CN104840363A - 一种基于无线电能传输的无线加热奶瓶 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于无线电能传输的无线加热奶瓶，属日常生活用品领域。本发明包括无线电能发射套筒、加热奶瓶；无线电能发射套筒包括套筒外壳、套筒筒体、立体螺旋发射线圈、底座、控制电路；加热奶瓶包括平面螺旋接收线圈、奶嘴、碳纤维加热线圈、瓶体、聚合物外壳。立体螺旋发射线圈与平面螺旋接收线圈之间通过交变磁场LC谐振耦合传输电能，接收端的平面螺旋接收线圈接收到电能，为碳纤维加热线圈提供电能，碳纤维加热线圈加热牛奶。本发明实现了对奶瓶无线供电温控加热，随时快速非物理接触温控加热的功能，碳纤维加热线具有耐腐蚀、使用寿命长，工作功耗低及加热效率高的优点；整套设备安全、低功耗、方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于无线电能传输的无线加热奶瓶，属于日常生活用品技术领域。
背景技术
目前市面上常见的加热奶瓶可以分为四类：第一类：水浴加热式。当我们需要加热牛奶时将牛奶装入奶瓶，再将奶瓶放入到水浴中加热；第二类：电热膜加热式。将牛奶装入奶瓶中，将奶瓶放到一个装有电热膜的发热平台上加热；第三类：柔性硅胶发热线加热式。将牛奶装入奶瓶中，将奶瓶放入内部缠有柔性硅胶发热线的套子中加热；第四类：化学反应加热式。将奶瓶放入一个加热胆中，两层之间含有盐类化合物，通过其反应放热加热牛奶。常见的加热奶瓶加热非常不方便、不安全，并且加热不均匀。传统的直接接触式电能加热需要插头与电源插座接触，在某些特殊使用环境下，存在触电、漏电的隐患，这造成使用过程中不安全因素。而无线电能传输技术主要有三种实现方式：电磁感应耦合式、磁耦合谐振式和电磁波辐射式。电磁感应耦合式利用可分离变压器的感应耦合作用实现无接触电能传输。它的传输功率大，但是变压器损耗大，传输距离过短，传输效率随着传输距离的增大迅速变小；电磁波辐射式使用微波来传输电能，它的传输距离远，传输效率不高，其电磁辐射对人体有较大的损害。所以有必要提供一种新型的无线加热奶瓶来解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种基于无线电能传输的无线加热奶瓶，用于解决现有加热奶瓶中加牛奶繁琐，加热效率低，功耗高，加热过程中对人体有损坏，有线加热的不便存在安全隐患等问题。
本发明技术方案是：一种基于无线电能传输的无线加热奶瓶，包括无线电能发射套筒、加热奶瓶；
所述无线电能发射套筒如图5所示，所述无线电能发射套筒包括套筒外壳9、套筒筒体20、立体螺旋发射线圈1、底座12、控制电路13；所述套筒外壳9包裹在套筒筒体20外，位于套筒外壳9与套筒筒体20之间且在套筒筒体20的套筒筒体外壁10上缠绕着立体螺旋发射线圈1，底座12位于套筒筒体20的底部，底座12内部设有通过电源线14与外部电源相连的控制电路13；
所述加热奶瓶如图6所示，所述加热奶瓶包括平面螺旋接收线圈2、奶嘴15、碳纤维加热线圈16、瓶体17、聚合物外壳19；所述聚合物外壳19包裹在瓶体17外，在聚合物外壳19与瓶体17的瓶体外壁18之间缠有碳纤维加热线圈16，平面螺旋接收线圈2设置在瓶体17底部，平面螺旋接收线圈2与碳纤维加热线圈16相连。
所述碳纤维加热线圈的绕制方法如图7所示，所述碳纤维加热线圈16采用立体双螺旋反向缠绕方法缠绕在聚合物外壳19与瓶体外壁18之间。防止其产生的感应电感影响平面螺旋接收线圈的工作频率，并且增大了发热面积，提高了加热效率，加热更为均匀，由平面螺旋接收线圈2提供电能。
