CN204906753U - 线圈盘以及含有该线圈盘的电磁加热设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了线圈盘以及含有该线圈盘的电磁加热设备，该线圈盘包括：由LDS塑料形成的线圈盘载体，通过注塑方式形成于所述线圈盘载体的表面，沿着预定的绕线路径延伸的线槽，线槽的内壁经过激光蚀刻处理，以及附着于线槽内壁上的金属层。

Description

线圈盘以及含有该线圈盘的电磁加热设备

技术领域

本实用新型涉及电磁加热技术领域，具体地，涉及线圈盘以及含有该线圈盘的电磁加热设备。

背景技术

目前，IH加热设备(电磁加热设备)的线圈盘都是采用漆包线绕线的方式制作。这种方式制作工艺复杂，而且线圈盘绕线的方式较为单一。由此，亟需一种制作成本低，易实现设计、试制及量产的柔性化的制备线圈盘的方法。

因此，目前线圈盘的相关技术仍有待改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种加工简单、体积小、质量轻、等效电阻较低、且加热效率较高的线圈盘。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种线圈盘。根据本实用新型的实施例，该线圈盘包括：由LDS塑料形成的线圈载体，通过注塑方式形成于线圈盘载体的表面，沿着预定的绕线路径延伸的线槽，线槽经过激光蚀刻处理，以及附着于线槽的内壁上的金属层。发明人发现，相对于传统线圈，本实用新型的该线圈不仅加工简单、厚度较小，重量较轻、且等效电阻低、加热效率较高。

可选地，线槽的横截面呈倒梯形状、倒三角形状或者半圆弧状。

可选地，线槽的横截面呈倒等腰梯形状，线槽的侧壁和底壁法向的夹角范围为15°～75°。

可选地，线槽的底壁宽度范围为0.5mm～1.5mm，线槽的深度范围为2mm～8mm。

可选地，相邻两个线槽之间具有隔离筋，隔离筋的横截面呈等腰梯形，隔离筋顶部的宽度范围是0.2mm～1.0mm。

可选地，所述金属层进一步包括附着于所述线槽的内壁上的导电层。

可选地，所述导电层的厚度范围为8μm～50μm。

可选地，所述金属层进一步包括附着于所述导电层上的防氧化层。

可选地，所述防氧化层的厚度范围为1μm～5μm。

可选地，所述金属层进一步包括附着于所述防氧化层上的焊接层。

可选地，所述焊接层的厚度范围为0.1μm～0.5μm。

在本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种电磁加热设备，包括前面所述的用于电磁加热的线圈盘。发明人发现，该电磁炉不仅加工简单、体积较小、重量较轻，且等效电阻低，加热效率较高。

可选地，电磁加热设备为电磁炉、电热水壶、电饭煲或者电压力锅。

附图说明

图1A显示了根据本实用新型实施例的线圈盘的主视图；

图1B显示了根据本实用新型实施例的线圈盘的立体图；

图2显示了根据本实用新型实施例的通过注塑形成线槽的示意图；

图3显示了根据本实用新型实施例的激光蚀刻原理示意图；

图4显示了根据本实用新型实施例的线圈盘的截面图；

图5显示了根据本实用新型实施例的线圈盘的截面图；

图6显示了根据本实用新型实施例的线圈盘的截面图；

图7显示了根据本实用新型实施例的线圈盘的截面图；

图8显示了根据本实用新型实施例的线圈盘的截面图；

图9显示了根据本实用新型实施例的线圈盘的截面图；

图10显示了根据本实用新型实施例的金属层的截面图；

图11显示了根据本实用新型实施例的制造线圈盘的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

线圈盘

在本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种线圈盘。根据本实用新型的实施例，参照图1A和图1B，该线圈盘包括：由LDS塑料形成的线圈盘载体100；通过注塑方式形成于线圈盘载体表面、且沿着预定的绕线路径延伸的线槽200，线槽200的内壁经过激光蚀刻处理；以及附着于线槽内壁的金属层300。

