DE112016007024T5

DE112016007024T5 - Drahtlose leistungsübertragungs-einrichtung, drahtloses leistungsübertragungs-system und induktionsherd

Info

Publication number: DE112016007024T5
Application number: DE112016007024.1T
Authority: DE
Inventors: Ikuro Suga; Jun Bunya; Miyuki Takeshita
Original assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2019-03-21
Also published as: GB201818921D0; JP6559348B2; JPWO2018003092A1; CN109417311A; US20190131824A1; GB2565930B; CN109417311B; GB2565930A; WO2018003092A1; US10734845B2

Abstract

Eine drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Spule, die bei Empfang eines Hochfrequenzstroms ein Hochfrequenzmagnetfeld erzeugt, einen Träger, der die Leistungsaufnahmevorrichtung innerhalb des Hochfrequenzmagnetfelds trägt, eine Wechselrichterschaltung, die der Spule den Hochfrequenzstrom zuführt, und eine Steuerung, die die Wechselrichterschaltung antreibt. Die Steuerung führt einen Leistungsübertragungsbetrieb zur Übertragung von Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung durch, wenn die Impedanz auf der Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung eine Resonanzcharakteristik aufweist, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung geändert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung, ein drahtloses Leistungsübertragungs-System und einen Induktionsherd, die Leistung zu einer Leistungsaufnahmevorrichtung übertragen.
Stand der Technik
Bei herkömmlichen drahtlosen Leistungsübertragungs-Einrichtungen wird eine Lastbestimmungseinheit bereitgestellt, um zu bestimmen, ob eine auf einer oberen Platte platzierte Last eine elektrische Vorrichtung ist oder nicht, und wenn die Lastbestimmungseinheit bestimmt, dass die Last eine elektrische Vorrichtung ist, ein Wechselrichter in Verbindung mit der elektrischen Vorrichtung gesteuert wird (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1).
Referenzl iste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: internationale Veröffentlichung Nr. 2013/094174
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine in Patentliteratur 1 offenbarte drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung bestimmt basierend darauf, wie der Wert des Eingangsstroms variiert, während die Zeit, für die sich ein Halbleiterschalter in einem eingeschalteten Zustand befindet, variiert, ob eine Last ein induktiv zu erhitzendes Objekt oder eine drahtlos mit Leistung zu versorgende elektrische Vorrichtung (Leistungsaufnahmevorrichtung) ist. Induktiv zu erhitzende Objekte variieren jedoch hinsichtlich Material, Form, Größe usw. Bezüglich einer Beziehung zwischen der Variation des Werts des Eingangsstroms und der Variation der Zeit, während der sich ein Halbleiterschalter in einem eingeschalteten Zustand befindet, weisen einige zu erhitzende Objekte eine Charakteristik auf, die den Charakteristiken von elektrischen Vorrichtungen nahekommt. Deshalb gibt es einen Fall, dass das Ergebnis der durch die Lastbestimmungseinheit vorgenommenen Bestimmung fehlerhaft ist. Wenn das Ergebnis der Bestimmung durch die Leistungsbestimmungseinheit fehlerhaft ist, ist es unmöglich, einer elektrischen Vorrichtung eine angemessene Leistung zuzuführen.
Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen des obigen Problems entstanden, und eine Aufgabe der Erfindung ist die der Bereitstellung einer drahtlosen Leistungsübertragungs-Einrichtung, eines drahtlosen Leistungsübertragungs-Systems und eines Induktionsherds, die einer Leistungsaufnahmevorrichtung eine angemessene Leistung zuführen können.
Lösung des Problems
Eine drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung überträgt Leistung zu einer einen Resonanzkreis enthaltenden Leistungsaufnahmevorrichtung. Die drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung enthält eine Spule, die bei Empfang eines Hochfrequenzstroms ein Hochfrequenzmagnetfeld erzeugt, einen Träger, der die Leistungsaufnahmevorrichtung innerhalb des Hochfrequenzmagnetfelds trägt, eine Wechselrichterschaltung, die der Spule den Hochfrequenzstrom zuführt, und eine Steuerung, die Antreiben der Wechselrichterschaltung steuert. Die Steuerung führt einen Leistungsübertragungsbetrieb zur Übertragung von Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung durch, wenn die Impedanz auf der Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung eine Resonanzcharakteristik zeigt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung geändert wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
In einer drahtlosen Leistungsübertragungs-Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Impedanz auf einer Ausgangsseite einer Wechselrichterschaltung eine Resonanzcharakteristik zeigt, ein Leistungsübertragungsbetrieb zur Übertragung von Leistung zu einer Leistungsaufnahmevorrichtung durchgeführt, wodurch der Leistungsaufnahmevorrichtung eine angemessene Leistung zugeführt werden kann.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht einer Induktionsheizspule des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung und eine Konfiguration einer auf einer oberen Platte des Induktionsherds platzierten Leistungsaufnahmevorrichtung veranschaulicht.
4 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration einer Leistungsaufnahmevorrichtung und einer Treiberschaltung des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 veranschaulicht ein Beispiel für Impedanzcharakteristiken der Leistungsaufnahmevorrichtung und eines zu erhitzenden Objekts.
6 ist ein Schaltbild, das Konfigurationen einer Leistungsaufnahmevorrichtung und einer Treiberschaltung eines Induktionsherds gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
7 ist ein Schaltbild, das Konfigurationen einer Leistungsaufnahmevorrichtung und einer Treiberschaltung eines Induktionsherds gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
8 veranschaulicht eine Induktionsheizspule eines Induktionsherds gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Blockdiagramm, das Konfigurationen einer Leistungsaufnahmevorrichtung und einer drahtlosen Leistungsübertragungs-Einrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsform 1
(Konfiguration)
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 veranschaulicht wird, enthält ein Induktionsherd 100 auf seiner Oberseite eine obere Platte 4, auf der ein zu erhitzendes Objekt 5, wie zum Beispiel ein Topf, platziert werden soll. Bei dem Induktionsherd 100 gemäß Ausführungsform 1 wird, wie später unter Bezugnahme auf beispielsweise 3 beschrieben wird, auch eine Leistungsaufnahmevorrichtung 200 auf der oberen Platte 4 platziert. Der Induktionsherd 100 gemäß Ausführungsform 1 funktioniert als eine Drahtlosleistungsvorrichtung, die Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 überträgt.
Die obere Platte 4 enthält eine erste Induktionsheizzone 1 und eine zweite Induktionsheizzone 2 als Heizzonen zum induktiven Erhitzen des Objekts 5. Die erste Induktionsheizzone 1 und die zweite Induktionsheizzone 2 sind in einem Bereich nahe einem Vorderrand der oberen Platte 4 lateral nebeneinander angeordnet. Der Induktionsherd 100 gemäß Ausführungsform 1 enthält auch eine dritte Induktionsheizzone 3 als eine dritte Heizzone. Die dritte Heizzone 3 befindet sich hinter der ersten Induktionsheizzone 1 und der zweiten Induktionsheizzone 2 und in einem zentralen Bereich der oberen Platte 4, der sich im Wesentlichen in dem Zentrum der oberen Platte 4 in einer lateralen Richtung davon befindet.
Unter der ersten Induktionsheizzone 1, der zweiten Induktionsheizzone 2 und der dritten Induktionsheizzone 3 sind jeweilige Induktionsheizspulen, das heißt eine erste Induktionsheizspule 11, eine zweite Induktionsheizspule 12 und eine dritte Induktionsheizspule 13, bereitgestellt. Jede der ersten bis dritten Induktionsheizspule 11 bis 13 erhitzt ein zu erhitzendes Objekt, das auf einer jeweiligen der Heizzonen platziert ist.
Die gesamte obere Platte 4 ist aus einem Material gemacht, das Infrarotstrahlung transmittiert, wie zum Beispiel hitzebeständigem Hartglas oder kristallisiertem Glas. Des Weiteren sind an der oberen Platte 4 kreisförmige Topfpositionsanzeigen durch Lackieren, Drucken oder andere Verfahren an Stellen, die jeweiligen Heizbereichen (Heizzonen) der ersten Induktionsheizspule 11, der zweiten Induktionsheizspule 12 und der dritten Induktionsheizspule 13 entsprechen, ausgebildet, wobei die Topfpositionsanzeigen dazu bereitgestellt sind, ungefähr anzuzeigen, wo ein Topf positioniert werden soll.
Eine Betriebseinheit 40 ist nahe dem Vorderrand der oberen Platte 4 bereitgestellt. Die Betriebseinheit 40 funktioniert als eine Eingabevorrichtung, die Einstellungen hinsichtlich Heizleistung (elektrischer Leistung), Kochmenü (zum Beispiel Wasserkochmodus oder Bratmodus) usw. vornimmt, wobei die Heizleistung zum Erhitzen des Objekts 5 oder dergleichen unter Verwendung der ersten Induktionsheizspule 11, der zweiten Induktionsheizspule 12 zugeführt wird. Bei Ausführungsform 1 ist die Betriebseinheit 40 eine Betriebseinheit 40a, eine Betriebseinheit 40b und in eine Betriebseinheit 40c unterteilt, die für die jeweiligen Induktionsheizspulen bereitgestellt sind.
Eine Anzeigeeinheit 41 ist als eine Benachrichtigungseinheit nahe der Betriebseinheit 40 bereitgestellt. Die Anzeigeeinheit 41 zeigt Informationen, wie zum Beispiel einen Betriebszustand jeder der Induktionsheizspulen, und Details eines Betriebs und eine Eingabe von der Betriebseinheit 40 an. Bei Ausführungsform 1 ist die Anzeigeeinheit 41 in eine Anzeigeeinheit 41a, eine Anzeigeeinheit 41b und eine Anzeigeeinheit 41c unterteilt, die für die jeweiligen Induktionsheizspulen bereitgestellt sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass weder die Betriebseinheit 40 noch die Anzeigeeinheit 41 für den Fall, dass sie in Betriebs- oder Anzeigeeinheiten unterteilt sind, die für die jeweiligen Induktionsheizspulen bereitgestellt sind, oder den Fall, dass sie zwischen den Induktionsheizspulen geteilt werden, beschränkt sind. Zum Beispiel ist die Betriebseinheit 40 beispielsweise aus einem mechanischen Schalter zusammengesetzt, wie zum Beispiel einem Druckschalter oder einem Druckpunktschalter, oder einem Berührungsschalter, der einen Eingabevorgang basierend auf einer Änderung einer Elektrodenkapazität detektiert. Ferner ist die Anzeigeeinheit 41 beispielsweise aus einer Flüssigkristallvorrichtung (LCD) oder einer LED zusammengesetzt.
