一種具有減少電磁場輻射的改進加熱電器的製作方法
2023-12-01 04:45:16 1
本發明涉及加熱電器領域，例如電熱毯、加熱板、加熱墊和類似的加熱電器，特別地本發明涉及這種加熱電器具有一個或多個電子部件，該電子部件能夠允許用戶更方便地使用帶有一減少電場輻射的毯子。
背景技術：
電熱毯、加熱板、加熱墊和類似產品早已為人所知，並且大體上包括一加熱控制單元和一操作單元，操作單元電連到其每個加熱區域。這兩個單元能夠以永久的方式彼此連接，或者它們是分離的並通過最終配置有連接器的互聯電纜電連接。操作單元大體上包括一毯子，例如包含紡織材料，和一線性加熱單元，分布在毯子內部並由一個或者多個導體組成，大多數具有蛇形形狀，其具有一路徑以至於體現，或者相反隱藏，毯子的彎曲。此外也已知，適用於雙人床的毯子的每半邊是有用地採用兩個分開的操作單元，以允許床上的兩個的成員的每一個單獨的管理它自己的操作單元。
通常，加熱單元包括一第一同軸導體和一第二同軸導體，其中，第一導體設置在螺旋體內並圍繞一電絕緣芯，並且其中第二導體捲入螺旋體並圍繞第一導體，且其中插入電絕緣材料；整個裝置被電絕緣材料製成的外塗層進一步包圍。熱量是通過焦耳效應在導體中產生的，並且從這裡被分布到毯子中。
從常規角度來說亦是總所周知的，技術委員會更新了電器安全標準，這導致了電器安全標準的改變。在iec62233標準中，涉及到磁場輻射限額的控制，通常以微特斯拉進行測量。此外，為了減少所述磁場輻射，相當於圖1中所示的作為本專利的方案的電路在本領域中是已知的。然而，除了磁場輻射以外，電場輻射問題是進一步相關的，通常以伏特每米測量，即使當用戶在一工作電壓小於250伏特，頻率限定在家庭電網(通常為50或60赫茲)的主電源上使用電器時，其不顯示出安全問題，有時仍會激發令人不快的滋擾，甚至會激發一些恐懼，當人們使用電熱毯的體驗到靜電類型時，他們不了解其技術原因。當一種特定的環境狀況發生時，這種不適會成指數級的增加，例如在一特別低的相對溼度值(例如只有50％)的環境，或者當生成的電場值超過限定值，例如60伏特每米。
當兩個用戶同時使用在雙人床上使用一條毯子，該毯子包含兩個分離的操作單元並且該單元中的一個處於關閉位置，上述提到的問題會被放大。事實上，有可能在左手邊用戶的操作單元是關閉的時候，他/她在床上觸摸了右手邊的用戶，而右手邊的用戶，相反的，正在使用其操作單元加熱她/他的床邊部分，這時，左手邊的用戶感覺到了電擊(類似於靜電電流)。這種現象引起了關於產品質量印象的投訴和負面影響。
事實上，通常，加熱電器是通過線纜連接到交流電的電源插座，其中線纜止於插入插座中的插頭。電流通常被分成兩條線，依次為「火」線和「零」線，其中後者線路相對於地面的電壓或者電位差幾乎為零，而「火」線具有一交流電壓，其值取決於電力輸送網絡，特別地，在歐洲或者其他國家為230伏特，在美國為115伏特，在日本為100伏特等。
在某些國家，例如英國、澳大利亞或者美國，供電電網的插頭/插座對被極化。為此，在這些國家，可以採用生產適當的裝置以確保火線和零線的導體分別以這樣的方式連接，使得由加熱電器的產生的電場熱量最小化、低於用戶可感知的感知閾值水平，從而消除對用戶的各種不便。
相反的，在某些其他國家，例如許多歐洲國家或者韓國，供電電網的插頭/插座對，特別是經認證的最大電流為2.5安培的插頭型號，沒有被極化。由此火線和零線的導體分別地隨機連接到插頭端，並且由此連接到控制電路和加熱設備。
作為這種隨機連接的結果，由加熱設備產生的電場將取決於插頭插入插座的方向，即在插頭連接的方向上其將更大，當插頭連接相反連接方向時將會更小。
為此，當產品由非極化的電源插頭供電時，不可能獲取與在極化供電插頭使用情況下相同的效益，除非使用的是在已知的技術領域是精密的、非常複雜的和昂貴的系統，這涉及到電導線網絡的使用，被分布在整個毯子並通過一個特定導體功能性連接到地面，使之能夠顯著減少或重置電場或磁場輻射。
