国检检测欢迎您!

微信公众号|腾讯微博|网站地图

您可能还在搜: 无损检测紧固件检测轴承检测浙江综合实验机构

社会关注

分享:基于TRIZ理论的便携式光伏手机充电装置研制

返回列表 来源:国检检测 查看手机网址
扫一扫!分享:基于TRIZ理论的便携式光伏手机充电装置研制扫一扫!
浏览:- 发布日期:2024-05-08 10:47:38【

随着现代社会的发展,智能手机已经成为了人们日常生产生活中的重要组成部分。智能手机在工作时需要消耗大量的电能,使得手机电池难以维持长时间的工作。在对手机进行充电时,又常常受到固定电源与手机充电电线长度的限制,使得人的活动范围被局限在固定电源附近,不利于进行外出等活动[12]。为解决手机充电时操作不简便、手机工作时长较短、严重依赖固定电源这3大问题,采用TRIZ理论对便携式太阳能手机充电器进行了设计。TRIZ由俄文演绎而来,意思是发明家式的解决任务的理论。是前苏联发明家、教育家G. S. Altshuller(根里奇·阿奇舒勒)和他的研究团队通过分析大量专利和创新案例总结出来的。TRIZ理论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理,着力于澄清和强调系统中存在的矛盾,其目标是完全解决矛盾,获得最终的理想解决方案[3]。根据TRIZ理论可加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。

依据TRIZ理论的最终理想解对便携式太阳能手机充电器的设计进行分析可知:(1)设计的最终目的是延长手机工作时间;(2)最理想的结果是便携式太阳能手机充电器;(3)达到理想的阻碍是复杂的操作过程,单一的充电来源;(4)出现阻碍的结果导致不利于快速充电,活动范围被限制在充电源附近;(5)避免出现这些障碍的条件——简化充电步骤,采用可移动的充电电源,能利用多种能量进行充电。为达到以上条件可以利用的资源有简便的充电系统,增加电量储存的组建,能量转化装置。最终确定的理想解:系统能进行直接充电,可利用能量装转化发电且延长手机工作时间。在最终理想状态下,该系统拥有更简单的操作步骤,能延长工作时间,可以在多种条件下进行充电。在确立了理想状态的方向和位置后,保证了问题解决并得到最终理想解,避免了传统设计方法中目的不明确这一缺陷,从而提高了创新设计的效率[47]

将实际问题到解决方案过程进行演化,演化过程如图1所示。通过模型组件分析,确定组件功能,最后通过因果分析,得到分析的关键点。

(1)模型组件分析。通过模型组件分析描述系统组件的种类以及相互关系,如图2所示。

(2)功能组件确定。系统功能:对电池进行充电;系统作用对象:电量耗尽的手机电池;系统组件:插头、数据线、电源、电池。

(3)因果分析。认识问题:现有装置在充电操作过程中步骤繁琐、体积较大占用空间大、手机充电时运动空间受限;澄清问题:数据线较长让人感到杂乱,较短则不便于使用;查找问题原因:组件中,插头与数据线相互连接,限制了手机充电时的运动空间;解决问题的措施:①减少充电的操作步骤;②减少充电系统体积;③扩大手机充电时的可运动空间[89]

(4)分析的关键点。充电系统需要连接后使用,充电系统占用空间大,扩大充电时的运动空间。

现有问题:手机充电过程中,需要连接充电系统,充电系统体积较大、占用空间大,充电时手机运动空间受到限制。基于以上问题,想到的解决方法为减少充电系统个数的同时完成充电任务,带来的问题是增加了充电系统的复杂程度。

改善的参数:物质或事物的数量;恶化的参数:装置的复杂性。根据阿齐舒勒矛盾矩阵表,查得03、23、27、10四个发明原理,对发明原理能否解决问题进行了探讨(见表1)。在经过比较分析后,发明原理10符合要求。


