寧夏理工學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 姜俊鵬

一種基于無(wú)線供電技術(shù)的加熱裝置設(shè)計(jì)

寧夏理工學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 姜俊鵬

一種基于無(wú)線供電技術(shù)的加熱裝置設(shè)計(jì)主要解決就餐時(shí)如何保持飯菜具有最佳口感的溫度的問(wèn)題，目前就該問(wèn)題的解決方法主要有飯菜變涼后回鍋加熱或者類似吃烤魚(yú)時(shí)直接將烤爐放桌子上的加熱方法。目前，加熱裝置大致可分為電加熱和直接接觸火源加熱，公知的加熱裝置眾多，但是，涉及到桌面加熱的裝置卻不多。該設(shè)計(jì)采用無(wú)線供電技術(shù)，通過(guò)電熱絲加熱，將加熱部分和無(wú)線輸電接收線圈直接安裝在碗、盤(pán)子、杯子等底部，進(jìn)行密封，構(gòu)成加熱裝置，可實(shí)現(xiàn)碗、盤(pán)子、杯子放在裝有無(wú)線輸電發(fā)射線圈的桌面上即可加熱的功能。

無(wú)線供電技術(shù)；電熱絲加熱；最佳溫度；桌面加熱

0 引言

冬季飯菜極易變涼，不僅影響飯菜口感，而且聚餐時(shí)如果飯菜變涼將導(dǎo)致用餐興致大大消減，有些菜肴無(wú)論冬季還是夏季都要保持一定溫度才具有最佳的口感，因此設(shè)計(jì)一種基于無(wú)線供電技術(shù)的加熱裝置，該設(shè)計(jì)主要為了保持飯菜的溫度，給人們提供一個(gè)更優(yōu)質(zhì)的就餐條件。該設(shè)計(jì)主要涉及無(wú)線供電技術(shù)、加熱技術(shù)、溫度控制技術(shù)三方面內(nèi)容。

1 無(wú)線供電技術(shù)

無(wú)線供電是一種方便安全的新技術(shù)，是非物理接觸的一種電能傳輸方式，原理是使用非輻射性的無(wú)線能量傳輸方式（磁場(chǎng)）來(lái)驅(qū)動(dòng)電器，可以將電能無(wú)接觸地傳輸給負(fù)載，雖然人體對(duì)電場(chǎng)的反應(yīng)很強(qiáng)，但對(duì)磁場(chǎng)的反應(yīng)則幾乎沒(méi)有，因此無(wú)線供電不會(huì)影響人體健康。目前無(wú)線供電技術(shù)使用較為成熟且最廣為人知的方面是手機(jī)無(wú)線充電。

方案選擇：

無(wú)線供電技術(shù)目前可分為電磁輻射式無(wú)線供電技術(shù)（electromagnetic radiation wireless power supply）、電磁諧振式無(wú)線供電技術(shù)（electromagnetic resonance wireless power supply）和電磁感應(yīng)式無(wú)線供電技術(shù)（electromagnetic induction wireless power supply）。電磁輻射式無(wú)線供電技術(shù)可用于遠(yuǎn)距離電能輸送；電磁諧振式無(wú)線供電技術(shù)適用于中等距離電能傳輸；電磁感應(yīng)式無(wú)線供電技術(shù)可用于近距離電能傳輸。

該設(shè)計(jì)選用電磁感應(yīng)式無(wú)線供電技術(shù)，該供電技術(shù)利用類似于變壓器技術(shù)的電磁感應(yīng)原理，它是把傳統(tǒng)變壓器的初、次級(jí)分開(kāi)，利用感應(yīng)耦合傳輸電能。這種技術(shù)的可靠性高、柔性好、多功能性好，無(wú)接觸、無(wú)磨損，還能兼顧信息傳輸，是目前較為成熟和普遍的方式。以智能手機(jī)的無(wú)線充電應(yīng)用為例，電磁感應(yīng)技術(shù)是將供電線圈和接收線圈分別放在充電板和手機(jī)后蓋上，通過(guò)電磁耦合的形式實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。

2 加熱技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，廚房的加熱裝置也越來(lái)越豐富，電磁爐、電飯煲、微波爐等設(shè)備也帶給我們更多的美食體驗(yàn)，在廚房里可直接接觸火源進(jìn)行加熱、采用磁場(chǎng)感應(yīng)渦流加熱、微波加熱、電熱板加熱以及采用的電熱絲加熱。

該設(shè)計(jì)采用電熱絲加熱，加熱裝置采用該加熱方法不僅保證制作方便同時(shí)電熱絲的發(fā)熱量也能夠達(dá)到所需溫度。電熱絲是一種金屬導(dǎo)體、一種最為常見(jiàn)的發(fā)熱元件，電熱就是指電流在通過(guò)導(dǎo)體后，電流會(huì)產(chǎn)生一定的熱量并被導(dǎo)體傳遞出來(lái)。電熱絲的工作原理就是是金屬通電后的電熱現(xiàn)象，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，在通電后即會(huì)散發(fā)出熱量、提供熱能。為達(dá)到通電發(fā)熱的目的，電熱絲要選擇合適的電阻率。

3 溫度控制技術(shù)

