CN108712790A - 一种电路布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电路布置方法，所述方法是：提供若干个长度相等，且线路宽度为w₁的发热体，布置于长为nl，宽为ml(其中m≤n)的待加热平面，所述待加热平面的其中一条边上设置有电源的正负极接触端口，将所述若干个发热体自电源的正极至电源的负极，并由外向内地以环路形式布置于所述待加热平面，且相邻的两个发热体环路之间的间隔为w₂，使得每一个环路的长度均相等。通过本技术方案，能够实现使得被加热物体加热均匀，从而实现相关需求和保证加热效果的稳定。

Description

一种电路布置方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种电路布置方法。

背景技术

在工业、农业、科学研究、以及日常生活中，都广泛应用到加热。加热主要有直接和间接加热两种。直接热源加热是将热能直接加于物料，如烟道气加热、电流加热和太阳辐射能加热等。间接热源加热是将上述直接热源的热能加于一中间载热体，然后由中间载热体将热能再传给物料，如蒸汽加热、热水加热、矿物油加热等。直接加热由于无需复杂的载热体管道，因而结构简单、使用方便、成本低廉，在日常的生活和生产中应用更为广泛。

当今，电力系统分布广泛而且成熟，使用电力加热是最便捷、最简单的。其中，电阻加热是最简单基于电力的加热方法，可加热金属、熔融金属或非金属，效率几乎可达到100％，同时工作温度可达到2000℃。故而可应用于高温加热，也可应用于低温加热。由于其可控性和快速升温的特性，电阻加热应用于从加热熔融金属到加热食物的方方面面。

电阻加热也可分为直接电热和间接电热两种。直接电热法是指使电流通过被加热物体本身，利用被加热物体本身的电阻发热而达到加热目的。利用直接电热法加热的物体，其本身必须具有一定的电阻值，本身电阻值太小或太大都不适宜采用直接电热法。间接电热法是电流使电热元件产生热量，再利用不同的传热方式(辐射、对流及传导)将热量传送到被加热物体中。这种间接电热形式是如今使用较为广泛的一种加热形式，主要用来加热和干燥物体。小至电吹风，大至电阻炉，都广泛采用这种间接电热法。

间接电阻加热中使用的电热元件主要有电阻丝、热敏电阻(PTC)、电热膜等。但是不管是采用传统的电阻丝加热，还是采用蚀刻或印刷的发热膜加热，要实现在平面或者曲面上均匀加热就必须对发热电路的布局进行巧妙设计。否则，将会发生加热温度不均匀、以及局部过热的现象，甚至引发安全隐患。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明所实现的技术目的是提供一种能够实现使得被加热物体均匀加热的电路布置方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案内容具体如下：

一种电路布置方法，所述方法是：

提供若干个长度相等，且线路宽度为w₁的发热体，布置于长为nl，宽为ml(其中m≤n)的待加热平面，所述待加热平面的其中一条边上设置有电源的正负极接触端口，将所述若干个发热体自电源的正极至电源的负极，并由外向内地以环路形式布置于所述待加热平面，且相邻的两个发热体环路之间的间隔为w₂，使得每一个环路的长度均相等。

需要说明的是，为解决加热不均的技术问题，发明人在本技术方案中一方面只需要在一端设置电源的正负极，方便接电；另一方面将若干条长度相同的发热体均匀等距地布置于待加热平面，可以使得每个发热体发热量相同，而且每个发热体之间具有一定间距，可以使得待加热平面被均匀地加热，从而通过巧妙地电路布置设计方法实现了在平面或者曲面上均匀加热。

需要说明的是，若发热体是发热电路，本方案设其宽度为w₁；而若发热体是电热丝，则设其直径为w₁。

优选地，所述方法包括折叠步骤，所述折叠方法为：将第一个发热体沿着所述待加热平面的边进行布置，并形成第一个环路D₁；然后将第二个发热体沿所述D₁的边继续布置形成第二个环路D₂，所述D₂存在至少一条边的发热体形成方向朝所述待加热平面内部的折叠部，使得D₂的长度与D₁的长度相等；以此方式继续布置，形成第三个环路，第四个环路……直到所述待加热平面被若干个所述发热体完全布满。

需要说明的是，在一种优选的实施方式当中，将各个发热体采用环路的形式进行设置从布置上更为便捷。相较于其他设置方式需要设置多个电源的接口，采用环路的形式布置，只需要设置一个电源的正负极接触端口，结构更为简单，布置方法更为方便。