Die Betriebseinheit 40 und die Anzeigeeinheit 41 können zu einer Anzeige- und Betriebseinheit 43 kombiniert sein. Die Anzeige- und Betriebseinheit 43 ist zum Beispiel aus einem Touchpanel zusammengesetzt, der mit einem Berührungsschalter versehen ist, welcher sich auf einer Oberseite einer LCD befindet.
Die erste Induktionsheizspule 11, die zweite Induktionsheizspule 12 und die dritte Induktionsheizspule 13 sind zum Beispiel wie unten beschrieben konfiguriert. Es sei darauf hingewiesen, dass die erste Induktionsheizspule 11, die zweite Induktionsheizspule 12 und die dritte Induktionsheizspule 13 die gleiche Konfiguration aufweisen. Deshalb wird die Konfiguration unter Bezugnahme auf die Konfiguration der ersten Induktionsheizspule 11 beschrieben.
2 ist eine Draufsicht einer Induktionsheizspule des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Die erste Induktionsheizspule 11 ist aus mehreren Spulen zusammengesetzt, die im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind. Zum Beispiel ist die erste Induktionsheizspule 11 aus vier Spulen 11-1 bis 11-4 zusammengesetzt, die im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind. Die Spulen 11-1 bis 11-4 sind verbunden und als eine einzelne durchgehende Spule bereitgestellt. Die Spulen 11-1 bis 11-4 sind jeweils als eine Wicklung aus einem leitfähigen Draht, der aus einem beliebigen isolierten Metall (zum Beispiel Kupfer oder Aluminium) hergestellt ist, gebildet.
Wenn der ersten Induktionsheizspule 11, der zweiten Induktionsheizspule 12 und der dritten Induktionsheizspule 13 Hochfrequenzleistung von einer Treiberschaltung 50 zugeführt wird, wird von jeder dieser Induktionsheizspulen ein Hochfrequenzmagnetfeld erzeugt. Die Konfiguration der Treiberschaltung 50 wird später ausführlich beschrieben.
Wie in 1 veranschaulicht wird, ist eine Steuereinheit 45 im Induktionsherd 100 dazu untergebracht, den Gesamtbetrieb des die Treiberschaltung enthaltenden Induktionsherds 100 zu steuern.
Die Steuereinheit 45 ist aus einer speziellen Hardware oder einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU, und auch als Verarbeitungseinheit, Arithmetikeinheit, Mikroprozessor, Mikrocomputer oder Prozessor bezeichnet) zusammengesetzt, die ein in einem Speicher 48 (siehe 3) gespeichertes Programm ausführt.
In dem Fall, dass die Steuereinheit 45 eine spezielle Hardware ist, entspricht die Steuereinheit 45 zum Beispiel einer einzelnen Schaltung, einer zusammengesetzten Schaltung, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem Field Programmable Gate Array (FPGA) oder einer Kombination dieser Schaltungen. Als funktionale Einheiten, die jeweils durch die Steuereinheit 45 implementiert werden können, kann jeweilige Hardware eingesetzt werden, oder kann eine einzige Hardware eingesetzt werden.
In dem Fall, dass die Steuereinheit 45 eine CPU ist, wird jede der durch die Steuereinheit 45 durchzuführenden Funktionen durch Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware implementiert. Die Software oder Firmware wird als ein Programm beschrieben und im Speicher 48 gespeichert. Die CPU liest das im Speicher 48 gespeicherte Programm und führt es aus, wodurch jede Funktion der Steuereinheit 45 durchgeführt wird. Der Speicher 48 ist zum Beispiel ein nicht flüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie zum Beispiel ein RAM, ein ROM, ein Flash-Speicher, ein EPROM oder ein EEPROM.
Die Funktionen der Steuereinheit 45 können teilweise durch spezielle Hardware implementiert werden und können teilweise durch Software oder Firmware implementiert werden.
3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung und die Konfiguration einer auf der oberen Platte des Induktionsherds platzierten Leistungsaufnahmevorrichtung veranschaulicht. Genauer ist die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 in dem in 3 veranschaulichten Zustand auf der sich auf der Oberseite der oberen Platte 4 des Induktionsherds 100 befindenden ersten Induktionsheizzone 1 platziert. Der Induktionsherd 100, der als drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung wirkt, und die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 bilden ein drahtloses Leistungsübertragungs-System.
Wie in 3 veranschaulicht wird, ist die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 zum Beispiel ein Kochgerät (zum Beispiel eine Fritteuse, ein Dampfgarer, ein Röstgerät oder ein Toaster), das für anderes Garen als Induktionsgaren bereitgestellt ist. Alternativ ist die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ein Kochgerät (zum Beispiel ein Mixer, ein Rührer, eine Mühle, ein Schaumschläger oder eine Küchenmaschine) zur Verwendung beispielsweise bei Vorbereitungen zum Kochen oder Durchführung von Behandlung vor dem Kochen.
Die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 enthält eine Leistungsaufnahmespule 65, die Leistung durch elektromagnetische Induktion aufnimmt, eine Leistungsaufnahmeschaltung 81, die durch die Leistungsaufnahmespule 65 aufgenommene Leistung gleichrichtet und glättet, eine Lastschaltung 82, die mit einer Ausgangsseite der Leistungsaufnahmeschaltung 81 verbunden ist, und eine Sekundärsteuereinheit 83, die die Leistungsaufnahmeschaltung 81 und die Lastschaltung 82 steuert.
Die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist dazu auf der oberen Platte 4 des Induktionsherds 100 platziert, Leistung vom Induktionsherd 100 drahtlos aufzunehmen. Genauer wird von der ersten Induktionsheizspule 11 ein Hochfrequenzmagnetfeld erzeugt, wenn der sich unter der oberen Platte 4 des Induktionsherds 100 befindenden ersten Induktionsheizspule 11 durch die Treiberschaltung 50 Hochfrequenzleistung zugeführt wird. Das Hochfrequenzmagnetfeld wird von der in der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 bereitgestellten Leistungsaufnahmespule 65 aufgenommen, und somit wird die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 drahtlos mit Leistung versorgt.
In dem Fall, dass die Lastschaltung 82 eine Heizvorrichtungslast ist, steuert die Sekundärsteuereinheit 83 der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 die Leistungsaufnahmeschaltung 81 zu dieser Zeit dahingehend, der Lastschaltung 82 von der Leistungsaufnahmespule 65 aufgenommene Leistung ohne jegliche Verarbeitung als Wechselstromleistung zuzuführen.
In dem Fall, dass die Lastschaltung 82 zum Beispiel eine Motorlast ist, steuert die Sekundärsteuereinheit 83 die Leistungsaufnahmeschaltung 81 ferner derart, dass von der Leistungsaufnahmespule 65 aufgenommene Leistung gleichgerichtet und geglättet wird und durch eine Wechselrichterschaltung oder dergleichen in eine beliebige Wechselstromleistung umgewandelt wird und der Lastschaltung 82 die Wechselstromleistung zugeführt wird. Das heißt, die Lastschaltung 82 wird in dem Fall, dass die Lastschaltung 82 eine Motorlast ist, mit einer variablen Geschwindigkeit angesteuert. Es sei darauf hingewiesen, dass durch Gleichrichten und Glätten von aufgenommener Leistung erhaltene Gleichstrom einer Heizvorrichtungslast zugeführt werden kann. Natürlich kann die Motorlast mit einer konstanten Geschwindigkeit angetrieben werden.
Es wird bevorzugt, dass die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 mit einer Betriebseinheit und einer Anzeigeeinheit versehen ist. Die Betriebseinheit kann dazu verwendet werden, zum Beispiel Vorgänge wie Starten und Anhalten der Leistungsversorgung an die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 durchzuführen. Die Anzeigeeinheit zeigt zum Beispiel Informationen wie beispielsweise den Zustand der Leistungsaufnahme durch die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 an. Bei Ausführungsform 1 sind die Betriebseinheit und die Anzeigeeinheit als ein einziger Körper, das heißt als eine Anzeige- und Betriebseinheit 84, ausgebildet.
Der Induktionsherd 100 kann mit einer primärseitigen Übertragungs- und Empfangseinheit 47 versehen sein, und die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 kann mit einer sekundärseitigen Übertragungs- und Empfangseinheit 85 versehen sein. Die sekundärseitige Übertragungs- und Empfangseinheit 85 gibt ein Vorrichtungsidentifikationssignal zum Identifizieren der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 an die primärseitige Übertragungs- und Empfangseinheit 47 aus. Die primärseitige Übertragungs- und Empfangseinheit 47 empfängt ein Steuersignal, das durch die sekundärseitige Übertragungs- und Empfangseinheit 85 ausgegeben wird, und sendet das Steuersignal an die Steuereinheit 45.
Obgleich dies in 3 nicht veranschaulicht wird, weist die Leistungsaufnahmespule 65 die gleiche Konfiguration oder eine ähnliche Konfiguration wie die Konfiguration beispielsweise der ersten Induktionsheizspule 11 auf.
Ferner ist, obgleich dies in 3 nicht veranschaulicht wird, unter der ersten Induktionsheizspule 11 ein Ferrit als ein magnetischer Körper bereitgestellt. Die Form des Ferrits ist zum Beispiel flach. An einer oben liegenden oberen Fläche des flachförmigen Ferrits können Vorsprünge zum Einführen zwischen die erste Induktionsheizspule 11 bildende Spulen ausgebildet sein, wodurch ein Längsabschnitt des Ferrits so geformt ist, dass er zum Beispiel eine konvexe Form, eine F-Form oder eine E-Form aufweist. Des Weiteren ist, obgleich dies in 3 nicht veranschaulicht wird, ein Ferrit an einem oberen Teil der Leistungsaufnahmespule 65 als ein magnetischer Körper bereitgestellt. Die Form des Ferrits ist zum Beispiel flach. An einer unteren Fläche des flachförmigen Ferrits können zwischen die Leistungsaufnahmespule 65 bildende Spulen eingeführte Vorsprünge ausgebildet sein, wodurch der Längsabschnitt des Ferrits so geformt ist, dass er zum Beispiel eine konvexe Form, eine F-Form oder eine E-Form aufweist.
