DE3028951A1

DE3028951A1 - Schaltung zum ermitteln einer unsymmetrischen anordnung einer geraetschaft bezueglich einer induktionsheizspule

Info

Publication number: DE3028951A1
Application number: DE19803028951
Authority: DE
Inventors: Keizo Amagami; Takao Kobayashi; Takumi Mizukawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-07-31
Filing date: 1980-07-30
Publication date: 1981-02-05
Also published as: AU6074480A; GB2055030A; CA1149883A; US4447691A; AU521875B2; DE3028951C2; GB2055030B

Description

Schaltung zum Ermitteln einer unsymmetrischen Anordnung einer Gerätschaft bezüglich einer Induktionsheizspule

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine zum Kochen geeignete Induktionsheizvorrichtung und insbesondere auf eine Schaltung, mit der ermittelbar ist, ob eine Kochgerätelast bezüglich einer Induktionsheizspule, mit der die Last zur Wärmeerzeugung elektromagnetisch gekoppelt ist, unkorrekt angeordnet ist.

Eine zum Kochen geeignete Induktionsheizvorrichtung bzw. eine induktionsbeheizte Kochvorrichtung enthält üblicherweise einen Invertierer bzw. Wechselrichter und eine unter einem Kochbereich bzw. einer Kochfläche angeordnete Induktionsheizspule, die ein flaches, spiralförmiges Aussehen besitzt und zum Erzeugen eines zeitveränderlichen magnetischen Feldes mit Energie gespeist wird, deren Frequenz im Ultraschallbereich liegt und die mittels des Wechselrichters erzeugt wird. Wird eine aus geeignetem Material bestehende Gerätschaft geeigneter Größe symmetrisch hinsichtlich des Mittelpunkts der Heizspule angeordnet, d. h. stimmen die Mittelpunkte des

Ro/rs

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070

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(München) Kto. 670-43-804

ORIGIWAL

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Gerätschaftsbodens und der Heizspule überein, so ist die elektromagnetische Koppelung zwischen der Heizspule und der Gerätschaft am größten und es wird somit eine maximale Wärmemenge in der Gerätschaft erzeugt. Obwohl c die Oberfläche des Kochbereichs normalerweise mit

radialen Linien markiert ist, die die korrekte Anordnung bzw. Plazierung der Gerätschaft zum Einspeisen maximaler Leistung in diese anzeigen, wird die Gerätschaft dennoch oftmals nicht genau in dem markierten Bereich IQ angeordnet bzw. abgestellt, wodurch Leistungsverluste und eine Funkstörungen hervorrufende Streuung des magnetischen Flusses entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine induktionsbeheizte Kochvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß eine unkorrekte bzw. ungeeignete Anordnung einer Kochgerätelast bezüglich einer Induktionsheizspule erfaßbar ist, wobei beim Erfassen eines solchen Zustands eine Warnanzeige abgebbar sein soll, die den Benutzer zum Korrigieren der Anordnung bzw. Plazierung der Gerätschaft veranlaßt, sowie eine Schaltung dafür anzugeben.

Die erfindungsgemäße Detektorschaltung enthält eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren oder Detektorspulen, die paarweise am äußeren Umfang der Induktionsheizspule angeordnet sind. Die Magnetfeldsensoren jedes Paars liegen einander diametral gegenüber und sind elektrisch gegensinnig verbunden bzw. geschaltet, so daß die Ausgangssignale eines Magnetfeldsensors sich mit den Ausgangssignalen des anderen aufheben. Wird eine Gerätschaft bzw. ein Kochgeschirr unsymmetrisch bezüglich der Induktionsheizspule angeordnet, so sind die Magnetfeldintensitäten am Umfang der Spule unsymmetrisch, wodurch an den Ausgangsanschlüssen der Magnetfeldsensoren ein Ausgangssignal entsteht. Dieses

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Ausgangssignal wird in einem Vergleicher mit einem

Bezugswert verglichen, der dem Grenzfall einer zulässigen bzw. korrekten Anordnung des Kochgeschirrs entspricht. Ist das Ausgangssignal größer als der Bezugswert, so wird eine Warnanzeige in Form eines sichtbaren oder hörbaren Signals abgegeben und gleichzeitig wird der Ausgangspegel des Wechselrichters in Abhängigkeit von der Warnanzeige verringert, so daß die von dem magnetischen Streufluß herrührenden Funkstörungen in ihren ]Q Auswirkungen sehr gering gehalten werden.

