CN201910931U - 可控温度的隔离加热系统 - Google Patents
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Abstract
一种可控温度的隔离加热系统，它由电能发射部分、电能接收及发热部分两部分组成，其主要特征是：两部分完全独立且可分离，没有任何物理上的电路连接，电能发射部分将电能转化为磁能向外发射，在一定距离内，传递到电能接收部分，接收部分将磁能转化为电能给发热体供电使其发热，通过温控开关的通断来调节接收回路的谐振状态，以实现控温的效果，这种隔离系统可用作电热鞋、电热衣、电热毯及水下加热，它切断了电器的“尾巴”，电器没有牵挂，不仅安全，没有漏电和触电的危险，同时接收电路和发热体可以密封，是防水电器的最佳供电选择。
Description
技术领域
本发明涉及一种加热系统，特别是一种可控温度的隔离加热系统。
背景技术
众所周知，电是通过导线来传递的，电话、电灯、电视等等无一例外。电线的存在就意味着电器与外部电网是相连的，这是电器是危险的地方，一旦电线破损、裸露就可能会漏电，轻则损坏电器，重则引起火灾甚至危及人身安全。特别是一些发热设备，往往与人或动物有着紧密的联系或接触，比如，电热鞋就是一种包在人的脚上的电器，由于电线的牵挂，使用者不但没有自由，更多了一份触电的担心，又如鱼缸加热，加热棒置于水中，水是极易漏电的流体，电击鱼甚至电击人的事情屡见不鲜。
能否不用电线来传递电能，实现隔离加热？回答当然是肯定的！
发明内容
一种可控温度的隔离加热系统，它由电能发射部分、电能接收及发热部分两部分组成，其主要特征是：两部分完全独立且可分离，没有任何物理上的电路连接，电能发射部分将电能转化为磁能向外发射，在一定距离内，传递到电能接收部分，接收部分将磁能转化为电能给发热体供电使其发热，通过温控开关的通断来调节接收回路的谐振状态，以实现控温的效果，具体方式如下：
电能发射部分主要由一个LC并联谐振发射回路与一个VOX系列电能发射芯片组成，LC并联谐振发射回路的一端与发射电源的正极相连，另一在与发射芯片的输出端串联，发射芯片的地端与发射电源的负极相连，VOX电能发射芯片实际上是一种内置固定频率的电子开关，并联谐振发射回路的谐振频率与芯片内置频率相同与相近，电路工作于谐振状态，发射线圈将电能转化为磁能向外发射；
电能接收及发热部分包括接收线圈、谐振电容、温控开关和发热体，在其磁场内，接收线圈将这种交变磁能转化为交流电能，谐振电容与温控开关串联后，再与接收线圈并联，发热体并在接收线圈的两端，直接利用接收线圈两端的电能转化为热能，给与发热体相连的物件加热，当物件温度低于温控开关的设定值时，温控开关触点导通，相当于将谐振电容的两端直接与接收线圈的两端并联，组成了一个并联谐振接收回路，这个回路的谐振频率与发射部分的工作频率相同或相近，这时接收回路处于谐振状态，具有最佳的接收效果，接收线圈的两端的电压较高，发热体迅速升温；当物件温度达到温控器的设定上限值时，温控器触点断开，谐振电容暂时失效，接收谐振状态被破坏，接收线圈两端电压降低，发热体供电不足，发热量减少，被加热的物件温度缓慢下降，当温度下降到设定下限值时，温控器恢复导通，重复上述谐振状态，如此循环，使被加热的物件的温度维持在一定范围内。
在这里，接收线圈工作于发射线圈的磁场内，并与发射线圈相对放置，两线圈平面平行，由于磁场强度与距离的四次方成反比，因此两线圈的距离是有限的，随着距离的增加，能量传输的效率快速下降，因此这种隔离加热方案只适合于近距离使用，通常在数个毫米到数百个毫米之间。
与有线供电不同的是：发射部分和接收部分之间的能量传递不依赖于任何介质，且能透过非金属介质(包括空气、水、玻璃、塑料等)传递能量，实现隔离加热的效果。利用这一特性，我们可以制造出多种隔离电器和多种防水电器。
