CN101574014B - 用于控制感应灶具的方法和感应灶具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制具有至少一个线圈(5)的感应灶具(1)的方法，其中，根据线圈(5)上的烹调用具(12)的位置调节线圈(5)的功率。此外，本发明还涉及一种用于加热烹调用具，且具有至少一个线圈(5)和用于线圈(5)的触发单元(6)的感应灶具，其中，将该感应灶具设计成用于实施所述的方法。

Description

用于控制感应灶具的方法和感应灶具

关于所采用申请的说明

本申请要求保护瑞士专利申请01778/06号的优先权。这个申请是于2006年11月9日呈交的，并且由于引用，本发明涉及它的整个公开内容。

技术领域

本发明涉及一种用于控制按照权利要求1的前序部分所述的感应灶具的方法和一种按照权利要求10的前序部分所述的用于加热烹调用具的感应灶具。所谓的感应灶具例如可理解为一种感应灶台。烹调用具例如可以是一个平底锅。

背景技术

专利申请EP A1-0 706 304公开了一种具有一个感应的加热装置的灶具。这个灶具安装在一个四边形的电热板的下面。加热装置具有四个加热元件。这些加热元件是如此设计的，即电热板的边缘区域也可用于烹调目的。每个加热元件包括一个平面感应器，该平面感应器具有一些基本为螺旋形的绕组，其中相应的绕组具有实际为直线延伸，并且串联接通的段，并且相应直线延伸的绕组段和电热板的一个侧面平行地延伸。

通常在感应灶台或者电热板中通过附加的操作元件，如电位计、旋转开关、触摸键或者类似的操作元件对用于烹调所要求的功率进行控制。

然而当要在感应灶台上要对多个锅或者罐进行加热时操作这些附加的操作元件就比较费事，并且特别是当如通常的情况这些操作元件不是直接地设置相应的灶位的旁边时就存在弄错这些操作元件的危险。此外这些附加的操作元件也需要空间，并且产生费用。当将这些附加的操作元件设计为触摸键(Tipptasten)，并且这些触摸键直接设置在典型地由玻璃陶瓷制成的灶面下时操作起来常常很费事，并且当灶面弄脏了之后常常是只有等将该灶面擦拭干净后才能进行操作。此外，那些待接触的触摸键已被事前位于灶面上这个部位上的灼热的烹调用具弄热了，这样接触它很不舒服，或者甚至让人感到疼痛。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于控制感应灶具的方法，这个方法能使感应灶具的运行简单，并且本发明还提供一种简单运行的感应灶具。

这个任务通过一种具有权利要求1的特征的用于控制感应灶具的方法和具有权利要求10的特征的用于加热烹调用具的感应灶具得以完成。

在用于控制具有至少一个线圈的感应灶具的根据本发明的方法中根据烹调用具在线圈上的位置来调节线圈的功率，这个功率也叫作加热功率。用于加热烹调用具且具有至少一个线圈和用于这个线圈的触发单元的根据本发明的感应灶具的优点在于，这个感应灶具，特别是它的触发单元是为执行根据本发明的方法而设计的。所谓线圈特别应理解为一种感应器。

通过这一措施，即可根据烹调用具在线圈上的位置调节线圈的加热功率，就有利地不需要那些附加的操作元件了，例如上述的电位计、旋转开关、触摸键或者类似的操作元件，并且因此可省掉为此所需要的空间和由此产生的费用。此外也不会出现把应加热的烹调用具弄错的情况。这种弄错是由于下述情况造成的，即操作了一个附加的操作元件，而这个操作元件却是配设给另一灶位，而不是在其上放置着待加热的烹调用具的那个灶位。

也就是说仅通过下述措施就可有利地控制感应灶具或者它的线圈的加热功率，即改变烹调用具在感应灶具的线圈上的位置。当然，也可为了对加热功率进行附加的控制而设置如前所述的例如如旋转开关、触摸键形式的附加的操作元件。