Vorzugsweise ist ein monostabiler Multivibrator vorgesehen, der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal· des Vergl·eichers einen Sperrimpuls erzeugt, mit dem der Ausgang des Wechselrichters für ein kurzes Zeitintervall gesperrt wird. Nach Ablauf dieses Zeitintervalle wird wieder Energie im Ultraschallfrequenzbereich erzeugt und der Vergleicher erzeugt wiederum aufgrund eines Rückkopplungsvorgangs ein Ausgangssignal, mit dem der Wechselrichterausgang wiederum gesperrt wird. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt,wie die Gerätschaft außerhalb des Mittelpunkts der Heizspule bzw. nicht zentral zu dieser angeordnet ist, wodurch ein intermittierender Betrieb des Wechselrichters während des Zeitintervalls gegeben ist, in dem die Warnanzeige abgegeben wird. Die intermittierende Erzeugung von Ultraschallfrequenz-Energie dient bzw. wirkt als Suchsignal· zum automatischen Wiederaufnehmen einer normalen-, ununterbrochenen Ultraschallfrequenz-Leistungserzeugung, wenn der Benutzer die Positionierung der Gerätschaft korrigiert hat.

Die Detektorschaitung enthäit weiterhin einen im bzw. am Mitteipunkt der Induktionsheizspuie angeordneten Näherungs- bzw. Abstandsfühler zum Erfassen eines NichtVorhandenseins eines Kochgeschirrs auf der Kochfläche, mit dem der Wechselrichterbetrieb gesperrt

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] bzw. unterbrochen wird, wenn das Kochgeschirr in einem solchen Ausmaße versetzt ist, daß seine Bodenfläche den Mittelpunkt der Heizspule nicht überdeckt. Dies führt zu Leistungsersparnissen, wenn nach Einschalten eines Leistungsschalters kein Kochgeschirr auf der Kochfläche abgestellt wird, und auch während eines Zeitintervalls, in dem Kochgerätschaften ausgetauscht werden.

TO Auch eine vertikale Versetzung eines Kochgeschirrs ist erfaßbar, wenn eine Eingangsleistungs-Detektorschaltung vorgesehen ist, die die Eingangs leistung des Wechselrichters ermittelt und mit einem Bezugspegel· vergleicht. Wird der Bezugspegel· überschritten, so wird der Wechselrichter in periodischen Intervallen zum Verringern seiner Ausgangsleistung gesperrt, wodurch Funkstörungen stark verringert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbexspielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschartbiid einer Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung mit einer Detektorschaitung.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung von Magnetfeidsensoren bezüg^ch einer Indüktionsheizspule.
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Fig. 3 zeigt eine entlang einer Linie

3-3 in Fig. 2 aufgenommene Schnittansicht.

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Fig. 4 zeigt eine elektrische Verbindung der

Magnetfeldsensoren oder Spulen in einem Spitzendetektor bzw. Spitzenwertdetektor.

g Fig. 5a - 5d zeigen bei dem Schaltbild gemäß

Fig. 1 auftretende Signalverläufe.

Fig. 6 und 7 zeigen alternative Anordnungen der Magnetfeldsensoren.

Fig. 8 zeigt eine alternative Verbindung

der Magnetfeldsensoren in einem Spitzenwertdetektor.

In Fig. 1 ist eine Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung schematisch dargestellt. Die Kochvorrichtung enthält einen Vollweggleichrichter 10, der mit einer Leitungen 11, 12, einen Leistungsschalter 13a und eine nicht gezeigte Wechselspannungsquelle aufweisendenWechselspannungs-Leistungsschaltung verbunden ist. Vollweggleichgerichtete, ungefilterte, sinusförmige Halbwellenimpulse gelangen über eine positive und eine negative Leitung 14 bzw. 15 an einen Wechselrichter 16,der in einem unterbrochen linierten Rechteck gezeigt und in herkömmlicher Weise ausgeführt ist und einen torgesteuerten Leistungs-Schaltbaustein, z. B. einen Thyristor 17 enthält, dessen Anoden- und Kathodenanschluß mit der positiven bzw. negativen Leitung 14 bzw. 15 verbunden sind. Eine kommutierende Diode ist parallel und entgegengesetzt zum Thyristor 17 geschaltet und damit kann ein Kommutier- oder Schwingstrom durch diese in Abhängigkeit eines Entladungsvorgangs eines kommutierenden Kondensators 19 hindurchfließen, der mit einer Induktionsheizspule 20 eine auf eine UltraschaHfrequenz abgestimmte Kommutierschaltung bildet. Diese Kommutier- bzw. Schwingschaltung ist

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in Reihe mit Filterspulen 21, 22 mit dem Ausgang des Gleichrichters 10 verbunden und wird von diesem mit einer vollweggleichgerichteten, ungefilterten Spannung gespeist. Über die bekannte Wechselrichterwirkung erzeugt die Kommutierschaltung einen im Ultraschallfrequenzbereich liegenden Hochfrequenzstrom in Abhängigkeit von Steuer- bzw. Zündimpulsen, die von einem Zündimpulsgenerator 23 über eine Gateschaltung 24 an den Steuereingang des Thyristors 17 angelegt werden.

