DE2322129B2

DE2322129B2 - Induktionskochgerät

Info

Publication number: DE2322129B2
Application number: DE2322129A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Hibino; Masatami Iwamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1973-05-02
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2322129C3; IT984158B; DE2322129A1; FR2183161B1; US3928744A; FR2183161A1; GB1436221A

Description

/ 5

und

exp(-g/2)+ 1,4
exp(-5/2)+ 1,4 \λ

Die Erfindung betrifft ein Induktionskochgerät mit einem mit Netzfrequenz betriebenen Induktor, enthaltend ausgeprägte Pole und Joche aus ferromagnetischem Material, die von die Erregerwicklungen durchfließenden Strömen erregt werden und deren magnetischer Fluß sich über in der Wandung des vom Induktor zu erwärmenden Kochgefäßes befindliche ferromagnetische Teile schließt, und mit einer auf der den Polen zugewandten Seite der ferromagnetischen Teile des Kochgefäßes angeordneten Schicht aus unmagnetischem elektrisch gut leitendem Material.

Ein solches Induktionskochgerät ist aus der DE-PS 6 81 018 bekannt Es hat jedoch den Nachteil eines geringen Heizwirkungsgrades und einer starken Geräuschbildung.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Induktionskochgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einen großen Heizwirkungsgrad aufweist und auf das Kochgefäß nur eine geringe elektromagnetische Kraft ausübt, so daß die Geräuschbildung herabgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dicke d\i der Schicht in dem folgenden Bereich liegt:

20

ji- q_m- 0,755 mm < d_M< β ■ _eM-0,99mm
mit

60 g

30

wobei bedeuten: / den Zahlenwert der in Hz gemessenenen Erregerfrequenz; g den Zahlenwert des in mm gemessenenen Abstandes zwischen der Oberfläche der Induktorpole und der gut leitenden Schicht; qm den Zahlenwert des in μ Ω cm gemessenen spezifischen Widerstandes der gut leitenden Schicht und λ den Zahlenwert einer die Induktorabmessungen in einer Ebene parallel zur Schicht in mm beschreibenden Größe, die bei einem Induktor mit E-förmigem Eisenkern, dessen mittlerer Pol die Erregerwicklung trägt, den mittleren Windungsdurchmesser gemessen in einer zum Joch parallelen Richtung bedeutet; bei einem Induktor mit U-förmigem Eisenkern, dessen beide Schenkel Erregerwicklungen tragen, den mittleren Polabstand gemessen in einer zum Joch parallelen Richtung bedeutet; bei einem Induktor mit topfförmigem Eisenkern mit um den konzentrischen Pol angeordneter Erregerwicklung, den mittleren Windungsdurchmesser bedeutet; bei einem Induktor mit auf einem Kreis mittleren Durchmessers symmetrisch angeordneten jeweils eine eigene Erregerwicklung tragenden Polen, den auf dem Kreis gemessenenen bogenförmigen Abstand der Mitten benachbarter Pole bedeutet.

x · q_m ■ 0,116 mm < d_M < β ■ q_m ■ 0,99 mm

oder

α · ρ _Λ, · 0,116 mm < d_M < a. ■ Sm ■ 0,755 mm
r
β- ρ_Μ· 0,755 mm < d_M < β ■ um ' 0,99 mm