在根据本发明的方法中有利地得出与烹调用具在线圈上的位置有关的实际值。然后将这个实际值和一个规定的额定值进行比较，以形成偏差。当实际值和额定值有偏差时，也就是当偏差大于零时，对线圈的功率进行如此的调节，即将实际值调节到额定值。优选地将额定值规定为一个额定曲线的数值，其中，这个额定曲线的数值与用于该线圈的感应电流的脉冲持续时间和/或周期持续时间有关。

当然，当实际值和额定值有偏差时也可通过调节器，例如P调节器(Proportional Regler-比例调节器)、PI调节器(Proportional-Integral-Regler-比例积分调节器)、或者PID-调节器(Proportial-Integral-Differential-Regler-比例积分微分调节器)对线圈的功率进行调节，其中，这个得出的偏差形成这种调节器的输入参数。

附图说明

从从属权利要求和借助下述附图示出的实施例中可得到其它一些有利的方案。这些附图是：

图1：具有三个灶位的感应灶具的一个示例的灶位的顶视图。

图2：具有在感应灶具上放置的烹调用具的感应灶具的简示图。

图3：表示由感应灶具的线圈所容纳的功率和线圈的触发电流的脉冲持续时间的关系的曲线图。

图4：放置在感应灶具的灶位上的烹调用具的简图，其中，在图4a)中烹调用具位于灶位的线圈上的中央，在图4b)中，烹调用具用它的边缘和灶位的中心相交地设置在灶位上。

图5：感应电流和网络电流之比和脉冲持续时间的关系的曲线图。

图6：感应电流和网络电流之比与脉冲持续时间的关系的另一曲线图。

在这些附图中相同的附图标记表示结构或者功能相同，或者作用相同的部件或者元件。

具体实施方式

图1示出了例如具有三个灶位2的感应灶具1的顶视图，其中，为了进行加热每个灶位2在灶面4的下面都具有一个线圈5(请参见图2和图4)。这些灶位2优选地排成一行设置，并且彼此对齐。灶面4典型地由一种耐热的，并且至少部分透明的材料，特别是玻璃陶瓷构成。为了对食物进行加热将在一个金属的烹调用具12中的这些食物放置到这些灶台2的一个灶台上(请参见图2和图4)，并且通过在金属的烹调用具12中出现涡流对其进行加热。这些涡流是当感应电流流过配属于相应灶位2的线圈5时在烹调用具中感应出来的。

每个灶位2在灶面4上优选地具有一个显示单元3。在这个显示单元上显示配属于该灶位2的线圈5的瞬时功率。当然也可以设置与图1中示出的灶位2的数量不同的灶位2的数量，其中，这些灶位2可以不是排成一行设置，而是也可以按另一些布局设置。在灶面4的下面例如可将感应灶具1设计成车式或者箱式的，并且包括一个用于灶位2的线圈5的触发单元6。

在图2中示出了一个具有一个灶位2的感应灶具1的简图。在该灶位上放着一个平底锅形状的烹调用具12。在灶位2的下面设置着一个用于加热烹调用具12的平面感应器形式的线圈5。感应灶具1具有一个用于触发线圈5的触发单元6。该触发单元通过一个未详细示出的电缆和线圈5连接。该触发单元6具有一个功率部件7。该功率部件通过一个未详细示出的电缆与一个电源8和线圈5连接。

这个线圈5特别是设计成盘形线圈，也就是说线圈绕组的那些圈设在一个平面内，并且形成一个螺旋。绕组优选地设计为高频绞合线，其中，绕组的圈设置在一个未示出的基板的面朝灶位2的一侧上。这些绕组例如可借助粘合剂固定在基板上。这个绕组的端部形成连接导体。功率部件7和这些连接导体连接。

电源8优选地为通常设置在建筑物中的网络电源。在瑞士这种网络的电压为230伏，频率为50赫兹，其中，网络电流典型地在0和16安培之间，频率为50赫兹。

功率部件7从网络电流中为线圈5产生感应电流(也称作触发电流)，其中，为此由一个控制单元9对这个功率部件7进行触发。功率部件7特别是一种脉冲发生器或者一种频率发生器。当将脉冲发生器用作功率部件7时通过控制部件9对感应电流的脉冲长度或者脉冲持续时间，并且以此方式对线圈5的加热功率进行控制。感应电流优选地在0和50安培之间。由线圈5输出的功率可以在50瓦和20千瓦之间。

