CN106028491A - 电磁感应加热装置 - Google Patents

Abstract

一种电磁感应加热装置，包括设置在容器(1)底部的软磁磁芯元件(2)以及设置在软磁磁芯元件(2)下方、用于在通电时使软磁磁芯元件(2)发热的电感线圈(3)；软磁磁芯元件(2)和电感线圈(3)同轴设置，且软磁磁芯元件(2)和电感线圈(3)之间间隔有间隙(4)；该间隙(4)为0.5mm‑25mm；电磁感应加热装置还包括与电感线圈(3)并联以用于构成LC谐振电路的谐振电容器(7)，用于测量LC谐振电路的谐振频率的谐振检测模块(8)以及用于根据LC谐振电路的谐振频率计算软磁磁芯元件(2)温度的处理器(9)。本发明的电磁感应加热装置通过电感线圈既实现了加热容器的效果，又实现了测量容器温度的效果，设计巧妙，实用性强。

Description

电磁感应加热装置

技术领域

本发明涉及烹饪器具领域，尤其涉及一种电磁感应加热装置。

背景技术

在烹调食物的过程中，烹调温度的精确测量和控制是很难的；为了达成这一目的，人们想出了一些方法，例如，在食物的加热容器上设置温度传感器，从而通过温度传感器测量食物的烹调温度；或者直接将温度传感器插入到正在烹饪的食物中，来测量食物的烹调温度。但是这些方法还是存在一些不足之处，如测温滞后，使用不方便等。

发明内容

本发明针对在烹调食物的过程中，烹调温度的精确测量和控制是很难的；而现有用于测量和控制烹调温度的方法存在一些不足之处，如测温滞后，使用不方便等问题，提出了一种电磁感应加热装置。

本发明提出的技术方案如下：

本发明提出了一种电磁感应加热装置，包括设置在容器底部的软磁磁芯元件以及设置在软磁磁芯元件下方、用于在通电时使软磁磁芯元件发热的电感线圈；软磁磁芯元件和电感线圈同轴设置，且软磁磁芯元件和电感线圈之间间隔有间隙；该间隙为0.5mm-25mm；

电磁感应加热装置还包括与电感线圈并联以用于构成LC谐振电路的谐振电容器，用于测量LC谐振电路的谐振频率的谐振检测模块以及用于根据LC谐振电路的谐振频率计算软磁磁芯元件温度的处理器。

本发明上述的电磁感应加热装置中，软磁磁芯元件温度T为：

$T=f^{-1}\left(\frac{l}{4{\mathrm{\π}}^2{f}_0^2{N}^2{\mathrm{k\μ}}_{0}CS}\right)$

其中，f为软磁磁芯元件的温度映射为软磁磁芯元件的相对磁导率的映射关系；

l为电感线圈的长度；

f₀为LC谐振电路的谐振频率；

N为电感线圈的匝数；

k为k系数，取决于电感线圈的半径R与其长度l的比值，通过查k值表得到；

μ₀为真空磁导率；

C为谐振电容器的电容量；

S为电感线圈的截面积。

本发明上述的电磁感应加热装置中，还包括筒状支撑体，该筒状支撑体的内壁凸出形成有环状限位凸缘，电感线圈容置在筒状支撑体中且支撑设置在该环状限位凸缘上；容器支撑设置在筒状支撑体的顶部，且软磁磁芯元件穿设于筒状支撑体中。

