多功能電熱水壺設(shè)計(jì)

摘要：文章設(shè)計(jì)的電熱水壺產(chǎn)品通過(guò)不銹鋼發(fā)熱盤(pán)360°旋轉(zhuǎn)新技術(shù)，壺體與電源分離式設(shè)計(jì)等方法保證沸騰后電熱水壺自動(dòng)斷電，防干燒，改變了以往熱水壺只采用溫控，防干燒超溫保護(hù)等缺陷，并使用Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)了水壺產(chǎn)品主要零部件和外觀詳細(xì)的數(shù)字化設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品使用更加安全、美觀和快捷。

關(guān)鍵詞：電熱水壺；分離式設(shè)計(jì)；Pro/E軟件；自動(dòng)斷電；溫控器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ320 文章編號(hào)：1009-2374（2016）35-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.011

1 概述

電熱水壺用于快速燒開(kāi)自來(lái)水，是繼電開(kāi)水器、電子熱水瓶、冷熱飲水機(jī)之后近幾年開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型家用飲水電器，適用于家庭、辦公室、賓館等場(chǎng)。由于其便攜性和安全性受到越來(lái)越多人的青睞，市場(chǎng)前景巨大。目前，電熱水壺的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，由于行業(yè)進(jìn)入門(mén)檻低、利潤(rùn)高、運(yùn)營(yíng)周期短，行業(yè)壟斷尚未形成，電熱水壺受到了家電生產(chǎn)企業(yè)的青睞。眾多生產(chǎn)企業(yè)努力在提升電熱水壺的技術(shù)含量、改善性能等方面下功夫，讓電熱水壺的使用更方便、安全。

本文設(shè)計(jì)的電熱水壺產(chǎn)品采用不銹鋼發(fā)熱盤(pán)360°旋轉(zhuǎn)新技術(shù)，壺體與電源分離式設(shè)計(jì)等方法保證沸騰后電熱水壺自動(dòng)斷電，防干燒，改變了以往熱水壺只采用溫控，防干燒超溫保護(hù)等缺陷，并使用Pro/e軟件對(duì)水壺產(chǎn)品主要零部件和外觀進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)字化設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品更加安全、美觀和快捷。

2 電熱水壺工作原理和功能

電熱水壺的主要優(yōu)點(diǎn)有外形新潮、方便快捷、新鮮衛(wèi)生、安全可靠、特色顯著等優(yōu)點(diǎn)。電熱水壺主要工作原理是接通電源5分鐘左右后，水溫逐步上升到100℃，水開(kāi)始沸騰，蒸汽沖擊蒸汽開(kāi)關(guān)上面的雙金屬片，由于熱脹冷縮的作用，雙金屬片膨脹變形，頂開(kāi)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)斷開(kāi)電源。如果蒸汽開(kāi)關(guān)失效，壺內(nèi)的水會(huì)一直燒下去，直到水被燒干，發(fā)熱元件溫度急劇上升，位于發(fā)熱盤(pán)底部的有兩個(gè)雙金屬片，會(huì)因?yàn)闊醾鲗?dǎo)作用溫度急劇上升，膨脹變形，斷開(kāi)電源。因此電熱水壺的安全保護(hù)裝置是設(shè)計(jì)得非常科學(xué)與可靠的，這也就是電熱水壺的三重安全保護(hù)原理。本文設(shè)計(jì)的電熱水壺產(chǎn)品工作原理為采用英國(guó)STRIX溫控器，電子板程序控制中心通過(guò)溫控器上的熱敏電子反饋的溫度信息，進(jìn)行控制繼電器的離合，從而控制發(fā)熱盤(pán)的工作電源，產(chǎn)品工作原理圖如圖1

所示。

本文設(shè)計(jì)的電熱水壺的主要功能如下：

2.1 煲水功能

將底座插上電源，按下開(kāi)關(guān)按鈕，底座開(kāi)始接通電源，如果不將裝壺身放在底座上，底座上無(wú)任何功能。將裝有水的壺身放在底座上，整機(jī)將處于待機(jī)狀態(tài)，溫度功能處于默認(rèn)狀態(tài)下的“BOIL”功能，按選擇按鈕選擇不同的溫度，選擇好溫度后，再按下開(kāi)關(guān)按鈕，發(fā)熱盤(pán)接通電源，整機(jī)開(kāi)始煲水工作，熱敏電阻會(huì)將溫度信息不間斷地反饋給信息控制中心，當(dāng)溫度達(dá)到選擇的溫度時(shí)，信息控制中心根據(jù)熱敏電阻反饋的信息做出判斷和動(dòng)作，使繼電器自動(dòng)斷開(kāi)，切斷發(fā)熱盤(pán)的電源，整機(jī)會(huì)回到待機(jī)的默認(rèn)“BOIL”狀態(tài)。

2.2 保溫功能

該產(chǎn)品保溫功能為獨(dú)立功能，將底座插上電源，按下開(kāi)關(guān)按鈕，底座開(kāi)始接通電源，如果不將裝壺身放在底座上，底座上無(wú)任何功能。將裝有水的壺身放在底座上，整機(jī)將處于待機(jī)狀態(tài)，溫度功能處于默認(rèn)狀態(tài)下的“BOIL”功能，此時(shí)保溫工作主要有兩種方式：（1）此時(shí)可選擇任何溫度，但如果先按開(kāi)關(guān)按鈕進(jìn)行煲水（針對(duì)自來(lái)水），再按保溫按鈕來(lái)保溫，水壺則會(huì)先把水加熱到100℃后再將水保溫在55℃、80℃、95℃，正迎合了市場(chǎng)的需要，55℃沖奶粉、80℃沖咖啡、95℃品茶；（2）此時(shí)可選擇任何溫度，但如果先按保溫按鈕進(jìn)行煲水保溫（針對(duì)直飲水），水壺則會(huì)直接把水加熱到所需要的溫度檔位，將水保溫在55℃、80℃、95℃。