例如，公開號為us5173587的美國專利描述了一電加熱裝置，例如電熱毯，連接到一種檢查裝置，該檢查裝置能夠確定電源插頭被插入到交流電源插座的極化方向。這種檢查裝置是非常複雜的系統，它包括相當大量的元件組成，因此導致其成本非常昂貴、並且難以實現和會遭受故障。所引用的專利公開了如何在電熱毯上保持負電位，而不管電源插頭如何插入到插座中。然而，其中描述的電熱毯僅以一種極性，特別是在負極性上工作。
為了克服該現象的隨機性，如果電器的連接方向是產生最小的電場方向，則必須以簡單和經濟的方式向用戶提供此信息。
為此，本專利申請的申請人已經注意到需要向用戶提供這樣的信息，其與插頭正確插入插座以產生最小電場有關。
技術實現要素：
在第一方面，本發明涉及一種如權利要求1所述的熱設備。
本申請的申請人事實上令人驚訝地發現了一種加熱電器，包括一毯子和至少一個分布在毯子內的加熱元件，以及一功率控制單元，所述功率控制單元的一端電連到所述加熱元件，並且所述功率控制單元的另一端通過一電源插頭連接到交流電源供電網絡的電源插座，並且其中包含在所述毯子內的所述加熱元件由交流電源的正相和負相一起供電，其中所述加熱電器，其特徵在於，所述功率控制單元包括：至少一個檢查裝置，用於檢測所述電源插頭已經被插入交流電源的所述電源插座的極化方向，以能夠最小化產生的電場，以確保加熱電器對於任何用的經濟性和高效的安全性。
事實上，鑑於本發明的加熱電器以雙極性，正極性和負極性，工作的事實，並且由於這種裝置的使用能夠確定電源插頭插入電源插座的插入方向，可以設置所述功率控制單元，使得通過加熱裝置，適當地連接火線和零線，產生最小電場，從而減少了用戶在本領域已知的加熱設備中體會到上述觸電的感覺。
為了獲取這種電場的減小效果，重要的是電熱毯被直接送電。
結果，如果電源插頭在插座中的插入方向正確，則向用戶通知，這意味著在哪根電線上是火線正在運行，在那根線上零線正在運行；在這種插入方向不正確的情況下，用戶可以將插頭反方向插入。
在本文中和附屬權利要求中的術語「加熱設備」主要地旨在一電器，但不是排他地旨在加熱床或者在床上的人，例如電熱毯、加熱板、加熱墊或者類似的加熱電器，它們具有基本上平坦的形狀和任何尺寸，其用於全完蓋住床或者床的一部分或者身體的一部分或者地板的一部分。
優選的，所述加熱電器為一電熱毯。
優選的，所述毯子通過第一電纜部件連接到所述功率控制單元上，所述功率控制單元又通過一第二電線部件連接到所述電源插頭。
優選的，所述電流通過一第一交流電源供電線(a)和一第二交流電源供電線(b)從所述電源插座分配到所述加熱電器；所述第一交流電源供電線(a)亦稱之為「火」線並呈現出取決於配電網絡的一交流電壓值；所述第二交流電源供電線(b)亦稱之為「零」線並呈現出相對於地面幾乎等於零的電壓或電位差。
通過這種方式，當「火」線a連接，甚至直接或者通過一低阻抗電路連接到分布在毯子內部的加熱元件時，與直接或通過低阻抗電路連接到相同加熱元件的「零」線相比，由加熱電器產生的電場相對較高。
因此，當零線，即使直接或者通過低阻抗電路連接到加熱元件時，也能獲得最佳狀態。
優選的，所述加熱設備由交流電壓低於250伏特並且具有例如50赫茲或者60赫茲的頻率的電源供電。
通過這種方式，儘管電壓的頻率是一個非常重要的參數，用於決定通過這種電壓產生的電場，只要電源電壓頻率為50赫茲或者60赫茲，其為幾乎所有國家使用的電壓頻率，這將不會影響本發明，因此發現其應用於所有實際使用的電網頻率。
優選的，所述功率控制單元還包括一控制功率控制器，所述功率控制器控制提供給一插入所述毯子的加熱電阻器的功率。
優選的，所述功率控制單元還包括一雙極性主開關，所述雙極性主開關能夠所連接/斷開述第一交流電源供電線(a)和第二交流電源供電線(b)往來於所述功率控制器的連接。
優選的，所述主開關由電機、電子或機電混合技術構成。
