【關鍵詞】按摩椅；加熱技術；原理；安全性

引言

按摩椅作為一種舒緩身心疲勞的產(chǎn)品，已經(jīng)成為現(xiàn)代人日常生活中不可或缺的一部分。其中，加熱功能作為一項重要的功能之一，對用戶的舒適感和按摩效果具有至關重要的影響。因此，研究和應用按摩椅加熱技術具有重要的實際意義。

一、按摩椅加熱技術的原理

按摩椅加熱技術主要基于電熱元件和控制系統(tǒng)。電熱元件通常采用碳纖維發(fā)熱片、銅鎳合金線、PTC等材料，都是通過電阻發(fā)熱產(chǎn)生熱能，熱能通過隔離層進行熱量傳遞，從而實現(xiàn)對人體進行加熱?？刂葡到y(tǒng)則通過溫度傳感器和控制器對加熱過程進行實時監(jiān)測和閉環(huán)控制，加熱的裝置中溫度傳感器一般都是采用性價比較高的NTC，NTC會根據(jù)溫度的變化呈反比例的變化，每一個溫度對應不同的電阻阻值，不同電阻阻值對應不同的電壓值，不同的電壓值再傳遞控制器中的MCU，MCU檢測到溫度的變化與預先設定的溫度進行對比，當溫度低于預先設定的溫度值時，就打開加熱開關繼續(xù)加熱，直至達到預先設定的溫度；當溫度等于或者超過預先設定的溫度值時，就關閉加熱開關，關閉加熱，實現(xiàn)恒溫加熱。加熱裝置中一般還會有溫度控制開關，以保證加熱效果和安全性。按摩椅一些低成本加熱電路相對較為簡單，僅有一個MOS管[1]驅動即可，無需多余的外圍配置電路見圖1，隨著客戶對于按摩椅加熱感受的提高，相對應的加熱電路也變得越來越復雜，一些高端產(chǎn)品還使用了芯片控制的方案，芯片內集成了過流保護、過壓保護、欠壓保護和短路保護等等，當出現(xiàn)故障時會通過nfault腳輸出低電平給MCU，當MCU檢測到此信號后，給nENBL使能引腳發(fā)送低電平，關斷芯片的輸出，從而停止加熱。大幅提升了加熱功能的安全性和穩(wěn)定性。加熱電路[2]見圖2。

（一）碳纖維發(fā)熱片，一般使用在披風和小腿加熱位置，主要用于背部、膝蓋和小腿的加熱。這是目前按摩椅市場上最為普遍的加熱材料，也是技術最為成熟的加熱材料，這種加熱材料相對成本較低，但是加熱效率也比較低，會有加熱不均勻的情況，并且安全系數(shù)也不高。

加熱數(shù)據(jù)如下：

表1 碳纖維發(fā)熱片加熱數(shù)據(jù)表

（二）石墨烯是一種單層碳原子構成的二維材料，當石墨烯加熱元件通過電流通電時，石墨烯中的自由電子會受到電場的驅動，進而進行運動和碰撞，從而產(chǎn)生熱能。石墨烯具有優(yōu)異的導電性和熱傳導性，可以快速傳輸電能和熱能，實現(xiàn)快速而高效的加熱過程；能夠提供均勻的加熱效果，避免局部溫度過熱或溫度不足的情況。石墨烯具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和機械強度，能夠在高溫和復雜環(huán)境下保持穩(wěn)定性和長壽命。

加熱數(shù)據(jù)如下：

表2 石墨烯發(fā)熱片加熱數(shù)據(jù)表

（三）銅鎳合金線一般用于腳底滾輪加熱。銅鎳合金線是一種電阻合金，具有較高的電阻率和較高的電阻溫度系數(shù)。當電流通過銅鎳合金線時，將電能轉化為熱能。銅鎳合金線的電阻值隨溫度的變化而變化，因此可以通過調節(jié)電流來控制加熱溫度。銅鎳合金線具有良好的耐高溫性能，能夠在較高溫度下工作，保持穩(wěn)定性和長壽命。關鍵還可以根據(jù)需要定制不同的形狀和尺寸，適應不同的加熱場景應用，銅鎳合金線一般功率較高，設計者在使用時要充分考慮按摩椅的供電功率。目前市場上電路設計有多種做法，一種是直接MOS管作為開關管，直接加熱，不能進行精準溫控；一種是使用圖騰柱電路實現(xiàn)PWM調溫，可以進行精準的溫控加熱，但是也缺乏必要的安全防護；還有一種是芯片控制，既可以實現(xiàn)PWM調溫，進行精準溫度控制，還有過流、過壓、欠壓和短路等多重安全防護，增加按摩椅的安全性。

