CN113647196A - 用于调节感应线圈的气隙的电磁炉、方法和计算机程序产品 - Google Patents
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Abstract
提供了一种包括感应线圈(110)、支撑结构(120)、铁磁性元件(141)和非铁磁性元件(142)的电磁炉(100)。感应线圈(110)被布置成接收变化的电流并产生对应的变化的电磁场。支撑结构(120)被布置成支撑在感应线圈(110)上方的铁磁性物体(130)，所述铁磁性物体(130)被放置在对应的变化的电磁场中以磁耦合到感应线圈(110)，从而确定感应线圈(110)和铁磁性物体(130)之间的互感。铁磁性元件(141)和非铁磁性元件(142)被布置成位于支撑结构(120)和感应线圈(110)之间，并且基于感应线圈(110)和铁磁性物体(130)之间的互感在对应的变化的电磁场中选择性地移动。
Description
技术领域
本公开涉及用于调节感应线圈的气隙的电磁炉、方法和计算机程序产品。
背景技术
电磁炉是已知的，其中变化的电流通过感应线圈，因此线圈产生对应的变化的电磁场。当烹饪容器接近于感应线圈放置时，变化的电磁场在铁磁烹饪容器等中引起变化的涡流，这接着加热烹饪容器并因此加热烹饪容器的内容物。
US4467162A公开了一种感应加热设备，该设备包括用于接纳待加热的可磁化材料容器的顶板、由铁材料制成的底板、设置在顶板和底板之间的空间中的加热线圈、以及由非可磁化金属材料制成并设置在加热线圈和底板之间的空间中的屏蔽板构件。尽管板构件具有屏蔽从加热线圈引出的磁通的磁力线的益处，但是其缺点在于：在固定位置处、位于加热线圈和底板之间、以及由一种材料制成，即非可磁化材料制成。
发明内容
根据本文公开的第一方面，可以提供一种包括感应线圈、支撑结构、铁磁性元件和非铁磁性元件的电磁炉。感应线圈被布置成接收变化的电流并产生对应的变化的电磁场。支撑结构被布置成支撑感应线圈上方的铁磁性物体，使得铁磁性物体放置在对应的变化的电磁场中以磁耦合到感应线圈，从而确定感应线圈和铁磁性物体之间的互感。铁磁性元件和非铁磁性元件被布置成位于支撑结构和感应线圈之间，并且基于感应线圈和铁磁性物体之间的互感在对应的变化的电磁场中选择性地移动。
因此，在变化的电磁场中插入铁磁性和/或非铁磁性元件导致感应线圈和铁磁性物体磁之间的气隙，从而感应线圈和铁磁性物体之间的磁耦合被修改，并且由于选择性插入，以可调节的方式被修改。
在第一方面的示例中，铁磁性元件和非铁磁性元件可以被布置成水平和/或垂直地移动。
在第一方面的示例中，铁磁性元件可以在对应的变化的电磁场中移动，以增加感应线圈和铁磁性物体之间的互感，并且非铁磁性元件可以在对应的变化的电磁场中移动，以减小感应线圈与铁磁性物体之间的互感。
在第一方面的示例中，铁磁性元件可以在对应的变化的电磁场中移动到以下位置，在该位置，感应线圈和铁磁性物体之间的互感的值高于在铁磁性元件的位移之前感应线圈和铁磁性物体之间的互感的值。
在第一方面的示例中，非铁磁性元件可以在对应的变化的电磁场中移动到以下位置，在该位置，感应线圈和铁磁性物体之间的互感的值低于在非铁磁性元件的位移之前感应线圈和铁磁性物体之间的互感的值。
在第一方面的示例中，感应线圈可以被布置成朝向或远离铁磁性物体移动。
根据本文公开的第二方面，可以提供一种操作电磁炉的方法。该方法可以包括：在感应线圈处接收变化的电流；在感应线圈处产生对应的变化的电磁场；在支撑结构处，支撑在感应线圈上方的铁磁性物体，铁磁性物体被放置在对应的变化的电磁场中以磁耦合到感应线圈，从而确定感应线圈和铁磁性物体之间的互感；以及基于感应线圈和铁磁性物体之间的互感，在对应的变化的电磁场中选择性地移动铁磁性元件和/或非铁磁性元件，铁磁性元件和非铁磁性元件被布置成位于支撑结构和感应线圈之间。
在第二方面的示例中，选择性地移动铁磁性元件和/或非铁磁性元件可以包括在对应的变化的电磁场中移动铁磁性元件，以增加感应线圈和铁磁性物体之间的互感；以及在对应的变化的电磁场中移动非铁磁性元件，以减小感应线圈和铁磁性物体之间的互感。
在第二方面的示例中，选择性地移动铁磁性元件可以包括在对应的变化的电磁场中将铁磁性元件移动到以下位置，在该位置，感应线圈和铁磁性物体之间的互感的值高于在铁磁性元件的位移之前感应线圈和铁磁性物体之间的互感的值。
在第二方面的示例中，选择性地移动非铁磁性元件可以包括在对应的变化的电磁场中将非铁磁性元件移动到以下位置，在该位置，感应线圈和铁磁性物体之间的互感的值低于在非铁磁性元件的位移之前感应线圈与铁磁性物体之间的互感的值。