通過這種方式，單元控制模塊內部布線是固定的，因此加熱電阻器相對於從交流電源到電源線a和b的終端的連接方向是同樣固定的，並且這僅取決於用戶將電源插頭插入到牆上插座的方向。
優選的，所述檢測裝置是一電子電路。更優選的，所述電子電路的一側通過一第一端子連接到一分支，分支連接所述功率控制器至所述毛毯的所述加熱電阻器，而在另一側，通過一第二端子連接到所述交流電源供電線(a)。更優選的所述電路也通過一第三端子連接所述第二交流電源電源供電線(b)。
通過這種方式，連接到加熱電器的用於非常小的電流的所述第一端子，作為通過加熱電器由於散布到地面的電流的結果而用作接地連接。
優選地，所述檢查裝置連接到警告系統，所述警告系統提供關於到電網連接電毯的配置狀態的發光、聲音或圖形類型的指示。
優選的，所述告警系統由連接到霓虹燈或led燈上，或由霓虹燈或led燈構成，其中霓虹燈或led燈能夠發射光信號。
在第一個實施例中，這種電路由霓虹構成。在這種方式中，如果所述第三端子連接到所述交流電網的供電「火」線上，那麼在歐洲典型供電網絡使用中，所述第三端子自身承受於相對於地面的230伏特交流電。但是，相同的概念也適用於較低電壓的交流網絡，例如美國的115伏特交流電或者日本的100伏特交流電。
通過這種方式，當所述主開關的所有兩級都打開時，在霓虹燈的端子處將存在足以產生電流的電勢差，即電壓，以儘管很小但足以接通霓虹燈的電流，並因此指示第三端子「接通」。
相反，如果第三端子連接到供電交流電網絡的「零」線，這樣第三端子承受相對於地面幾乎為零的電壓。因此當所述主開關的兩極都打開時，在燈的端子處的電壓將不足以產生任何電流，並且因此霓虹燈將任然保持關閉，從而指示第三端子不「接通」。
在第二實施例中，這種電路由與電阻串聯的一個led燈組成。
如上所述，當所述主開關的兩端都打開時，如果第三端子連接到交流網絡的「火」線，則由led和串聯的電阻構成的電路端子處的電位差也將在本實施例中成立。該電壓將允許通過電阻限流的電流通過led，該電流將打開led並且因此將會提供第三端子「接通」的指示。相反地，如果第三端子連接到交流網絡中的「零」線，在電路中將不會存在電勢差，並且因此沒有電流流動，並且led將仍然保持關閉，由此指示該第三端子不「接通」。
優選的，所述led可以連接到一個二極體上。
以這種方式，二極體是必要的，以防止led上的反向電壓損壞led本身，並且因此如果led是抵抗所施加的反向電壓而沒有任何損壞的型號，則上述方案是可選的。
因此，通過使用所述電路，可以以如下方式起作用：加熱電器的加熱電阻優選地連接到交流網絡的「零」線(燈「關閉」)。以這種方式，由毯子產生的電場將會顯著低於當加熱電阻連接到交流電網絡「火」線時由相同加熱電器產生的電場。
優選的，所述加熱電器還包括插入在所述主開關和所述功率控制器之間的極性交換器；優選的，所述極性交換器還連接到所述檢查裝置。
以這種方式，無論情況如何，可以建立到網絡的連接，以便總是在的毯子上產生最小的電場。
在第二方面，本發明涉及如權利要求9所述的方法。
本申請的申請人事實上具有一個令人驚訝的發現：用於確定到如上所述的加熱電器的電網連接狀態的方法和步驟是最優的，或者如果可以被優化，該方法包括以下步驟：
步驟a：通過所述檢查裝置定量的檢測監測電流通路；
步驟b：向所述功率控制單元傳輸關於與由此檢測的電流流量信息；
步驟c：檢測該檢測電流流量是否是確保產生最小電場；
步驟d：根據檢測，警示用戶所述電源插座插入交流電源的所述電源插頭的方向顛倒的可能，以能夠最小化產生的電場，確保對任何加熱電器的使用者來說經濟、高效和有效的安全。
事實上，根據由這種檢查裝置檢查到的情況，可以通知用戶電源插頭是否以正確的方式插入，並且最終反轉電源插頭插入插座的這種情況，以便使得產生的電場最小化。
優選的，所述方法還包括交換極性的步驟，以確保網絡連接總是設置為會產生最小的電場。
通過這種方式，系統能夠正確的識別出哪個是在供電線a和b端子之間的最佳的可能的連接，並因此操作交換極性交換器，以這樣的方式總是建立到網絡的連接，以便在加熱電器上產生最小的電場。
