基於諧振互頻磁阻技術的無線加熱熱水壺組件的製作方法

2023-06-04 10:40:31

本發明特別涉及一種基於諧振互頻磁阻技術的無線加熱熱水壺組件，屬於家用電器、電子與節電技術等領域。

背景技術：

現代人生活節奏快，簡約潮全面興起，人們的飲水方式也趨於簡約。除寫字樓及個別家庭使用飲水機消費純淨水或蒸餾水外，絕大多數家庭仍然飲用燒開的自來水。即熱式電熱水壺因其省時、節能、美觀、便捷、安全的特點，迅速受到廣大消費者青睞。

目前市場上的電熱水壺主要是基於熱傳導原理或電磁感應原理工作。其中，基於熱傳導原理的電熱水壺在工作時，是利用發熱管電阻絲產生熱量，再將熱量通過鋁板傳遞到壺身內進行加熱。電熱水壺的使用形式基本為壺體與底座上的電源接口對位配合的形式。此類電熱水壺具有以下缺陷，即：電熱水壺的充電接口曝露在外，影響整體美觀；使用中難以避免接口被淋水的問題，存在一定安全隱患；而需要準確的對位配合則使用戶體驗感大打折扣；熱傳導過程中存在一定能能量散失，效率低，且傳導存在一定間接性，耗時長。而基於電磁感應原理的電熱水壺在工作時，是通過高頻交變電磁場，使壺體底部感應出渦流從而加熱壺體，但此類電熱水壺在加熱過程中存在漏磁現象，致使功耗消耗大，有效磁場強度低，加熱效率低。

技術實現要素：

本發明的主要目的在於提供一種基於諧振互頻磁阻技術的無線加熱熱水壺組件，以克服現有技術的不足。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明實施例提供了一種基於諧振互頻磁阻技術的無線加熱熱水壺組件，其包括熱水壺和底座；

所述熱水壺包括接收磁感組，所述接收磁感組包括金屬材料以及與金屬材料結合的磁性結構，當所述熱水壺內盛裝有待加熱物質時，所述金屬材料與所述待加熱物質傳熱連接；

所述底座包括電能無線發射模塊，所述電能無線發射模塊包括發射磁感組，所述發射磁感組與電源電連接；

其中，當所述熱水壺以接觸或非接觸方式與所述底座配合時，所述發射磁感組與接收磁感組以互頻方式相互匹配。

優選的，所述電能無線發射模塊包括發射磁感組、諧振器、功率放大電路、高頻驅動電路、逆變電路、整流電路以及控制電路，所述整流電路、逆變電路、高頻驅動電路、功率放大電路、諧振器、發射磁感組依次串聯，同時所述逆變電路、功率放大電路和發射磁感組還與控制電路連接，所述整流電路與電源電連接。

進一步的，所述接收磁感組與發射磁感組組成內動力機理閉環系統。

進一步的，當所述熱水壺以非接觸方式與所述底座配合時，所述熱水壺與所述底座之間的距離L優選為：0＜L≤5cm。

進一步的，所述發射磁感組包括驅動線圈和磁性材料，所述驅動線圈與磁性材料結合，並且所述驅動線圈與所述諧振器串聯連接。

更進一步的，所述發射磁感組包括多個驅動線圈，所述的多個驅動線圈與對應的多個諧振器串聯連接。

更進一步的，所述發射磁感組包括單個驅動線圈，所述的單個驅動線圈與單個諧振器串聯連接。

更進一步的，所述磁性材料由軟磁粉和高分子材料組成。

優選的，所述軟磁粉包括鐵鈷鎳磁粉和/或鐵矽軟磁粉，且不限於此。

優選的，所述高分子材料包括環氧樹脂和/或聚酯，且不限於此。

進一步的，當所述高頻驅動電路被輸入設定頻率的交流電信號時，由所述發射磁感組與諧振電路中的諧振電容組成的發射諧振體的固有頻率被由所述接收諧振磁感組組成的接收諧振體影響而達到選定的工作頻率帶寬範圍內，使所述發射諧振體達到諧振狀態，同時所述接收諧振體的固有頻率被所述發射諧振體影響而達到設定頻率範圍，使所述接收諧振體與所述發射諧振體產生諧振，在該諧振狀態下所述發射磁感組形成的高頻交變磁場使所述接收磁感組中的金屬材料內感應出渦流，進而使所述金屬材料發熱，並對盛裝於所述熱水壺內的待加熱物質進行加熱。

優選的，所述熱水壺包括壺體，所述壺體的至少部分壺壁由所述金屬材料組成。

進一步的，所述磁性結構包括結合於所述壺體的至少部分壺壁上的磁性層。

更為優選的，所述壺體的至少部分底壁由所述金屬材料組成。

更為優選的，所述磁性結構包括結合於所述壺體的至少部分底壁外表面上的磁性層。

優選的，所述磁性層為磁粉塗層。

優選的，所述磁性層上還設置有包覆層。

進一步的，所述熱水壺還包括與所述壺體配合的壺蓋，所述壺體上設有出水口。

優選的，所述壺體與壺蓋之間還設有濾網。

優選的，至少所述壺體上部為非金屬材質的。

優選的，所述壺蓋是非金屬材質的。

進一步的，所述底座還包括底座殼體，所述電能無線發射模塊設於所述底座殼體內，所述底座殼體上還設有功能按鍵和插電口，所述電能無線發射模塊經開關電路與插電口電連接，所述功能按鍵與開關電路電連接，所述插電口與外部電源電連接。

