TWI575838B - 感應式烹調系統及其無線電力裝置 - Google Patents

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TWI575838B TW102100396A TW102100396A TWI575838B TW I575838 B TWI575838 B TW I575838B TW 102100396 A TW102100396 A TW 102100396A TW 102100396 A TW102100396 A TW 102100396A TW I575838 B TWI575838 B TW I575838B
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大衛Ｗ 巴曼
約書亞Ｂ 泰勒
凱特琳Ｊ 透納
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通路實業集團國際公司
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Description

感應式烹調系統及其無線電力裝置
本發明關於無線電力傳輸，尤其是從一感應式電力供應器傳輸電力之系統。
無線電力供應系統之使用持續成長。一般的無線電力供應系統使用電磁場，從一無線電力供應器或感應式電力供應器，來無線地傳輸電力至一遠方裝置，如感應式烹調器具、無線供電的燈具、手機、智慧型手機、媒體播放器、或電子裝置。有數種不同的無線電力供應系統。例如，許多習知的系統在該遠方裝置內使用次級線圈，而感應地耦合至無線電力供應器內的初級線圈。其他習知系統，其通常見於烹調領域，在遠方裝置內使用加熱元件，來感應式耦合至該無線電力供應器的初級線圈。
當遠方係安置在無線電力供應器足夠附近之內時，電磁場在次級線圈內感應電力，或在加熱元件內產生渦流。次級線圈內的電力能夠由遠方裝置來使用，以便(例如)供電或充電(或此兩者)至該遠方裝置。加熱元件內的渦流可產生熱，其能用於烹調。無論該遠方裝置是否包含次級線圈或 加熱元件，習知的無線電力供應系統，在初級線圈相對較靠近該次級線圈或加熱元件時，典型地提供改良的性能。
在烹調領域內所見的許多無線電力供應系統，例如，無線電力供應器係安置在一表面(如烹調平台、桌子或其他結構)之下，以便從視線上隱蔽無線電力供應器。然而，桌子或其他結構之厚度能夠影響該遠方裝置相對於該無線電力供應器所能安置的附近處。如果桌子太厚，無線電力供應器及該遠方裝置之耦合可能遭受到阻礙，造成性能下降(相較於相似系統，或配置用於較接近附近點耦合者)。為了改善此種性能損失，桌子厚度可由多種技術來降低(如機械或切割)，及該無線電力供應器可安裝在桌子厚度下降的區域。這些技術經常牽涉到工具的使用，其可能是無法取得的，或不在一般使用者的技術層次之內。
本發明提供一種無線電力供應系統，其中一共振器係可延伸至一範圍，在該範圍內一感應式電力供應器可以足夠地供應無線電力至烹調裝置。該無線電力供應系統可包含一感應式電力供應器，其使用電磁場來傳輸電力；一感應式烹調裝置，其加熱以便回應該電磁場出現；及一共振器。
在一實施例中，該無線電力供應系統可包含一裝置，其包括一墊子及一共振器。該墊子係適合可拆式地安放在一裝置及一感應式電力供應器初級線圈之間，及該共振器 可耦合至該墊子。該共振器係適合從該初級線圈感應地傳輸能源至該裝置，藉此，該共振器延伸至一範圍，在該範圍內，該裝置接收來自該感應式電力供應器之無線電力。該裝置可為一種感應式烹調裝置，其包含一金屬，適合在該感應式電力供應器所生之電磁場下，進行加熱。
在另一觀點中，該無線電力供應系統可為一感應式烹調系統，其用於加熱一感應式烹調裝置之金屬。該系統可包含一感應式烹調電力供應器及一共振器。該感應式烹調電力供應器可包括一初級線圈，及適合用來產生一電磁場。 該共振器可感應地從初級線圈傳輸能源到金屬，以致於感應式烹調裝置的金屬加熱，作為感應式烹調電力供應器所生磁場之回應。
在一實施例中，該感應式烹調系統可包含一墊子，其適合被安置在感應式烹調電力供應器及該感應式烹調裝置之間，其中該墊子係可耦合至該共振器。
在某些實施例中，該墊子可為可攜式三腳架，其被安放在一烹調平台之表面，其中該感應式烹調電力供應器可被安放在該烹調平台之相對表面。可替換地，該墊子可以固著在烹調平台之表面上而非可攜式的。
在另一實施例中，該墊子可包含一絕緣器，其適合抑制該感應式烹調裝置經由該墊子的熱傳輸。該共振器也可被安放在墊子之內。
在另一實施例中，該共振器可耦合至該感應式烹調裝置，以致於其被安放在該感應式烹調裝置之內或之上。
這些及其他的本發明目標、優點、及特徵，在參照現有實施例及圖式之下，將會更加完全地被瞭解及接受。
在本發明實施例詳細解說之前，要瞭解的是，本發明並不局限於以下描述所述或圖式所圖解之詳細操作、或詳細結構及元件排列。本發明可由許多其他實施例加以實施及執行，或以未在本文中明確揭示之可替換方式加以施行。 又，應該瞭解的是，在本文中所使用之片語及專業用語，係為了描述之目的而提供，而不應被視為一種限制。”包含”及”包括”及其變型之使用，表示涵蓋該詞之後所列出的品項及其等價者，以及額外的品項及其等價者。又，數字編號可用來描述許多實施例的描述。除非另有明確聲明，數字編號之使用不應被解釋本發明被限制於任何具體元件排列順序或數目。使用數字編號也不得解釋為：任何可能被結合至編號步驟或元件之額外的步驟及元件，係被排除於本發明範圍。
10‧‧‧感應式烹調電力供應器 Inductive cooking power supply
11‧‧‧主輸入 Mains input
12‧‧‧電力供應器 Power supply
13‧‧‧反相器 inverter
14‧‧‧控制器 controller
