CN105474745B - 感应灶具以及用于使感应灶具运行的方法 - Google Patents

感应灶具以及用于使感应灶具运行的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种感应灶具，该感应灶具包括至少两个感应加热器(2，3)，每个感应加热器(2，3)与至少一个感应线圈(4，5)相关联，其中，第一感应加热器(2)与第一类型电子驱动装置(6)相关联，该第一类型电子驱动装置包括第一感应线圈(4)、并且被适配成用于驱动交流电流通过该第一感应加热器(2)的所述第一感应线圈(4)，其中，该第二感应加热器(3)与第二类型电子驱动装置(7)相关联，该第二类型电子驱动装置包括第二感应线圈(5)、并且被适配成用于驱动交流电流通过该第二感应加热器(3)的所述第二感应线圈(5)，并且这些电子驱动装置(6，7)被适配成用于通过改变通过相应感应线圈(4，5)的交流电流的频率来控制这些感应加热器(2，3)的输出功率。每个电子驱动装置(6，7)被适配成用于引起恒定的电功率流通过该感应线圈(4，5)，并且该第一和第二类型电子驱动装置具有不同的谐振频率，这样使得该第一类型电子驱动装置(6)的谐振频率比该第二类型电子驱动装置(7)的谐振频率高至少1.4倍。

Description

感应灶具以及用于使感应灶具运行的方法
本发明总体上涉及感应灶具领域。更具体地，本发明涉及被适配成抑制可听干扰噪音的感应灶具。
发明背景
用于准备食物的感应灶具在本领域中是众所周知的。感应灶具通常包括至少一个感应加热器，该感应加热器与至少一个感应线圈相关联。为了加热放置在感应灶具上的一件炊具，该线圈与用于驱动交流电流通过该感应线圈的电子驱动装置相联接。所述交流电流产生时变磁场。由于在感应器线圈与置于感应灶具上的那件炊具之间的感应联接，感应线圈产生的磁场致使在炊具中循环的涡电流。由于所述炊具件的电阻，所述涡电流的存在在那件炊具内产生热量。
典型地，该电子驱动装置产生在人耳的可听频谱外的频率下的交流电流。以此方式，避免了感应灶具运行期间产生可听声音。然而，相互贴近放置的感应线圈甚至可能由于干扰效应而产生可听噪音。如果第一感应线圈以第一频率被驱动，并且相邻的第二线圈以第二频率被驱动，由于第一频率和第二频率的差异可能产生干扰频率。
感应灶具的输出功率通常通过适配被驱动通过感应线圈的交流电流的频率来改变。因此，相邻感应线圈的交流电流的频率差根据使用者在相应的感应加热器处的功率需求而变化。
文件EP 2 469 970 A2披露了一种具有若干感应加热器的烹饪设备。这些感应加热器与为感应加热器供电的驱动装置相联接。为了避免干扰噪音并且在这些感应加热器实现某一输出功率，第一感应加热器由具有恒定频率的交流电流驱动，其中，第二感应加热器由具有交变频率的交流电流驱动。由此，第二感应加热器的输出功率也在发生交变。
已知感应灶具的缺陷是干扰噪音未被充分抑制。此外，输出功率的交变引起市电电源的闪变。
发明内容
本发明的实施例的目的是在具有至少两个感应加热器的感应灶具提供用于抑制干扰噪音而不会在市电电源上产生任何闪变的有效装置。该目标是通过独立权利要求的特征来实现的。在从属权利要求中给出了多个优选实施例。若无另外明确指明，本发明的多个实施例可以彼此自由组合。
根据本发明的方面，本发明涉及一种感应灶具，该感应灶具包括至少两个感应加热器，每个感应加热器与至少一个感应线圈相关联，其中，第一感应加热器与第一类型电子驱动装置相关联，该第一类型电子驱动装置包括第一感应线圈、并且被适配成用于驱动交流电流通过该第一感应加热器的所述第一感应线圈，其中，该第二感应加热器与第二类型电子驱动装置相关联，该第二类型电子驱动装置包括第二感应线圈、并且被适配成用于驱动交流电流通过该第二感应加热器的所述第二感应线圈，并且，这些电子驱动装置被适配成用于通过改变通过相应感应线圈的交流电流的频率来控制这些感应加热器的输出功率。每个电子驱动装置被适配成引起恒定的电功率流通过该感应线圈，并且第一和第二类型电子驱动装置具有不同的谐振频率，这样使得该第一类型电子驱动装置的谐振频率比该第二类型电子驱动装置的谐振频率高至少1.4倍。
