EP1854337B1 - Heizeinrichtung für ein induktionsgargerät - Google Patents

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EP1854337B1
EP1854337B1 EP05825303A EP05825303A EP1854337B1 EP 1854337 B1 EP1854337 B1 EP 1854337B1 EP 05825303 A EP05825303 A EP 05825303A EP 05825303 A EP05825303 A EP 05825303A EP 1854337 B1 EP1854337 B1 EP 1854337B1
Authority
EP
European Patent Office
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circuit
heating
inductors
inductor
resonant circuit
Prior art date
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Revoked
Application number
EP05825303A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1854337A1 (de
Inventor
Sergio Llorente Gil
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority to PL05825303T priority Critical patent/PL1854337T3/pl
Publication of EP1854337A1 publication Critical patent/EP1854337A1/de
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Publication of EP1854337B1 publication Critical patent/EP1854337B1/de
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B6/02—Induction heating
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements
    • H05B6/44—Coil arrangements having more than one coil or coil segment

Definitions

  • the invention relates to a heating device for a Indutationsgarêt according to the preamble of claim 1.
  • an induction cooker having a plurality of inductors which is provided for heating a single heating element, for example a large pot, and arranged accordingly.
  • one or more inductors can be connected by a switching means to a generator, which excites these inductors to heat the heating element for oscillating.
  • the EP 0 926 926 A1 Induction cooking appliance which has a plurality of resonant circuits each having a single inductor and each having at least one capacitor.
  • the invention relates to a heating device for a Indutationsgarêt with a first resonant circuit comprising at least a first inductor for transmitting heat energy to a heating element to be heated and a first circuit for exciting the first resonant circuit and supplying the heating energy to the inductor.
  • the heating device comprises at least one second inductor for the transmission of heating energy to a heating element to be heated, which is part of the first resonant circuit, and a switching means by which the heating energy can be selectively connected to only one of the inductors or simultaneously two inductors in parallel ,
  • a switching means by which the heating energy can be selectively connected to only one of the inductors or simultaneously two inductors in parallel ,
  • the inductors do not necessarily have the same or at least similar impedances as for a serial circuit is appropriate, but it can, for example, a large main inductor and a much smaller secondary inductor can be used. Due to the relatively free choice of inductors a variety of differently designed Indudictionsgarieri can be developed with a uniform design.
  • the switching means By the switching means one of the two or both inductors, preferably directly connected to the circuit for exciting the first resonant circuit.
  • the induction cooking appliance can be held in a particularly simple manner if the supply of heating energy is effected by connecting voltage drawn from a power supply network. In this case, an additional resonant circuit can be dispensed with.
  • the circuit for exciting the first resonant circuit preferably comprises a half-bridge circuit.
  • the second inductor is operated exclusively with the first inductor together.
  • the two inductors are expediently used for heating a single heating element, for example a single pot. They are preferably arranged in the immediate vicinity of each other. Large or elongated cooking appliances can be heated particularly effectively when the inductors are arranged in a contiguous heating area for heating a single heating element.
  • both inductors can be connected by the switching means individually to the first circuit. Both inductors can be treated equally by an operator, and a small pot can e.g. optionally be placed on one or the other inductor for heating.
  • the heating device comprises a rectifier to which both the first resonant circuit and a second resonant circuit with a second circuit for exciting the second resonant circuit and a further inductor are turned on.
  • Unwanted noise when heating a cooking vessel can be avoided by a control unit which is prepared to control the circuits so that the first circuit always resonates the first resonant circuit at the same frequency as the second circuit stimulates the second resonant circuit.
  • the Gleichscnies the resonant circuits can be performed independently of an operation of Indutechnischsgarêts.
  • the heating device comprises a further circuit for exciting a further resonant circuit with a further inductor and a further switching means, wherein the further circuit is selectively connectable by the further switching means with the first or the further resonant circuit.
  • the first resonant circuit can be transmitted by both circuits for excitation a large power without this electrical components of one of the circuits would have to be particularly stressed.
  • the further circuit can support the first circuit by its performance.
  • the heating device comprises a means for measuring a property of the resonant circuit successively with the switching means open and closed and for detecting whether the heating element is arranged on only one or both inductors. It can be automatically recognized, for example by means of a control unit, whether the heating element should be sufficiently heated with an inductor or more uniformly with both inductors, and the switching means can be switched automatically according to the more effective variant. A decision as to whether either or both of the inductors are to be used to heat the heating element can be saved to an operator.
  • the heating device comprises a control unit which is provided for actuating the switching means at a moment at which no voltage is applied to the circuit for excitation of the resonant circuit is applied.
  • the control unit is prepared to interrupt the voltage before switching the switching means or to set to a predetermined value.
  • FIG. 1 shows a section through a pot 2 with a bottom of the pot, which is provided as a heating element 4 for a liquid located in the pot 2 or food.
  • the pot 2 stands on a support plate 6 of an induction hob of a Indumiesgarêts, under which a heater 8 for inductive heating of the heating element 4 is arranged.
