CN107231705A - 一种具有减少电磁场辐射的改进加热电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加热电器，该电器包括毯子，分布在毯子内部的加热元件，和一功率控制单元，功率控制单元的一侧电连接到加热元件，另一侧通过电源插头电连到交流电源供电网络的电源插座。该加热电器的特征在于，这个功率控制单元至少包括一检测装置，该检测装置适用于检测所述电源插头已经插入到交流电源的所述电源插座中的极化方向。以这种方式，本发明的加热电器能够确保经济和高效的方式，使电器自身产生的电场低于其他连接配置到电网中的电器产生的电场。

Description

一种具有减少电磁场辐射的改进加热电器

技术领域

本发明涉及加热电器领域，例如电热毯、加热板、加热垫和类似的加热电器，特别地本发明涉及这种加热电器具有一个或多个电子部件，该电子部件能够允许用户更方便地使用带有一减少电场辐射的毯子。

背景技术

电热毯、加热板、加热垫和类似产品早已为人所知，并且大体上包括一加热控制单元和一操作单元，操作单元电连到其每个加热区域。这两个单元能够以永久的方式彼此连接，或者它们是分离的并通过最终配置有连接器的互联电缆电连接。操作单元大体上包括一毯子，例如包含纺织材料，和一线性加热单元，分布在毯子内部并由一个或者多个导体组成，大多数具有蛇形形状，其具有一路径以至于体现，或者相反隐藏，毯子的弯曲。此外也已知，适用于双人床的毯子的每半边是有用地采用两个分开的操作单元，以允许床上的两个的成员的每一个单独的管理它自己的操作单元。

通常，加热单元包括一第一同轴导体和一第二同轴导体，其中，第一导体设置在螺旋体内并围绕一电绝缘芯，并且其中第二导体卷入螺旋体并围绕第一导体，且其中插入电绝缘材料；整个装置被电绝缘材料制成的外涂层进一步包围。热量是通过焦耳效应在导体中产生的，并且从这里被分布到毯子中。

从常规角度来说亦是总所周知的，技术委员会更新了电器安全标准，这导致了电器安全标准的改变。在IEC 62233标准中，涉及到磁场辐射限额的控制，通常以微特斯拉进行测量。此外，为了减少所述磁场辐射，相当于图1中所示的作为本专利的方案的电路在本领域中是已知的。然而，除了磁场辐射以外，电场辐射问题是进一步相关的，通常以伏特每米测量，即使当用户在一工作电压小于250伏特，频率限定在家庭电网(通常为50或60赫兹)的主电源上使用电器时，其不显示出安全问题，有时仍会激发令人不快的滋扰，甚至会激发一些恐惧，当人们使用电热毯的体验到静电类型时，他们不了解其技术原因。当一种特定的环境状况发生时，这种不适会成指数级的增加，例如在一特别低的相对湿度值(例如只有50％)的环境，或者当生成的电场值超过限定值，例如60伏特每米。

当两个用户同时使用在双人床上使用一条毯子，该毯子包含两个分离的操作单元并且该单元中的一个处于关闭位置，上述提到的问题会被放大。事实上，有可能在左手边用户的操作单元是关闭的时候，他/她在床上触摸了右手边的用户，而右手边的用户，相反的，正在使用其操作单元加热她/他的床边部分，这时，左手边的用户感觉到了电击(类似于静电电流)。这种现象引起了关于产品质量印象的投诉和负面影响。

事实上，通常，加热电器是通过线缆连接到交流电的电源插座，其中线缆止于插入插座中的插头。电流通常被分成两条线，依次为“火”线和“零”线，其中后者线路相对于地面的电压或者电位差几乎为零，而“火”线具有一交流电压，其值取决于电力输送网络，特别地，在欧洲或者其他国家为230伏特，在美国为115伏特，在日本为100伏特等。

在某些国家，例如英国、澳大利亚或者美国，供电电网的插头/插座对被极化。为此，在这些国家，可以采用生产适当的装置以确保火线和零线的导体分别以这样的方式连接，使得由加热电器的产生的电场热量最小化、低于用户可感知的感知阈值水平，从而消除对用户的各种不便。

