基于磁共振无线供电技术的印刷发热控温包装装置及设计方法与流程

本发明涉及无线供电印刷发热包装技术领域，尤其涉及一种基于磁共振无线供电技术的印刷发热控温包装装置及设计方法。

背景技术：

磁共振式无线充电技术，由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。

碳系水性导电油墨，可通过油墨中石墨粒子导电，导电性能接近铜，从而可以实现柔性印刷电路。vip板，指带有真空层的板材，广泛应用于各种需要隔温的环境，例如大楼外部的保温层等。聚氨酯是目前常用的保温材料中热导系数最低的一种，但价格比普通发泡塑料要贵。

如果采用现有的无线供电电路或发热电路给运输包装加入电加热控温的功能，或让包装内置电池会增加成本，且会给运输带来安全隐患，同时难以外部操作控制电路的通断；而外接电源的线材又会给搬运和运输造成诸多的不便，而且在包装内设置发热电阻会挤压包装内部空间。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于磁共振无线供电技术的印刷发热控温包装装置及设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于磁共振无线供电技术的印刷发热控温包装装置，该装置包括设置在包装箱体内部的印刷线圈、印刷电路、印刷电容和印刷发热模块；印刷线圈、印刷电容、印刷发热模块之间通过印刷电路相互连接，印刷线圈和印刷电容相互并联共同组成磁共振无线供电的接收端，包装箱体外部设置有磁共振无线供电的发射端，接收端通过接收发射端的电能，将电能传输给印刷发热模块，实现包装箱体发热控温的功能；其中：印刷线圈、印刷电路、印刷电容均以导电油墨印刷在一张pet塑料膜上，pet塑料膜附在包装箱体内部。

进一步地，本发明的印刷发热模块为导电油墨印制成的蛇形通路。

进一步地，本发明的包装箱体采用以聚氨酯为基材的vip板拼合而成的隔温箱。

进一步地，本发明的印刷电容包括分别设置在pet塑料模两侧的正面极板和反面极板；pet塑料膜上开设有多个孔洞；印刷线圈、印刷电容的正面极板和印刷发热模块通过印刷电路连接，均设置在pet塑料膜的同一侧；印刷电容的反面极板设置在pet塑料膜的另一侧，且正面极板和反面极板通过穿过孔洞的印刷电路相互连接，孔洞上填充有导电油墨。

进一步地，本发明的印刷线圈为绕制有多圈的平面矩形线圈，印刷线圈的两端分别位于印刷线圈的外侧和印刷线圈的中心位置；印刷线圈的外侧端与印刷电容的正面极板相连；孔洞设置有三个，包括第一孔洞、第二孔洞和第三孔洞；印刷线圈的中心端的连线穿过第一孔洞，印刷电路的一端穿过第二孔洞，使印刷线圈的中心端和印刷电路在反面极板所在的面上实现跳线连接；第二孔洞和第三孔洞之间通过印刷电路连接，且印刷电路穿过第三孔洞，使反面极板与印刷电路相互连接；实现两极分别设置在两个面上的印刷电容与印刷线圈的并联。

进一步地，本发明的导电油墨采用碳系水性导电油墨。

进一步地，本发明的pet塑料膜在包装箱体内部的固定设置方式包括：设置在包装箱体的一个面上，或设置在包装箱体的多个面上；若设置在包装箱体的多个面上时，相邻两个面的折叠部位的pet塑料膜上的印刷电路通过加厚处理设置有墨层加厚处。

进一步地，本发明的印刷线圈、印刷电容、印刷电路以及印刷发热模块通过一次印刷加工而成。

本发明提供一种基于磁共振无线供电技术的印刷发热控温包装装置的设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、根据磁共振无线供电的工作频率，确定印刷线圈的电感值l及印刷电容的电容值c；

步骤2、根据包装箱体的尺寸，确定印刷线圈的外径；

步骤3、计算印刷线圈的匝数、线宽和线间距，确定印刷电容的形状、大小；其计算公式为：

电感

其中，a＝a0-n(g+ω)，b＝b0-n(g+ω),

a0为矩形印刷线圈长边轮廓尺寸；b0为矩形印刷线圈短边轮廓尺寸；a为矩形印刷线圈的平均长度；b为矩形印刷线圈的平均宽度；ω为导线宽度；g为线间距；t为截面高度；n为线圈匝数；μ0为真空磁导率，取值为4π*10^-10；p值取决于线圈实际加工工艺，取值在1.75到1.85之间；所得电感量单位为亨利；

电容c＝εrs/4πkd

其中，εr为塑料膜的介电常数，d为塑料膜的厚度，s为印刷电容的面积，k为静电力常数；

步骤4、根据包装箱体的尺寸，确定印刷电路的形状、大小；

步骤5、根据印刷发热模块的尺寸和所需电阻计算其总长度，并设置蛇形通路的形状；

步骤6、根据计算得到的参数，使用平面软件画图，并制版、印刷、覆膜。

本发明产生的有益效果是：本发明的基于磁共振无线供电技术的印刷发热控温包装装置及设计方法，能够给运输包装加上了电加热的功能，可以保护箱内例如液体化妆品、花卉等商品在冬季北方高寒地区运输时不被低温破坏，同时杜绝了内置电池的安全隐患和外接电源线材造成的不便；相比铜线组成的线圈和电路，导电油墨印刷电路几乎完全扁平，不占用包装箱内部的任何空间，同时重量极为轻便，不会因为无线供电模块和印刷发热模块而给整个包装件增加太多的重量从而妨碍运输，除此之外，导电油墨印刷电路的成本非常低廉，给包装带来功能的同时不会让包装增加太多的成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的印刷塑料膜正面印刷内容示意图；