当将功率部件7设计成脉冲发生器，并且因此对感应电流的脉冲进行控制时感应电流优选地包括一个具有固定的基本或者工作频率，例如22千赫兹的电流值，并且包括一个对称的脉冲电流。它的脉冲持续时间或者脉冲长度可由控制单元9通过功率部件7进行控制。例如CH 696649A5描述了这样一种脉冲控制方法。在通过感应电流的脉冲长度或者脉冲持续时间对功率进行控制时感应电流的频率优选地为22千赫兹±200赫兹，其中，22千赫兹是基本或者工作频率。

当将功率部件7设计成频率发生器时，并且因此对感应电流的频率进行控制时，感应电流的频率优选地在22和40千赫兹之间的听不见的范围中。

为了对网络电流进行测量设置一个传感器10。该传感器优选地设计为电流互感器。这个传感器和控制部件9连接，这样就可将传感器10的测量值传输到控制单元9中。此外，还设置一个用于测量感应电流的传感器11。这个传感器也和控制单元9连接，这样就可将它的测量数值传输到控制单元9。

感应电流与载荷相关。从中可得出结论，即感应电流与位于线圈5上的金属的烹调用具12形式的载荷的位置有关。因为感应电流，并且因此也包括线圈5的功率与载荷有关，所以由线圈5输出的功率可通过在线圈5上的烹调用具的位置而改变。

图3示出线圈5的功率-千瓦，和感应电流的脉冲持续时间-微秒，的关系。实曲线表示，当烹调用具12放在中间位置，也就是准确地对准设置有灶位2的线圈5的中心时的功率曲线。在图4a)中示意示出了烹调用具12的这个位置。在图3中的虚线曲线表示的是当烹调用具12没有在中心对准线圈5，而是烹调用具12的边缘，例如一个平底锅的边缘经过灶位2的中心，也就是线圈的中心时的功率曲线。这种情况示意地示出在图4b)中。

图3，5和6示例地示出了一定的平底锅形式的烹调用具12的曲线图。这个烹调用具放置到一定类型设计的平面感应器的形式的线圈5上。此外，曲线图还和其它的决定功率的部件有关。同样，那些在本文中提供的其它数值纯粹是具有示范性质。

在图3中示出了一个示范性的曲线图。从该图中可以看出，线圈5的功率随着脉冲持续时间的增加而增加。特别是当烹调用具12放置在线圈5的中心时脉冲持续时间长时功率要比当烹调用具12从线圈5的中心挪开时的功率要大。也就是说通过将烹调用具12从灶位2移开，并且因此从线圈5移开可以降低线圈5的功率。这样，例如当脉冲持续时间为20微秒时通过将烹调用具12移动到图4b)中所示的位置功率可从3.16千瓦降低到2.44千瓦。在中间的功率范围中，当脉冲持续时间为15微秒时若从图4a)的位置移动到图4b)的位置，则功率可从1.09千瓦降低到0.86千瓦。

若将烹调用具12如此程度地从灶位2或者线圈5的中心挪开，即线圈5的中心不再被烹调用具12，也就是也不被它的边缘盖住，则这导致对放置在烹调用具12中的食物的非常不同的加热，而这种加热是应该避免的。因此，优选地至多如此程度地移动烹调用具12，即它的边缘和线圈5的中心相交(参见图4b)。

为了当在线圈5上移动烹调用具12时取得比上述所提到的更大的功率降低，优选地得出与线圈5上的烹调用具12的位置有关的实际值，并且将其和规定的额定值进行比较。实际值优选地是也叫做HF-电流(高频电流)的感应电流和网络电流的关系。在这种情况中感应电流是借助传感器11测量出来的，网络电流是借助传感器10测量出来的。然后将所得出的实际值和在控制单元9中存储的额定曲线的相应的数值进行比较。额定曲线的数值和感应电流的脉冲持续时间有关。也就是说，将在一定的脉冲持续时间时得到的实际值和一个存储的额定曲线的和这个脉冲持续时间相对应的额定值进行比较。

