TRIZ大作业.docx
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TRIZ大作业
报告名称
《TRIZ理论与应用》大作业
项目名称
基于TRIZ理论的吸尘器优化改进研究
公司
项目组名称
项目的工作周期
TRIZ大作业
1项目描述
1.1问题初始情境描述
1）定子铁心齿对感应电机定子结构固有模态影响；
2）定子绕组对感应电机定子结构固有模态影响；
3）机壳对感应电机定子结构固有模态影响；
4）端盖对感应电机定子结构固有模态影响；
5）转子结构对感应电机结构固有模态影响。
1.2主要缺点
1）定子铁心：
很可能辐射较大的电磁噪声；
2）定子绕组：
定子铁心各阶径向固有模态的固有频率增大时，随着振型的增加，影响
程度也增大；
3）机壳：
使电磁共振的转速工作点增多，增大了电机设计时避免电磁共振的难度；
4）转子：
转子结构使电机结构的固有频率下降，对低阶固有频率的下降程度较高。
1.3主要缺点在什么情况下出现
1）定子铁心：
与电机相应次数电磁力波发生电磁共振时；
2）定子绕组：
绕组与定子铁心完全不接触时；绕组与定子铁心紧密接触时；
3）机壳：
机壳产生的局部模态现象；
4）转子：
转子本身结构问题。
1.4此缺点如何在类似的工程系统或工艺流程中被解决
（1）电磁力波幅值随负载的增大而增大；产生幅值较大电磁力波的主要为定、转子齿谐波，尤其是一阶齿谐波；电磁力波幅值随转速的变化规律决定于定子电流和转差随转速的变化规律，并受饱和的影响；电磁力波的最高频率越低，在电机调速范围内产生电磁共振的可能性越大，消除产生最高频率较低电磁力波的定转子谐波次数有利于避免电磁共振，降低电磁噪声。
（2）适当加厚机壳和端盖可以提高电机结构的固有频率，有利于避免电磁共振的发生；刚度较好且与定子铁心紧密配合的定子绕组可以提高电机结构的固有频率，转子结构降低了电机结构的固有频率，对于电动汽车驱动用感应电机而言，不能忽略转子结构对固有频率的影响。
（3）在满足最大转矩和效率特行的前提下，应尽量选择转子多槽的远槽配合以避免电磁共振的发生；减小开槽宽度、采用矮胖的转子槽形、减小转差可以减小电磁力波的幅值，在满足比功率指标的前提下，适当加厚机壳和端盖可以提高电机结构的固有频率，避免电磁共振的发生。
2
3问题分析与分解
2.1问题
基于TRIZ理论电动汽车驱动用感应电机的电磁噪声研究
2.2系统分析
图2-1系统分析图
2.3系统分析模块产生的转化问题列表
1）Howtoprevent产生较大电磁噪声of定子绕组?
2）Howtoprevent对低阶固有频率的下降程度较高of旋转轴?
3）Howtoprevent电磁共振转速工作点增多of定子绕组?
2.4问题分解图
2.4.1问题1：
基于TRIZ理论电动汽车驱动用感应电机的电磁噪声研究
a.问题分解图
图2-2问题1分析图
b.问题分解树
原因:
Thereisharmful高介振型.Howtoeliminate高介振型?
原因:
Howtoprevent高介振型引起电磁噪声，与电机相应次数电磁力波发生电磁共振?
2.4.2问题2：
基于TRIZ理论电动汽车驱动用感应电机的电磁噪声研究
a.问题分解图
图2-3问题2分析图
b.问题分解树
原因:
Howtoprevent转子结构使电机结构的固有频率下降?
矛盾:
稳定性-功率
TRIZ创新原理:
多孔材料原理
2.4.3问题3：
基于TRIZ理论电动汽车驱动用感应电机的电磁噪声研究
a.问题分解图
图2-4问题3分析图
b.问题分解树
原因:
Thereispresenceof多个电磁共振转速工作点.Howtoremove多个电磁共振转速工作点?
3问题解决
3.1解决问题向导
1）Howtoprevent产生较大电磁噪声of定子绕组?