相反的，在某些其他国家，例如许多欧洲国家或者韩国，供电电网的插头/插座对，特别是经认证的最大电流为2.5安培的插头型号，没有被极化。由此火线和零线的导体分别地随机连接到插头端，并且由此连接到控制电路和加热设备。

作为这种随机连接的结果，由加热设备产生的电场将取决于插头插入插座的方向，即在插头连接的方向上其将更大，当插头连接相反连接方向时将会更小。

为此，当产品由非极化的电源插头供电时，不可能获取与在极化供电插头使用情况下相同的效益，除非使用的是在已知的技术领域是精密的、非常复杂的和昂贵的系统，这涉及到电导线网络的使用，被分布在整个毯子并通过一个特定导体功能性连接到地面，使之能够显著减少或重置电场或磁场辐射。

例如，公开号为US 5173587的美国专利描述了一电加热装置，例如电热毯，连接到一种检查装置，该检查装置能够确定电源插头被插入到交流电源插座的极化方向。这种检查装置是非常复杂的系统，它包括相当大量的元件组成，因此导致其成本非常昂贵、并且难以实现和会遭受故障。所引用的专利公开了如何在电热毯上保持负电位，而不管电源插头如何插入到插座中。然而，其中描述的电热毯仅以一种极性，特别是在负极性上工作。

为了克服该现象的随机性，如果电器的连接方向是产生最小的电场方向，则必须以简单和经济的方式向用户提供此信息。

为此，本专利申请的申请人已经注意到需要向用户提供这样的信息，其与插头正确插入插座以产生最小电场有关。

发明内容

在第一方面，本发明涉及一种如权利要求1所述的热设备。

本申请的申请人事实上令人惊讶地发现了一种加热电器，包括一毯子和至少一个分布在毯子内的加热元件，以及一功率控制单元，所述功率控制单元的一端电连到所述加热元件，并且所述功率控制单元的另一端通过一电源插头连接到交流电源供电网络的电源插座，并且其中包含在所述毯子内的所述加热元件由交流电源的正相和负相一起供电，其中所述加热电器，其特征在于，所述功率控制单元包括：至少一个检查装置，用于检测所述电源插头已经被插入交流电源的所述电源插座的极化方向，以能够最小化产生的电场，以确保加热电器对于任何用的经济性和高效的安全性。

事实上，鉴于本发明的加热电器以双极性，正极性和负极性，工作的事实，并且由于这种装置的使用能够确定电源插头插入电源插座的插入方向，可以设置所述功率控制单元，使得通过加热装置，适当地连接火线和零线，产生最小电场，从而减少了用户在本领域已知的加热设备中体会到上述触电的感觉。

为了获取这种电场的减小效果，重要的是电热毯被直接送电。

结果，如果电源插头在插座中的插入方向正确，则向用户通知，这意味着在哪根电线上是火线正在运行，在那根线上零线正在运行；在这种插入方向不正确的情况下，用户可以将插头反方向插入。

在本文中和附属权利要求中的术语“加热设备”主要地旨在一电器，但不是排他地旨在加热床或者在床上的人，例如电热毯、加热板、加热垫或者类似的加热电器，它们具有基本上平坦的形状和任何尺寸，其用于全完盖住床或者床的一部分或者身体的一部分或者地板的一部分。

优选的，所述加热电器为一电热毯。

优选的，所述毯子通过第一电缆部件连接到所述功率控制单元上，所述功率控制单元又通过一第二电线部件连接到所述电源插头。

优选的，所述电流通过一第一交流电源供电线(A)和一第二交流电源供电线(B)从所述电源插座分配到所述加热电器；所述第一交流电源供电线(A)亦称之为“火”线并呈现出取决于配电网络的一交流电压值；所述第二交流电源供电线(B)亦称之为“零”线并呈现出相对于地面几乎等于零的电压或电位差。

通过这种方式，当“火”线A连接，甚至直接或者通过一低阻抗电路连接到分布在毯子内部的加热元件时，与直接或通过低阻抗电路连接到相同加热元件的“零”线相比，由加热电器产生的电场相对较高。

