DE2504651A1

DE2504651A1 - Behaeltnisdetektor fuer induktionsheizkochgeraete

Info

Publication number: DE2504651A1
Application number: DE19752504651
Authority: DE
Inventors: Keizo Amagami; Yukio Hirai; Hideyuki Kominami; Tadao Toyooka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-02-04
Filing date: 1975-02-04
Publication date: 1976-01-02
Also published as: GB1470467A; FR2259571B1; NL7501226A; FR2259571A1; AU7773075A; JPS5441143B2; NL157709B; IT1029420B; DE2504651C3; DE2504651B2; JPS50109535A; CA1024604A; US3993885A

Description

ÜHLING -

Patentanwälte;

Dipl.-Ing. Tiedfke - "■""-■" Dipl.-Chem, Bühling Dipl.-Ing. Kinne

8 München 2

Bavariaring 4, Postfach 202403

Tel.: (089) 539653-56 Telex: 524845 tipat
cable address: Germaniapatent ■ . - Mühchen

München, den 4. Februar 1975 B 6421 / case PG5O-7441

Matsushita Electric Industrial Company, Ltd.

Osaka, Japan

Behältnisdetektor für Induktionsheizkochgeräte

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Induktionsheizkochgeräte und im besonderen auf einen in einem. Induktionsheizkochgerät eingebauten Behältnisdetektor zum Feststellen des Vorhandenseins oder Fehlens einer Belastung durch ein Behältnis aus magnetischem Metall.

Es sind Induktionsheizkochgeräte bekannt, bei denen Kochgeräte oder -behälter aus einem magnetischen Metall wie Eisen oder rostfreiem Stahl anstatt mittels direkter Widerstandserwärmung durch magnetische Induktion erwärmt werden, die in dem Kochgerät Wirbelströme hervorruft. Für Kochzwecke

vi/8 509881/0683

Deutsche Bank (München) Kto. 51 61070

Fcs'schoc'' (l.'-ur-ί cn) K'?. 57043-814

finden jedoch weitverbreitet -Kochgeräte aus nichtmagnetischem Metall wie Aluminium Verwendung. Wenn die Bedienungsperson aus Versehen ein derartiges nichtmagnetisches Kochgerät über der Quelle des magnetischen Wechselflusses anordnet, erfährt die Belastungsimpedanz eine plötzliche Änderung in einem derartigen Ausmaß, daß unerwünschte Folgen auftreten (wie beispielsweise anormales Schwingen der Umwandlerschaltung, ein Überstrom in der Induktionsheizspule und Fehlzünden bzw. fehlerhaftes Arbeiten des Festkörper-Schalteleraents).

Aufgabe der Erfindung ist es, die Erregung der Heizspule nur dann in Gang zu setzen, wenn eine geeignete Belastung darüber gelagert angebracht ist, um dadurch die früher aufgetretenen unerwünschten Folgen zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird ein Behältnisdetektor geschaffen, der die Anwesenheit einer geeigneten Last mittels der Bewegung eines zu ihr benachbart angeordneten Permanentmagneten feststellt, wobei mit der Bewegung des Magneten ein Schalter betätigt wird.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Behältnisdetektor geschaffen, bei dem ein oberer beweybarer Magnet und ein unterer feststehender Magnet unter der Heizspule mit senkrechtem Abstand derart angeordnet sind, daß eine gegenseitige Abstoßung erfolgt, so daß das Gewicht des oberen Magneten im wesentlichen aufgehoben und die Anziehung zwischen diesem und der Bodenwandung der Belastung vergrößert wird.

50 98 8T/068 3

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung der Erfindung.

Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Induktionsheizgerätes mit einem eingebauten erfindungsgemäßen Behältnisdetektor.

Fig. 3 ist ein vertikaler Querschnitt, der die relative Anordnung des Kochbehälters auf der Kochfläche, der Induktionsheizspule und der Behältnisdetektor-Baugruppe zeigt.