mit

und

60 g /
/■" 5 \λ

60 exp(-g/2)+l,4 /80\⁰·⁸⁵
f exp(-5/2)+l,4 \xj

wobei bedeuten: / den Zahlenwert der in Hz gemessenenen Erregerfrequenz; g den Zahlenwert des in mm gemessenen Abstandes zwischen der Oberfläche der Induktorpole und der gut leitenden Schicht; Qm den Zahlenwert des in μ Ω cm gemessenenen spezifischen Widerstands der gut leitenden Schicht und λ den Zahlenwert einer die Induktorabmessungen in einer Ebene parallel zur Schicht in mm beschreibenden Größe, die bei einem Induktor mit E-förmigem Eisenkern, dessen mittlerer Pol die Erregerwicklung trägt, den mittleren Windungsdurchmesser gemessen in einer zum Joch parallelen Richtung bedeutet; bei einem Induktor mit U-förmigem Eisenkern, dessen beide Schenkel Erregerwicklungen tragen, den mittleren Polabstand gemessen in einer zum Joch parallelen Richtung bedeutet; bei einem Induktor mit topfförmigem Eisenkern mit um den konzentrischen Pol angeordneter Erregerwicklung, den mittleren Windungsdurchmesser bedeutet; bei einem Induktor mit auf einem Kreis mittleren Durchmessers symmetrisch angeordneten jeweils eine eigene Erregerwicklung tragenden Polen, den auf dem Kreis gemessenenen bogenförmigen Abstand der Mitten benachbarter Pole bedeutet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäbo ßen Induktionskochgeräts in teilweise geschnittener schematischer Darstellung,

F i g. 2 einen Kochtopf gemäß F i g. 1 in schematischer teilweise weggebrochener Darstellung,

F i g. 3 eine teilweise weggebrochene schematische b5 Darstellung des Körpers des Induktionskochgeräts gemäß F ig. 1,

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines Erregers des Induktionskochgeräts gemäß F i g. 1,

F i g. 5 eine Draufsicht des Kochtopfs gemäß F i g. 1 und eine Darstellung des magnetischen Flusses,

F i g. 6 eine Draufsicht des Kochtopfs gemäß F i g. 1 und eine Darstellung des Wirbelstromes,

F i g. 7 bis 9 Schnitte zur Veranschaulichung des magnetischen Flusses in einem Kochtop! aus Eisen, einem Kochtopf aus Kupfer und einem ßrfindungsgemäßen Kochtopf,

F i g. 10 die Erregerstrom-Zeit-Kennlinie,

F i g. 11 die Kennlinien für den magnetischen FJuß und Ober die Zeit bzw. für die Anziehungskraft über die Zeit,

Fig. 12 die Kennlinien des Wirbelstroms über die Zeit und der Abstoßungskraft über die Zeit,

Fig. 13 die Kennlinien der gesamtelektromagnetischen Kraft über die Zeit bzw. der durchschnittlichen elektromagnetischen Kraft über die Zeit,

F i g. 14 einen Kochtopf für eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Induktionskochgeräts im Schnitt,

Fig. 15 die zweite Ausführungsform tines erfindungsgemäßen Induktionskochgeräts im Schnitt,

Fig. 16 eine teilweise ausgebrochene schematische Darstellung eines Eisenbauteils,

Fig. 17 einen schematischen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des Kochtopfes,

Fig. 18 und 19 Schnitte durch das Heizgerät der Ausführungsform gemäß Fig. 15,

Fig.20 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Induktionskochgeräts im Schnitt,

F i g. 21 eine schematische Darstellung des Kochers des Induktionskochgerätes gemäß F i g. 20,

F i g. 22 eine schematische Darstellung des Erregers des Induktionskochgerätes gemäß F i g. 20,

Fig.23 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Induktionskochgeräts,

F i g. 24 bis 26 Schnitte durch verschiedene Ausführungsformen des Kochtopfs für das Induktionskochgerät gemäß F i g. 23,

F i g. 27 einen Schnitt durch ein Modell zur theoretischen Analyse des erfindungsgemäßen Induktionskochgerätes,

Fig.28 bis 31 schematische Darstellungen des Erregers (Eisenkern mit Wicklung) des Modells gemäß F ig. 27,

F i g. 32 die Kennlinie für die Dicke der Kupferplatte des Kochtopfs mit einem Eisen-Kupfer-Boden in Abhängigkeit von dem Verlustwiderstand und

F i g. 33 die Kennlinie der Dicke der Kupferplatte als Funktion von der auf den Kochtopf ausgeübten mittleren elektromagnetischen Kraft.

