一種基于無線供電技術的加熱裝置設計

寧夏理工學院電氣信息工程學院 姜俊鵬

一種基于無線供電技術的加熱裝置設計

寧夏理工學院電氣信息工程學院 姜俊鵬

一種基于無線供電技術的加熱裝置設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。該設計采用無線供電技術，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，進行密封，構成加熱裝置，可實現碗、盤子、杯子放在裝有無線輸電發射線圈的桌面上即可加熱的功能。

無線供電技術；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，因此設計一種基于無線供電技術的加熱裝置，該設計主要為了保持飯菜的溫度，給人們提供一個更優質的就餐條件。該設計主要涉及無線供電技術、加熱技術、溫度控制技術三方面內容。

1 無線供電技術

無線供電是一種方便安全的新技術，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）來驅動電器，可以將電能無接觸地傳輸給負載，雖然人體對電場的反應很強，但對磁場的反應則幾乎沒有，因此無線供電不會影響人體健康。目前無線供電技術使用較為成熟且最廣為人知的方面是手機無線充電。

方案選擇：

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

該設計選用電磁感應式無線供電技術，該供電技術利用類似于變壓器技術的電磁感應原理，它是把傳統變壓器的初、次級分開，利用感應耦合傳輸電能。這種技術的可靠性高、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。以智能手機的無線充電應用為例，電磁感應技術是將供電線圈和接收線圈分別放在充電板和手機后蓋上，通過電磁耦合的形式實現能量的傳遞。

2 加熱技術

隨著科技的發展，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行加熱、采用磁場感應渦流加熱、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熱量也能夠達到所需溫度。電熱絲是一種金屬導體、一種最為常見的發熱元件，電熱就是指電流在通過導體后，電流會產生一定的熱量并被導體傳遞出來。電熱絲的工作原理就是是金屬通電后的電熱現象，將電能轉化為熱能，在通電后即會散發出熱量、提供熱能。為達到通電發熱的目的，電熱絲要選擇合適的電阻率。

3 溫度控制技術

為了確保該加熱裝置工作在安全穩定的環境下，并且讓飯菜保持最佳口感的溫度，該裝置采用KSD9700系列溫控開關進行溫度控制，并且該溫控開關可根據具體需要的溫度選用具體型號的溫控開關。

KSD9700系列溫控開關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，被廣泛應用于各類微型電機、電磁爐、空調電機、小家電等做溫度保護控制。KSD9700系列溫控開關由兩片不同的合金組合在一起，通過電流后會發熱，由于兩種不同的合金熱膨脹系數不同，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境溫度成正比，這樣就保護了用電設備。電器正常工作時，雙金屬片處于自由狀態，觸點處于閉合/斷開狀態,當溫度升高至動作溫度值時，雙金屬元件受熱產生內應力而迅速動作，打開/閉合觸點，切斷/接通電路，從而起到熱保護作用。當溫度降到重定溫度時觸點自動閉合/斷開，恢復正常工作狀態。

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 基于無線供電技術的加熱裝置

4.1 設計內容

該基于無線供電技術的加熱裝置，包括加熱裝置、電熱絲加熱線圈、溫控開關和無線輸電模塊，具體內容如下：

（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置于加熱底座內部；

（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，在該設計中加熱裝置由圖1可知為碗。該設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與無線輸電模塊的無線輸電接收線圈的另一端相連。該設計中，溫控開關選用溫度為60度的KSD-9700溫控開關。實現加熱達到需求溫度即可自動斷開加熱并在溫度降低后開始加熱，保證加熱裝置內食物保持恒定溫度。

4.3 無線加熱裝置的工作過程

該設計的工作過程如下所示：無線輸電模塊的無線輸電發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射線圈的區域，無線輸電接收線圈得電，此時電熱絲加熱線圈工作，當溫度達到預定溫度時溫控開關斷開，此時加熱裝置停止工作，當溫度低于預定溫度時溫控開關閉合，此時加熱裝置繼續工作，以確保加熱裝置內的飯菜保持恒定的溫度。

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

[2]侯清江.無線供電技術方案及應用[J].光盤技術,2009,02:32-33.

姜俊鵬（1996—），福建南平人，大學本科，電子設計助理工程師。