更优选地，所述折叠部是沿所述待加热平面的折叠轴设置的。

在一些实施方式中，所述折叠轴是所述待加热平面的对称轴。

在一些实施方式中，所述折叠轴是所述待加热平面的较长对称轴。

需要说明的是，由于需要保证内环的发热体的铺设长度与外环的发热体的铺设长度相等。因此处于内环的发热体需要通过折叠的方式形成折叠部，以满足铺设长度相等的需要。在一种优选实施方式当中，内环的发热体是沿着一个或多个轴所折叠的，即换句话说，折叠所形成的折叠部是沿所述待加热平面的折叠轴设置的。通过按折叠轴设置，可以整齐地对发热体进行布置，方便下一个发热体的布置，形成完整的布置线路。在更优选的实施方式当中，所述折叠轴即为所述待加热平面的对称轴，更优选为较长的那一条对称轴，可以使得折叠方案更为容易实现，避免杂乱铺设形成的无法完成铺设的问题。

在一些实施方式中，所述折叠部仅于所述环路的其中一条边上。

在一些实施方式中，所述全部折叠部均沿所述待加热平面同一方向设置。

需要说明的是，所述折叠部仅于所述环路的其中一条边上也是为了铺设方便和后续铺设的完整。另外，所述全部折叠部均沿所述待加热平面同一方向设置更能够实现上述技术效果。所谓同一方向，举例来说，若矩形待加热平面的两组对边为a和b、c和d，则同一方向指的是均为a→b向或均为b→a向，或均为c→d向或均为d→c向。

更优选地，所述待加热平面由外往内数第s个环路的折叠部的长度Rs为：

其中，△L为两个相邻环路的路径长度差值，且

ΔL＝8(w₁+w₂)。

需要说明的是，为准确进行折叠，形成准确的折叠部，以确保处于内环的发热体铺设长度与外环发热体的铺设长度相等，并且方便后续环路更准确的铺设。在一种优选的实施方式当中，发明人在根据发热体结构以及布置特点进行了考虑，认为折叠长度采用上述公式的计算方式得出的，能够适合于本技术方案，以实现更好、更准确地铺设。

更优选地，所述方法还包括二次折叠步骤，其包括将相邻折叠部之间按w₂的间隔进行折叠。

需要说明的是，在可能出现的情况当中，在按上述方式进行第一次折叠后，可能会出现相邻的环路的间距大于w₂或小于w₂的情况，此时需要对间隔不为w₂的铺设进行修正，以确保间隔相同，使得受热更为均匀。

更优选地，所述二次折叠的方法具体包括：

将所述折叠部中整段距离相邻折叠部间距大于w₂的边沿所述折叠轴的垂直方向进行折叠，所述二次折叠的折叠长度Rs”规则如下：

R″₁＝0

R″₂＝0

R″_s＝2(w₁+w₂)(s>2)。

需要说明的是，为准确进行二次折叠，形成准确的折叠部，以确保处于内环的发热体铺设长度与外环发热体的铺设长度相等，并且方便后续环路更准确的铺设。在一种优选的实施方式当中，发明人在根据发热体结构以及布置特点进行了考虑，认为在二次折叠的时候，折叠长度采用上述公式的计算方式得出的，能够适合于本技术方案，以实现更好、更准确地铺设。

更优选地，所述方法还包括三次折叠步骤，设当环路数量为S个时为所述待加热平面布置完成二次折叠步骤后的环路数量，此时第(S+1)个环路长度比第一个环路的长度短△L*S，将第(S+1)个环路在折叠轴垂直方向的边沿折叠轴垂直方向进行折叠，其折叠长度为：

第S+1个回路是最后一个环路，本次折叠主要是针对最后一个环路。此时剩余的空间，只能实现三次折叠才能实现不同环路等长。

因为真实的环路存在一定的线宽，这些线宽在转角的地方可能出现重复计算的问题，会出现一些与理论计算的偏差。因为理论计算是按环路的中轴线进行计算的。

需要说明的是，在依上述方法进行折叠之后，在可能出现的情况之中，靠近折叠部一侧的待加热平面已经布满了发热体，但在折叠部相对的一侧，则可能出现空白区域。为将所述空白区域铺设完全，在一种可选的实施方式当中，还包括三次折叠步骤。所述三次折叠，发热体可以与电源的进出端与上述方法一致，即进出端的发热体的边与上述铺设方向一致，然后三次折叠与二次折叠方向一致，即发热体在折叠轴垂直方向的边沿折叠轴垂直方向进行折叠。这样可以实现铺设的完全。

