专利名称：均匀加热线圈盘及其设计方法
技术领域：
本发明涉及加热线圈盘领域，尤其是关于一种应用于电磁炉或类似设备中的线圈盘。
背景技术：
现有电磁炉及类似装置中使用的线圈盘包括耐热塑料成型的底盘、铁粉芯以及用环氧树脂粘结在底盘上的线圈，线圈为铜绞线顺时针或逆时针紧密绕制而成的和底盘大小相若的圆盘状；其特点是线圈都处于一个或两个平面内。依据磁场理论，在平面线圈盘的中间位置产生的磁场强度最大，形成一个集中的磁场波峰，其加热效果表现在锅具上就是一个与线圈盘同心的圆环，因此发热不均匀。专利200420014911.1公布的一种内外环形加热线圈盘能产生两个集中磁场波峰，加热效果表现为锅具上两个与线圈盘同心的圆环，加热效果还是不很均匀，因此有必要进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供了一种加热均匀的线圈盘及其设计方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该均匀加热线圈盘包括底盘、多块铁粉芯及加热线圈，所述的加热线圈的各匝导线异面。
该均匀加热线圈盘的设计方法，包括如下步骤a)计算出加热线圈盘各匝导线正上方H高度处的磁感应强度，该H指加热线圈盘到锅具底面的垂直距离；b)选取其中一匝线圈作为参考点，利用方程反解出各匝导线的横截面中心到锅具底面的垂直距离h，该方程为f(h):=Σn=0a-1m·hh2+(xn)2-Σn=(a-1+b)2a-2+bm·hh2+(xn)2-B0]]>xn＝n·d
其中，B0为选取的参考点的磁感应强度，d为相邻两匝导线横截面中心之间的距离，a为导线的匝数，b为最内匝导线所形成的圆的直径与d的比值，m=u·I2·π,]]>I为线圈电流，u为真空磁导率。
c)根据解出的一组h值，使各匝导线作上升或下降的调整，以使各匝导线横截面中心到锅具底面的距离等于对应的h值。
所述的步骤b)和c)之间还有步骤d)d1)依次将各匝导线的高度作为参考值，并将其它各匝导线的高度与该参考值的比值作为比例系数，从而得到多组比例系数，选取其中比例系数变化最小的一组所对应的导线的高度作为参考值；d2)分别将其它各匝导线的高度除以该参考值，将所得到的商值乘以变形幅度限值，从而得到各匝导线新的高度值h。
所述的步骤d2)中，变形幅度限值h′需要满足h′<H-a-D2,]]>其中H指普通线圈盘绕线的中心点到陶瓷板下表面的距离，a指变形后线圈盘最高点到陶瓷板下表面的距离a，D指线圈盘各导线的直径。
所述的步骤b)中，选取不同参考点多计算几组h值，比较每一组的Δh，即每组中的hmax-hmin的大小，最小Δh所对应的参考点即为最终选择的参考点。
本发明的有益效果是，由于根据计算结果，将每一圈铜绞线的位置在其轴向上作了上升或下降的位置调整，以使得在线圈盘上方放置锅具位置处产生的磁场更加均匀，因而发热也变得较为均匀。
图1是本发明线圈盘横截面等效模型示意图。
图2是计算出的各匝导线正上方H处的水平方向的磁感应强度的曲线图。
图3是对于30匝的大线圈调整前和调整后的各匝导线的h值的分布图。
图4是小幅调整各匝导线的h值后的水平磁感应强度曲线。
图5是本发明的流程图。
具体实施例方式
请参阅图1至图5，本发明均匀加热线圈盘包括底盘、多块铁粉芯及加热线圈，其特征在于加热线圈不再处于一个平面内，而是在运用电磁场理论精确计算的基础上，将每一圈铜绞线的位置在其轴向上作了上升或下降的位置调整，以使得在线圈盘上方放置锅具位置处产生的磁场更加均匀，因而发热也变得较为均匀；在此基础上把底盘和铁粉芯也作了相应的形状变化，以适应线圈盘的形状。基于本发明的技术方案，也可以用于弧形底的锅具，只要相应计算出在一个弧形范围内保持均匀的磁场强度，则其工作时在弧形锅具的相应部分都能较为均匀的发热。
根据电磁场理论，交变电流通过线圈产生交变磁场，其磁感应强度在距离线圈盘一定距离(锅具底部所在位置)的分布不均匀。由电磁炉的工作原理可知，这种磁场强度的不均匀性，可以导致加热不均匀。
根据安培环路定理，在垂直于长直载流导线的平面内，以载流导线为圆心作一条半径为r的圆形环路l，圆周上任一点的磁感强度为B，其方向与圆周相切。取环路的绕行方向为逆时针方向，取线元矢量dl，则B与dl间的夹角θ＝(B，dl)＝0°，B沿这一环路l的环流只与闭合环路所包围的电流I有关，而与环路的大小、形状无关。
