CN1135907C - 判断放置在感应加热炊具上的物体种类的装置和方法 - Google Patents

Abstract

判断放置在感应加热炊具上的物体种类的装置和方法包括整流/平滑单元，一个加热单元，第一电流检测器，第二电流检测器，控制器，一个变换器驱动单元，以及一个开关驱动单元。该装置使感应加热炊具上的待加热物体能够以一适当的频率被加热。

Description

判断放置在感应加热炊具上的物体种类的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种感应加热炊具，特别涉及一种判断放置在能够确定感应加热炊具上的物体是否是如勺和厨刀那样的小器具，或者是铁磁性容器还是非铁磁性容器，并由此利用一恰当的频率暂停对所放置物体的加热操作的感应加热炊具上的物体种类的装置和方法。

背景技术

参照示出了判断感应加热炊具上待加热物体种类的装置的电路图的图1，该装置包括：一个由对商用交流电流进行整流的整流器BD、对整流电压进行平滑的电感器L1和电容器C1组成的整流/平滑单元1；一个由响应驱动信号DS来接通已整流的商用交流电流的变换器INV、一对其每个的一端与变换器INV的输出终端H，L的相应一端相连并且它们之间的另一端相互连接起来的电容器C2，C3和连接在电容器C2，C3的公共端与变换器的另一输出端M之间的加热所放置的物体的工作线圈L组成的加热单元2；一个检测施加于整流/平滑单元1上的商用交流电流的电流检测器4；一个根据从电流检测器输出的电压来判断物体3种类并以此输出一控制信号CS的控制器5；以及一个接收控制信号CS并驱动加热单元2中的变换器的变换器驱动单元6。

加热单元2的谐振频率f_R是根据工作线圈L的电感和谐振电容器C1，C2各自的电容值确定的，如下公式： $f_R=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L(C1+C2)}}$ (其中，f_R表示谐振频率)。

下面将描述本发明如此构成的用于判断感应加热炊具上待加热的物体种类的装置。

首先，当使用者将物体3置于工作线圈L上且按下启动键(未示出)时，商用交流电流施加于感应加热炊具，同时控制器5将控制信号CS输出给变换器驱动单元6，该单元6接着向加热单元2中的变换器INV输出一个高频驱动信号DS。变换器INV被换向，以此接通或断开在整流/平滑单元1中进行整流的商用交流电流。

假设根据上述公式加热单元2的谐振频率f_R是25MHz，在感应加热炊具工作的初始阶段中，控制器5输出一个控制信号CS以使加热单元2的频率达到30MHz。

此时，在变流器CT中检测商用交流电流，并且电流检测器4向控制器5输出一个与商用交流电流量相应的预定电压。在此控制器5以数据信号的形式储存该电压值。

控制器5输出控制信号CS，以使变换器INV中的换向频率稍低于30MHz，并接收从电流检测器4输出的电压并将此电压储存起来。

当在重复上述步骤的过程中加热单元2的频率上升到28MHz时，控制器5平均迄今为止输入的电压值并将其储存起来，并判断放置在感应加热器上的物体是否是小器具，如果不是小器具，还要判断此物体是磁性材料还是非磁性材料。当放置的物体被确定是小器具时，全部操作停止以便不再加热该小器具。相反，当放置的物体被确定不是小器具而是磁性容器时，则选择适当的频率来加热磁性容器3。

然而，传统的已有技术中的这种判断放置在感应加热炊具上的物体种类的装置是在不包括谐振频率的一个范围内改变频率的，这种装置不断地接收与变化的频率相应的电压变量，将接收的值平均，确定所放置物体的种类，由此产生了一个可观的判断物体种类的时间。

此外，传统的感应加热炊具的加热装置的缺点在于：为了加热其表面热阻比磁性容器小的非磁性容器，应使用大于谐振频率25KMz的大约80MHz的频率，由于工作线圈弯曲的数目是固定的，因此非磁性容器没被加热。

发明内容

因此，本发明的第一个目的是提供一种判断放置在感应加热炊具上的物体的种类的装置和方法，它可在一个较短的时间周期内确定放置在感应加热炊具上的物体的种类，并且变换器的换向频率固定在一个确定的水平上。

本发明的第二个目的是提供一种判断放置在感应加热炊具上的物体的种类的装置和方法，在变换器的换向频率固定的情况下，它检测施加于整流单元的商用交流电流和从变换器施加于工作线圈的电流，并根据这两个检测的电流确定放置在炊具上的物体是否是小器具。