有利的是，即使感应加热器由恒定的(即，非交变的)输出功率供电，所述谐振频率的扩展引起由干扰效应引起的噪音抑制得到改善。由此，可以避免市电电源的闪变。
根据优选实施例，第一和第二类型电子驱动装置的频率范围互不相同和/或不重叠。由此，可以根据使用者的需求在宽范围内适配第一和第二感应加热器的输出功率，而不产生任何干扰噪音。
根据优选实施例，提供了使该第一感应加热器在最大功率下运行的第一类型电子驱动装置所产生的交流电流的频率与使该第二感应加热器在该第一感应加热器的最大功率的40％的功率下运行的第二类型电子驱动装置所产生的交流电流的频率之间的至少20kHz的频率差。所述频谱的扩展引起感应加热器在典型范围内适配的广泛灵活性，并且不会出现任何干扰噪音。
根据优选实施例，提供了使该第一感应加热器在最大功率下运行的第一类型电子驱动装置产生的交流电流的频率与使该第二感应加热器在最小功率下运行的第二类型电子驱动装置产生的交流电流的频率之间的至少20kHz的频率差。以此方式，可以避免在整个运行条件(即，第一和第二感应加热器所需的输出功率的)范围内产生干扰噪音。
根据优选实施例，控制单元配备有软件算法，用于将为第一和第二感应加热器供电的交流电流的频率差保持在可听范围之外。由此，即使在频率差落入可听频谱内的不利的运行条件下也可以避免干扰噪音。
根据优选实施例，第一和第二类型电子驱动装置在市电电源的不同相位运行。由于每个感应加热器的输出功率都恒定或基本上恒定，因为不会产生闪变，所述感应加热器可以在市电电源的不同相位被供电。所以，也不需要使市电电源的公共相位的功率变化均衡化。
根据优选实施例，第一和第二类型电子驱动装置被定位成相互紧邻。
根据优选实施例，在谐振频率下运行的第一和/或第二感应加热器的输出功率比在最高频率下运行的第一和/或第二感应加热器的输出功率高4到15倍。此外，所述范围的所有中间值都是有可能的。由此，感应加热器的输出功率可以在宽范围内改变以满足使用者的功率需求。
根据优选实施例，该感应灶具包括至少三个感应加热器，每个感应加热器由不同类型的电子驱动装置供电。所述电子驱动装置可以被适配成使得由相应电子驱动装置影响的频率宽度根据上述实施例充分间隔开。
根据第二方面，本发明涉及一种用于使感应灶具运行的方法，该感应灶具包括至少两个感应加热器，每个感应加热器与至少一个感应线圈相关联，其中，第一感应加热器与第一类型电子驱动装置相关联，该第一类型电子驱动装置包括第一感应线圈、并且被适配成用于驱动交流电流通过第一感应加热器的所述第一感应线圈，其中，第二感应加热器与第二类型电子驱动装置相关联，该第二类型电子驱动装置包括第二感应线圈、并且被适配成用于驱动交流电流通过第二感应加热器的所述第二感应线圈，并且其中，这些感应加热器的输出功率通过改变通过相应感应线圈的交流电流的频率而被控制。每个电子驱动装置被运行，这样使得提供通过该感应线圈的恒定的电功率流，并且该第一和第二类型电子驱动装置具有不同的谐振频率，这样使得该第一类型电子驱动装置的谐振频率比该第二类型电子驱动装置的谐振频率高至少1.4倍。
在本发明中使用的术语“基本上”或“大致”是指与准确值偏差+/-10％、优选地+/-5％，和/或呈对功能无关紧要的变化形式的偏差。
附图简要说明
从以下详细说明和附图中将容易理解本发明的这些不同方面，包括其具体特征和优点，在附图中：
图1示出了根据本发明的感应灶具的示意图；
图2示出了用于为感应线圈供电的半桥式变换器；
图3示出了两种不同类型的电子驱动装置的功率-频率曲线图；
图4示出了呈不对称构型的两对感应加热器的线性安排；并且