3 電熱水壺主要零件設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)電熱水壺的功能分析，電熱壺里面的主要功能元器件為溫控器、內(nèi)置探頭和發(fā)熱盤(pán)等零件。

電熱水壺的溫控器作為主要核心零件，起到的作用至關(guān)重要，溫控器的壽命直接影響到電熱水壺的壽命。目前市場(chǎng)上用于電熱水壺的溫控器主要品牌有以STRIX、OTTER為主的國(guó)外品牌和以SLD、SLT、JIATAI、發(fā)達(dá)等為主的國(guó)內(nèi)品牌。電熱水壺的溫控器國(guó)產(chǎn)溫控器和進(jìn)口溫控器的最大的區(qū)別在于制作工藝以及用料、產(chǎn)品的使用壽命等。比較兩者，進(jìn)口電熱水壺的溫控器壽命大約在20000次，而國(guó)產(chǎn)的電熱水壺溫控器壽命最低可以達(dá)到5635次，且進(jìn)口的電熱水壺溫控器安全系數(shù)相對(duì)較高。本產(chǎn)品中的溫控器零件采用英國(guó)進(jìn)口技術(shù)STRIX溫控器，控溫準(zhǔn)確，保證100%沸騰，有防干燒功能，使用壽命更長(zhǎng)。設(shè)計(jì)圖如圖2所示：

電熱水壺內(nèi)置探頭是產(chǎn)品主要功能元件之一，通過(guò)采用內(nèi)置智能感溫探頭的感應(yīng)技術(shù)，該電熱水壺能夠?qū)崿F(xiàn)50℃～95℃自由調(diào)溫，控制溫度準(zhǔn)確到位，保證不同的溫度精準(zhǔn)控制需求，為內(nèi)置探頭結(jié)構(gòu)如圖3所示：

發(fā)熱盤(pán)作為電熱水壺的主要零件，主要功能是對(duì)壺內(nèi)的水進(jìn)行加熱和保溫。電熱水壺稱為旋轉(zhuǎn)式電熱水壺。這種電熱水壺用發(fā)熱盤(pán)替代了發(fā)熱管，并將發(fā)熱盤(pán)隱藏在壺底，不與水直接接觸，可以實(shí)現(xiàn)一次性防干燒保護(hù)功能；而且連接器置于底座及壺體底盤(pán)的中央，使兩者能360°任意對(duì)接，使用更加便捷。隨著溫控器技術(shù)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)式電熱水壺開(kāi)始擁有越來(lái)越多的附加功能，如精準(zhǔn)化自動(dòng)斷電、保溫等功能，使得電熱水壺的使用更加人性化。目前，旋轉(zhuǎn)式電熱水壺在歐洲市場(chǎng)擁有近80%的份額，而中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)在售產(chǎn)品中也有60%以上為旋轉(zhuǎn)式產(chǎn)品。本產(chǎn)品中發(fā)熱盤(pán)即采用不銹鋼發(fā)熱盤(pán)360°旋轉(zhuǎn)新技術(shù)，使壺體與電源分離式設(shè)計(jì)，從而保證沸騰后電熱水壺自動(dòng)斷電，防干燒，極大地提高了產(chǎn)品使用的安全性和便攜性，發(fā)熱盤(pán)零件結(jié)構(gòu)如圖4所示：

在主要功能零件設(shè)計(jì)好后，最后根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過(guò)軟件輔助對(duì)多功能熱水壺的外觀進(jìn)行造型設(shè)計(jì)。利用Pro/E軟件對(duì)多功能電熱水壺機(jī)身進(jìn)行造型設(shè)計(jì)。我們通過(guò)線來(lái)勾勒出機(jī)身的大致輪廓，然后通過(guò)線構(gòu)造面，讓面展現(xiàn)出整個(gè)機(jī)身的輪廓。通過(guò)觀察對(duì)機(jī)身的外輪廓進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，確認(rèn)機(jī)身符合設(shè)計(jì)者要求后，我們實(shí)體化原先確定的機(jī)身外形，壺體采用不銹鋼，具有簡(jiǎn)潔、美觀、大方、易于清洗等優(yōu)點(diǎn)，在壺體把手設(shè)計(jì)上，利用人機(jī)工程學(xué)，充分考慮使用者的舒適性，電熱水壺整體造型如圖5所示：

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)電熱水壺主要功能和工作原理進(jìn)行了分析，提出了發(fā)熱盤(pán)不銹鋼發(fā)熱盤(pán)360°旋轉(zhuǎn)新技術(shù)，使壺體與電源分離式設(shè)計(jì)等技術(shù)，提高了使用的安全性和便利性。利用Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)了電熱水壺中的溫控器、內(nèi)置探頭和發(fā)熱盤(pán)等零件及壺體的造型設(shè)計(jì)。

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作者簡(jiǎn)介：石亞平（1985-），女，廣東佛山人，佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）