15‧‧‧初級電容器 Primary capacitor
16‧‧‧初級線圈 Primary coil
17‧‧‧初級共振電路 Primary resonating circuit
18‧‧‧初級共振線圈 Primary resonating coil
19‧‧‧初級共振電容器 Primary resonating capacitor
20‧‧‧墊子或三腳架 Pad or trivet
22‧‧‧共振器 resonator
24‧‧‧共振器電容 Resonator capacitor
26‧‧‧共振器線圈 Resonator coil
28‧‧‧絕緣材料 Insulating material
30‧‧‧感應式烹調裝置 Inductive cook ware
32‧‧‧金屬板 Metal plate
33‧‧‧裝飾外部材料 Decorative exterior material
34‧‧‧絕緣材料 Insulating material
35‧‧‧烹調材料 Cooking material
50‧‧‧烹調平台 countertop
60‧‧‧裝置 Device
61‧‧‧次級線圈 Secondary
62‧‧‧次級共振電容器 Secondary resonant capacitor
63‧‧‧整流器 Rectifier
64‧‧‧DC/DC轉換器 DC/DC converter
65‧‧‧負載 load
66‧‧‧次級槽路 Secondary tank circuit
70‧‧‧溫度回饋電路 Temperature feedback circuit
71‧‧‧次級線圈 Secondary coil
72‧‧‧整流器二極體 Rectifier diode
73‧‧‧濾波器電容器 Filter capacitor
74‧‧‧阻抗元件 Impedance element
75‧‧‧開關 switch
76‧‧‧溫度感測器 Temperature sensor
78‧‧‧回饋控制器 Feedback controller
120‧‧‧共振器附著器 Resonator attachment
122‧‧‧共振器 Resonator
126‧‧‧共振器線圈 Resonator coil
130‧‧‧感應式烹調裝置 Inductive cookware
132‧‧‧金屬板 Metal plate
134‧‧‧絕緣材料 Insulating material
222‧‧‧共振器電路 Resonator circuit
230‧‧‧感應式烹調裝置 Inductive cookware
232‧‧‧金屬板 Metal plate
233‧‧‧裝飾外部材料 Decorative exterior material
234‧‧‧絕緣材料 Insulating material
235‧‧‧烹調材料 Cooking material
310‧‧‧無線電力供應器 Wireless power supply
320‧‧‧墊子 pad
322‧‧‧共振器 resonator
328‧‧‧絕緣材料 Insulating material
330‧‧‧感應式烹調裝置 Inductive cookware
332‧‧‧共振器 resonator
340‧‧‧電力指示器 Power indicator
342‧‧‧電力次級線圈 Power secondary
344‧‧‧電力共振電容器 Power resonant capacitor
346‧‧‧LED LED
420‧‧‧三腳架 Trivet
422‧‧‧共振器 resonator
428‧‧‧絕緣材料 Insulating material
465‧‧‧加熱元件 Heating element
466‧‧‧加熱表面 Heating surface
470‧‧‧溫度回饋電路 Temperature feedback circuit
480‧‧‧顯示器 display
482‧‧‧使用者界面 User interface
520‧‧‧三腳架 Trivet
522‧‧‧共振器 resonator
528‧‧‧絕緣材料 Insulating material
570‧‧‧溫度回饋電路 Temperature feedback circuit
620‧‧‧三腳架 Trivet
622‧‧‧共振器 resonator
628‧‧‧絕緣材料 Insulating material
629‧‧‧矽膠邊緣 Silicone border
665‧‧‧加熱材料 Heating material
670‧‧‧溫度回饋電路 Temperature feedback circuit
732‧‧‧金屬板 Metal plate
776‧‧‧熱耦合或溫度感測器 Thermocouple,temperature sensor
778‧‧‧PZT材料 PZT material
779‧‧‧絕緣器 insulation
780‧‧‧基底層體 Base layer
782‧‧‧基底層體、外層 Base layer,outer layer
784‧‧‧基底層體、外層 Base layer,outer layer
832‧‧‧金屬板 Metal plate
876‧‧‧溫度感測器 Temperature sensor
878‧‧‧RTD材料 RTD material
879‧‧‧絕緣器 insulation
880‧‧‧層體 layer
882‧‧‧層體 layer
884‧‧‧層體 layer
886‧‧‧溫度感測器 Temperature sensor
890‧‧‧陶瓷基板 Ceramic substrate
892‧‧‧鉑元件 Platinum element
1700‧‧‧系統 system
1800‧‧‧系統 system
1900‧‧‧照明元件 Lighting element