图5示范性地示出由感应电流和网络电流之比形成的实际值和脉冲持续时间的关系和一个线性的额定曲线13。这个额定曲线作为具有负斜率的直线设计。然后，特别是当感应电流和网络电流之比用作实际值时这个额定曲线13具有一个负的斜率。实曲线14表示当烹调用具12放置在线圈5的中心时(请参见图4a)感应电流和网络电流-该电流也叫有效电流-之比和脉冲持续时间的关系。虚线曲线15表示的是当烹调用具12不是放置在线圈5的中心，而是如此地放置，即烹调用具12的边缘和灶位2的中心(请参见图4b)，也就是线圈5的中心相交时的感应电流和网络电流之比。虚线示出的额定曲线13优选地在两个未详细标明的点上和曲线14、15相交，除此之外在这两个曲线之间延伸。

在一个规定的脉冲持续时间中如上所述地通过传感器11测量感应电流，通过传感器10测量网络电流，并且将感应电流和网络电流的比作为实际值得出。现在将这个实际值和额定曲线13的相应的值进行比较，并且求出实际值和额定值的偏差。若实际值比额定值大，则感应电流的脉冲持续时间变小，直到实际值调节到额定值。脉冲持续时间的变小的结果是线圈5的功率减小。当实际值小于额定值时，则脉冲持续时间变长，直到实际值调节到额定值。脉冲持续时间的变长的结果是线圈5的功率的提高。

为了将实际值调节到额定值可以采用一个调节器，例如一个P调节器，一个PI-调节器，或者一个PID-调节器。通过采用一种相应的调节器可实现更好的动态调节特性，也就是说可取得更好的振荡特性和进行更加精确的调节。特别是可达到一种指数的调节特性。若调节器具有一个积分部分，则有利地可取得为零的稳态的调节误差。

额定曲线13和曲线14、15的交点定义了线圈5功率调节范围。这样，额定曲线和曲线14的交叉点规定了这种情况时的功率，即烹调用具12准确地放置在灶位2的中心。额定曲线13和曲线15的交叉点规定了这种情况时的功率，即烹调用具12的边缘和灶位2的中心相交。如上所述，烹调用具12优选地只在这两个位置之间移动，也就是说，烹调用具移动离开中心不超过图4b)那样。

当烹调用具12位于灶位2的中心时则产生18.3微秒的脉冲持续时间，从中得出线圈5的功率为2.66千瓦(参见图3的实曲线)。当烹调用具12的边缘和灶位2的中心相交时则得出脉冲持续时间大约为10微秒。其结果是得出其功率为0.21千瓦(请参见图3的虚曲线)。从0.21千瓦到2.66千瓦的功率范围是烹调的极为合适的功率范围。

虽然如此人们还是希望使用更高的功率，例如3.16千瓦的功率(参见图3：当脉冲持续时间为20微秒时的实曲线的数值)。这可通过下述措施达到，即如此地设计额定曲线，即它的斜率的量随着感应电流的脉冲持续时间的增加而减小。可通过下述措施实现斜率量的减小，如图6所示，使用一个额定曲线16。这个额定曲线是由两个线性的段构成，其中，直到脉冲持续时间为17.5微秒的段相当于图5中示出的额定曲线13，并且脉冲持续时间大于或者等于17.5微秒的段具有一个比额定曲线13更小的斜率量。额定曲线16相应地只是当脉冲持续时间为20微秒时，而不是像额定曲线13那样当脉冲持续时间为18.3微秒时和曲线14相交。因此，对于更大的脉冲持续时间区域额定曲线16位于曲线14和15之间。这种做法的结果有利地具有更大的功率范围。当脉冲持续时间为20微秒时得出3.16千瓦的功率(请参见图3的实曲线)。