4 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration einer Leistungsaufnahmevorrichtung und einer Treiberschaltung des Induktionsherds gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 4 veranschaulicht die Schaltungskonfiguration der Treiberschaltung 50 für die erste Induktionsheizspule 11, die Steuereinheit 45, eine in der Steuereinheit 45 bereitgestellte Lastbestimmungseinheit und die Leistungsaufnahmevorrichtung 200. Steuereinheiten, die Lastbestimmungseinheiten und die Treiberschaltungen, die mit der zweiten Induktionsheizspule 12 und der dritten Induktionsheizspule 13 verbunden sind, weisen ferner die gleiche Konfiguration wie die Treiberschaltung 50 und die Steuereinheit 45 gemäß der Veranschaulichung in 4 auf.
Die Treiberschaltung 50 ist eine Halbbrückentreiberschaltung. Die Treiberschaltung 50 enthält eine Gleichstromleistungsversorgungsschaltung 22, eine Wechselrichterschaltung 123 und einen leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensator 24.
Eine Eingangsstromdetektionseinheit 23 wird zum Beispiel durch einen Stromsensor gebildet. Die Eingangsstromdetektionseinheit 23 detektiert Strom, der von einer Wechselstromleistungsversorgung (Netzstromversorgung) 21 in die Gleichstromleistungsversorgungsschaltung 22 eingegeben wird, und gibt ein dem Wert des Eingangsstroms in die Steuereinheit 45 entsprechenden Spannungssignal aus.
Die Gleichstromleistungsversorgungsschaltung 22 enthält eine Diodenbrücke 22a, eine Drosselspule 22b und einen Glättungskondensator 22c. Die Gleichstrom leistungsversorgungsschaltung 22 wandelt eine Wechselspannungseingabe von der Wechselstromleistungsversorgung 21 in eine Gleichspannung um und gibt die Gleichspannung an die Wechselrichterschaltung 123 aus.
Die Wechselrichterschaltung 123 ist ein Halbbrückenwechselrichter, in dem IGBTs 123a und 123b als Schaltelemente wirken, die mit dem Ausgang der Gleichstromleistungsversorgungschaltung 22 in Reihe geschaltet sind. In der Wechselrichterschaltung 123 sind die Dioden 123c und 123d, die als Freilaufdioden wirken, mit jeweiligen IGBTs, das heißt den IGBTs 123a und 123b, parallelgeschaltet. Der IGBT 123a und der IGBT 123b werden durch ein Antriebssignal, das von der Steuereinheit 45 ausgegeben wird, so angetrieben, dass sie sich in einem eingeschalteten Zustand und in einem ausgeschalteten Zustand befinden. Genauer gibt die Steuereinheit 45 ein Antriebssignal aus, um den IGBT 123a undden IGBT 123b abwechselnd ein- und auszuschalten, so dass sich der IGBT 123b in einem ausgeschalteten Zustand befindet, während sich der IGBT 123a in einem eingeschalteten Zustand befindet, und sich der IGBT 123b in einem eingeschalteten Zustand befindet, während sich der IGBT 123a in einem ausgeschalteten Zustand befindet. Infolgedessen wandelt die Wechselrichterschaltung 123 eine Gleichstromleistung, die von der Gleichstromleistungsversorgungsschaltung 22 ausgegeben wird, in eine Wechselstromleistung mit einer bestimmten Frequenz um und führt einem aus der ersten Induktionsheizspule 11 und dem leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensator 24 zusammengesetzten Resonanzkreis die Wechselstromleistung zu. Die obige Wechselstromleistung mit einer bestimmten Frequenz ist zum Beispiel eine Wechselstromleistung mit einer hohen Frequenz von ca. 20 bis 100 kHz.
Der leistungsübertragungsseitige Resonanzkondensator 24 ist mit der ersten Induktionsheizspule 11 in Reihe geschaltet. Der diese Struktur aufweisende Resonanzkreis weist eine Resonanzfrequenz auf, die zum Beispiel von der Induktivität der ersten Induktionsheizspule 11 und der Kapazität des leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensator 24 abhängig ist.
Wenn die Treiberschaltung 50 wie oben beschrieben konfiguriert ist, fließt ein Hochfrequenzstrom durch die erste Induktionsheizspule 11, und ein durch den durch die erste Induktionsheizspule 11 fließenden Hochfrequenzstrom erzeugter Hochfrequenzfluss ermöglicht, dass Leistung drahtlos zu der Leistungsaufnahmespule 65 der auf der oberen Platte 4 platzierten Leistungsaufnahmevorrichtung 200 übertragen wird, die sich direkt über der ersten Induktionsheizspule 11 befindet.
Obgleich jeder der als Schaltelemente wirkenden IGBTs 123a und 123b zum Beispiel aus einem Halbleiter auf Siliziumbasis zusammengesetzt ist, sei darauf hingewiesen, dass diese Schaltelemente jeweils aus einem durch ein auf Silundum oder Galliumnitrid basierendes Material gebildeten Halbleiter mit großer Bandlücke zusammengesetzt sein können. In dem Fall, dass die Schaltelemente durch Halbleiter mit großer Bandlücke gebildet werden, werden die folgenden Vorteile erzielt: der Verlust der Schaltelemente kann reduziert werden; in dem Fall, dass die Schaltfrequenz (Antriebsfrequenz) hoch eingestellt wird (hohe Geschwindigkeit), können Wärmeübertragungsrippen der Treiberschaltung 50 kleiner und kostengünstiger gemacht werden, da die Wärmeübertragungscharakteristiken der Treiberschaltung 50 zufriedenstellend sind; und selbst wenn die Schaltelemente mit einer hohen Frequenz angesteuert werden, ist der Schaltverlust gering, und Leistung kann mit einer hohen Effizienz drahtlos zugeführt werden.
Eine Spulenstromdetektionseinheit 25 ist mit einem aus der ersten Induktionsheizspule 11 und dem leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensator 24 zusammengesetzten Resonanzkreis verbunden. Die Spulenstromdetektionseinheit 25 wird zum Beispiel durch einen Stromsensor gebildet. Die Spulenstromdetektionseinheit 25 detektiert durch die erste Induktionsheizspule 11 fließenden Strom und gibt ein dem Wert des Stroms entsprechendes Spannungssignal an die Steuereinheit 45 aus.
Obgleich 4 eine Halbbrückentreiberschaltung veranschaulicht, versteht sich, dass eine durch vier IGBTs und vier Dioden gebildete Vollbrückentreiberschaltung eingesetzt werden kann.
Die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist mit einem leistungsaufnahmeseitigen Resonanzkondensator 62 versehen, der zusammen mit der Leistungsaufnahmespule 65 einen Resonanzkreis bildet.
Der leistungsaufnahmeseitige Resonanzkondensator 62 ist mit der Leistungsaufnahmespule 65 parallelgeschaltet. Der diese Struktur aufweisende Resonanzkreis hat eine Resonanzfrequenz, die zum Beispiel von der Induktivität der Leistungsaufnahmespule 65 und der Kapazität des leistungsaufnahmeseitigen Resonanzkondensators 62 abhängig ist. Die Induktivität der Leistungsaufnahmespule 65 hat eine Resonanzfrequenz, die von einem Resonanzkreis abhängig ist, der erzeugt wird, wenn die erste Induktionsheizspule 11 mit der Leistungsaufnahmespule 65 magnetisch gekoppelt ist.
Obgleich 4 einen Resonanzkreis veranschaulicht, in dem die Leistungsaufnahmespule 65 mit dem leistungsaufnahmeseitigen Resonanzkondensator 62 parallelgeschaltet ist, kann der leistungsaufnahmeseitige Resonanzkondensator 62 mit der Leistungsaufnahmespule 65 in Reihe geschaltet sein, um einen Resonanzkreis zu bilden
Die Steuereinheit 45 enthält eine Lastbestimmungseinheit 46. Die Lastbestimmungseinheit 46 bestimmt in Abhängigkeit davon, ob die Impedanzcharakteristiken einer Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung 123 eine Resonanzcharakteristik zeigen, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 geändert wird, ob eine auf der oberen Platte 4 platzierte Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist oder nicht.
Die erste Induktionsheizspule 11, die zweite Induktionsheizspule 12 und die dritte Induktionsheizspule 13 können einer „Spule“ gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechen.
Die obere Platte 4 entspricht einem „Träger“ gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Steuereinheit 45 entspricht einer „Steuerung“ gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Lastbestimmungseinheit 46 ist in einer „Steuerung“ gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten.
Die Anzeigeeinheit 41 entspricht einer „Benachrichtigungseinheit“ gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Speicher 48 entspricht einer „Speichereinheit“ gemäß der vorliegenden Erfindung.
(Impedanzcharakteristiken)
Es werden die Impedanzcharakteristiken der einen Resonanzkreis enthaltenden Leistungsaufnahmevorrichtung 200 und jene des Objekts 5, wie zum Beispiel eines Topfs, beschrieben.
5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für Impedanzcharakteristiken der Leistungsaufnahmevorrichtung und eines zu erhitzenden Objekts anzeigt.
In 5 stellt die horizontale Achse die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 dar, und die vertikale Achse stellt eine Impedanz auf der Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung 123 (eine Impedanz, wie von der Leistungsübertragungsseite aus gesehen) dar.
Wie in 5 veranschaulicht wird, ist die Impedanz in dem Fall, dass die Last die einen Resonanzkreis enthaltenden Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist, bei der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises auf dem Maximum, und die Impedanz nimmt bei Frequenzen, die niedriger als die Resonanzfrequenz sind, und bei Frequenzen, die höher als die Resonanzfrequenz sind, ab.
Das heißt, bei den Frequenzen, die höher als die Resonanzfrequenz sind, zeigt die Impedanz in dem Fall, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist, eine solche Resonanzcharakteristik auf, dass die Impedanz mit abnehmender Antriebsfrequenz zunimmt.
Bei den Frequenzen, die niedriger als die Resonanzfrequenz sind, zeigt die Impedanz in dem Fall, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist, eine solche Resonanzcharakteristik auf, dass die Impedanz mit zunehmender Antriebsfrequenz zunimmt.