2）Howtoprevent对低阶固有频率的下降程度较高of旋转轴?
3）Howtoprevent电磁共振转速工作点增多of定子绕组?
3.2方案库查询解决方案
3.2.1Howtoprevent产生较大电磁噪声of定子绕组?
（1）标准解决方案
永磁铁减小高频电路产生的电磁干扰
查询表达式:
decrease
查询方式:
功能非结构化查询
解决方案近似程度:
特例方案
问题描述:
数字信号的高频成分容易经印刷电路板上的不同导体以不希望的电磁场形式辐射出去。
这些电磁场也称为电磁干扰（EMI）。
高频电路会产生大量电磁干扰。
这些电磁干扰沿阻抗最小的路径传播。
阻抗最小的路径通常包括印刷电路板上的不同电路迹线和印刷电路板的接地层。
每一高频电流都会产生电磁干扰。
电磁干扰强度与高频电流的强度成比例。
需要减小高频电路产生的电磁干扰的方法。
方案描述:
使用永磁铁减小高频电路产生的电磁干扰。
连接有电源的印刷电路板通过电路板迹线为集成电路供电。
高频电流沿阻抗最小的路径通过接地层从集成电路流向电源连接。
在印刷电路板的接地层附近安装一或多个永磁铁。
每个永磁铁都会产生磁通。
电子在磁通中流动（电流）时，每个电子都受洛伦兹力作用。
洛伦兹力沿垂直于电子运动方向的方向推每个电子。
于是洛伦兹力使电子流（即高频电流）弯曲，偏离其原始路径。
因此，高频电流在使用永磁铁时通过的路径的阻抗比不使用永磁铁时通过的路径的阻抗大。
电流路径阻抗增加使高频电流强度降低，因此可降低电磁干扰强度。
因此，永磁铁可减小高频电路产生的电磁干扰。
附加信息:
最好使用稀土元素磁性合金制成的永磁铁。
如下图为两个在不同材料是干扰波经过的路径比较:
图3-1不同材料是干扰波经过的路径图
参考专利:
美国专利：
6639144,Electromagneticinterferencereductionsystem,10/28/2003
专利权人:
Gateway,Inc.（N.SiouxCity,SD）
发明人:
Toh;Tze-Chuen（Vermillion,SD）
（2）用户解决方案
通过以上分析所以我们可以通过改变铁心的原来的材料来减小高频电路产生的电磁干扰如下图中把铁心的制作材料换成永磁铁或者带有永磁铁的材料即可。
图3-4电动机铁心分离图
3.3运用矛盾矩阵、发明原理的解决方案设计
第1步:
问题描述
功能单一，产品的功能仅仅限于割草上，对于用户的实际需求分析得不够彻底，忽略了产品多样的应用场合；
第2步:
确定技术参数
欲改善的参数:
35适用性，被恶化的参数:
36系统的复杂性
第3步：
查找TRIZ矛盾矩阵,从矩阵表查找对应的方格,得到方格中推荐的发明原理序号（如表3.1）。
表3.1矛盾矩阵表
被恶化的参数
27可靠性
36系统复杂性
21功率
21功率
32可制造性
欲改善的参数
35适用性
15,29,37,28
与前面发明原理序号对应,得到发明原理：
15动态特性原理，29气压与液压结构原理，37热膨胀原理，28机械系统替代原理
第4步:
发明原理应用
综合以上各条发明原理的分析,组合合并是最具有价值的发明原理。
方案开发：
针对28（机械系统替代原理）可以开发出以下解决方案
新型同步带传动系统。
解决了复杂路况下的系统可靠性问题，减少了意外震动对电机的损害。
降低了故障率。
制造成本更为低廉。
3.4基于物-场分析法的方案设计
3.2.13.4.1吸尘器过滤系统研究
现有过滤网效果有限，灰尘过滤不彻底，清洗不方便
1）问题1的物场模型
根据上述问题可以用图3.10所示的物场模型来描述，该模型的三个元素齐全，但是效果不足。
图3.10过滤网对灰尘作用的物场模型
2）问题2的解决方案
针对上述的效果不足的物场模型，采用的解决方案为：
用新的物质代替原有的物质，即用水过滤装置代替原有的过滤网。
根据水的特性，水能打湿灰尘，防止灰尘散溢，也能溶解过敏菌，细菌等微生物，达到更彻底过滤的目的。
图3.11用水过滤代替原有过滤网的物场模型
水箱
图3.12水过滤装置
