EP2050313A1 - Litzenleitung - Google Patents

Litzenleitung

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Publication number
EP2050313A1
EP2050313A1 EP07787978A EP07787978A EP2050313A1 EP 2050313 A1 EP2050313 A1 EP 2050313A1 EP 07787978 A EP07787978 A EP 07787978A EP 07787978 A EP07787978 A EP 07787978A EP 2050313 A1 EP2050313 A1 EP 2050313A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
individual wires
wires
wire
stranded
stranded conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07787978A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jesus Acero Acero
Rafael Alonso Esteban
José Miguel Burdio Pinilla
Pablo Jesus Hernandez Blasco
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP2050313A1 publication Critical patent/EP2050313A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/30—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for reducing conductor losses when carrying alternating current, e.g. due to skin effect
    • H01B7/303—Conductors comprising interwire insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements

Definitions

  • the invention is based on a stranded wire, in particular for an induction heating device, with at least one set of individual wires according to the preamble of claim 1.
  • Litz wires which have a set of thin individual wires which are enclosed by a common insulating sleeve. These are used, for example, in induction coils for generating alternating magnetic fields, in particular in induction heating devices.
  • An undesirable effect of the generated time-varying magnetic field is the induction of electrical currents, the so-called eddy currents or eddy currents, within the stranded line which cause power losses.
  • the object of the invention is in particular to provide a generic Litz wire with improved properties in terms of reducing power losses.
  • the invention is based on a stranded wire, in particular for an induction heating device, with at least one set of individual wires.
  • the stranded conductor has a current-coupled spacing means, which is intended to keep adjacent individual wires spaced apart by a magnetic weakening distance, whereby power losses, which are caused in particular due to an alternating magnetic field in the stranded conductor, can be reduced.
  • a “magnetic attenuation distance” is to be understood in particular a distance to a single wire, in which the field strength of the magnetic field generated by a current flowing in the single wire, is substantially less than the field strength of the magnetic field at the edge of this single wire.
  • the field strength at a point spaced from the single wire is "substantially less" than the field strength at the edge of the single wire when the field strength at the spaced point is less than 80%, preferably less than 70% and preferably less than 50% of the field strength at the edge of the single wire is.
  • the "field strength" of an alternating magnetic field at a point can be understood to mean a time average of the field strength of the time-dependent magnetic field at this point.
  • the time-dependent magnetic field can be described by the magnetic flux density B or the magnetic field strength H.
  • a single wire of the stranded conductor experiences an alternating magnetic field, which is generated by a current in a single wire surrounding the individual wire.
  • This alternating field can induce electrical eddy currents (also called eddy currents) in the single wire, which cause power loss of the stranded conductor.
  • P power losses, here denoted by P, depend on the field strength of the alternating magnetic field at a point x of the stranded line at this point with the ratio P (x) ⁇ B 2 (x).
  • the spacing means which preferably keeps a single wire away from the adjacent single-wire wires via the attenuation distance, the environmental effects (or proximity effects) causing the above-described power losses can advantageously be reduced.
  • "adjacent individual wires" can be understood as meaning directly adjacent individual wires.
  • a “distance” and a “distance” are preferably distances in the cross section of the stranded conductor perpendicular to the running direction of the stranded conductor.
  • a distance “to” a wire may be understood to mean a distance to the center or edge of the wire.
  • a distance “between” two wires may be understood to mean a distance between the center or edge of the first wire and the center or edge of the second wire.
  • a "single wire” can be understood in particular to mean an electrically conductive wire of the stranded conductor, in which part of the current flows in the case of a current flowing in the stranded conductor.
  • the set of the stranded conductor preferably has more than three individual wires.
  • the use of the spacer means are particularly suitable for stranded conductors, which advantageously have at least twenty individual wires, preferably at least fifty individual wires and particularly advantageously at least one hundred individual wires, whereby a high reduction of power losses can be achieved.
  • a "current-coupled" means of the stranded conductor should in particular be understood to mean a means of the stranded conductor which remains current-free in the case of a current flowing in the individual wires.
  • the spacer means is advantageously made of an electrically insulating material.
  • the magnetic attenuation distance is advantageously at least 20% of a single wire cross-sectional dimension.
  • a "single wire cross-sectional extension” is to be understood in particular to mean an extension of a single wire in its cross-section.
  • the cross section is preferably a mental section along a plane that is aligned perpendicular to the direction of the single wire.
  • This individual wire cross-sectional extension is dependent on the design of the individual wire cross-section. For example, if a single wire has a circular cross-section, the single-wire cross-sectional extension preferably corresponds to the single-wire diameter. If the stranded conductor has individual wires which have a different individual wire cross-sectional extension, the smallest, average or maximum individual wire cross-sectional extension in the set of individual wires can be understood by the single-wire cross-section reinforcement.
  • the spacing means extend over at least 20% of the current range of the stranded conductor cross section.
  • a low current density can be achieved, whereby a low magnetic field strength can be achieved within the stranded wire.
  • current range can be understood as meaning in particular the region of the stranded conductor cross section which is provided for the individual wires. Preferably, this area is bounded by an insulating sheath of the stranded conductor.
  • the spacing means comprise at least one set of current-coupled wires.
  • the current-coupled wires extend between the individual wires preferably at least predominantly over the length of the stranded conductor.
