付正庭

（美的集團股份有限公司 佛山 528311）

引言

隨著消費者對于米飯的口感要求在日益提高，電磁加熱電飯煲發(fā)展迅速，市場占有率持續(xù)提高。電磁加熱技術主要是由內鍋的單層或者多層導電結構在交變磁場中感生出渦流而產生熱量，并將熱量直接傳遞給鍋內的水和大米，食物受熱均勻且速度快，提高了電飯煲的加熱效率。廚房非剛需的小家電越來越多，用戶普遍感觸廚房空間不夠放，因此小家電的小型化非常必要，能降低消費成本和提高廚房空間利用率。很多產品都是通過將外殼倒大圓角等造型方式盡量壓縮掉內部多余空間來減小整機尺寸，沒有從根本上去減小內部平臺的尺寸。本文重點從減小內部平臺尺寸、優(yōu)化電磁感應及風道方案，進一步減小整機尺寸。

1 降低整機高度研究

電飯煲高度在一般用戶家里可能感知度不高，有部分用戶將電飯煲放在分層架子等柜子中時則感觸明顯，會經常發(fā)現飯煲合蓋時能放進，但是開蓋時卻只能打開45 °或其它小角度，不能完全開蓋，導致盛飯不方便。同時整機高度高，直接影響材料使用量的增加，以及體積大包裝運輸成本高，都提高了用戶的消費成本。

本文主要研究四升飯煲，已經限定了內鍋容量，同時考慮到現有內鍋的通用性，內鍋高度已確定，主要從降低上蓋厚度和內鍋到機底的距離兩個方面進行研究，以降低整機高度。

1.1 蒸汽閥方案設計

電飯煲需要讓米飯充分受熱均勻，在沸騰階段采用大火力加熱，此時米湯中含有了可溶性糖、蛋白質、淀粉等物質，米湯有高表面活性，米湯表面張力低，米湯大量泡沫在液體表面持續(xù)堆積，產生大量氣泡，最終通過排氣通道釋放到上蓋表面，從而產生溢出情況，增大用戶清潔工作量，甚至出現用電安全事故。因此米湯溢出會降低煮飯火力，從而影響米飯的品質。

為了防止電飯煲沸騰過程中出現米湯溢出情況，采用大火力煮出可口香甜的米飯，因而智能電飯煲都設置了蒸汽閥。泡沫破裂的主要原因是溫度影響下的液膜內外壓差，沒有蒸汽閥，內外壓差在飯煲頂部的出氣口位置，在此破裂容易堆積溢出；設置蒸汽閥，內外壓差前移到內鍋進入蒸汽閥的通道出口處，破泡后的米湯可以暫時停留在蒸汽閥內，在間隙階段，通過回流閥回流到內鍋中。從以上過程可見，蒸汽閥的體積越大、通道長度越長越有利于防溢出。本文盡量不改變原有體積和長度的情況下，優(yōu)化蒸汽閥設計，以降低上蓋厚度。

通過對比市場上各競品設計方案，以及現有機型零件空間布局優(yōu)化，設置了如下內置蒸汽閥方案如圖1所示。

圖1 內置蒸汽閥方案

通過將內置蒸汽閥與可拆洗蓋板結合為一體，將蒸汽閥的部分沉降在可拆蓋板的沉臺中，從而保證蒸汽閥實際有效高度的情況下，降低了蒸汽閥占用整機的高度，可使上蓋厚度減薄22 mm。蒸汽沿著路線排出，在蒸汽閥的入口處第一次破泡，減少進入蒸汽閥的氣泡，然后在蒸汽閥出口處第二次破泡，米湯沉積在蒸汽閥腔中，通過大火力的調功間隙時間段，再回流到內鍋中，確保蒸汽閥的米湯每個循環(huán)清空，防止蒸汽閥腔中堆積過多米湯從而出現溢出情況。同時一體組件可以隨可拆洗蓋板一體拆下，方便用戶清洗，以解決用戶經常忘記單獨清洗蒸汽閥隱患。

測試驗證在使用純凈水、五常大米、2 ∶4 米水比、243 V 高壓、9 ∶16 的調功大火力嚴酷條件下，上蓋表面沒有出現溢出情況，滿足加嚴標準要求。

1.2 線盤疊式側繞線方案設計

電磁加熱技術發(fā)明之后，是目前最先進的電飯煲加熱方式，徹底地解決了加熱盤的幾大弊端。IH 技術的工作原理：通過電磁線圈來接通交變電流，從而直接對金屬內膽來進行加熱，因此，越過了加熱盤的熱量傳導過程，使得升溫變得較為迅速。而且有很多高端的IH 電飯煲種，引入了多級線圈，實現了對整個內膽的環(huán)繞加熱，并且實現了絕對的均勻加熱。