Die Behälternisdetektor-Baugruppe ist in einem Induktionsheizgerät eingebaut, das eine Induktionsheizspule, die elektromagnetisch an einen darüber angeordneten Kochbehälter ankoppelbar ist, sowie eine statische Leistungsumwandlungs- bzw.-vrechselrichterschaltung aufweist, welche die Spule mit einen ultraschallfrequenten Erregungsstrom versorgt. Im wesentlichen weist der Behältnisdetektor einen unterhalb des Kochbehälters senkrecht bewegbar gelagerten Permanentmagneten und einen an den Magneten angrenzend angeordneten Schalter auf, der durch die senkrechte Bewegung des Magneten betätigt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Behältnisdetektor einen nahe der Bodenwandung des Kochbehälters angeordneten oberen bewegbaren Magneten und einen in Abstand davon orts-

50988 1/06 8 3

fest gelagerten unteren Magneten auf. Diese Magneten sind mit ihren Polen einander entgegengesetzt ausgerichtet, um zwischen ihnen eine Abstoßung zu erzeugen, damit das Gewicht des oberen Magneten im wesentlichen aufgehoben wird. Zwischen dem oberen und dem unteren Magneten ist ein magnetischer Reedschalter (Zungenschalter) mit einem Paar magnetisch erregbarer Blattkontakte angeordnet. Auf das Aufsetzen des Kochbehälters aus magnetischem Metall hin wird infolge der Anziehung zwischen der Bodenwandung des Behälters und dem oberen Magneten der obere Magnet aufwärts bewegt, wodurch sich der Magnetflußpegel in der Umgebung des Reedschalters verringert. Die Verringerung des Magnetflußpegels führt zur Betätigung des Reedschalters, der die Erregung der Induktionsheizspule zuläßt oder verhindert.

In der Fig. 1 ist die Erfindung schematisch dargestellt» Ein Kochbehälter oder eine Pfanne 1 aus magnetischem Metall wie Eisen oder rostfreiem Stahl ist auf einer Kochplatte 2 aus einem keramischen Material über einer Induktionsheizspule 3 angeordnet, die über eine geeignete nicht dargestellte Vorrichtung an der Unterseite der Kochplatte 2 befestigt ist. Ein Permanentmagnet 4 ist an einem Ende eines Schalterarms 5 relativ zu der Bodenwandung des Kochbehälters 1 bewegbar befestigt; der Schalterarm 5 besitzt einen Kontakt 6, der normalerweise an einem Kontakt 7 eines Schalterarms 8 anliegt. Die Schalterarme sind auf geeignete Weise mit dem Schaltkreis zum Erregen der Induktionsheizspule 3 verbunden, um die Erregung der Induktionsheizspule zuzulassen oder zu verhindern.

509881/0683

Durch das Absetzen des Kochbehälters bzw. der Pfanne 1 wird der Permanentmagnet 4 durch Anziehung zwischen der Bodenwandung des belastenden Kochbehälters 1 und dem Magneten nach oben zu bewegt, wobei die Kontakte 6 und 7 voneinander getrennt werden. Das Schalten der Kontakte wird auf geeignete Weise zum Steuern des Schaltens der Erregung der Induktionsheizspule 3 verwendet.

Die Fig. 2 stellt einen Behältnisdetektor 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar, der in einem Induktionsheizgerät 11 eingebaut ist, das einen über einen Einschalter 14 mit einem Viechseistromnetzanschluß 13 verbundenen Vollweggleichrichter 12 zum Zuführen einer vollweggleichgerichteten ungeglätteten gepolten Spannung an ein Paar von Anschlüssen oder Sammelleitungen 15 und 16, eine Induktionsheizspule 17, die elektromagnetisch mit einem über ihr angeordneten Kochbehälter bzw. Kochtopf 18 gekoppelt ist, sowie eine statische Leistungsumwandlungs- oder Zerhackerwechselrichterschaltung aufweist, die eine Siebdrossel 19, eine Kommutierungsspule 20, einen Filterkondensator 21, einen Kommutierungskondensator 22 und einen gesteuerten Siliciumgleichrichter (SCR) bzw. Thyristor 23 mit einer zu ihm gegenpolig parallel geschalteten P.ückführungsdiode 24 besitzt. Zum Erregen des Thyristors 23 mit einer Ultraschallfrequenz ist ein Torimpulsgenerator 25 vorgesehen. Der Torimpulsgenerator 25 ist an eine v/eich einsetzende Uullpunkt-Schaltvorrichtung angeschlossen, die die Torimpulse zu dem Thyristor 23 durchläßt, wenn sie durch eine Nullpunkterfassungs- und Impulsgeber-