本发明上述的电磁感应加热装置中，还包括用于给电感线圈提供变化的电流的电磁波产生电路。

本发明上述的电磁感应加热装置中，还包括穿设于电感线圈中并支撑软磁磁芯元件的支撑件。

本发明上述的电磁感应加热装置中，支撑件为陶瓷制件、玻璃制件或塑料制件。

本发明上述的电磁感应加热装置中，软磁磁芯元件采用铁磁体或亚铁磁体。

本发明上述的电磁感应加热装置中，软磁磁芯元件采用因瓦合金或坡莫合金。

本发明的电磁感应加热装置通过在容器的底部设置软磁磁芯元件，并在软磁磁芯元件的下方间隔设置电感线圈，该电感线圈与软磁磁芯元件同轴设置；这样，在该方案中，通过给电感线圈通电，使软磁磁芯元件产生感应电流，从而发出电阻热以此加热容器，实现烹饪的效果。进一步地，在本发明中，软磁磁芯元件和电感线圈构成电感器，该电感器的电感量与软磁磁芯元件的相对磁导率具有正比例一元函数关系，而软磁磁芯元件的相对磁导率与该软磁磁芯元件的温度具有一元函数关系。这样，通过测量电感器的电感量即可计算出软磁磁芯元件的温度，继而获知与软磁磁芯元件连接的容器的温度。本发明的电磁感应加热装置通过电感线圈既实现了加热容器的效果，又实现了测量容器温度的效果，设计巧妙，实用性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1示出了本发明第一实施例的电磁感应加热装置的示意图；

图2示出了电磁感应加热装置的电路模块示意图；

图3示出了一种因瓦合金的相对磁导率与温度的对应关系示意图；

图4示出了本发明第二实施例的电磁感应加热装置的示意图。

具体实施方式

本发明要解决的技术问题是：在烹调食物的过程中，烹调温度的精确测量和控制是很难的；而现有用于测量和控制烹调温度的方法存在一些不足之处，如测温滞后，使用不方便等。本发明提出的解决该技术问题的技术思路是：在容器的底部设置软磁磁芯元件，并在软磁磁芯元件的下方间隔设置电感线圈，该电感线圈与软磁磁芯元件同轴设置；这样，在该方案中，通过给电感线圈通电，使软磁磁芯元件产生感应电流，从而发出电阻热以此加热容器，实现烹饪的效果。进一步地，在本发明中，软磁磁芯元件和电感线圈构成电感器，该电感器的电感量与软磁磁芯元件的相对磁导率具有正比例一元函数关系，而软磁磁芯元件的相对磁导率与该软磁磁芯元件的温度具有一元函数关系。这样，通过测量电感器的电感量即可计算出软磁磁芯元件的温度，继而获知与软磁磁芯元件连接的容器的温度。

为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

第一实施例

如图1所示，图1示出了本发明第一实施例的电磁感应加热装置的示意图。该电磁感应加热装置包括设置在容器1底部的软磁磁芯元件2以及设置在软磁磁芯元件2下方、用于在通电时使软磁磁芯元件2发热的电感线圈3；软磁磁芯元件2和电感线圈3同轴设置，且软磁磁芯元件2和电感线圈3之间间隔有间隙4；软磁磁芯元件2和电感线圈3构成电感器；在这里，电感线圈3使软磁磁芯元件2发热的现象是采用了涡流发热原理，具体来说，当电感线圈3通电后，软磁磁芯元件2内部产生感应电流，并由此发出电阻热，从而实现加热容器1的技术效果。在这一过程中，电感线圈3实现了对软磁磁芯元件2的非接触式加热。可以理解，流过电感线圈3的电流为变化的电流。在本实施例中，电磁感应加热装置还包括用于给电感线圈3提供变化的电流的电磁波产生电路6。

进一步地，间隙4为0.5mm-25mm；间隙4的大小是有讲究的。间隙4过小，电磁感应加热装置不易制造；而间隙4过大，电感线圈3对软磁磁芯元件2的加热效率会受到影响。同时，对于电感器来说，间隙4过大，还会使得软磁磁芯元件2相对磁导率计算不准确，从而导致软磁磁芯元件2温度测量不准确。在本实施例中，软磁磁芯元件2为板状，可以呈矩形，也可以呈圆形，其厚度大于0.3mm。为了生产制造的方便，软磁磁芯元件2通常采用圆盘状，而根据大量的试验，间隙4与软磁磁芯元件2直径之间的比例不应大于1:10。并且，基于一般烹饪用容器的尺寸，软磁磁芯元件2的直径会在5mm以上；于是，根据这些限定条件，我们将间隙4设计为0.5mm-25mm。在本实施例中，为了使软磁磁芯元件2和电感线圈3之间隔出间隙4，电磁感应加热装置还包括筒状支撑体5，该筒状支撑体5的内壁凸出形成有环状限位凸缘51，电感线圈3容置在筒状支撑体5中且支撑设置在该环状限位凸缘51上；容器1支撑设置在筒状支撑体5的顶部，且软磁磁芯元件2穿设于筒状支撑体5中。这样，在间隙4里只有空气。