本发明的第三个目的是提供一种判断放置在感应加热炊具上的物体的种类的装置和方法，它是由通过判断放置在感应加热炊具上的物体是磁性容器还是非磁性容器来向磁性容器或非磁性容器提供适当谐振频率的电路组成的。

为了达到上述目的，根据本发明提供了一种用于判断放置在感应加热炊具上的物体种类的装置，该装置包括一个对商用交流电流进行整流和平滑的整流/平滑单元；一个利用适当的频率来加热放置在感应加热炊具上的物体的加热单元；一个检测施加于整流/平滑单元的商用交流电流并将此检测电流转换成电压V_a的第一电流检测器；一个检测流过加热单元的一个工作线圈并将此检测电流转换为电压V_b的第二电流检测器；一个接收从第一电流检测器输出的电压V_a和从第二电流检测器输出的电压V_b并将此两个电压V_a、V_b的每个值与预定的电压值相比较，确定待加热单元加热的物体是否是小器具，当判断此物体不是小器具时，判断此物体是磁性容器还是非磁性容器，将控制信号输出到开关驱动单元的控制器；一个根据控制器的控制命令将变换器驱动信号输出给加热单元的变换器驱动单元；所述开关驱动单元利用所述适当的频率，将开关驱动信号输出到加热物体的加热单元。

此外，为了达到上述目的，提供一种根据本发明用于判断放置在感应加热炊具上的物体种类的方法，该方法包括按照判断小器具的频率来驱动加热炊具的第一步骤；读出与其中所检测的应用交流电流量相对应的电压以及与其中所检测的施加于变换器中的工作线圈的电流量相对应的另一个电压的第二步骤；将第二步骤中读取的两个电压分别与预定的参考电压值相比较，确定待加热的物体是否是小器具，当确定此物体不是小器具时，确定此物体是磁性容器还是非磁性容器的第三步骤；当判断物体是小器具时停止全部操作，由此暂停物体的加热操作，以及当确定物体不是小器具的情况下判断物体为磁性容器或非磁性容器时，经开关驱动信号DS2来改变SW的状态，以变化加热单元的连接方式的第四步骤。

附图说明

图1是根据传统已有技术来判断放置在感应加热炊具上的物体种类的装置的电路图；

图2是根据本发明来判断放置在感应加热炊具上的物体种类的装置的电路图；

图3是图示本发明与感应加热炊具上待加热的物体种类和大小相应的检测电压值的图表；

图4是图示本发明判断感应加热炊具上待加热物体种类的方法流程图。

具体实施方式

参照图示出根据本发明的用于判断放置在感应加热炊具上的物体种类的装置的图2，该装置具有：一个对商用交流电流进行整流和平滑的整流/平滑单元1；一个根据变换器驱动信号DS1使已整流和平滑的商用交流电流换向的包括一变换器INV的加热单元20；一对相互串联在变换器INV的上端H和下端L之间的电阻器C2、C3；相互串联在变换器INV的中端M和电容器C2、C3的公共端之间的一对工作线圈L1、L2和一个电阻器C4；一个与工作线圈L3和电阻器C4并联的开关SW；一个用于检测施加于整流/平滑单元1的商用交流电流并将检测的电流转换成电压V_a的第一电流检测器4；一个用于检测从变换器INV流到加热单元20中的工作线圈L2的高频电流并将检测的电流转换成电压V_b的第二电流检测器70；一个接收从第一电流检测器4输出的电压和从第二电流检测器70输出的另一电压，确定待加热单元20加热的物体3是不是小器具以及确定被判断为不是小器具的物体是磁性容器还是非磁性容器，输出一个使加热单元2中的变换器INV换向的变换器控制信号CS1，并同时还输出一个控制加热单元2中的开关SW的开/关操作的开关控制信号CS2的控制器5；一个根据变换器控制信号CS1将变换器驱动信号DS1提供给加热单元2中的变换器INV的变换器驱动单元6；以及一个根据继电器控制信号CS2将开关驱动信号DS2提供给加热单元2中的开关SW的开关驱动单元80。

第一电流检测器4包括：检测施加于整流/平滑单元1的商用交流电流的第一变流器CR1；将由变流器CT1检测的商用交流电流转换成交流电压的第一电流/电压变换器41；对已转换的交流电压进行整流/平滑的第一整流/平滑单元42；以及使整流/平滑后的电压部分增压并将此部分增加的电压提供给控制器5的部分增压单元43。

第二电流检测器70包括：位于变换器INV的中间终端M和工作线圈L2中间并检测流过工作线圈L2的高频率的第二变流器CT2；将由变流器CT2检测的高频电流转换成交流电压的第二电流/电压转换器71；对转换后的交流电压进行整流/平滑并把结果值提供给控制器5的第二整流/平滑单元72；以及使经整流/平滑的电压部分增压并将此部分增加的电压提供给控制器5的第二部分增压单元73。