2000‧‧‧遠方裝置 Remote device
2012‧‧‧無線接收器 Wireless receiver
第一圖係一共振無線電力供應系統之代表性示意圖，其包含一無線電力供應器，其具有一初級線圈及一初級共振器；及一無線接收器，其具有一次級線圈及一次級共振器。
第二a圖係感應式烹調供應器之代表性示意圖， 其具有一初級線圈。
第二b圖係感應式烹調系統之透視圖，其包含感應式烹調電力供應器及感應式烹調裝置。
第二c圖係感應式烹調裝置之分解視圖，其包含適合監測感應式烹調裝置溫度、及傳訊資訊至感應式烹調電力供應器的電路。
第三圖係依照無線電力供應系統第一實施例之感應式烹調電力供應器及共振器之代表性示意圖，該共振器係安置在三腳架之上或之內。
第四圖係無線電力供應系統第一實施例之代表性示意圖，其包含一個具有共振器的、被安置在感應式烹調裝置下方的三腳架。
第五圖係無線電力供應系統第二實施例之代表性示意圖，其包含一具有共振器的感應式烹調裝置。
第六a圖係無線電力供應系統第一實施例之感應式烹調裝置之代表性示意圖。
第六b圖係無線電力供應系統第二實施例之感應式烹調裝置之代表性示意圖。
第六c圖係無線電力供應系統第二實施例之可替換的感應式烹調裝置之代表性示意圖。
第七a圖係無線電力供應系統第一實施例之感應式烹調裝置之橫斷面視圖。
第七b圖係無線電力供應系統第一實施例之感應式烹調裝置之橫斷面視圖。
第七c圖係無線電力供應系統第二實施例之感應式烹調裝置之橫斷面視圖。
第八圖係無線電力供應系統第三實施例之代表性示意圖，其具有溫度回饋電路。
第九圖係無線電力供應系統第三實施例之溫度回饋電路之回饋脈衝的示意圖。
第十圖係無線電力供應系統第三實施例之感應式烹調裝置之代表性示意圖。
第十一圖係依照無線電力供應系統第四實施例之感應式電力供應器、可攜式共振器、及可攜式裝置之示意圖。
第十二圖係無線電力供應系統第四實施例之代表性示意圖，其具有一電力指示器。
第十三圖係本發明一實施例之透視圖，其中三腳架包含溫度回饋電路。
第十四圖係本發明一實施例之透視圖，其中三腳架包含溫度回饋電路。
第十五圖係本發明一實施例之透視圖，其中三腳架係可安置在一容器之內，如水壼、平底鍋、碟子或其他物品。
第十六圖係本發明一實施例之透視圖，其顯示在容器內的三腳架。
第十七圖係本發明一實施例之透視圖，其中感應式電力供應器可安放在桌子下方。
第十八圖係本發明一實施例之透視圖，其中感應式電力供供應器可安放在桌子之上。
第十九圖係依照本發明一實施例之感應式電力接收器之透視圖，其中該感應式電力接收器所接收的能源係用來供電至一燈具。
第二十圖係依照本發明一實施例之感應式電力接收器之透視圖，其中加熱元件係用來加熱紙巾或毛巾。
第二十一圖係依照本發明一實施例之無線電力供應系統之透視圖，其中感應式電力接收器能夠使用無線式接收到的電力來供電至一燈具。
第二十二圖係依照本發明一實施例之感應式烹調裝置之橫斷面視圖，其顯示在感應式烹調裝置內部之嵌入式熱耦合。
第二十三圖係依照本發明一實施例之感應式烹調裝置之橫斷面視圖，其顯示在感應式烹調裝置內部之嵌入式RTD溫度感測元件。
無線電力供應系統可包含一感應式烹調電力供應器，其 使用電磁場來傳輸電力；一感應式烹調裝置，其加熱以回應電磁場出現；及一共振器，其可延伸至一範圍，在該範圍內該感應式烹調電力供應器可足夠地供應無線電力至感應式烹調裝置。
I.第一實施例
依照本發明第一實施例之無線電力供應系統係示於第三圖。無線電力供應系統包含一感應式烹調電力供應器10，其使用電磁場傳輸電力；一感應式烹調裝置30，其加熱以回應電磁場出現；及一墊子或三腳架20，其具有一共振器22，將電力從感應式烹調電力供應器10傳輸到感應式烹調裝置30。在本實施例中，該感應式烹調電力供應器10可安置在許多位置之上，包含(例如)在一桌子之下，如第十七圖之系統1700所示。可替換地，該感應式烹調電力供應器10可安放在一桌子之頂部，如第十八圖之系統1800所示。
感應式烹調電力供應器10包含一初級線圈16，其適合產生一電磁場；及一控制器14，其控制感應電力至該感應式烹調裝置30之傳輸。第三圖所圖解之感應式烹調電力供應器10，可以被設計而在一特定範圍或距離之內供應電力，例如，在X、Y及Z軸方向上的某個範圍。該感應式烹調電力供應器10可為任何型式之感應式無線電力供應器，其能夠透過電磁場來傳輸電力。例如在一實施例中，該感應式烹調電力供應器10可以依照數種特徵來改變操作頻率，如電力傳輸 效率。使用於本文之語詞”線圈”，包含任何能夠產生電磁場之結構，例如一或更多繞數之傳導材料。
感應式烹調電力供應器10也可包含一初級電容器15、一初級共振電路17、一反相器13、一電力供應器12、及一主輸入11。電力供應器12、反相器13及控制器14，可包含被配置來供應電力至初級線圈16及初級共振電路17之電路，以便產生一電磁場及傳輸電力至感應式烹調裝置30。
電力供應器12接收來自主輸入11的電力，其中該主輸入11可為AC或DC電力、或任何其他合適的能源。該電力供應器12可以轉換該主輸入11的電力，成為可由反相器13使用之電力。例如，電力供應器11可能提供在軌壓之下的DC電力至反相器13。在某些實施例中，控制器14可控制該電力供應器11之軌壓輸出，以便控制該感應式烹調電力供應器10之電力輸出。反相器13使用該電力供應器12之能源，以便提供AC電力至初級線圈16及初級電容器15，進而產生一電磁場。 該AC電力可能具有一頻率、振幅、相位、工作周期、或上述者之任意組合，而控制器14可藉由改變反相器13內開關的計時，來調整上述者。又，具有控制軌壓、工作周期、振幅、頻率、相位或上述者組合之能力的感應式烹調電力供應器10，可以控制被傳輸到感應式烹調裝置30之電量。