Zum Vermeiden von Stromstößen, die auftreten würden, wenn der Thyristor 17 bei einem relativ hohen Anodenpotential gezündet würde, ist ein Nulldurchgangsdetektor 25 zum Erfassen eines Nullspannungspunktes der vollweggleichgerichteten Spannung zwischen die Leitungen 14 und 15 geschaltet, damit die Zündimpulse angelegt werden, wenn das Thyristoranodenpotential relativ gering ist. Der Ausgang des Nulldurchgangsdetektors ist mit einem Setzeingang eines Flipflops 26 verbunden, dessen Q-Ausgang mit einem Eingang eines UND-Gliedes 27 verbunden ist. Das UND-Glied empfängt ein Sperrsignal von einem ODER-Glied 28, dessen Funktion im weiteren Text beschrieben ist, und gibt ein Signal einer logischen "1" an den Rücksetzeingang eines Flipflops 29 ab, das über den Nulldurchgangsdetektor 25 ein Setzsignal empfängt, um die Gateschaltung 24 zum Öffnen und damit zum Anlegen von Zündimpulsen des Zündimpulsgenerators 23 an den Thyristor 17 zu veranlassen.
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Die Induktionsheizspule 20 ist spiralförmig und flach ausgeführt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, und auf einem Träger 31 unter einer keramischen Kochfläche oder Oberplatte 30 angebracht, wie es in Fig. ^OJ 3 gezeigt ist. Nahe am Umfang der Induktionsheizspule

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] 20 und unter dem Träger 31 sind ein Spulenpaar 32 und 33 und ein Spulenpaar 34 und 35 angebracht, wobei die Spulen jedes Paars bezüglich des Mittelpunkts der Heizspule 20 einander diametral gegenüberliegen. In β der Mitte der Heizspule 20 ist eine magnetische Abstandsbzw. Nähefühleinrichtung 36 angeordnet, die einen in vertikaler Richtung bewegbaren Permanentmagneten 37 aufweist, der direkt unterhalb der Kochfläche 30 in einem geeigneten Gehäuse 3 8 angeordnet ist. Unterhalb des Permanentmagneten 37 ist ein Zungenschalter 39 angebracht, der auf das von dem Permanentmagneten 37 erzeugte Magnetfeld anspricht, wenn dieser sich in der unteren Stellung befindet, indem sich seine Kontakte schließen und damit ein Ausgangssignal erzeugen, das das NichtVorhandensein eines Kochgeschirrs auf der Kochfläche 30 anzeigt. Der Ausgang des Zungenschalters 39 ist mit einem Eingang des ODER-Glieds 28 verbunden.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Verschaltung der Spulen 3 2 bis 35. Die Wicklungen der Spulen jedes Paars sind in entgegengesetztem Sinn in Reihe geschaltet und mit einem Spitzendetektor 40 verbunden. Der Spitzendetektor 40 enthält ein erstes Paar von in Reihe geschalteten Dioden 41 und 42 und ein zweites Diodenpaar 43 und 44, wobei die Diodenpaare parallel mit in Reihe geschalteten Kondensatoren 45 und 46 verbunden sind, die wiederum parallel zu einem Lastwiderstand 47 geschaltet sind. Ein Ende des Widerstands 47 ist mit Masse und das andere mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 48 verbunden. Das erste Spulenpaar 32 und 33 ist zwischen die Verbindung der Dioden 41 und 42 und die Verbindung der Kondensatoren 45 und 46 und das zweite Spulenpaar 34 und 35 ist zwischen die Verbindung der Dioden 43 und 44 und die Verbindung der Kondensatoren 45 und 46 geschaltet. Alle Dioden dienen zum

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Gleichrichten der in den Spulen 32 bis 35 erzeugten Spannung. Die gleichgerichtete Spannung wird in den Kondensatoren 45 und 46 gespeichert und aufgrund der Filterwirkung der Kondensatoren 45 und 46 und des Widerstands 47 geglättet. Die am Widerstand 47 auftretende Spannung ist also ein Maß für den Spitzenwert der kombinierten Ausgänge bzw. Ausgangsspannungen der Spulen 32 bis 35.

Die Induktionsheizspule 20 erzeugt aufgrund der Schaltvorgänge des Thyristors 17 und aufgrund des Kommutiervorgangs des kommutierenden Kondensators 19 und der Heizspule 20 ein zeitveränderliches Magnetfeld. Dieses Magnetfeld erzeugt Wirbelströme in der Bodenfläche eines Kochgeschirrs, wenn dieses die Heizspule 20 überlappend auf der Kochflache 30 angeordnet ist. Die Wirbelströme werden proportional dem Produkt aus Wirbelstromwert und elektrischem Widerstandswert des Materials, aus dem das Kochgeschirr besteht, in Wärme umgesetzt. Die auf diese Weise in dem Kochgeschirr erzeugte Wärmemenge ist maximal, wenn das Kochgeschirr so angeordnet ist, daß die Mitte seiner Bodenfläche mit der Mitte der Heizspule 20 übereinstimmt.