图2是本发明实施例的印刷塑料膜反面印刷内容示意图；

图3是本发明实施例的印刷塑料膜与包装盒的相对位置示意图；

图4是本发明实施例的印刷方式结构示意图；

图5是本发明实施例的电路原理示意图；

图中：1-印刷线圈，2-正面极板，3-印刷发热模块，4-孔洞，5-墨层加厚处，6-反面极板，7-包装箱体，8-pet塑料膜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图3所示，本发明实施例的基于磁共振无线供电技术的印刷发热控温包装装置，该装置包括设置在包装箱体7内部的印刷线圈1、印刷电路、印刷电容和印刷发热模块3；印刷线圈1、印刷电容、印刷发热模块3之间通过印刷电路相互连接，印刷线圈1和印刷电容相互并联共同组成磁共振无线供电的接收端，包装箱体7外部设置有磁共振无线供电的发射端，接收端通过接收发射端的电能，将电能传输给印刷发热模块3，实现包装箱体7发热控温的功能；其中：印刷线圈1、印刷电路、印刷电容均以导电油墨印刷在一张pet塑料膜8上，pet塑料膜8附在包装箱体7内部。

印刷发热模块3为导电油墨印制成的蛇形通路。

包装箱体7采用以聚氨酯为基材的vip板拼合而成的隔温箱。

印刷电容包括分别设置在pet塑料模8两侧的正面极板2和反面极板6；pet塑料膜8上开设有多个孔洞4；印刷线圈1、印刷电容的正面极板2和印刷发热模块3通过印刷电路连接，均设置在pet塑料膜8的同一侧；印刷电容的反面极板6设置在pet塑料膜8的另一侧，且正面极板2和反面极板6通过穿过孔洞4的印刷电路相互连接，孔洞4上填充有导电油墨。

由于常规的电容体积过大，不适用于印刷包装上，所以需要采用印刷电容，但是电容器要电容值够大，需要较大的面积，而设计在同一侧，面积不够大。所以本发明采用正反两面设置电容的方式，能够在保证体积小的前提下，满足对电容值的要求。

印刷线圈1为绕制有多圈的平面矩形线圈，印刷线圈的两端分别位于印刷线圈的外侧和印刷线圈的中心位置；印刷线圈的外侧端与印刷电容的正面极板2相连；孔洞4设置有三个，包括第一孔洞、第二孔洞和第三孔洞；印刷线圈的中心端的连线穿过第一孔洞，印刷电路的一端穿过第二孔洞，使印刷线圈的中心端和印刷电路在反面极板6所在的面上实现跳线连接；第二孔洞和第三孔洞之间通过印刷电路连接，且印刷电路穿过第三孔洞，使反面极板6与印刷电路相互连接；实现两极分别设置在两个面上的印刷电容与印刷线圈1的并联。

导电油墨采用碳系水性导电油墨。

pet塑料膜8在包装箱体7内部的固定设置方式包括：设置在包装箱体7的一个面上，或设置在包装箱体7的多个面上；若设置在包装箱体7的多个面上时，相邻两个面的折叠部位的pet塑料膜7上的印刷电路通过加厚处理设置有墨层加厚处5。

印刷线圈1、印刷电容、印刷电路以及印刷发热模块3通过一次印刷加工而成。

在本发明实施例中，印刷好的塑料薄膜附在包装箱内部的相邻两个面，发热模块模仿电热毯的走线方式，以蛇形通路的方式印刷，并附在包装箱的底面上。

本发明实施例的基于磁共振无线供电技术的印刷发热控温包装装置的设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、根据磁共振无线供电的工作频率，确定印刷线圈的电感值l及印刷电容的电容值c；

步骤2、根据包装箱体的尺寸，确定印刷线圈的外径；

步骤3、计算印刷线圈的匝数、线宽和线间距，确定印刷电容的形状、大小；其计算公式为：

电感

其中，a＝a0-n(g+ω)，b＝b0-n(g+ω),

a0为矩形印刷线圈长边轮廓尺寸；b0为矩形印刷线圈短边轮廓尺寸；a为矩形印刷线圈的平均长度；b为矩形印刷线圈的平均宽度；ω为导线宽度；g为线间距；t为截面高度；n为线圈匝数；μ0为真空磁导率，取值为4π*10^-10；p值取决于线圈实际加工工艺，取值在1.75到1.85之间；所得电感量单位为亨利；

电容c＝εrs/4πkd

其中，εr为塑料膜的介电常数，d为塑料膜的厚度，s为印刷电容的面积，k为静电力常数；

步骤4、根据包装箱体的尺寸，确定印刷电路的形状、大小；

步骤5、根据印刷发热模块的尺寸和所需电阻计算其总长度，并设置蛇形通路的形状；

步骤6、根据计算得到的参数，使用平面软件画图，并制版、印刷、覆膜。

通过在运输工具上搭载无线供电发射装置，可以在外部控制是否需要给箱子内部供热，从而使箱内温度维持在相对稳定的范围内，保护内部商品不被低温破坏。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。