基于TRIZ理论的太阳能磁悬浮电机

魏勇 蔡辉 刘春兰 赵嫦欣

【摘要】电机是电能传输、使用和电能特性变化的核心装备，其在现代社会所有行业和部门中也占据着越来越重要的位置。本文利用TRIZ创新方法来改进普通电机所存在的问题：（1）电机在生活中应用广泛，但没有适合演示电机原理的装置。（2）普通电机对常规电流的消耗特别大。基于此，我们基于TRIZ理论提出一种太阳能磁悬浮电机，既适合演示电机原理的装置，又不需要消耗常规电流的装置。

【关键词】TRIZ理论；演示装置；太阳能

一、发明问题初始形势分析

电机现在发展得越来越好，但市面上没有合适的演示装置来演示电机的原理，这对电机的推广来说是非常不利的，还有在电机发展的过程中关于能源的消耗的问题一直都存在，因此，为了解决上述问题，设计一种新型电机，其应满足如下一些限制条件：（1）在运行过程中减少能源的消耗或以一种新型能源作为能量。（2）装置的结构要简单，零件不能太复杂，且零件的成本不能太昂贵。（3）装置操作过程要简单，体积小，方便携带，适合向社会推广。

二、运用TRIZ分析问题

（一）组件分析

我们对电机的整个结构系统进行组件分析，得到如下图所示电机系统的组件分析如表1。

由表2分析，我们能知道哪些是有害功能和不足的功能，这些都是这个装置的劣势，需要我们去解决的缺点。

三、基于TRIZ原理的解决方法

（一）技术矛盾

通过上述功能分析得出我们需要改善的参数为“能量的损失”，恶化的参数为“功率”，通过矛盾矩阵查找到解决技术矛盾的发明原理是：2，3，7，8，26，27。

我们采用发明原理（26）用太阳光代替电源，这样引入新兴能源，减少了常规电流的消耗；我们用太阳能电池板代替电枢，实现能源转化。

（二）物理矛盾

本项目将物理矛盾描述为：电机的体积需要大，因为这样效率高；电机的体积需要小，因为这样方便携带，适合演示原理。

由以上分析，我们在第二种满足矛盾需求寻找突破口，其对应的发明原理有：13，36，37，28，35，38，39，对于出现的物理矛盾，我们选取原理28：机械系统替代，在普通电机中，电机通过电源通电然后控制电枢工作，产生一个电场，我们将电源换成太阳能，通过太阳能电池板，永磁体产生一个磁场。

具体解决方案：太阳能磁悬浮悬挂电机。

太阳能永磁悬浮旋转仪器包括太阳能电池板，底部永磁体，转轴永磁体，合金转轴，底座，线圈；将光源从某一固定方向照射于太阳能电池板，太阳能电池板产生的电流流入线圈，使线圈激发磁场，磁场与底部永磁体相互作用产生力矩，推动太阳能电池板带动转轴转动。太阳能磁悬浮悬挂式电机工作时需要使用挂绳或手动将其悬挂于空中；工作时永磁体静止，线圈与太阳能电池板随主体转动，演示时不需将仪器置于桌面。

四、结语

现如今，我们需要增强自主创新能力，TRIZ创新方法就是我们增强自主创新能力的方法之一，它能够帮助我们突破思维定势，从不同角度分析不同问题，实现理性的逻辑，揭示问题的本质，确定问题的进一步探索方向。我们通过利用TRIZ创新方法，将传统工艺与新兴能源相结合，设计出了一种适合演示电机原理的演示装置。

参考文献

[1]孙永伟，（美）谢尔盖·伊克万科.TRIZ：打开创新之门的金钥匙[M].北京：科学出版社，2015（11）.

作者简介：魏勇（1987.06—），男，汉族，內蒙包头人，讲师，博士，研究方向：光纤传感、大学生创新教育；蔡辉（1996.01—），男，汉族，海南定安人；刘春兰（1989.03—），女，汉族，四川人，硕士，助理实验师，研究方向：光纤传感；赵嫦欣（1991.03—），女，汉族，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，助理实验员，研究方向：光纤传感。