DE1181841B

DE1181841B - Coupling coil for inducing eddy currents

Info

Publication number: DE1181841B
Application number: DEH49564A
Authority: DE
Inventors: John MERRETT
Original assignee: Hoover Ltd
Current assignee: Hoover Ltd
Priority date: 1962-08-09
Filing date: 1963-06-26
Publication date: 1964-11-19

Description

Kopplungsspule zum Induzieren von Wirbelströmen Die Erfindung bezieht sich auf eine flache Kopplungsspule zum Induzieren von Wirbelströmen in einer zu erhitzenden Fläche, z. B. in dem Boden eines Topfes, der zum Kochen erhitzt werden soll.Coupling coil for inducing eddy currents The invention relates to towards a flat coupling coil for inducing eddy currents in one heating surface, e.g. B. in the bottom of a pot that is heated to boiling target.

Flachspulen zur Wirbelstromheizung sind bekannt. Unter anderem ist eine Heizplatte mit Induktionsleitern bekannt, die je nach Bedarf in Reihen- oder Parallelschaltung oder . gruppenweise in Reihenparallelschaltung verbunden sind. Diese bekannte Heizplatte ist aber selbstwärmend, da der Induktionsfluß in ihr selbst verläuft. Induktive Belastungsänderungen sowie ein Anpassen der durch die Platte aufgenommenen Heizung sind hierbei nicht möglich.Flat coils for eddy current heating are known. Among other things is a heating plate with induction conductors known, which, as required, in series or Parallel connection or. are connected in groups in series parallel connection. However, this known heating plate is self-heating because the induction flux in itself runs. Inductive load changes as well as an adaptation of the through the plate recorded heating are not possible here.

Ferner ist eine durch Wirbelstrom beheizte Kochplatte für Drehstrom mit mehreren Spulenabschnitten bekannt, bei der jedoch die Spulenabschnitte teilweise in Reihe geschaltet sind und ein Anpassen der durch die Kochplatte aufgenommenen Heizung ebenfalls nicht ermöglicht ist.There is also a hotplate heated by eddy currents for three-phase current known with several coil sections, but in which the coil sections are partially are connected in series and an adaptation of the recorded by the hotplate Heating is also not possible.

Schließlich sind Kopplungsspulen aus mehreren Abschnitten bzw. Einzelspulen bekannt, die auch zum Erhitzen verschieden großer Werkstücke oder Flächen anwendbar sind. Hierzu oder bei der Bewegung eines Werkstückes aus einer Stellung in eine andere Stellung müssen aber die elektrischen Verbindungen z. B. durch Betätigung von Schaltern oder durch andere Mittel geändert werden. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art, die zum Erhitzen langgestreckter Werkstücke unter Relativbewegung zwischen Werkstück und Induktor dient, sollen auch zwei der Einzelspulen parallel geschaltet sein. Die Anordnung ist dabei aber derart, daß mittels mindestens dreier, den Werkstückabmessungen angepaßter Einzelspulen gearbeitet wird, die gruppenweise in Reihe oder parallel zusammenschaltbar sind. Der Endabschnitt des Werkstückes wird zunächst im Stillstand aufgeheizt, und zwar von einer Spule, die der Abmessung und Gestalt dieses Abschnittes ange. paßt ist. Während dieser Zeit ist gleichzeitig bei einer Dreieranordnung die mittlere Spule ebenfalls zugeschaltet und sorgt für eine Temperaturerhöhung in der Nähe des Endabschnittes. Nachdem der Endabschnitt die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird die diesem Abschnitt für die Stillstandheizung zugeordnete Spule abgeschaltet und der mittleren Spule die dritte Spule zugeschaltet. Diese beiden Spulen übernehmen nunmehr im Vorschubverfahren das Erhitzen des Restabschnittes des Werkstückes.Finally, coupling coils are made up of several sections or individual coils known, which can also be used for heating workpieces or surfaces of different sizes are. For this purpose or when moving a workpiece from one position to one other position but the electrical connections z. B. by actuation by switches or by other means. In a known arrangement this type, which is used to heat elongated workpieces with relative movement between If the workpiece and inductor are used, two of the individual coils should also be connected in parallel be. The arrangement is such that by means of at least three, the workpiece dimensions adapted individual coils is worked, which are grouped in series or in parallel are interconnectable. The end section of the workpiece is initially at a standstill heated by a coil, the size and shape of this section ange. fits is. During this time, in the case of a three-way arrangement, the middle coil is also switched on and ensures a temperature increase in the Near the end section. After the end section reaches the desired temperature the coil assigned to this section for the anti-condensation heating is switched off and the middle coil is connected to the third coil. These two coils take over now in the feed process the heating of the remaining section of the workpiece.