初級電容器15及初級線圈16可加以選擇，以便在共振下來操作，來回應在初級電容15及初級線圈16共振頻下 所施加之AC電力。初級共振電路17包含一初級共振線圈18、及一被選擇來共振操作之初級共振電容器19。該初級共振線圈18及初級線圈16可由傳導材料來形成，例如李支線或PCB跡線(PCB trace)。
如前所述，感應式烹調電力供應器10可無線地傳輸電力至該感應式烹調裝置30。在操作時，初級線圈16及初級電容器15可以接收來自反相器13的電力，及經由在初級線圈16、及初級共振電路17之初級共振線圈18之間的感應式耦合，來傳輸電力至初級共振電路17。然後該初級共振電路17可產生一電磁場，其能夠將電力傳輸至該感應式烹調裝置30。該初級共振電路17可具有一相似於初級電容器15及初級線圈16的共振頻率，以利有效的耦合。
在本實施例中，該初級共振線圈18產生一電磁場，用於感應地傳輸電力至該感應式烹調裝置30。在可替換的實施例中，初級共振電路17可以不包含在該感應式烹調電力供應器10之內，以致於初級線圈16係透過電磁場來傳輸電力至感應式烹調裝置30。
基於揭示之目的，本發明係以無線地傳輸電力至感應式烹調裝置30之特定感應式烹調電力供應器10的相關內容進行描述。然而，本發明係非常適合與其他無線電力供應電路結合使用，及可替換地基本上包含任何能夠施加電力以驅動初級線圈之無線電力供應電路。例如，本發明可被合併 至一無線電力供應系統中，其包含：被揭示於美國專利申請第61/019,411號的感應式電力供應器，該專利之發明名稱為”Inductive Power Supply with Duty Cycle Control”，及係由Baarman於2008年元月七日提申；美國專利第7,212,414號的感應式電力供應器，其發明名稱為”Adaptive Inductive Power Supply”，於2007年5月1日頒發給Baarman；美國專利第7,522,878號之具有通訊的感應式電力供應器，其發明名稱為”Adaptive Inductive Power Supply with Communtion”，於2009年4月21日頒發給Baarman；或美國專利申請第13/156,390號之感應式電力供應器，其發明名稱為”Coil Configurations for Inductive Power Transfer”，於2011年六月九日由Baarman提申。以上全部專利合併至本文以供參供其全文。
參照第三、四、六a、及七a~b圖，感應式烹調裝置30可為具有金屬板32或金屬衝片之煎鍋或封閉體，其適合在電磁場出現時進行加熱。具體來說，渦流可以在金屬板32之內產生，以便回應電磁場之出現。這些在金屬板32之內的渦流產生熱來烹調物品(例如食物)。金屬板32可包括一靠近感應式烹調裝置30底部之板子，其如第七a圖所示，或者可替換地，該金屬板32可包括靠近感應式烹調裝置30底部、側壁、或此兩者之材料，如第七b圖所示之構形。
感應式烹調裝置30也可包含一烹調材料35、一裝飾外部材料33及一絕緣材料34。該烹調材料35及裝飾材料33 可為玻璃、金屬、陶瓷、或其組合，或適合在感應式烹調裝置30內加熱物品之任何類型的材料。絕緣材料34可避免熱從金屬板32或烹調材料35傳輸至裝飾材料33。依照此方式，裝飾外部材料33可以具有較低於感應式烹調裝置30內部之溫度。基於揭示之目的，感應式烹調裝置30係由煎鍋或封閉體之相關內容加以描述，但是該感應式烹調裝置30可為適合接收感應式電力之任何類型的裝置，其包含攪拌機、烤土司機、電器、熨斗、咖啡機、座椅暖化機、手機、可攜式電腦、照明元件(如第十九圖及21圖所示之照明元件1900)，或者任何其他的(例如)遠方裝置。本文所述之無線電力供應系統也不局限於烹調工具或廚具，亦即，在本文中所述的實施例也適合無線式地從一感應式電力供應器來傳輸電力至一遠方裝置。例如在第二十圖所示之實施例中，遠方裝置2000能夠以毛巾或紙巾加熱機之形式來接收無線電力。該遠方裝置2000包含一無線接收器2012，其能夠感應地耦合至該三腳加20或感應式烹調電力供應器10(其可為一種無線電力供應器)。所示實施例中的無線接收器2012，可以利用無線接收到的能源來供電至一加熱元件，將毛巾加以暖化，或者該無線接收器2012本身可以是一種加熱元件，其能夠感應地接收來自三腳架20、或無線電力供應器之電力。在可替換的實施例中，該無線接收器2012可提供電能，直接地用於供電遠方裝置的電路，例如，在手機或其他遠方裝置內的電路。
在感應式烹調裝置30具有玻璃形成之烹調材料35及裝飾外部材料33的實施例中，該玻璃可模塑在金屬板32及絕緣材料34之周圍。相似地，由陶瓷形成烹調材料35及裝飾外部材料35之實施例，可在金屬板32及絕緣材料34之周圍加以成形，使它們不會被暴露出來。可替換地，該加熱元件可在一側上加以暴露出來。
再參照第三及四圖所示之無線電力供應系統實施例，三腳架20可被安置在許多位置上，以便延伸該感應式烹調電力供應器10之範圍。例如，如第三圖所示，三腳架20可被安置在該感應式烹調裝置30及該感應式烹調電力供應器10之間。可替換地，(例如)藉由將該三腳架20安放在煎鍋烹調區內部，而使該三腳架20係可拆式地被安置在該感應式烹調裝置30之內。