图5示出了呈不对称构型的两对感应加热器的矩形安排。
具体实施方式
现在将参照这些附图对本发明进行更全面的描述，在附图中示出了多个示例性实施例。然而，本发明不应该被解释为局限于在此阐述的这些实施例。贯穿以下说明，当适用时，使用类似的参考数字来表示类似的元件、部件、物件或特征。
图1示出了根据本发明的感应灶具1的示意图。感应灶具1包括至少两个感应加热器，即，第一感应加热器2和第二感应加热器3，这些感应加热器优选地被提供在共用的灶具板9处。在灶具板9的下方安排有两个感应线圈4、5，其中，第一感应线圈4与第一感应加热器2相关联，而第二感应线圈5与第二加热器3相关联。第一感应线圈4与第一类型第一电子驱动装置6相联接，其中，所述电子驱动装置6与市电电源10相联接。类似地，第二感应线圈5与第二类型第二电子驱动装置7相联接，其中，所述电子驱动装置7与市电电源10相联接。此外，提供了用于控制电子驱动装置6、7的运行、特别是用于调节感应线圈4、5的输出功率的控制单元。
为了避免由第一电子驱动装置6提供以便为第一感应线圈4供电的交流电流的频率与第二电子驱动装置7提供以便为第二感应线圈5供电的交流电流的频率之间的干扰引起可听噪音，电子驱动装置6、7以不对称的方式区别配置，即，提供给第一感应线圈4的交流电流的频率宽度与提供给第二感应线圈5的交流电流的频率宽度是不相同的。优选地，电子驱动装置6、7被配置成使得为第一和第二感应线圈4、5供电的交流电流的频率宽度不重叠。由此，第一和第二感应加热器2、3的输出功率可以通过改变为第一和第二感应线圈4、5供电的交流电流的频率来调节，其中这些频率是分开的，这样使得避免可听干扰噪音。有利的是，这些感应加热器2、3的所需输出功率仅通过调节提供给感应线圈4、5的频率来获得而不改变不同功率级之间的电力分级，以便实现某一平均功率级。
优选地，电子驱动装置6、7形成了与相应感应线圈4、5相关联的谐振变换器，该谐振变换器在输出端提供被施加于谐振电路的电压方波，该谐振电路包括感应线圈4、5本身以及一个或多个电容器。
图2示出了可以用于为感应线圈4、5供电的谐振半桥式变换器20的示意图。该谐振半桥式变换器20包括：由晶体管T1、T2形成的两个开关电路；和由电容器C1、C2形成的谐振电路；和分别由感应线圈4和感应线圈5构成的电感器L。该谐振电路由晶体管T1、T2持续驱动，这样使得通过感应线圈4、5的电流流动方向发生交变。感应线圈4、5中所产生的的交流电流为借助于感应线圈4、5与一件炊具之间的感应联接来加热被置于感应加热器2、3处的那件炊具提供所需要的时变电磁场。所述炊具件可以由锅具、平底锅、砂锅菜或其它烹饪器皿构成。典型地，在感应线圈4、5与待加热炊具件之间的功率传递取决于流过感应线圈4、5的交流电流的频率。
为了避免可听噪音，在电子驱动装置6、7内形成的谐振电路的谐振频率是不相同的。在图2中所示的半桥式变换器的谐振频率(fres)的计算如下：
式中，L是感应线圈4、5的电感值，而C1和C2是电容器C1、C2的电容值。第一和第二类型电子驱动装置6、7的谐振频率至少相差1.4倍，即，第一类型电子驱动装置6的谐振频率比第二类型电子驱动装置7的谐振频率高至少1.4倍(fres(类型1)＝fres(类型2)*1,4)。由此，获得了为第一和第二感应线圈4、5供电的频率宽度的扩展，这确保了第一感应加热器和第二感应加热器可以通过改变通过相应感应线圈4、5的交流电流的频率来适配而不会由于干扰产生可听噪音。
图3示出了两种类型的感应加热器2、3的输出功率的频率相依性。横坐标示出了感应加热器2、3的输出功率，并且纵坐标示出了相应频率值。上图形可以与由第一类型电子驱动装置6驱动的第一感应加热器2相关联。相应地，下图形可以与由第二类型电子驱动装置7驱动的第二感应加热器3相关联。优选地，在电子驱动装置6、7内形成的谐振电路的尺寸被确定成使得第一类型电子驱动装置6的频率范围Δf1和第二类型电子驱动装置7的频率范围Δf2不重叠。这主要是通过适当确定谐振频率的大小来实现的，其中，第一类型电子驱动装置6的谐振频率比第二类型电子驱动装置7的谐振频率高至少1.4倍。