在第二方面的示例中，铁磁性元件和非铁磁性元件可以被布置成水平和/或垂直地移动。
在第二方面的示例中，感应线圈可以被布置成朝向或远离铁磁性物体移动。
根据本文公开的第三方面，可以提供一种包括程序指令的计算机程序产品，使得当在装置上执行计算机程序时，该装置被布置成执行根据第二方面和第二方面的示例中的任一项所述的方法。
附图说明
为了帮助理解本公开并展示如何实现实施例，以示例的方式参考附图，在附图中：
图1示意性地示出了根据本公开的电磁炉的示例；和
图2示意性地示出了朝向和远离铁磁性炊具的感应线圈的示例。
具体实施方式
本公开涉及使用铁磁性炊具的直接感应加热而不是依赖于间接辐射、对流或热传导的感应烹饪。
通常，电磁炉包括线圈(也称为感应线圈或工作线圈)，该线圈放置在铁磁性炊具下方，并且变化的电流通过线圈，从而产生对应的变化的电磁场。当铁磁性炊具靠近感应线圈放置时，变化的电磁场在铁磁性炊具中引起对应的变化的电动势(emf)。emf是铁磁性炊具与线圈之间的互感以及通过线圈的变化的电流的改变速率的函数。感应的涡流流过铁磁性炊具的电阻，并通过焦耳效应来消散热，从而加热铁磁性炊具。铁磁性炊具的电阻取决于其磁导率μ和其电阻率ρ以及线圈的激励频率，使得可以为具有相对高的磁导率和电阻率的铁磁性炊具生成足够的热。
参考图1，示意性地示出了根据本公开的电磁炉100的示例。
电磁炉100可以包括作为感应线圈110的感应加热元件、支撑结构120、铁磁性元件141和非铁磁性元件142。
可以例如由铜线等制成的感应线圈110被布置成接收变化的电流并产生对应的变化的电磁场。
可以例如由陶瓷材料等制成的支撑结构120被布置成支撑感应线圈110上方的铁磁性物体130。
可以例如由铸铁和不锈钢的一些合金制成的铁磁性物体130在对应的变化的电磁场中被放置在支撑结构120上，以磁耦合到感应线圈110，类似于变压器的初级和次级线圈之间的耦合。铁磁性物体130可以是烹饪容器，诸如烹饪锅、平底锅、煎锅等。
由诸如铁、钴、镍、其合金、稀土金属等的可磁化材料制成的铁磁性元件141以及由诸如铜、铝等的非可磁化材料制成的非铁磁性元件142被布置成位于支撑结构120和感应线圈110之间。铁磁性元件141和非铁磁性元件142可以例如是任何形状的板(例如，矩形、方形、圆形等)并且相对于支撑结构120设置在水平面或倾斜平面中。如图1中的箭头所示，铁磁性元件141和非铁磁性元件142可以水平和/或垂直地移动并且被布置成在感应线圈110和铁磁性物体130之间在对应的变化的电磁场中移动。
感应线圈110和铁磁性物体130之间的互感给出了彼此之间的磁耦合的可量化指示。互感越高，则磁耦合越高。相反，互感越低，则磁耦合越低。
参考图2，其中感应线圈110朝向和远离铁磁性物体130移动，可以观察到，感应线圈110和铁磁性物体130之间的互感取决于彼此的相对定位。换句话说，互感取决于彼此之间的气隙，使得感应线圈110和铁磁性物体130之间的间隙越近，则彼此之间的磁耦合越高并且互感越高。相反，感应线圈110和铁磁性物体130之间的间隙越远，则彼此之间的磁耦合越低并且互感越低。
在示例实施例中，将铁磁性物体130放置在感应线圈110上方的支撑结构120上，以处于由感应线圈110产生的变化的电磁场中。然后，感应线圈110和铁磁性物体130之间的互感通过测量确定，知道每个铁磁性物体130具有其自身的磁性特性。例如，该确定可以由电磁炉100内的控制器(未示出)来执行。基于所确定的互感的值，铁磁性元件141和/或非铁磁性元件142可以在感应线圈110和铁磁性物体130之间在对应的变化的电磁场中选择性地移动到相应的位置。例如，铁磁性和非铁磁性元件141、142到其相应的位置的位移可以由电磁炉100内的控制器进行控制。
特别地，铁磁性元件141被布置成当在铁磁性元件141的位移之前确定的互感相对低时，在对应的变化的电磁场中水平和/或垂直地移动以便增加感应线圈110和铁磁性物体130之间的互感。当铁磁性物体130的铁磁性特性(例如，磁导率、电阻率等)相对低从而阻止铁磁性物体130生成足够热例如用于烹饪时，可能也是这种情况。在感应线圈110和铁磁性物体130之间插入铁磁性元件141使得彼此之间的气隙的电介质特性被修改。
在下面作为参考互感值，可以指定在铁磁性和非铁磁性元件141、142的位移之前确定的互感。