下面将参照图3和图4描述本发明判断放置在感应加热炊具上的物体种类的装置的操作情况。

首先，当使用者将待加热的物体放置在工作线圈L上并且按下启动键(未示出)时，商用交流电流被施加于感应加热炊具，同时控制器5向开关驱动单元80输出开关控制信号CS2，接着开关驱动单元又向加热单元20的开关SW输出开关驱动信号DS2，由此接通开关SW，此状态被叫作″磁性模式″，而另一种开关SW关闭的状态被叫作″非磁性模式″。

下面的表示出了相对磁性模式和非磁性模式的各自的谐振频率。

               磁性模式        非磁性模式

开关1          接通               断开

电感           L2＝La             Ls+L3＝Lb

电容           C2+C3＝Ca        

谐振频率         

如上述表所示，用于加热待加热物体3的装置是工作线圈L2和一对电阻器C1、C3。

其次，控制器5向变换器驱动单元6输出变换器控制信号CS1，相应地，变换器驱动单元6向加热单元20的变换器INV输出变换驱动信号DS1。

这里，变换器控制信号CS1作为一个确定待加热的物体是否是小器具的控制信号。根据该控制信号CS1产生的加热单元20的频率是磁性模式的谐振频率和非磁性模式的谐振频率中间的某一值。在本发明中，当磁性模式的谐振频率是30KMz并且非磁性模式的谐振频率是80KMz时，加热单元20的频率是50KMz，该频率被叫作″判断频率″。

变换器INV根据变换器驱动信号DS1来换向，以便加热工作线圈L2上的待加热物体，流过工作线圈L2的高频电流由第二变流器CT2来检测，同时第一变流器CT1检测商用交流电流。

由第一变流器4的第一变流器CT1所检测的电流在第一电流/电压转换器41中被转换成交流电压，并在第一整流/平滑单元42中被整流和平滑。通过第一部分增压单元43中的电阻R3、R4、R5使平滑后的电压部分增压。该部分增加的电压V_a施加给控制器5。

由第二电流检测器70中的第二变流器CT2检测的高频电流在第二电流/电压变换器71中被转换成交流电压，并在第二整流/平滑单元72中被整流和平滑。通过第二部分增压单元73中的电阻R7、R8使平滑后的电压部分增压。该部分增加的电压V_b施加给控制器5。

图3是一张图示本发明的与感应加热炊具上的待加热物体的种类和大小相应的电压值的表，并公开了通过加热一些预先知道其种类和大小的物体所得到的实验结果。

如图中所示，物体的种类是铁磁性容器、非铁磁性容器和三层底的容器，并且根据相应的容器分为底长度为7cm、8cm和9cm。

在本发明中，将其底的长度小于8cm的物体确定为小器具底。

如图3所示，在铁磁性容器底的直径小于8cm的情况下，电压V_a应该约大于1.2V，而电压V_b应该约大于0.75V。

在三层底容器的底长度大于8cm的情况下，电压V_a应该约大于1.2V，而电压V_b应该约大于1.8V。

在非铁磁性容器的底长度大于8cm的情况下，电压V_a应该约大于1.45V，而电压V_b应该约大于2.1V。

作为一个判断小器具的参考电压，分别设定铁磁性容器和三层底容器的电压V_a为1.2V，而非铁磁性容器的电压V_b为1.8V。当待加热的物体被确定为小器具时，通过使用电压V_b判断容器的种类。

控制器5根据所应用的两个电压V_a、V_B的相应值，参照图3所示的电压值来确定物体的种类，并且有关的说明将在下面描述。

图4是一张图示本发明判断感应加热炊具上的待加热物体的种类的方法的流程图。

如图所示，当使用者按下启动键并且本发明的装置开始运行时(步骤1)，控制器5选择(步骤2)″判断频率″，并输出开关控制信号CS2以便于加热单元20依据此判断频率来运行。

接着，当检测商用交流电流时，小于的电压V_a施加给控制器5，控制器5读取(步骤4)电压V_a的值并确定(步骤S5)电压V_a的值是否电压1.2V。

当确定的结果不大于1.2V时，待加热的物体3被判断(步骤S14)是小器具，由此暂停变换器INV的运行并停止本发明装置的全部操作。另外，当不大于1.2V并不小于1.2B时，判断其结果是错误的并另外再读取(步骤S7)电压V_a的值。