Ist das Kochgeschirr korrekt auf der Kochfläche 30 angeordnet, so sind die Magnetfeldintensitäten nahe am Umfang der Heizspule 20 symmetrisch bzw. gleich, so daß aufgrund der symmetrischen Anordnung der Spulen 32 bis 35 die in diesen erzeugten Spannungen

gleiche Größe besitzen und sich vollständig auslöschen, wodurch eine Spannung von näherungsweise 0 V in den Spitzenwertdetektor40 eingespeist wird.

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■j Wie in Fig. 5a gezeigt, verändert sich das Ausgangssignal des Spitzendetektors 40 symmetrisch als Funktion der Verlagerung bzw. Versetzung zwischen der Kochgeschirrmitte und der Heizspulenmitte. Die Detektorausgangsc spannung ist minimal, wenn das Kochgeschirr über der

Spulenmitte angeordnet ist, wächst mit Vergrößerung der Versetzung bis zu einem Maximalpegel und nimmt bei noch weiterer Vergrößerung der Versetzung ab, bis sie einen Minimalpegel erreicht, wenn keine elektromagnetische ■]0 Kopplung zwischen der Spule 20 und dem Kochgeschirr mehr existiert.

Der Vergleicher 48 vergleicht die Ausgangsspannung des Spitzendetektors 40 mit einer Bezugsspannung V _fQ,

]5 die in Fig. 5a mit 49 bezeichnet ist und einem Grenzbereich entspricht, bei dem elektromagnetische Kopplung maximal ist. Der Ausgang des Vergleichers wird auf einen hohen Spannungspegel gesteuert, wenn die Ausgangs spannung des Spitzendetektors 40 höher als die Bezugsspannung V ist. Der Ausgang des Vergleichers 48 ist mit einem monostabilen Multivibrator 50 verbunden, so daß dieser bei einem hohen Ausgangspegel des Vergleichers 48 einen Rechteckimpuls vorbestimmter Dauer abgibt, der wiederum an einen Eingang des ODER-Glieds 28 angelegt wird.

Nachstehend ist die Betriebsweise der Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung beschrieben. Aufgrund einer manuellen Betätigung des Leistungsschalters 13a wird der Vollweggleichrichter 10 mit Wechselspannung gespeist, wodurch sowohl die Leitungen 14 und 15 zum

Arispeisen des Wechselrichters 16 als auch andere Schaltungskomponenten mit einer Gleichspannung angesteuert werden, wodurch sie in einen Bereitschaftszustand gelangen, in dem ein ultraschallfrequenter Stromfluß durch die Heizspule 20 erzeugbar ist. Der Nulldurchgangs-

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RIGe₁ .VV- [i IS^tCTED

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] detektor 25 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn er einen ersten Nulldurchgangspunkt der vollweggleichgerichteten, ungefilterten Spannung, die auf den Leitungen 14 und 15 nach Betätigung des Schalters 13a auftritt, ermittelt, und triggert damit die Flipflops 26 und 29 in den Setzzustand. Das UND-Glied 27 bleibt während einer Anlaufperiode solange inaktiv bzw. gibt solange eih Ausgangssignal mit niedrigem Pegel ab, bis die Heizvorrichtung über eine nicht gezeigte Leistungszuführ-

]0 schaltung in den Betriebszustand versetzt wird, in dem über den Gleichrichter 10 die Gleichspannung eingespeist wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Anzeige, daß die Heizvorrichtung betriebsbereit ist, über den Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 25 abgegeben. Es können jedoch ebenso gut auch andere Verfahren zum Erzeugen dieser Anzeige eingesetzt werden.

Wird ein Kochgeschirr aus magnetischem Material auf der Kochfläche 30 korrekt abgestellt, so liegt kein Sperrsignal an dem UND-Glied 27 an, so daß das Flipflop 2 9 in den Setzzustand geschaltet wird. Damit können über die Gate- bzw. Torschaltung 24 Zündimpulse des Zündimpulsgenerators 23 an den Steuereingang des Thyristors 17 gelangen und es wird somit in der Induktionsheizspule 20 ein Ultraschallfrequenzstrom erzeugt.

