使轉經輪手柄部發熱專利技術研究

陳 平 張 轉 王昶皓 曹 華

使轉經輪手柄部發熱專利技術研究

陳 平1張 轉1王昶皓2曹 華3

(1.南陽市科學技術情報所 河南 南陽 473000；2.南陽市第二中學校 河南 南陽 473000；3.南陽市知識產權局 河南 南陽 473000)

轉經輪手柄部發熱可以使藏區人民在握持轉經輪時避免手部被凍傷，排除掉使用外部供熱設備對手柄部直接進行加熱的方案，使用TRIZ創新方法進行研究之后，作為優選的方案，在手柄部內腔設置活塞結構，直接利用轉經輪轉動時產生的機械能壓縮活塞做功，使手柄部內腔內空氣的內能增加，溫度升高，另外活塞上下移動時，還會與手柄部內腔摩擦產生熱，如此往復一段時間，手柄部的溫度即可升高。

轉經輪；磁生電；機械能轉化為內能；熱傳導；技術情報研究

Abstract:The heating of the prayer wheel handle can prevent the Tibetan people from being frostbite when their hands are wheeling.The TRIZ innovation method is studied fas a preferred embodiment in this paper.The inner structure is provided in the cavity of the handle portion and is rotated directly by the turning wheel.When the me?chanical energy compression piston works,the handle cavity inside the air could increase the internal temperature.When the piston is moving up and down,the handle cavity friction would keep heating,and the temperature of the handle would increase in a period of time.

Key words:prayer wheel;magnetogenerated electricity;heat conduction;technical information research

藏族人民平時喜歡手拿轉經輪祈愿。西藏地區由于冬季晝夜溫差較大，最低溫度能達到零下十幾度，因為需要不斷手拿轉經輪，好多人手上已經有凍傷了。但是市面上并未有發現相應解決該問題的產品，憑借著生活中使用打氣筒打氣時筒壁發熱的經驗，再加上TRIZ創新方法中關于物場模型的建立，最終分析得到最優的解決方法。

1 理論分析

手搖轉經輪的結構主要有頂端、上蓋、經筒、下蓋、軸芯、手柄、墜石，經筒之所以會轉動，是因為在經筒外側中間的面上有一小環或耳孔，用來系末端墜著墜石的細繩或牛皮條作為墜石。在搖轉經筒時墜石也隨著轉動，以慣性對經筒旋轉起到加速作用。

物體發熱有兩種原因，一是外力對物體做功，比如摩擦生熱，二是物體與高溫熱源接觸，發生熱傳遞，物體吸收了熱量[1]。

在解決該技術問題時，首先要排除掉由外界提供加熱體對手柄部進行加熱的方案，如直接在手柄部內墻安裝電池，通過電池連接發熱電阻進行產熱，此種方案需要額外耗能，不利用環保節能的要求，所有的技術方案都要在建立在利用轉經輪自身轉動動能的前提下，不額外耗能的技術方案。

針對物體的發熱原因一和原因二，由于本技術研究中轉經輪手柄處于人手握持狀態，是不可能由手柄外部對其做功或熱傳導，所以設計思路只能放在從手柄部的內腔進行著手。

2 TRIZ創新方法分析

采用TRIZ創新方法分析的思路為，先描述一個最小化初始問題，發現矛盾，建立物-場模型，考慮資源，定義理想狀態，考慮實現理想狀態的已知方法，解決矛盾，克服障礙的迭代的過程[2]。具體到本技術研究上，就是要解決手柄部分凍手的技術問題，轉經輪經筒部位自轉產生的機械能在外部大量的流失，需要將經筒部產生的機械能轉移到手柄部位金屬的熱能，機械場要轉化為熱學場，通過能量形式的轉化，找到一個中介物，先將機械能傳遞給中介物，中介物使手柄部位發熱，達到要求的技術效果。

3 方案1

能量轉換中介物采用電場，增加一個電加熱結構，加熱手柄部，需要在手柄部設計一個電池容納倉，并設置相關的電路機構與發熱電阻，對手柄部進行加熱。具體設計方案為，轉經輪包含有手持筒、以及安裝在手持筒頂部的固定盤、設置在固定盤上的轉筒；在所述手持筒內安裝有控制電路板和可充電電池并且控制電路板和可充電電池連接，轉筒底部安裝有磁鐵，以及在固定盤頂部安裝有發電線圈；磁鐵在旋轉時與發電線圈切割發電形成電流，該由磁鐵在動作時與發電線圈切割發電形成的電流與控制電路板連接，通過控制電路板將電流儲存在可充電電池內，可充電電池再通過閉合回路與發熱電阻連接，發熱電阻設置在轉經輪手柄部[3]。

工作流程為，當手搖時，轉筒開始按照順時針一定速度旋轉，這時磁鐵的磁力線切割發電線圈產生電能，發電線圈將動能轉化為交流電能，再通過控制電路板進行升壓和穩壓，將交流電變成直流電，最后儲存到可充電電池內，同時可充電電池為發熱電阻閉合回路提供穩定的直流電源，發熱電阻通電之后，即可發熱。