Eine erste Ausführungsform des Induktionskochgerätes 40 ist in den F i g. 1 bis 4 gezeigt, wobei unter einer Deckplatte 80 aus einem nichtmagnetischen Material hoher mechanischer und thermischer Festigkeit, insbesondere aus Edelstahl oder aus Glas mit einer Dicke von bis zu mehreren Millimetern ein Induktor 50 aus einem E-förmigen Eisenkern 60 mit drei Magnetpolen 61, 62 und 63 und mit einer Erregerwicklung 70 um den mittleren Pol 62 angeordnet ist.

Ein ferromagnetisches Kochgefäß 10 weist eine nichtmagnetische Platte 30 mit einer hohen Leitfähigkeit auf, welche mit der Außenfläche des Bodens 20 des ferromagnetischen Kochgefäßes verbunden ist. Zum Beispiel kann eine Kupferplatte oder eine Aluminiumplatte 30 mit einem aus Eisen bestehenden Kochtopf 20 verbunden sein. In F i g. 1 ist der magnetische Fluß Φ durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Ferner ist ein Schalter 41 vorgesehen sowie ein Stecker 42 und eine elektrische Zuleitung 43. Die F i g. 5 und 6 zeigen den magnetischen Fluß Φ in der Eisenplatte des Kochtopfbodens und den Wirbelstrom /, welcher in der Kupferplatte durch den magnetischen Fluß induziert wird. F i g. 9 zeigt den durch einen Kupfer-Eisen-Kochtopf fließenden magnetischen Fluß im Vergleich zu dem durch einen herkömmlichen Eisenkochtopf (F i g. 7) oder Kupferkochtopf (F i g. 8) fließenden magnetischen

ίο Fluß.

Die elektromagnetische Kraft zwischen dem Eisenkern 60 und dem Eisenkochtopf lOß (Fig. 7) führt, zu einer starken fluktuierenden Anziehungskraft, wodurch Vibrationen und Geräusche verursacht werden.

Im Falle eines Kochtopfs aus Kupfer oder im Falle eines Kochtopfs aus Aluminium (F i g. 8) ist der absolute Wert der Abstoßungskraft in bezug auf den Eisenkern 60 relativ gering, so daß kaum Vibrationen oder Geräusche auftreten, jedoch ist der Heizwärkungsgrad gering.

Bei einem Kupfer-Eisen-Kochtopf (Fig.9) ist bei richtiger Wahl der Dicke der Kupferschicht der magnetische Fluß gleich oder nur geringfügig kleiner als derjenige bei einem Eisenkochtopf, so daß der Heizwirkungsgrad des Kochtopfs groß ist. Etwa 95% der gesamten Heizleistung sind auf das Vorhandensein der Kupferplatte zurückzuführen. Die elektromagnetische Kraft über dem Spalt zwischen dem Eisenkern 60 und dem Kochtopf 10 besteht aus zwei Komponenten, nämlich der Anziehungskraft, welche auf die Grenzfläche des magnetischen Teils 20 des Kochtopfs 10 ausgeübt wird und der Lorentz-Kraft, welche zwischen dem Wirbelstrom im Kochtopfboden und dem Erregerstrom in der Erregerwicklung 70 besteht. Der Wirbelstrom hat gegenüber dem Erregerstrom eine Phasenverschiebung von 180°, so daß sich eine abstoßende Kraft ergibt.