Demgegenüber soll durch die Erfindung eine Kopplungsspule geschaffen werden, die zur Erhitzung von Flächen verschiedener Form und/oder Größe, z. B. von Töpfen mit großen und kleinen Durchmessern, verwendet werden kann, ohne daß es not= wendig ist, irgendwelche Einstellungen vorzunehmen und z. B. Schalter zu betätigen und elektrische Verbindungen zu ändern. Zu diesem Zweck ist die Spule gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß zur Beheizung von Flächen verschiedener Form oder Größe ohne Änderung elektrischer Verbindungen zwei oder mehr Spulenabschnitte elektrisch parallel geschaltet sind, so daß die Heizenergie eines von der zu erhitzenden Fläche überdeckten Spulenabschnittes unabhängig von der Überdeckung oder Freilassung eines anderen Spulenabschnittes durch eine zu erhitzende Fläche unverändert erhalten bleibt.In contrast, the invention is intended to create a coupling coil are used for heating surfaces of various shapes and / or sizes, e.g. B. from Pots with large and small diameters, can be used without the need = is agile to make any settings and z. B. Switch to operate and change electrical connections. For this purpose, the coil is according to FIG Invention designed so that for heating surfaces of different shapes or Size without changing electrical connections two or more coil sections electrically are connected in parallel, so that the heating energy is one of the surface to be heated covered coil section regardless of the coverage or exposure of a other coil section remains unchanged by a surface to be heated.

Bei einer derartigen Anordnung wirkt einerseits ein Abschnitt der Spule, wenn er als Ganzes der zu erhitzenden Fläche gegenüberliegt, als kurzgeschlossene Transformatorwicklung, während andererseits ein Abschnitt oder einzelne Windungen eines Abschnittes, die nicht der zu erhitzenden Fläche gegenüberliegen, eine Transformatorwicklung von offenem Stromkreis mit erheblich gesteigerter Induktivität bilden. Wenn dagegen ein der zu beheizenden Fläche gegenüberliegender Spulenabschnitt mit einem einer zu erhitzenden Fläche nicht gegenüberliegenden Spulenabschnitt in Reihe geschaltet ist, so wird der Strom durch beide Abschnitte erniedrigt und die Heizwirkung erheblich verringert. Andererseits wird bei Parallelschaltung der Abschnitte durch die Erhöhung der Induktivität in einem der Abschnitte der Strom in dem anderen Abschnitt nicht beeinflußt.In such an arrangement, on the one hand, a section of the acts Coil, when it faces the surface to be heated as a whole, as a short-circuited Transformer winding, while on the other hand a section or individual turns of a section that is not opposite the surface to be heated, a transformer winding from open circuit with significantly increased inductance. If against it a coil section opposite the surface to be heated and having a Coil section to be heated is not connected in series with opposite coil section is, the current through both sections is decreased and the heating effect is considerable decreased. On the other hand, at Parallel connection of the sections by increasing the inductance in one of the sections the current in the other Section not affected.