Ist das Kochgeschirr nicht korrekt auf der Kochfläche abgestellt, so wird der Bezugspegel V ^q über-

schritten und der Vergleicher 48 und damit der monostabile Multivibrator 50 erzeugen ein Sperrimpulssignal, das über das ODER-Glied 28 an dem UND-Glied anliegt. Da auch der andere Eingang des UND-Gliedes 27 im Ansprechen auf das Ausgangssignal des Nulldurch-

gangsdetektors 25 über das Flipflop 26 auf hohem Pegel liegt, wird das Flipflop 29 zurückgesetzt und somit die Torschaltung 24 gesperrt,womit keine Zünd-

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] impulse mehr an den Thyristor 17 gelangen. Der Ausgang des Wechselrichters 16 ist daher während der Dauer des Sperrimpulssignals des monostabilen Multivibrators 50 gesperrt. Nach Beendigung dieses Sperrc zeitintervall wird die Torschaltung 24 im Ansprechen auf ein Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors 25 wieder erregt bzw. schaltet durch, wenn der Nulldurchgangsdetektor 25 einen unmittelbar auf die Beendigung des Sperrzeitintervalls folgenden Nulldurchgangspunkt ermittelt. Der vorstehend genannte Vorgang wird solange wiederholt, wie das Kochgeschirr bezüglich der unterhalb angeordneten Induktionsheizspule 20 auf der Kochfläche 30 abgestellt ist (siehe Fig. 5c), wodurch eine unterbrochene Wechselrichterschwirigung entsteht.

Am Ausgang des UND-Gliedes 27 erscheint also ein Impulszug, der zusätzlich an eine Warnanzeigevorrichtung 51 zum Abgeben einer sichtbaren oder hörbaren Anzeige an den Benutzer anliegt. Die intermittierende Schwingung der Ultraschallfrequenzenergie dient als Signal, mit dem ermittelbar ist, wann das Kochgeschirr in die Mitte der Heizspule 20 verschoben wird, woraufhin automatisch der normale, ununterbrochene Wechselrichterbetrieb wieder aufgenommen wird.

Ist das Kochgeschirr so angeordnet, daß seine Bodenfläche den Mittelpunkt der Heizspule 20 nicht überdeckt, so erfaßt der Zungen- bzw. Nachbarschaftsdetektorschalter 39 diesen Zustand und gibt, siehe Fig. 5b, an das ODER-Glied 28 und über

dieses an das UND-Glied 27 ein Sperrsignal ab. In diesem Zustand ist die Hochfrequenzschwingung kontinuierlich unterdrückt bzw. gesperrt (siehe Fig. 5c) und die Warnanzeigevorrichtung 51 erzeugt eine kontinuierliche Anzeige, mit der angezeigt wird, daß das Kochgeschirr in zu großem Ausmaß vom Mittelpunkt der Heizspule 20 entfernt abgestellt ist. Damit wird vorteilhafter-

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] weise eine Energievergeudung vermieden, wenn Kochgerätschaften zum Erwärmen unterschiedlicher Speisen ersetzt bzw. ausgetauscht werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist zum Ermitteln der Größe der Eingangs leistung der Heizvorrichtung ein Stromwandler 5 2 in der Speiseleitung 11 vorgesehen. Die Wicklung des Stromwandlers ist mit einem Gleichrichter 53 verbunden, der eine dem gemessenen

"ig Eingangs leistungspegel entsprechende Gleichspannung an den invertierenden Eingang eines Vergleichers 54 abgibt. Wie in Fig. 5d dargestellt ist, hat das Ausgangssignal des Gleichrichters 53 einen einzigen Maximalwert, der auftritt, wenn das Kochgeschirr korrekt im bzw. über dem Mittelpunkt der Heizspule 20 angeordnet ist, und nimmt allmählich ab, je weiter das Kochgeschirr vom Mittelpunkt der Heizspule nach außen versetzt ist. Das Ausgangssignal des Gleichrichters 53 wird in dem Vergleicher 54 mit einer in Fig. 5d mit 55 bezeichneten Bezugsspannung V ^₁ verglichen und der Vergleicher 54 erzeugt ein Ausgangssignal mit hohem Pegel, wenn das Ausgangssignal des Gleichrichters 53 niedriger als die Bezugsspannung V ^, ist. Das Hochpegel-Ausgangssignal des Vergleichers 5 4 liegt an einem erregenden Eingang eines Niederfrequenzimpuls generators 56 an, der einen Sperrimpulszug mit einer Frequenz erzeugt, die sehr viel niedriger als die ültraschallfrequenz ist. Der Sperrimpulsz-ug gelangt üher das ODER-Glied 28 an das UND-Glied 27, wodurch der Wechselrichterausgang unterbrochen und eine Warnanzeige abgegeben wird, die anzeigt, daß das Kochgeschirr übermäßig in vertikaler Richtung gegen die Oberfläche der Kochfläche 30 versetzt ist, auch wenn das Kochgeschirr mit dem Mittelpunkt der Heizspule 20 ausgerichtet ist, oder daß ein kleiner, nicht für eine