在电压值大于1.2V时，读取(步骤S6)所应用的电压V_b的值，并判断(步骤S8)电压值V_b的值是否大于1.8V。

当电压值V_b的值不大于1.8V时，判断(步骤S10)电压值是否大于0.75V并小于1.0V；否则，待加热的物体3在步骤S14、S17中被判断是小器具。

反之，满足步骤S10的条件，则物体3被确定(步骤S13)是铁磁性容器，因此开关SW连续保持接通的状态，由此，铁磁性容器的物体3以磁性模式来加热。

如果满足了步骤S8的条件，要判断(步骤S9)电压V_b的值是否小于2.1V，如果满足了步骤S9的条件，物体3被判断(步骤S12)是三层底容器。那么，输出(步骤S16)开关控制信号CS2，因此开关SW被断开，由此，使三层底容器变为以非磁性模式来加热。

若步骤S9满足了预定的条件，将物体3确定(步骤S11)为非铁磁性容器，因此执行步骤S15，由此，物体3作为非铁磁性容器以磁性模式来加热。

如上所述，本发明用于根据一固定的频率确定待加热的物体是否是小器具，以及在确定此物体不是小器具的情况下确定其是磁性容器还是非磁性容器，以便减少判断物体种类的时间。

此外，在确定物体的大小后，要判断此确定的物体是磁性容器还是非磁性容器，由此，利用一个适当的频率来加热待加热的物体。

Claims (9)

1.一种用于判断放置在感应加热炊具上的物体种类的装置，它包括：

一个对商用交流电流进行整流和平滑的整流/平滑单元；

一个利用适当的频率来加热放置在感应加热炊具上的物体的加热单元；

一个用于检测施加于整流/平滑单元的商用交流电流并将所检测的电流转换成电压V_a的第一电流检测器；

一个用于检测流过加热单元中至少一个工作线圈的高频电流并将所检测的电流转换成电压V_b的第二电流检测器；

一个用于接收从第一电流检测器输出的电压V_a和从第二电流检测器输出的电压V_b，将两个电压V_a、V_b的每个值与预定的参考电压值相比较，确定待加热单元加热的物体是否是小器具，并在判断其不是小器具时确定此物体是磁性容器还是非磁性容器，并将控制信号输出到开关驱动单元的控制器；

一个根据控制器的控制信号向加热单元输出变换器驱动信号的变换器驱动单元；

所述开关驱动单元利用所述适当的频率，将开关驱动信号输出到加热物体的加热单元。

2.如权利要求1所述的装置，其中加热单元包括：

一个根据变换器驱动信号来使已整流和平滑的商用交流电流切换的变换器；

相互串联在变换器的上端和下端之间的第一和第二电容器；

在变换器的中端与第一和第二电容器的公共端之间相互串联的第一和第二工作线圈及第三电容器；以及

一个与第二工作线圈和第三电容器并联的开关。

3.如权利要求1所述的装置，其中控制器中预定的参考电压值是通过参照待加热物体底部的大小所进行的实验获得的。

4.如权利要求2所述的装置，其中当待加热的物体被确定为磁性容器时，控制器向开关驱动单元输出接通开关的开关控制信号，而当待加热的物体被确定为非磁性容器时，控制器向开关驱动单元输出断开开关的开关控制信号。

5.如权利要求4所述的装置，其中磁性容器是铁磁性容器或非铁磁性容器，而非磁性容器是三层底的容器。

6.一种用于判断放置在感应加热炊具上的物体种类的方法，它包括：

按照判断小器具的频率来驱动加热炊具的第一步骤；

读取与其中检测的应用交流电流量相对应的电压，以及与其中检测的并由变换器施加于工作线圈的电流量相对应的另一个电压的第二步骤；

将第二步骤中分别读取的两个电压与预定的参考电压值比较，确定待加热的物体是否是小器具，当判断其不是小器具时，确定此物体是磁性容器还是非磁性容器的第三步骤；以及

当判断物体是小器具时，停止全部操作，由此暂停对物体的加热操作，当在物体不是小器具的情况下判断物体是磁性容器或非磁性容器时，经开关驱动信号DS2来改变开关SW的状态，以改变加热单元中的连接方式的第四步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其中第一步骤中判断小器具的频率值大于加热磁性容器的谐振频率，并小于加热非磁性容器的谐振频率。

8.如权利要求6所述的方法，其中第三步骤中预定的参考电压值是通过参照待加热物体的底部大小所进行的实验获得的。

9.如权利要求6所述的方法，其中在磁性模式中感应加热炊具上的待加热物体是铁磁性容器或非铁磁性容器，而在非磁性模式中感应加热炊具上的待加热物体是三层底的容器。

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