Durch die Erfindung ist daher ermöglicht, die Heizenergie der Größe der zu beheizenden Fläche anzupassen. So wird z. B. bei der Erhitzung eines Topfes großer Grundfläche, der beide oder alle Spulenabschnitte überdeckt, die größte Heizenergie entwickelt, während bei einem Topf, der eine nur etwa halb so große Grundfläche aufweist, nur etwa die halbe Heizenergie entwickelt wird. Um dies zu erreichen, ist es gemäß der Erfindung nicht etwa notwendig, irgendwelche Schalterumstellungen od. dgl. durchzuführen, sondern es braucht nur der eine Topf gegen den anderen Topf ausgewechselt zu werden.The invention therefore enables the heating energy of the size adapt to the surface to be heated. So z. B. when heating a pot large base area, which covers both or all coil sections, the greatest heating energy developed, while with a pot that is only about half as large a base area has, only about half the heating energy is developed. To achieve this, it is not necessary according to the invention, any switch adjustments or the like, but it only needs one pot against the other pot to be replaced.

Die Spule kann dabei gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zwei in der gleichen Richtung spiralförmig ineinandergewickelte Abschnitte aufweisen, die mit ihren inneren Enden an die eine Klemme und mit ihren äußeren Enden an die andere Klemme der Stromzuführung angeschlossen sind. Bei einer anderen Ausführungsform mit ebenfalls zwei in der gleichen Richtung spiralförmig ineinandergewickelten Abschnitten kann die Anordnung auch so sein, daß das innere Ende des inneren Abschnittes sowie das äußere Ende des äußeren Abschnittes an die eine Klemme und das äußere Ende des inneren Abschnittes sowie das innere Ende des äußeren Abschnittes an die andere Klemme der Stromzuführung angeschlossen sind. Es können aber auch zwei in entgegengesetzter Richtung spiralförmig ineinandergewickelte Spulen so angeordnet sein, daß das innere Ende des inneren Abschnittes sowie das äußere Ende des äußeren Abschnittes an die eine Klemme und das äußere Ende des inneren Abschnittes sowie das innere Ende des äußeren Abschnittes an die andere Klemme der Stromzuführung angeschlossen sind.According to a further feature of the invention, the coil can have two have sections spiraling into one another in the same direction, those with their inner ends to one clamp and with their outer ends to the other terminals of the power supply are connected. In another embodiment also with two sections spiraled into one another in the same direction the arrangement can also be such that the inner end of the inner section as well the outer end of the outer section to the one clamp and the outer end of the inner section and the inner end of the outer section to the other Terminal of the power supply are connected. But it can also be two in opposite directions Direction spirally wound coils be arranged so that the inner End of the inner section and the outer end of the outer section to the a clamp and the outer end of the inner section and the inner end of the outer section are connected to the other terminal of the power supply.

Die Abschnitte haben dabei vorzugsweise etwa die gleichen Flächenbereiche.The sections preferably have approximately the same surface areas.

Die Erfindung ist insbesondere auf eine Spule gerichtet, die zum Erhitzen von Töpfen verschiedener Größe dient. Um eine maximale Heizenergie bei dem größten Topf zu erreichen, ist es zweckmäßig, daß die Spule einen Durchmesser aufweist, der etwa gleich dem des größten Topfes ist. Der in der Spule fließende Strom ist davon abhängig, daß die Spule magnetisch mit dem Boden des Topfes gekoppelt ist, der als kurzgeschlossene Transformatorwicklung wirkt. Wenn daher ein kleiner Topf auf eine Spule mit nur einer Wicklung aufgesetzt wird, so wird der äußere Teil der Spule nicht mit dem Boden des Topfes gekoppelt und stellt eine erhöhte Induktanz dar, wodurch der Strom nicht nur in diesem äußeren Teil der Spule, sondern auch in deren inneren Teil verringert wird. Wenn daher ein kleiner Topf auf eine in üblicher Weise ausgebildete große Spule aufgesetzt wird, wird die Heizleistung je Flächeneinheit auf einen geringen Wert herabgesetzt.The invention is particularly directed to a coil that is used for heating of pots of different sizes. To achieve maximum heating energy with the largest To achieve pot, it is appropriate that the coil has a diameter which is roughly equal to that of the largest pot. The current flowing in the coil is depends on the coil being magnetically coupled to the bottom of the pot, which acts as a short-circuited transformer winding. If, therefore, a small pot is placed on a coil with only one winding, the outer part becomes the Coil is not coupled to the bottom of the pot and presents increased inductance which causes the current not only in this outer part of the coil, but also is reduced in the inner part. Therefore, when a small pot on one in common Wise trained large coil is put on, the heating power per unit area reduced to a low value.