所述的立体螺旋发射线圈1直径略大于平面螺旋接收线圈2，这样几乎相同尺寸的平面螺旋接收线圈2能更容易的达到所需的谐振要求，平面螺旋接收线圈2则更好的节省了空间。其中立体螺旋发射线圈1为一个绕制成立体螺旋的线圈，进一步增大了线圈的电感，提高了发射功率。
所述控制电路13包括信号发生电路5、功率放大电路、温控装置、传感开关；电源线14通过温控装置、传感开关与信号发生电路5相连，信号发生电路5的输出与功率放大电路相连，功率放大电路输出与立体螺旋发射线圈1相连。
所述传感开关主要包括红外光发射管8、光电三极管7和电磁继电器S2，其中红外光发射管8与光电三极管7置于套筒筒体20的套筒内壁11上部；一旦加热奶瓶放到无线电能发射套筒中，奶瓶瓶体17阻挡了红外光发射管8发射的一定波长的红外线，导致光电三极管VT无法接受到红外线，便给信号发生电路接通电源，立体螺旋发射线圈1发射电能，检测更精确。
所述温控装置主要包括555芯片6、双向晶闸管VS、热敏电阻3、调温电阻4及工作指示发光二极管VD4，其中热敏电阻3置于套筒筒体20底部。
热敏电阻3采用负温度系数的电阻，安装在无线电能发射套筒与奶瓶接触的表面，能够更精确的监测奶瓶中牛奶的温度。考虑到断电后的加热惯性，故牛奶的真实温度会与设定的温度有1%的误差，但这不会影响使用，牛奶温度还会在设定的39℃—42℃适合婴儿饮用的范围内。
本发明的工作原理是：
如图8所示，当需要加热奶瓶中的牛奶时，将加热奶瓶放入无线电能发射套筒中，传感开关中的光电三极管7由于加热奶瓶瓶体17的遮挡，接收不到红外光发射管8发射的红外光，故电磁继电器S2闭合，接通电源，信号发生电路5获得电信号，信号发生电路5将接入的电信号处理后输出到功率放大电路，功率放大电路将此信号变为高频信号，驱动立体螺旋发射线圈1产生交变电磁场，立体螺旋发射线圈1与平面螺旋接收线圈2之间主要通过交变磁场LC谐振耦合传输电能，此时两个线圈在高频下发生自谐振，产生以线圈为中心的时变磁场。两谐振线圈之间不断的进行电能传递。一般情况下，两个相隔一定距离的电磁系统之间只是弱耦合，只有当两个线圈具有相同的谐振频率，将产生强电磁共振。此时两线圈之间的电能传输效率最高。而未达到谐振频率的物体则不能进行电能传输，这在使用过程中更为安全。故置于奶瓶底部的平面螺旋接收线圈2与立体螺旋发射线圈1在高频下发生近场磁共振，进行电能传输，接收端的平面螺旋接收线圈2接收到电能，为瓶体17中的碳纤维加热线圈16提供电能，碳纤维加热线圈16加热牛奶，当温度传感装置检测到牛奶的温度达到设定的温度时，热敏电阻3的阻值会下降到一个值，被555芯片6检测到，使双向晶闸管VS失去触发电压而截止，会停止给信号发生电路供电，加热停止。本发明的立体螺旋发射线圈1和平面螺旋接收线圈2的磁LC谐振耦合，立体螺旋发射线圈1和平面螺旋接收线圈2之间的无线电能传输运用到了电磁感应定律。
所述无线电能发射套筒的外壳9采用金属材料制成，目的是尽管采用的是磁LC谐振耦合但是仍然会有微量的电磁辐射，加了这个金属制成的外壳后就能完全屏蔽，就不会有电磁波辐射出来，对使用者来说更加安全。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用磁耦合谐振式无线电能传输，它利用参数完全相同的谐振线圈，通过磁耦合谐振作用实现无线电能传输。它的传输效率比电磁感应耦合式更高，尤其是近场磁耦合的安全性相对较高；
