決方案：對于效應局限性的物場模型的一般解法：a、用另一種場F2替代本來的場F1；b、增長此外一種場F2來強化有用的效應；c、增長物質(zhì)S3并加上另一種場F2來強化有用效應針對上述的效果局限性的物場模型，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。 機械場機械場一般吸頭新型 吸頭圖3.15 新型吸頭替代一般吸頭的物場模型 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不同地方換不同吸頭的麻煩。既簡

18、樸又以便。3.5 基于技術系統(tǒng)進化法則的方案設計技術系統(tǒng)進化論的重要觀點是技術系統(tǒng)的進化并非隨機的，而是遵循著一定的客觀的進化模式，所有的系統(tǒng)都是向“最后抱負化”進化的，系統(tǒng)進化的模式可以在過去的專利發(fā)明中發(fā)現(xiàn)，并可以應用于新系統(tǒng)的開發(fā)。吸塵器過濾系統(tǒng)的進化路線描述TRIZ中向自動化方向進化的法則指出：技術系統(tǒng)總是摒棄那些機械的、反復的、枯燥無味的手工操作，實現(xiàn)并提高技術系統(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濾系統(tǒng)的進化，如圖1所示。無塵袋旋風過濾技術塵袋式過濾系統(tǒng)干凈的空氣無塵袋旋風過濾技術塵袋式過濾系統(tǒng)干凈的空氣灰塵集塵桶 灰塵集塵桶 圖1過濾系統(tǒng)進化路線這次進化的地方是將一般吸塵器的塵