因此，当零线，即使直接或者通过低阻抗电路连接到加热元件时，也能获得最佳状态。

优选的，所述加热设备由交流电压低于250伏特并且具有例如50赫兹或者60赫兹的频率的电源供电。

通过这种方式，尽管电压的频率是一个非常重要的参数，用于决定通过这种电压产生的电场，只要电源电压频率为50赫兹或者60赫兹，其为几乎所有国家使用的电压频率，这将不会影响本发明，因此发现其应用于所有实际使用的电网频率。

优选的，所述功率控制单元还包括一控制功率控制器，所述功率控制器控制提供给一插入所述毯子的加热电阻器的功率。

优选的，所述功率控制单元还包括一双极性主开关，所述双极性主开关能够所连接/断开述第一交流电源供电线(A)和第二交流电源供电线(B)往来于所述功率控制器的连接。

优选的，所述主开关由电机、电子或机电混合技术构成。

通过这种方式，单元控制模块内部布线是固定的，因此加热电阻器相对于从交流电源到电源线A和B的终端的连接方向是同样固定的，并且这仅取决于用户将电源插头插入到墙上插座的方向。

优选的，所述检测装置是一电子电路。更优选的，所述电子电路的一侧通过一第一端子连接到一分支，分支连接所述功率控制器至所述毛毯的所述加热电阻器，而在另一侧，通过一第二端子连接到所述交流电源供电线(A)。更优选的所述电路也通过一第三端子连接所述第二交流电源电源供电线(B)。

通过这种方式，连接到加热电器的用于非常小的电流的所述第一端子，作为通过加热电器由于散布到地面的电流的结果而用作接地连接。

优选地，所述检查装置连接到警告系统，所述警告系统提供关于到电网连接电毯的配置状态的发光、声音或图形类型的指示。

优选的，所述告警系统由连接到霓虹灯或LED灯上，或由霓虹灯或LED灯构成，其中霓虹灯或LED灯能够发射光信号。

在第一个实施例中，这种电路由霓虹构成。在这种方式中，如果所述第三端子连接到所述交流电网的供电“火”线上，那么在欧洲典型供电网络使用中，所述第三端子自身承受于相对于地面的230伏特交流电。但是，相同的概念也适用于较低电压的交流网络，例如美国的115伏特交流电或者日本的100伏特交流电。

通过这种方式，当所述主开关的所有两级都打开时，在霓虹灯的端子处将存在足以产生电流的电势差，即电压，以尽管很小但足以接通霓虹灯的电流，并因此指示第三端子“接通”。

相反，如果第三端子连接到供电交流电网络的“零”线，这样第三端子承受相对于地面几乎为零的电压。因此当所述主开关的两极都打开时，在灯的端子处的电压将不足以产生任何电流，并且因此霓虹灯将任然保持关闭，从而指示第三端子不“接通”。

在第二实施例中，这种电路由与电阻串联的一个LED灯组成。

如上所述，当所述主开关的两端都打开时，如果第三端子连接到交流网络的“火”线，则由LED和串联的电阻构成的电路端子处的电位差也将在本实施例中成立。该电压将允许通过电阻限流的电流通过LED，该电流将打开LED并且因此将会提供第三端子“接通”的指示。相反地，如果第三端子连接到交流网络中的“零”线，在电路中将不会存在电势差，并且因此没有电流流动，并且LED将仍然保持关闭，由此指示该第三端子不“接通”。

优选的，所述LED可以连接到一个二极管上。

以这种方式，二极管是必要的，以防止LED上的反向电压损坏LED本身，并且因此如果LED是抵抗所施加的反向电压而没有任何损坏的型号，则上述方案是可选的。

因此，通过使用所述电路，可以以如下方式起作用：加热电器的加热电阻优选地连接到交流网络的“零”线(灯“关闭”)。以这种方式，由毯子产生的电场将会显著低于当加热电阻连接到交流电网络“火”线时由相同加热电器产生的电场。