Die Fig. 10 bis 13 zeigen die elektromagnetischen Kräfte. Die anziehende Kraftkomponente F\ erhöht sich proportional zum Quadrat des magnetischen Flusses Φ und ändert sich periodisch mit einer Frequenz, welche doppelt so hoch ist wie die Frequenz des Erregerstroms /o. Bei maximalem und minimalem magnetischem Fluß ist die Anziehungskraft am stärksten (Fig. 10, 11). Die abstoßende Kraftkomponente Fi steigt im wesentlichen proportional zum Quadrat des Wirbelstroms J und ist dort am stärksten, wo der Wirbelstrom / ein Maximum hat und wo der Wirbelstrom /und die Anziehungskraft F\ ein Minimum haben (Fig. 12). Die gesamte elektromagnetische Kraft F ist eine Kombination der Anziehungskraft F₁ und der abstoßenden Kraft F₂. Die zeitliche Änderung dieser Kraft Fist in F i g. 13 gezeigt. Die gesamte elektromagnetische Kraft F kann als Überlagerung von zwei Kräften gedeutet würden, deren eine eine statische Kraft F_av ist und deren andere eine alternierende elektromagnetische Kraft ist, deren Frequenz doppelt so hoch ist wie die Stromfrequenz. Wenn die Dicke der Kupferplatte des Kochtopfs gering ist, so ist die anziehende Kraft relativ hoch und die abstoßende Kraft relativ gering. In diesem Fall hat die durchschnittliche elektromagnetische Kraft den Charakter einer stark anziehenden Kraft. Wenn andererseits die Dicke der Kupferplatte erhöht wird, so nimmt die anziehende Kraft rasch ab, und die abstoßende Kraft nimmt allmählich zu. In diesem Fall nimmt die durchschnittliche elektromagnetische Kraft mit zunehmender Dicke der Kupferplatte rasch ab, d. h., die anziehende Kraft wird geringer und schließlich bei einer

bestimmten Dicke Null, wonach bei weiterer Zunahme der Kupferplattendicke sich eine abstoßende Kraft ausbildet.

Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich im Fall eines Eisenkochtopfs mit einer am Boden angebrachten Kupferplatte mit einer Dicke von weniger als 1,7 mm und insbesondere im Bereich von 0,2-1,7 mm. Eine Dicke von 0,2—1,3 mm eignet sich besonders gut für Erreichung einer hohen Heizleistung und eine Dicke von 1,3 bis 1,7 mm eignet sich besonders gut für die m Herabsetzung der elektromagnetischen Kraft. Im Falle eines Eisenkochtopfs mit einer Aluminiumplatte ergeben sich besonders günstige Verhältnisse, wenn die Dicke der Aluminiumplatte geringer als 2,7 mm ist und insbesondere im Bereich von 0,3 — 2,7 mm liegt. Bei 1 -, einer Dicke von 0,3 — 2,1 mm ist die Heizleistung besonders groß, und bei einer Dicke von 2,1 - 2,7 mm ist die elektromagnetische Kraft besonders stark herabgesetzt.

Im folgenden sollen verschiedene Abwandlungen des Induktionskochgerätes erläutert werden.

Fig. 14 zeigt ein Kochgefäß aus Aluminium oder Kupfer oder einem anderen elektrisch leitfähigen Metall mit einem magnetischen Element, z. B. einer Eisenplatte 20 einer Dicke von mehr als 1 mm auf der Innenseite des Bodens 30 des Kochgefäßes.

Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine in ihrer Ausdehnung auf den Pfad des magnetischen Flusses beschränkte Eisenplatte 20 der Innenseite des Kochtopfes 10 angeordnet ist, so daß das Gewicht des jo Kochtopfes herabgesetzt ist. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 14 und 15 kann die Eisenplatte 20 auf der Innenseite des Kochtopfes durch Verschweißen einstückig mit der Kupferplatte 30 verbunden sein. Ein herkömmlicher Kupfer- oder Aluminium-Kochtopf js kann durch Anbringen der Eisenplatte 20 leicht modifiziert werden.

Bei Fig. 16 kann das magnetische Element 20 mit einer geeigneten Membran 21, z. B. mit einer Polytetrafluoräthylen-Beschichtung oder einer Email-Beschich- w tung versehen sein, so daß der Kochtopf unter hygienischen Geischtspunkten einwandfrei und für die Nahrung unschädlich ist.