  • the heater 8 comprises a plurality of winding blocks 10, each comprising an inner and an outer coil.
  • the inner coils are in this case combined to form a first inductor 12 and the outer coils are combined to form a second inductor 14.
  • the magnetic field generated by the two inductors 12, 14 is directed by a directional structure 16 to the heating element 4 and generates when flowing through the heating element 4 eddy currents that heat the heating element 4.
  • a control unit 18 the generation of the magnetic field is controlled.
  • FIG. 2 a circuit diagram of the heater 8 is shown, which is provided for connection to an AC voltage of a power supply network 20.
  • the heating device 8 comprises the two inductors 12, 14, a capacitive element 22 with two capacitors, a half-bridge circuit 24 having two power transistors 28 for applying a switching voltage to one or both of the inductors 12, 14 and a rectifier 26 comprising two diodes.
  • a switching means 30 the second inductor 14 in addition to the first inductor 12 are connected to the circuit 24.
  • the circuit 24, the capacitive element 22 and one or both of the inductors 12, 14 form a resonant circuit 32 which can be excited by the circuit 24 to oscillate, the circuit 24 heating energy to heat the heating element of one or both of the inductors 12, 14 4 feeds.
  • the first inductor 12 is disposed below a first heating portion 34 of the support plate 6, which in FIG. 3 is shown.
  • the second inductor 14 is disposed below a second heating portion 36.
  • the two heating sections 34, 36 are arranged directly next to each other and together form a heating area 38 for heating an oval or elongate heating element 4 of a cooking vessel, for example a casserole or a fish pot.
  • the switching means 30 only the first inductor 12 is connected to the circuit 24 for exciting the resonant circuit 32.
  • the second inductor 14 does not resonate with the excitation of the resonant circuit 32 by the circuit 24. Heat in the heating element 4 is thus generated only by the magnetic field caused by the first inductor 12.
  • This position of the switching means 30 is suitable for heating a small pot 2 with a small heating element 4, which stands on the first Schuteil Scheme 34.
  • the switching means 30 can be closed and the second inductor 14 are connected to the circuit 24. Now swing both inductors 12, 14, whereby the full heating area 38 is charged with a provided for heating the heating element 4 magnetic field.
  • the second inductor 14 may be dimensioned smaller in this example in its performance than the first inductor, since the second Schuteil Scheme 36 of the surface is slightly smaller than the first Schuteil Scheme 34.
  • the heating powers of the inductors 12, 14 always in a fixed, predetermined relationship to each other.
  • a heating area 40 with two concentrically arranged heating sections 42, 44, as in FIG. 3 is shown.
  • a smaller first Schuteil Complex 42 is surrounded by a larger second Schuteil Complex 44 annular.
  • the switching means 30 is opened, so that the first inductor 12 is connected to the circuit 24.
  • the switching means 30 is closed, and the second inductor 14, which is made more powerful in this example than the first inductor 12, is also connected to the circuit 24 for exciting the resonant circuit 32.
  • FIG. 4 shows a block diagram of the heater 8 from FIG. 2 ,
  • the heater 8 includes the rectifier 26, the circuit 24, the two inductors 12, 14, and the switching means 30.
  • FIG. 5 The block diagram shown shows an alternative heating device 46, to whose rectifier 48 two circuits 50, 52 for the excitation of each resonant circuit 54, 56 are connected.
  • the first resonant circuit 54 here comprises two inductors 58, 60, of which the inductor 60 can be connected to the first circuit 50 via a switching means 62.
  • the second resonant circuit 56 comprises only a single inductor 64.
  • Both circuits 50, 52 are individually controllable by the control unit 18, so that together with the switching means 62 one, two or three inductors 58, 60, 64 can be activated.
  • Such a heater 46 is particularly suitable for a like in FIG.
  • the two circuits 50, 52 are always controlled by the control unit 18 so that all excited inductors 58, 60, 64 are excited to oscillate at the same frequency in order to avoid interference oscillations in the pot 2.
  • FIG. 6 shows a heater 74, which is particularly suitable for heating areas 76, 78 as in FIG. 3 shown.
  • Two inductors 80, 82 are individually or jointly connectable via a respective switching means 84, 86 with the circuit 24 for exciting the resonant circuit 32.
  • the inductors 80, 82 have, for example, the same power ranges and are therefore particularly suitable for arrangement under the same Schuteil Schemeen 88, 90 or 92, 94 of the heating areas 76 and 78, each for heating a very small or small pot 2 or common heating a medium-sized or large elongated pot 2 are provided.
  • the inductors 80, 82 are individually connectable to the circuit 24.
  • both switching means 84, 86 are closed and both inductors 80, 82 are connected to the circuit 24 and thereby excited to transmit energy to the heating element 4.
  • FIG. 7 The diagram shown shows the power P of the inductors 12, 14 and 80, 82 plotted against the switching frequency f s of the circuit 24.
  • the power P is plotted with respect to the maximum power P max of the inductor 12 alone, or 80 or 82, and the switching frequency f s is normalized with respect to the resonant frequency f r of the resonant circuit 32 with only one inductor 12 or 80 or 82 connected.