線盤作為電磁加熱的核心部件之一，業(yè)內已有很多研究，比如線圈用銅線或者鋁線對比、繞線圈數的選擇、疏繞或密繞等等研究。本方案主要通過調整固定線圈的線盤結構設計了疊式側繞線方案，將線盤固定線圈的線槽方向由豎直高度方向布置改為徑向橫向布置，從而將線圈高度方向加層繞線調整為徑向方向加層繞線方式。如圖2所示。

圖2 繞線方案對比

原來豎向繞線方案，繞線槽的圍邊將冷風擋?。ㄈ鐖D3左邊），散熱風方向不在風道方向上，冷風利用率低，散熱效率底，煲體空間大。新型側面繞線方案，冷風沿著繞線槽向出風口流動（如圖3右邊），可以形成360 °環(huán)形風道（如圖4），風阻小，散熱效率大幅提升，散熱空間降低15 %的同時溫場溫升降低5 ℃。這樣就可以減少底座與線盤的距離，同時整個煲身空間可以縮小。

圖3 風走向示意圖

圖4 風走向仿真示意圖

1.3 分級臺階式磁條架方案設計

電磁感應電飯煲的加熱效率主要與空間電磁場怎么分布關系非常大，線圈通過高頻電流產生的交變磁場，上部被不銹鐵鍋體吸收，下部即線盤的底部需要磁條來聚集交變磁場。線盤底部的磁條可以改變空間電磁場的分布，使更大部分的磁感線聚集到不銹鐵鍋體中，可以在鍋體中輸出的渦流功率更大，提高電飯煲感應加熱的工作效率，也能防止過多的磁感線聚集到底部，穿過飯煲底殼對金屬桌面產生熱污染。

常規(guī)的線盤磁條架只是簡單的沿線盤折彎成兩段（如圖5左邊），這樣在折彎處會產生尖角，同時散熱風扇的角落也布局在此，兩者為了不干涉，通常需要拉開兩者距離，導致占用整機空間大。本案設計了分級臺階式磁條架，在側繞線結構基礎上，繞線槽不在豎直方向有圍邊，所以在磁條折角處可以沿著線盤平面一段進行沉降式分級，沉降的這一段則可用來布局散熱風扇的角落（如圖5右邊），這樣散熱風扇可以降低高度，且在長度方向也可更靠近線盤布局，從而減少整機占用空間。

圖5 磁條架示意圖

通過這三個主要方案的創(chuàng)新設計，上蓋厚度降低，煲體高度也降低，使整機高度降低11 %，如圖6所示。

圖6 新老方案高度對比示意圖

2 減少整機長寬研究

上文已提到電磁加熱原理，防止熱污染等在底部側面都有磁條架，但實際仿真、測試等都會發(fā)現側面還是會存在漏磁現象，在兩側內鍋中心線上，漏磁達到51 μT。而通常中高端電磁電飯煲的外殼都是不銹鋼導磁外殼材料，對泄漏磁場能起到一定屏蔽作用，但是屏蔽的同時外殼自身也在發(fā)熱，溫升高，則只能將外殼與線盤的距離拉大，增大整機體積。在線盤周圍增加鋁制屏蔽環(huán)，增加了裝配復雜度和成本（如圖7）。同時在外殼的鉚接處，由于有鉚接不良情況，鉚接不牢固則可能產生打火燃燒事故。

圖7 鋁制屏蔽環(huán)和外殼溫升仿真示意圖

通過分析，外殼產生溫升高主要原因是外殼在漏磁作用下形成了閉合回路導致自身電磁加熱而升溫。本案設計將外殼尾部直接鉚接方案改為塑料絕緣插接外殼（如圖8），斷開外殼閉合回路，阻斷外殼自身發(fā)熱。

圖8 外殼塑料絕緣插接示意圖

設計方案將外殼與線盤的單邊距離縮小8 mm（如圖9），并且取消鋁制屏蔽環(huán)（如圖10），實際測試外殼最高溫度的原鉚接處溫升由130 °降低到60 °，其它處溫度不高于45 °，遠低于測試標準。

圖9 外殼縮小示意圖

圖10 有無屏蔽環(huán)對比示意圖

3 結語

通過本案一系列的方案設計，產品體積整體縮小幅度大，材料及運輸成本降低明顯，降低了用戶購買成本也提高了用戶體驗。另外在產品方案確定后正式測試結果，整機能效比原有機型提高了3 ～4 %，達到了1 級能效，成為當時行業(yè)唯一一款同類型產品中1 級能效產品。因為平臺的體積、成本、性能極致優(yōu)化，在此平臺上也衍生了一些列優(yōu)秀產品，取得了良好銷售業(yè)績。該系列飯煲銷售量200 多萬臺，該型號產品上市以來，大部分時間處于行業(yè)月度銷售額Top1 的位置，取得了良好經濟社會效益。