CN207968982U - 陶瓷发热体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种陶瓷发热体，其能够减少电子控制回路并且还能有效地控制EMI指标。一种陶瓷发热体，包括陶瓷体，在陶瓷体上设有两组以上发热丝，并且至少有两组发热丝的功率不相同，并且在所有的发热丝中功率最小的发热丝的功率小于或等于900瓦，在任意两组发热丝中功率较大的发热丝的功率与功率较小的发热丝的功率之差小于或等于900瓦。

Description

陶瓷发热体

技术领域

本实用新型属于对液体进行加热的加热装置的技术领域，具体地说是涉及用于小厨宝、温水龙头、饮水机、智能座便器上的液体加热器。

背景技术

由于陶瓷加热元件具有功率密度高、加热快速、绝缘安全、热量利用率高等优势，在大功率加热器具的恒温控制方案中，得到了广泛的应用。但大功率和超大功率的发热元件的大量使用，又带来了谐波电流、电压闪烁等EMI指标难以控制的问题。为了保证在调节功率的同时保证电流谐波、电压闪烁、骚扰功率等EMI指标符合相关法规的要求，需要将加热总功率拆分成多个小功率的加热回路，独立地进行功率调节。

在使用工频交流电源的大功率加热系统中，如果采用半波控制的方法调节功率，需要将切换功率的差值控制在900W以下。总功率在900～1800W之间的发热系统要将发热功率分成功率相等的1/2、1/2两部分分别控制，需要两路独立的电子控制回路；功率在1800W～2500W间的发热器具，需要将总功率分成1/3、1/3、1/3三部分进行功率调节，需要三路独立的电子控制回路；2500W以上的发热系统想要在恒温控制的同时符合相关EMI指标，总功率要分成四个1/4、五个1/5等部分，控制方案更加复杂，成本高昂，可靠性低。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种陶瓷发热体，其能够减少电子控制回路并且还能有效地控制EMI指标。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种陶瓷发热体，包括陶瓷体，在陶瓷体上设有两组以上发热丝，并且至少有两组发热丝的功率不相同，并且在所有的发热丝中功率最小的发热丝的功率小于或等于900瓦，在任意两组发热丝中功率较大的发热丝的功率与功率较小的发热丝的功率之差小于或等于900瓦。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：在功率相接近的两组发热丝中功率较大的所述发热丝的功率是功率较小的所述发热丝的功率的2倍。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述发热丝为2组；在所述陶瓷体的一方向上从左至右依次设有连接区、第一区和第二区，功率较小的所述发热丝主要分布在第一区，并且其连接端伸到连接区，功率较大的所述发热丝主要分布在第二区，并且其连接端穿过第一区后伸到连接区。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述发热丝为3组，其中有2组功率较小的所述发热丝的功率相等；所述陶瓷体在轴向上从左至右依次设有连接区、第一区和第二区，功率最大的所述发热丝主要分布在第二区，并且其连接端穿过第一区后伸到连接区；剩余2组所述发热丝并行排列并且主要分布在第一区，并且其连接端均伸到连接区。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：功率较大的所述发热丝的功率为800瓦，功率较小的所述发热丝的功率为400瓦。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：功率较大的所述发热丝的功率为1500瓦，功率较小的所述发热丝的功率为750瓦。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述发热丝有两组，其中一组发热丝的功率为1330瓦，另一组发热丝的功率为670瓦。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：陶瓷体包括陶瓷基体和陶瓷绝缘层，所述发热丝位于陶瓷基体和陶瓷绝缘层之间，发热丝的连接端暴露在陶瓷绝缘层外，并将陶瓷基体和陶瓷绝缘层烧结在一起。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述发热丝印刷在陶瓷基体或者陶瓷绝缘层上。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述陶瓷体呈片状或管状。

