CN104272863A - 用于感应加热加热元件的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置，其借助通过感应线圈(2)产生的磁场(1)来感应加热加热元件(4)，该装置具有连接至谐振电路(3)的感应线圈(2)，其中该谐振电路(3)具有至少一个第一电容器(6)和至少一个第一电源(9)，并且该感应线圈(2)具有特定的电感(8)和电阻(7)，并且加热元件(4)的材料具有至少在温度局部范围内基本上恒定不变的磁导率。

Description

用于感应加热加热元件的装置
技术领域
本发明涉及一种装置，其尤其借助通过感应线圈产生的磁场来感应加热加热元件，该装置具有连接至谐振电路的感应线圈，本发明还涉及一种用于确定加热元件的温度的方法。
背景技术
通过感应能够加热导电的材料。这一点可通过把导电材料放入由感应线圈产生的磁场中来实现。该磁场在此通过交流电产生，从而在交流电的频率下引起了磁场的极性变换。
通过交变的磁场，在该导电材料中感生出涡电流。这些感生出的交流电针对材料的特定电阻起效，从而产生热量。
该感应在此可穿透非导电的材料实现，该材料未经历加热。只有导电材料的热量辐射才能加热周围非导电的材料。
通过感应来加热如今在许多应用领域中应用。最常见的工业应用例如是对金属进行回火、退火、熔化或焊接。但在家用电器中也应用感应加热，例如应用在感应炉灶中。
此外，感应加热还用于加热围绕加热元件流动的流体。感应加热尤其适用在电动车的水循环***中，因为借助相对较高的效率能够将电能转换成热量。这一点是尤其有利的，因为在电动车中没有由内燃机产生的废热，因此不能用于加热乘客车厢。
为了能够有选择性地调节感应加热***发出的加热功率，并且为了确保感应加热***不会过度加热，必要的是，能够精确地确定待感应加热的加热元件的温度。为此在现有技术中已知有各种不同的方法。
此外，例如物体的温度还可通过温度传感器来获取。它们能够直接安放在物体上，或者能够在与热桥相连地的情况下固定在物体上。这些温度传感器例如按照传感器电阻的变化取决于温度这一原则进行工作。但传感器或热桥为此必须当作附加部件来用，从而产生了成本，并且还需要占用额外的安装空间。
此外，同样还已知光学的温度测量装置，它通过光学方法无接触地确定温度。为了能够应用光学方法，必须能够看清待测量的区域，最好还能够触及到该区域。但这一点并不是到处都可行的。
此外，还通过以下方法来确定借助感应加热的加热元件的温度，该方法充分利用了材料的与温度有关的渗透特性。这一点例如在DE 42 38 862 C2中公开。
此方法的缺点尤其在于，其不能应用于这些材料，即这些材料在对于某些应用而言有用的温度范围内具有恒定的磁导率，因此材料选择受到限制，或者只能在特别的材料-温度范围-组合内应用该方法。
在所有现有技术已知的方法中，都需要额外的部件以便能够进行温度测量，或者需要能够充分接触到待测的位置。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种用于感应加热加热元件的装置，以及提供一种用于确定感应加热***的加热元件温度的方法，其以简单且成本低廉的方式确定加热元件的温度，而无需附加部件，也不必触及加热元件。
就装置而言，本发明的目的通过根据权利要求1的特征得以实现；就方法而言，此目的通过具有权利要求7的特征的热量路径控制(Warmwegsteuerung)来实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中进行定义。
有利的是，一种尤其借助通过感应线圈产生的磁场来感应加热加热元件的装置，其具有连接至谐振电路的感应线圈，其中该谐振电路具有至少一个第一电容器和至少一个第一电源，并且该线圈具有特定的电感和电阻，并且该加热元件的材料具有至少在温度局部范围内恒定不变的磁导率。
此外还有利的是，谐振电路可通过交流电驱动。因此形成了借助交流电的频率进行换极(umpolarisierendes)的磁场，交流电通过该磁场产生在加热元件中。
还适宜的是，感应线圈与电源以及感应线圈串联。
此外还有利的是，加热元件的材料具有与温度有关的导电率。通过该导电率可计算出材料的电阻，因为电阻和导电率相互成反比。对于本发明的方法而言必要的是，加热元件具有与温度有关的电阻。
在另一优选的实施例中，该谐振电路具有用于确定谐振电路的谐振频率的至少一个第一测量装置，和/或具有用于确定谐振电路的功率消耗的第二测量装置。
此外还有利的是，该装置具有至少一个第三测量装置，其用于测量加热元件的与温度有关的电阻，其中该加热元件的温度可从该电阻中确定。
最后，通过加热元件的电阻能够推导出加热元件的温度。
还适宜的是，确定(尤其是计算出)的加热元件的与温度有关的电阻，其中可从该电阻中确定加热元件的温度。
就此方法而言有利的是，为了确定加热元件的温度，通过谐振电路的谐振频率来获知感应线圈的电感，和/或通过谐振电路的功率消耗来获知感应线圈的电阻。
此外对于本方法而言适宜的是，由感应线圈的电感和/或电阻中确定加热元件的温度。
附图说明
下面借助实施例且参照附图详细地阐述了本发明，其中：
图1示出了感应加热***的示意性结构；
图2示出了连接至产生磁场的感应线圈的电路的详细视图；以及
图3示出了流程图，其展示了实施例的各个方法步骤。
具体实施方式
图1示出了感应加热***的基本结构。示出了连接至谐振电路3的感应线圈2，该谐振电路3借助交流电压进行驱动。通过谐振电路3中的交流电压，在感应线圈2中产生磁场1。由于施加至谐振电路3的交流电流，该磁场1为交流磁场，其借助交流电流的频率来改变其磁性定向。
加热元件4安放在磁场1中，该加热元件由导电材料构成，由于磁场1，在加热元件4中感生出涡电流5。由于该涡电流5针对于加热元件4的特定电阻起作用，所以在加热元件4中产生热量。
从中可得出，材料(加热元件4由该材料构成)具有一定的特定的内部电阻，以便有效地加热加热元件4。材料的内部电阻越小，则加热效果越小。
在根据本发明的实施方式中，材料4在与感应加热有关的温度范围内具有恒定的磁导率，由此，就有可能应用以磁导率为基础的温度测量方法，其中该磁导率随着温度发生变化。
加热元件4必须与感应线圈2以这样的间距设置，即加热元件4仍位于构成的磁场内。在加热元件4和感应线圈2之间还可设置其它由非导电材料构成的元件。
根据该简单的原理构成了感应加热***。加热元件4在备选的实施例中也可具有其它不同的外部尺寸和形状。因此原则上能够考虑加热元件4的材料的各种规则的亦或不规则的布局。
图2示出了谐振电路3的详细视图。除了电源9和感应线圈2以外，电容器6也集成在谐振电路3中。该电容器6与感应线圈2及电源9串联在一起。
感应线圈2具有内部电阻7和电感8。在图2所示的谐振电路3中，可通过测量谐振电路3的功率消耗或测量谐振电路3的谐振频率来确定这两个变量。
在此，尤其能够通过测量谐振电路3的谐振频率来确定电感8，并且能够通过谐振电路3的功率消耗来获知内部电阻7。
图2未示出了加热元件4的内部电阻。在根据本发明的实施方式中，这一点取决于加热元件4的温度。材料的电阻与材料的导电率直接成反比。因此，该电阻相当于导电率的倒数。
由于加热元件4中的涡电流5的强度和分布在很大程度上取决于加热元件4的内部电阻或导电率，因此逻辑结论是，电阻的变化由于温度的变化会对涡电流5产生影响。因此涡电流5的强度和分布同样与温度有关。
通过感应引起的涡电流5自身会影响感应线圈2的磁场1，并因此改变感应线圈2的电气性能。
该电气性能的变化涉及到感应线圈2的内部电阻7和电感8。因此从这两个变量的变化中，能够推断出加热元件4的电阻的变化，并因此能够推断出加热元件4的温度。
因此，能够在感应线圈2的电感8、内部电阻7以及加热元件4的与温度有关的电阻或导电率之间建立直接的关系。因此，通过确定感应线圈2的电感8和/或内部电阻7，能够直接地得知加热元件4的温度。
在加热元件4的电阻或导电率的温度依赖性足够高的情况下，能够只从这两个变量(即感应线圈2的电感8或电阻7)中的一个确定加热元件4的温度。
图3在流程图10中阐明了用于确定加热元件4的温度的方法，其中在方框11中测量了谐振电路3的谐振频率。这一点可例如通过频率计数器完成。然后在方框12中测量谐振电路3的功率消耗。
现在借助方框11中获得的用于谐振频率的数值，能够确定感应线圈2的电感。这一点在方框13中进行。
在方框14中，从谐振电路3的在方框12中测得的功率消耗中确定感应线圈2的电阻7。
现在在方框15中，从感应线圈2的电感8和/或电阻7中确定加热元件的温度。
该方法的基础是，通过改变加热元件4的与温度有关的电阻，还能够改变涡电流5在加热元件4中的形成。该涡电流5自身还会对磁场1产生影响，该磁场也会直接地影响感应线圈2的电气性能。