  • the curve 96 indicates the power of an inductor 12 or 80 or 82 connected individually to the circuit 24.
  • the control unit 18 sets a switching frequency f s corresponding to the desired power P between, for example, 1.0 f r and 1.8 f r .
  • the power is variable in this example between P max and 0.2 P max .
  • FIG. 8 shows a further embodiment, with which this relative power loss can be counteracted.
  • a heating device 104 Shown is a heating device 104, whose components 8 to the heating device are always identified by the same reference numerals. Furthermore, with respect to the same features and functions on the description of the embodiment in the Figures 2 and 4 to get expelled.
  • the heating device 104 has a further circuit 106 for exciting a further oscillating circuit 108 with a further inductor 110.
  • the heating device 104 comprises two further switching means 112, 114, which - as well as the switching means 30 - are actuated by the control unit 18.
  • the inductor 110 may be connected to the circuit 106 and the inductors 12, 14 to the circuit 24 or the inductor 110 to the circuits 24 and 106 or the inductors 12, 14 to the circuits 24 and 106 ,
  • both circuits 24 and 106 can excite the inductors 12, 14 and thus - without a large load on the electrical components of the circuits 24, 106 - both inductors 12, 14 individually with the in FIG. 7 shown curve 96 or together with the power P to curve 98 are operated.
  • This is particularly suitable for use with the heating region 40, each with large heating portions 42, 44 for heating a very large pot 2. It is also possible to arrange all three inductors 12, 14, 110 for use with the heating region 66 immediately adjacent to each other Thompsonteil Schemee 68, 70 with particularly high power P or all three Walkerteil Schemee 68, 70, 72 with distributed power P to operate.
  • the control unit 18 is provided for determining a variable associated with the inductance of the oscillating circuit 32. By measuring this size both with the switching means 30 closed and with the switching means 30 open, the arrangement of a large or a small pot 2 in the heating area 40 can be concluded, and the switching means 30 for efficient heating of the pot 2 or its heating element 4 can be switched accordingly become.

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Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Heizeinrichtung für ein Induktionsgargerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der US 6,633,023 B2 ist ein Induktionsgargerät mit mehreren Induktoren bekannt, die zum Heizen eines einzigen Heizelements, beispielsweise eines großen Topfs, vorgesehen und dementsprechend angeordnet sind. Je nach Größe des Topfs sind ein oder mehrere Induktoren durch ein Schaltmittel an einen Generator anschließbar, der diese Induktoren zum Erwärmen des Heizelements zum Schwingen anregt. Aus der EP 0 926 926 A1 ist ein Induktionsgargerät bekannt, das mehrere Schwingkreise mit jeweils einem einzelnen Induktor und mit jeweils mindestens einem Kondensator aufweist.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, mit der unterschiedliche Garbehälter effektiv erwärmt werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
  • Die Erfindung geht aus von einer Heizeinrichtung für ein Induktionsgargerät mit einem ersten Schwingkreis, der mindestens einen ersten Induktor zur Übertragung von Heizenergie auf ein zu erwärmendes Heizelement und eine erste Schaltung zur Anregung des ersten Schwingkreises und Zuführung der Heizenergie zu dem Induktor umfasst.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Heizeinrichtung mindestens einen zweiten Induktor zur Übertragung von Heizenergie auf ein zu erwärmendes Heizelement, der Teil des ersten Schwingkreises ist, und ein Schaltmittel umfasst, durch das die Heizenergie wahlweise nur einem der Induktoren oder gleichzeitig beiden Induktoren in Parallelschaltung zuführbar ist. Durch das wahlweise Zuführen der Heizenergie zu nur einem der Induktoren oder gleichzeitig zu beiden Induktoren können auf einem einzigen Heizbereich sowohl kleine als auch große oder längliche Garbehälter effektiv erwärmt werden. Durch die Parallelschaltung der beiden Induktoren können Induktoren mit unterschiedlichen Impedanzen verwendet werden. Die Induktoren müssen nicht unbedingt gleiche oder zumindest ähnliche Impedanzen aufweisen, wie es für eine serielle Schaltung zweckmäßig ist, sondern es kann beispielsweise ein großer Hauptinduktor und ein wesentlich kleinerer Nebeninduktor verwendet werden. Durch die relativ freie Wahlmöglichkeit der Induktoren kann eine Vielzahl unterschiedlich ausgestalteter Induktionsgargeräte mit einheitlicher Konzeption entwickelt werden.
  • Durch das Schaltmittel können einer der beiden oder beide Induktoren, vorzugsweise direkt, mit der Schaltung zur Anregung des ersten Schwingkreises verbunden werden. Besonders einfach kann das Induktionsgargerät gehalten werden, wenn die Versorgung mit Heizenergie durch Aufschaltung von aus einem Stromversorgungsnetz bezogener Spannung erfolgt. Auf einen zusätzlichen Schwingkreis kann hierbei verzichtet werden. Die Schaltung zur Anregung des ersten Schwingkreises umfasst vorzugsweise eine Halbbrückenschaltung. In einer besonders preisgünstigen Ausgestaltung der Erfindung wird der zweite Induktor ausschließlich mit dem ersten Induktor zusammen betrieben.