由此得到方案1:预先将充电插头、数据线、智能手机进行组合,将这个组合系统组装成为手机壳的形状。通过这种预先组合的形式,减少了充电时的操作步骤,缩小了充电时所占用的空间,增大了充电手机的运动空间。

物理矛盾的定义是,当一个技术系统的某一个工程参数具有相反的需求时,就构成了物理矛盾。解决物理矛盾采用了分离原理[1011]

在传统的充电方法中,是将充电系统组合好后,连接到固定电源处进行充电。现在为了满足便于携带的要求,则需要一个可以进行运动的稳定电源。固定的充电电源与自由运动的充电电源构成了一对矛盾。运用分离原理解决该问题,与分离原理有关的发明原理有13个,通过对分离原理与发明原理的综合运用,我们采用空间分离原理来解决这对矛盾。提出解决方案2。

方案2是在充电系统中添加可充电电池作为自由运动电源。当手机电量较低时,打开手机壳中的充电开关,使用充电电池释放的稳定电流对手机进行充电。既满足了充电时可以自由运动的要求,又能够为手机提供稳定的充电电流,减小了对电池的损伤。

对任何一种技术的任何一个功能都可以用两个物一个场来描述,两物一场构成三要素。物–场分析的进行是在判别物–场模型的基础之上进行的,或是对不完整的物–场体系进行补全,或是对完全物–场体系中的要素进行变换进行发展物场。

TRIZ物–场分析法步骤指出,首先要明确发生问题的部位并确定相关元素,传统手机充电方式依赖固定式电源充电,需要将充电系统与固定电源进行连接,需要使用者耐心等待,而且无法进行自由运动。在室外及户外则无法进行充电,充电条件受到限制。建立问题的物–场模型后,可以看出物质S2作用于S1,即充电系统作用于手机电池,在室外条件下可以提供的电能是有限的,仅依靠充电系统内的充电电池难以长时间对手机电池进行供电(图3)。

建立好模型之后即可选择物–场模型的合适解法,通过对示意图的分析发现问题所在:充电系统中的充电电池对手机电量的供应是有限度的,无法依靠充电电池对手机进行长时间充电。该系统的物–场模型属于“作用不完整系统模型”根据标准解的表述,引入新场向并联式物模型进化。最终得到解决方案的物–场模型。由第六标准解可知,加入S3、F2来解决充电系统中,充电电池无法长时间进行充电的问题。分析可得进行设计概念最终解,如图4所示。


由此得出方案3,即使用标准解引入一个场F2,为装置添加太阳能发电组件。当太阳能电池板受到光照时产生电能,经太阳能发电组件对电流进行防倒流保护,对充电电池提供稳定的电压电流,在日常中对充电电池进行充电,从而延长充电电池对手机的充电时间。

表2列出了上述3种技术方案,综合以上方案,得到便携式太阳能手机充电器的充电系统的创新设计方案。

该便携式太阳能手机充电器的充电系统,是由充电组件、太阳能发电组件共同组成。当手机不需要进行充电时,会使用太阳能对充电电池进行充电;在手机需要充电且有一定光照时,使用太阳能对手机进行充电;在光照条件不足时,使用充电电池对手机进行充电。从而实现了缩减充电组件的连接过程,减少充电系统的体积,手机在充电时便于携带的功能。在有光条件下用太阳能进行充电,无光条件下使用充电电池对手机进行充电,在不需要充电且有一定光照时对充电电池进行充电,使手机能够获得更多的电能进行充电,装置如图5

本文给出了基于TRIZ的便携式光伏手机充电装置设计过程,利用发明问题解决理论(TRIZ)中的物–场分析、技术矛盾和物理矛盾。弥补了传统设计方法的不足。改进了设计过程并缩短了设计周期,提高了设计的效率,提出了改进便携式光伏手机充电装置方案,为便携式光伏手机充电装置的创新设计提供了理论依据。


文章来源——金属世界

推荐阅读

    【本文标签】:零部件检测 光伏支架检测 第三方检测机构
    【责任编辑】:国检检测版权所有:转载请注明出处

    最新资讯文章

    关闭