请参阅图1，其为本发明线圈盘横截面等效模型示意图，其中为电流流入方向，为电流流出方向，d为相邻两匝导线中心之间的距离，L为线盘最内匝导线所在圆的直径，H为需要计算磁场强度所对应的高度(即线圈盘到锅具底面的垂直距离)。
对应上述的N匝线圈盘等效模型来说，要计算其第N匝上方H处的磁感应强度B的大小，只需要运用安培环路定理，进行一个叠加计算即可。需要注意的是磁感应强度B是一个矢量，为了便于分析，可以分别计算其垂直和水平方向的磁感应强度分量后，再分别叠加。因为对于圆形的加热线圈盘来说，沿直径是左右对称的，所以只需要算出一侧的磁感应强度B就可以了。
对于第n根导线，其垂直导线上方高H处的磁感应强度为B，即该导线在该点的水平磁场强度为Bx。以最外侧的导线截面的圆心为原点，并命名为第0点，则各圈导线的编号分别为第1点、第2点......为了方便计算，把L折合成导线的直径。依据公式，通过编程可计算出各点上方H处，水平方向的磁感应强度，并可画出相应的曲线(如图2所示，其中横坐标表示导线，纵坐标表示磁感应强度)。
对于第0点，B的计算简单来说是这样的，其他点依次类推1)首先，计算第0点正上方H处，每一匝导线在该点的B值；2)接着，取各个B值进行矢量叠加。
对于垂直方向的磁感应强度计算与水平方向的类似。
在计算出来的这一组B中，选取一个为参考点的值。按照这个值的大小来反解方程，求得一系列h的值。然后就可以根据求得的h值来调整每一匝铜绞线(导线)的高度。
n＝0..79xn＝n·d.....................(1)f(h):=Σn=029m·hh2+(xn)2-Σn=5079m·hh2+(xn)2-B0---(2)]]>对于第2个方程，第一项和第二项代表同一点方向相反的两个磁感应强度的大小，二者的差值等于参考点磁感应强度B0时的h值就是我们要得到的。通过上面这个方程能求解第0匝线圈与锅具底部的距离。即当f(h)＝0时，解出h的值。其中，n为从0到79的整数(其是针对该线圈盘有30匝导线，且最内匝导线所形成的圆的直径为d的21倍)，B0为选取的参考点的磁感应强度值，选定以后即为一常量，d为相邻两匝导线横截面中心之间的距离，m为常量，且m=u·I2·π]]>(I线圈电流；u真空磁导率；)。
如果要接下去求解第1匝线圈与锅具底部的距离。则令n＝-1..78xn+1＝n·df(h):=Σn=029m·hh2+(xn)2-Σn=5079m·hh2+(xn)2-B0]]>当f(h)＝0时，h的值即为第1匝线圈与锅具底部的距离。
其它匝导线的h值的求解方法依此类推。
即对于各匝导线，其h值的求解方法可参照如下公式f(h):=Σn=0a-1m·hh2+(xn)2-Σn=(a-1+b)2a-2+bm·hh2+(xn)2-B0]]>其中，a为该线圈盘导线的匝数，b为最内匝导线所形成的圆的直径与d的比值。
通过此反解方程，即可求出每一匝导线的中心到锅底的距离，即h是一组高度的集合，而并非一个单一的值。
对于上述方程中的参考点，其可选取几个不同点的磁感应强度值作为参考点，从而计算出几组h值，然后比较每一组Δh(即每一组中的hmax-hmin的大小)，最小Δh所对应的参考点即为最合理参考点。在本实施方式中，经过大量的计算验证和实际情况，在这里选取第13点的水平磁场强度作为参考点。
按照这个原则，即使匝数、电流发生变化，只是B的绝对值发生了变化，这些参数在公式中可以归结到一个常量C，只要在最后的计算值中选最大值即可。
根据上述方程计算出来的h的值如表1表1计算出来的各匝导线的h值表
其中，h坐标轴的原点取在锅底，方向为远离锅底的垂直方向。
根据电磁炉内部的实际空间尺寸，对h进行调整，并把h坐标轴原点取在线圈盘骨架(其用于支撑线圈盘)上，方向垂直线盘平面向上。
对h进行调整时，需要考虑如下内部尺寸1)普通线圈盘导线的中心点到陶瓷板下表面的距离H，陶瓷板上表面即锅底。陶瓷板本身有厚度，约4mm(即上、下表面的间距为4mm)，所以计算出来的h的值，其最大变形范围需要减去陶瓷板的厚度。线圈不可能穿过陶瓷板直接跟锅底接触。
2)变形后线圈盘最高点到陶瓷板下表面的距离a。
3)线圈盘导线的直径D。
则可供线圈盘变形的高度h′需要满足h′<H-a-D2]]>这样做的原则主要有两点1)使设计出来的线圈盘能够作为一个通用部件运用在大多数电磁炉上；2)考虑到线圈盘本身的散热，即在通用性和磁场的均匀性上做一个折中。