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Induktionserwärmung geeigneter Gegenstand, ζ. Β. eine Gabel, ein Löffel oder ein übermäßig kleines Gefäß, unabsichtlich oder absichtlich auf die Kochfläche aufgebracht ist. Wird solch ein ungeeigneter Gegenstand ζ über den Mittelpunkt der Heizspule 20 abgelegt, so wird der Permanentmagnet 37 erregt bzw. angezogen und die Kontakte des Zungenschalters 3 9 öffnen sich, womit keine Anzeige dieses unerwünschten Zustandes erfolgt. Aufgrund des unterbrochenen Wechselrichterbetriebs

1« wird der ungeeignete Gegenstand als Vorsichtsmaßnahme gegen Hautverbrennungen nicht übermäßig erwärmt, die ansonsten auftreten würden, wenn der Benutzer den ungeeigneten Gegenstand von Hand von der Kochfläche entfernen will. Wie vorstehend beschrieben, ist der Aus-

IC gangsleistungspegel des Wechselrichters aufgrund der von dem Niederfrequenzimpulsgenerator 56 erzeugten Sperrimpulse erheblich erniedrigt und Funkstörungen sind auf ein Mindestmaß verringert.

Die Fig. 6 und 7 zeigen alternative Anordnungen der Spulen 32 bis 35. Gemäß Fig. 6 sind die Spulen 32 bis 35 so angeordnet, daß ihre Achsen parallel zur Ebene der spiralförmigen Heizspule 20 ausgerichtet sind, also im Gegensatz zu der Anordnung bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, bei dem ihre Achsen vertikal orientiert sind. Die Anordnung gemäß Fig. 7 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 6 dadurch, daß jede Spule einen Ferritkern a enthält, der sich unterhalb der Heizspule 20 radial nach innen auf den Mittelpunkt der Spule 20 zu erstreckt. Der Ferritkern a vergrößert die in der zugehörigen (Detektor-) Spule erzeugte bzw. ermittelte Strommenge.

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Fig. 8 zeigt eine alternative Verschaltung der Spulen 32 bis 35, bei der alle Spulen in einer Reihenschaltung zwischen die Verbindung der Dioden 41 und 42 und der Verbindung der Kondensatoren 45 und 46 geschaltet sind, wobei die einander diametral gegenüberliegend angeordneten Spulen entsprechend wie in Fig. in entgegengesetztem Sinn bezüglich ihrer Wicklungsrichtung verbunden sind.

Wird die Kochvorrichtung abgeschaltet, so wird ein gleichzeitig mit dem Schalter 13a betätigter Leistungsschalter 13b zum Rücksetzen des Flipflops 26 geschlossen.

Eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren sind in der Nähe des Umfangs bzw. des äußeren Randes einer flachen, spiralförmigen Induktionsheizspule angeordnet, die zum Erzeugen eines zeitveränderlichen Magnetfeldes mit Ultraschallfrequenzenergie gespeist wird. Die Magnet-

^O feldsensoren sind mit einer Schaltung zum Erzeugen eines Ausgangssignals verschaltet, wenn eine magnetische Gerätelast unsymmetrisch bezüglich des Mittelpunkts der Induktionsheizspule angeordnet ist. Das Sensor-Ausgangssignal wird zum Abgeben einer Warnanzeige ver-

^5 wendet, wenn es einen vorbestimmten Wert überschreitet. Der Ultraschallfrequenzenergiepegel verringert sich im Ansprechen auf die Warnanzeige, wodurch Funkstörungen auf ein Mindestmaß abgesenkt werden, die ansonsten aufgrund des magnetischen Streuflusses auf-

treten würden.

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INSPECTED

Claims

ί lEDTKE - BüHLING - KlNNE
Grupe " Pellmann
Dipl.-Ing. R Grupe 3028951 Dipl.-Ing. B Pellmann
Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2
Tel.: 089-539653
Telex: 5-24 845 tipat
cable: Germaniapatent München
30. Juli 1980
DE 0569/G5-8013-MK ,
Patentansprüche
1 1.ylnduktionserwärmungs-Kochvorrichtung mit einer von einer Niederfrequenzenergiequelle gespeisten Ultraschallfrequenzenergiequelle und einer spiralförmig gewundenen, flach ausgeführten Induktionsheizspule, in die zum Erzeugen eines zeitveränderlichen Magnetfeldes Ultraschallfrequenzenergie einspeisbar ist und die unterhalb einer Deckplatte angeordnet ist, auf der eine Gerätschaft abstellbar ist, gekennzeichnet durch eine

2Q Signalerzeugungseinrichtung (32 bis 35, 40, 48, 50) zum Erzeugen eines Signals, das eine Unsymmetrie zwischen an gegenseitig voneinander beabstandeten und nahe am Umfang der Induktionsheizspule (20) liegenden Stellen auftretenden Magnetfeldintensitäten anzeigt, wenn die Gerätschaft unsymmetrisch bezüglich des Mittelpunkts der Induktionsheizspule (20) angeordnet ist, und durch eine Warneinrichtung (51) zum Abgeben einer Warnanzeige, wenn das eine Unsymmetrie anzeigende Signal einen vorbestimmten Wert überschreitet.

2. Kochvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtung (32 bis 35, 40, 48, 50) eine Mehrzahl von an diesen Stellen angeordneten Magnetfeldsensoren (32 bis 35) enthält.

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ιjcülsche Bank (München) KIo. 51/61070 Dresdner Sank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

ORfGfWAl'

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ι 3. Kochvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnetfeldsensor (32 bis 35) eine Detektorspule (32 bis 35) aufweist.

c 4. Kochvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorspulen (32 bis 35) paarweise angeordnet sind, wobei die Detektorspulen (32, 33 bzw. 34, 35) jedes Paars einander bezüglich des Mittelpunkts der Induktionsheizspule (20) dia-IQ metral gegenüberliegend angeordnet sind.

5. Kochvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Detektorspulen (32 bis 35) ein Kernelement (a) enthält, das sich radial zum Mittel-

]5 punkt der Induktionsheizspule (20) erstreckt.

6. Kochvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorspulen (32, 33 bzw. 34, 35) jedes Paars in entgegengesetztem Wicklungssinn in Reihe geschaltet sind.

7. Kochvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Absenkeinrichtung (24, 27, 29) zum Absenken des Leistungspegels der ültraschallfrequenzenergie im Ansprechen auf die Warnanzeige.

8. Kochvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtung (32 bis 35., 40, 48, 50) einen mit den Magnetfeldsensoren (32 bis 35) verbundenen Spitzenwertdetektor (40) aufweist und daß die Warneinrichtung (51) enthält:

einen Vergleicher (48), der ein Ausgangssignal

des Spitzenwertdetektors (40) empfängt, dieses mit einem

Bezugspegel (V _fQ) vergleicht und ein Vergleicherausgangssignal erzeugt, wenn der Ausgangssignalpegel des

Spitzenwertdetektors (40) größer ist als der Bezugspegel ^(Vref0>'

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eine monostabile Kippstufe (50), die im Ansprechen auf das Vergleicherausgangssignal ^ein Impulssignal erzeugt,

eine Unterbrechungseinrichtung (24, 27, 29) zum Unterbrechen der in die Induktionsheizspule (20) eingespeiste Ultraschallfrequenzenergie im Ansprechen auf das Impulssignal und

eine Warneinrichtung (51), die im Ansprechen auf das Impulssignal eine Warnanzeige erzeugt.

9. Kochvorrichtung nach Anspruch

8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallfrequenz-Energiequelle (16) eine zum Aufnehmen von Leistung aus der Niederfrequenz-Energiequelle geschaltete torgesteuerte Schalteinrichtung (17), eine die mit der Schalteinrichtung (17) verbundene Induktionsheizspule (20) enthaltende Kommutierschaltung (19, 20), einen Zündimpulsgenerator (23) zum Erzeugen von Zündimpulsen für die Schalteinrichtung (17) mit Ultraschallfrequenz, einen Nulldurchgangsdetektor (25) zum Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn die Niederfrequenzenergie einen im wesentlichen bei Null liegenden Pegel erreicht und eine Einrichtung (24) zum Anlegen von Zündimpulsen an den Steuereingang der Schalteinrichtung (17) im Ansprechen auf ein Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors (25) zum Erzeugen von Ultraschallfrequenz-Energie nach Beendigung des Impulssignals aufweist.

10. Kochvorrichtung nach Anspruch 1 oder 7,

gekennzeichnet durch einen in der Mitte der Induktionsheizspule (20) angeordneten magnetischen Abstandsfühler (36) zum Erzeugen eines Signals, wenn keine magnetische Gerätelast über der Mitte der Induktionsheizspule (20) vorhanden ist, durch eine Sperreinrichtung (24, 27, 29) zum Sperren der Ultraschallfrequenz-Energie

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im Ansprechen auf das Ausgangssignal des magnetischen Abstandsfühlers (36) und durch eine Warneinrichtung (51) zum Abgeben einer Warnanzeige im Ansprechen auf das Ausgangssignal des magnetischen Abstandsfühlers (3 6).