Ferner zeigt die Impedanz bei Frequenzen, die die Resonanzfrequenz enthalten, in dem Fall, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist, eine solche Resonanzcharakteristik auf, dass die Impedanz zunimmt oder abnimmt, während die Antriebsfrequenz varriiert.
In dem Fall, dass die Last das keinen Resonanzkreis enthaltende Objekt 5, wie zum Beispiel ein Topf, ist, nimmt die Impedanz hingegen monoton ab, während die Antriebsfrequenzabnimmt. Das heißt die Impedanz weist in dem Fall, dass die Last das Objekt 5 ist, eine solche Charakteristik auf, dass die Impedanz monoton abnimmt, während die Antriebsfrequenz abnimmt. Ferner zeigt die Impedanz in dem Fall, dass die Last das Objekt 5 ist, eine solche Charakteristik auf, dass die Impedanz monoton zunimmt, während die Antriebsfrequenz zunimmt.
(Lastbestimmungsbetrieb)
Als Nächstes wird ein Lastbestimmungsbetrieb zur Bestimmung einer Last basierend auf den obigen Impedanzcharakteristiken beschrieben.
Die in der Steuereinheit 45 bereitgestellte Lastbestimmungseinheit 46 beginnt einen Lastbestimmungsbetrieb basierend auf einem von der Betriebseinheit 40 zugeführten Betriebsstartsignal.
Bei dem Lastbestimmungsbetrieb treibt die Steuereinheit 45 die Wechselrichterschaltung 123 mit einem bestimmten Antriebssignal zur Verwendung bei einer Lastbestimmung an. Die Lastbestimmungseinheit 46 detektiert Spulenstrom aus einem von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zugeführten Spulenstromdetektionssignal.
Als Nächstes verringert die Steuereinheit 45 die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 von einer hohen Frequenz auf eine niedrige Frequenz. Die Lastbestimmungseinheit 46 detektiert nacheinander Spulenstrom aus von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zugeführten Stromdetektionssignalen.
Aufgrund eines Schaltvorgangs der Wechselrichterschaltung 123 wird zu diesem Zeitpunkt die Ausgangsgleichspannung der Gleichstromleistungsversorgungsschaltung 22 in der Form einer Rechteckwelle als die Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung 123 ausgegeben. In dem Fall, dass eine Änderung der Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung 123 als klein angenommen wird, entspricht eine Änderung eines durch die erste Induktionsheizspule 11 fließenden Spulenstroms im Wesentlichen einer Änderung der Impedanz der Last. Das heißt, der Spulenstrom ab, während die Impedanz zunimmt, und der Spulenstrom nimmt zu, während die Impedanz abnimmt.
Deshalb nimmt die Lastbestimmungseinheit 46 gemäß Ausführungsform 1 eine Lastbestimmung in Abhängigkeit davon vor, ob der Spulenstrom eine Resonanzcharakteristik zeigt oder nicht, wenn die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 geändert wird.
Genauer bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 in dem Fall, dass ein von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zugeführtes Stromdetektionssignal abnimmt (die Impedanz zunimmt), während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 abnimmt, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
In dem Fall, dass das Stromdetektionssignal von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zunimmt (die Impedanz abnimmt), während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 abnimmt, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 hingegen, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last das Objekt 5 ist.
Die bei dem Lastbestimmungsbetrieb zu ändernde Antriebsfrequenz wird auf eine Frequenz eingestellt, die höher als die Resonanzfrequenz der ersten Induktionsheizspule 11 und des leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensators 24 ist.
In dem Fall, dass die Resonanzfrequenz der ersten Induktionsheizspule 11 und des leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensators 24 zum Beispiel 18 kHz beträgt, wird die bei dem Lastbestimmungsbetrieb zu ändernde Antriebsfrequenz auf eine Frequenz eingestellt, die größer gleich 20 kHz ist.
Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass ein Phasenvoreilungssignal durch die Wechselrichterschaltung 123 fließt und die Wechselrichterschaltung 123 trennt.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Bereich, in dem die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 bei dem Lastbestimmungsbetrieb geändert wird, auf einen beliebigen Frequenzbereich eingestellt werden kann, der in den Bereich von 20 kHz oder mehr bis weniger als 100 kHz fällt.
In dem Fall, dass angenommen wird, dass die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ca. 28 kHz beträgt, kann, indem eine sich wiederholende (später zu beschreibende) Lernfunktion durchgeführt wird, die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 bei dem Lastbestimmungsbetrieb von 50 kHz auf 20 kHz verringert werden. Dadurch ist es möglich, die für den Lastbestimmungsbetrieb erforderliche Zeit zu verkürzen.
Nach einer Durchführung des obigen Lastbestimmungsbetriebs führt die Steuereinheit 45 basierend auf dem Ergebnis der Lastbestimmung einen Steuerbetrieb durch.
(Leistungsübertragungsbetrieb)
In dem Fall, dass die Lastbestimmungseinheit 46 bestimmt, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist, führt die Steuereinheit 45 einen Leistungsübertragungsbetrieb zur Übertragung von Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 durch.
Genauer steuert die Steuereinheit 45 die Treiberschaltung 50 gemäß zu der Leistungsaufnahmespule 65 zu übertragender Leistung, um der ersten Induktionsheizspule 11 Hochfrequenzleistung zuzuführen. Dadurch wird die von der ersten Induktionsheizspule 11 zugeführte Hochfrequenzleistung von der in der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 bereitgestellten Leistungsaufnahmespule 65 aufgenommen. Die aufgenommene Leistung wird der Lastschaltung 82 zum Antrieb der Lastschaltung 82 von der Leistungsaufnahmeschaltung 81 zugeführt.
(Heizbetrieb)
Wenn die Lastbestimmungseinheit 46 bestimmt, dass die Last das Objekt 5 ist, führt die Steuereinheit 45 einen Heizbetrieb durch, um das Objekt 5 induktiv zu erhitzen.
Das heißt, die Steuereinheit 45 führt einen Heizbetrieb durch, in dem der ersten Induktionsheizspule 11 Hochfrequenzleistung zugeführt wird, indem die Treiberschaltung 50 gemäß einer Induktionsheizung zuzuführender Heizleistung gesteuert wird. Dadurch wird das auf der oberen Platte 4 platzierte Objekt 5 induktiv erhitzt.
Wie oben beschrieben wird, führt die Steuereinheit 45 gemäß Ausführungsform 1 in dem Fall, dass die Impedanz auf der Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung 123 eine Resonanzcharakteristik zeigt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 geändert wird, einen Leistungsübertragungsbetrieb zur Übertragung von Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 durch.
Somit kann der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 eine angemessene Leistung zugeführt werden. Basierend auf einer Resonanzcharakteristik der Impedanz ist es ferner möglich, leicht und zuverlässig zu bestimmen, ob die Last das induktiv zu erhitzende Objekt 5 oder die drahtlos mit Leistung zu versorgende Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
Bei Ausführungsform 1 bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 in dem Fall, dass die Impedanz eine solche Resonanzcharakteristik zeigt, dass die Impedanz zunimmt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 abnimmt, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist. Mit anderen Worten, die Lastbestimmung erfolgt gemäß dem Vorhandensein oder Fehlen einer Resonanzcharakteristik, die das Objekt 5, wie zum Beispiel ein Topf, nicht hat, wodurch die Genauigkeit der Lastbestimmung verbessert wird.
Ferner bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 bei Ausführungsform 1 in dem Fall, dass der Spulenstrom eine Resonanzcharakteristik zeigt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 geändert wird, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist. Somit kann mit einer einfachen Konfiguration eine für die Lastbestimmung erforderliche Konfiguration erzielt werden.
Ausführungsform 2
Im Hinblick auf Ausführungsform 2 erfolgt die folgende Beschreibung durch Bezugnahme auf einen Lastbestimmungsbetrieb, bei dem die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 von einer niedrigen Frequenz auf eine hohe Frequenz erhöht wird.
Ferner wird der Lastbestimmungsbetrieb gemäß Ausführungsform 2 in erster Linie durch Bezugnahme darauf beschrieben, in welcher Hinsicht er sich von dem Lastbestimmungsbetrieb gemäß Ausführungsform 1 unterscheidet.
(Lastbestimmungsbetrieb)
Die in der Steuereinheit 45 bereitgestellte Lastbestimmungseinheit 46 beginnt einen Lastbestimmungsbetrieb basierend auf einem von der Betriebseinheit 40 zugeführten Betriebsstartsignal.
Bei dem Lastbestimmungsbetrieb treibt die Steuereinheit 45 die
Wechselrichterschaltung 123 mit einem bestimmten Antriebssignal zur Verwendung bei einer Lastbestimmung an. Die Lastbestimmungseinheit 46 detektiert Spulenstrom aus einem von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zugeführten Spulenstromdetektionssignal.
Als Nächstes erhöht die Steuereinheit 45 die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 von einer niedrigen Frequenz auf eine hohe Frequenz. Die Lastbestimmungseinheit 46 detektiert nacheinander Spulenstrom aus von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zugeführten Stromdetektionssignalen.
In dem Fall, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist, verringert sich, während die Antriebsfrequenz erhöht wird, die Impedanz (Strom nimmt zu) von einem Zeitpunkt an, bei dem die Frequenz eine bestimmte Frequenz erreicht. Gemäß dem Vorhandensein oder Fehlen solch einer Resonanzcharakteristik kann bestimmt werden, ob die Last das Objekt 5 oder die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
Das heißt, in dem Fall, dass das Stromdetektionssignal von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zunimmt (die Impedanz abnimmt), während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 erhöht wird, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last die Stromaufnahmevorrichtung 200 ist.
In dem Fall, dass das Stromdetektionssignal von der Spulenstromdetektionseinheit 25 abnimmt (die Impedanz zunimmt), während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 zunimmt, bestimmt jedoch die Lastbestimmungseinheit 46, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last das Objekt 5 ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die bei dem Lastbestimmungsbetrieb zu ändernde Antriebsfrequenz auf eine Frequenz eingestellt wird, die höher als die Resonanzfrequenz der ersten Induktionsheizspule 11 und des leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensators 24 ist.
In dem Fall, dass die Resonanzfrequenz der ersten Induktionsheizspule 11 und des leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensators 24 18 kHz beträgt, wird beispielsweise die bei dem Lastbestimmungsbetrieb zu ändernde Antriebsfrequenz auf eine Frequenz eingestellt, die größer gleich 20 kHz ist.
Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass ein Phasenvoreilungssignal durch die Wechselrichterschaltung 123 fließt und die Wechselrichterschaltung 123 trennt.
In dem Fall, dass die Impedanz eine solche Resonanzcharakteristik zeigt, dass die Impedanz abnimmt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 zunimmt, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist, wie oben bei Ausführungsform 2 beschrieben. Mit anderen Worten, die Lastbestimmung erfolgt gemäß dem Vorhandensein oder Fehlen einer Resonanzcharakteristik, die das Objekt 5, wie zum Beispiel ein Topf, nicht hat, wodurch die Genauigkeit der Lastbestimmung verbessert wird.
Deshalb kann der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 eine angemessene Leistung zugeführt werden. Basierend auf einer Resonanzcharakteristik der Impedanz ist es ferner möglich, leicht und zuverlässig zu bestimmen, ob die Last das induktiv zu erhitzende Objekt 5 oder die drahtlos mit Leistung zu versorgende Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
(Modifikation)
Bei Ausführungsform 1 erfolgt die Lastbestimmung in Abhängigkeit davon, ob die Impedanz zunimmt oder nicht zunimmt, während die Antriebsfrequenz abnimmt, und bei Ausführungsform 2 erfolgt die Lastbestimmung in Abhängigkeit davon, ob die Impedanz abnimmt oder nicht abnimmt, während die Antriebsfrequenz zunimmt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Art und Weisen beschränkt.
Zum Beispiel kann die Lastbestimmungseinheit 46 in dem Fall, dass die Impedanz eine solche Resonanzcharakteristik zigt, dass die Impedanz zunimmt oder abnimmt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs geändert wird, bestimmen, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
Zum Beispiel in dem Fall, dass sich eine Änderung des Spulenstroms von Abnahme des Spulenstroms zu einer Zunahme davon ändert (eine Änderung der Impedanz ändert sich von einer Zunahme der Impedanz zu einer Abnahme davon), während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 innerhalb des vorbestimmten Bereichs erhöht oder verringert wird, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist. Auch bei Anwendung der obigen Weise ist es möglich, die Lastbestimmung gemäß dem Vorhandensein oder Fehlen einer Resonanzcharakteristik, die das Objekt 5, wie zum Beispiel ein Topf, nicht hat, vorzunehmen, wodurch die Genauigkeit einer Lastbestimmung verbessert wird.
Ausführungsform 3
Im Hinblick auf Ausführungsform 3 erfolgt die folgende Beschreibung durch Bezugnahme auf einen Lastbestimmungsbetrieb, bei dem die Lastbestimmung in Abhängigkeit davon vorgenommen wird, in welchem Ausmaß sich die Impedanz ändert, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs geändert wird.
Ferner wird der Lastbestimmungsbetrieb gemäß Ausführungsform 3 in erster Linie durch Bezugnahme darauf beschrieben, in welcher Hinsicht er sich von dem Lastbestimmungsbetrieb gemäß Ausführungsform 1 unterscheidet.
(Lastbestimmungsbetrieb)
Die in der Steuereinheit 45 bereitgestellte Lastbestimmungseinheit 46 beginnt einen Lastbestimmungsbetrieb basierend auf einem von der Betriebseinheit 40 zugeführten Betriebsstartsignal.
Bei dem Lastbestimmungsbetrieb treibt die Steuereinheit 45 die Wechselrichterschaltung 123 mit einem bestimmten Antriebssignal zur Verwendung bei einer Lastbestimmung an. Die Lastbestimmungseinheit 46 detektiert Spulenstrom aus einem von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zugeführten Stromdetektionssignal. Als Nächstes erhöht die Steuereinheit 45 die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs. Dieser Bereich kann auf einen beliebigen Frequenzbereich eingestellt werden, der in den Bereich von 20 kHz bis weniger als 100 kHz fällt.
Die Lastbestimmungseinheit 46 detektiert nacheinander Spulenstrom anhand aus von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zugeführten Stromdetektionssignalen.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Variation der Impedanz in Abhängigkeit davon ändert, ob die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 oder das Objekt 5, wie zum Beispiel ein Topf, ist.
In einem in 5 veranschaulichten Beispiel verringert sich zum Beispiel die Impedanz, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 von 50 kHz auf 30 kHz geändert wird, um ca. 30%, wenn die Last das Objekt 5, wie zum Beispiel ein Topf, ist, wohingegen die Impedanz um ca. 400% zunimmt, wenn die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist. Deshalb unterscheiden sich diese beiden Fälle hinsichtlich der Variation der Impedanz deutlich voneinander.
Die Lastbestimmungseinheit 46 gemäß Ausführungsform 3 nimmt die Lastbestimmung basierend auf der obigen Variation der Impedanz (der Variation des Spulenstroms) vor. Genauer bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 in dem Fall, dass sich das von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zugeführte Stromdetektionssignal um einen vorbestimmten Betrag oder mehr ändert, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs geändert wird, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
In dem Fall, dass sich das von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zugeführte Stromdetektionssignal nicht um den vorbestimmten Betrag oder mehr ändert, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 hingegen, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last das Objekt 5 ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die bei dem Lastbestimmungsbetrieb zu ändernde Antriebsfrequenz auf eine Frequenz eingestellt wird, die höher als die Resonanzfrequenz der ersten Induktionsheizspule 11 und des leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensators 24 ist.
In dem Fall, dass die Resonanzfrequenz der ersten Induktionsheizspule 11 und des leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensators 24 zum Beispiel 18 kHz beträgt, wird die bei dem Lastbestimmungsbetrieb zu ändernde Antriebsfrequenz auf eine Frequenz eingestellt, die größer gleich 20 kHz ist.
Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass ein Phasenvoreilungssignal durch die Wechselrichterschaltung 123 fließt und die Wechselrichterschaltung 123 trennt.
Wie oben beschrieben wird, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 bei Ausführungsform 3 in dem Fall, dass die Impedanz eine solche Resonanzcharakteristik zeigt, dass sich die Impedanz um den vorbestimmten Betrag ändert, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 innerhalb des vorbestimmten Bereichs geändert wird, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist. Mit anderen Worten, die Lastbestimmungseinheit 46 nimmt die Lastbestimmung gemäß dem Vorhandensein oder Fehlen einer Resonanzcharakteristik, die das Objekt 5, wie zum Beispiel ein Topf, nicht hat, vor. Somit ist es möglich, die Genauigkeit der Lastbestimmung zu verbessern.
Deshalb kann der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 eine angemessene Leistung zugeführt werden. Basierend auf einer Resonanzcharakteristik der Impedanz ist es ferner möglich, leicht und zuverlässig zu bestimmen, ob die Last das induktiv zu erhitzende Objekt 5 oder die drahtlos mit Leistung zu versorgende Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
Ausführungsform 4
Die Konfiguration und der Betrieb des Induktionsherds 100 gemäß Ausführungsform 4 werden in erster Linie durch Bezugnahme darauf beschrieben, in welcher Hinsicht sie sich von der Konfiguration und dem Betrieb gemäß jeder der Ausführungsformen 1 bis 3 unterscheiden.
6 ist ein Schaltungskonfigurationsbild, das eine Leistungsaufnahmevorrichtung und eine Treiberschaltung eines Induktionsherds gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie in 6 veranschaulicht wird, enthält die Treiberschaltung 50 gemäß Ausführungsform 4 eine Ausgangsspannungsdetektionseinheit 27, die die Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung 123 detektiert. Die Ausgangsspannungsdetektionseinheit 27 wird zum Beispiel durch einen Spannungssensor gebildet. Die Ausgangsspannungsdetektionseinheit 27 detektiert eine Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung 123 und gibt ein dem Wert der Ausgangsspannung entsprechendes Spannungssignal an die Steuereinheit 45 aus.
(Lastbestimmungsbetrieb)
Bei einem Lastbestimmungsbetrieb detektiert die Lastbestimmungseinheit 46 Spulenstrom aus einem von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zugeführten Stromdetektionssignal und detektiert eine Ausgangsspannung aus einem Spannungsdetektionssignal von der Ausgangsspannungsdetektionseinheit 27. Die Lastbestimmungseinheit 46 berechnet die Impedanz einer Last basierend auf dem Spulenstrom und der Ausgangsspannung.
Dann nimmt die Lastbestimmungseinheit 46 die Lastbestimmung basierend darauf vor, ob die Impedanz der Last eine Resonanzcharakteristik zeigt oder nicht, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 geändert wird.
Unter Bezugnahme auf den Lastbestimmungsbetrieb entspricht oder ähnelt die folgende Art und Weise der Art und Weise, die für beliebige der Lastbestimmungsbetriebe gemäß den Ausführungsformen 1 bis 3 verwendet wird.
In dem Fall, dass die berechnete Impedanz zunimmt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 abnimmt, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 zum Beispiel, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
In dem Fall, dass die berechnete Impedanz abnimmt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 zunimmt, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 zum Beispiel ferner, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
In dem Fall, dass sich die berechnete Impedanz um einen vorbestimmten Betrag oder mehr ändert, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs geändert wird, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 des Weiteren zum Beispiel, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
Wie oben beschrieben wird, berechnet die Lastbestimmungseinheit 46 bei Ausführungsform 4 die Impedanz basierend auf dem Spulenstrom und der Ausgangsspannung, und in dem Fall, dass die Impedanz eine Resonanzcharakteristik zeigt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 geändert wird, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist. Mit anderen Worten, die Lastbestimmungseinheit 46 nimmt die Lastbestimmung gemäß dem Vorhandensein oder Fehlen einer Resonanzcharakteristik, die das Objekt 5, wie zum Beispiel ein Topf, nicht hat, vor. Somit kann die Genauigkeit einer Lastbestimmung verbessert werden. Deshalb kann der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 eine angemessene Leistung zugeführt werden. Basierend auf der Resonanzcharakteristik der Impedanz ist es ferner möglich, leicht unzuverlässig zu bestimmen, ob die Last das induktiv zu erhitzende Objekt 5 oder die drahtlos mit Leistung zu versorgende Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
Ferner kann die Impedanz basierend auf dem Spulenstrom und der Ausgangsspannung berechnet werden. Selbst in dem Fall, dass eine Spannungsänderung bei der Wechselstromleistungsversorgung 21 auftritt und sich die Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung 123 ändert, kann deshalb eine Änderung der Impedanz der Last mit einer hohen Genauigkeit detektiert werden kann. Deshalb kann die Bestimmung genauer vorgenommen werden.