Fig. 17 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der sich ein Eisenelement 20 im Inneren des Bodens des Kochtopfes 30 befindet, welcher aus Aluminium besteht. Das Aluminiumteil 31 an der Oberseite der Eisenplatte hat keine elektrische Funktion. Es schützt die Eisenplatte 20 jedoch nach außen, so daß der Kochtopf ein gutes und sauberes Aussehen hat.

Fig. 18 zeigt eine weitere Ausführungsform des Induktionskochgerätes mit einem Kochtopf 20 aus ferromagnetischem Material (Eisen) und einer leitfähigen Platte 30, welche durch Halterungen 80 und 82 am Gerät befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform kann sich ein geringer mechanischer Zwischenraum (0 — 0,5 mm) zwischen der Platte 30 und dem Kochtopf 20 bilden. Die Ströme im Inneren des aus Eisen bestehenden Kochtopfes 20 und in der leitfähigen Platte 30 verlaufen lediglich in horizontaler Richtung und nicht bo vertikal zu deren Grenzfläche. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Heizleistung sehr hoch und wird nicht durch die Tatsache beeinträchtigt, daß sich eventuell durch Rostbildung ein schmaler Spalt zwischen dem Kochtopf 20 und der leitfähigen Platte 30 μ oder durch unsachgemäße Bearbeitung derselben bildet. Die Halterungen 80, 82 haben zusätzlich die Funktion einer Aufnahmerinne für aus dem Kochtopf auslaufende Flüssigkeit. Ferner absorbiert die Halterung eine thermische Ausdehnung der leitfähigen Platte 30 in horizontaler Richtung. Die radiale Ausdehnung einer leitfähigen Kupferplatte mit einem Außendurchmesser von 220 mm beträgt bei 180° C lediglich etwa 0,3 mm.

Fig. 19 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei die leitfähige Platte 30 bei 81 mittig mit dem Mittelbereich des Eisenkerns 60 verbunden ist. Die peripheren Bereiche der leitfähigen Platte 30 und die peripheren Bereiche des Eisenkerns 60 stehen nicht in Kontakt miteinander. Der periphere Bereich der leitfähigen Platte 30 ist einstückig mit einem Ring 82 verbunden. Wenn die leitfähige Platte 30 sich thermisch ausdehnt, so wird eine Deformation der leitfähigen Platte 30 in vertikaler Richtung dadurch verhindert, daß die Halterungen 80 für die leitfähige Platte eine geringe Starrheit haben. Sie nehmen dann die durch die gestrichelte Linie A gezeigte Position ein.

Eine weitere Ausführungsform ist in den F i g. 20 bis 22 gezeigt. Dabei sind vier magnetische Pole 61 bis 64 des Eisenkerns 60 vorgesehen. Sie erstrecken sich durch die obere Platte des Kochgerätes 40 und liegen an der Oberfläche frei, so daß sie den Boden des Kochtopfes 10 direkt berühren. Auch hier besteht der Erreger 50 aus dem Eisenkern 60 und der Spule 70. Bei dieser Ausführungsform ist der thermische Wirkungsgrad erhöht.

Fig.23 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem Behälter aus nichtmetallischem Material 90, z. B. einen Porzellan- oder Glas-Teetopf. In diesem befindet sich ein Heizelement 10 aus einer Eisenplatte 20 und einer Kupferplatte 30. Gemäß F i g. 24 ist dieses Heizelement 10 im Inneren des Bodens des Gefäßes 90 vorgesehen. Gemäß F i g. 25 ist das Heizelement 10 auf der Unterseite des Bodens des Gefäßes 90 vorgesehen. Gemäß F i g. 26 ist das Heizelement 10 innerhalb des Gefäßes 90 durch Halterungen 91 aus isolierendem Material oder aus einem magnetischen Element gehalten.