优选的，所述加热电器还包括插入在所述主开关和所述功率控制器之间的极性交换器；优选的，所述极性交换器还连接到所述检查装置。

以这种方式，无论情况如何，可以建立到网络的连接，以便总是在的毯子上产生最小的电场。

在第二方面，本发明涉及如权利要求9所述的方法。

本申请的申请人事实上具有一个令人惊讶的发现：用于确定到如上所述的加热电器的电网连接状态的方法和步骤是最优的，或者如果可以被优化，该方法包括以下步骤：

步骤a：通过所述检查装置定量的检测监测电流通路；

步骤b：向所述功率控制单元传输关于与由此检测的电流流量信息；

步骤c：检测该检测电流流量是否是确保产生最小电场；

步骤d：根据检测，警示用户所述电源插座插入交流电源的所述电源插头的方向颠倒的可能，以能够最小化产生的电场，确保对任何加热电器的使用者来说经济、高效和有效的安全。

事实上，根据由这种检查装置检查到的情况，可以通知用户电源插头是否以正确的方式插入，并且最终反转电源插头插入插座的这种情况，以便使得产生的电场最小化。

优选的，所述方法还包括交换极性的步骤，以确保网络连接总是设置为会产生最小的电场。

通过这种方式，系统能够正确的识别出哪个是在供电线A和B端子之间的最佳的可能的连接，并因此操作交换极性交换器，以这样的方式总是建立到网络的连接，以便在加热电器上产生最小的电场。

附图说明

附图说明通过阅读以下对优选实施例的详细描述，但不是排他性的，仅通过非限制性示例，在附图的支持下，本发明的其它特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是根据本发明的一种加热电器连接到电流供电电源插座的实施例的示例图；

图2是在图1中在第一实施例中加热电器功率控制单元的详细描述；

图2A是图2中控制模块102的分解图，其中开关元件140在三个不同的实施例中突出显示；

图2B展示了一实施例，其中展示了连接交流网络的火线/零线类型；

图2C展示了另一个实施例，其中展示了连接交流网络的火线/零线，其与图2B中的那个相反；

图3详细地展示出了检测设备的第一实施例，检测设备包含在图2中展示的加热电器的功率控制单元内；

图4详细地展示出了检测设备的第二实施例，检测设备包含在图2中展示的加热电器的功率控制单元内；

图5详细地展示了在图1中展示的加热电器的功率控制单元的第二实施例，其中一极性转换器是可见的；

图6详细地展示了形成检测装置的模块，检测装置包含在图5所示的加热电器的功率模制单元内部，或者在当端子114未连接时图2中的一个。

具体实施步骤

下面结合附图和加热电器的具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

图1描述了，一覆盖在双人床10上的电热毯，并且电热毯通过第一电缆部件14连接到控制电路11，控制电路11又经过第二电缆部件15连接到插头12，插头12插入交流电源的电源插座13上；其具有双极性：正极和负极。电热毯10由例如频率为50或60赫兹频率的交流电压供电。

在插座13内，电流分别配有两条电源线：“火线”A线和“零线”B线；其中后者呈现出相对于地面几乎为零的电压或者电位差。而“火线”A线则呈现出交流电电压值，电压值取决于供电网络，其在欧洲和许多国家是230伏特、在美国为115伏特，在日本为100伏特。

特别地，在图2所示，已经发现：在图1中示出的控制电路11的放大电路中，当火线A线连接，甚至直接地或通过一低阻抗电路连接到包含在电热毯10的织物层内的电阻器加热线200时，由毯子10产生的电场将相对地大于，零线B线连接，甚至直接的或者通过一低阻抗电路连接到相同的加热线200产生的电场。

再次参考图2，电源控制单元11还包括一功率控制器102，功率控制器102控制输送到加热元件200的功率，加热元件200插入在毯子10内部；以及一双极性类型的主开关101，主开关101能够分别地连接/断开第一交流电源供电线15A和第二交流电源供电线15B往来于该功率控制器102。此外，功率控制单元11包含一检查装置103，检查装置103能够检测所述电源插头12插入到交流电源13的所述电源插座的极化方向。检查装置103在一侧上通过第一端子113连接到一分支，该分支通过线缆部件14A连接功率控制器102到毯子10的加热电阻200上，并且在另一侧上通过第二端子122连接到第一交流电源供电线15A上，并且通过第三端子111连接到第二交流电源供电线15B上。

在图2A中，图2的功率控制器102的细节被展示出来，包括电流中断模块140和表示管理当前中断模块140的模块145。

电流终端模块140可以通过电触点实现，如框图140A中所示；或者电子地由框图140B指示的SCR类型的设备实现；或者通过框图140C指示的TRIAC(三端双向可控硅开关元件)类型方式。框图140A、140B和140C中的每一个允许实现在电热毯中的单极中断。