Ausführungsform 5
Die Konfiguration und der Betrieb des Induktionsherds 100 gemäß Ausführungsform 5 werden in erster Linie durch Bezugnahme darauf beschrieben, in welcher Hinsicht sie sich von der Konfiguration und dem Betrieb jeder der Ausführungsformen 1 bis 3 unterscheiden.
7 ist ein Schaltungskonfigurationsbild, das eine Leistungsaufnahmevorrichtung und eine Treiberschaltung eines Induktionsherds gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie in 7 veranschaulicht wird, enthält die Treiberschaltung 50 gemäß Ausführungsform 5 eine Spulenspannungsdetektionseinheit 26, die eine an die erste Induktionsheizspule 11 angelegte Spulenspannung detektiert. Die Spulenspannungsdetektionseinheit 26 wird zum Beispiel durch einen Spannungssensor gebildet. Die Spulenspannungsdetektionseinheit 26 detektiert eine an die erste Induktionsheizspule 11 angelegte Spulenspannung und gibt ein dem Wert der Spulenspannung entsprechendes Spannungssignal an die Steuereinheit 45 aus.
(Lastbestimmungsbetrieb)
Bei einem Lastbestimmungsbetrieb detektiert die Lastbestimmungseinheit 46 Spulenstrom aus einem von der Spulenstromdetektionseinheit 25 zugeführten Stromdetektionssignal und detektiert eine Spulenspannung und aus einem Spannungsdetektionssignal von der Spulenspannungsdetektionseinheit 26. Die Lastbestimmungseinheit 46 berechnet die Impedanz einer Last basierend auf dem Spulenstrom und der Ausgangsspannung.
Dann nimmt die Lastbestimmungseinheit 46 die Lastbestimmung basierend darauf vor, ob die Impedanz der Last eine Resonanzcharakteristik zeigt oder nicht, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 geändert wird.
Unter Bezugnahme auf den Lastbestimmungsbetrieb entspricht oder ähnelt die folgende Art und Weise der Art und Weise, die für beliebige der obigen Lastbestimmungsvorgänge gemäß den Ausführungsformen 1 bis 4 verwendet wird.
In dem Fall, dass die berechnete Impedanz zunimmt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 abnimmt, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 zum Beispiel, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
In dem Fall, dass die berechnete Impedanz abnimmt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 zunimmt, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 zum Beispiel ferner, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
In dem Fall, dass sich die berechnete Impedanz um einen vorbestimmten Betrag oder mehr ändert, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs geändert wird, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46 des Weiteren zum Beispiel, dass die auf der oberen Platte 4 platzierte Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
Wie oben beschrieben wird, berechnet die Lastbestimmungseinheit 46 bei Ausführungsform 5 die Impedanz basierend auf dem Spulenstrom und der Spulenspannung, und in dem Fall, dass die Impedanz eine Resonanzcharakteristik zeigt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 geändert wird, bestimmt die Lastbestimmungseinheit 46, dass die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist. Mit anderen Worten, die Lastbestimmungseinheit 46 nimmt die Lastbestimmung gemäß dem Vorhandensein oder Fehlen einer Resonanzcharakteristik, die das Objekt 5, wie zum Beispiel ein Topf, nicht hat, vor. Somit kann die Genauigkeit einer Lastbestimmung verbessert werden. Deshalb kann der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 eine angemessene Leistung zugeführt werden. Basierend auf der Resonanzcharakteristik der Impedanz ist es ferner möglich, leicht unzuverlässig zu bestimmen, ob die Last das induktiv zu erhitzende Objekt 5 oder die drahtlos mit Leistung zu versorgende Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist.
Ferner wird die Impedanz basierend auf dem Spulenstrom und der Ausgangsspannung berechnet. Selbst in dem Fall, dass eine Spannungsänderung bei der Wechselstromleistungsversorgung 21 auftritt und sich die Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung 123 ändert, kann deshalb eine Änderung der Impedanz der Last mit einer hohen Genauigkeit detektiert werden kann. Deshalb kann die Bestimmung genauer vorgenommen werden.
Darüber hinaus können die Resonanzcharakteristiken der Leistungsaufnahmespule 65 und des leistungsaufnahmeseitigen Resonanzkondensators 62 der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 direkt detektiert werden, ohne durch die Resonanzcharakteristiken der ersten Induktionsheizspule 11 und des leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensators 24 beeinflusst werden. Somit kann die Bestimmung weiter genau vorgenommen werden.
Ausführungsform 6
Die Konfiguration und der Betrieb des Induktionsherds 100 gemäß Ausführungsform 6 werden in erster Linie durch Bezugnahme darauf beschrieben, in welcher Hinsicht sie sich von der Konfiguration und dem Betrieb jeder der Ausführungsformen 1 bis 5 unterscheiden.
8 veranschaulicht eine Induktionsheizspule eines Induktionsherds gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 8 enthält die erste Induktionsheizspule 11 eine Innenumfangsspule 11a, die in dem Zentrum der ersten Induktionsheizspule 11 bereitgestellt ist, und Außenumfangsspulen 11e und 11d, die um die Innenumfangsspule 11a herum bereitgestellt sind. Der Außenumfang der ersten Induktionsheizspule 11 weist eine im Wesentlichen kreisrunde Form auf, die der ersten Induktionsheizzone 1 entspricht.
Die Innenumfangsspule 11a enthält eine innere Innenumfangsspule 111a und eine äußere Innenumfangsspule 112a, die im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind. Die innere Innenumfangsspule 111a und die äußere Innenumfangsspule 112a sind in Draufsicht kreisförmig und werden jeweils durch Wickeln eines leitfähigen Drahts, der aus einem beliebigen isolierten Metall (zum Beispiel Kupfer oder Aluminium) hergestellt ist, um den Umfang gebildet. Die innere Innenumfangsspule 111a und die äußere Innenumfangsspule 112a sind miteinander in Reihe geschaltet und werden zum Antrieb durch eine einzige Treiberschaltung 50a gesteuert. Die innere Innenumfangsspule 111a und die äußere Innenumfangsspule 112a können miteinander parallelgeschaltet sein oder sie können durch jeweilige unabhängige Treiberschaltungen (Wechselrichterschaltungen) angetrieben werden.
Die Außenumfangsspule 11d enthält eine obere Außenumfangsspule 111d und eine untere Außenumfangsspule 112d. Die Außenumfangsspule 11e enthält eine linke Außenumfangsspule 111e und eine rechte Außenumfangsspule 112e. Die obere Außenumfangsspule 111d und die untere Außenumfangsspule 112d sind miteinander in Reihe geschaltet und werden zum Antrieb durch eine einzige Treiberschaltung 50d gesteuert. Die linke Außenumfangsspule 111e und die rechte Außenumfangsspule 112e sind miteinander in Reihe geschaltet und werden zum Antrieb durch eine einzige Treiberschaltung 50e gesteuert.
Die obere Außenumfangsspule 111d, die untere Außenumfangsspule 112d, die linke Außenumfangsspule 111e und die rechte Außenumfangsspule 112e (die im Folgenden auch als „Außenumfangsspulen“ oder „jede Außenumfangsspule“ bezeichnet werden) sind um die Innenumfangsspule 11a herum und im Wesentlichen entlang einem Außenumfang der Innenumfangsspule 11a angeordnet.
Jede der vier Außenumfangsspulen ist in Draufsicht im Wesentlichen in derForm eines Viertelkreises (der Form einer Banane oder einer Salatgurke) ausgebildet und wird durch Wickeln eines leitfähigen Drahts, der aus einem beliebigen isolierten Metall (zum Beispiel Kupfer oder Aluminium) hergestellt ist, entlang einem Außenumfang der im Wesentlichen in der Form des Viertelkreises ausgebildeten Außenumfangsspule gebildet. Genauer ist jede Außenumfangsspule so konfiguriert, dass sich die Außenumfangsspule in einem viertelkreisförmigen Bereich neben der Innenumfangsspule 11a im Wesentlichen entlang einem Außenumfang der Innenumfangsspule 11a, die in Draufsicht kreisförmig ist, erstreckt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl von Außenumfangsspulen nicht auf vier beschränkt ist. Die Form jeder Außenumfangsspule ist nicht auf die obige Form beschränkt. Zum Beispiel können mehrere kreisförmige Außenumfangsspulen verwendet werden. Die Außenumfangsspulen können miteinander parallelgeschaltet sein. Die obere Außenumfangsspule 111d und die untere Außenumfangsspule 112d können durch eine einzige Treiberschaltung (Wechselrichterschaltung) angetrieben werden.
Die Treiberschaltungen 50a, 50d und 50e weisen die gleiche Konfiguration wie die Treiberschaltung 50 gemäß Ausführungsform 1 auf.
Bei Ausführungsform 6 nimmt bezüglich jeder der Treiberschaltungen 50a, 50d und 50e die Steuereinheit 45 die Lastbestimmung im Hinblick auf eine über jeder Treiberschaltung platzierten Last vor. Der Lastbestimmungsbetrieb ist der gleiche wie beliebige der Lastbestimmungsbetriebe gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5.
(Betrieb)
Die folgende Beschreibung erfolgt im Hinblick auf einen Betrieb, der in dem Fall durchzuführen ist, dass das Objekt 5 und die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 auf der ersten Induktionsheizzone 1 platziert sind. Bezüglich jeder der Treiberschaltungen 50a, 50d und 50e variiert die Lastbestimmungseinheit 46 der Steuereinheit 45 die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 jeder Antriebsschaltung und nimmt die Lastbestimmung hinsichtlich einer über jeder Treiberschaltung platzierten Last basierend auf den Impedanzcharakteristiken der Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung 123 vor.