附圖說明
附圖說明通過閱讀以下對優選實施例的詳細描述，但不是排他性的，僅通過非限制性示例，在附圖的支持下，本發明的其它特徵和優點將變得更加明顯，其中：
圖1是根據本發明的一種加熱電器連接到電流供電電源插座的實施例的示例圖；
圖2是在圖1中在第一實施例中加熱電器功率控制單元的詳細描述；
圖2a是圖2中控制模塊102的分解圖，其中開關元件140在三個不同的實施例中突出顯示；
圖2b展示了一實施例，其中展示了連接交流網絡的火線/零線類型；
圖2c展示了另一個實施例，其中展示了連接交流網絡的火線/零線，其與圖2b中的那個相反；
圖3詳細地展示出了檢測設備的第一實施例，檢測設備包含在圖2中展示的加熱電器的功率控制單元內；
圖4詳細地展示出了檢測設備的第二實施例，檢測設備包含在圖2中展示的加熱電器的功率控制單元內；
圖5詳細地展示了在圖1中展示的加熱電器的功率控制單元的第二實施例，其中一極性轉換器是可見的；
圖6詳細地展示了形成檢測裝置的模塊，檢測裝置包含在圖5所示的加熱電器的功率模製單元內部，或者在當端子114未連接時圖2中的一個。
具體實施步驟
下面結合附圖和加熱電器的具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為本發明的限定。
圖1描述了，一覆蓋在雙人床10上的電熱毯，並且電熱毯通過第一電纜部件14連接到控制電路11，控制電路11又經過第二電纜部件15連接到插頭12，插頭12插入交流電源的電源插座13上；其具有雙極性：正極和負極。電熱毯10由例如頻率為50或60赫茲頻率的交流電壓供電。
在插座13內，電流分別配有兩條電源線：「火線」a線和「零線」b線；其中後者呈現出相對於地面幾乎為零的電壓或者電位差。而「火線」a線則呈現出交流電電壓值，電壓值取決於供電網絡，其在歐洲和許多國家是230伏特、在美國為115伏特，在日本為100伏特。
特別地，在圖2所示，已經發現：在圖1中示出的控制電路11的放大電路中，當火線a線連接，甚至直接地或通過一低阻抗電路連接到包含在電熱毯10的織物層內的電阻器加熱線200時，由毯子10產生的電場將相對地大於，零線b線連接，甚至直接的或者通過一低阻抗電路連接到相同的加熱線200產生的電場。
再次參考圖2，電源控制單元11還包括一功率控制器102，功率控制器102控制輸送到加熱元件200的功率，加熱元件200插入在毯子10內部；以及一雙極性類型的主開關101，主開關101能夠分別地連接/斷開第一交流電源供電線15a和第二交流電源供電線15b往來於該功率控制器102。此外，功率控制單元11包含一檢查裝置103，檢查裝置103能夠檢測所述電源插頭12插入到交流電源13的所述電源插座的極化方向。檢查裝置103在一側上通過第一端子113連接到一分支，該分支通過線纜部件14a連接功率控制器102到毯子10的加熱電阻200上，並且在另一側上通過第二端子122連接到第一交流電源供電線15a上，並且通過第三端子111連接到第二交流電源供電線15b上。
在圖2a中，圖2的功率控制器102的細節被展示出來，包括電流中斷模塊140和表示管理當前中斷模塊140的模塊145。
電流終端模塊140可以通過電觸點實現，如框圖140a中所示；或者電子地由框圖140b指示的scr類型的設備實現；或者通過框圖140c指示的triac(三端雙向可控矽開關元件)類型方式。框圖140a、140b和140c中的每一個允許實現在電熱毯中的單極中斷。
圖2b中示出了案例，其中在圖2a中示出電流中斷模塊140連接到火線，然而在圖2c中，這種電流終端模塊140連接到零線上。電熱毯10能夠在一方面其連接到火線的時刻產生電場輻射，並且另一方面，到零線的連接被中斷。這會產生一個問題，因此有必要的是當毯子以單極方式關閉時，到火線的連接是一種中斷的連接。在電熱毯模塊140關閉時，哪個連接被中斷是不能被知曉的，本發明允許由於檢查裝置103的存在而解決了當前問題。