所用的发热体，指的是常见的各种发热体，如电炉丝、石英管、电热丝等，从材料上说，包括PTC电阻，铁铬铝合金发热材料和镍铬合金发热材料等。
采用不同的发热体，和电能接收部分一起，可以独立的模块用于不同的场合，如，采用丝状发热体并均匀分布可以做成电热衣、电热垫等；采有片状发热体可以做成电热鞋、电热手套等；若将电能接收部分和电热体整合后，密封起来就可以形成水下隔离加热器用于鱼缸等。
本发明的实际效果：可控温度的隔离加热系统，通过无线供电的方式，在一定距离内将电能从一处传递到另一处给发热体，切断了电器的“尾巴”，电器没了牵挂，使用起来不但方便，而且安全，没有漏电和触电的危险，同时接收电路和发热体可以密封，是防水电器的最佳供电选择。
附图说明
图1是可控温度的隔离加热系统电路原理图。
图2是电源发射板的实际工作原理图。
图3是可控温度的隔离加热系统在鱼缸加热中的应用示意图。
图4是可控温度的隔离加热系统在电热衣、电热毯中的应用示意图。
图5是可控温度的隔离加热系统在电热鞋中的应用示意图。
图1中，L1表示发射线圈，C1为发射谐振电容，T1为发射芯片；L2为接收线圈，C2为接收谐振电容，TK为温控开关，R为发热体。
图2中，虚框11为共扼滤波网络，其中B1为共扼线圈，C4、C5为X2电容，虚框22为发射电源，其中BG1为整流全桥，C5为电源滤波电容，虚框33为电能发射模块，其中L1表示发射线圈，C1为发射谐振电容，T1为发射芯片，F为保险丝，M为AC-DC模块，LED为指示灯，R2为限流电阻。
图3、4、5中，L2为接收线圈，R为发热体，A、B为线圈的两端电极。
具体实施方式
以下结合实例对本可控温度的隔离加热系统作进一步说明。
例一、电源发射部分、电源接收部分和发热体的关系。
图1中，发射芯片T1是一种具有固定频率的大功率开关，型号为VOX系列的330MP05S或330MP2A等，这是一种三端功率器件，三个端子分别为驱动电源端、地端和开关输出端；发射线圈L1和发射谐振电容C1并联组成一个LC发射回路，这个回路的一端接发射电源端，另一端与发射芯片T1的开关输出端串联，这个回路的频率与发射芯片T1的工作频率相同，因此，它们工作于谐振状态，通电后，发射线圈L1将电能转化为磁能向外发射。
接收线圈L2与接收谐振电容C2并联组成一个谐振接收回路，这个回路的谐振频率与发射LC谐振回路的频率相同，因此这个回路也处于谐振状态，只要接收线圈L2靠近发射线圈L1，就可接收来自发射线圈L1的磁能转化为电能，形成交流电。但是，接收线圈L2并没有直接与谐振接收电容C2并联，而是先让谐振接收电容C2与温控开关TK串联后，再与接收线圈L2并联，当温控开关TK导通时，接收线圈L2与谐振接收电容C2并联，电路工作于谐振状态；当温控开关TK断开时，谐振接收电容C2开路，谐振状态被破坏。
接收线圈L2与发热体R并联并给它提供发热所需要的电能，发热体R在被加热的物件中，温控开关TK用于感知被加热物件的温度，当温度低于温控器TK的最高设定点时，温控器TK导通，这时接收回路处于谐振状态，具有最佳的接收效果，接收线圈L2的两端的电压较高，发热体R迅速升温；当物件温度达到温控器TK的设定上限值时，温控器TK触点断开，谐振电容C2暂时失效，接收谐振状态被破坏，接收线圈L2两端电压降低，发热体供电不足，发热量减少，被加热的物件温度缓慢下降，当温度下降到设定下限值时，温控器TK恢复导通，重复上述谐振状态，如此循环，使被加热的物件的温度维持在一定范围内。
实际应用中，接收线圈L2的大小和形状尽量与发射线圈L1保持一致，以保持较好的传输效率。
电能发射部分是一个独立的部分，电能接收部分和发热体组成另一个独立的部分，两者之间没有任何电路上和连接。使用时，将两个部分靠近即可工作。