Im folgenden soll die Wirkung des Induktionskochgerätes analysiert werden. Es wird insbesondere in Beziehung zwischen der Dicke des elektrisch gut leitenden Elementes (Kupferplatte oder Aluminiumplatte am Boden eines Eisentopfes) und dem Heizwirkungsgrad bzw. der auf den Kochtopf ausgeübten elektromagnetischen Kraft untersucht und die optimale Dicke des elektrisch gut leitenden Elementes bestimmt

Fig.27 zeigt einen Schnitt durch ein praktisches Modell zur Analyse verschiedener Parameter. Dei Kochtopf hat einen Durchmesser von etwa 150-250 mm und die Dicke der Eisenplatte 20 de; Bodens des Kochtopfes beträgt etwa 1,0 — 3,0 mm. Die optimale Dicke cfc_u der Kupferplatte 30 am Boden des Kochtopfes soll bestimmt werden. Der spezifische Widerstand ρ der Kupferplatte beträgt 1,72 μΩ-cm. Dei Abstand zwischen dem Boden des Kochtopfes 10 unc der Polfläche des Eisenkerns 60 (Spaltweite) wird mit t bezeichnet. Dieser Abstand variiert zwischet 0-10 mm.

Die folgenden verschiedenen Arten von Eisenkernei und Erregerwicklungen können eingesetzt werden Fig.28 zeigt einen E-förmigen Eisenkern mit dre Polen, wobei λ den mittleren Windungsdurchmessei bezeichnet. F i g. 29 zeigt einen U-förmigen Eisenken mit zwei Polen, wobei λ den mittleren Abstand dei beiden magnetischen Pole bezeichnet. Die Länge de: Eisenkerns gemäß den F i g. 28 und 29 beträgt etwi 150-220mm. Fig.30 zeigt einen topfförmigen Eisen

kern mit einer Ringwicklung 70, wobei λ den mittleren Windungsdurchmesser der Erregerwicklung 70 bedeutet Der Außendurchmesser des topfförmigen Eisenkerns beträgt etwa 150-200mm. Fig.31 zeigt einen Eisenkern mit vier Polsektoren, wobei λ den Bogenabstand zwischen den Mitten benachbarter Magnetpole, gemessen auf einem Kreis entlang des mittleren Durchmessers, bedeutet Der Außenradius der Eisenkernsektoren beträgt etwa 150 — 220 mm. Die oben definierten Abmessungen Λ sind bei allen Ausführungen äquivalent zueinander, obgleich die Gestalt der Eisenkerne jeweils verschieden ist

Der Verlustwiderstand R des Kochtopfes und die elektromagnetische Kraft F, welche auf den Kochtopf ausgeübt wird (pro 1 Ampere-Windung), wurde aus den Maxwellschen Gleichungen errechnet Die sich ergebende Gleichung ist kompliziert und umfaßt eine Integralfunktion. Daher werden lediglich die Berechnungsergebnisse, welche mit einem Großcomputer gewonnen wurden, dargestellt

Das Berechnungs-Modell der Fig.27 hat dabei folgende Parameter: #=5 mm; A=80m; <5=4Omm; Eisenkernlänge /=120 mm; Erregerfrequenz /=60 Hz. Das ferromagnetische Element besteht aus Eisen (Dicke 2 mm; Permeabilität μ_Γ= 5000).

F i g. 32 zeigt die Kennlinie des Widerstandes R des Kochtopfes. Die Kurve (a) bezieht sich auf einen Kupfer-Eisen-Kochtopf gemäß vorliegender Erfindung. Auf der Abszisse ist dabei die Dicke der Kupferplatte cfcu aufgetragen. Die Kurve (b) bezieht sich auf einen Eisenkochtopf als Vergleichsbeispiel, und auf der Abszisse ist dabei die Dicke der Eisenplatte aufgetragen. Die Kurve (c) bezieht sich auf einen Eisenkochtopf mit einer Permeabilität von μ._Γ=500 als Vergleichsbeispiel. Die Permeabilität μ_Γ=500 wird als minimale Permeabilitäi angesehen, und die Permeabilität von 5000 wird als maximale Permeabilität für die erhältlichen Eisenplatten angesehen. Der Widerstand der herkömmlichen Eisenkochtöpfe liegt zwischen den Kurven (b) und (c). Die Kurve ,Ii^ bezieht sich auf einen Kupferkochtopf als Vergleichsbeispiel. Dabei ist auf der Abszisse die Dicke der Kupferplatte aufgetragen.