与传统的在线圈盘上开设贯穿线圈盘的线槽，并在线槽内绕制铜线不一样，根据本实用新型实施例的线圈盘，通过在线圈盘载体100上设置按照预定绕线路径延伸的线槽200，并在线槽200内附着金属层300。由于只需要在线圈盘载体100上附着金属层300，故附着金属层300的线槽一般来说是不需要贯穿线圈盘载体100厚度的，其深度相对于传统绕制铜线的线槽来说要小得多，线圈盘载体100可以做得很薄，从而降低了线圈盘的厚度，同时降低了线圈盘的重量。而且金属层300的重量远低于铜线的重量，因而可以使得线圈盘轻量化。此外这种方式还彻底克服了传统线圈盘在绕线过程中出现的跳线问题，通过电镀和/或化学镀与激光蚀刻的结合能在线圈盘载体100上绕制任意形状的金属层300，实现线圈盘的柔性化加工，即可以使得线圈盘的加工变得更加简单。

根据本实用新型的实施例，LDS塑料选自PC-ABS合金、聚氨酯类、聚酯类、聚碳酸酯类中的至少一种或者任意几种的组合，例如T-4381LDS，E820Ilds，PocanDP7102LDS等。线圈载体100可以通过本领域公知的任何方法形成。根据本实用新型实施例的线圈盘载体100是通过注塑成型形成的。注塑成型容易加工外形复杂和尺寸精确的制品，而且可以根据线圈盘应用的环境不同，将线圈盘载体制成不同的形状和尺寸，例如，当该线圈盘应用于电磁炉或者电热水壶时，线圈盘载体通常呈图1A和图1B所示的圆盘形，当该线圈盘应用于电饭煲或者电压力锅时，线圈盘载体通常呈空心半球形，或者说为碗型，且线圈盘的尺寸也可以根据实际应用产品的大小而进行调整的。

根据本实用新型的实施例，线槽200通过注塑方式在线圈盘载体100上形成，之后再对线槽200的内壁进行激光蚀刻处理。需要对线槽200内壁进行激光蚀刻处理。这是因为形成线圈盘载体100的LDS(激光直接成型)塑料中含有非导电活性有机金属，经过激光蚀刻后，线圈载体100可以释放出活性金属(例如Cu)种子，方便金属层300通过电镀、化学沉积或化学镀附着在线槽200内壁上。

参照图2-图9，形成的线槽200的侧壁向外并向上延伸，其横截面可以呈倒三角形状、倒梯形状或者圆弧状等，这种形状的线槽200便于同时对线槽200的侧壁和底壁进行激光蚀刻处理。如果形成的线槽200向内收的话，比如其横截面呈矩形的话，则很难同时对线槽的侧壁和底壁进行激光蚀刻处理。

以线槽200的横截面呈倒等腰梯形状为例，线槽200底壁的宽度范围为0.5mm～1.5mm，线槽200的深度范围为2mm～8mm，相邻两个线槽200之间具有隔离筋400，隔离筋400的横截面也呈等腰梯形，隔离筋400顶部的宽度范围是0.2mm～1.0mm，线槽200的侧壁和底壁法向的夹角范围为15°～75°。为了防止电流跳变，线槽200的侧壁和底壁之间圆弧过渡。线槽200的侧壁和底壁线槽200的上述尺寸范围能够有效利用线圈盘载体100的整体空间，增加线圈盘的线宽，进而能够有效降低线圈盘的等效电阻，提高加热效率，但线槽200的上述尺寸范围并不构成对本实用新型的任何限定。

由上可知，上述形成的线槽200，金属层300不仅能附着在线槽200的底壁上还能附着在线槽200的侧壁上，这样就增加了线槽200上附着的金属层300的宽度。由电阻R＝ρ.L/S公式可知，S为金属层300的横截面积，即金属层300的宽度和厚度之积。由于第二种线槽200的成型方式增加了金属层300的宽度，从而在金属层300的长度L(线圈的匝数)和厚度不变的情况下降低了金属层300的电阻，提高了线圈盘的加热效率。由线圈的电感公式L(mH)＝(0.08D.D.N.N)/(3D+9W+10H)可以看出，线圈的电感L(mH)和线圈的匝数N成正比，所以降低匝数会显著降低线圈的电感。

线槽200的绕线路径需要根据产品的具体情况而定。对于电磁炉来说，线圈盘100呈圆盘状，线圈盘载体上线槽200的绕线路径呈涡旋型，也可以称之为阿基米德螺旋型。对于电饭煲来说，其线圈盘载体(也可以称之为加热底盘)呈半球形，相应的线槽200的绕线路径呈凹陷的涡旋型。此外，如果将线槽200开设在电饭煲的外锅侧壁上，则线槽的绕线路径相应的会呈圆柱状的螺旋形。