进一步地，发明人认为，所述三次折叠的长度近似为8(w₁+w₂)。

更优选地，所述方法还包括汇流折叠步骤，假设所述待加热平面还具有空白区域，则将各发热体沿折叠轴的垂直方向进行折叠，使得所述发热体充满所述待加热平面。

需要说明的是，在依上述方法进行折叠之后，在可能出现的情况之中，可能出现还剩有空白区域，但已经不足以在加入另一条相同长度的发热体的情况。为更好地实现等距铺设，所述方法还包括汇流折叠步骤，即将所有发热体在进出端的边沿折叠轴的垂直方向进行折叠，使得所述发热体充满所述待加热平面。这样可以实现待加热平面发热体铺设的完全。

更优选地，所述待加热平面上设有汇流条，所述汇流条与所述电源线路焊接；

在一些实施方式中，所述汇流条是高导电材质制成的；

在一些实施方式中，所述汇流条是铜带。

需要说明的是，汇流条可以是高导电材质，优选为铜带，因而不会因局部电流过大显著发热。

优选地，所述汇流条与所述发热电路粘接；

更优选地，所述汇流条与所述发热电路通过印刷导电浆料粘接；

进一步地，所述印刷导电浆料为为导电银胶。

需要说明的是，汇流条与发热电路的粘接可以通过印刷导电浆料，可以改善电流传导性。

优选地，所述方法中沿着所述待加热平面的边或环路进行布置是以直线条的形式实现的；

在一些实施方式中，所述待加热平面是矩形；

在一些实施方式中，所述发热体沿所述矩形待加热平面布置时，其转角位置采用倒圆角结构；

需要说明的是，转角位置采用倒圆角结构，其有益效果是可以防止发热体发折断，尤其发热体是发热丝的时候。

在一些实施方式中，所述发热体是发热电路或发热丝；

在一些实施方式中，所述w₁为10mm；所述w₂为5mm；

在一些实施方式中，所述发热电路为印刷的发热碳浆。

需要说明的是，在一种优选的实施方式中，所述w₁为10mm；所述w₂为5mm。采用此规格下的发热体宽度及铺设间距，其有益效果是在实现较为均匀的加热结果下，更少的使用发热材料，节省成本。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的电路布置方法，在本技术方案中一方面只需要在一端设置电源的正负极，方便接电；另一方面将若干条长度相同的发热体均匀等距地布置于待加热平面，可以使得每个发热体发热量相同，而且每个发热体之间具有一定间距，可以使得待加热平面被均匀地加热，从而通过巧妙地电路布置设计方法实现了在平面或者曲面上均匀加热；

2、本发明的电路布置方法，将各个发热体采用环路的形式进行设置从布置上更为便捷；相较于其他设置方式需要设置多个电源的接口，采用环路的形式布置，只需要设置一个电源的正负极接触端口，结构更为简单，布置方法更为方便；

3、本发明的电路布置方法，内环的发热体是沿着一个或多个轴所折叠的，即换句话说，折叠所形成的折叠部是沿所述待加热平面的折叠轴设置的。通过按折叠轴设置，可以整齐地对发热体进行布置，方便下一个发热体的布置，形成完整的布置线路；在更优选的实施方式当中，所述折叠轴即为所述待加热平面的对称轴，更优选为较长的那一条对称轴，可以使得折叠方案更为容易实现，避免杂乱铺设形成的无法完成铺设的问题；

4、本发明的电路布置方法，所述折叠部仅于所述环路的其中一条边上也是为了铺设方便和后续铺设的完整。另外，所述全部折叠部均沿所述待加热平面同一方向设置更能够实现上述技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的电路布置方法其中一种实施情况的第一个步骤的示意图；

图2为图1实施情况的第二个步骤的示意图；

图3为图1实施情况的第三个步骤的示意图；

图4为图1实施情况的第四个步骤的示意图；

图5为图1实施情况的第五个步骤的示意图；

图6为图1实施情况的第六个步骤的示意图；

图7为图1实施情况的第七个步骤的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

实施例1

一种电路布置方法，所述方法是：提供若干个长度相等，且线路宽度为w₁的发热体，布置于长为nl，宽为ml(其中m≤n)的待加热平面，所述待加热平面的其中一条边上设置有电源的正负极接触端口，将所述若干个发热体自电源的正极至电源的负极，并由外向内地以环路形式布置于所述待加热平面，且相邻的两个发热体环路之间的间隔为w₂，使得每一个环路的长度均相等。为解决加热不均的技术问题，发明人在本技术方案中一方面只需要在一端设置电源的正负极，方便接电；另一方面将若干条长度相同的发热体均匀等距地布置于待加热平面，可以使得每个发热体发热量相同，而且每个发热体之间具有一定间距，可以使得待加热平面被均匀地加热，从而通过巧妙地电路布置设计方法实现了在平面或者曲面上均匀加热。