Wenn die Dicke der Kupferplatte (mm) im Bereich von

0,1 < cfcu <, 13, speziell im Bereich von 0,1 ;£ cfcu £ 0,6 und insbesondere im Bereich von

50

liegt so hat der Widerstand einen hohen Wert Das Maximum des Widerstandes liegt bei einer Dicke von

cfcu = 03 mm.

Dieses Maximum entspricht etwa dem 2,4fachen des maximalen Widerstandes eines Eisenkochtopfes und etwa, dem 6fachen des maximalen Widerstandes eines Kupferkochtopfes.

Der maximale Widerstand des Kupfer-Eisen-Kochtopfes und die optimale Dicke der Kupferplatte hängen im wesentlichen nicht von der Dicke und der Permeabilität des Eisenteils ab.

Fig.33 zeigt die Abhängigkeit des zeitlichen Mittelwertes der elektromagnetischen Kraft F (pro 1-Ampere-Windung) von der Dicke der Kupferplatte.

Wenn die Dicke der Kupferplatte (mm) im Bereich

65 Schwerkraft welche auf den Kochtopf ausgeübt wird und das Vibrationsgeräusch ist gering. Wenn die Dicke der Kupferplatte (mm) im Bereich von

liegt so liegt eine geringe abstoßende Kraft vor. Diese ist jedoch geringer als die Schwerkraft des Kochtopfes. Daher wird der Kochtopf nicht in der Schwebe gehalten und das Vibrationsgeräusch ist gering. Demgemäß kann man feststellen, daß bei einer Dicke (mm) der Kupferplatte im Bereich von

liegt ist das Vibrationsgeräusch stark herabgesetzt Bei ob,= 1,5 mm

ist die durchschnittliche elektromagnetische Kraft Null und das Vibrationsgeräusch hat ein Minimum.

Wenn man nun die Lehren der Fig.32 und 33 kombiniert, so kommt man unter dem Gesichtspunkt eines möglichst großen Widerstandes und einer möglichst geringen elektromagnetischen Kraft zu dem Schluß, daß der erfindungsgemäße Effekt dann am größten ist, wenn die Dicke der Kupferplatte im Bereich von

liegt, so ist die elektromagnetische Kraft geringer als die liegt Unter dem Gesichtspunkt eines hohen Äquivalentwiderstandes ist ein Bereich von

0,2 Ξ dbu 21,3 mm
und insbesondere von

0,2<<fc_u20,4mm

bevorzugt Unter dem Gesichtspunkt einer möglichst geringen elektromagnetischen Kraft ist ein Bereich von

ißS etui 1,7 mm

bevorzugt

Die Dicke der Kupferplatte im Maximum des Widerstandes fällt nicht mit der Dicke der Kupferplatte im Nullpunkt der elektromagnetischen Kraft zusammen. Wenn die Dicke der Kupferplatte 03 mm beträgt und ein maximaler Widerstand vorliegt, so ist die elektromagnetische Kraft etwa halb so groß wie bei einem Eisenkochtopf. Wenn die Dicke der Kupferplatte 1,5 mm beträgt, so daß die elektromagnetische Kraft Null ist, so ist der Widerstand etwas größer als der maximale Widerstand eines Eisenkochtopfes. Aus der Beschreibung der Kennlinien der F i g. 32 und 33 wird klar, daß der erfindungsgemäße Kochtopf 10 einem herkömmlichen Eisenkochtopf oder Kupferkochtopf überlegen ist