Claims (9)

1.一种装置，其借助通过感应线圈(2)产生的磁场(1)来感应加热加热元件(4)，该装置具有连接至谐振电路(3)的感应线圈(2)，其特征在于，该谐振电路(3)具有至少一个第一电容器(6)和至少一个第一电源(9)，并且该感应线圈(2)具有特定的电感(8)和电阻(7)，并且加热元件(4)的材料具有至少在温度局部范围内基本上恒定不变的磁导率。
2.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，该谐振电路(3)通过交流电进行驱动。
3.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，该电容器(6)与电源(9)及电源(2)串联在一起。
4.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，加热元件(4)的材料具有与温度有关的导电率。
5.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，该谐振电路(3)具有用于确定谐振电路(3)的谐振频率的至少一个第一测量装置，和/或具有用于确定谐振电路(3)的功率消耗的第二测量装置。
6.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，该装置具有至少一个第三测量装置，其用于测量加热元件(4)的与温度有关的电阻，其中该加热元件的温度从该电阻中确定。
7.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，确定、尤其是计算出加热元件(4)的与温度有关的电阻，其中加热元件的温度从该电阻中确定。
8.一种方法，其用于尤其在根据上述权利要求中的一项所述的装置中确定加热元件(4)的温度，其特征在于，感应线圈(2)的电感(7)通过谐振电路(3)的谐振频率确定，和/或感应线圈(2)的电阻(8)通过谐振电路(3)的功率消耗确定。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，加热元件的温度从感应线圈的电感和/或电阻中确定。
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