进一步地，如图2所示，图2示出了电磁感应加热装置的电路模块示意图。电磁感应加热装置还包括与电感线圈3并联以用于构成LC谐振电路的谐振电容器7，用于测量LC谐振电路的谐振频率的谐振检测模块8以及用于根据LC谐振电路的谐振频率计算软磁磁芯元件2温度的处理器9。在这里，谐振检测模块8为现有技术，可见于专利CN201220639073.1等。

软磁磁芯元件2温度T为：

$T=f^{-1}\left(\frac{l}{4{\mathrm{\π}}^2{f}_0^2{N}^2{\mathrm{k\μ}}_{0}CS}\right)$

其中，f为软磁磁芯元件2的温度映射为软磁磁芯元件2的相对磁导率的映射关系；

l为电感线圈3的长度；

f₀为LC谐振电路的谐振频率；

N为电感线圈3的匝数；

k为k系数，取决于电感线圈3的半径R与其长度l的比值，通过查k值表得到；k值表为公知常识，这里就不再赘述。

μ₀为真空磁导率，具体为4π×10^-7H/m；

C为谐振电容器7的电容量；

S为电感线圈3的截面积。

软磁磁芯元件2温度T的具体推导过程如下：

在LC谐振电路中，有：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{LC}}---\left(1\right)$

其中，f₀为LC谐振电路的谐振频率；

L为电感器的电感量；

C为谐振电容器7的电容量。

在上述公式中，由于LC谐振电路的谐振频率f₀可以由谐振检测模块8测量得到；谐振电容器7的电容量C已知，于是，电感器的电感量L便可计算得到。

而在电感器中，有经验公式：

$L=\frac{{\mathrm{k\μ}}_0{\mathrm{\μ}}_s{N}^{2}S}{l}---\left(2\right)$

其中，L为电感器的电感量；

μ₀为真空磁导率，具体为4π×10^-7H/m；

μ_s为软磁磁芯元件2的相对磁导率；

N为电感线圈3的匝数；

S为电感线圈3的截面积；

l为电感线圈3的长度；

k为k系数，取决于电感线圈3的半径R与其长度l的比值，可查k值表得到。

在电感器电感量的经验公式中，由于k、μ₀、N、S以及l都已知，这样，在计算得到L后，即可求得μ_s。

进一步地，在本实施例中，软磁磁芯元件2采用铁磁体或亚铁磁体。对于铁磁体或亚铁磁体，当温度在其居里点以下时，其相对磁导率μ_s与温度T存在一元函数关系，这样，相对磁导率μ_s与温度T的一元函数关系可以表示为：

μ_s＝f(T)； (3)

优选地，在本实施例中，软磁磁芯元件2采用因瓦合金，因瓦合金为一种铁镍合金；当因瓦合金的成分为36wt％的镍、64wt％的铁时，因瓦合金的居里点为230℃，其相对磁导率μ_s与温度T成线性关系，可见于图3所示。在另一实施例中，软磁磁芯元件2还可以采用坡莫合金，其相对磁导率μ_s与温度T之间也具有类似于图3的关系，这样，当得到软磁磁芯元件2的相对磁导率μ_s，即可求得软磁磁芯元件2的温度T。