509881/0683

250465

schaltung 27 leitend gemacht wird. Die Nullpunkterfassungsund Impulsgeberschaltung 27 ist an die Sammelleitung 15 zum Ermitteln des Spannungsnullpunkts der* an der Sammelleitung 15 auftretenden vollweggleichgerichteten ungeglätteten Spannung angeschlossen, damit sie bei jedem jeweils zwischen halbsinusförmigen Impulsen auftretenden Spannungsnullpunkt einen Torimpuls erzeugt. Sobald die Schaltvorrichtung 2 6 durch diesen Torimpuls eingeschaltet ist, läßt sie die von dem Torimpulsgenerator 25 abgegebenen Torimpulse über den Schaltkreis 28 zu dem Thyristor 23 durch.

Die Einbauanordnung des Behältnisdetektors 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 genauer dargestellt. Eine Platte 29 aus hitzebeständigem Material wie beispielsweise Glaskeramik bildet oberhalb der Induktionsheizspule 17 eine Kochfläche. Die Induktionsheizspule 17 kann einen zum Bilden einer Mittelöffnung 31 schraubenförmig gewickelten Draht enthalten, der zu seiner Festlegung in richtigem Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Windungen in ane Gurnmiverbindung eingegossen und von unten her durch einen Block 30 gestützt ist, welcher auf nicht dargestellten Vorrichtungen gelagert ist. Ein erster Permanentmagnet 3 2 ist senkrecht bewegbar innerhalb eines geschlossenen Metallgehäuses 3 3 aus nichtmagnetischem Material angeordnet, das sich in der Mittelöffnung 31 der Induktionsheizspule 17 befindet. Das Metallgehäuse 33 ist in einem Formblock 34 gelagert, der von einer nicht dargestellten Grundplatte gestützt wird. Der Formblock 3 4 ist mit einer durchgehenden Mittelbohrung

509881/0683

mit Teilstücken wechselnden Durchmessers und dazv/ischenliegenden Schulterteilstücken versehen. Der Formblock nimmt mit dem oberen Ende das Metallgehäuse 33 auf, dessen obere Wandung die Unterseite der keramischen Deckplatte 29 berührt. Unter einem vorbestimmten Abstand von dem ersten Permanentmagneten 32 ist ein zweiter Permanentmagnet 35 angeordnet. Die Pole der beiden Magneten 32 und 35 sind einander entgegenwirkend angeordnet, so daß die magnetische Abstoßung zwischen ihnen ausreicht, das Gewicht des ersten Magneten 32 im wesentlichen aufzuheben. Zwischen dem ersten und dem zwei-, ten Magneten ist eine durch einen luftdicht verschlossenen magnetischen Reedschalter (Zungenschalter) 36 mit Blattkontakten 37 und 38 gebildete Schaltvorrichtung senkrecht angeordnet und innerhalb einer beispielsweise zylindrischen magnetischen Abschirmung 39 auf geeignete Weise gelagert. Als Abschirmungsmaterial kann auch ein Metall mit hochmagnetischen Eigenschaften verwendet werden. Die Blattkontakte 37 und 38 sind in den Schaltkreis 28 geschaltet, wobei sie normalerweise durch Einwirkung des magnetischen Flusses des oberen Magneten 32 keinen Kontakt machen, damit sie den Schaltkreis 28 unterbrechen. Wenn der Kochbehälter bzw. Kochtopf 18 aus einem magnetischen Metall richtig oberhalb der Induktionsheizspule 17 auf die Keramikplatte 29 gestellt ist, wird durch die Anziehung zwischen der Bodenwandung des Kochbehälters 18 und dem Magneten 32 dieser erste Magnet 32 in Richtung des eingezeichneten Pfeils nach oben zu dem Kochbehälter 18 hin gezogen. Die Änderung des Magnetflußpegels in der Umgebung des Reedschal:

509B8 1/0 683

ters 36 bewirkt, daß die Blattkontakte 37 und 38 einander bis zur Berührung anziehen, so daß dadurch der Schaltkreis 28 geschlossen wird. Dadurch können über cten Reedschalter 36 Torimpulse an die Steuerelektrode des Thyristors 23 gelangen.

Durch das Anlegen der Torimpulse wird der Thyristor 23 zur Erzeugung eines ultraschallfrequenten Erregungsstromes in der Umwandlerschaltung erregt, welcher die Induktionsheizspule 17 erregt, die wiederum elektromagnetisch mit dem Kochbehälter bzw. Kochtopf gekoppelt ist. Der hochfrequente Erregungsstrom erzeugt einen magnetischen Wechselfluß hoher Intensität, der in dem den Verbraucher bildenden Kochbehälter 18 zu dessen Erwärmung auf eine für das Kochen geeignete erhöhte Temperatur Wirbelströrae erzeugt.

Die magnetische /Abschirmung 39 ist aus einem magnetischen Metall hergestellt, um den Reedschalter 3 6 gegen den hochfrequenten Magnetfluß abzuschirmen, damit unerwünschte Folgen wie beispielsweise Wärmeerzeugung in den Blattkontakten und Kontaktprellen verhindert werden, während zugleich eine Veränderung des Magnetflußpegels des oberen Magneten 32 ein Schalten des Reedschalters 36 bewirken kann.

Da die magnetische Feldstärke des Magneten 32 infolge der in ihm möglicherweise durch den hochfrequenten Magnetfluß erzeugten Wärme kleiner zu werden neigt, verbessert die Ausnützung der Abstoßung zwischen dem oberen Magneten 32 und dem unteren Magneten 35 die Anziehung des Magneten 32 an den

50988 1 /0683

aufgelegten Kochbehälter 18, so daß insbesondere das Abfallen des Magneten in seine Anfangslage mangels ausreichender magnetischer Anziehung während des Kochens verhindert wird, während außerdem die Benützung eines Kochtopfs mit einem konkaven Boden ermöglicht wird.

Obgleich der Schaltvorgang des Reedschalters 36 zum Zulassen bzw, Sperren der Erregung der Induktionsheizspule 17 durch Schalten eines beliebigen Teils der Schaltung gemäß Fig. ausgenützt v/erden kann, ist es wegen der geringen Strombelastbarkeit des Reedschalters 36 vcrteilhaft, das Schalten in einem Stromkreis vorzusehen, in den ein kleiner Strom wie beispielsweise der über die Torschaltung des Thyristors 23 fließende Strom fließt.

5 0988t/0683

Claims

- 10 Patentansprüche

1. Induktionsheizkochgerät mit einer Induktionsheizspule, die mit einem über die Spule gestellten Kochbehälter elektronagnetisch koppelbar ist, und einer Umwandlerschaltung zum Speisen der Spule mit einem ultraschallfrequenten Erregungsstrom, gekennzeichnet durch einen Behältnisdetektor rr.it

einem relativ zur Bodenwandung des über der Induktionsheizspule (3; 17) abgestellten Kochbehälters (1; 18) bewegbar angebrachten Magneten (4; 32),

einem auf die durch die Anziehung zwischen dem Magneten und dem Kochbehälter verursachte Bewegung des Magneten ansprechenden Schalter (5 bis 8? 36 bis 38), und

einer zwischen den Schalter und die Umwandlerschaltung (19 bis 24) geschalteten Schaltvorrichtung zum Zu- bzw. Abschalten der Erregung der Induktionsheizspule.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_r daß der Schalter (5 bis 8) einen bewegbaren und einen festen Kontakt am (5, S) aufweist, wobei der bewegbare Kontaktarm (5) auf die senkrechte Position des Magneten (4) anspricht»

3.. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ma.cjn.et (4) auf dem bewegbaren Kontaktarm (5) gelagert ist.

