摘要：文章設(shè)計的電熱水壺產(chǎn)品通過不銹鋼發(fā)熱盤360°旋轉(zhuǎn)新技術(shù)，壺體與電源分離式設(shè)計等方法保證沸騰后電熱水壺自動斷電，防干燒，改變了以往熱水壺只采用溫控，防干燒超溫保護(hù)等缺陷，并使用Pro/E軟件實現(xiàn)了水壺產(chǎn)品主要零部件和外觀詳細(xì)的數(shù)字化設(shè)計，使得產(chǎn)品使用更加安全、美觀和快捷。

關(guān)鍵詞：電熱水壺；分離式設(shè)計；Pro/E軟件；自動斷電；溫控器 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TQ320 文章編號：1009-2374（2016）35-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.011

1 概述

電熱水壺用于快速燒開自來水，是繼電開水器、電子熱水瓶、冷熱飲水機(jī)之后近幾年開發(fā)出來的新型家用飲水電器，適用于家庭、辦公室、賓館等場。由于其便攜性和安全性受到越來越多人的青睞，市場前景巨大。目前，電熱水壺的市場競爭越來越激烈，由于行業(yè)進(jìn)入門檻低、利潤高、運(yùn)營周期短，行業(yè)壟斷尚未形成，電熱水壺受到了家電生產(chǎn)企業(yè)的青睞。眾多生產(chǎn)企業(yè)努力在提升電熱水壺的技術(shù)含量、改善性能等方面下功夫，讓電熱水壺的使用更方便、安全。

本文設(shè)計的電熱水壺產(chǎn)品采用不銹鋼發(fā)熱盤360°旋轉(zhuǎn)新技術(shù)，壺體與電源分離式設(shè)計等方法保證沸騰后電熱水壺自動斷電，防干燒，改變了以往熱水壺只采用溫控，防干燒超溫保護(hù)等缺陷，并使用Pro/e軟件對水壺產(chǎn)品主要零部件和外觀進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)字化設(shè)計，使產(chǎn)品更加安全、美觀和快捷。

2 電熱水壺工作原理和功能

電熱水壺的主要優(yōu)點有外形新潮、方便快捷、新鮮衛(wèi)生、安全可靠、特色顯著等優(yōu)點。電熱水壺主要工作原理是接通電源5分鐘左右后，水溫逐步上升到100℃，水開始沸騰，蒸汽沖擊蒸汽開關(guān)上面的雙金屬片，由于熱脹冷縮的作用，雙金屬片膨脹變形，頂開開關(guān)觸點斷開電源。如果蒸汽開關(guān)失效，壺內(nèi)的水會一直燒下去，直到水被燒干，發(fā)熱元件溫度急劇上升，位于發(fā)熱盤底部的有兩個雙金屬片，會因為熱傳導(dǎo)作用溫度急劇上升，膨脹變形，斷開電源。因此電熱水壺的安全保護(hù)裝置是設(shè)計得非?？茖W(xué)與可靠的，這也就是電熱水壺的三重安全保護(hù)原理。本文設(shè)計的電熱水壺產(chǎn)品工作原理為采用英國STRIX溫控器，電子板程序控制中心通過溫控器上的熱敏電子反饋的溫度信息，進(jìn)行控制繼電器的離合，從而控制發(fā)熱盤的工作電源，產(chǎn)品工作原理圖如圖1

所示。

本文設(shè)計的電熱水壺的主要功能如下：

2.1 煲水功能

將底座插上電源，按下開關(guān)按鈕，底座開始接通電源，如果不將裝壺身放在底座上，底座上無任何功能。將裝有水的壺身放在底座上，整機(jī)將處于待機(jī)狀態(tài)，溫度功能處于默認(rèn)狀態(tài)下的“BOIL”功能，按選擇按鈕選擇不同的溫度，選擇好溫度后，再按下開關(guān)按鈕，發(fā)熱盤接通電源，整機(jī)開始煲水工作，熱敏電阻會將溫度信息不間斷地反饋給信息控制中心，當(dāng)溫度達(dá)到選擇的溫度時，信息控制中心根據(jù)熱敏電阻反饋的信息做出判斷和動作，使繼電器自動斷開，切斷發(fā)熱盤的電源，整機(jī)會回到待機(jī)的默認(rèn)“BOIL”狀態(tài)。

2.2 保溫功能

該產(chǎn)品保溫功能為獨(dú)立功能，將底座插上電源，按下開關(guān)按鈕，底座開始接通電源，如果不將裝壺身放在底座上，底座上無任何功能。將裝有水的壺身放在底座上，整機(jī)將處于待機(jī)狀態(tài)，溫度功能處于默認(rèn)狀態(tài)下的“BOIL”功能，此時保溫工作主要有兩種方式：（1）此時可選擇任何溫度，但如果先按開關(guān)按鈕進(jìn)行煲水（針對自來水），再按保溫按鈕來保溫，水壺則會先把水加熱到100℃后再將水保溫在55℃、80℃、95℃，正迎合了市場的需要，55℃沖奶粉、80℃沖咖啡、95℃品茶；（2）此時可選擇任何溫度，但如果先按保溫按鈕進(jìn)行煲水保溫（針對直飲水），水壺則會直接把水加熱到所需要的溫度檔位，將水保溫在55℃、80℃、95℃。