铁磁性元件141的位置可以到达当互感已经增加直到在所述位置测量的互感的值超过所述参考互感值时的位置。在示例实施例中，可以定义在发生铁磁性元件141的位移的情况下高于参考互感值的目标互感，并且铁磁性元件141的位置可以到达当在所述位置测量的互感的值等于或接近目标互感的值时的位置。
另一方面，非铁磁性元件142被布置成当在非铁磁性元件142的位移之前确定的互感相对高时，水平和/或垂直地移动到对应的变化的电磁场中的相应的位置，以便减小感应线圈110和铁磁性物体130之间的互感。当铁磁性物体130的铁磁性特性(例如，磁导率、电阻率等)相对高从而导致过热并导致材料损坏时，可能也是这种情况。在感应线圈110和铁磁性物体130之间插入非铁磁性元件142使彼此之间的气隙的电介质特性被修改。
非铁磁性元件142的位置可以到达当互感已经减小直到在所述位置测量的互感的值低于所述参考互感值时的位置。在示例实施例中，可以定义在发生非铁磁性元件142的位移的情况下低于参考互感值的目标互感，并且非铁磁性元件142的位置可以到达当在所述位置测量的互感的值等于或接近目标互感的值时的位置。
虽然位置是基于互感测量确定的，但在另一个示例实施例中，它可以基于对铁磁性物体130的加热测量。例如，当对铁磁性物体130的加热低于参考加热值时，铁磁性元件141的位置可以到达当加热已经增加直到在所述位置测量的加热的值超过参考加热值时的位置。另一方面，当对铁磁性物体130的加热超过参考加热值时，非铁磁元件142的位置可以到达当加热已经降低直到在所述位置测量的加热的值低于参考加热值时的位置。通过与目标互感类似的方式，可以相应地定义目标加热值。
在示例实施例中，电磁炉100可以包括多个不同的铁磁性元件141和多个不同的非铁磁性元件142。基于感应线圈110和对应的铁磁性物体130之间的初始确定的互感的值，不同的铁磁性和非铁磁性元件141、142中的一个或多个元件可以在对应的变化的电磁场中选择性地移动。由此，可以更准确地获得目标互感的值。
尽管参考附图在本文中描述的实施例的至少一些方面包括在处理系统或处理器中执行的计算机处理，但是本发明还扩展到适于实现本发明的计算机程序，特别是载体上或载体中的计算机程序。该程序可以是非暂态源代码、对象代码、诸如以部分编译的形式的代码中间源和对象代码的形式，或者可以是适合于在根据本发明的实施方式中使用的任何其它非暂态形式。载体可以是能够携带程序的任何实体或装置。例如，载体可以包括诸如固态驱动器(SSD)或其它基于半导体的读取访问存储器(RAM)之类的存储介质、诸如光盘(CD)ROM或半导体ROM之类的只读存储器(ROM)、诸如软盘或硬盘之类的磁记录介质、一般光存储器装置等。
本文所述的示例应理解为本发明的实施例的说明性示例。可以设想进一步的实施例和示例。关于任何一个示例或实施例描述的任何特征可以单独使用或与其它特征组合使用。另外，关于任何一个示例或实施例描述的任何特征也可以与任何其它示例或实施例的一个或多个特征或者任何其它示例或实施例的任何组合进行组合使用。此外，本文未描述的等同物和修改也可以在本发明的范围内使用，本发明的范围在权利要求中限定。
Claims (13)
1.一种电磁炉(100)，包括：
感应线圈(110)，被布置成接收变化的电流并产生对应的变化的电磁场；
支撑结构(120)，被布置成支撑所述感应线圈(110)上方的铁磁性物体(130)，所述铁磁性物体(130)放置在所述对应的变化的电磁场中以磁耦合到所述感应线圈(110)，从而确定所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感；
铁磁性元件(141)和非铁磁性元件(142)，它们被布置成位于所述支撑结构(120)和所述感应线圈(110)之间，
其中：
所述铁磁性元件(141)和/或所述非铁磁性元件(142)被布置成基于所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感来选择性地在所述对应的变化的电磁场中移动。