2、本发明利用碳纤维为发热体，具有很高的机械强度和极长的使用寿命，电热线重量轻、柔软，可弯成各种形状，易制成多种电热元件组合模块，能方便地适用各种加热场合的需求，其具有升温迅速、电热转换效率高，节省电能、抗拉强度高、断线不起弧、重量轻、化学性能稳定、使用寿命长的优点，碳纤维是一种新型的高性能纤维增强材料，具有高强度，耐高温，耐磨，抗疲劳，耐腐蚀，抗蠕变，导电和导热等诸多优异性能。且碳纤维加热线具有耐腐蚀、耐拉伸、使用寿命长，工作功耗低及加热效率高的优点；因此用碳纤维作为电热体有着金属、PTC等电热体所不可比拟的诸多的优异性能；
3、对奶瓶无线供电温控加热，实现随时快速非物理接触温控加热的功能；
4、使用磁耦合无线电能传输技术，只要带有平面螺旋接收线圈和碳纤维加热线圈的奶瓶发到无线电能发射套筒中，便可将奶瓶中的牛奶加热。设计合理、使用起来更加的安全、方便、低功耗，具有广泛的发展空间。
附图说明
图1为本发明电路工作原理框图；
图2为立体螺旋发射线圈和平面螺旋接收线圈的磁LC谐振耦合示意图；
图3为本发明温控装置电路图；
图4为本发明传感开关电路图；
图5为本发明无线电能发射套筒剖视图；
图6为本发明加热奶瓶剖视图；
图7为本发明碳纤维加热线圈的绕制方法示意图；
图8为本发明加热奶瓶放到无线电能发射套筒中加热使用时的剖视图。
图1-8中各标号：1-立体螺旋发射线圈，2-平面螺旋接收线圈，3-热敏电阻，4-调温电阻，5-信号发生电路，6-555芯片，7-光电三极管，8-红外光发射管，9-套筒外壳，10-套筒筒体外壁，11-套筒内壁，12-底座，13-控制电路，14-电源线，15-奶嘴，16-碳纤维加热线圈，17-瓶体，18-瓶体外壁，19-聚合物外壳，20-套筒筒体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-8所示，一种基于无线电能传输的无线加热奶瓶，包括无线电能发射套筒、加热奶瓶；
所述无线电能发射套筒包括套筒外壳9、套筒筒体20、立体螺旋发射线圈1、底座12、控制电路13；所述套筒外壳9包裹在套筒筒体20外，位于套筒外壳9与套筒筒体20之间且在套筒筒体20的套筒筒体外壁10上缠绕着立体螺旋发射线圈1，底座12位于套筒筒体20的底部，底座12内部设有通过电源线14与外部电源相连的控制电路13；
所述加热奶瓶包括平面螺旋接收线圈2、奶嘴15、碳纤维加热线圈16、瓶体17、聚合物外壳19；所述聚合物外壳19包裹在瓶体17外，在聚合物外壳19与瓶体17的瓶体外壁18之间缠有碳纤维加热线圈16，平面螺旋接收线圈2设置在瓶体17底部，平面螺旋接收线圈2与碳纤维加热线圈16相连。
实施例2：如图1-8所示，一种基于无线电能传输的无线加热奶瓶，包括无线电能发射套筒、加热奶瓶；
所述无线电能发射套筒包括套筒外壳9、套筒筒体20、立体螺旋发射线圈1、底座12、控制电路13；所述套筒外壳9包裹在套筒筒体20外，位于套筒外壳9与套筒筒体20之间且在套筒筒体20的套筒筒体外壁10上缠绕着立体螺旋发射线圈1，底座12位于套筒筒体20的底部，底座12内部设有通过电源线14与外部电源相连的控制电路13；
所述加热奶瓶包括平面螺旋接收线圈2、奶嘴15、碳纤维加热线圈16、瓶体17、聚合物外壳19；所述聚合物外壳19包裹在瓶体17外，在聚合物外壳19与瓶体17的瓶体外壁18之间缠有碳纤维加热线圈16，平面螺旋接收线圈2设置在瓶体17底部，平面螺旋接收线圈2与碳纤维加热线圈16相连。
所述碳纤维加热线圈16采用立体双螺旋反向缠绕方法缠绕在聚合物外壳19与瓶体外壁18之间。
实施例3：如图1-8所示，一种基于无线电能传输的无线加热奶瓶，包括无线电能发射套筒、加热奶瓶；
所述无线电能发射套筒包括套筒外壳9、套筒筒体20、立体螺旋发射线圈1、底座12、控制电路13；所述套筒外壳9包裹在套筒筒体20外，位于套筒外壳9与套筒筒体20之间且在套筒筒体20的套筒筒体外壁10上缠绕着立体螺旋发射线圈1，底座12位于套筒筒体20的底部，底座12内部设有通过电源线14与外部电源相连的控制电路13；