Der Widerstand steigt mit zunehmender Frequenz und die optimale Dicke der Kupferplatte, bei welcher der Widerstand ein Maximum hat, nimmt mit steigender Frequenz ab. Die elektromagnetische Kraft nimmt mit zunehmender Frequenz ab, und die optimale Dicke der Kupferplatte für eine elektromagnetische Kraft des Werts Null nimmt ebenfalls mit zunehmender Frequenz ab. Der Widerstand nimmt mit zunehmender Spaltbreite g ab, und die optimale Dicke nimmt mit zunehmender Spaltbreite g zu. Die elektromagnetische Kraft nimmt ab, und die optimale Dicke der Kupferplatte für den Fall einer elektromagnetischen Kraft des Wertes Null nimmt ab, wenn die Spaltbreite zunimmt. Die optimale Dicke im Falle einer elektromagnetischen Kraft des

Wertes Null ist im wesentlichen proportional dem folgenden Ausdruck:

[„p(-JL)

wobei die Spaltweite mit g bezeichnet wird.

Im Bereich einer großen Dicke der Kupferplatte nimmt der Widerstand mit zunehmendem Parameter λ ab, während im Falle einer geringen Dicke der Kupferplatte der Widerstand mit zunehmendem Parameter A zunimmt. Die optimale Dicke für einen maximalen Widerstand nimmt mit zunehmendem Parameter λ ab. Die optimale Dicke ist umgekehrt proportional dem Quadrat des Parameters Λ. Die elektromagnetische Kraft nimmt mit zunehmendem Parameter λ ab. Die optimale Dicke für den Fall einer elektromagnetischen Kraft des Wertes Null nimmt mit zunehmendem Parameter λ ab.

Die optimale Dicke ist dem Ausdruck (λ⁰·⁸⁵) umgekehrt proportional.

Vorstehend wurde das Modell eines Eisenkochtopfes mit einer Kupferplatte am Boden beschrieben. Wenn jedoch eine Aluminiumplatte oder eine andere hochleitfähige Platte anstelle der Kupferplatte eingesetzt wird, so ergeben sich ähnliche Ergebnisse. Dabei gilt

dcJQCu = dA\/QA\ = dti/QM.

Allgemein ergeben sich aus den vorstehenden Ergebnissen die folgenden Bereiche der thermischen Dicke öm einer Platte mit geringem elektrischem Widerstand Qm unter Verwendung der Ausdrücke

60 g 80²

10

und

60

Wenn die Dicke der hochleitfähigen Platte i/_M im Bereich von

0,2 α · -j-^- g d_M 5i 1,7 β ·

1,72

liegt, so sind die Wirkungen der vorliegenden Erfindung bemerkenswert. Unter dem Gesichtspunkt eines hohen Widerstandes liegt die Dicke der hochleitfähigen Platte dM vorzugsweise im Bereich von

!,72

und insbesondere im Bereich von <■>->.. . Qm ^- j ^- _n ι _

Unter dem Gesichtspunkt einer geringen elektromagnetischen Kraft beträgt die Dicke der hochleitfähigen Platte d\i vorzugsweise

1,3/*

UM

1,72

=2 d_M ^ 1,7 β

Qm 1,72

Es wurde festgestellt, daß die berechneten Ergebnisse sehr gut mit experimentellen Ergebnissen übereinstimmen.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Induktionskochgerät mit einem mit Netzfrequenz betriebenen Induktor, enthaltend ausgeprägte Pole und Joche aus ferromagnetischem Material, die von die Erregerwicklungen durchfließenden Strömen erregt werden und deren magnetischer Fluß sich über in der Wandung des vom Induktor zu erwärmenden Kochgefäßes befindliche ferromagnetische Teile schließt, und mit einer auf der den Polen zugewandten Seite der ferromagnetischen Teile des Kochgefäßes angeordneten Schicht aus unmagnetischem elektrisch gut leitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d_M) der Schicht (30) in dem folgenden Bereich liegt:

■ g_M · 0,116 mm < d_M< β ■ ρ_Μ· 0,99 mm

oder

χ · q_m · 0,116 mm < d_M < χ ■ ρ_Μ ■ 0,755 mm

oder