Diese Schwierigkeit ist durch die Erfindung, gemäß der die Spule aus mehreren parallel geschalteten Abschnitten besteht, überwunden. Wenn hierbei ein kleiner Topf auf die Spule aufgesetzt wird, so bedeckt er den inneren Abschnitt der Spule, der im wesentlichen den gleichen Strom führt, als wenn ein größerer Topf auf die Spule aufgesetzt wäre. Zwar wird der Strom in dem äußeren Abschnitt auf einem geringfügigen Wert erniedrigt, dies wirkt sich aber nicht auf den Strom in dem inneren Abschnitt aus. Die Erfindung ist in verschiedener Weise anwendbar. Nachstehend ist sie an Hand der in der Zeichnung als Beispiele dargestellten besonderen Ausführungsformen beschrieben.This difficulty is due to the invention, according to which the coil is made several sections connected in parallel, overcome. If this is a small pot is placed on the bobbin so it covers the inner section the coil, which carries essentially the same current as if a larger pot would be placed on the spool. True, the current in the outer section is on a slight value, but this does not affect the current in the inner section. The invention is applicable in various ways. Below it is based on the special embodiments shown as examples in the drawing described.

F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform, und F i g. 2 stellt eine zweite Ausführung der Spule mit abgeänderter Verbindung dar.F i g. 1 shows a first embodiment, and FIG. 2 represents a second version of the coil with a modified connection.

Nach F i g. 1 besteht die Spule 10 aus zwei Abschnitten 14 und 15, von denen jeder eine flache Ringform aufweist und aus einem schmalen Leitungsstreifen gewickelt ist. Die Enden 16, 17 des inneren Abschnittes 14 und die Enden 18, 19 des äußeren Abschnittes 15 sind zueinandergeführt und so miteinander verbunden, daß die beiden Abschnitte parallel geschaltet sind.According to FIG. 1, the coil 10 consists of two sections 14 and 15, each of which has a flat ring shape and is wound from a narrow strip of conductor. The ends 16, 17 of the inner section 14 and the ends 18, 19 of the outer section 15 are brought together and connected to one another in such a way that the two sections are connected in parallel.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind das innere Ende 16 des inneren Abschnittes und das innere Ende 18 des äußeren Abschnittes an eine Klemme angeschlossen, während das äußere Ende 17 des inneren Abschnittes und das äußere Ende 19 des äußeren Abschnittes zusammen mit der anderen Klemme verbunden sind. Um zu vermeiden, daß Leiter mit wesentlich verschiedenen Spannungen dicht beieinander liegen, könnten statt dessen auch das äußere Ende 17 des inneren Abschnittes sowie das innere Ende 18 des äußeren Abschnittes an die eine Klemme und das innere Ende 16 des inneren Abschnittes sowie das äußere Ende 19 des äußeren Abschnittes an die andere Klemme angeschlossen sein. Bei der Anordnung nach F i g. 1 fließt der Strom in beiden Abschnitten in derselben Richtung (im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn in einem bestimmten Augenblick), so daß beim Wegnehmen eines Topfes die Induktanz steigt. Dies hat den Vorteil, daß der Strom automatisch verringert wird, wenn der Topf weggenommen wird. Ferner kann es, was ebenfalls einen Vorteil bilden kann, bei manchen Ultraschallfrequenzen sein, daß beim Wegnehmen des Topfes die Frequenz in den Hörbereich abfällt, so daß ein Pfeifton hörbar wird, der daran erinnert, daß der Strom noch eingeschaltet ist, aber kein Topf zum Erhitzen aufgestellt ist.In the illustrated embodiment, the inner end 16 of the inner section and the inner end 18 of the outer section are connected to one clamp, while the outer end 17 of the inner section and the outer end 19 of the outer section are connected together with the other clamp. In order to avoid that conductors with significantly different voltages lie close together, the outer end 17 of the inner section and the inner end 18 of the outer section could instead be connected to the one terminal and the inner end 16 of the inner section and the outer end 19 of the outer section must be connected to the other terminal. In the arrangement according to FIG. 1, the current flows in the same direction in both sections (clockwise or counterclockwise at a certain moment), so that when a pot is removed, the inductance increases. This has the advantage that the current is automatically reduced when the pot is removed. Furthermore, which can also be an advantage, with some ultrasonic frequencies it can be that when the pot is removed, the frequency drops into the audible range, so that a whistling tone is audible, which reminds you that the power is still switched on, but no pot to Heating is set up.

