CN103891401B - 感应加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明由一种感应加热装置、尤其感应灶台装置出发，其带有至少一个加热频率单元(20,？22,24,26)、设置成由加热频率单元(20,22,？24,26)来驱动的至少一个感应加热单元(30,？32,34,36)和至少一个控制单元(14)。为了实现提高的效率，提出，控制单元(14)设置成在至少一个运行模式中脉冲式地运行加热频率单元(20,22,24,26)，在该运行模式中对于该至少一个感应加热单元(30,32,34,36)要求有在持续运行中可由加热频率单元(20,22,24,26)提供到感应加热单元(30,32,34,36)处的加热功率(P_mean)。

Description

感应加热装置

技术领域

本发明由一种根据权利要求1的前序部分的感应加热装置出发。

背景技术

已知具有感应器的感应灶台(Induktionskochfeld)，感应器在要求可不连续地来提供的加热功率的运行状态中脉冲式地来运行。

发明内容

本发明的目的尤其在于提供一种带有在高电气效率方面改善的特性的这种类型的装置。该目的根据本发明通过权利要求1的特征来实现，而本发明的有利的设计方案和改进方案可由从属权利要求得出。

本发明由一种感应加热装置、尤其感应灶台装置(Induktionskochfeldvorrichtung)出发，其带有至少一个加热频率单元、设置成由加热频率单元来驱动的至少一个感应加热单元和至少一个控制单元。

提出，控制单元设置成在至少一个运行模式中脉冲式地运行加热频率单元，在该运行模式中对于该至少一个感应加热单元要求有在持续运行中可由加热频率单元提供到感应加热单元处的加热功率、尤其较低的至中等的加热功率。“加热频率单元”尤其应理解成一种电气单元，其对于感应加热单元产生优选地带有至少1kHz、尤其至少10kHz、有利地至少20kHz、尤其最大100kHz的切换频率(Schaltfrequenz)的振荡的电信号。加热频率单元尤其设置成提供由感应加热单元所要求的至少1000W、尤其至少2000W、有利地至少3000W、优选地至少3500W的最大电功率。加热频率单元尤其包括至少一个逆变器(Wechselrichter)，其优选地具有至少两个优选地串联的双向单级开关(其尤其由晶体管和并联的二极管形成)并且特别有利地至少分别具有并联于双向单级开关的阻尼电容(Dämpfungskapazität)(其尤其由至少一个电容器形成)。由此可提供感应加热单元的高频的供能。“感应加热单元”尤其应理解成带有至少一个感应加热元件的单元。尤其在以高频的交流电供应感应加热单元的运行状态中优选地同时以高频的交流电来供应感应加热单元的所有感应加热元件。“感应加热元件”尤其应理解成卷绕的电导体，优选地以在至少一个运行状态中被高频的交流电流过的圆盘的形式。感应加热元件优选设置成将电能转换成交变磁场，其设置成在金属的、优选地至少部分铁磁的加热器件、尤其烹饪器皿(Gargeschirr)中引起涡流和/或交变磁化效应(Ummagnetisierungseffekt)(其被转化成热量)。“控制单元”尤其应理解成一种电子单元，其优选地至少部分地集成在感应加热装置的控制和/或调节单元中并且其优选地设置成至少控制和/或调节加热频率单元。优选地，控制单元包括计算单元和尤其除了计算单元之外还有存储单元，其带有存储在其中的设置成由计算单元来实施的控制和/或调节程序。“设置”尤其应理解成特别地编程、设计和/或装备。“所要求的加热功率”尤其应理解成由操作者通过操作单元进行的调节。尤其在此可调节尤其以瓦特为单位的电功率的值和/或优选地由控制单元与电功率相关联的功率级。备选地，所要求的加热功率可由控制单元在烹饪程序的范围中来确定。如果所使用的全部加热电子器件、尤其至少该加热频率单元、整流器单元、感应加热单元和/或控制单元的电气效率大于至少85%、尤其至少90%、有利地至少93%、优选地至少95%，那么加热功率尤其可在“持续运行”中提供。尤其地，加热电子器件的损失功率为通过感应加热单元发出到加热器件处的加热功率的最大15%、尤其最大10%、有利地最大7%、优选地最大5%。尤其地，如果需要以产生加热功率的加热频率单元的切换频率小于120kHz、尤其小于110kHz、优选小于100kHz，加热功率可在连续运行中提供。“脉冲式运行”尤其应理解成一种运行状态，在其中加热频率单元交替地、优选地周期性交替地提供在脉冲相位中高频的交流电或者在静止相位中不提供电流。脉冲相位持续期尤其为至少0.1s、尤其至少0.5s、有利地至少1s、优选地至少3s、尤其最大15min、有利地最大10min、优选地最大5min。控制单元设置成在脉冲相位期间如此选择脉冲功率、即加热功率，使得加热功率在时间平均值上相应于所要求的加热功率。加热功率尤其在不同的、尤其彼此相继的、优选地直接彼此相继的脉冲相位中至少大致相等。两个值“大致”相等就此尤其应理解成值的差为值的和的最大10%、尤其最大5%、优选地最大1%。尤其地，静止相位持续期在该至少一个运行状态中为在前的脉冲相位的持续期的最大100%、尤其最大50%、有利地最大25%、优选地最大10%。“较低的至中等的”加热功率尤其应理解成相应于最大加热功率、尤其加热频率单元的最大功率的最大70%、尤其最大50%、优选地最大30%的加热功率。较低的至中等的功率尤其为最大1.5kW、有利地最大1.2kW、优选地最大1kW。通过使用较高的加热功率尤其可实现提高的电气效率。