在第三及四圖所示之實施例中，該三腳架20包含一共振器22，其適合感應地耦合至該感應式烹調電力供應器10之初級共振電路17，及該感應式烹調裝置30之金屬板32。 共振器22可允許金屬板32有效地在一個較大距離下來接收充足的電力(相較於只有感應式烹調電力供應器10及感應式烹調裝置30之配置)。例如，在沒有共振器22之下，烹調平台50的厚度可能妨礙感應式烹調裝置30及感應式烹調電力供應器10之間有效的無線電力傳輸。將三腳架20安放在該感應式烹調裝置30及感應式烹調電力供應器10之間，例如藉由將三腳架 安放在烹調平台50之上，可能改良經由該烹調平台50到達該感應式烹調裝置30之電力傳輸，其包含改良電力傳輸最高到至少4kW。換句話說，三腳架20可能作為範圍轉換器使用，及允許有效的能源傳輸，無需將感應式烹調電力供應器10附近的烹調平台50加以磨除來降低厚度，或降低在該感應式烹調裝置30及感應式烹調電力供應器10之間的距離，以便取得較接近的耦合。依此方式，由花崗石、木材、塑膠、玻璃、磁磚、混凝土、或其他具有烹調平台相似厚度之表面材料所形成的烹調平台50，可依本文所述而貼合使用於無線電力供應系統中。標準厚度的烹調平台，例如一英吋或更厚的烹調平台，也可再貼合使用於無線電力供應系統中。基於揭示的目的，該無線電力供應系統係以烹調平台50之相關內容加以描述。然而，該系統係非常適用於非烹調平台之表面，例如，餐桌、桌子、傢俱、工作表面、及其他能夠支承該感應式烹調裝置30之表面。又，在某些實施例中，該三腳架20可用來供應電力至尚未特別針對三腳架20來一同運作設計之感應式烹調裝置。因此，使用者可能不必購買新的烹調裝置，而與感應式烹調電力供應器10來一同運作。
三腳架20的共振器22可被安置在三腳架20之上或之內，及可包含一共振器線圈26及一共振器電容24，其結構係類似於前述之初級線圈16及初級電容器15，以致於該共振器22具有一共振頻率。共振器線圈26之尺寸及形狀，取決 於應用，係可以變動。在所示實施例中，該共振器線圈26的直徑係約等於感應式烹調裝置30之金屬板32之直徑。可替換地，在直徑方面，該共振器線圈26係可大於或小於金屬板32。
在某些實施例中，共振器22的共振頻率可以實質地相似於初級共振電路17者，例如在1kHz及10MHz之間，所示實施例係約100kHz。在可替換的實施例中，該共振器22可由第六C圖所示之可替換的共振器122加以取代。可替換的共振器122可形成一共振電路而不具有共振器電容器。例如，共振器線圈126係加以配置，而自由地依照其內部感應及電容來共振。
三腳架20可用膠黏劑或固定結構來固著在烹調平台50之上。可替換地，三腳架20可為可攜式的，以致於其可能能夠可拆式地安放在烹調平台50之上。三腳架20也可包含一絕緣材料28，其由能夠防止或降低由感應式烹調裝置30至該烹調平台50之熱傳輸的材料加以形成。該絕緣材料28(在某些實施例中可作為熱中斷使用)，係安放在三腳架20及烹調平台50之間，或在感應式烹調裝置30及其他三腳架20元件之間。在某些實施例中，該絕緣材料28可由矽膠材料加以形成，及可被安放在三腳架20之表面，以便支承該感應式烹調裝置30。
在一實施例中，三腳架20可額外地包含溫度回饋電路，例如第八圖及第十三~十六圖所示之溫度回饋電路70、 470、570、670。參照第十三~十六圖所示之各實施例，尤其是相似於三腳架20之三腳架420、520、620，其可包含共振器422、522、622以及附屬的電子電路及絕緣材料428、528、628。 在一可替換的實施例中，三腳架420、520、620係無線接收器，其包含一次級線圈，用於接收無線電力，而不是共振器422、522、622。在這些可替換實施例中的次級線圈可以提供電力至一加熱元件，其能夠直接地加熱一物體(如習知的烹調工具或食物品項)。
如第十三~十六圖所示，溫度感測器能夠被安放在三腳架420、520、620之內，或三腳加上或接近其表面，因而允許該系統來測定該感應式烹調裝置30、或標的裝置之溫度。三腳架420、520、620可將這個溫度傳訊回到該感應式電力供應器10。
可替換地，如第十三圖所示之實施例，該三腳架420可包含一顯示器480，例如一LCD螢幕，其能夠顯示出目前的溫度。三腳架420可額外地包含一使用者界面482，其能夠允許使用者利用按鈕及螢幕界面(可與該顯示器480分享該溫度回饋電路470)，來調整標的溫度。在本實施例中，三腳架420能夠傳訊至該感應式電力供應器10，以便控制被耦合至該三腳架420之電量，允許三腳架420進行溫度調整。
此外(或可替換地)，該三腳架420可包含一加熱表面466，其具有一加熱元件465，被安放在其附近。該加熱元 件465可由感應式烹調電力供應器10之交替電磁場、藉由在加熱元件465之材料內部產生渦流，而直接地被加熱。在一實施例中，該三腳架420可能未包含共振器422，及可能直接地從該感應式烹調電力供應器10來接收電力。在另一實施例中，該加熱元件465可經由間接加熱而激發，其中由共振器422所接收的能源係用來供電該加熱元件465。在某些實施例中，間接及直接加熱均可用來加熱該加熱元件465。例如，由感應式烹調電力供應器10產生的渦流，及共振器422所接收的能源，係可結合使用來加熱該加熱元件465。
在第十五及十六圖所示之實施例中，三腳架620可被安放在該感應式烹調裝置30之內。在本實施例中，在三腳架620外圍之周圍，該三腳架620可包含一矽膠邊緣629或其他的撓性材料，其在該三腳架620被安放在烹調容器(如第十六圖所示之烹調裝置30)之內時，能夠撓曲。該矽膠邊緣629可以貼合該烹調裝置或烹調容器底部之外周，實質地防止三腳架滑開。該三腳架620也可包含一加熱材料665，其相似於三腳架420內的加熱材料465，使該三腳架620能夠直接地或間接地加熱在烹調裝置30之內的食物。第十六圖所示實施例之烹調裝置30可能是或可能不是習知的、不具有直接烹調能力的烹調容器。
在無線電力供應系統第一實施例的操作期間，使用者可安放該感應式烹調裝置30於三腳架20上，打開感應式 烹調電力供應器10至所想要的電力水準，開始加熱。然後，初級共振線圈18開始產生電磁場，其激發該共振器22以便產生一電磁場。為了回應該共振器22之電磁場，渦流在感應式烹調裝置30之金屬板內形成，產生能夠加熱食物品項的熱能。