優選的，所述底座殼體上還設有通風孔，所述通風孔上設有防塵過濾網。

優選的，所述功能按鍵採用機械按鍵或觸摸按鍵。

優選的，至少所述底座殼體分布於發射磁感組與接收磁感組之間的殼壁是非金屬材質的。

進一步的，所述控制電路包括溫度檢測模塊，所述溫度檢測模塊包括熱敏電阻傳感器或紅外溫度傳感器。

進一步的，所述控制電路還包括異物識別模塊。

進一步的，所述控制電路包括變頻控制模塊，至少用以調控所述發射磁感組的工作頻率，所述工作頻率的範圍為0-60kHz。

進一步的，所述無線加熱熱水壺組件包括複數個熱水壺，該複數個熱水壺與一底座配合。

進一步的，所述底座被放置於工作檯面上或嵌設於工作檯面內。

與現有技術相比，本發明的優點至少在於：

1)本發明的無線加熱熱水壺組件在使用時，能充分利用電能，並實現電能與熱能的高效轉換，節能環保；

2)本發明的無線加熱熱水壺組件無需如現有的電熱水壺一樣設置電源接口，使用時只需將熱水壺放置在底座上，無需準確對位，更為方便、安全、健康；

3)本發明的無線加熱熱水壺組件在設計、製造時可不再受電源接口限制，造型可更富美感和藝術氣息，使用戶體驗更為良好；

4)本發明的無線加熱熱水壺組件在使用時，還能有效防止熱水壺內產生水垢。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明結構特徵和技術要點，下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

圖1為本發明一實施例中一種基於諧振互頻磁阻技術的無線加熱熱水壺組件的結構示意圖；

圖2為本發明一實施例中一種電能無線發射模塊的電路圖；

圖3為本發明一實施例中一種基於諧振互頻磁阻技術的無線加熱熱水壺組件的工作原理圖；

圖4為本發明另一實施例中一種基於諧振互頻磁阻技術的無線加熱熱水壺組件的結構示意圖；

圖5為本發明另一實施例中一種基於諧振互頻磁阻技術的無線加熱熱水壺組件的結構示意圖。

附圖標記說明：1-出水口、2-壺體、3-壺蓋、4-把手、5-電能無線發射模塊、6-插電口、7-開關電路、8-功能按鍵、9-底座殼體、10-底座、11-工作檯面。

具體實施方式

下面將結合本實施例中的附圖，對實施例中的技術方案進行具體、清楚、完整地描述。

請參閱圖1所示，本發明一實施例中的一種基於諧振互頻磁阻技術的無線加熱熱水壺組件包括一熱水壺和一底座10。

其中，所述熱水壺包括壺體2，所述壺體2可與底座10接觸性或非接觸性地配合。並且所述底座與壺體之間沒有電連接線或電路接口。

優選的，所述底座10與壺體2可以「隔空」相對，無需直接接觸，例如，壺體2與底座1之間的距離L可以為：0＜L≤5cm。

進一步的，所述壺體底部材質為金屬材料，並且壺體底部外表面塗有磁粉塗層，整個壺體不含任何電路，壺體與磁粉塗層形成接收磁感組。

更進一步的，所述磁粉塗層的材質和厚度可根據熱水壺的使用功率而調整。

更進一步的，所述磁粉塗層外部還可以設置包裹層，包裹層可以裝飾材料或防滑材料等形成，例如可以由高溫塑料等組成，但不限於此。

其中，所述底座10包括電能無線發射模塊。所述電能無線發射模塊可以互頻磁阻加熱方式對所述壺體進行加熱。

進一步的，所述電能無線發射模塊包括發射磁感組、諧振器、功率放大電路、高頻驅動電路、逆變電路、整流電路以及控制電路，所述整流電路、逆變電路、高頻驅動電路、功率放大電路、諧振器、發射磁感組依次串聯，同時所述逆變電路、功率放大電路和發射磁感組還與控制電路連接，所述整流電路與電源連接，所述發射磁感組與接收磁感組以互頻方式相互匹配。

更進一步的，所述接收磁感組與發射磁感組為內動力機理閉環系統，通過固有頻率相互影響，使二者達到諧振狀態，當無負載時，電能無線發射模塊的靜態功耗幾乎為零，當接收磁感組出現時，發射磁感組功耗相應增大，電能無線發射模塊根據接收負載的變化自動響應，節能、環保、非輻射。