Die Anorcjnung nach F i g. 2 entspricht im wesentlichen der F i g. 1; nur sind hier der innere Abschnitt 21 entgegen dem Uhrzeigersinn und der äußere Abschnitt 22 im Uhrzeigersinn gewickelt, wobei das innere Ende 23 des inneren Abschnittes und das äußere Ende 24 des äußeren Abschnittes an die eine Stromklemme und das äußere Ende des inneren Abschnittes 21 sowie das benachbarte innere Ende des äußeren Abschnittes 22 bei 25 miteinander verbunden und dann an die andere Stromquelle angeschlossen sind. Bei dieser Anordnung ist vermieden, daß Leiter verschiedener Spannung dicht nebeneinander liegen, wobei aber außerdem der Vorteil besteht, daß die Induktanz beim Wegnehmen eines Topfes ansteigt.The arrangement according to FIG. 2 essentially corresponds to FIG. 1; only here the inner section 21 are wound counterclockwise and the outer section 22 clockwise, the inner end 23 of the inner section and the outer end 24 of the outer section to the one power terminal and the outer end of the inner section 21 as well as the adjacent one inner end of the outer portion 22 are connected together at 25 and then connected to the other power source. In this arrangement it is avoided that conductors of different voltages are close to one another, but there is also the advantage that the inductance increases when a pot is removed.

Praktisch kann die Impedanz der beiden Abschnitte nahezu gleich gehalten werden, was im allgemeinen erreicht wird, wenn die Spulen etwa gleiche Flächenbereiche haben. Zum Beispiel könnte der innere Abschnitt einen Durchmesser von 12,7 Zentimeter (5 Zoll) und der äußere Abschnitt einen Außendurchmesser von 17;78 Zentimeter (7 Zoll) haben. Wenn dabei die Abschnitte im Nebenschluß bzw. parallel geschaltet sind und ein großer Topf aufgesetzt ist, sind die Ströme in beiden Abschnitten nahezu gleich. Wenn der Topf groß genug ist, um den äußeren Abschnitt zu überdecken, so liefern beide Abschnitte Energie, und es wird die volle Leistung erzeugt. Wenn ein Topf nur den inneren Abschnitt, nicht aber den äußeren Abschnitt überdeckt, so wird der Strom in dem äußeren Abschnitt verringert und die Energieleistung auf etwa die Hälfte ihres Größtwertes herabgesetzt. Dementsprechend kann für alle Töpfe eines elektrischen Kochherdes eine einheitliche Spulenart verwendet werden, so daß es unnötig ist, für Töpfe verschiedener Größe auch Spulen verschiedener Größe anzuordnen. Es wird somit eine erhebliche Vereinfachung der Herstellung und eine bessere Anpassungsfähigkeit erreicht.In practice, the impedance of the two sections can be kept almost the same be, which is generally achieved when the coils have approximately equal surface areas to have. For example, the inner section could have a diameter of 12.7 inches (5 inches) and the outer section has an outside diameter of 17; 78 centimeters (7 Inches). If the sections are shunted or connected in parallel and a large pot is on top, the currents in both sections are nearly same. When the pot is big enough to the outer section too cover, so both sections deliver energy, and it becomes full power generated. If a pot only the inner section but not the outer section covered, the current in the outer section is reduced and the energy output reduced to about half of their maximum value. Accordingly, it can be for everyone Pots of an electric cooker using a uniform coil type so that it is unnecessary to use coils of different sizes for pots of different sizes to arrange. It is thus a considerable simplification of manufacture and a better adaptability achieved.