实施例2

本实施例为本方法在其中一种铺设情况下的实施过程，以说明在其中一种实施情况下本方法的实现过程。下列所列举的情况和方法仅为本方案的一种情况下的优选实施方式，并不代表唯一实现手段。

如图1所示，提供一个需要均匀发热的矩形待加热平面1，设边长分别为ml，nl(其中m≤n)；使用的发热体，对于蚀刻或印刷的发热电路(对于采用印刷碳浆发热，其线路宽度可设定在10mm左右，使用效果较佳)，设其宽度为w₁(见图中黑色宽度)；对于电热丝，设其直径为w₁；对于发热体布置的间隔设为w₂(见图中白色间隙)，主要与加热均匀性有关(对于采用印刷碳浆发热，其线路间隔可设定在5mm左右，使用效果较佳)。为计算简单，优先的线路布置是沿着边布直线条，这样的布线简单且易于计算，并构成一个回路。将边条2作为汇流条布置的区域。沿着边布直线条的另一个优势是最节省电热材料，局部增加弯曲或折叠将增加长度，即如图所示。

从图1中可以看到，由于是同样的发热体导致内环的电阻将小于外环的电阻，因电阻正比于发热体的长度。两个相邻环路的路径长度差值△L计算如下：

ΔL＝8(w₁+w₂)

为使不同环路具有相同的长度，本设计将采用一个简单的折叠设计，在边条处进行如图2所示的折叠。折叠沿着x轴(即折叠轴)向对称展开，其折叠处沿y轴(即折叠轴的垂直方向)向间隔仍保持为w2。折叠的长度Rs(为第s个环，从外往内数)为：

这样一个密集布置的环路总数量S，如图3所示，计算如下：

(4S-2)(w₁+w₂)≤ml+w₂

取满足上述公式的最大整数即可得到环路总数量。注意如果采用上式得到的S进行密集布置，可能在垂直y轴向有额外的空隙，即间隔不是w₂。此时可以通过略微缩小长度为ml的边的长度，使所有y轴向间隔均为w2。此时，如果基材保持不变，意味着在边缘增加如图4所示的空白区3。

如图4所示，在进行上述折叠之后，在折叠部分其垂直x轴向线间隔不是w₂。此时需要按w₂的间隔设定进行二次折叠。

对应的二次折叠长度R_s”，按下式计算：

R″₁＝0

R″₂＝0

R″_s＝2(w₁+w₂)(s>2)

为了弥补二次折叠引起的环路长度变化，必要时可以依据计算结果微调。

在铺设到最多的，如上述方法所得到的环路数量S之后，可能会形成如在图4的空白区域，我们引出第(S+1)个回路，此时该回路比最外面的回路短△L*S，因而我们同样采用二次折叠的方法弥补长度，其折叠长度为：

需要说明的是，第S+1个回路是最后一个环路，它的折叠长度是不同的，因为受布置的空间限制。其折叠长度近似为8(w₁+w₂)。

具体折叠如图5所示。

在经过上述折叠步骤之后，很可能还会出现如图5所示的空白区域。剩下的空白区域，进行不改变长度的平移，线间隔固定为w₂。如图6所示，此时可在边条2上布置汇流条。

注意此时有可能出现垂直x轴向的间隔不为w₂的情况。若某条间隔大于w₂，可以通过略微缩小长度为nl的边的长度，使其间隔为w₂。此时，如果基材保持不变，意味着在边缘增加空白区。若某条间隔小于w₂，可以通过略微缩小第(S+1)个回路的折叠长度，使其间隔为w₂。尽管此时会引起第(S+1)个回路的路径长度与其它的有轻微差异，但是对温度的均匀性只有轻微的影响，可以忽略。

汇流条一般布置在边条2的虚框内，并在汇流条上焊上电源线。见图7，与标记为“+“、”-”的电源线直接相连的地方流过的电流是回路其它地方的(S+1)倍，因总数(S+1)个回路是并联的。此时，与标记为“+“、”-”的电源线直接相连的地方发热量将是回路其它地方的(S+1)的平方倍，因发热体的发热与流过的电流的平方成正比。这将会导致局部严重过热。因而在边条2的虚框内布置汇流条是更优的方案。汇流条可以是高导电的铜带，因而不会因局部电流过大显著发热。

