一種基于無線供電技術(shù)的加熱裝置設(shè)計

寧夏理工學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 姜俊鵬

一種基于無線供電技術(shù)的加熱裝置設(shè)計

寧夏理工學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 姜俊鵬

一種基于無線供電技術(shù)的加熱裝置設(shè)計主要解決就餐時如何保持飯菜具有最佳口感的溫度的問題，目前就該問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時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)計采用無線供電技術(shù)，通過電熱絲加熱，將加熱部分和無線輸電接收線圈直接安裝在碗、盤子、杯子等底部，進(jìn)行密封，構(gòu)成加熱裝置，可實現(xiàn)碗、盤子、杯子放在裝有無線輸電發(fā)射線圈的桌面上即可加熱的功能。

無線供電技術(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，而且聚餐時如果飯菜變涼將導(dǎo)致用餐興致大大消減，有些菜肴無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)計一種基于無線供電技術(shù)的加熱裝置，該設(shè)計主要為了保持飯菜的溫度，給人們提供一個更優(yōu)質(zhì)的就餐條件。該設(shè)計主要涉及無線供電技術(shù)、加熱技術(shù)、溫度控制技術(shù)三方面內(nèi)容。

1 無線供電技術(shù)

無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線能量傳輸方式（磁場）來驅(qū)動電器，可以將電能無接觸地傳輸給負(fù)載，雖然人體對電場的反應(yīng)很強(qiáng)，但對磁場的反應(yīng)則幾乎沒有，因此無線供電不會影響人體健康。目前無線供電技術(shù)使用較為成熟且最廣為人知的方面是手機(jī)無線充電。

方案選擇：

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

該設(shè)計選用電磁感應(yīng)式無線供電技術(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、次級分開，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，無接觸、無磨損，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，通過電磁耦合的形式實現(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，在廚房里可直接接觸火源進(jìn)行加熱、采用磁場感應(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、一種最為常見的發(fā)熱元件，電熱就是指電流在通過導(dǎo)體后，電流會產(chǎn)生一定的熱量并被導(dǎo)體傳遞出來。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系列溫控開關(guān)進(jìn)行溫度控制，并且該溫控開關(guān)可根據(jù)具體需要的溫度選用具體型號的溫控開關(guān)。

KSD9700系列溫控開關(guān)是一種雙金屬作為感溫元件的溫控器，具有動作迅速、控溫精確、控制電流大、使用壽命長的特點，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系列溫控開關(guān)由兩片不同的合金組合在一起，通過電流后會發(fā)熱，由于兩種不同的合金熱膨脹系數(shù)不同，合金勢必向一個方向彎曲，觸點離開，就斷了電。彎曲速度與通過的電流大小和環(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，雙金屬片處于自由狀態(tài)，觸點處于閉合/斷開狀態(tài),當(dāng)溫度升高至動作溫度值時，雙金屬元件受熱產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而迅速動作，打開/閉合觸點，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觸點自動閉合/斷開，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

圖1 無線加熱裝置的半剖面圖

圖2 無線加熱裝置的電路連接圖

4 基于無線供電技術(shù)的加熱裝置

4.1 設(shè)計內(nèi)容

該基于無線供電技術(shù)的加熱裝置，包括加熱裝置、電熱絲加熱線圈、溫控開關(guān)和無線輸電模塊，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線輸電模塊的無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線輸電模塊的無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溫控開關(guān)與無線輸電模塊的無線輸電接收線圈的另一端相連；

（3）無線輸電模塊的無線輸電發(fā)射線圈放置于加熱裝置的加熱底座的下方，無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線輸電模塊的無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形線圈。

4.2 具體實施方案

該基于無線供電技術(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線輸電模塊。加熱裝置可以是碗、盤子、杯子等，在該設(shè)計中加熱裝置由圖1可知為碗。該設(shè)計的具體實施方案中，無線輸電模塊選用型號為XKT409-100的無線輸電模塊。

如圖2所示，電熱絲加熱線圈的一端與無線輸電模塊的無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溫控開關(guān)與無線輸電模塊的無線輸電接收線圈的另一端相連。該設(shè)計中，溫控開關(guān)選用溫度為60度的KSD-9700溫控開關(guān)。實現(xiàn)加熱達(dá)到需求溫度即可自動斷開加熱并在溫度降低后開始加熱，保證加熱裝置內(nèi)食物保持恒定溫度。

4.3 無線加熱裝置的工作過程

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

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

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

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