所述加热奶瓶包括平面螺旋接收线圈2、奶嘴15、碳纤维加热线圈16、瓶体17、聚合物外壳19；所述聚合物外壳19包裹在瓶体17外，在聚合物外壳19与瓶体17的瓶体外壁18之间缠有碳纤维加热线圈16，平面螺旋接收线圈2设置在瓶体17底部，平面螺旋接收线圈2与碳纤维加热线圈16相连。
所述碳纤维加热线圈16采用立体双螺旋反向缠绕方法缠绕在聚合物外壳19与瓶体外壁18之间。
所述控制电路13包括信号发生电路5、功率放大电路、温控装置、传感开关；电源线14通过温控装置、传感开关与信号发生电路5相连，信号发生电路5的输出与功率放大电路相连，功率放大电路输出与立体螺旋发射线圈1相连。
实施例4：如图1-8所示，一种基于无线电能传输的无线加热奶瓶，包括无线电能发射套筒、加热奶瓶；
所述无线电能发射套筒包括套筒外壳9、套筒筒体20、立体螺旋发射线圈1、底座12、控制电路13；所述套筒外壳9包裹在套筒筒体20外，位于套筒外壳9与套筒筒体20之间且在套筒筒体20的套筒筒体外壁10上缠绕着立体螺旋发射线圈1，底座12位于套筒筒体20的底部，底座12内部设有通过电源线14与外部电源相连的控制电路13；
所述加热奶瓶包括平面螺旋接收线圈2、奶嘴15、碳纤维加热线圈16、瓶体17、聚合物外壳19；所述聚合物外壳19包裹在瓶体17外，在聚合物外壳19与瓶体17的瓶体外壁18之间缠有碳纤维加热线圈16，平面螺旋接收线圈2设置在瓶体17底部，平面螺旋接收线圈2与碳纤维加热线圈16相连。
所述碳纤维加热线圈16采用立体双螺旋反向缠绕方法缠绕在聚合物外壳19与瓶体外壁18之间。
所述控制电路13包括信号发生电路5、功率放大电路、温控装置、传感开关；电源线14通过温控装置、传感开关与信号发生电路5相连，信号发生电路5的输出与功率放大电路相连，功率放大电路输出与立体螺旋发射线圈1相连。
所述传感开关主要包括红外光发射管8、光电三极管7和电磁继电器S2，其中红外光发射管8与光电三极管7置于套筒筒体20的套筒内壁11上部；
所述温控装置主要包括555芯片6、双向晶闸管VS、热敏电阻3、调温电阻4及工作指示发光二极管VD4，其中热敏电阻3置于套筒筒体20底部。
实施例5：如图1-8所示，一种基于无线电能传输的无线加热奶瓶，包括无线电能发射套筒、加热奶瓶；
所述无线电能发射套筒如图5所示，所述无线电能发射套筒包括套筒外壳9、套筒筒体20、立体螺旋发射线圈1、底座12、控制电路13；所述套筒外壳9包裹在套筒筒体20外，位于套筒外壳9与套筒筒体20之间且在套筒筒体20的套筒筒体外壁10上缠绕着立体螺旋发射线圈1，底座12位于套筒筒体20的底部，底座12内部设有通过电源线14与外部电源相连的控制电路13；
所述加热奶瓶如图6所示，所述加热奶瓶包括平面螺旋接收线圈2、奶嘴15、碳纤维加热线圈16、瓶体17、聚合物外壳19；所述聚合物外壳19包裹在瓶体17外，在聚合物外壳19与瓶体17的瓶体外壁18之间缠有碳纤维加热线圈16，平面螺旋接收线圈2设置在瓶体17底部，平面螺旋接收线圈2与碳纤维加热线圈16相连。
所述碳纤维加热线圈的绕制方法如图7所示，所述碳纤维加热线圈16采用立体双螺旋反向缠绕方法缠绕在聚合物外壳19与瓶体外壁18之间。防止其产生的感应电感影响平面螺旋接收线圈的工作频率，并且增大了发热面积，提高了加热效率，加热更为均匀，由平面螺旋接收线圈2提供电能。