11. Kochvorrichtung nach Anspruch 1, 7 oder 10,

gekennzeichnet durch eine Einrichtung (53) zum Erzeugen eines die Menge der in die Heizvorrichtung eingespeisten Leistung bezeichnenden Signals, durch eine Vergleichseinrichtung (54) zum Vergleichen dieses Signals mit einem Bezugspegel (V_refl) und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn der Signalpegel kleiner als der Bezugspegel (V ^₁) ist und durch einen auf das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (54) ansprechenden Niederfrequenz-Impulsgenerator (56) zum "Erzeugen von Impulsen zum Unterbrechen der Ultraschallfrequenz-Energie mit einer Frequenz, die sehr viel niedriger als die Ultraschallfrequenz ist.
12. Schaltung, insbesondere zur Verwendung bei einer Induktionserwärmungs-Kochvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer von einer Niederfrequenz-Energiequelle gespeisten Ultraschallfrequenz-Energiequelle und einer spiralförmig gewundenen,flach ausgeführten und unterhalb einer Oberplatte angeordneten Induktionsheizspule, in die zum Erzeugen eines zeitveränderlichen Magnetfeldes die Ultraschallfrequenzenergie einspeisbar ist, gekennzeichnet durch eine Signalerzeugungseinrichtung (32 bis 35, 40, 48, 50) zum Erzeugen eines Signals, das eine Ungleichheit von- Magnetfeldintensitäten an gegenseitig voneinander beabstandeten und sich nahe am Umfang der Induktionsheizspule (20) befindenden Stellen anzeigt, wenn eine Gerätschaft unsymmetrisch bezüglich der Mitte der Induktionsheizspule (20) auf der Oberplatte (30) angeordnet ist und durch eine Warneinrichtung (51) zum Erzeugen einer Warnanzeige, wenn das

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] eine Ungleichheit anzeigende Signal einen vorbestimmten Wert überschreitet.
13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichc net, daß die Signalerzeugungseinrichtung (32 bis 35, 40, 48, 50) eine Mehrzahl von an den besagten Stellen angeordneten Magnetfeldsensoren (32 bis 35) aufweist.
14. Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnetfeldsensor (32, 33, 34, 35) eine Detektorspule (32, 33, 34, 35) enthält.
15. Schaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorspulen (32 bis 35) paarweise und so angeordnet sind, daß die Detektorspulen jedes Paars einander diametral bezüglich des Mittelpunkts der Induktionsheizspule (20) gegenüberliegen.
16. Schaltung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Detektorspulen (32, 33, 34, 35) ein Kernelement (a) enthält, das sich radial zur Mitte der Induktionsheizspule (20) erstreckt.
17. Schaltung nach Anspruch 15, 16 oder 17,

dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorspulen (32, 33 bzw. 34, 35) jedes Paars mit entgegengesetztem Wicklungssinn in Reihe geschaltet sind.
18. Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch eine Absenkeinrichtung (24, 27, 29) zum Absenken des Leistungspegels der Ultraschallfrequenzenergie im Ansprechen auf die Warnanzeige.

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19. Schaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 17,

dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtung (32 bis 35, 40, 48, 50) zum Erzeugen des eine Ungleichheit anzeigenden Signals einen mit den Magnetit feldsensoren (32 bis 35) verbundenen Spitzendetektor

(40) aufweist und daß die Warneinrichtung (51) enthält:

einen Vergleicher (48) zum Empfangen eines Ausgangssignals des Spitzendetektors (40), der dieses mit einem Bezugspegel (V _-) vergleicht und ein Ausgangssignal IQ erzeugt, wenn das Spitzendetektorausgangssignal größer als der Bezugspegel (V _f„) ist,

einen monostabilen Multivibrator (50) zum Erzeugen eines Impulssignals im Ansprechen auf das Vergleicherausgangssignal,

]5 eine Unterbrechungseinrichtung (24, 27, 29) zum Unterbrechen der Ultraschallfrequenzenergie im Ansprechen auf das Impulssignal und

eine Warneinrichtung (51) zum Erzeugen einer Warnanzeige im Ansprechen auf das Impulssignal.
20. Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis

19, gekennzeichnet durch einen in der Mitte der Induktionsheizspule (20) angeordneten magnetischen Abstandsfühler (36) zum Erzeugen eines Signals, wenn keine magnetische Gerätelast oberhalb des Mittelpunkts der Induktionsheizspule (20) vorhanden ist, durch eine Sperreinrichtung (24, 27, 29) zum Sperren der Ultraschallfrequenzenergie im Ansprechen auf das Ausgangssignal des magnetischen Abstandsfühlers (36) und durch eine Warneinrichtung (51 ) zum Abgeben einer Warnanzeige im Ansprechen auf das Ausgangssignal des magnetischen Abstandsfühlers (36).

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21. Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (53) zum Erzeugen eines Signals, das die Menge der in die Kochvorrichtung eingespeisten Leistung anzeigt, durch eine Vergleichseinrichtung (54) zum Vergleichen dieses Signals mit einem Bezugspegel (V ,J, die ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das der eingespeisten Leistung entsprechende Signal kleiner als der Bezugspegel (V ^-) ist, und diirch einen Niederfrequenzimpulsgenerator (56) , der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (54) Impulse zum Sperren der Ultraschallfrequenzenergie mit einer Frequenz erzeugt, die sehr viel niedriger als die Ultraschallfrequenz ist.

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