在某些實施例中，使用者完成食物烹調之後，該使用者可以安置該感應式烹調裝置30於另一個感應式烹調電力供應器10(其已緊密耦合於不具有共振器22之感應式烹調裝置30)之上，使食物保溫。可替換地，啟動食物烹調可能在沒有共振器22之下，利用感應式烹調電力供應器及感應式烹調裝置30之間的緊密耦合(亦即，該感應式烹調裝置30及電力供應器之初級線圈在空間上是接近的)來完成，然後，使用者可安置該感應式烹調裝置30於三腳架20之上，依照上述實施例，利用共振器22及感應式烹調電力供應器10來保溫食物。
II.第二實施例
參照第五、六b~c及七c圖，無線電力供應系統的第二實施例係相似於上述的實施例，但有一些例外。雖然第二實施例的感應式烹調裝置130可包含上述感應式烹調裝置30常見的特徵，但是該感應式烹調裝置130可耦合至共振器22。
在第五圖所示之實施例中，共振器22可透過已附著在感應式烹調裝置130底部之共振器附著器120，來耦合至感應式烹調裝置130。在本實施例中，可以不使用在上述第一 實施例相關內容所述之三腳架20、或墊子。該共振器附著器120可包含許多相同於上述三腳架20的特徵，但該共振器附著器120並非與該感應式烹調裝置30加以分隔，而可安置在該感應式烹調裝置30之上或之內。
在第六b~c及七c圖所示之可替換的實施例中，該共振器122係可安置在該感應式烹調裝置130之內，以致於其兩者係耦合。例如，共振器22、122可安置在該金屬板132外周附近，其如第六b~c圖所示。更具體地說，共振器22、122可包裏該金屬板132之周圍，以便改良該金屬板132及共振器22、122之間的感應耦合。該共振器22、122可以藉由絕緣材料134或其他絕緣材料(如共振線圈26周圍的塗層)，而絕緣於金屬板132之熱。在進一步之實施例中，共振器22、122可植入感應式烹調裝置130之一個層體內，以致於該絕緣材料134可被安置在金屬板132及共振器22、122之間，保護該共振器22、122不受到熱的損害。
III 第三實施例
依照第三實施例之無線電力供應系統係示於第八~十圖。該無線電力供應系統包含一感應式烹調裝置230，其具有烹調材料235、裝飾外部材料233、及絕緣材料234，其相似於上述以第一及第二實施相關內容描述的感應式烹調裝置30、130，但有數個例外。該感應式烹調裝置230包含溫度回饋電路70，其適合測量感應式烹調裝置230之溫度，及提供 資訊至該感應式烹調電力供應器。例如，該溫度回饋電路70可提供溫度資訊至該感應式烹調電力供應器，或提供感應式烹調裝置230溫度指示的資訊。
可替換地，感應式烹調裝置330可包含已配置來執行其他功能的電路，例如該感應式烹調電力供應器之電力管理，或者傳輸相關於該感應式烹調裝置330特徵之額外資訊，如加熱食物所用之烹調裝置的熱特徵。例如，該感應式烹調裝置330可包含類似於美國專利申請第13/143,157號的烹調裝置之電路，該專利申請之發明名稱為”Smart Cookware”，於2011年七月六日由Baarman提申，其在本文中併入以供參考。
該溫度回饋電路70包含一溫度感測器76，用於感測感應式烹調裝置330之溫度；及一回饋控制器78。為了供電至該回饋控制器78，該溫度回饋電路70也可包含一共振器電路222、一次級線圈71、一整流器二極體72及一濾波器電容器73。這些元件可依照所想要者來選擇，以便供應適當電力至回饋控制器78，例如具有可接受漣波量的DC電力供應。更具體地，該共振器電路222(可相似於前述之共振器22)，可加以配置來接收感應式烹調電力供應器之電力，及將該電力傳輸到次級線圈71，在本實施例中，該次級線圈可加以配置，用於半波整流的(half-wave rectified)輸出。然後，該濾波器電容器73可平滑該整流器二極體72之輸出，在可接受限制下產生 DC電力供應，供電該回饋控制器78。
該溫度回饋電路70也可包含一阻抗元件74(例如電阻元件、感應元件、電容元件、或其組合)，其與接地及溫度回饋電路70之濾波器電容器73之DC輸出之間的開關75(即電晶體)進行串接。回饋控制器78可選擇性地控制開關75之狀態，以便選擇性地施加阻抗元件74至該DC供應器。這種阻抗元件74之選擇性施加，可以經由感應耦合(藉由調變溫度回饋電路70之負載來形成)，來傳輸資訊至感應式烹調電力供應器。該調變可經由共振器222及感應式烹調電力供應器之間的感應耦合，來改變反射阻抗(reflected impedance)，其可由感應式烹調電力供應器加以感測，以便調變資訊。依此方式，資訊可使用調變或背散射調變來傳輸，其包含振幅調變及頻率調變。基於揭示之目的，資訊可以使用溫度回饋電路70而傳輸到感應式烹調電力供應器，但是其他電路拓樸也可用來傳訊該資訊，例如美國專利第7,522,878號所揭示者，該專利之名稱為”Adaptive Inductive Power Supply with Communication”，於2009年四月21日頒給Baarman，該專利在此併入以供參考。其他的通訊系統，例如標準接收器以及傳輸器(如藍芽)也可用來傳訊該資訊。
在操作時，溫度感測器76提供一指示該感應式烹調裝置330溫度之指示訊號至該回饋控制器78，於其產生一頻率相對應於該感應式烹調裝置330溫度之脈衝。例如，該脈衝 的頻率可為較高的(針對較高溫度)，及較低的(針對較低溫度)，其如第九圖所示。依照該回饋控制器78所生的脈衝，該開關75可選擇性地被啟動，藉此，將感應式烹調裝置330溫度的指示訊號，傳訊至感應式烹調電力供應器10。利用這個資訊之下，該感應式烹調電力供應器10可依照使用者所想要的溫度，來維持或調整其電力輸出。可替換地，該感應式烹調電力供應器10可針對特定的食物類型而自動地選用一合適的溫度周期，及依照該溫度回饋電路70所接收的溫度資訊來控制其輸出。
在第十圖所示之實施例中，該感應式烹調裝置230包含一經組態來傳輸電力至該金屬板232及經組態來提供電力至該溫度回饋電路70的共振器22；。在可替換的實施例中，該感應式烹調裝置230可能不包含共振器22，以致於溫度回饋電路70的共振器(圖為標示)可經組態來傳輸電力至金屬板232及該溫度回饋電路70。