根据本实用新型的实施例，形成所述金属层的方法不受特别限制，只要能够有效在线槽内壁形成金属层，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。根据本实用新型实施例的金属层300通过化学镀、电镀、化学沉积或者溅射的方式附着于线槽200的内壁。化学镀、电镀、化学沉积要求线槽200经过激光蚀刻处理，以便于金属层300的附着。溅射方式不要求线槽200做激光蚀刻处理，但溅射的定位精度比较差。

参照图10，金属层300可以仅包括导电层310，导电层310的具体材料种类不受特别限制，本领域技术人员可以灵活选择。根据本实用新型实施例的导电层310选择的材料是铜、银或者铝中的一种或者任意几种的组合，优选铜，铜的导电效果较好，能够进一步降低线圈盘的等效电阻，提高其加热效率，且成本相对较低。导电层310的厚度不受特别限制，本实施方案的导电层310的厚度范围为8～16微米。厚度范围在该区间内的导电层能够在保证导电效果的同时，降低成本。如果导电层310的厚度过小，则其导电效果不佳，如果导电层310的厚度过大，则成本较高。导电层310可以仅通过化学镀方式附着在线槽200的内壁，也可以仅通过电镀方式附着在线槽200的内壁，还可以通过化学镀和电镀的组合的方式附着在线槽200的内壁。例如，要在线槽200内壁形成厚度为10微米厚的铜层(即导电层310)，可以直接通过单一的电镀或者化学镀形成厚度为10微米的铜层，也可以预先通过化学镀在线槽200内壁形成厚度为3微米的化学镀铜层，然后再通过电镀形成厚度为7微米的电镀铜层，以便获得厚度为10微米的铜层。

金属层300还可以进一步包括附着在导电层310上的防氧化层320，防氧化层320的具体材料不受特别限制，比如可以由镍、银、铝或金形成。根据本实用新型实施例的防氧化层320由镍形成。防氧化层320能在保证导电层310导电效果的同时，有效防止底层310氧化。防氧化层320的厚度不受特别限制，根据本实用新型实施例的防氧化层320的厚度范围为1微米～5微米。防氧化层320附着在导电层310上的方式不受限制，比如说可以为化学镀、化学沉积或者电镀，根据本实用新型实施例的防氧化层320通过电镀在导电层310上形成，不仅操作方便，易于控制，且成本低廉。

金属层300还可以更进一步包括附着在防氧化层320上的焊接层330，焊接层330用于将电极片焊接在金属层300上，以引入外部的电流，因此焊接层330需要选用焊接性能较好的材料，比如金、镍、银或铝。根据本实用新型实施例的焊接层330选择的材料是金，金不仅焊接性能好，而且由于是惰性金属，能够进一步的防止导电层310的氧化，还能使得线圈盘更加美观。焊接层330的厚度不受特别限制，根据本实用新型实施例的焊接层330的厚度为0.1微米～0.5微米，以在保证焊接性能的同时，节约材料。焊接层330附着在防氧化层320上的方式不受限制，比如说可以为化学镀、化学沉积或者电镀，本实施方案中，焊接层330通过电镀在防氧化层320上形成，不仅操作方便，易于控制，且成本低廉。

电磁加热设备

在本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种电磁加热设备。根据本实用新型的实施例，该电磁加热设备包括本实用新型前面所述的线圈盘，即该线圈盘包括：由LDS塑料形成的线圈盘载体100；通过注塑方式形成于线圈盘载体100的表面、且沿着预定的绕线路径延伸的线槽200，线槽200的内壁经过金属蚀刻处理；以及附着于线槽的内壁的金属层300。线圈盘载体100的材料和成型方式，线槽的成型方式，金属层的组成和附着于线槽内壁的方式均可以参照前面线圈盘的描述，此处不再赘述。

具体的，该电磁加热设备包括电磁炉、电热水壶、电饭煲和电压力锅。对于电磁炉来说，将实施例一提供的线圈盘与功率板、主机板、灯板(操控显示板)、温控、热敏支架、风机、电源线、炉面板(瓷板、黑晶板)、塑胶上下盖等组装起来就可以构成一个完整的电磁炉。