当然也可对额定曲线16进行另种类型的设计，例如设计成二次函数、指数函数、双曲线、抛物线或者类似的。该曲线可由多个段组成。

除了采用感应电流和网络电流比外也可以使用其它的与脉冲持续时间或者位置有关的信号。这样就可将例如感应电流的相位移或者时间延迟用作实际值，其中，特别是指感应电流的第一电流过零和触发脉冲之间的相位移或者时间延迟。触发脉冲可以理解为由功率部件7产生的脉冲。这个脉冲不经受载荷，也就是不经受烹调用具12，也就是不与载荷有关地相位移。在选择这种实际值时代替例如微控制器地控制单元9可以具有一个运算放大器，因为在功率控制时基本上不必进行复杂的数学分析。

此外也可将网络电流、网络电压与有效电流之比，和/或功率用作实际值。对于这些情况控制单元9也如这种情况那样，即实际值对应于感应电流和网络电流之比，包括微控制器。当将网络电压和有效电流之比用作实际值时，则有如下好处，即供网络络中的电压波动对线圈5的功率的控制影响很小。

当将网络电流或者相位移用作实际值时在图5和图6中所示的额定曲线13、16也可以具有一个正的控制，而不是所示的负的斜率。在一定的情况中额定曲线13、16的斜率甚至可以等于零。

若将功率部分7设计为频率发生器，并且线圈5的感应电流的频率通过控制单元9进行控制，则额定曲线13、16的数值和感应电流的周期持续时间有关，其中，优选地额定曲线的斜率量随着感应电流的周期持续时间的增加而减小。在对感应电流进行频率控制时也可将上述信号用作实际值。

在此需要指出的是，在图3、5和6中示范性地示出的曲线走向所涉及的是一种具有感应电流脉冲控制的感应灶具1。也可以设想一些和在图3、5和6中所示的曲线走向相当的，且用于具有感应电流频率控制的感应灶具的曲线走向。在这种情况中用于功率、实际值的曲线和额定曲线与感应电流的周期持续时间有关。这些曲线的走向基本上是相似的。

额定曲线13、16优选地也和烹调用具的类型，特别是其尺寸，和/或烹调用具12的结构类型有关。也就是说对于不同的烹调用具12或者烹调用具类型优选地使用不同的额定曲线13，16。因此，例如当结构类型相同时烹调用具12的直径越小感应电流和网络电流之比就越大。对于所谓的多层烹调用具，特别是多层平底锅应使用比对于在具有所谓的夹层底部的烹调用具，特别是在平底锅频率更低的感应电流，因为要不然通常就不能达到高的加热功率。由铸铁制成的烹调用具或者是其它的铁器烹调用具12的优点是具有专门的特性，在相应的额定曲线13、16中应考虑到这些特性。

当按照烹调用具类型使用不同的额定曲线13、16时这导致改进控制、改进线圈5的功率的调节特性或者起振特性。优选地在根据本发明的方法中对烹调用具12进行试测。按照这种试测的结果选择感应电流的额定曲线13、16。此外，在感应电流的脉冲控制中也优选地根据试测的结果选择固定的基本频率或者工作频率。也就是说从试测时得出的实际值中推导出烹调用具的类型，并且根据烹调用具的类型从一组额定曲线中选择出一个额定曲线，其中，这一组额定曲线可以存储在控制单元9中。此外优选地根据烹调用具的类型调节感应电流的固定基本频率或者工作频率。