該溫度回饋電路70的一部份係可植入感應式烹調裝置30的一個層體之內，而該層體係熱絕緣於該金屬板232。例如，絕緣材料234可安放在金屬板232及該溫度回饋電路部份之間，以便保護其不受到熱之損害。溫度感測器76可能不熱絕緣於該金屬板232，以便取得正確的感應式烹調裝置230溫度測值。溫度感測器76及一部份位在溫度感測器76及回饋控制器78之間的電導體，可以經由該絕緣材料234而突伸。 因此，溫度感測器76可以熱耦合至該金屬板232或該烹調材料235，以便測量感應式烹調裝置230的溫度。絕緣材料234、溫度回饋電路70、及共振器22，類似於上述之共振器及絕緣材料，係可安放在該感應式烹調裝置230之內。
在可替換的實施例中，如第二十二圖所示者，熱耦合或溫度感測器776可以嵌入用於製成金屬板732(類似於前述之金屬板32、132、232)或熱元件之金屬層體之內。在本實施例中，一PZT材料778或壓電陶瓷材料係模塑在該金屬板732之層體780、782及784之內。在所示實施例中，該PZT材料778係大約0.012英吋厚，及該絕緣器779係大約0.032英吋厚。這些元件的厚度及尺寸係可依照所需而變動。在本實施例中的絕緣器779可為玻璃纖維絕緣器，其能夠將PZT材料778的接腳絕緣於金屬板732，及可維持溫度穩定性，最高到約500℃(針對於感測器及加工所用)。
本實施例的溫度感測器776係嵌入一基底層體780內，其可由一或更多的鋁層加以形成。基底層體780可接合至外層782、784，其可由多種材料來形成。在所示之實施例中，外層782、784係304不鏽鋼，及該外層782係430磁性不鏽鋼。
金屬板732的層體及接合，可用許多製造技術來完成。例如，一或更多的溫度感測器776可安置在兩層鋁之間，形成基底層。這種堆疊可以預熱至鋁的再結晶溫度，該 溫度依照等級而能有稍微的差異。然後，該層體可藉由壓力來結合，造成擴散結合的(diffusion bonded)金屬層。
一組金屬線可將PZT材料778的兩個端點連接到感應式烹調裝置內的電子零件或電路。可替換地，也可使用單一金屬線連接PZT材料778，其中PZT材料778的一端係連接至金屬板732之本體，產生接地電極。感應式烹調裝置內的電子零件可以測量PZT正端及金屬板732本體之間的電容。
在一可替換的實施例中，如第二十三圖所示，一溫度感測器886可嵌入一金屬板832之內，其相似於第二十二圖相關實施例，但有些例外。一電阻溫度偵測器(RTD)基礎的感測器886，例如熱阻器，係可用來取代PZT基礎的溫度感測器776。該溫度感測器886可由絕緣器879加以隔絕，及被嵌入層體880、882、884之內，其類似於第二十二圖實施例之絕緣器779及層體780、782、784。在本實施例中，溫度感測器876的RTD材料878可為薄膜鉑RTD，其具有一陶瓷基板890及一玻璃塗層的鉑元件892。應該瞭解的是，本發明並不限於鉑RTD感測器，任何RTD基礎的感測器，或任何溫度感測器均得使用。
在第二十三圖所示之實施例中，RTD材料878，在其橫跨陶瓷基板890及玻璃塗覆的鉑元件892的最寬點上，係大約0.052英吋厚。溫度感測器876的長度，從絕緣器879至溫度感測器876頂端，係大約0.132英吋。溫度感測器776之元件規格及尺寸及特徵，係可依照所想要者而變動。
本實施例的溫度感測器876係嵌入一層體880內，其可由一或更多鋁層加以形成。層體880可接合至層體882及層體884，其在所示實施例中分別為304不鏽鋼及430磁性不鏽鋼。本發明並未局限於這些材料選用；應該瞭解的是，所列出的材料選用只是例子，而任何適用於感應式烹調裝置之金屬板832的材料，均得加以使用。
IV.第四實施例
第十一~十二圖圖解無線電力供應系統的第四實施例。該無線電力供應器310及墊子320分別係相似於上述之感應式烹調電力供應器10及三腳架20，但有數個例外。如前述，感應式烹調電力供應器10並不限於廚房用具或感應式烹調裝置內的加熱金屬。感應式烹調電力供應器10、310，可加以配置來供電一裝置60，其包含烹調裝置、電器、可攜式裝置、手機或其他裝置。所示實施例的墊子320也可作為範圍轉接器(range adapter)使用，其相似於上述的三腳架，以便改良從無線電力供應器310至裝置60之各種距離下的電力傳輸。
裝置60可包含一次級線圈61、一次級共振電容器62、一整流器63、一DC/DC轉換器64、及一負載65。次級線圈61及次級共振電容器62可以形成一次級槽路66，及可具有一相似於上述初級線圈16及初級電容器15之結構。
整流器63可包含一電路，其用於轉換來自次級槽 路66的訊號，成為已整流的輸出，可供DC/DC轉換器64使用。 例如，整流器63可將次級槽路66所接收的AC訊號轉換成全波整流輸出。在可替換的實施例中，整流器63也可包含用來平滑該整流輸出之電路，使其成為實質DC輸出，至DC/DC轉換器。在實施例中，DC/DC轉換器64包含用於接收已整流輸入的電路，及其提供電力至該負載65。該DC/DC轉換器64可偵測及調節電力至負載65，以致於負載65可接收合適的能量。 負載65可包含任何類型的電阻抗，如裝置電路、控制器、電池、馬達、或其組合。在可替換的實施例中，負載65可在外部上連接至裝置60，以致於裝置60可與該負載65分離，進而在可替換的實施例中，該DC/DC轉換器64可以被省略，及該負載65可直接連接到整流器63。
在本實施例中，一控制器(未示)可使用許多技術而無線地連接至該無線電力供應器310。例如，該控制器可使用收發器電路(未示)，透過IEEE802.11、藍芽、或IrDA協定，而無線地傳訊至無線電力供應器310。如另一例子，該控制器可能能夠利用上述之調變技術，在次級槽路66上進行無線通訊。