Die Erfindung kann so angewendet werden, daß die Spule Windungen enthält, die dicht an der zu beheizenden Fläche liegen, und Windungen, die weiter weg liegen. Zum Beispiel können die Abschnitte aus einem Geflecht gewickelt werden, das aus einer Mehrzahl isolierter Drähte besteht, oder es kann jede Spule, begrenzt auf einen verschiedenen Ringbereich, Windungen enthalten, die dicht an der zu beheizenden Fläche liegen oder weiter von dieser weg.The invention can be applied so that the coil contains turns, that are close to the surface to be heated and turns that are further away. For example, the sections can be wrapped from a braid made from consists of a plurality of insulated wires, or it can be any coil, limited to a different ring area, containing turns that are close to the one to be heated Area or further away from it.

Die Spule nach der Erfindung kann auch in mehr als zwei Abschnitte unterteilt sein. Wenn eine Mehrzahl von Abschnitten angewendet wird, so kann durch Auswahl einer geeigneten Kombination von Abschnitten, die in der gleichen Richtung gewickelt oder so geschaltet sind, daß sie in der gleichen Richtung vom Strom durchflossen werden, und Abschnitten, die in der umgekehrten Richtung gewickelt sind oder in der umgekehrten Richtung vom Strom durchflossen werden, erreicht werden, daß beim Wegnehmen eines Topfes keine Änderung der Induktanz erfolgt.The coil according to the invention can also be in more than two sections be divided. If a plurality of sections is used, then through Choosing an appropriate combination of sections that go in the same direction wound or connected in such a way that the current flows through them in the same direction and sections that are wound in the reverse direction or in the opposite direction of the current flowing through, can be achieved that when Removing a pot does not change the inductance.

Claims

Claims: 1. Flat coupling coil made of several sections for inducing eddy currents in surfaces to be heated, characterized in, that for heating surfaces of various shapes or sizes without changing electrical Connections of two or more coil sections are electrically connected in parallel, so that the heating energy of a covered by the surface to be heated coil section regardless of whether another coil section is covered or left uncovered remains unchanged by a surface to be heated.

2. Coil according to claim 1, characterized in that each section surrounds another section.

3. Coil according to claim 2, characterized in that there are two in the same direction Has spirally interwoven sections with their inner ends to one terminal and with its outer ends to the other terminal of the power supply are connected.

4. Coil according to claim 2, characterized in that it has two in the same direction spirally intertwined portions in such Arrangement comprises that the inner end of the inner section as well as the outer End of the outer section to the one clamp and the outer end of the inner Section and the inner end of the outer section to the other terminal of the Power supply are connected.

5. Coil according to claim 2, characterized in that that they have two sections which are helically wound into one another in opposite directions in such an arrangement that the inner end of the inner section as well the outer end of the outer section to the one clamp and the outer end of the inner section and the inner end of the outer section to the other Terminal of the power supply are connected.

6. Coil according to one of the claims, characterized in that the sections have approximately the same surface areas. In Considered publications: German patent specifications No. 467 347, 608 476, 657167, 835,032; French Patent No. 962 275; U.S. Patent No. 1992 515.