本实用新型相比现有技术突出且有益的技术效果是：

本实用新型的陶瓷发热体，由于发热丝中至少有部分发热丝功率不相同，形成功率差异，以减少发热丝的数量，同时还限定了最小的发热丝的功率，以匹配加热功率，从而使控制方案较简单，2500瓦以下的恒温控制系统只需要2套独立的电子控制回路，2500瓦～3600瓦之间的大功率恒温控制系统只需要3组独立的电子控制回路，并且还能有效地控制EMI指标，简化了控制系统，提高了可靠性，降低了系统成本。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的主视结构示意图。

图2是本实用新型一实施例的仰视结构示意图。

图3是图2中A处的放大图。

图4是本实用新型一实施例的发热丝布线设计图。

图5是本实用新型另一实施例的发热丝布线设计图。

图6是本实用新型一实施例中的发热丝布线设计展开图。

图7是本实用新型另一实施例的发热丝布线设计图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于已给出的实施例，本领域普通技术人员在未做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本申请的描述中，术语“功率较大”、“功率较小”等是作指代词，而不是具体功率的大小值。

在本申请的描述中，术语“功率相接近”是指两组发热丝的功率存在差异为前提，两组发热丝的功率相同不认为是“功率相接近”，但由于制造误差形成的差异则仍认定为功率相同。

本实用新型的陶瓷发热体主要用作小厨宝、温水龙头、饮水机、智能座便器上的液体加热器，这种陶瓷发热体在较小的元件尺寸内实现极致的功率密度，应用半波控制来对液体加热时，能够满足EMI控制指标的要求。

本实用新型的一种陶瓷发热体，包括陶瓷体1，在陶瓷体1上设有至少两组发热丝10、20，并且至少有部分发热丝的功率不相同，并且在所有的发热丝中功率最小的发热丝的功率小于或等于900瓦，在任意两组发热丝中功率较大的发热丝的功率与功率较小的发热丝的功率之差小于或等于900瓦。

由于发热丝中至少有部分发热丝功率不相同，形成功率差异，以减少发热丝的数量，同时还限定了最小的发热丝的功率，以匹配加热功率，从而使控制方案较简单，2500瓦以下的恒温控制系统只需要2套独立的电子控制回路，2500瓦～3600瓦之间的大功率恒温控制系统只需要3组独立的电子控制回路，并且还能有效地控制EMI指标，简化了控制系统，提高了可靠性，降低了系统成本。

下面将结合具体实施例来禅述本申请的宗旨。

实施例一、

参见图1—图4，一种陶瓷发热体包括陶瓷体，在陶瓷体1上设有至少两组发热丝10、20。

在一实施例中，陶瓷体可以采用如下结构：陶瓷体包括陶瓷基体101和陶瓷绝缘层102，所述发热丝位于陶瓷基体101和陶瓷绝缘层102之间，发热丝的连接端暴露在陶瓷绝缘层102外，也就是说，陶瓷绝缘层的面积略小于陶瓷基体从而使陶瓷绝缘层未全部覆盖住陶瓷基体101，发热丝的连接端位于未被覆盖的部分。将陶瓷基体和陶瓷绝缘层烧结在一起。这样，陶瓷发热体中的陶瓷基体、发热丝和陶瓷绝缘层形成由下向上依次的层状分布，并且陶瓷发热体为一体结构。通常，在陶瓷绝缘层外还烧结有法兰。优选地，所述发热丝印刷在陶瓷基体或者陶瓷绝缘层上。所述陶瓷体呈片状。当然，也可以陶瓷体也可以采用管状或者其它的形状构造。

在两组发热丝中，功率较大的发热丝10的功率与一组功率较小的发热丝20的功率之差小于等于900瓦。

优选地，陶瓷发热体总功率是1200瓦，则功率较大的发热丝10的功率是800瓦，功率较小的发热丝20的功率是400瓦。在本实施例中，功率较大的所述发热丝的功率是功率较小的所述发热丝的功率的2倍。