图2B中示出了案例，其中在图2A中示出电流中断模块140连接到火线，然而在图2C中，这种电流终端模块140连接到零线上。电热毯10能够在一方面其连接到火线的时刻产生电场辐射，并且另一方面，到零线的连接被中断。这会产生一个问题，因此有必要的是当毯子以单极方式关闭时，到火线的连接是一种中断的连接。在电热毯模块140关闭时，哪个连接被中断是不能被知晓的，本发明允许由于检查装置103的存在而解决了当前问题。

正如在图3中详细展示的，检查装置103是一种电路，电路连接到与电阻器121串联的霓虹灯120构成的告警系统的。在这种情况下，在欧洲使用的典型供电网路中，如果第三端子111连接到交流电网络的“火”线上，第三端子111自身承受相对于地的230伏特交流电压。然而相同的概念也适用于较低电压交流网络，例如美国的115伏特交流电或者日本的100伏特交流电。

通过这种方式，当主开关101的两个端子全部打开时，在霓虹灯120的端子处将会出现一电势差，即电压，其足以产生虽然很小但是足以导通这样一个霓虹灯120的电流，从而指示第三端子111是“接通”的。

相反的，如果第三端子111连接到交流电源网络的“零”线，该第三端子111将承受到相对于地面几乎为零的电压。因而，当主开关101的两个端子都打开时，在霓虹灯120处的端子的电压将不会足以产生任何电流，并且因此霓虹灯120将保持关闭，由此预示着第三接线端子111不是“接通”的。

参考图4，示出了检测装置103的另一个实施例，检测装置103由串联电阻器装置124的LED 122构成。同样地，在该实施例中，当主开关101的两个端子均打开时，类似地参考在图3中示出的上述霓虹灯120，如果第三端子111连接到交流电网络的“火”线A线，在电路103上的端子将会产生电位差，其中电路103由串联电阻器124的LED 122构成。该电压将会允许电流通过LED 122，并被限制于电阻器124；该电流将会打开LED 122并且因此将会提供第三端子111被“接通”的指示。相反的，如果第三端子111连接到交流电网络的“零”线B线上，在电路中将不会产生电位差，并且因此没有电流流动，并且LED122将保持关闭，从而指示该第三端子111不被“接通”。

LED 122连接有二极管123，其允许防止LED 122上的反向电压损坏LED 122自身。如果LED 122是承受所施加的反向电压并不损坏的类型，该二极管123是可选的。

因此，通过使用电路103，然后可以以如下方式起作用：加热电器10的加热电阻200优选地连接到供电交流电网络(灯120或LED 122“关闭”)“零”线B线上。通过这种方式，当加热电阻200连接到交流电源网络供电“火”线A线上时，由毯子10产生的电场将会显著低于由相同加热设备产生的电场。

参考图5，其展示了控制电路11的另一个实施例，进一步包括一极性交换器104，插入在主开关101和功率控制器102之间，此外，极性交换器104还连接到检测装置103，以便在通过这种方式建立连接以在毯子10上产生最小电场。

在图6中，更详细地示出了在图5中示出的加热电器的功率控制单元11的检测装置103；特别地，检测装置103包含一第一电流检测模块151，该模块测量端子111和113之间的电流；第二电流检测模块152，该模块测量端子112和113之间的电流。此外由控制系统154控制的连接选择器153，将电流检测电路151或152或两者适当地连接到端子113。最后，一显示系统155，提供关于控制单元到电源连接配置状态的，或者她是最佳的还是优化的，优选地明亮的、但也有可能是声音或图形的指示。

控制系统154可以包括一个复杂的控制电路，通过模拟和/或数字技术，或者简单的是线束实现。如此一个控制系统154适用于：a)激活选择器153以将电流检测电路151和/或电流检测电路152连接到端子113；b)从电流检测电路151和/或从电流检测电路152接收信息；c)开发信息，以及d)将其发送到显示系统155。

在图6中，还示出了块156，如果需要，可用于向检查装置103内部的所有或一些电子电路提供电源电压VCC和/或VEE。

当然，优选实施例的许多修改和改变对本领域的技术人员将是显而易见的，并仍将包含在本发明的范围之内。

因此，本发明并不限于所描述的优选的实施方案中，仅通过举例的方式而不是限制性的说明，但由以下权利要求限定。

Claims (10)