所述的立体螺旋发射线圈1直径略大于平面螺旋接收线圈2，这样几乎相同尺寸的平面螺旋接收线圈2能更容易的达到所需的谐振要求，平面螺旋接收线圈2则更好的节省了空间。其中立体螺旋发射线圈1为一个绕制成立体螺旋的线圈，进一步增大了线圈的电感，提高了发射功率。
所述控制电路13包括信号发生电路5、功率放大电路、温控装置、传感开关；电源线14通过温控装置、传感开关与信号发生电路5相连，信号发生电路5的输出与功率放大电路相连，功率放大电路输出与立体螺旋发射线圈1相连。
所述传感开关主要包括红外光发射管8、光电三极管7和电磁继电器S2，其中红外光发射管8与光电三极管7置于套筒筒体20的套筒内壁11上部；一旦加热奶瓶放到无线电能发射套筒中，奶瓶瓶体17阻挡了红外光发射管8发射的一定波长的红外线，导致光电三极管VT无法接受到红外线，便给信号发生电路接通电源，立体螺旋发射线圈1发射电能，检测更精确。
所述温控装置主要包括555芯片6、双向晶闸管VS、热敏电阻3、调温电阻4及工作指示发光二极管VD4，其中热敏电阻3置于套筒筒体20底部。
热敏电阻3采用负温度系数的电阻，安装在无线电能发射套筒与奶瓶接触的表面，能够更精确的监测奶瓶中牛奶的温度。考虑到断电后的加热惯性，故牛奶的真实温度会与设定的温度有1%的误差，但这不会影响使用，牛奶温度还会在设定的39℃—42℃适合婴儿饮用的范围内。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种基于无线电能传输的无线加热奶瓶，其特征在于：包括无线电能发射套筒、加热奶瓶；
所述无线电能发射套筒包括套筒外壳（9）、套筒筒体（20）、立体螺旋发射线圈（1）、底座（12）、控制电路（13）；所述套筒外壳（9）包裹在套筒筒体（20）外，位于套筒外壳（9）与套筒筒体（20）之间且在套筒筒体（20）的套筒筒体外壁（10）上缠绕着立体螺旋发射线圈（1），底座（12）位于套筒筒体（20）的底部，底座（12）内部设有通过电源线（14）与外部电源相连的控制电路（13）；
所述加热奶瓶包括平面螺旋接收线圈（2）、奶嘴（15）、碳纤维加热线圈（16）、瓶体（17）、聚合物外壳（19）；所述聚合物外壳（19）包裹在瓶体（17）外，在聚合物外壳（19）与瓶体（17）的瓶体外壁（18）之间缠有碳纤维加热线圈（16），平面螺旋接收线圈（2）设置在瓶体（17）底部，平面螺旋接收线圈（2）与碳纤维加热线圈（16）相连。
2.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的无线加热奶瓶，其特征在于：所述碳纤维加热线圈（16）采用立体双螺旋反向缠绕方法缠绕在聚合物外壳（19）与瓶体外壁（18）之间。
3.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的无线加热奶瓶，其特征在于：所述控制电路（13）包括信号发生电路（5）、功率放大电路、温控装置、传感开关；电源线（14）通过温控装置、传感开关与信号发生电路（5）相连，信号发生电路（5）的输出与功率放大电路相连，功率放大电路输出与立体螺旋发射线圈（1）相连。
4.根据权利要求3所述的基于无线电能传输的无线加热奶瓶，其特征在于：所述传感开关主要包括红外光发射管（8）、光电三极管（7）和电磁继电器S2，其中红外光发射管（8）与光电三极管（7）置于套筒筒体（20）的套筒内壁（11）上部；
所述温控装置主要包括555芯片（6）、双向晶闸管VS、热敏电阻（3）、调温电阻（4）及工作指示发光二极管VD4，其中热敏电阻（3）置于套筒筒体（20）底部。
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