另外提出，控制单元在该至少一个运行模式中设置成根据所要求的加热功率通过至少一个关联函数确定脉冲功率。“关联函数”尤其应理解成数学函数。尤其地，该数学函数尤其以表格的形式储存在控制单元的存储单元中。关联函数尤其构造为阶梯函数(Treppenfunktion)。备选地可考虑任意的、优选地单调的、尤其单调上升的函数。尤其可实现简单的控制。

此外提出，控制单元设置成使可能的加热功率的整个区域的至少两个、尤其至少三个、有利地至少四个子区域分别关联有不同的脉冲功率。区域的“子区域”尤其应理解成完全处在该区域之内的连续的区域。优选地，子区域共同覆盖整个区域。优选地，不同子区域的相交(überschneidung)限制到其边缘上。尤其可实现节约存储空间的控制。

此外提出，控制单元至少在一运行状态中设置成使子区域中的至少一个关联有比该子区域的最大加热功率大至少1%、尤其至少3%、优选地至少8%的脉冲功率。尤其可实现高效率。

有利地提出，控制单元至少在一运行模式中设置成至少根据至少一个特征线、尤其将最小的脉冲相位间距(Pulsphasenabstand)与功率相关联的特征线、优选地闪烁特征线(Flickerkennlinie)确定脉冲相位间距。“脉冲相位间距”尤其应理解成在两个脉冲相位、优选地直接彼此相继的脉冲相位的开始时刻之间的间距。优选地，至少在一运行模式中彼此相继的脉冲相位间距至少大致相等。闪烁特征线尤其应理解成一特征线，其确定脉冲相位间距根据脉冲功率至少应多大以避免在电网中的干扰和/或舒适性限制(Komforteinschränkung)(例如由于闪烁的光)。可尤其实现提高的舒适性和/或改善的网稳定性。

此外提出，控制单元设置成至少根据操作者输入至少在该至少一个运行模式中在脉冲式运行与连续运行之间转换。尤其地，感应加热装置具有至少一个操作元件、尤其接触敏感的操作面和/或在控制菜单中的菜单项，其设置成给控制单元提供用于转换的信号。尤其可实现提高的舒适性。

此外提出，控制单元设置成根据至少一个时间特征量确定至少一个脉冲相位持续期和/或至少一个脉冲功率。“时间特征量”尤其应理解成描述时间持续期和/或时刻的特征量。时间特征量尤其设置成预设最大的和/或最小的和/或精确的静止相位持续期。时间特征量尤其具有至少0s、尤其至少2s、有利地至少5s、尤其最大30s、有利地最大20s、优选地最大10s的值。控制单元尤其设置成根据操作者输入确定时间特征量。尤其可实现提高的舒适性、灵活的控制和/或均匀的加热特性。

特别有利地，这样的装置布置在感应灶台中和/或在带有感应加热部的烤炉中。

另外的优点由下面的附图说明得出。在附图中示出本发明的实施例。附图、说明书和权利要求相结合地包含大量特征。专家适宜地还单独地来考虑并且以有意义的另外的组合来概括这些特征。