根据优选实施例，在电子驱动装置6、7内形成的谐振电路的尺寸被确定成使得：第一类型电子驱动装置6提供最大输出功率Pmax,1所在的最低频率f低,1与第二类型电子驱动装置7提供最小输出功率Pmin,2所在的最高频率fmax,2之间的频率差是至少20kHz。由此，第一和第二类型电子驱动装置6、7的频带被分开，这样使得即使在不利的边沿区域运行电子驱动装置6、7，频率差也足以避免可听干扰。
根据其他实施例，频带的大小被确定成使得：使第一感应加热器2在最大功率Pmax,1下运行的第一类型电子驱动装置6所产生的交流电流的最低频率f低,1与使第二感应加热器3在最大功率Pmax,2的40％的功率P40％,2下运行的第二类型电子驱动装置7所产生的交流电流的频率f40％,2之间的频率差是至少20kHz。由此，由第一和第二类型电子驱动装置6、7提供的频率宽度被分开，这样使得在大部分运行条件下避免可听干扰。
为了避免即使在第一和第二感应加热器2、3在不利的边沿区域运行的那些情况下的可听干扰，控制单元可以包括用于将为第一和第二感应加热器供电的交流电流的频率差保持在可听范围之外的软件算法。
通过使用没有任何急剧的或交变的功率变化的恒定电功率流为这些感应加热器2、3供电并且仅通过改变通过这些感应线圈4、5的交流电流的频率来获得输出功率的适配，不会出现市电电源10的闪变。由此，甚至可以在市电电源10的不同相位运行感应加热器2、3。
图4和图5示出了在感应炉盘1处的感应加热器2、2a、3和3a的不同安排。图4示出了四个感应加热器2、2a、3和3a的串行安排，即，这些感应加热器是线性安排的。所述四个感应加热器2、2a、3和3a由两种不同类型的电子驱动装置6、7供电，其中，感应加热器2、2a由共用的第一类型电子驱动装置6供电，而感应加热器3、3a由共用的第二类型电子驱动装置7供电。该安排使得由不同类型的电子驱动装置6、7驱动的感应加热器2、2a、3和3a被安排为相互紧邻。例如，感应加热器3被由第一类型电子驱动装置6驱动的两个感应加热器2、2a包围，其中，感应加热器3本身是由第二类型电子驱动装置7驱动的。由此，由相同类型的电子驱动装置驱动的感应加热器被分开，这样使得避免了由于相同或重叠频带引起的干扰。
图5示出了由两种不同类型的电子驱动装置6、7驱动的感应加热器2、2a、3和3a的一种不同的安排。感应加热器2、2a、3和3a是以矩形安排的方式安排的，其中，由相同类型的电子驱动装置6、7驱动的感应加热器2、2a、3和3a以对角线方式安排。优选地，为了增加由相同类型的电子驱动装置6、7驱动的感应加热器2、2a、3和3a的对角距离，这两对感应加热器的水平距离是不相同的。
值得指出的是，本发明不限于仅使用两种类型电子驱动装置。所以，本发明还涵盖具有多个感应加热器的感应灶具1，其中，每个感应加热器由不同类型的电子驱动装置供电，或者多组感应加热器由不同类型的电子驱动装置供电。
参考数字清单
1 感应灶具
2，2a 第一感应加热器
3，3a 第二感应加热器
4 第一感应线圈
5 第二感应线圈
6 电子驱动装置(第一类型)
7 电子驱动装置(第二类型)
8 控制单元
9 灶具板
10 市电电源
20 半桥式变换器
Δf1 第一频率范围
Δf2 第二频率范围
f低,1 第一类型电子驱动装置的最低频率
fmax,2 第二类型电子驱动装置的最大频率
f40％,2 用于提供40％输出功率的频率
Pmax,1 第一类型电子驱动装置的最大输出功率
Pmin,2 第二类型电子驱动装置的最小输出功率
P40％,2 第二类型电子驱动装置的输出功率的40％
C1 电容
C2 电容
L 感应器
T1 晶体管
T2 晶体管

Claims (10)