1.一种加热电器(1)，包括一毯子(10)和一分布在毯子(10)内的加热元件(200)，以及一功率控制单元(11)，所述功率控制单元(11)的一端电连接到所述加热元件(200)，所述功率控制单元(11)的另一端通过一电源插头(12)连接到交流电供电网络的电源插座(13)，以及其中包含在所述毯子(10)内的所述加热元件(200)由交流电源的正相和负相一起供电，其中所述加热电器(1)的特征在于，所述功率控制单元(11)包括：至少一个检查装置(103)，所述检查装置(103)适用于检测所述电源插头(12)已经被插入交流电源的所述电源插座(13)的极化方向。

2.根据权利要求1所述的加热电器，其特征在于，所述毯子(10)通过第一电缆部件(14)连接到所述功率控制单元(11)上，所述功率控制单元又通过一第二电缆部件(15)连接到所述电源插头(12)。

3.根据权利要求1或2所述的加热电器，其特征在于，电流通过一第一交流电源供电线(A)和一第二交流电源供电线(B)从所述电源插座(13)输送到所述加热电器(1)；所述第一交流电源供电线(A)亦称之为“火”线并呈现出一交流电压值，交流电压值取决于配电网络；所述第二交流电源供电线(B)亦称之为“零”线并呈现出相对于地面几乎为零的电压或电位差。

4.根据权利要求3所述的加热电器，其特征在于，所述功率控制单元(11)还包括一控制功率控制器(102)，所述功率控制器(102)控制提供给一加热电阻器(200)的功率，其中加热电阻器被插入所述毯子(10)；和一双极性主开关(101)，所述双极性主开关(101)能够同时连接/断开所述第一交流电源供电线(A)和所述第二交流电源供电线(B)往来于所述功率控制器(102)的连接；其中所述检查装置(103)的一侧通过一第一端子(113)连接到一分支，分支连接所述功率功率控制器(102)与所述加热电阻器(200)，并在另一侧，通过一第二端子(112)连接到所述交流电源供电线(A)以及通过一第三端子(111)连接到所述第二交流电源电源供电线(B)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的加热电器，其特征在于，所述检查装置(103)是一电子电路。

6.根据前述权利要求中任一项所述的加热电器，其特征在于，所述检查装置(103)连接到关于所述毯子(10)连接到电网的配置状态的一告警系统(155)上，所述告警系统(155)提供发光、声音或者图形类型的指示。

7.根据权利要求6所述的加热电器，其特征在于，所述告警系统(155)由一霓虹灯(102)或一LED(122)构成，或者连接到一霓虹灯(102)或一LED(122)，霓虹灯(102)或LED(122)可能连接到一个二极管(123)上，二极管能够防止所述LED(122)的损坏。

8.根据前述权利要求中任一项所述的加热电器，还包括：一极性交换器(104)，所述极性交换器(104)插入在所述主开关(101)和所述功率控制器(102)之间并且亦连接到所述检查装置(103)，通过这种方式建立网络连接，以便在毯子(10)上产生最小的电场。

9.用于确定加热设备(1)与电网连接状态的方法，包括一毯子(10)和一分布在毯子(10)内的加热元件(100)，和一功率控制单元(11)，所述功率控制单元(11)的一端电连到所述加热元件(200)，所述功率控制单元(11)的另一端通过一电源插头(12)连接到交流电源供电网络的电源插座(13)，其中所述功率控制单元(11)包括至少一个检查装置(103)，所述检查装置(103)适用于检测所述电源插头(12)已经被插入交流电源的所述电源插座(13)的极化方向，其中，所述方法包括下述步骤：

步骤a：通过所述检查装置(103)定量的检测电流通路；

步骤b：向所述功率控制单元(11)传输关于与由此检测的电流量信息；

步骤c：检测该检测电流量是否确保产生最小电场；

步骤d：根据检测，警示用户所述电源插头(12)插入到所述交流电源(13)的所述电源插座(13)的方向颠倒的可能。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括交换极性(104)以保证电网连接总是产生最小电场的方法。