4 方案2

能量轉換中介物采用活塞，先將機械能傳遞給活塞，活塞壓縮空氣做功，將機械能轉化為空氣的內能，空氣熱量提高，再經過熱傳導到手柄部位，使手柄部位發熱，另外活塞上下移動時，還會與手柄部內腔摩擦產生熱，達到需要的技術效果。

該技術路線下的轉經輪包括有頂端、上蓋、經筒、下蓋、軸芯、手柄、墜石，手柄為圓柱形，下蓋緊固在經筒上，且下蓋為中空結構，下蓋與經筒接觸部開設有牽引繩通孔，手柄內沿著軸芯設置有左右對稱的兩個活塞運動腔，活塞運動腔為空心圓柱結構，活塞運動腔的直徑接近手柄半徑，活塞運動腔內設置有活塞運動機構，活塞運動機構包括左活塞運動腔中的第一活塞和第一牽引繩，右活塞運動腔中的第二活塞和第二牽引繩，以及連接第一活塞和第二活塞的第三牽引繩，所述的第一活塞運動腔、軸芯、和第二活塞運動腔上開設有通孔，所述的第三牽引繩穿過通孔連接第一牽引繩和第二牽引繩，第一牽引繩和第二牽引繩一端連接第一活塞和第二活塞，另一端連接經筒的同一側，第一牽引繩、第二牽引繩、第三牽引繩均處于緊繃狀態，墜石的旋轉加速經筒的旋轉，經筒的旋轉帶動下蓋的旋轉，下蓋的旋轉拉動活塞在活塞運動腔里運動。活塞在活塞運動腔里運動，壓縮活塞內的空氣，使空氣的體積減小，從而活塞運動的機械能轉化為空氣的內能，空氣溫度升高，從而手搖轉經輪的手柄部發熱，達到所需要的技術效果。

為了進一步增加該技術效果，在第三牽引繩與第一活塞運動腔接觸部設置有第三定滑輪，在第三牽引繩與第二活塞運動腔接觸部設置有第四定滑輪，第三定滑輪和第四定滑輪使第三牽引繩處于緊繃狀態。經筒包括有主軸，主軸為中空結構，主軸的中空部分直徑大于軸芯，中間有空隙，可方便套接和使經輪靈活轉動。第一牽引繩和第二牽引繩分別處于軸芯的兩側，不在同一側，以防止牽引繩打結在一塊。第一牽引繩、第二牽引繩與下蓋的接觸部設置有第一定滑輪和第二定滑輪，第三牽引繩與軸芯的接觸部設置有定滑輪，設置定滑輪使牽引繩處于緊繃狀態。手柄是轉動經筒的施力部位，手柄長度為經筒的兩到三倍以上，通過抓握手柄、搖轉經筒繞軸芯旋轉使經筒轉動。

5 結語

方案1和方案2相比，方案2要優于方案1，方案1中在經筒部位設置一個磁感應線圈，切割磁感應線圈產生電流，收集儲存電能，再在手柄部位增加一個電阻發熱體，產生熱量，但是此方案零件過于復雜，產生的電能電流太小，發熱效果差，況且能量形式轉換了2次，耗能大。方案2將機械能直接轉化為氣體的內能，氣體內能發熱，通過熱傳導傳遞給使用者的握持部不用額外增加其他加熱機構，節能環保。

[1]羅武蘭.氣體內能的變化[J].中學教學參考，2012(11):70-71.

[2]孫磊，惠曉威.發明問題解決理論(TRIZ)探析——物-場模型的應用[J].黑龍江科技信息，2009(28):7-7.

[3]顏陶.一種新型手搖磁電結構轉經輪:CN202496958U[P].2012.

公 示

王雅坤同志已于2017年5月調離《河南科技》雜志社，不再從事雜志社記者工作，根據《新聞記者證管理辦法》規定，已對本人的記者證件予以收回并注銷。

特此公示。

2017年8月10日

Research on Patent Technology of Prayer Wheel Handle Heating

Chen Ping1Zhang Zhuan1Wang Changhao2Cao Hua3
（1.Nanyang Scienceand Technology Information Institute，Nanyang，473000，China；2.Nanyang Second Middle School，Nanyang ，473000，China；3 Nanyang Municipal Intellectual Property Office,Nanyang,473000,China）

2017 年河南省各省轄市及直管縣（市）專利申請量統計表（8 月）

2017 年河南省各省轄市及直管縣（市）專利授權量統計表（8 月）

G255.51

B

1003-5168(2017)08-0060-03

2017-5-30

陳平（1987－）男，本科，助理工程師，研究領域：科技情報研究；張轉(1989-)女，碩士，助理館員，研究領域：圖書典藏與流通（等同于第一作者）。