通过式子(1)、(2)和(3)，可以得到上述软磁磁芯元件2温度T的计算公式：

第二实施例

第二实施例与第一实施例的区别仅在于：间隙4的形成方式。具体地，如图4所示，图4示出了本发明第二实施例的电磁感应加热装置的示意图。该电磁感应加热装置包括设置在容器1底部的软磁磁芯元件2以及设置在软磁磁芯元件2下方、用于在通电时使软磁磁芯元件2发热的电感线圈3；软磁磁芯元件2和电感线圈3同轴设置，且软磁磁芯元件2和电感线圈3之间间隔有间隙4；软磁磁芯元件2和电感线圈3构成电感器；间隙4为0.5mm-25mm；在本实施例中，为了使软磁磁芯元件2和电感线圈3之间隔出间隙4，电磁感应加热装置还包括穿设于电感线圈3并支撑软磁磁芯元件2的支撑件52。该支撑件52可以为陶瓷制件、玻璃制件或塑料制件等。这些材料均不会引起软磁磁芯元件2的相对磁导率的变化。

本发明的电磁感应加热装置通过在容器的底部设置软磁磁芯元件，并在软磁磁芯元件的下方间隔设置电感线圈，该电感线圈与软磁磁芯元件同轴设置；这样，在该方案中，通过给电感线圈通电，使软磁磁芯元件产生感应电流，从而发出电阻热以此加热容器，实现烹饪的效果。进一步地，在本发明中，软磁磁芯元件和电感线圈构成电感器，该电感器的电感量与软磁磁芯元件的相对磁导率具有正比例一元函数关系，而软磁磁芯元件的相对磁导率与该软磁磁芯元件的温度具有一元函数关系。这样，通过测量电感器的电感量即可计算出软磁磁芯元件的温度，继而获知与软磁磁芯元件连接的容器的温度。本发明的电磁感应加热装置通过电感线圈既实现了加热容器的效果，又实现了测量容器温度的效果，设计巧妙，实用性强。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种电磁感应加热装置，其特征在于，包括设置在容器(1)底部的软磁磁芯元件(2)以及设置在软磁磁芯元件(2)下方、用于在通电时使软磁磁芯元件(2)发热的电感线圈(3)；软磁磁芯元件(2)和电感线圈(3)同轴设置，且软磁磁芯元件(2)和电感线圈(3)之间间隔有间隙(4)；该间隙(4)为0.5mm-25mm；

电磁感应加热装置还包括与电感线圈(3)并联以用于构成LC谐振电路的谐振电容器(7)，用于测量LC谐振电路的谐振频率的谐振检测模块(8)以及用于根据LC谐振电路的谐振频率计算软磁磁芯元件(2)温度的处理器(9)。

2.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，软磁磁芯元件(2)温度T为：

$T=f^{-1}\left(\frac{l}{4{\mathrm{\π}}^2{f}_0^2{N}^2{\mathrm{k\μ}}_{0}CS}\right)$

其中，f为软磁磁芯元件(2)的温度映射为软磁磁芯元件(2)的相对磁导率的映射关系；

l为电感线圈(3)的长度；

f₀为LC谐振电路的谐振频率；

N为电感线圈(3)的匝数；

k为k系数，取决于电感线圈(3)的半径R与其长度l的比值，通过查k值表得到；

μ₀为真空磁导率；

C为谐振电容器(7)的电容量；

S为电感线圈(3)的截面积。

3.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，还包括筒状支撑体(5)，该筒状支撑体(5)的内壁凸出形成有环状限位凸缘(51)，电感线圈(3)容置在筒状支撑体(5)中且支撑设置在该环状限位凸缘(51)上；容器(1)支撑设置在筒状支撑体(5)的顶部，且软磁磁芯元件(2)穿设于筒状支撑体(5)中。

4.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，还包括用于给电感线圈(3)提供变化的电流的电磁波产生电路(6)。

5.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，还包括穿设于电感线圈(3)中并支撑软磁磁芯元件(2)的支撑件(52)。

6.根据权利要求5所述的电磁感应加热装置，其特征在于，支撑件(52)为陶瓷制件、玻璃制件或塑料制件。

7.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，软磁磁芯元件(2)采用铁磁体或亚铁磁体。

8.根据权利要求7所述的电磁感应加热装置，其特征在于，软磁磁芯元件(2)采用因瓦合金或坡莫合金。