為了確保該加熱裝置工作在安全穩(wěn)定的環(huán)境下，并且讓飯菜保持最佳口感的溫度，該裝置采用KSD9700系列溫控開(kāi)關(guān)進(jìn)行溫度控制，并且該溫控開(kāi)關(guān)可根據(jù)具體需要的溫度選用具體型號(hào)的溫控開(kāi)關(guān)。

KSD9700系列溫控開(kāi)關(guān)是一種雙金屬作為感溫元件的溫控器，具有動(dòng)作迅速、控溫精確、控制電流大、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類微型電機(jī)、電磁爐、空調(diào)電機(jī)、小家電等做溫度保護(hù)控制。KSD9700系列溫控開(kāi)關(guān)由兩片不同的合金組合在一起，通過(guò)電流后會(huì)發(fā)熱，由于兩種不同的合金熱膨脹系數(shù)不同，合金勢(shì)必向一個(gè)方向彎曲，觸點(diǎn)離開(kāi)，就斷了電。彎曲速度與通過(guò)的電流大小和環(huán)境溫度成正比，這樣就保護(hù)了用電設(shè)備。電器正常工作時(shí)，雙金屬片處于自由狀態(tài)，觸點(diǎn)處于閉合/斷開(kāi)狀態(tài),當(dāng)溫度升高至動(dòng)作溫度值時(shí)，雙金屬元件受熱產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而迅速動(dòng)作，打開(kāi)/閉合觸點(diǎn)，切斷/接通電路，從而起到熱保護(hù)作用。當(dāng)溫度降到重定溫度時(shí)觸點(diǎn)自動(dòng)閉合/斷開(kāi)，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

圖1 無(wú)線加熱裝置的半剖面圖

圖2 無(wú)線加熱裝置的電路連接圖

4 基于無(wú)線供電技術(shù)的加熱裝置

4.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

該基于無(wú)線供電技術(shù)的加熱裝置，包括加熱裝置、電熱絲加熱線圈、溫控開(kāi)關(guān)和無(wú)線輸電模塊，具體內(nèi)容如下：

（1）加熱裝置下端具有封閉中空的加熱底座，電熱絲加熱線圈和無(wú)線輸電模塊的無(wú)線輸電接收線圈從上到下依次設(shè)置于加熱底座內(nèi)部；

（2）電熱絲加熱線圈的一端與無(wú)線輸電模塊的無(wú)線輸電接收線圈的一端相連，電熱絲加熱線圈的另一端通過(guò)溫控開(kāi)關(guān)與無(wú)線輸電模塊的無(wú)線輸電接收線圈的另一端相連；

（3）無(wú)線輸電模塊的無(wú)線輸電發(fā)射線圈放置于加熱裝置的加熱底座的下方，無(wú)線輸電模塊的大功率供電模組的一端連接220V交流電源。

（4）電熱絲加熱線圈和無(wú)線輸電模塊的無(wú)線輸電接收線圈的中間設(shè)置有耐高溫薄膜。

（5）電熱絲加熱線圈為電熱絲繞成的盤(pán)形線圈。

4.2 具體實(shí)施方案

該基于無(wú)線供電技術(shù)的加熱裝置，如圖1所示，包括加熱裝置、電熱絲加熱線圈和無(wú)線輸電模塊。加熱裝置可以是碗、盤(pán)子、杯子等，在該設(shè)計(jì)中加熱裝置由圖1可知為碗。該設(shè)計(jì)的具體實(shí)施方案中，無(wú)線輸電模塊選用型號(hào)為XKT409-100的無(wú)線輸電模塊。

如圖2所示，電熱絲加熱線圈的一端與無(wú)線輸電模塊的無(wú)線輸電接收線圈的一端相連，電熱絲加熱線圈的另一端通過(guò)溫控開(kāi)關(guān)與無(wú)線輸電模塊的無(wú)線輸電接收線圈的另一端相連。該設(shè)計(jì)中，溫控開(kāi)關(guān)選用溫度為60度的KSD-9700溫控開(kāi)關(guān)。實(shí)現(xiàn)加熱達(dá)到需求溫度即可自動(dòng)斷開(kāi)加熱并在溫度降低后開(kāi)始加熱，保證加熱裝置內(nèi)食物保持恒定溫度。

4.3 無(wú)線加熱裝置的工作過(guò)程

該設(shè)計(jì)的工作過(guò)程如下所示：無(wú)線輸電模塊的無(wú)線輸電發(fā)射線圈可安裝在桌面、桌底等位置，給無(wú)線輸電模塊的無(wú)線輸電發(fā)射線圈供220伏交流電，此時(shí)將加熱裝置放在裝有無(wú)線輸電發(fā)射線圈的區(qū)域，無(wú)線輸電接收線圈得電，此時(shí)電熱絲加熱線圈工作，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)溫控開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，此時(shí)加熱裝置停止工作，當(dāng)溫度低于預(yù)定溫度時(shí)溫控開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)加熱裝置繼續(xù)工作，以確保加熱裝置內(nèi)的飯菜保持恒定的溫度。

[1]余長(zhǎng)青.無(wú)線供電技術(shù)初探[J].電子世界,2015,24:19-20+22.

[2]侯清江.無(wú)線供電技術(shù)方案及應(yīng)用[J].光盤(pán)技術(shù),2009,02:32-33.

姜俊鵬（1996—），福建南平人，大學(xué)本科，電子設(shè)計(jì)助理工程師。