  • Die beiden Induktoren dienen zweckmäßigerweise zum Aufheizen eines einzigen Heizelements, beispielsweise eines einzigen Topfs. Sie sind vorzugsweise in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander angeordnet. Große oder längliche Gargeräte können besonders effektiv erwärmt werden, wenn die Induktoren in einem zusammenhängenden Heizbereich zur Erwärmung eines einzigen Heizelements angeordnet sind.
  • Der Gefahr eines ungleichmäßigen Erwärmens eines Gargefäßes durch gleichzeitig beide Induktoren kann entgegengewirkt werden, wenn die Heizleistungen der Induktoren in einem festen, vorbestimmten Verhältnis zueinander stehen. So kann beispielsweise ein Induktor, dem gegenüber dem anderen Induktor ein kleinerer Heizteilbereich zugeordnet ist, grundsätzlich mit einer kleineren Leistung betrieben werden als der andere Induktor.
  • Eine besonders komfortable Bedienung des Induktionsgargeräts kann erreicht werden, wenn beide Induktoren durch das Schaltmittel einzeln an die erste Schaltung anschaltbar sind. Beide Induktoren können von einem Bediener gleich behandelt werden, und ein kleiner Topf kann z.B. wahlweise über den einen oder den anderen Induktor zum Aufheizen gestellt werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Heizeinrichtung einen Gleichrichter, an den sowohl der erste Schwingkreis als auch ein zweiter Schwingkreis mit einer zweiten Schaltung zur Anregung des zweiten Schwingkreises und einem weiteren Induktor angeschaltet sind. Hierdurch kann ein einziges Heizfeld zur Erwärmung eines einzigen Gargefäßes durch drei oder mehr Induktoren effektiv erwärmt werden, wobei nur ein Generator mit einem Gleichrichter zum Einsatz kommt und eine hohe angeforderte Leistung durch zwei Schwingkreise erbracht werden kann.
  • Unerwünschte Geräusche beim Erwärmen eines Gargefäßes können durch eine Steuereinheit vermieden werden, die dazu vorbereitet ist, die Schaltungen so zu steuern, dass die erste Schaltung den ersten Schwingkreis stets mit der gleichen Frequenz zum Schwingen anregt wie die zweite Schaltung den zweiten Schwingkreis. Die Gleichschaltung der Schwingkreise kann hierbei unabhängig von einer Bedienung des Induktionsgargeräts ausgeführt sein.
  • Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Heizeinrichtung eine weitere Schaltung zur Anregung eines weiteren Schwingkreises mit einem weiteren Induktor und ein weiteres Schaltmittel umfasst, wobei die weitere Schaltung durch das weitere Schaltmittel wahlweise mit dem ersten oder dem weiteren Schwingkreis verbindbar ist. Dem ersten Schwingkreis kann durch beide Schaltungen zur Anregung eine große Leistung übertragen werden, ohne dass dadurch elektrische Bausteine einer der Schaltungen besonders stark beansprucht werden müssten. Die weitere Schaltung kann die erste Schaltung durch ihre Leistung unterstützen.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Heizeinrichtung ein Mittel, das zum Ausmessen einer Eigenschaft des Schwingkreises nacheinander bei geöffnetem und bei geschlossenem Schaltmittel und zur Erkennung, ob das Heizelement an nur einem oder an beiden Induktoren angeordnet ist, vorgesehen ist. Es kann automatisch erkannt werden, beispielsweise mit Hilfe einer Steuereinheit, ob das Heizelement ausreichend mit einem Induktor oder gleichmäßiger mit beiden Induktoren erwärmt werden sollte, und das Schaltmittel kann automatisch gemäß der effektiveren Variante geschaltet werden. Eine Entscheidung, ob einer der beiden oder beide Induktoren zum Erwärmen des Heizelements verwendet werden sollen, kann einem Bediener erspart werden.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die Heizeinrichtung eine Steuereinheit, die zur Betätigung des Schaltmittels in einem Moment vorgesehen ist, an dem keine Spannung an der Schaltung zur Anregung des Schwingkreises anliegt. Hierdurch kann ein sicheres Umschalten des Schaltmittels ohne besondere Beanspruchung der elektrischen Bausteine des Induktionsgargeräts erreicht werden. Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit dazu vorbereitet, die Spannung vor einer Schaltung des Schaltmittels zu unterbrechen oder auf einen vorbestimmten Wert einzustellen.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Schnittdarstellung durch einen Topf und einen Teil eines Induktionskochfelds,
    Fig. 2
    ein Schaltbild eines Schwingkreises mit zwei Induktoren und einem Schaltmittel zwischen den beiden Induktoren,
    Fig. 3
    5 verschiedene Heizbereiche für ein Induktionskochfeld mit mehreren, jeweils einem Induktor zugeordneten Heizteilfeldern,
    Fig. 4
    ein Blockschaltbild einer Heizeinheit wie aus Figur 2,
    Fig. 5
    ein Blockschaltbild einer weiteren Heizeinheit mit drei Induktoren und zwei Schaltungen zur Anregung jeweils eines Schwingkreises,
    Fig. 6
    ein Schaltbild einer weiteren Heizeinrichtung mit zwei Induktoren und einem Schaltmittel, mit dem wahlweise einer der beiden Induktoren oder beide Induktoren gleichzeitig angeregt werden können,
    Fig. 7
    Heizleistungen verschiedener Schwingkreise bzw. Induktoren, jeweils aufgetragen gegen ihre Anregungsfrequenz und
    Fig. 8
    ein Schaltbild einer weiteren Heizeinrichtung mit drei Induktoren und einer zweiten Schaltung, die zur Verstärkung einer ersten Schaltung zur Anregung eines Schwingkreises verwendet werden kann.
  • Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Topf 2 mit einem Topfboden, der als Heizelement 4 für eine im Topf 2 befindliche Flüssigkeit oder Speise vorgesehen ist. Der Topf 2 steht auf einer Tragplatte 6 eines Induktionskochfelds eines Induktionsgargeräts, unter der eine Heizeinrichtung 8 zur induktiven Erwärmung des Heizelements 4 angeordnet ist. Die Heizeinrichtung 8 umfasst mehrere Wicklungsblöcke 10, die jeweils eine innere und eine äu-βere Spule umfassen. Die inneren Spulen sind hierbei zu einem ersten Induktor 12 und die äußeren Spulen zu einem zweiten Induktor 14 zusammengefasst. Das von beiden Induktoren 12, 14 erzeugte Magnetfeld wird durch eine Richtstruktur 16 zum Heizelement 4 gelenkt und erzeugt beim Durchfließen des Heizelements 4 Wirbelströme, die das Heizelement 4 erwärmen. Durch eine Steuereinheit 18 wird die Erzeugung des Magnetfelds gesteuert.
  • In Figur 2 ist ein Schaltbild der Heizeinrichtung 8 gezeigt, die zum Anschluss an eine Wechselspannung eines Stromversorgungsnetzes 20 vorgesehen ist. Die Heizeinrichtung 8 umfasst die beiden Induktoren 12, 14, ein kapazitives Element 22 mit zwei Kondensatoren, eine als Halbbrückenschaltung ausgestaltete Schaltung 24 mit zwei Leistungstransistoren 28 zur Aufschaltung einer Schaltspannung an eine oder beide der Induktoren 12, 14 und einen zwei Dioden umfassenden Gleichrichter 26. Durch ein Schaltmittel 30 kann der zweite Induktor 14 zusätzlich zum ersten Induktor 12 an die Schaltung 24 angeschaltet werden. Die Schaltung 24, das kapazitive Element 22 und einer oder beide der Induktoren 12, 14 bilden einen Schwingkreis 32, der durch die Schaltung 24 zum Schwingen angeregt werden kann, wobei die Schaltung 24 einem oder beiden der Induktoren 12, 14 Heizenergie zum Erwärmen des Heizelements 4 zuführt.
  • Die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Elemente der Heizeinrichtung 8 werden im Folgenden zur Erläuterung einiger Beispiele verwendet, wobei gleiche oder ähnliche Elemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
  • Der erste Induktor 12 ist unter einem ersten Heizteilbereich 34 der Tragplatte 6 angeordnet, der in Figur 3 gezeigt ist. Der zweite Induktor 14 ist unter einem zweiten Heizteilbereich 36 angeordnet. Die beiden Heizteilbereiche 34, 36 sind unmittelbar nebeneinander angeordnet und bilden zusammen einen Heizbereich 38 zur Erwärmung eines ovalen oder länglichen Heizelements 4 eines Gargefäßes, beispielsweise einer Kasserolle oder eines Fischtopfs. Bei der in Figur 2 gezeigten Stellung des Schaltmittels 30 ist nur der erste Induktor 12 mit der Schaltung 24 zur Anregung des Schwingkreises 32 verbunden.
  • Der zweite Induktor 14 schwingt bei einer Anregung des Schwingkreises 32 durch die Schaltung 24 hingegen nicht mit. Wärme im Heizelement 4 wird somit nur durch das vom ersten Induktor 12 verursachte Magnetfeld erzeugt. Diese Stellung des Schaltmittels 30 ist geeignet zur Erwärmung eines kleinen Topfs 2 mit einem kleinen Heizelement 4, das auf dem ersten Heizteilbereich 34 steht. Bei Verwendung eines größeren, länglichen Topfs 2 kann das Schaltmittel 30 geschlossen und der zweite Induktor 14 an die Schaltung 24 angeschaltet werden. Nun schwingen beide Induktoren 12, 14, wodurch der volle Heizbereich 38 mit einem zur Erwärmung des Heizelements 4 vorgesehenen Magnetfeld beschickt wird. Der zweite Induktor 14 kann in diesem Beispiel in seiner Leistung geringer bemessen sein als der erste Induktor, da der zweite Heizteilbereich 36 von der Fläche etwas kleiner ist als der erste Heizteilbereich 34. Hierbei stehen die Heizleistungen der Induktoren 12, 14 stets in einem festen, vorbestimmten Verhältnis zueinander.