在应用时，当需要500瓦的加热功率时，400瓦的发热电阻以3/4的占空比间歇工作，在余下的1/4时间中，400瓦的发热电阻停止加热，800瓦的发热电阻工作，这样在宏观上平均功率＝400*3/4+800/4＝300+200＝500瓦，而且在微观上最大的功率跳变只有400-0＝400瓦，或800-400＝400瓦，减少了功率波动，改善了EMI性能。而使用单一1200瓦的发热电阻时，微观控制上的功率波动为1200-0＝1200瓦，对供电系统的冲击较大。

同理，当需要1000瓦的加热功率时，800瓦的发热电阻始终工作，400瓦的发热电阻以1/2的占空比间歇工作，这样宏观上平均功率＝400*1/2+800＝1000瓦，而且在微观上最大的功率跳变只有400-0＝400瓦。

可能理解的是，陶瓷发热体在工作过程中任何工作状态，最大的功率跳变幅度不大于400瓦，大幅降低了EMI指标。

在本实施例中，在所述陶瓷体1的一方向上从左至右依次设有连接区100、第一区200和第二区300，功率400瓦的发热丝主要分布在第一区，并且其连接端伸到连接区，功率800瓦的发热丝主要分布在第二区，并且其连接端穿过第一区后伸到连接区。

通过这种布线设计，能够减少温度耦合、温度相互影响，通过调节第一区和第二区的面积，可以相对稳定地实现功率1：2(即按发热丝的功率比)。

需要指出的是，这种分开独立的布线设计，同样适用于其它实施例，能够减少温度耦合、温度相互影响，基本实现按发热丝的功率比。

作为上述实施例的变形，陶瓷发热体总功率是1200瓦，则功率较大的发热丝的功率是700瓦，功率较小的发热丝的功率是500瓦。在应用时，当需要600瓦的加热功率时，500瓦的发热丝以1/2的占空比工作，在余下的1/2时间中，500瓦发热丝停止工作，改以700瓦的发热丝工作；这样，在宏观上发热功率＝500*1/2+700*1/2＝600瓦。陶瓷发热体在工作过程中最大的功率跳变幅度为700-500＝200瓦和500-0＝500瓦中较大的一个(500瓦)，小于单一发热丝方案的1200瓦，大幅降低了EMI指标。

实施例二、

参见图5-图6，本实施例的陶瓷发热体与上述实施例给出的陶瓷发热体的结构大致相同，主要的区别在于发热丝的功率设计：陶瓷发热体总功率是1800瓦，功率较大的发热丝10的功率是1200瓦，功率较小的发热丝20的功率是600瓦。当需要1400瓦的加热功率时，1200瓦的发热丝始终工作，600瓦的发热丝以1/3的占空比间歇工作，这样，在1/3的时间里陶瓷发热体的功率是1800瓦，在2/3的时间里陶瓷发热体的功率是1200瓦，在宏观上平均达到了1400瓦的加热功率。陶瓷发热体在工作过程中最大的功率跳变幅度为600瓦(小于900瓦)，大幅降低了EMI指标。

作为上述实施例的直接变形，陶瓷发热体总功率是1800瓦，功率较大的发热丝的功率是1250瓦，功率较小的发热丝的功率是550瓦。

实施例三、

本实施例的陶瓷发热体与上述实施例给出的陶瓷发热体的结构大致相同，主要的区别在于发热丝的功率设计：陶瓷发热体总功率是2000瓦，功率较大的发热丝的功率是1330瓦，功率较小的发热丝的功率是670瓦。功率较大的所述发热丝的功率是功率较小的所述发热丝的功率的大约2倍。

本实施例的陶瓷发热体在工作过程中最大的功率跳变幅度也可控制在600瓦(小于900瓦)，从而大幅降低了EMI指标。

两组发热丝也采用分别主要分布在第一区200和第二区300，其与实施例一中的布线设计相似，这里不再赘述。

实施例四、

参见图7，本实施例的陶瓷发热体与上述实施例给出的陶瓷发热体的结构大致相同，主要的区别在于发热丝的功率设计以及布线设计：本实施例的陶瓷发热体总功率是3000瓦，功率较大的发热丝10的功率是1500瓦，功率较小的发热丝20有两组，每一组的功率是750瓦。因此，在任何功率输出情况下，微观控制上最大功率跳变只有750瓦，改善了EMI指标。