附图说明

其中：

图1以从上面的示意性的视图显示了根据本发明的灶台；

图2以示意性的图表显示了脉冲式运行；

图3以示意性的图表显示了不同的关联函数；

图4显示了示意性的闪烁特征线；

图5以示意性的图表显示了与加热功率有关的效率以及

图6显示了在脉冲式运行中的示意性的温度变化曲线。

具体实施方式

图1显示了构造成感应灶台的家庭用具(Hausgerät)10，其带有构造为感应灶台装置的感应加热装置12。感应加热装置12具有四个构造为逆变器的加热频率单元20、22、24、26。此外，感应加热装置12具有四个构造为感应器的感应加热单元30、32、34、36，其分别设置成由不同的加热频率单元20、22、24、26来运行。感应加热单元30、32、34、36布置在灶台板之下并且设置成加热被装设到灶台板上的烹饪器皿，其定位在感应加热单元30、32、34、36之上。此外，感应加热装置12具有控制单元14和操作者接口16。操作者接口16设置成使操作者能够通过操作元件对于感应加热单元30、32、34、36要求加热功率并且将当前设立的功率级在显示单元上输出。控制单元14设置成处理操作者接口16的输入、控制操作者接口16的显示单元的显示并且将加热频率单元20、22、24、26调节成使得感应加热单元30、32、34、36平均输出相应于通过操作者接口16所要求的加热功率的功率。

控制单元14设置成分别在一运行模式(在该运行模式中对于相应的感应加热单元30、32、34、36要求在持续运行中可由加热频率单元20、22、24、26提供到感应加热单元30、32、34、36处的加热功率_Pmean)中脉冲地运行加热频率单元20、22、24、26(图2)。感应加热单元30、32、34、36设置成在该运行模式中周期性地交替地在带有脉冲相位持续期t_ON的脉冲相位60、62期间产生高频的交流电(其导致脉冲功率P_puls)而在带有静止相位持续期t_off的静止相位61、63期间不产生高频的交流电。平均的加热功率相应于所要求的加热功率P_mean。

可持续提供的功率在此通过感应加热装置12的电子设备的取决于功率的效率η来确定(图5)。在此，对于一般的烹饪器皿，可持续提供处在最小的加热功率P_min之上的加热功率P，因为对于该加热功率P电子设备的效率η大于最小效率η_min。最小效率η_min为95%。由此引起500W的最小加热功率_Pmin。

控制单元14在一运行模式中设置成根据所述要求的加热功率P_mean通过关联函数f₁确定脉冲功率P_puls(图3)。关联函数f₁构造为阶梯函数。控制单元14设置成使可能的加热功率P_mean的整个区域50的两个子区域52、54分别关联有不同的脉冲功率P₅₂、P₅₄。控制单元14在一运行状态中设置成使子区域52关联有脉冲功率P₅₂，其大于子区域52的最大加热功率P_52max。子区域54的脉冲功率P₅₄相应于子区域54的最大的加热功率P_54max。子区域52从0W延伸至2000W。子区域52关联有2200W的脉冲功率P₅₂。子区域54从2000W延伸至3300W。子区域54关联有3300W的脉冲功率P₅₄。子区域54的上限相应于加热频率单元20、22、24、26的最大加热功率。

控制单元14在一运行模式中设置成根据闪烁特征线f_闪烁确定脉冲相位间距t_闪烁。在图4中示例性地示出闪烁特征线f_闪烁，如其通过国家标准来确定的那样。以下数据在此涉及西班牙的闪烁标准(Flickernorm)。控制单元14由此使32s的脉冲相位间距t₅₂关联于脉冲功率P₅₂而使170s的脉冲相位间距t₅₄关联于脉冲功率P₅₄。子区域52、54的界限、所关联的脉冲功率P₅₂、P₅₄和所关联的脉冲相位间距t₅₂、t₅₄储存在控制单元14的存储单元中的关联表格中。由此使脉冲功率P_puls和脉冲相位间距t_闪烁关联于所要求的加热功率P_mean。为了调节所要求的加热功率P_mean，根据计算公式T_ON=P_mean/P_puls*t_闪烁来选择脉冲相位持续期T_ON。

此外，控制单元14设置成根据通过操作者接口16的操作者输入在一运行模式中在脉冲运行与连续运行之间转换。这使操作者能够灵活地在能量节约模式与传统模式之间来回切换。

此外，对于关联函数f₁、f₂、f₃、f₄可考虑许多不同变体(图2)。关联函数f₂尤其可构造为带有多于2个阶梯、尤其任意多个阶梯、例如4个阶梯的阶梯函数。备选地，关联函数f₃可构造为连续的函数，其中，脉冲功率P_puls根据所要求的加热功率P_mean在第一子区域中恒定、在中间的子区域中恒定大于所要求的加热功率P_mean而在上面的区域中恒定相应于最大加热功率。此外可考虑的是，控制单元14设置成根据通过操作者接口16的操作者输入来选出由控制单元供选择的不同的关联函数中的一个。例如，操作者可确定阶梯的数目而控制单元计算和/或确定相应合适的阶梯函数。