  • Zur Erwärmung großer, kreisrunder Töpfe eignet sich besonders ein Heizbereich 40 mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten Heizteilbereichen 42, 44, wie in Figur 3 gezeigt ist. Hierbei wird ein kleinerer erster Heizteilbereich 42 von einem größeren zweiten Heizteilbereich 44 ringförmig umschlossen. Zur Erwärmung eines kleinen Topfs 2 ist das Schaltmittel 30 geöffnet, so dass der erste Induktor 12 mit der Schaltung 24 verbunden ist. Zum Heizen eines größeren Topfs 2 wird das Schaltmittel 30 geschlossen, und der zweite Induktor 14, der in diesem Beispiel leistungsstärker ausgeführt ist als der erste Induktor 12, wird ebenfalls mit der Schaltung 24 zur Anregung des Schwingkreises 32 verbunden.
  • Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild der Heizeinrichtung 8 aus Figur 2. Die Heizeinrichtung 8 umfasst den Gleichrichter 26, die Schaltung 24, die beiden Induktoren 12, 14 und das Schaltmittel 30.
  • Das in Figur 5 gezeigte Blockschaltbild zeigt eine alternative Heizeinrichtung 46, an deren Gleichrichter 48 zwei Schaltungen 50, 52 zur Anregung jeweils eines Schwingkreises 54, 56 angeschlossen sind. Der erste Schwingkreis 54 umfasst hierbei zwei Induktoren 58, 60, von denen der Induktor 60 über ein Schaltmittel 62 mit der ersten Schaltung 50 verbindbar ist. Der zweite Schwingkreis 56 umfasst lediglich einen einzigen Induktor 64. Beide Schaltungen 50, 52 sind jeweils einzeln durch die Steuereinheit 18 ansteuerbar, so dass zusammen mit dem Schaltmittel 62 ein, zwei oder drei Induktoren 58, 60, 64 aktivierbar sind. Eine solche Heizeinrichtung 46 ist besonders geeignet für einen wie in Figur 3 gezeigten Heizbereich 66 mit drei Heizteilbereichen 68, 70, 72 für einen kleinen, mittelgroßen und einen sehr großen Topf 2. Zur Erwärmung eines großen Topfs 2 bzw. eines großen Heizelements 4 am Heizbereich 66 unter Verwendung der beiden Schaltungen 50, 52 werden die beiden Schaltungen 50, 52 von der Steuereinheit 18 stets so angesteuert, dass alle angeregten Induktoren 58, 60, 64 mit der gleichen Frequenz zum Schwingen angeregt werden, um Interferenzschwingungen im Topf 2 zu vermeiden.
  • Figur 6 zeigt eine Heizeinrichtung 74, die besonders geeignet ist für Heizbereiche 76, 78 wie die in Figur 3 gezeigten. Zwei Induktoren 80, 82 sind über jeweils ein Schaltmittel 84, 86 mit der Schaltung 24 zur Anregung des Schwingkreises 32 einzeln oder gemeinsam verbindbar. Die Induktoren 80, 82 weisen beispielsweise gleiche Leistungsbereiche auf und sind daher besonders geeignet zur Anordnung unter gleichen Heizteilbereichen 88, 90 oder 92, 94 der Heizbereiche 76 bzw. 78, die jeweils zur Erwärmung eines sehr kleinen bzw. kleinen Topfs 2 oder zur gemeinsamen Erwärmung eines mittelgroßen bzw. großen länglichen Topfs 2 vorgesehen sind. Zur Erwärmung eines sehr kleinen oder kleinen runden Topfs 2 sind die Induktoren 80, 82 jeweils einzeln an die Schaltung 24 anschaltbar. Zur Erwärmung eines mittelgroßen oder großen länglichen Topfs 2 werden beide Schaltmittel 84, 86 geschlossen und beide Induktoren 80, 82 mit der Schaltung 24 verbunden und hierdurch zur Energieübertragung an das Heizelement 4 angeregt.