值得说明的是，根据具体应用的产品不同，线圈盘载体的形状会有不同的变化。比如对于电磁炉和电热水来说，线圈盘载体的形状一般为圆盘状。对于电饭煲和电压力锅而言，线圈盘载体的形状则为空心的半球状，也可以说呈碗状。而且如果要使得线圈盘载体直接对电饭煲和电压力锅的内锅侧壁加热的话，线圈盘载体还可以为圆筒状，即空心的圆柱状。即线圈盘中的盘并不对线圈盘的形状构成任何限定。

制造线圈盘的方法

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面对前面所述的线圈盘的制造方法进行描述。

在本实用新型的又一方面，本实用新型提供一种制造线圈盘的方法。具体而言，参照图2和图11，该方法包括如下步骤：

S1用LDS塑料制成线圈盘载体100

根据本实用新型的实施例，线圈盘载体100都是利用LDS塑料通过注塑成型的，当然线圈盘还可以采用本领域其它公知方式成型。

S2通过注塑方式在线圈盘载体上形成沿着预定的绕线路径延伸的线槽，线槽的内壁经过激光蚀刻处理；

根据本实用新型的实施例，在注塑形成线圈盘载体的同时形成线槽，即线槽也是通过注塑方式成型的，之后再对线槽的内壁进行激光蚀刻处理。这种方式形成的线槽的深度一般有几个毫米。

S3在线槽的内壁附着金属层

根据本实用新型的实施例，金属层300可以通过化学镀、电镀或者化学沉积的方式附着于线槽200的内壁，当然金属层300还可以通过本领域其它公知方式附着在线槽200上。此外金属层300可以仅由导电层310组成，也可以由导电层310和防氧化层320组成，还可以由导电层310和防氧化层320、和焊接层330组成。根据本实用新型的实施例，导电层310选用的材料是铜、银或者铝中的一种或者任意几种的组合，导电层的厚度范围为8μm～50μm。防氧化层320选用的材料为镍、银、铝或金中的一种或者任意几种的组合，防氧化层的厚度范围为1μm～5μm。焊接层330选用的材料为金、镍、银或铝中的一种或者任意几种的组合，焊接层的厚度范围为0.1μm～0.5μm。值得说明的是，导电层310和防氧化层320、和焊接层330的材料和厚度范围并不受本实施所列举材料和厚度范围的限制。

根据本实用新型实施例的线圈盘制造方法，将激光直接成型技术(LDS)应用于制备线圈，不仅制作成本低，且易实现设计、试制及量产的柔性化、以及线圈盘的轻型化。

根据以上制造线圈盘的方法，下面提供3种制造线圈盘的具体工艺加以说明：

工艺1：首先，利用LDS塑料母粒(T-4381LDS)注塑成型，形成具有线槽的线圈盘载体，其中，线槽的横截面为倒等腰梯形，且线槽侧壁与底壁之间圆弧过渡连接，且侧壁与底壁法向方向的夹角为15-75度(例如包括但不限于15度、25度、35度、45度、55度、65度、75度)，线槽顶部的宽度为0.5mm，相邻线槽之间隔离筋顶部的宽度为0.5mm，线槽深度为5mm，共9圈，接着，利用镭射机(LPKF3DIR160Industrial)，以0.6kw的功率在线槽内壁上进行激光蚀刻，然后按照表1所示的工艺在线槽的内壁上形成金属层，具体地，先利用高压水对线槽进行清洗，然后通过化学镀在线槽内壁上形成一层较薄的铜层，接着通过电镀继续镀铜，至在线槽内壁上形成厚度为8微米的铜层，接着通过化学镀在铜层上形成厚度为3微米的镍层，再通过闪镀在镍层上形成厚度为0.1微米的金(Au)层，然后进行干燥，即得线圈盘，线圈盘的结构示意图见图1。