通过脉冲式运行产生带有波动宽度ΔT的周期性波动的温度变化曲线(图6)。为了将波动宽度ΔT保持较小，在另一变体中控制单元14可设置成根据时间特征量确定脉冲相位持续期T_ON和/或脉冲功率P_puls。在此确定最大的静止相位持续期作为时间特征量。其例如可为8s。这鉴于闪烁特征线f_闪烁引起关联函数f₄ (图2)。

此外可考虑这样的设计方案，在其中控制单元14设置成，在大于较低的至中间的加热功率、即例如大于1000W的加热功率P_mean下连续地运行加热频率单元20、22、24、26。

也可考虑本发明的这样的设计方案，在其中加热频率单元设置成交替地运行多个感应加热单元。

附图标记清单

10 家庭用具

12 感应加热装置

14 控制单元

16 操作者接口

20 加热频率单元

22 加热频率单元

24 加热频率单元

26 加热频率单元

30 感应加热单元

32 感应加热单元

34 感应加热单元

36 感应加热单元

50 区域

52 子区域

54 子区域

60 脉冲相位

61 静止相位

62 脉冲相位

63 静止相位

T_ON 脉冲相位持续期

T_off 静止相位持续期

P_mean 所要求的加热功率

P 加热功率

P_min 最小加热功率

P_puls 脉冲功率

P₅₂ 脉冲功率

P₅₄ 脉冲功率

P_52max 最大加热功率

P_54max 最大加热功率

f₁ 关联函数

f₂ 关联函数

f₃ 关联函数

f₄ 关联函数

f_闪烁 闪烁特征线

t_闪烁 脉冲相位间距

t₅₂ 脉冲相位间距

t₅₄ 脉冲相位间距

ΔT 波动宽度

η 效率

η_min 最小效率。

Claims (10)

1.一种感应加热装置，其带有至少一个加热频率单元(20, 22, 24, 26)、设置成由所述加热频率单元(20, 22, 24, 26)来驱动的至少一个感应加热单元(30, 32, 34, 36)和至少一个控制单元(14)，其特征在于，所述控制单元(14)设置成在至少一个运行模式中脉冲式地运行所述加热频率单元(20, 22, 24, 26)，在所述运行模式中对于至少一个所述感应加热单元(30, 32, 34, 36)要求有在持续运行中能够由所述加热频率单元(20, 22, 24, 26)提供到所述感应加热单元(30, 32, 34, 36)处的加热功率(P_mean)。

2.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述控制单元(14)在至少一个所述运行模式中设置成根据所要求的加热功率(P_mean)通过至少一个关联函数(f₁, f2, f₃, f₄)确定脉冲功率(P_puls)。

3.根据权利要求2所述的感应加热装置，其特征在于，所述控制单元(14)设置成使可能的加热功率(P_mean)的整个区域(50)的至少两个(52, 54)子区域分别关联有不同的脉冲功率(P₅₂, P₅₄)。

4.根据权利要求3所述的感应加热装置，其特征在于，所述控制单元(14)设置成使所述子区域中的至少一个(52)关联有脉冲功率(P₅₂)，其比所述子区域(52)的最大加热功率(P_52max)大至少1%。

5.根据上述权利要求1到4中任一项所述的感应加热装置，其特征在于，所述控制单元(14)在至少一个所述运行模式中设置成至少根据至少一个特征线(f_闪烁)确定脉冲相位间距(t_闪烁, t₅₂, t₅₄)。

6.根据上述权利要求1到4中任一项所述的感应加热装置，其特征在于，所述控制单元(14)设置成至少根据操作者输入至少在至少一个所述运行模式中在脉冲式运行与连续运行之间转换。

7.根据上述权利要求1到4中任一项所述的感应加热装置，其特征在于，所述控制单元(14)设置成根据至少一个时间特征量确定脉冲相位持续期(t_ON)和/或脉冲功率(P_puls)。

8.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述感应加热装置是感应灶台装置。

9.一种家庭用具，其带有根据上述权利要求中任一项所述的感应加热装置(12)。

10.一种用于控制根据权利要求1至8中任一项所述的感应加热装置(12)的方法。