正如在圖3中詳細展示的，檢查裝置103是一種電路，電路連接到與電阻器121串聯的霓虹燈120構成的告警系統的。在這種情況下，在歐洲使用的典型供電網路中，如果第三端子111連接到交流電網絡的「火」線上，第三端子111自身承受相對於地的230伏特交流電壓。然而相同的概念也適用於較低電壓交流網絡，例如美國的115伏特交流電或者日本的100伏特交流電。
通過這種方式，當主開關101的兩個端子全部打開時，在霓虹燈120的端子處將會出現一電勢差，即電壓，其足以產生雖然很小但是足以導通這樣一個霓虹燈120的電流，從而指示第三端子111是「接通」的。
相反的，如果第三端子111連接到交流電源網絡的「零」線，該第三端子111將承受到相對於地面幾乎為零的電壓。因而，當主開關101的兩個端子都打開時，在霓虹燈120處的端子的電壓將不會足以產生任何電流，並且因此霓虹燈120將保持關閉，由此預示著第三接線端子111不是「接通」的。
參考圖4，示出了檢測裝置103的另一個實施例，檢測裝置103由串聯電阻器裝置124的led122構成。同樣地，在該實施例中，當主開關101的兩個端子均打開時，類似地參考在圖3中示出的上述霓虹燈120，如果第三端子111連接到交流電網絡的「火」線a線，在電路103上的端子將會產生電位差，其中電路103由串聯電阻器124的led122構成。該電壓將會允許電流通過led122，並被限制於電阻器124；該電流將會打開led122並且因此將會提供第三端子111被「接通」的指示。相反的，如果第三端子111連接到交流電網絡的「零」線b線上，在電路中將不會產生電位差，並且因此沒有電流流動，並且led122將保持關閉，從而指示該第三端子111不被「接通」。
led122連接有二極體123，其允許防止led122上的反向電壓損壞led122自身。如果led122是承受所施加的反向電壓並不損壞的類型，該二極體123是可選的。
因此，通過使用電路103，然後可以以如下方式起作用：加熱電器10的加熱電阻200優選地連接到供電交流電網絡(燈120或led122「關閉」)「零」線b線上。通過這種方式，當加熱電阻200連接到交流電源網絡供電「火」線a線上時，由毯子10產生的電場將會顯著低於由相同加熱設備產生的電場。
參考圖5，其展示了控制電路11的另一個實施例，進一步包括一極性交換器104，插入在主開關101和功率控制器102之間，此外，極性交換器104還連接到檢測裝置103，以便在通過這種方式建立連接以在毯子10上產生最小電場。
在圖6中，更詳細地示出了在圖5中示出的加熱電器的功率控制單元11的檢測裝置103；特別地，檢測裝置103包含一第一電流檢測模塊151，該模塊測量端子111和113之間的電流；第二電流檢測模塊152，該模塊測量端子112和113之間的電流。此外由控制系統154控制的連接選擇器153，將電流檢測電路151或152或兩者適當地連接到端子113。最後，一顯示系統155，提供關於控制單元到電源連接配置狀態的，或者她是最佳的還是優化的，優選地明亮的、但也有可能是聲音或圖形的指示。
控制系統154可以包括一個複雜的控制電路，通過模擬和/或數位技術，或者簡單的是線束實現。如此一個控制系統154適用於：a)激活選擇器153以將電流檢測電路151和/或電流檢測電路152連接到端子113；b)從電流檢測電路151和/或從電流檢測電路152接收信息；c)開發信息，以及d)將其發送到顯示系統155。
在圖6中，還示出了塊156，如果需要，可用於向檢查裝置103內部的所有或一些電子電路提供電源電壓vcc和/或vee。
當然，優選實施例的許多修改和改變對本領域的技術人員將是顯而易見的，並仍將包含在本發明的範圍之內。
因此，本發明並不限於所描述的優選的實施方案中，僅通過舉例的方式而不是限制性的說明，但由以下權利要求限定。