电源变压器配套螺旋式炊具结构

　　做电源配套结构设计快十二年，经手的电感、变压器周边配套构件少说也有几百套，这次做的这个螺旋式炊具结构，是给小型工频电源变压器做配套加热端用的，最早是客户提的需求，要在小型控制变压器的输出端做一个可直接加热的炊具单元，不用额外外接加热盘，省掉中间转接的结构件，缩小整体设备的安装体积。

　　先从应用场景说，这个结构主要用在小型便携加热设备上，比如野外作业用的低压加热炊具、实验室小型恒温加热装置，还有车载低压加热套件，这些场景的供电端都是配套的小型电源变压器，输出电压多为12V、24V安全电压，传统的加热结构是变压器外接独立加热盘，中间要走接线端子、固定支架，不仅占空间，接线端裸露还容易出现松脱、漏电的问题，这个螺旋结构直接把加热载体和固定基座做成一体化，直接套在变压器输出端的固定柱上，省掉了三个转接零件。

　　实际用途上，这个螺旋部分不是普通的支撑弹簧，是采用电阻合金材质绕制的，既承担炊具的容器支撑作用，同时本身就是发热体，通电后螺旋圈整体均匀发热，放在上面的金属容器能直接受热，下方的实心基座是耐高温绝缘材质，直接和变压器的输出端固定座贴合，既隔绝热量向变压器本体传导，避免变压器绕组因为高温出现绝缘老化，同时基座上预留的走线槽直接把螺旋发热体的接线端引到变压器的输出接线柱上，不用额外走明线。

　　设计的时候最先考虑的是螺距的参数，最开始试做的时候螺距做的是8mm，发热的时候热量太散，容器放在上面受热不均匀，中心位置温度比边缘低15度左右，后来把螺距调整到5mm，圈数增加两圈，整体螺旋高度控制在65mm，螺旋的内径做的是82mm，刚好适配市面上常规的80mm直径的金属加热杯，不会出现放上去晃荡的情况，螺旋的线材直径选的是4mm，这个直径的合金线材既有足够的支撑强度，放满500ml水的容器不会出现螺旋变形塌腰的情况，同时发热功率刚好能匹配100W功率的电源变压器，不会出现过载烧绕组的问题。

　　安装边界这块，下方的基座直径做的是90mm，基座底部开了四个M3的固定螺丝孔，孔位的中心距是70mm，刚好和常规小型电源变压器的顶部安装孔位完全对齐，不用重新在变压器外壳上打孔，直接用螺丝就能把整个炊具结构固定在变压器顶部，基座的高度是15mm，内部埋了隔热云母片，能把螺旋部分的温度隔绝在基座以上，连续工作2小时的时候，基座和变压器贴合的面温度不会超过45度，完全在变压器外壳的耐温范围内，不会影响变压器的正常工作寿命。

　　功能特性上，这个螺旋结构的开口端做了磨圆处理，不会划伤放置的容器外壁，最下面一圈螺旋和基座是嵌入式固定的，不是简单的焊接，避免长期高温下出现焊点脱落的问题，螺旋的整体垂直度控制在0.2mm以内，容器放上去之后不会出现倾斜歪倒的情况，之前有一版设计是螺旋直接焊在金属基座上，通电的时候基座会带电，后来把基座换成耐高温的酚醛树脂材质，螺旋的接线端从基座内部的穿线孔走，和基座完全绝缘，就算使用的时候有水溅到基座上，也不会出现漏电的问题，符合低压电器的安全要求。

　　设计思路上没有走传统加热盘的老路，主要是考虑到配套的变压器本身功率不大，加热盘的热惯性大，升温慢，而且加热盘本身重量大，便携设备上用会增加整体负重，螺旋式的结构重量只有同功率加热盘的三分之一，而且热惯性小，通电之后10秒就能感觉到明显温度上升，断电之后降温也快，不会出现余温过高烫伤的问题，另外螺旋结构的通风性好，就算长时间干烧，热量也能快速散掉，不会像密封加热盘那样干烧几分钟就出现温度过高烧坏绝缘层的问题。

　　实际测试的时候，把这个结构固定在100W的电源变压器上，放400ml的常温水，8分钟就能烧开，比同功率的外接加热盘快2分钟左右，主要是螺旋和容器外壁是多圈接触，传热面积比平面加热盘更大，而且没有中间的转接件热损耗，热量直接从发热体传到容器上，热效率能提高20%左右，另外这个结构的零件数量只有两个，螺旋发热体和绝缘基座，装配的时候只要把螺旋的下端压进基座的固定槽里，接好线就能完成装配，比传统加热结构少了四个装配步骤，生产的时候装配效率能提高不少。

　　尺寸这块也做了冗余设计，螺旋的外径是90mm，比基座的直径小2mm，就算使用的时候不小心碰到螺旋部分，也不会把螺旋碰歪，基座的边缘做了R3的圆角，安装的时候不会划伤安装人员的手，穿线孔的直径是5mm，能轻松穿过1.5平方的高温导线，接线端预留了10mm的线头长度，接变压器接线柱的时候不用额外剪线，直接压接就行。

　　之前也考虑过做网格状的加热支撑，但是网格状的结构清理起来不方便，做饭的时候漏下去的残渣会卡在网格缝隙里，螺旋结构的缝隙是通透的，残渣直接就能漏下去，清理的时候只要拿抹布擦一下就行，比网格结构好维护很多，而且螺旋结构的抗变形能力更好，就算不小心从1米的高度掉下来，螺旋也不会出现严重的变形，稍微掰一下就能复位，网格结构摔一下很容易出现焊点断裂、网格变形的问题，维修起来很麻烦。

　　在和变压器配套的时候，还要考虑整体的高度，整个炊具结构加上变压器的总高度控制在120mm以内，放在便携设备的外壳里不会突出太多，外壳上只要开一个92mm的圆孔就能把这个结构露出来，不用做复杂的固定结构，外壳和基座之间加一个硅胶密封圈，就能防止水顺着缝隙流到变压器内部，整体的防护等级能做到IP44，满足户外使用的要求。

　　做结构设计这么多年，很多时候不是越复杂的结构越好，这种把发热、支撑、固定功能整合到一起的结构，反而更适合小型配套设备，少一个零件就少一个故障点，不管是生产装配还是后期维护，都能省很多事，这个结构前后改了三版，从最开始的螺距不对、基座隔热不好，到最后调整到现在的参数，每一处改动都是实际测试之后根据暴露的问题调整的，不是坐在电脑前凭空画出来的，毕竟工业设计最终还是要落到实际使用上，参数再好看，实际用的时候出问题都是白搭。