Die Steuereinheit 45 steuert beliebige der Treiberschaltungen 50a, 50d und 50e, die von der Lastbestimmungseinheit 46 als eine Treiberschaltung oder -schaltungen, über der bzw. denen das Objekt 5 platziert ist, bestimmt ist, gemäß einer Induktionsheizung zuzuführenden Heizleistung, um dadurch einen Heizbetrieb durchzuführen, um das Objekt 5 induktiv zu erhitzen. Infolgedessen wird das auf der oberen Platte 4 platzierte Objekt 5 induktiv erhitzt. Die Steuereinheit 45 steuert eine der Treiberschaltungen 50a, 50d und 50e, die von der Lastbestimmungseinheit 46 als eine Treiberschaltung oder -schaltungen, über der bzw. denen die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 platziert ist, hingegen gemäß der Leistungsaufnahmespule 65 zuzuführender Leistung, um dadurch einen Leistungsübertragungsbetrieb zur Zuführung von Leistung zu der Leistungsaufnahmespule 65 durchzuführen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Lastbestimmungseinheit 46 bestimmen kann, ob eine Last vorhanden ist oder fehlt. In diesem Fall hält die Steuereinheit 45 den Betrieb einer Treiberschaltung, die als eine Treiberschaltung, über der eine Last fehlt, bestimmt ist, an.
Die Steuerschaltung 45 steuert jede Treiberschaltung derart, dass die Summe von Leistung zum induktiven Erhitzen des Objekts 5 und von zu der Leistungsaufnahmespule 65 zu übertragender Leistung kleiner gleich einer voreingestellten Leistung (Nennleistung) ist. Zum Beispiel wird die Summe so gesteuert, dass sie kleiner gleich 3 kW ist.
In dem Fall, dass das Objekt 5, das ein magnetischer Körper wie beispielsweise eine Heizplatte ist, über der Innenumfangsspule 11a und der Außenumfangsspule 11e platziert ist und die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 über der Außenumfangsspule 11e platziert ist, kann der Außenumfangsspule 11d Leistung von bis zu 1,5 kW zugeführt werden, und dem Objekt 5, wie zum Beispiel der Heizplatte, kann auch Leistung bis zu dem Wert der verbleibenden Leistung zugeführt werden.
Wie oben beschrieben wird, wird bei Ausführungsform 6 von mehreren Wechselrichterschaltungen 123 eine Wechselrichterschaltung 123, die eine Resonanzcharakteristik aufweist, dahingehend gesteuert, einen Leistungsübertragungsbetrieb durchzuführen, und eine Wechselrichterschaltung 123, die keine Resonanzcharakteristik aufweist, wird dahingehend gesteuert, einen Heizbetrieb durchzuführen.
Deshalb kann bei einer einzigen Heizzone Erhitzen durch Induktionsheizen und Erhitzen durch drahtlose Leistungsübertragung gleichzeitig durchgeführt werden, wodurch der Bedienkomfort erhöht wird. Ferner können das Erhitzen durch Induktionsheizen und das Erhitzen durch drahtlose Leistungsübertragung individuell gesteuert werden.
Ausführungsform 7
Die Konfiguration und der Betrieb des Induktionsherds 100 gemäß Ausführungsform 7 werden in erster Linie durch Bezugnahme darauf beschrieben, in welcher Hinsicht sie sich von der Konfiguration und dem Betrieb jeder der Ausführungsformen 1 bis 6 unterscheiden.
(Lastbestimmungsbetrieb)
Die Lastbestimmungseinheit 46 führt den Lastbestimmungsbetrieb auf die gleiche Weise wie bei beliebigen der Ausführungsformen 1 bis 5 durch.
Die Steuereinheit 45 bewirkt, dass die Anzeigeeinheit 41 das Ergebnis der durch die Lastbestimmungseinheit 46 vorgenommenen Lastbestimmung anzeigt.
Es ist daher möglich, dass ein Benutzer das Ergebnis der Lastbestimmung durch die Lastbestimmungseinheit 46 überprüft.
Es kann eingestellt werden, dass das Ergebnis der Bestimmung durch die Lastbestimmungseinheit 46 durch einen Betrieb von der Betriebseinheit 40 korrigiert werden kann. Nachdem die Steuereinheit 45 zum Beispiel bewirkt hat, dass die Anzeigeeinheit 141 das Ergebnis der Bestimmung anzeigt, bewirkt die Steuereinheit 45, wenn ein Betrieb zur Korrektur des Ergebnisses der Bestimmung durch Betreiben der Betriebseinheit 40 eingegeben wird, eine Durchführung eines Induktionsheizbetriebs oder Betriebs drahtloser Leistungsübertragung gemäß dem korrigierten Ergebnis der Bestimmung.
Dadurch kann das Ergebnis der Bestimmung durch den Betrieb seitens des Benutzers korrigiert werden. Selbst wenn eine durch das Ergebnis der Lastbestimmung durch die Lastbestimmungseinheit 46 angezeigte Last einer tatsächlich auf der oberen Platte 4 platzierten Last nicht entspricht, ist es möglich, zu verhindern, dass der Heizbetrieb fälschlich an der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 durchgeführt wird oder der Leistungsübertragungsbetrieb fälschlich an dem Objekt 5 durchgeführt wird.
Ausführungsform 8
Die Konfiguration und der Betrieb des Induktionsherds 100 gemäß Ausführungsform 8 werden in erster Linie durch Bezugnahme darauf beschrieben, in welcher Hinsicht sie sich von der Konfiguration und dem Betrieb jeder der Ausführungsformen 1 bis 7 unterscheiden.
Bei Ausführungsform 8 speichert die Steuereinheit 45, wenn die Lastbestimmung von der Lastbestimmungseinheit 46 vorgenommen wurde, Informationen (Lerndaten) über die Impedanz auf der Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung 123 im Speicher 48. Dann stellt die Lastbestimmungseinheit 46 in einem anschließenden Lastbestimmungsbetrieb basierend auf den im Speicher 48 gespeicherten den Betrag ein, um den die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 geändert werden soll.
Bei einem Lastbestimmungsbetrieb werden zum Beispiel die Resonanzcharakteristiken der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 (eine Beziehung zwischen der Frequenz und der Impedanz) als Daten im Speicher 48 gespeichert. Ab einem anschließenden Lastbestimmungsbetrieb wird die Antriebsfrequenz basierend auf im Speicher 48 gespeicherten Informationen (Lerndaten) geändert. In dem Fall, dass zum Beispiel die Antriebsfrequenz von einer hohen Frequenz auf eine niedrige Frequenz bezüglich den Resonanzcharakteristiken gemäß der Veranschaulichung in 5 geändert wird, wird die Impedanz (Spulenstrom) nur an zwei Frequenzstellen von 50 kHz und 30 kHz detektiert, um zu bestimmen, ob die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist oder nicht. Dadurch kann der Lastbestimmungsbetrieb mit einer höheren Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Bei einem Lastbestimmungsbetrieb wird zum Beispiel ein Impedanzwert oder Spulenstromwert in voreingestellten Frequenzintervallen (zum Beispiel in Intervallen von 5 kHz) als Daten im Speicher 48 gespeichert. Dann wird ab einem anschließenden Lastbestimmungsbetrieb im Falle einer Änderung der Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 ein Frequenzbereich, in dem die Variation des Impedanz- oder Spulenstromwerts bei dem letzten Lastbestimmungsbetrieb klein ist, übersprungen.
Ferner wird zum Beispiel eine Frequenz, bei der die Variation der Impedanz (Spulenstrom) eine Spitze in einem Lastbestimmungsbetrieb erreicht, als Daten im Speicher 48 gespeichert. Dann wird ab einem anschließenden Lastbestimmungsbetrieb im Falle einer Änderung der Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 nur innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs, der eine Frequenz enthält, bei der die Variation eine Spitze bei dem letzten Lastbestimmungsbetrieb erreicht, geändert.
Auf solch eine Art und Weise wird der Betrag, um den die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 geändert werden soll, basierend auf den im Speicher 48 gespeicherten Informationen geändert. Somit kann die Lastbestimmung mit einer größeren Geschwindigkeit erfolgen. Ferner kann die Lastbestimmung durch Lernen der Resonanzcharakteristiken der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 zur Verwendung durch den Benutzer genauer vorgenommen werden.
Wenn sich die bei dem letzten Bestimmungsbetrieb gespeicherten Resonanzcharakteristiken (Lerndaten) der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 von denen der Leistungsaufnahmevorrichtung 200, die ab dem anschließenden Lastbestimmungsbetrieb bestimmt werden sollen, stark unterscheiden, kann ein normaler Lastbestimmungsbetrieb durchgeführt werden, bei dem die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung 123 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs generalisiert ist.
Ausführungsform 9
Die obigen Beschreibungen, die die Ausführungsformen 1 bis 8 betreffen, erfolgen unter Bezugnahme auf den Induktionsherd 100, der die Übertragung von Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 und das Erhitzen des Objekts 5 durchführt. Die folgende Ausführungsform 9 betreffende Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf eine drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung 300, bei der die Funktion des Erhitzens des Objekts 5 weggelassen ist und die nur eine Übertragung von Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 durchführt.
9 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Leistungsaufnahmevorrichtung und einer drahtlosen Leistungsübertragungs-Einrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 9 bilden die drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung 300 und die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ein drahtloses Leistungsübertragungs-System.
Wie in 9 veranschaulicht wird, enthält die drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung 300 einen Träger 301, der zum Tragen der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 innerhalb eines von einer Leistungsversorgungsspule 14 erzeugten Hochfrequenzmagnetfelds (elektromagnetischen Felds) konfiguriert ist.
Die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 weist die gleiche Konfiguration wie bei Ausführungsformen 1 bis 8 auf.
Die Leistungsversorgungsspule 14 der drahtlosen Leistungsübertragungs-Einrichtung 300 weist zum Beispiel in Draufsicht eine kreisrunde Form auf, die der Form der Leistungsaufnahmespule 65 der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 entspricht. Die Leistungsversorgungsspule 14 wird durch Wickeln eines leitfähigen Drahts, der aus einem beliebigen isolierten Metall (zum Beispiel Kupfer oder Aluminium) hergestellt ist, um den Umfang gebildet. Die Konfiguration des anderen Teils der drahtlosen Leistungsübertragungs-Einrichtung 300 entspricht oder ähnelt der jeder der Ausführungsformen 1 bis 8.
Die Lastbestimmungseinheit 46 der Steuereinheit 45 gemäß Ausführungsform 9 führt den obigen Lastbestimmungsbetrieb durch. Die Steuereinheit 45 gemäß Ausführungsform 9 führt den obigen Leistungsübertragungsbetrieb durch.
Auf eine solche Weise kann der Träger 301 der drahtlosen Leistungsübertragungs-Einrichtung 300 dahingehend konfiguriert sein, die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 an einer Stelle unter der drahtlosen Leistungsübertragungs-Einrichtung 300 zu tragen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf solch eine Positionsbeziehung beschränkt. Die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 kann an einer beliebigen Stelle bezüglich der drahtlosen Leistungsübertragungs-Einrichtung 300 getragen werden.