  • Das in Figur 7 dargestellte Diagramm zeigt die Leistung P der Induktoren 12, 14 bzw. 80, 82 aufgetragen gegen die Schaltfrequenz fs der Schaltung 24. Die Leistung P ist bzgl. der maximalen Leistung Pmax des allein angeschalteten Induktors 12 bzw. 80 oder 82 aufgetragen, und die Schaltfrequenz fs ist normiert bzgl. der Resonanzfrequenz fr des Schwingkreises 32 mit nur einem angeschalteten Indukor 12 bzw. 80 oder 82 aufgetragen. Die Kurve 96 gibt hierbei die Leistung eines einzeln an die Schaltung 24 angeschalteten Induktors 12 bzw. 80 oder 82 an. Zur Steuerung der Leistung P des Induktors 12 bzw. 80 oder 82 wird durch die Steuereinheit 18 eine der gewünschten Leistung P entsprechende Schaltfrequenz fs zwischen beispielsweise 1,0 fr und 1,8 fr eingestellt. Die Leistung ist in diesem Beispiel zwischen Pmax und 0,2 Pmax variabel. Stehen zwei Schaltungen 50, 52 zur Verfügung, wie bei der Heizeinrichtung 46 aus Figur 5, so kann die Gesamtleistung der beiden Induktoren 58, 64 zusammen - bei abgeschaltetem Induktor 60 - den Wert 2 Pmax erreichen, wie durch die Kurve 98 dargestellt ist. Steht hingegen, wie in den Figuren 2 und 4 gezeigt, nur eine Schaltung 24 mit zwei Induktoren 12, 14 zur Verfügung, die beide an die Schaltung 24 angeschlossen und von dieser angeregt sind, so steht nur eine maximale Gesamtleistung von beiden Induktoren 12, 14 zusammen von etwa 1,4 Pmax zur Verfügung, wie durch die Kurve 100 dargestellt ist. Die Leistung jeweils eines einzelnen Induktors 12, 14 ist durch die Kurve 102 dargestellt.
  • Wie aus den Kurven 96, 98, 100, 102 ersichtlich ist, verschiebt sich bei einem Schalten des Schaltmittels 30 nicht nur die Leistung P, sondern auch die Resonanzfrequenz fr des Schwingkreises 32. Daher wird durch die Steuereinheit 18 vor einem Schalten des Schaltmittels 30 die Spannung zu den Induktoren 12, 14 bzw. 80, 82 unterbrochen, um eine hohe Belastung der elektrischen Bauteile der Heizeinrichtung 8, 46, 74 zu vermeiden. Wie aus Figur 7 ersichtlich ist, führt ein Schließen des Schaltmittels 30 zwar zu einer Erhöhung der Gesamtleistung beider Induktoren 12, 14 zusammen gegenüber der Leistung des einzelnen Induktors 12, die Einzelleistungen der Induktoren 12, 14, die in Kurve 102 dargestellt sind, reduzieren sich jedoch gegenüber der Einzelleistung des allein an die Schaltung 24 angeschlossenen Induktors 12.
  • Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, mit dem diesem relativen Leistungsverlust entgegengewirkt werden kann. Gezeigt ist eine Heizeinrichtung 104, deren zur Heizeinrichtung 8 gleich bleibende Bauteile grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert sind. Ferner kann bzgl. gleich bleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den Figuren 2 und 4 verwiesen werden. Die Heizeinrichtung 104 weist eine weitere Schaltung 106 zur Anregung eines weiteren Schwingkreises 108 mit einem weiteren Induktor 110 auf. Außerdem umfasst die Heizeinrichtung 104 zwei weitere Schaltmittel 112, 114, die - ebenso wie das Schaltmittel 30 - von der Steuereinheit 18 betätigbar sind. Je nach Schaltstellung der Schaltmittel 112, 114 können der Induktor 110 mit der Schaltung 106 und die Induktoren 12, 14 mit der Schaltung 24 oder der Induktor 110 mit den Schaltungen 24 und 106 oder die Induktoren 12, 14 mit den Schaltungen 24 und 106 verbunden werden. Hierdurch können - bei geschlossenem Schaltmittel 30 - beide Schaltungen 24 und 106 die Induktoren 12, 14 anregen und somit - ohne eine große Belastung der elektrischen Bausteine der Schaltungen 24, 106 - beide Induktoren 12, 14 einzeln jeweils mit der in Figur 7 gezeigten Kurve 96 bzw. zusammen mit der Leistung P nach Kurve 98 betrieben werden. Dies ist besonders geeignet zur Verwendung mit dem Heizbereich 40 mit jeweils großen Heizteilbereichen 42, 44 zur Erwärmung eines sehr großen Topfs 2. Es ist auch möglich, alle drei Induktoren 12, 14, 110 zur Verwendung mit dem Heizbereich 66 unmittelbar nebeneinander anzuordnen, um die Heizteilbereiche 68, 70 mit besonders großer Leistung P oder alle drei Heizteilbereiche 68, 70, 72 mit verteilter Leistung P zu betreiben.
  • Zur Erkennung, ob beispielsweise auf dem Heizbereich 40 ein kleiner Topf 2 lediglich auf dem Heizteilbereich 42 oder ein großer Topf auch auf dem Heizteilbereich 44 angeordnet ist, ist die Steuereinheit 18 zur Bestimmung einer mit der Induktivität des Schwingkreises 32 zusammenhängenden Größe vorgesehen. Durch Ausmessung dieser Größe sowohl bei geschlossenem Schaltmittel 30 als auch bei geöffnetem Schaltmittel 30 kann auf die Anordnung eines großen oder eines kleinen Topfs 2 im Heizbereich 40 geschlossen werden, und das Schaltmittel 30 zur effizienten Erwärmung des Topfs 2 bzw. dessen Heizelements 4 kann entsprechend geschaltet werden.