表1

通过检测，本实例制作的线圈盘安全电流可以达到9A，目前IH加热的线圈一般安全电流在6-12A左右。

工艺2：首先，利用LDS塑料母粒(E820Ilds)注塑成型，形成具有线槽的线圈盘载体，其中，线槽的横截面为倒等腰三角形，且线槽侧壁与底壁之间圆弧过渡连接，且侧壁与底壁法向方向的夹角为15-75度(例如包括但不限于15度、25度、35度、45度、55度、65度、75度)，线槽的顶部宽度为1.5mm，相邻线槽之间的间距为0.2mm，线槽深度为2mm，共12圈，接着，利用镭射机(LPKF3DIR160Industrial)，以0.9kw的功率在线槽内壁上进行激光蚀刻，然后按照表2所示的工艺在线槽的内壁上形成金属层，具体地，先利用高压水对线槽进行清洗，然后通过化学镀在线槽内壁上形成一层较薄的铜层，接着通过电镀继续镀铜，至在线槽内壁上形成厚度为12微米的铜层，接着通过化学镀在铜层上形成厚度为3微米的镍层，再通过闪镀在镍层上形成厚度为0.2微米的金层，然后进行干燥，即得线圈盘。

表2

通过检测，本工艺制作的线圈盘安全电流可以达到12A，目前IH加热的线圈一般安全电流在6-12A左右。

工艺3：首先，利用LDS塑料母粒(PocanDP7102LDS)注塑成型，形成具有线槽的线圈盘载体，其中，线槽的横截面为半圆弧形，且线槽侧壁与底壁之间圆弧过渡连接，线槽的顶部宽度为1.0mm，相邻线槽之间的间距为1.0mm，线槽深度为8mm，共12圈，接着，利用镭射机(LPKF3DIR160Industrial)，以0.9kw的功率在线槽内壁上进行激光蚀刻，然后按照上表3所示的工艺在线槽的内壁上形成金属层，具体地，先利用高压水对线槽进行清洗，然后通过化学镀在线槽内壁上形成一层较薄的铜层，接着通过电镀继续镀铜，至在线槽内壁上形成厚度为16微米的铜层，接着通过化学镀在铜层上形成厚度为5微米的镍层，再通过闪镀在镍层上形成厚度为0.2微米的金层，然后进行干燥，即得线圈盘。

表3

通过检测，本工艺制作的线圈盘安全电流可以达到15A，目前IH加热的线圈一般安全电流在6-12A左右。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种用于电磁加热的线圈盘，其特征在于，包括：

由LDS塑料形成的线圈盘载体；

线槽，通过注塑方式形成于所述线圈盘载体的表面，沿着预定的绕线路径延伸，所述线槽的内壁经过激光蚀刻处理；

金属层，附着于所述线槽的内壁。

2.根据权利要求1所述用于电磁加热的线圈盘，其特征在于，所述线槽的横截面呈倒梯形状、倒三角形状或者半圆弧状。

3.根据权利要求2所述用于电磁加热的线圈盘，其特征在于，所述线槽的横截面呈倒等腰梯形状，所述线槽的侧壁和底壁法向的夹角范围为15°～75°。

4.根据权利要求3所述用于电磁加热的线圈盘，其特征在于，所述线槽的底壁宽度范围为0.5mm～1.5mm，所述线槽的深度范围为2mm～8mm。

5.根据权利要求4所述用于电磁加热的线圈盘，其特征在于，相邻两个所述线槽之间具有隔离筋，所述隔离筋的横截面呈等腰梯形，所述隔离筋顶部的宽度范围是0.2mm～1.0mm。

6.根据权利要求1至5任意一项所述用于电磁加热的线圈盘，其特征在于，所述金属层进一步包括附着于所述线槽的内壁上的导电层。

7.根据权利要求6所述用于电磁加热的线圈盘，其特征在于，所述导电层的厚度范围为8μm～16μm。

8.根据权利要求6所述用于电磁加热的线圈盘，其特征在于，所述金属层进一步包括附着于所述导电层上的防氧化层。

9.根据权利要求8所述用于电磁加热的线圈盘，其特征在于，所述防氧化层的厚度范围为1μm～5μm。

10.根据权利要求8所述用于电磁加热的线圈盘，其特征在于，所述金属层进一步包括附着于所述防氧化层上的焊接层。

11.根据权利要求10所述用于电磁加热的线圈盘，其特征在于，所述焊接层的厚度范围为0.1μm～0.5μm。

12.一种电磁加热设备，其特征在于，包括权利要求1至11任意一项所述的用于电磁加热的线圈盘。

13.根据权利要求12所述的电磁加热设备，其特征在于，所述电磁加热设备为电磁炉、电热水壶、电饭煲或者电压力锅。