3 電熱水壺主要零件設(shè)計

根據(jù)對電熱水壺的功能分析，電熱壺里面的主要功能元器件為溫控器、內(nèi)置探頭和發(fā)熱盤等零件。

電熱水壺的溫控器作為主要核心零件，起到的作用至關(guān)重要，溫控器的壽命直接影響到電熱水壺的壽命。目前市場上用于電熱水壺的溫控器主要品牌有以STRIX、OTTER為主的國外品牌和以SLD、SLT、JIATAI、發(fā)達(dá)等為主的國內(nèi)品牌。電熱水壺的溫控器國產(chǎn)溫控器和進(jìn)口溫控器的最大的區(qū)別在于制作工藝以及用料、產(chǎn)品的使用壽命等。比較兩者，進(jìn)口電熱水壺的溫控器壽命大約在20000次，而國產(chǎn)的電熱水壺溫控器壽命最低可以達(dá)到5635次，且進(jìn)口的電熱水壺溫控器安全系數(shù)相對較高。本產(chǎn)品中的溫控器零件采用英國進(jìn)口技術(shù)STRIX溫控器，控溫準(zhǔn)確，保證100%沸騰，有防干燒功能，使用壽命更長。設(shè)計圖如圖2所示：

電熱水壺內(nèi)置探頭是產(chǎn)品主要功能元件之一，通過采用內(nèi)置智能感溫探頭的感應(yīng)技術(shù)，該電熱水壺能夠?qū)崿F(xiàn)50℃～95℃自由調(diào)溫，控制溫度準(zhǔn)確到位，保證不同的溫度精準(zhǔn)控制需求，為內(nèi)置探頭結(jié)構(gòu)如圖3所示：

發(fā)熱盤作為電熱水壺的主要零件，主要功能是對壺內(nèi)的水進(jìn)行加熱和保溫。電熱水壺稱為旋轉(zhuǎn)式電熱水壺。這種電熱水壺用發(fā)熱盤替代了發(fā)熱管，并將發(fā)熱盤隱藏在壺底，不與水直接接觸，可以實現(xiàn)一次性防干燒保護(hù)功能；而且連接器置于底座及壺體底盤的中央，使兩者能360°任意對接，使用更加便捷。隨著溫控器技術(shù)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)式電熱水壺開始擁有越來越多的附加功能，如精準(zhǔn)化自動斷電、保溫等功能，使得電熱水壺的使用更加人性化。目前，旋轉(zhuǎn)式電熱水壺在歐洲市場擁有近80%的份額，而中國國內(nèi)市場在售產(chǎn)品中也有60%以上為旋轉(zhuǎn)式產(chǎn)品。本產(chǎn)品中發(fā)熱盤即采用不銹鋼發(fā)熱盤360°旋轉(zhuǎn)新技術(shù)，使壺體與電源分離式設(shè)計，從而保證沸騰后電熱水壺自動斷電，防干燒，極大地提高了產(chǎn)品使用的安全性和便攜性，發(fā)熱盤零件結(jié)構(gòu)如圖4所示：

在主要功能零件設(shè)計好后，最后根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過軟件輔助對多功能熱水壺的外觀進(jìn)行造型設(shè)計。利用Pro/E軟件對多功能電熱水壺機(jī)身進(jìn)行造型設(shè)計。我們通過線來勾勒出機(jī)身的大致輪廓，然后通過線構(gòu)造面，讓面展現(xiàn)出整個機(jī)身的輪廓。通過觀察對機(jī)身的外輪廓進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，確認(rèn)機(jī)身符合設(shè)計者要求后，我們實體化原先確定的機(jī)身外形，壺體采用不銹鋼，具有簡潔、美觀、大方、易于清洗等優(yōu)點，在壺體把手設(shè)計上，利用人機(jī)工程學(xué)，充分考慮使用者的舒適性，電熱水壺整體造型如圖5所示：

4 結(jié)語

本文對電熱水壺主要功能和工作原理進(jìn)行了分析，提出了發(fā)熱盤不銹鋼發(fā)熱盤360°旋轉(zhuǎn)新技術(shù)，使壺體與電源分離式設(shè)計等技術(shù)，提高了使用的安全性和便利性。利用Pro/E軟件實現(xiàn)了電熱水壺中的溫控器、內(nèi)置探頭和發(fā)熱盤等零件及壺體的造型設(shè)計。

參考文獻(xiàn)

[1] 吉小輝.電水壺自動斷電控制器的研究與設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2013，（21）.

[2] 龍克文.電水壺用溫敏磁控開關(guān)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)[J].日用電器，2013，（7）.

[3] 戢利霞.電水壺設(shè)計識別研究——以莫菲和飛利浦為例[D].武漢理工大學(xué)，2010.

[4] 鄢雨田.電熱水壺結(jié)構(gòu)的設(shè)計與創(chuàng)新[J].科技創(chuàng)新，2016，（15）.

作者簡介：石亞平（1985-），女，廣東佛山人，佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計與制造。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）