    • Bezugszeichen
    • 2
    Topf
    4
    Heizelement
    6
    Tragplatte
    8
    Heizeinrichtung
    10
    Wicklungsblöcke
    12
    Induktor
    14
    Induktor
    16
    Richtstruktur
    18
    Steuereinheit
    20
    Stromversorgungsnetz
    22
    Element
    24
    Schaltung
    26
    Gleichrichter
    28
    Leistungstransistor
    30
    Schaltmittel
    32
    Schwingkreis
    34
    Heizteilbereich
    36
    Heizteilbereich
    38
    Heizbereich
    40
    Heizbereich
    42
    Heizteilbereich
    44
    Heizteilbereich
    46
    Heizeinrichtung
    48
    Gleichrichter
    50
    Schaltung
    52
    Schaltung
    54
    Schwingkreis
    56
    Schwingkreis
    58
    Induktor
    60
    Induktor
    62
    Schaltmittel
    64
    Induktor
    66
    Heizbereich
    68
    Heizteilbereich
    70
    Heizteilbereich
    72
    Heizteilbereich
    74
    Heizeinrichtung
    76
    Heizbereich
    78
    Heizbereich
    80
    Induktor
    82
    Induktor
    84
    Schaltmittel
    86
    Schaltmittel
    88
    Heizteilbereich
    90
    Heizteilbereich
    92
    Heizteilbereich
    94
    Heizteilbereich
    96
    Kurve
    98
    Kurve
    100
    Kurve
    102
    Kurve
    104
    Heizeinrichtung
    106
    Schaltung
    108
    Schwingkreis
    110
    Induktor
    112
    Schaltmittel
    114
    Schaltmittel

Claims (9)

  1. Heizeinrichtung (8; 46; 74; 104) für ein Induktionsgargerät mit einem ersten Schwingkreis (32, 54), der mindestens einen ersten Induktor (12; 58; 80, 82) zur Übertragung von Heizenergie auf ein zu erwärmendes Heizelement (4) und eine erste Schaltung (24; 50) zur Anregung des ersten Schwingkreises (32, 54) und Zuführung der Heizenergie zu dem Induktor (12; 58; 80, 82) umfasst, gekennzeichnet durch mindestens einen zweiten Induktor (14, 60, 80, 82) zur Übertragung von Heizenergie auf ein zu erwärmendes Heizelement (4), der Teil des ersten Schwingkreises (32, 54) ist, und durch ein Schaltmittel (30; 62; 84, 86), durch das die Heizenergie wahlweise nur einem der Induktoren (12; 58; 80, 82) oder gleichzeitig beiden Induktoren (12, 14; 58, 60; 80, 82) in Parallelschaltung zuführbar ist.
  2. Heizeinrichtung (8; 46; 74; 104) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktoren (12, 14; 58, 60; 80, 82) in einem zusammenhängenden Heizbereich (38; 40; 66; 76; 78) zur Erwärmung eines einzigen Heizelements (4) angeordnet sind.
  3. Heizeinrichtung (8; 46; 74; 104) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistungen der Induktoren (12, 14; 58, 60; 80, 82) in einem festen, vorbestimmten Verhältnis zueinander stehen.
  4. Heizeinrichtung (74) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Induktoren (80, 82) durch das Schaltmittel (84, 86) einzeln an die erste Schaltung (24) anschaltbar sind.
  5. Heizeinrichtung (46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gleichrichter (48), an den sowohl der erste Schwingkreis (54) als auch ein zweiter Schwingkreis (56) mit einer zweiten Schaltung (52) zur Anregung des zweiten Schwingkreises (56) und einem weiteren Induktor (64) angeschaltet sind.
  6. Heizeinrichtung (46) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (18), die dazu vorbereitet ist, die Schaltungen (50, 52) so zu steuern, dass die erste Schaltung (50) den ersten Schwingkreis (54) stets mit der gleichen Frequenz zum Schwingen anregt, wie die zweite Schaltung (52) den zweiten Schwingkreis (56).
  7. Heizeinrichtung (104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Schaltung (106) zur Anregung eines weiteren Schwingkreises (108) mit einem weiteren Induktor (110) und ein weiteres Schaltmittel (112, 114), wobei die weitere Schaltung (106) durch das weitere Schaltmittel (112, 114) wahlweise mit dem ersten oder dem weiteren Schwingkreis (108) verbindbar ist.
  8. Heizeinrichtung (8; 46; 74; 104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel, das zum Ausmessen einer Eigenschaft des Schwingkreises (32; 54, 56) nacheinander bei geöffnetem und bei geschlossenem Schaltmittel (30; 62; 84, 86) und zur Erkennung, ob das Heizelement (4) an nur einem oder an beiden Induktoren (12, 14; 58, 60; 80, 82) angeordnet ist, vorgesehen ist.
  9. Heizeinrichtung (8; 46; 74; 104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die zur Betätigung des Schaltmittels (30; 62; 84, 86) in einem Moment vorgesehen ist, in dem keine Spannung an der Schaltung (24; 50, 52; 106) zur Anregung des Schwingkreises (32; 54, 56; 108) anliegt.
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