裝置60及無線電力供應器310可以交換資訊，如操作參數。操作參數可包含電路測值、電路特徵、或裝置識別資訊。在可替換的實施例中，裝置60及無線電力供應器310彼此可以不通訊。在這些實施例中，藉由識別裝置60之反射 阻抗，該無線電力供應器310可偵測裝置60的操作參數。於另一實施例中，該無線電力供應器310可與連接至該裝置60上的另一裝置進行通訊，以傳輸及接收操作參數。
在第十一圖所示之實施例中，墊子320包含一共振器332及一絕緣材料328，其類似於上述之共振器22及絕緣材料28。墊子320也可被固著至一表面，或者為其他實施例所述之可攜式的。如第十二圖之可替換實施例所示，墊子320也可包含一電力指示器340，其具有LED346，其回應電磁場出現而發光，提供視覺指示給予使用者：電力係可以取得了。電力指示器340可包含一電力次級線圈342及電力共振電容器344，其係加以配置來接收電磁場的無線電力及供電至LED346。在可替換的實施例中，電力次級線圈342及電力共振電容器344均可能不出現，及該電力指示器340之LED346可連接到其他的墊子320電路，例如共振器322。
方向語詞，例如”垂直”、”水平”、”頂”、”底”、”上”、”下”、”內”、”向內”、”外”、”向外”，基於圖式實施例之定位，係用於協助本發明描述。使用方向語詞不得解釋限制本發於任何具體定位。
上述係本發明目前實施例之描述。許多變動及改變係能夠被完成而不離開本發明精神及較寬大範圍，其係被界定如後附申請專利範圍，而依照包含均等論之專利法原理來加以解釋。本揭示內容係基於說明目的而提供，不應被釋 釋成為全部本發明實施例之排他性描述，或限制申請專利範圍於以這些實施例相關來說明或描述之具體元件。例如(及未限制)，任何所述發明之個體元件係可由提供實質相似功能或提供足夠操作之可替換元件來取代。這包含(例如)目前已知之可替換元件、例如一般精於本項技藝人士已熟知者，及可能在未來加以開發之可替換元件，例如，一般於本項技藝人士在研發時，識別出的可替換者。進一步地，所揭示的實施例包含多數個特徵及/或元件，它們可能個別地或互助合作來提供優點加成。除在申請專利範圍內另有陳述之範圍以外，本發明並未限制只包含這些全部特徵、或提供全部所述優點之實施例。請求權利之元件的任何單數的參考符號，例如，使用冠詞”一”(a,an)或”該”(the,said)，並不解釋為限制該元件為單數。
10‧‧‧感應式烹調電力供應器 Inductive cooking power supply
11‧‧‧主輸入 Mains input
12‧‧‧電力供應器 Power supply
13‧‧‧反相器 Inverter
14‧‧‧控制器 Controller
15‧‧‧初級電容器 Primary capacitor
16‧‧‧初級線圈 Primary coil
17‧‧‧初級共振電路 Primary resonating circuit
18‧‧‧初級共振線圈 Primary resonating coil
19‧‧‧初級共振電容器 Primary resonating capacitor
20‧‧‧墊子或三腳架 Pad or trivet
22‧‧‧共振器 Resonator
24‧‧‧共振器電容 Resonator capacitor
26‧‧‧共振器線圈 Resonator coil
28‧‧‧絕緣材料 Insulating material
30‧‧‧感應式烹調裝置 Inductive cook ware

Claims (12)

  1. 一種無線電力裝置，其包含：一墊子，其適於可拆式地安裝於一感應式烹調裝置與一感應式電力供應器的一初級線圈之間，其中，該感應式烹調裝置包括適於以出現的一電磁場加熱的金屬；一共振器，其耦合至該墊子，該共振器適於感應地從該初級線圈傳輸能源至該感應式烹調裝置以致該共振器係經組態而產生該電磁場以感應地傳輸能源至該感應式烹調裝置，藉此，該共振器擴展該感應式烹調裝置自該感應式電力供應器接收無線電力的範圍。
  2. 一種用於加熱一感應式烹調裝置的金屬的感應式烹調系統，其包含：一具有一初級線圈的感應式烹調電力供應器，其適於產生一電磁場；一共振器，其適於經由由該初級線圈產生的該電磁場感應地自該初級線圈接收能源，該共振器適於感應地提供能源至該金屬而於該金屬中產生渦流，藉此該感應式烹調裝置的金屬響應由該感應式烹調電力供應器所產生的電磁場而加熱。
  3. 如申請專利範圍第2項之感應式烹調系統，進一步包括一墊子，其適於放置在該感應式烹調電力供應器與該感應式烹調裝置之間，且其中該墊子係被耦合至該共振器。
  4. 如申請專利範圍第3項之感應式烹調系統，其中該墊子係一可攜式三腳架。
  5. 如申請專利範圍第3項之感應式烹調系統，其中該墊子係位於一烹調平台的一表面，且其中該感應式烹調電力供應器係位於該烹調平台的一相對表面。
  6. 如申請專利範圍第5項之感應式烹調系統，其中該墊子係固定在該烹調平台的該表面。
  7. 如申請專利範圍第1項及3至6項中任一項之感應式烹調裝置或感應式烹調系統，其中該墊子包括一絕緣器，其適於抑制從感應式烹調裝置透過該墊子的熱傳輸。
  8. 如申請專利範圍第1項及3至6項中任一項之感應式烹調裝置或感應式烹調系統，其中該共振器係被放在該墊子內。
  9. 如申請專利範圍第3項之感應式烹調系統，其中該共振器係耦合至該感應式烹調裝置。
  10. 如申請專利範圍第3項之感應式烹調系統，其中該感應式烹調裝置包括一溫度感測器，其係嵌入金屬的多個層內。
  11. 如申請專利範圍第10項之感應式烹調系統，其中該溫度感測器係一PZT感測器。
  12. 如申請專利範圍第10項之感應式烹調系統，其中該溫度感測器係一RTD感測器。
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