加熱數(shù)據(jù)如下：

表3 銅鎳合金線加熱數(shù)據(jù)表

（四）PTC加熱一般用于按摩椅的機芯按摩球的加熱，用于背部和頸部的加熱，可以有效促進血液流動。PTC（Positive Temperature Coefficient）加熱是一種特殊的加熱技術，核心是PTC材料，它是一種具有正溫度系數(shù)特性的半導體材料。當電流通過PTC材料時，隨著溫度的升高，PTC材料的電阻值會急劇增加，從而產(chǎn)生熱能。這種正溫度系數(shù)特性使得PTC加熱元件能夠自動調節(jié)加熱功率，實現(xiàn)穩(wěn)定的加熱效果。PTC加熱元件具有自恢復功能，當溫度升高導致電阻增加時，電流自動減小，從而使溫度保持在較穩(wěn)定的范圍內，避免過熱和損壞。PTC加熱具有較好的溫度穩(wěn)定性，能夠在一定的溫度范圍內保持相對穩(wěn)定的加熱功率，滿足不同的加熱需求。

加熱數(shù)據(jù)如下：

表4 PTC加熱數(shù)據(jù)表

二、按摩椅加熱技術的安全性

在研究和應用按摩椅加熱技術時，安全性是至關重要的考慮因素。以下是一些常見的安全性考慮：

（一）溫度控制：按摩椅加熱功能應具備溫度控制系統(tǒng)，可以利用溫度傳感器采集加熱溫度，并傳遞給溫度控制系統(tǒng)的MCU，實時監(jiān)測加熱溫度，并保持在安全范圍內。

（二）溫度均勻性：加熱功能應提供均勻的加熱效果，避免出現(xiàn)局部過熱或溫度不足的情況。確保整個加熱區(qū)域的溫度分布均勻，以提供舒適和安全的按摩體驗。

（三）安全材料：選擇合適的加熱元件和材料，確保其安全性和耐用性。常用的加熱元件包括碳纖維發(fā)熱片、石墨烯發(fā)熱片，銅鎳合金線，PTC發(fā)熱片等，這些材料都需要經(jīng)過嚴格的測試和認證，確保無毒、無害、耐高溫、阻燃等特性。

（四）過熱保護：加熱功能應配備過熱保護裝置，當溫度超過安全范圍時，自動停止加熱，以防止意外事故發(fā)生。常用的是過熱保護裝置有溫度開關，當溫度超過溫度開關的設定溫度后，就會斷開加熱回路，加熱元件停止加熱，防止溫度過高造成燙傷。當溫度開關失效時，加熱控制系統(tǒng)根據(jù)加熱控制邏輯停止加熱元件工作。同時在加熱電路中也要增加PTC和過流檢測，當上述裝置全部失效時，PTC能夠自動切斷加熱回路，停止加熱。避免造成不可挽回的損失。

（五）安全設計：加熱元件可以被放置在適當?shù)奈恢?，或者通過隔熱材料進行保護，以確保用戶的安全。并且隔離材料要做到耐高溫，阻燃[3]，甚至更高的防火要求。按摩椅的加熱技術應符合相關的安全標準和認證要求，例如：國際質量管理標準體系ISO9001和ISO13485，以及國家家用電器安全通用要求GB4706.1等。這些體系和要求能夠確保按摩椅的加熱技術符合安全和質量要求。

（六）使用說明：按摩椅應提供詳細的使用說明書和安全警示，提示用戶正確使用加熱功能，并提供必要的安全建議和注意事項。在發(fā)生過熱或者加熱部件損壞時，能夠及時提示用戶故障信息。

三、按摩椅加熱技術的改進和優(yōu)化方向

為了進一步改進和優(yōu)化按摩椅加熱技術，可以從以下幾個方面進行研究和探索：

（一）優(yōu)化加熱元件的結構和材料，提高加熱效率和舒適度

淘汰目前市場上較為落后的，發(fā)熱效率低下，安全系數(shù)差的碳纖維加熱片，能夠全面導入石墨烯加熱片，加熱均勻，并且加熱速度快，安全系數(shù)還高，這樣可以有效地降低石墨烯加熱片的整體成本，給用戶提供更舒適的感受，提供更實惠的價格。

（二）改進控制系統(tǒng)的算法和參數(shù)設置，提高溫度控制的準確性和穩(wěn)定性

提升控制系統(tǒng)溫度采集的頻次，引進PID調溫方案，實現(xiàn)精準的閉環(huán)控溫；優(yōu)化算法，在保證快速加熱，并且不影響客戶體驗舒適度的情況下，降低整機按摩椅的功率。

（三）引入智能化技術，提升控制系統(tǒng)的安全系數(shù)，確保加熱功能的安全性

淘汰反應遲鈍的PTC電流防護，更換更加高效的集成電路，能夠融入過流保護、過壓保護、過溫保護；還要注意加熱系統(tǒng)的抗靜電能力，實現(xiàn)真正安全可靠的加熱控制，防止對用戶造成高溫燙傷，低溫燙傷甚至火災的發(fā)生。

結論

按摩椅加熱作為一項重要的功能，對用戶的舒適感和按摩效果具有重要的影響，甚至對亞健康疾病還有一定的康復作用。通過對現(xiàn)有技術的綜述和分析，我們可以發(fā)現(xiàn)加熱技術和加熱材料在提高用戶體驗和安全性方面還有進一步的改進空間。因此我們需要繼續(xù)深入研究和探索，以進一步優(yōu)化和改進按摩椅加熱技術，引進加熱效率更高、加熱安全性更好的加熱材料，為用戶提供更好的加熱按摩體驗。（下轉86頁）