在本实施例中，功率较大的所述发热丝的功率是功率较小的所述发热丝的功率的2倍。

在本实施例中，所述发热丝为3组，其中有2组功率较小的所述发热丝的功率相等。所述陶瓷体在轴向上从左至右依次设有连接区100、第一区200和第二区300，功率最大的所述发热丝主要分布在第二区，并且其连接端穿过第一区后伸到连接区；剩余2组所述发热丝并行排列并且主要分布在第一区，并且其连接端均伸到连接区。

本实施例提供的陶瓷发热体，其3组发热丝按1/4、1/4、2/4功率布线方案，由于第一区和第二区分开布线，互相的温度耦合影响小，即使第一区和第二区的通电时间不同，也能在通电时大致实现第一区和第二区之间1：1的功率分配关系；第一区内部两组发热丝采用等时轮换，或同时通电的方法实现功率较小的两组发热丝之间的温度相等，进而发热功率、温升也相等；最终达到三组发热丝按1/4、1/4、2/4功率分配关系。

作为本实施例的直接变形，功率较大的发热丝的功率是1400瓦，功率较小的发热丝有两组，每一组的功率是800瓦。在调节功率时最大功率跳变将只有800瓦，改善了EMI指标。

作为本实施例的直接变形，功率较大的发热丝的功率是1600瓦，功率较小的发热丝有两组，每一组的功率是700瓦。在调节功率时最大功率跳变将只有900瓦(1600-700＝900瓦)，改善了EMI指标。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种陶瓷发热体，包括陶瓷体，其特征在于：在陶瓷体上设有两组以上发热丝，并且至少有两组发热丝的功率不相同，在所有的发热丝中功率最小的发热丝的功率小于或等于900瓦，在任意两组发热丝中功率较大的发热丝的功率与功率较小的发热丝的功率之差小于或等于900瓦。

2.根据权利要求1所述的陶瓷发热体，其特征在于：在功率相接近的两组发热丝中功率较大的所述发热丝的功率是功率较小的所述发热丝的功率的2倍。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷发热体，其特征在于：所述发热丝为2组；在所述陶瓷体的一方向上从左至右依次设有连接区、第一区和第二区，功率较小的所述发热丝主要分布在第一区，并且其连接端伸到连接区，功率较大的所述发热丝主要分布在第二区，并且其连接端穿过第一区后伸到连接区。

4.根据权利要求1或2所述的陶瓷发热体，其特征在于：所述发热丝为3组，其中有2组功率较小的所述发热丝的功率相等；所述陶瓷体在轴向上从左至右依次设有连接区、第一区和第二区，功率最大的所述发热丝主要分布在第二区，并且其连接端穿过第一区后伸到连接区；剩余2组所述发热丝并行排列并且主要分布在第一区，并且其连接端均伸到连接区。

5.根据权利要求3所述的陶瓷发热体，其特征在于：功率较大的所述发热丝的功率为800瓦，功率较小的所述发热丝的功率为400瓦。

6.根据权利要求4所述的陶瓷发热体，其特征在于：功率较大的所述发热丝的功率为1500瓦，功率较小的所述发热丝的功率为750瓦。

7.根据权利要求1所述的陶瓷发热体，其特征在于：所述发热丝有两组，其中一组发热丝的功率为1330瓦，另一组发热丝的功率为670瓦。

8.根据权利要求1所述的陶瓷发热体，其特征在于：陶瓷体包括陶瓷基体和陶瓷绝缘层，所述发热丝位于陶瓷基体和陶瓷绝缘层之间，发热丝的连接端暴露在陶瓷绝缘层外，并将陶瓷基体和陶瓷绝缘层烧结在一起。

9.根据权利要求8所述的陶瓷发热体，其特征在于：所述发热丝印刷在陶瓷基体或者陶瓷绝缘层上。

10.根据权利要求1所述的陶瓷发热体，其特征在于：所述陶瓷体呈片状或管状。