Die drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung 300 kann dahingehend konfiguriert sein, den Heizbetrieb nicht durchzuführen. Auch bei solch einer Konfiguration kann der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 eine angemessene Leistung zugeführt werden.
Da die Lastbestimmung basierend auf der Resonanzcharakteristik der Impedanz der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 durchgeführt wird, ist es des Weiteren möglich, leicht und zuverlässig zu bestimmen, ob die Last die Leistungsaufnahmevorrichtung 200 ist oder nicht. Somit kann der Leistungsaufnahmevorrichtung 200 eine angemessene Leistung zugeführt werden. Deshalb ist es möglich, ein drahtloses Leistungsübertragungs-System mit einer hohen Zuverlässigkeit bereitzustellen.
Bezugszeichenliste
1 erste Induktionsheizzone 2 zweite Induktionsheizzone 3 dritte Induktionsheizzone 4 obere Platte 5 erhitztes Objekt 11 erste Induktionsheizspule 11-1 bis 11-4 Spule 11a Innenumfangsspule 11d Außenumfangsspule 11e Außenumfangsspule 12 zweite Induktionsheizspule 13 dritte Induktionsheizspule 14 Leistungsversorgungsspule 21 Wechselstromleistungsversorgung 22 Gleichstromleistungsversorgungsschaltung 22a Diodenbrücke 22b Drosselspule 22c Glättungskondensator23 Eingangsstromdetektionseinheit 24 leistungsübertragungsseitiger Resonanzkondensator 25 Spulenstromdetektionseinheit 26 Spulenspannungsdetektionseinheit 27 Ausgangsspannungsdetektionseinheit 40 Betriebseinheit 40a Betriebseinheit 40b Betriebseinheit 40c Betriebseinheit 41 Anzeige 41a Anzeige 41b Anzeige 41c Anzeige 43 Anzeige-/Betriebseinheit 45 Steuereinheit 46 Lastbestimmungseinheit 47 primärseitige Übertragungs- und Empfangseinheit 48 Speicher 50 Antriebsschaltung 50a Antriebsschaltung 50d Antriebsschaltung 50e Antriebsschaltung 62 aufnahmeseitiger Resonanzkondensator 65 Leistungsaufnahmespule 81 Leistungsaufnahmeschaltung 82 Lastschaltung 83 Sekundärsteuereinheit 84 Anzeige/Betriebseinheit 85 sekundärseitige Übertragungs- und Empfangseinheit 84 Anzeige-/Betriebseinheit 85 sekundärseitige Übertragungs- und Empfangseinheit 100 Induktionsherd 111a innere Innenumfangsspule 111d obere Außenumfangsspule 111e linke Außenumfangsspule 112a äußere Innenumfangsspule 112d untere Außenumfangsspule 112e rechte Außenumfangsspule 123 Wechselrichterschaltung 123a IGBT 123b IGBT 123c Diode 123d Diode 200 Leistungsaufnahmevorrichtung 300 drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung 301 Träger

Claims

Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung, die Leistung zu einer einen Resonanzkreis enthaltenden Leistungsaufnahmevorrichtung überträgt, wobei die drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung Folgendes umfasst: eine Spule, die dazu konfiguriert ist, bei Empfang eines zugeführten Hochfrequenzstroms ein Hochfrequenzmagnetfeld zu erzeugen; einen Träger, der dazu konfiguriert ist, die Leistungsaufnahmevorrichtung innerhalb des Hochfrequenzmagnetfelds zu tragen; eine Wechselrichterschaltung, die konfiguriert ist, der Spule den Hochfrequenzstrom zuzuführen; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, den Antrieb der Wechselrichterschaltung zu steuern, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, einen Leistungsübertragungsbetrieb zur Übertragung von Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung durchzuführen, wenn eine Impedanz auf einer Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung eine Resonanzcharakteristik zeigt, während eine Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung geändert wird.
Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Resonanzcharakteristik eine Charakteristik ist, in der die Impedanz zunimmt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung verringert wird.
Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Resonanzcharakteristik eine Charakteristik ist, bei der die Impedanz abnimmt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung erhöht wird.
Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Resonanzcharakteristik eine Charakteristik ist, bei der die Impedanz zunimmt und abnimmt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs geändert wird.
Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Resonanzcharakteristik eine Charakteristik ist, bei der sich die Impedanz um einen voreingestellten Betrag oder mehr ändert, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs geändert wird.
Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: einen leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensator, der dazu konfiguriert ist, zusammen mit der Spule einen Resonanzkreis zu bilden, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung auf eine Antriebsfrequenz zu ändern, die höher als eine Resonanzfrequenz der Spule und des leistungsübertragungsseitigen Resonanzkondensators ist.
Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung innerhalb eines Bereichs geändert wird, der in einen Bereich von 20 kHz bis weniger als 100 kHz fällt.
Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: einen Spulenstromdetektor, der dazu konfiguriert ist, einen durch die Spule fließenden Spulenstrom zu detektieren, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, einen Leistungsübertragungsbetrieb zum Übertragen von Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung durchzuführen, wenn der Spulenstrom während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung geändert wird, eine Resonanzcharakteristik zeigt.
Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: einen Spulenstromdetektor, der dazu konfiguriert ist, einen durch die Spule fließenden Spulenstrom zu detektieren; und einen Ausgangsspannungsdetektor, der dazu konfiguriert ist, eine Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung zu detektieren, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist: die Impedanz basierend auf dem Spulenstrom und der Ausgangsspannung zu bestimmen; und einen Leistungsübertragungsbetrieb durchzuführen, um Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung zu übertragen, wenn die Impedanz, während die Antriebsfrequenz der Antriebsschaltung geändert wird, eine Resonanzcharakteristik zeigt.
Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: einen Spulenstromdetektor, der dazu konfiguriert ist, einen durch die Spule fließenden Spulenstrom zu detektieren; und einen Spulenspannungsdetektor, der dazu konfiguriert ist, eine an die Spule angelegte Spulenspannung zu detektieren, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist: die Impedanz basierend auf dem Spulenstrom und der Spulenspannung zu bestimmen; und einen Leistungsübertragungsbetrieb durchzuführen, um Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung zu übertragen, wenn die Impedanz, während die Antriebsfrequenz der Antriebsschaltung geändert wird, eine Resonanzcharakteristik zeigt.
Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die ferner eine Benachrichtigungseinheit umfasst, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Benachrichtigungseinheit dahingehend zu steuern, um anzuzeigen, dass eine Last die Leistungsaufnahmevorrichtung ist, wenn die Impedanz auf der Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung eine Resonanzcharakteristik aufweist.
Drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: eine Speichereinheit, die dazu konfiguriert ist, Informationen über die Impedanz auf der Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung zum Zeitpunkt von Änderung der Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung zu speichern, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, basierend auf den in der Speichereinheit gespeicherten Informationen einen Wert einzustellen, um den die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung geändert werden soll.
Drahtloses Leistungsübertragungs-System, umfassend: die drahtlose Leistungsübertragungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12; und eine trennbar auf der drahtlosen Leistungsübertragungs-Einrichtung getragene Leistungsaufnahmevorrichtung, wobei die Leistungsaufnahmevorrichtung Folgendes enthält: eine Leistungsaufnahmespule, die dazu konfiguriert ist, Leistung von der Spule aufzunehmen, wenn sich die Leistungsaufnahmespule in dem durch die Spule erzeugten Hochfrequenzmagnetfeld befindet, und einen aufnahmeseitigen Resonanzkondensator, der dazu konfiguriert ist, zusammen mit der Leistungsaufnahmespule einen Resonanzkreis zu bilden.
Induktionsherd, der dazu konfiguriert ist, Übertragung von Leistung zu einer einen Resonanzkreis enthaltenden Leistungsaufnahmevorrichtung durchzuführen und ein zu erhitzendes Objekt zu erhitzen, wobei der Induktionsherd Folgendes umfasst: eine obere Platte, auf der die Leistungsaufnahmevorrichtung oder das Objekt platziert werden soll; eine unter der oberen Platte bereitgestellte Spule; eine Wechselrichterschaltung, die dazu konfiguriert ist, der Spule einen Hochfrequenzstrom zuzuführen; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, einen Antrieb der Wechselrichterschaltung zum Schalten eines durchzuführenden Betriebs zwischen einem Leistungsübertragungsbetrieb und einem Heizbetrieb zu steuern, wobei der Leistungsübertragungsbetrieb ein Betrieb zur Übertragung von Leistung zu der Leistungsaufnahmevorrichtung ist, wobei der Heizbetrieb ein Betrieb zum induktiven Erhitzen des Objekts ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist: den Leistungsübertragungsbetrieb durchzuführen, wenn eine Impedanz auf einer Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung eine Resonanzcharakteristik zeigt, während eine Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung geändert wird; und den Heizbetrieb durchzuführen, wenn die Impedanz auf der Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung keine Resonanzcharakteristik zeigt, während die Antriebsfrequenz der Wechselrichterschaltung geändert wird.
Induktionsherd nach Anspruch 14, wobei die obere Platte eine Heizzone aufweist, die eine Stelle anzeigt, an der das Objekt platziert werden soll, wobei die Spule mehrere für die Heizzone bereitgestellte Spulen umfasst, wobei die Wechselrichterschaltung mehrere Wechselrichterschaltungen umfasst, die jeweils für eine zugehörige der mehreren Spulen bereitgestellt sind, und wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist: zu bestimmen, ob eine Impedanz auf einer Ausgangsseite jeder der mehreren Wechselrichterschaltungen eine Resonanzcharakteristik aufweist, während eine Antriebsfrequenz jeder der mehreren Wechselrichterschaltungen geändert wird, jede der mehreren Wechselrichterschaltungen, die als eine Wechselrichterschaltung mit einer Ausgangsseite, deren Impedanz die Resonanzcharakteristik zeigt, bestimmt ist, dahingehend zu steuern, den Leistungsübertragungsbetrieb durchzuführen, und jede der mehreren Wechselrichterschaltungen, die als eine Wechselrichterschaltung mit einer Ausgangsseite, deren Impedanz die Resonanzcharakteristik nicht zeigt, bestimmt ist, dahingehend zu steuern, den Heizbetrieb durchzuführen.