1.感应灶具(1)，该感应灶具包括至少两个感应加热器(2，3)，每个感应加热器(2，3)与至少一个感应线圈(4，5)相关联，其中，第一感应加热器(2)与第一类型电子驱动装置(6)相关联，该第一类型电子驱动装置与第一感应线圈(4)相联接、并且被适配成用于驱动交流电流通过该第一感应加热器(2)的所述第一感应线圈(4)，其中，该第二感应加热器(3)与第二类型电子驱动装置(7)相关联，该第二类型电子驱动装置与第二感应线圈(5)相联接、并且被适配成用于驱动交流电流通过该第二感应加热器(3)的所述第二感应线圈(5)，并且其中，这些电子驱动装置(6，7)被适配成用于通过改变通过相应感应线圈(4，5)的交流电流的频率来控制这些感应加热器(2，3)的输出功率，
其特征在于，
每个电子驱动装置(6，7)被适配成用于引起恒定的电功率流通过该感应线圈(4，5)，并且该第一和第二类型电子驱动装置具有不同的谐振频率，这样使得该第一类型电子驱动装置(6)的谐振频率是该第二类型电子驱动装置(7)的谐振频率的至少1.4倍。
2.根据权利要求1所述的感应灶具，其中，该第一和第二类型电子驱动装置(6，7)的频率范围(Δf1，Δf2)互不相同和/或不重叠。
3.根据权利要求1或2所述的感应灶具，其中，提供了使该第一感应加热器(2)在最大功率下运行的该第一类型电子驱动装置(6)所产生的交流电流的频率与使该第二感应加热器(3)在该第一感应加热器(2)的最大功率的40％的功率下运行的该第二类型电子驱动装置(7)所产生的交流电流的频率之间的至少20kHz的频率差。
4.根据权利要求1或2所述的感应灶具，其中，提供了使该第一感应加热器(2)在最大功率下运行的该第一类型电子驱动装置(6)所产生的交流电流的频率与使该第二感应加热器(3)在最小功率下运行的该第二类型电子驱动装置(7)所产生的交流电流的频率之间的至少20kHz的频率差。
5.根据权利要求1或2所述的感应灶具，其中，控制单元(8)配备有软件算法，用于将为该第一和第二感应加热器(2，3)供电的交流电流的频率差保持在可听范围之外。
6.根据权利要求1或2所述的感应灶具，其中，该第一和第二类型电子驱动装置(6，7)在市电电源的不同相位运行。
7.根据权利要求1或2所述的感应灶具，其中，该第一和第二感应加热器(2，3)被定位成相互紧邻。
8.根据权利要求1或2所述的感应灶具，其中，在谐振频率下运行的该第一和/或第二感应加热器(2，3)的输出功率比在最大频率下运行的该第一和/或第二感应加热器(2，3)的输出功率高4到15倍。
9.根据权利要求1或2所述的感应灶具，该感应灶具具有至少三个感应加热器，每个感应加热器由不同类型的电子驱动装置供电。
10.用于使感应灶具(1)运行的方法，该感应灶具包括至少两个感应加热器(2，3)，每个感应加热器(2，3)与至少一个感应线圈(4，5)相关联，其中，该第一感应加热器(2)与第一类型电子驱动装置(6)相关联，该第一类型电子驱动装置与第一感应线圈(4)相联接、并且被适配成用于驱动交流电流通过该第一感应加热器(2)的所述第一感应线圈(4)，其中，该第二感应加热器(3)与第二类型电子驱动装置(7)相关联，该第二类型电子驱动装置与第二感应线圈(5)相联接、并且被适配成用于驱动交流电流通过该第二感应加热器(3)的所述第二感应线圈(5)，并且其中，这些感应加热器(2，3)的输出功率通过改变通过相应感应线圈(4，5)的交流电流的频率而被控制，
其特征在于，
每个电子驱动装置(6，7)被运行，这样使得提供通过该感应线圈的恒定的电功率流，并且该第一和第二类型电子驱动装置(6，7)具有不同的谐振频率，这样使得该第一类型电子驱动装置(6)的谐振频率是该第二类型电子驱动装置(7)的谐振频率的至少1.4倍。
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