2.根据权利要求1所述的电磁炉(100)，其中，所述铁磁性元件(141)和所述非铁磁性元件(142)被布置成水平和/或垂直地移动。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的电磁炉(100)，其中，所述铁磁性元件(141)在所述对应的变化的电磁场中移动，以增加所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感，并且所述非铁磁性元件(142)在所述对应的变化的电磁场中移动，以减小所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电磁炉(100)，其中，所述铁磁性元件(141)在所述对应的变化的电磁场中移动到以下位置，在该位置，所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感的值高于在所述铁磁性元件(141)的位移之前所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感的值。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的电磁炉(100)，其中，所述非铁磁性元件(142)在所述对应的变化的电磁场中移动到以下位置，在该位置，所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感的值低于在所述非铁磁性元件(142)的位移之前所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感的值。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电磁炉(100)，其中，所述感应线圈(110)被布置成朝向或远离所述铁磁性物体(130)移动。
7.一种操作电磁炉的方法，该方法包括：
在感应线圈(110)处接收变化的电流；
在所述感应线圈(110)处产生对应的变化的电磁场；
在支撑结构(120)处支撑在所述感应线圈(110)上方的铁磁性物体(130)，所述铁磁性物体(130)被放置在所述对应的变化的电磁场中以磁耦合到所述感应线圈(110)，从而确定所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感；以及
基于所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感，在所述对应的变化的电磁场中选择性地移动铁磁性元件(141)和/或非铁磁性元件(142)，使得所述铁磁性元件(141)和所述非铁磁性元件(142)被布置成位于所述支撑结构(120)和所述感应线圈(110)之间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中选择性地移动铁磁性元件(141)和/或非铁磁性元件(142)包括：
在所述对应的变化的电磁场中移动所述铁磁性元件(141)，以增加所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感；和
在所述对应的变化的电磁场中移动所述非铁磁性元件(142)，以减小所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感。
9.根据权利要求7至8中的任一项所述的方法，其中选择性地移动铁磁性元件(141)包括：
在所述对应的变化的电磁场中将所述铁磁性元件(141)移动到以下位置，在该位置，所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感的值高于在所述铁磁性元件(141)的位移之前所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感的值。
10.根据权利要求7至8中的任一项所述的方法，其中选择性地移动非铁磁性元件(142)包括：
在所述对应的变化的电磁场中将所述非铁磁性元件(142)移动到以下位置，在该位置，所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感的值低于在所述非铁磁性元件(142)的位移之前所述感应线圈(110)和所述铁磁性物体(130)之间的互感的值。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的方法，其中，所述铁磁性元件(141)和所述非铁磁性元件(142)被布置成水平和/或垂直地移动。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的方法，其中，所述感应线圈(110)被布置成朝向或远离所述铁磁性物体(130)移动。
13.一种计算机程序产品，包括程序指令，使得当在装置上执行所述计算机程序时，所述装置被布置成：
执行根据权利要求7至12中的任一项所述的方法。
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