例二、电源发射板的实际工作原理。
图2中，虚框33为电能发射模块，电能发射模块主要包括电能发射芯片T1，发射线圈L1和发射电容C1，这是发射的主体。
实现电能的发射需要两组电源，一组是发射电源，另一组是芯片驱动电源。虚框22是发射电源，市电经BG1桥式整流和滤波电路C5后(电压在100-400V之间)与并联的发射线圈L1和发射电容C1连接，发射线圈L1和发射电容C1的另一端连接发射芯片T1的输出端；M是芯片驱动电源模块，市电M模块后，输出一个低压直流电(电压4-15VDC)给发射芯片T1的电源端。虚框11是EMC滤波网络，用于消除电源发射电路的谐波对电网的反馈杂波。LED是指示灯，R2是它的限流电阻。
例三、电能接收部分与发热体的布局结构。
如图3、4、5所示，接收线圈L2的两端A和B(A和B可以看作两根导线)直接与发热体R相连，为发热体R提供能量。发热体R的形状可以为片状、线状等，可以根据产品的要求来选择不同的材料，如图3所示是用于电热鞋垫的示意图，发热体R采用片状的铁铬铝发热片，发射线圈L1及其它发射电路可以作成一个垫子，置于地上，使用时，只要鞋子放在垫子上就可以自动对鞋子加热；如图4所示是用于电热衣或电热毯的布线示意图，发热体R采用线状的发热丝，如碳纤维发热丝或镍铬丝，迂回绕线，以均匀分布于需要加热的各个部位，或作为加热衣，接收线圈L2可置于衣服的背部，发射线圈1及其它发射电路可以作成一个垫子，挂在坐椅的靠背上，使用时，只要人坐在椅子上就可以自动对衣服加热；如图5所示是用于冬天鱼缸内给水加热的示意图，发热丝R均匀盘旋在线圈的中间，这样就可以做成一个薄片，将这个薄片密封后就成了一个发热模块，使用时将它置于鱼缸的水中，在鱼缸的玻璃外面放置电源发射部分，就可以透过玻璃给水加热了。
当然，接收谐振电容C2和温控开关TK是必不可少的，在电气上，接收谐振电容C2和温控开关TK串联后，接在线圈的两端A和B上，实际应用时，温控开关必须贴在被加热的物件上以感知它的温度。
Claims (4)
1.一种可控温度的隔离加热系统，它由电能发射部分、电能接收及发热部分两部分组成，其特征是：两部分完全独立且可分离，没有任何物理上的电路连接，电能发射部分将电能转化为磁能向外发射，在一定距离内，传递到电能接收部分，接收部分将磁能转化为电能给发热体供电使其发热，通过温控开关的通断来调节接收回路的谐振状态，以实现控温的效果，具体方式如下：
发射部分由一个LC并联谐振发射回路和一个电能发射芯片组成，LC并联谐振发射回路的一端与发射电源的正极相连，另一在与发射芯片的输出端串联，发射芯片的地端与发射电源的负极相连，电能发射芯片实际上是一种内置固定频率的电子开关，并联谐振发射回路的谐振频率与芯片内置频率相同与相近，电路工作于谐振状态，发射线圈将电能转化为磁能向外发射；
电能接收及发热部分包括接收线圈、谐振电容、温控开关和发热体，谐振电容与温控开关串联后，再与接收线圈并联，发热体并联在接收线圈的两端，接收线圈接收来自发射线圈的交变磁能，转化为交流电能，给发热体供电加热。
2.根据权利要求1所述的可控温度的隔离加热系统，其特征是：
所用电能发射芯片是VOX电能发射专利IC。
3.根据权利要求1所述的可控温度的隔离加热系统，其特征是：
所用的发热体材料，包括电炉丝、石英管、电热丝，从材料上说，包括PTC电阻，铁铬铝合金发热材料和镍铬合金发热材料。
4.根据权利要求1所述的可控温度的隔离加热系统，其特征是：
发热体的形状可以为片状、线状，盘旋状，也可以迂回绕体制，以均匀分布于需要加热的各个部位。
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