進一步的，所述發射磁感組包括驅動線圈和磁性材料，所述驅動線圈與磁性材料，特別是大面積的磁性材料結合，所述驅動線圈與諧振器串聯連接。

更進一步的，所述驅動線圈可以是多個驅動線圈與對應的多個諧振器串聯，也可以是單個驅動線圈與單個諧振器串聯。

其中，所述底座10還可包括底座殼體9、功能按鍵8、開關電路7和插電口6等。

進一步的，所述開關電路7用以控制電能無線發射模塊5的開啟或關閉以及加熱模式等。

進一步的，所述整流電路通過插電口6與外部電源連接，並通過開關電路7的控制，向電能無線發射模塊5輸送電能。

進一步的，所述功能按鍵8上的觸發信號由開關電路7接收並傳遞。所述功能按鍵8可採用機械按鍵或觸摸按鍵，但不限於此。

進一步的，所述電能無線發射模塊、開關電路可內置於底座殼體中，功能按鍵和插電口可設於底座殼體上。

進一步的，所述壺體2上設置有出水口1以及把手4。

進一步的，所述熱水壺還可包括壺蓋3。

更進一步的，所述壺體2底部為金屬材料，頂部及壺蓋3可以為透明玻璃、陶瓷等材料，但不限於此。

更進一步的，所述壺體2與壺蓋3之間設置有濾網，可以將熱水壺用作煮茶壺。

更進一步的，所述底座殼體9上表面為非金屬材質，例如高性能塑料、鋼化玻璃等，但不限於此。

更進一步的，所述底座殼體9可以是分體式結構，側面帶有通風孔，通風孔可以增設防塵過濾網，籍以幫助底座10內的各元件或電路進行散熱。

進一步的，所述控制電路包括溫度檢測模塊和異物識別模塊，使控制電路具有溫度檢測、異物識別功能。

更進一步的，所述溫度檢測模塊包括熱敏電阻傳感器或紅外溫度傳感器，但不限於此。

本實施例的無線加熱熱水壺組件的工作原理在於：當電能無線發射模塊中的高頻驅動電路被輸入設定頻率的交流電信號時，發射諧振體(由發射磁感組和諧振電路中的諧振電容組成)的固有頻率被接收磁感組影響而達到該選定工作頻率的選定帶寬範圍，使發射諧振體達到諧振狀態，同時接收諧振體(即接收磁感組)的固有頻率被發射諧振體影響而達到設定頻率範圍，使接收諧振體與發射諧振體產生諧振，在諧振狀態下，發射磁感組形成的高頻磁場對接收磁感組的影響可以達到最強，交變磁場使壺體2感應出的渦流最強，從而達到電能對應熱能最高的轉換效率，實現電能無線發射模塊上電能轉換為壺體2上熱能的無線傳輸，再利用壺體2上的熱能對熱水壺中的水進行加熱。

進一步的，所述控制電路還可包括變頻控制模塊，其至少用以調控所述發射磁感組的工作頻率，採用變頻法加熱可有效防止水垢產生，其中，所述工作頻率的範圍為0-60kHz。

更進一步的，所述變頻法防止水垢產生的原理在於：水中碳酸鈣結晶形態的改變，水垢的主要成分CaCO3是由水中的Ca(HCO3)2受熱分解生成的，它有兩種結晶方式，當電磁法處理過的水受熱時，析出的CaCO3主要為針狀文石結晶，文石結晶的結構疏鬆，抗拉、抗壓能力差，黏結性弱，不易黏結成硬質水垢，它可在水中任意形成核結晶，形成泥渣狀態沉澱而經由汙水除去；而未經電磁法處理的水在加熱時析出的CaCO3結晶主要為緊密地菱形方解石晶體，易在受熱的金屬表面上形成堅硬的水垢。

在本實施例中，所述底座10可以設置工作檯面(例如家用餐桌桌面、辦公桌桌面、會議桌桌面)上，使工作檯面無明線。

在本發明的另一實施例中，參閱圖4所示，所述底座10也可以完全嵌入工作檯面11內，使工作檯面無明線。該實施例中熱水壺、底座的結構及其配合工作方式可與前述實施例相同。

在前述實施例中，可以使一個熱水壺與一個底座配合。

而在本發明的再一實施例中，參閱圖5，也可以將多個熱水壺與同一底座配合。該實施例中熱水壺、底座的結構及其配合工作方式可如前文所述，此處不再贅述。

本發明提供的基於諧振互頻磁阻技術的無線加熱熱水壺組件，實現了電能到熱能的無線傳輸，合理應用了變頻法；實施過程中加入了磁性材料、磁粉塗層、諧振器；結構上取消了現有熱水壺的電源接口，使用時只需放置在底座平面上，無需準確對位。而且藉由前述設計，還可大大提高了加熱效率，改善使用的便捷性、安全性。另外，藉由，本發明的熱水壺造型不再受電源接口限制，外形更為美觀大方和富有藝術氣息的熱水壺，用戶體驗更為良好。

在本說明書中，若非特別說明，則前述各供電桌面系統中的機械、電氣組件均可以選自業界已知的合適類型。

上述具體實施方式，僅為說明本發明的技術構思和結構特徵，目的在於讓熟悉此項技術的相關人士能夠據以實施，但以上所述內容並不限制本發明的保護範圍，凡是依據本發明的精神實質所作的任何等效變化或修飾，均應落入本發明的保護範圍之內。