25QA65T

4. Induktionsheizkochgerät mit einer Induktionsheizspule, die mit einem über die Spule gestellten Kochbehälter elektromagnetisch koppelbar ist, und^einer Umwandlerschaltung zum Speisen der Spule mit einem ultraschallfrequenten Erregungsstrom, gekennzeichnet durch .

einen Behältnisdetektor mit

einem relativ zur Bodenwandung des über die Spule (17) gestellten ?vOchbehälters (18) bewegbar angebrachten, ersten Magneten (32) ,

einem im Abstand zu dem ersten Magneten von der Bodenwandung des Kochbehälters entfernt angebrachten zweiten Magneten (35), dessen Pole entgegen der Ausrichtung der Pole des ersten Magneten derart ausgerichtet sind, daß zwischen den Magneten eine Abstoßung erzeugt wird, die ausreicht, das Gewicht des ersten Magneten aufzuheben, und mit

einer Schaltvorrichtung (36 bis 3 8), die auf die Magnetflußpegel des ersten Magneten oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Wertebereichs infolge der Bewegung des ersten Magneten durch die Anziehung zwischen diesem und dem Kochbehälter anspricht, um unterschiedliche Schaltzustände zum Ab- bzv/. Zuschalten der Erregung der Induktionsheizspule anzunehmen.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrich^ng (36 bis 38) mittels eines Elements (39) aus magnetischem Metall gegen den von der Induktionsheizspule (17) erzeugten elektromagnetischen Fluß abgeschirmt ist.

5098B 1/0683

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Magnet (32) innerhalb eines geschlossenen Gehäuses (33) aus einem nichtmagnetischen Material bewegbar gelagert ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schaltvorrichtung (36 bis 38) zwischen dem ersten Magneten (32) und dem zweiten Magneten (35) befindet.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung ein Reedschalter (Zungenschalter) ist.

9. Induktionsheizkochgerät mit einem an ein V7echselstromnetz angeschlossenen Gleichrichter für die Abgabe einer vollweggleichgerichteten Spannung an ein Paar von Anschlüssen, einer Induktionsheizspule, die mit einem über die Spule gestellten Ileizbehälter elektromagnetisch koppelbar ist, einer mit dem Paar von Anschlüssen verbundenen, einen Thyristor und eine dazu gegenpolig parallelgeschaltete Rückführungsdiode aufweisenden stationären Leistungsumwandlungsschaltung zum Erzeugen einer Ultraschallfrequenzschwingung, die die Spule erregt, und einer Impulserzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Torimpulsen mit der Ultraschallfrequenz für das Erregen des Thyristors mit der Ultraschallfrequenz, gekennzeichnet durch einen Behältnisdetektor (10) mit einem relativ zur Bodenwandung des über die Spule

509881/0683

(17) gestellten Kochbehälters (18) bewegbar angebrachten eratofi mgüPtön (32) ,

einem im Abstand zu dem ersten Magneten von der Bodenwandung entfernt angebrachten zweiten Magneten (35) , dessen Pole entgegen der Ausrichtung der Pole des ersten Magneten derart ausgerichtet sind, daß zwischen den Magneten eine Abstoßung erzeugt wird, die ausreicht, das Gewicht des ersten Magneten aufzuheben,

einer Schaltvorrichtung (36 bis 38), die auf die Magnetflußpegel des ersten Magneten oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Wertebereichs infolge der Bewegung des ersten Magneten durch die Anziehung zwischen diesem und dem Kochbehälter anspricht, urn unterschiedliche Schaltzustände zum Ab- bzw. Zuschalten der Erregung der Induktionsheizspule anzunehmen, und

einer zwischen die Schaltvorrichtung und die Impulserzeugungsvorrichtung gesehaltetenelektrisch cn Schaltvorrichtung zum Abschalten der Erzeugung der Torimpulse durch die Betätigung der Schaltvorrichtung.

509SS1/0683