布局简洁，可以通过简单的数学计算确定相应的回路的特征尺寸。并且，回路的长度较短，可显著节省发热材料，降低成本。同时，布置的汇流条也较短，并且较短的汇流条也方便粘贴操作，从而提高生产效率，降低成本。此外，电源线接入布置紧凑，方便其在穿戴、物联等场景使用。

本方法的设计也不限于发热领域，对于需要均匀分布的电磁应用领域，也可以使用这样一种设计。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种电路布置方法，其特征在于，所述方法是：

提供若干个长度相等，且线路宽度为w₁的发热体，布置于长为nl，宽为ml(其中m≤n)的待加热平面，所述待加热平面的其中一条边上设置有电源的正负极接触端口，将所述若干个发热体自电源的正极至电源的负极，并由外向内地以环路形式布置于所述待加热平面，且相邻的两个发热体环路之间的间隔为w₂，使得每一个环路的长度均相等。

2.如权利要求1所述的电路布置方法，其特征在于，所述方法包括折叠步骤，所述折叠方法为：将第一个发热体沿着所述待加热平面的边进行布置，并形成第一个环路D₁；然后将第二个发热体沿所述D₁的边继续布置形成第二个环路D₂，所述D₂存在至少一条边的发热体形成方向朝所述待加热平面内部的折叠部，使得D₂的长度与D₁的长度相等；以此方式继续布置，形成第三个环路，第四个环路……直到所述待加热平面被若干个所述发热体完全布满。

3.如权利要求2所述的电路布置方法，其特征在于，所述折叠部是沿所述待加热平面的折叠轴设置的；

优选地，所述折叠轴是所述待加热平面的对称轴；

更优选地，所述折叠轴是所述待加热平面的较长对称轴；

优选地，所述折叠部仅于所述环路的其中一条边上；

更优选地，所述全部折叠部均沿所述待加热平面同一方向设置。

4.如权利要求3所述的电路布置方法，其特征在于，所述待加热平面由外往内数第s个环路的折叠部的长度R_s为：

其中，△L为两个相邻环路的路径长度差值，且

ΔL＝8(w₁+w₂)。

5.如权利要求4所述的电路布置方法，其特征在于，所述方法还包括二次折叠步骤，其包括将相邻折叠部之间按w₂的间隔进行折叠。

6.如权利要求5所述的电路布置方法，其特征在于，所述二次折叠的方法具体包括：

将所述折叠部中整段距离相邻折叠部间距大于w₂的边沿所述折叠轴的垂直方向进行折叠，所述二次折叠的折叠长度R_s″规则如下：

R″₁＝0

R″₂＝0

R″_s＝2(w₁+w₂)(s>2)。

7.如权利要求6所述的电路布置方法，其特征在于，所述方法还包括三次折叠步骤，设当环路数量为S个时为所述待加热平面布置完成二次折叠步骤后的环路数量，此时第(S+1)个环路长度比第一个环路的长度短△L*S，将第(S+1)个环路在折叠轴垂直方向的边沿折叠轴垂直方向进行折叠，其折叠长度为：

8.如权利要求7所述的电路布置方法，其特征在于，所述方法还包括汇流折叠步骤，假设所述待加热平面还具有空白区域，则将各发热体沿折叠轴的垂直方向进行折叠，使得所述发热体充满所述待加热平面。

9.如权利要求8所述的电路布置方法，其特征在于，所述待加热平面上设有汇流条，所述汇流条与所述电源线路焊接；

优选地，所述汇流条是高导电材质制成的；

更优选地，所述汇流条是铜带；

优选地，所述汇流条与所述发热电路粘接；

更优选地，所述汇流条与所述发热电路通过印刷导电浆料粘接；

进一步地，所述印刷导电浆料为导电银胶。

10.如权利要求1-9任一项所述的电路布置方法，其特征在于，所述方法中沿着所述待加热平面的边或环路进行布置是以直线条的形式实现的；

优选地，所述待加热平面是矩形；

更优选地，所述发热体沿所述矩形待加热平面布置时，其转角位置采用倒圆角结构；

优选地，所述发热体是发热电路或发热丝；

更优选地，所述发热电路为印刷的发热碳浆；

优选地，所述w₁为10mm；所述w₂为5mm。