如图3.12所示由于风机工作，空气从右通道通出，使水箱内部产生负压力，右通道便能吸入灰尘并通过水箱中的水，灰尘细菌等溶解于水中，干净的空气从右通道出去。
3.4.2吸尘器新型吸头研究
普通的吸尘器吸头功能单一，只能用于地面除尘，对于角落等地方无法做到有效的清洁。
1）问题3的物场模型
根据上述问题可以用图3.13所示的物场模型来描述，该模型的三个元素齐全，但是需要的效果不足。
图3.13吸头的物场模型
2）问题3的解决方案：
对于效应不足的物场模型的一般解法：
a、用另一个场F2代替原来的场F1；
b、增加另外一个场F2来强化有用的效应；
c、增加物质S3并加上另一个场F2来强化有用效应
针对上述的效果不足的物场模型，采用的解决方案为：
用新的物质代替原有的物质，用新型可旋转式吸头带替原有普通吸头。
图3.15新型吸头代替普通吸头的物场模型
新型可旋转式吸头有两种吸尘模式，模式一可用于常规地面清洁，由模式一旋转得的模式二可用于角落的清洁。
用软管连接吸头和柄。
此种吸头省去了用户需要针对不同地方换不同吸头的麻烦。
既简单又方便。
3.5基于技术系统进化法则的方案设计
技术系统进化论的主要观点是技术系统的进化并非随机的，而是遵循着一定的客观的进化模式，所有的系统都是向“最终理想化”进化的，系统进化的模式可以在过去的专利发明中发现，并可以应用于新系统的开发。
3.2.2吸尘器过滤系统的进化路线描述
TRIZ中向自动化方向进化的法则指出：
技术系统总是摒弃那些机械的、重复的、枯燥无味的手工操作，实现并提高技术系统功能的效益，解放人们去完成更具有创造性的工作。
本文阐述了吸尘器过滤系统的进化，如图1所示。
集尘桶
图1过滤系统进化路线
这次进化的地方是将普通吸尘器的尘袋式过滤系统改为无尘袋式过滤，老式吸尘器使用尘袋作为过滤主体，过滤过程中，灰尘吸附于尘袋内表面，使用一段时间后必须清洗，大多通过倒灰尘的方式，弄的尘土飞扬，造成二次污染。
而新型无尘袋过滤系统，利用空气在集尘桶内旋转形成高速离心力来分离尘气，灰尘由于重力作用落入集尘桶内，减少了堵塞，水平吸力持久强劲，分离的空气则经由电机保护过滤器及高效HEPA过滤后排出，不含尘螨，杜绝了二次污染。
3.2.33.5.2马达的进化路线描述
TRIZ指出技术系统的动态性进化应沿着增加结构柔性、可移动性、可控性的方向发展，以适应环境状况或执行方式的变化。
本文选择增加减震材料的进化路线：
即在吸尘器马达的周围增加减震材料，，减少各个部件的相互碰撞的，从而达到减少噪音的目的。
具体方案如图3.20所示。
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图3.20马达进化路线
这次进化的地方是在原有的吸尘器马达外围添加一个防震圈以减少马达震动带来的噪音。
未改进之前马达运行时产生震动，外机壳与电机机壳碰撞，产生噪音。
改进之后，防震圈的可变形性使马达震动得到缓冲，从而达到吸尘器减噪的目的。
4结论
本文针对…………….的问题，运用Pro/Innovator寻找到解决方案，其方案分别是：
………..；
…………….；
……………。
其中方案
通过。
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可以解决。
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问题，方案
通过。
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可以解决。
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问题。
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插入最终方案图
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