若将相邻的灶位2的线圈5很近地靠着排列，则会出现这样的情况，即相邻的灶位2相互影响。在功率部件7中所采用的石英振荡器-从该石英振荡器中产生感应电流的频率-典型地具有制造公差。这个制造公差导致在相邻的灶位2或者线圈5的感应电流中的小的频率差。这造成在相邻的灶位2，或者它的线圈5之间的缓慢的差拍(Schwebung)的后果。这些差拍会导致所不希望的功率移动。相邻的线圈5的感应电流的频率的有意识的失调(在脉冲控制器中：工作频率或者基本频率)导致差拍足够的快，从而可大大地减小它的效果。例如失调大于100赫兹时则产生明显的改进。然而相应频率的失调也会导致使用线圈5最大可达到的功率受到影响。感应电流的频率越低则功率越高。然而人们并不一定要对用线圈5最大可达到的功率施加影响。为了基本消除对最大功率的影响，在相邻的灶位2或者线圈5之间优选地使用一个同步的频率转换器。在这种情况中相邻的线圈5用不同频率的感应电流工作，并且感应电流的频率按照规定的时间间隔，例如每100毫秒转换一次。在脉冲控制中这涉及工作频率或者基本频率。转换时刻或者直到下一次转换的持续时间可存储在控制单元9中，就像线圈5用以运行的频率一样。在具有两个相邻的灶位2和因此具有两个相邻的线圈5的感应灶具1中例如第一灶位2的线圈5用具有22千赫兹的工作-或基本频率的感应电流运行。第二灶位2的线圈5例如用具有22.2千赫兹的工作-或者基本频率的感应电流运行。在100毫秒之后如此地转换工作-或基本频率，即第一灶位2的线圈5用22.2千赫兹作为工作-基本频率工作，第二灶位2的线圈5用22.0千赫兹作为基本或工作频率工作。相应地感应电流的工作-或基本频率由多于两个线圈5转换。

典型地位于远离线圈5的中心的烹调用具12的底部部分的功率密度下降。这导致在煮沸图(Kochbild)中，例如当稍微煮开的水中起泡时可见的区别。这并不一定是人们所希望的。在煮沸图中的这种区别特别是在设计成平面感应器的椭圆形的线圈5时要比圆形线圈5时的小。因此在根据本发明的感应灶具1中有利地至少一个线圈5，优选地整个线圈5为椭圆形设计。此外，线圈5的椭圆形状来源于更好的面积利用系数，因为在功率可比较时线圈的宽度比在圆形的线圈5中更小。

在本申请书中对本发明的一些优选的方案或者设计进行了说明，但是在此要明确指出的是本发明并不局限于这些方案，而是也可在下述权利要求的范围内以其它的方式加以实施。

Claims (12)

1.用于控制具有至少一个线圈(5)的感应灶具(1)的方法，其中，根据烹调用具(12)在线圈(5)上的位置调节线圈(5)的功率，

其特征在于，

-得出与烹调用具(12)在线圈(5)上的位置有关的实际值；

-将该实际值和规定的额定值进行比较，以形成偏差；并且

-当实际值和额定值有偏差时借助于触发单元(6)如此调节所述线圈(5)的功率，从而将实际值调节到额定值，其中通过改变线圈(5)的感应电流的脉冲持续时间和/或周期持续时间来调节线圈(5)的功率。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将额定值规定为额定曲线(13；16)的数值，这个额定曲线的数值与感应电流的脉冲持续时间和/或周期持续时间有关。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，

额定曲线(13；16)的斜率数值随着感应电流的脉冲持续时间和/或周期持续时间的增加而减少。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当实际值和额定值有偏差时通过调节器来调节线圈(5)的功率，其中这个偏差形成该调节器的输入参数。

5.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述实际值是感应电流、感应电流和网络电流之间的比值、感应电流的相位移、网络电流、网络电压和网络电流之间的比值，和/或从线圈(5)中输出的功率。

6.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于，从所得出的实际值推出烹调用具的类型，并且根据这个烹调用具的类型从一组额定曲线中选择额定曲线(13；16)。

7.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在具有至少两个相邻的线圈(5)的感应灶具(1)中这些相邻的线圈(5)用不同频率的感应电流工作，并且按照规定的时间间隔转接感应电流的频率。

8.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，额定曲线(13；16)具有负的斜率。

9.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述调节器是PID调节器。

10.用于加热烹调用具的感应灶具，它具有至少一个线圈(5)和用于该线圈(5)的触发单元(6)，其特征在于，所述感应灶具(1)具有触发单元(6)，该触发单元设计成用于执行按照前述权利要求的任一项所述的方法。

11.按照权利要求10所述的感应灶具，其特征在于，将所述至少一个线圈(5)设计成椭圆形。

12.按照权利要求10或者11所述的感应灶具，其特征在于，设置至少一个用于显示所述至少一个线圈(5)的瞬时功率的显示单元(3)。

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