下面的这组数据只是一个参考的数据，实际计算时可以根据以上原则进行调整。在调整时，选取边缘附近的某一个点为参考点(选第0点，选第1点......选第N点，分别进行计算，比较得出的数值，变形幅度最小所对应的点就是合适的参考点)，然后，按照h高度的限制进行等比例的计算。
需要说明的是，计算出h的集合后，所有的变形都只有一个目的使变形的幅度尽可能的小，以适应电磁炉内部狭窄的空间。请参阅图3(横坐标表示导线，纵坐标表示高度h)，处于上方的点集是计算出来的未做变形的h的集合，为了使其变形幅度限制在5mm(该变形幅度限值是根据陶瓷板到线圈盘之间的空间大小并综合散热情况得出的数值，如h′＝5mm，则根据h′<H-a-D2,]]>H可以为10mm，a可以为3mm，D可以为3mm。)之内而且不对全盘热效果产生大的负面影响，对h做变形后的点集处于下方。以第2点为参考点为例，其他点分别除以第2点的h值，得到一组比例系数，把这组系数分别乘以5mm，即得到比例计算后的h的新集合。以第5点为例，按比例计算后第5点的变形幅度h5′=h5h2×5]]>(通过此计算公式，能够在变形的同时，最大程度上保持磁感应强度的均匀性，如果只是单单调整所有超出点的高度到5mm，其他未超出点保持不变，那么最后所得到的磁感应强度会重新变得不均匀)，通过该调整使大部分的点的高度都在限值以下，少数仍然超出高度限制的几个边缘点则取限值5mm。
根据上述调整的原则，调整以前的各匝导线的h如表1，调整后的各匝导线的h如表2(表2中的0.015m是实际测量的导线横截面中心到锅底的距离)表2调整后各匝导线的h值表
经过调整后，重新根据公式计算磁感应强度，如图4所示，其中点集M是根据第13号导线得出的h计算出的磁感应强度，点集N是根据第23号导线得出的h计算出的磁感应强度，点集P是根据第13号导线小幅修正h计算出的磁感应强度，点集Q是根据第13号导线大幅修正h计算出的磁感应强度，R和S表示阀值。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求
1.一种均匀加热线圈盘，包括底盘、多块铁粉芯及加热线圈，其特征在于所述的加热线圈的各匝导线异面。
2.一种均匀加热线圈盘的设计方法，其特征在于包括如下步骤a)计算出加热线圈盘各匝导线正上方H高度处的磁感应强度，该H指加热线圈盘到锅具底面的垂直距离；b)选取其中一匝导线作为参考点，利用方程反解出各匝导线的横截面中心到锅具底面的垂直距离h，该方程为f(h)=Σn=0a-1m·hh2+(xn)2-Σn=a+b-12a+b-2m·hh2+(xn)2-B0]]>xn＝n·d其中，B0为选取的参考点的磁感应强度，d为相邻两匝导线横截面中心之间的距离，a为导线的匝数，b为最内匝导线所形成的圆的直径与d的比值，m=u·I2·π,]]>I为线圈电流，u为真空磁导率。c)根据解出的一组h值，使各匝导线作上升或下降的调整，以使各匝导线横截面中心到锅具底面的距离等于对应的h值。
3.按照权利要求2所述的一种均匀加热线圈盘的设计方法，其特征在于所述的步骤b)和c)之间还有步骤d)d1)依次将各匝导线的高度作为参考值，并将其它各匝导线的高度与该参考值的比值作为比例系数，从而得到多组比例系数，选取其中比例系数变化最小的一组所对应的导线的高度作为参考值；d2)分别将其它各匝导线的高度除以该参考值，将所得到的商值乘以变形幅度限值，从而得到各匝导线新的高度值h。
4.按照权利要求3所述的均匀加热线圈盘的设计方法，其特征在于所述的步骤d2)中，变形幅度限值h′需要满足h′<H-a-D2,]]>其中H指普通线圈盘导线的中心点到陶瓷板下表面的距离，a指变形后线圈盘最高点到陶瓷板下表面的距离a，D指线圈盘各导线的直径。
5.按照权利要求2所述的均匀加热线圈盘的设计方法，其特征在于所述的步骤b)中，选取不同参考点多计算几组h值，比较每一组的Δh，即每组中的hmax-hmin的大小，最小Δh所对应的参考点即为最终选择的参考点。
全文摘要
本发明公开了一种均匀加热线圈盘，它包括底盘、多块铁粉芯及加热线圈，所述的加热线圈的各匝导线异面。由于根据计算结果，将每一圈铜绞线的位置在其轴向上作了上升或下降的位置调整，以使得在线圈盘上方放置锅具位置处产生的磁场更加均匀，因而发热也变得较为均匀。
文档编号G06F17/00GK1921709SQ20061006176
公开日2007年2月28日 申请日期2006年7月19日 优先权日2006年7月19日
发明者秦大生, 张 林, 梁永春, 姚鲁 申请人:深圳创维－Rgb电子有限公司