  • the wires run in particular over at least 50%, preferably over at least 70% and particularly advantageously over at least 90% of the length of the stranded conductor.
  • the wires can advantageously have the length of the individual wires.
  • the spacing means comprise a coating agent, with which the individual wires are coated.
  • the coating agent extends around a single wire over a distance in the cross section of the stranded wire, which is preferably at least 10% of the individual wire cross-sectional extension of the single wire.
  • the spacing means comprise an embedding means, in which at least part of the set of individual wires is embedded.
  • the part is formed, for example, of inner wires of the set of individual wires.
  • an "inner wire” can be understood in particular to mean a single wire of the set of individual wires, which is enclosed by the set of edge wires which are arranged at the edge of the stranded wire.
  • the embedding agent can completely fill a space between adjacent inner wires and / or between inner wires and edge wires, which are adjacent to these inner wires, with material.
  • the embedding means may completely fill a gap between the edge wires and an insulating sheath of the stranded wire.
  • the spacer means be made of a rubber elastic material.
  • a particularly flexible stranded conductor can be achieved and a cost-effective electrically insulating material can be used.
  • a "rubber-elastic" material is to be understood as meaning, in particular, a material which is protected by means of a natural rubber, such as e.g. Rubber, and / or an artificially manufactured rubber, such as e.g. an elastomer, or another material that appears reasonable to those skilled in the art, which has the elastic properties of rubber.
  • the spacer means is preferably made of a particular temperature-resistant elastomer.
  • the spacing means be made of a silicone material, whereby a cost-effective spacing means can be achieved.
  • the spacer may be made of a silicone elastomer, whereby a temperature-resistant spacer can be achieved inexpensively.
  • the individual wires are distributed uniformly over the Litzen Obersquerites. It can thereby be achieved optimal utilization of the space provided for the individual wires space in Litz Obersquerites. Furthermore, a uniform current density can be achieved over a large area of the Litz Obersqueritess and thereby local increases in the magnetic field strength can be avoided.
  • the individual wires in the stranded conductor cross section may have a regular grid structure.
  • the stranded conductor is designed as an induction coil line for an induction heating device.
  • an induction heating device strong magnetic fields can be generated by the induction coil, which at maximum power of the induction heating device, e.g. up to 40 mT. It is particularly advantageous in such an application if a stranded conductor according to the invention is used for the induction coil of the induction heating device, since particularly high power losses can be avoided in view of the generated magnetic fields.
  • FIG. 1 shows an induction hob in a top view with cooking zones and induction heating devices associated with the cooking zones
  • FIG. 2 shows a view of an induction heating device with an induction coil
  • FIG. 3a shows a line cross-section of a stranded conductor of the induction coil
  • FIG. 3b shows a longitudinal section of the stranded conductor from FIG. 3a
  • 4 shows the course of the magnetic flux density as a function of the radial distance to the center of a current-conducting wire of the stranded conductor
  • FIG. 6 shows a line cross-section of a stranded conductor according to the invention with spaced-apart wires
  • FIGS. 5 and 6 show the curves of the squared magnetic flux density along the cross section of the stranded conductors from FIGS. 5 and 6,
  • FIG. 8 shows the course of the magnetic flux density in the induction coil of FIG. 2 in comparison with the course of the magnetic flux density in a conventional induction coil, FIG.
  • Fig. 9 shows an alternative embodiment of the stranded wire with embedded in an insulating material conductive wires and
  • FIG. 10 shows a further embodiment of the stranded conductor with conductive individual wires, which are coated with an insulating material.
  • FIG. 1 shows an induction hob 10 in a view from above.
  • This has a mounting frame 12, which can be attached to a worktop, a cooking plate 14 for placing a cookware, on which cooking zones 16 are designated, and a control panel 18 on.
  • a heating plate 14 for placing a cookware, on which cooking zones 16 are designated, and a control panel 18 on.
  • Below the cooking plate 14, an induction heater 20 is arranged below the cooking plate 14.
  • the induction heater 20 includes power electronics and induction coil units 22, each associated with a cooking zone 16.
  • FIG. 2 shows a detailed view of one of the induction coil units 22 of the induction heating device 20.
  • the induction coil unit 22 has an induction coil 24, of which only a partial area is shown for the sake of clarity.
  • the induction coil 24 is arranged on a carrier plate 26.
  • the induction coil 24 has a wound induction coil line, which is designed as a stranded conductor 28.
  • FIG. 3 a shows the line cross section of the stranded conductor 28, which corresponds to a section along a plane perpendicular to the course direction of the stranded conductor 28.
  • the stranded conductor 28 has a set of wires which are enclosed by a plastic insulating sleeve 30. As can be seen from the various hatchings, the wires are divided into two sets of different natures.
  • the first sentence includes senior Individual wires 34 which conduct an electric current during operation of the induction coil unit 22. In this operation, a fraction of a current flowing through the stranded conductor 28 flows in a single wire 34.
  • the individual wires 34 are preferably under the same voltage.
  • the second set includes additional wires 38 which are current coupled.
  • these current-coupled wires 38 remain current-free, while a current flows through the individual wires 34.
  • these wires 38 are shown by means of a plastic hatching. In this case, regardless of the material of the wires 38, this hatching should indicate the fact that the wires 38 are current-coupled in contrast to the individual wires 34.
  • the stranded conductor 28 is shown with a small number of individual wires 34 in the figure.
  • the stranded conductor 28 may be provided with a larger number of individual wires, such as at least 30, 50 or 100 individual wires.
  • the set of down-coupled wires 38 forms a spacer means 40 by which two adjacent conductive strands 34 are spaced apart by a magnetic attenuation distance m.
  • This weakening distance m is about 90% of a single wire cross-sectional extension d, which corresponds to the diameter of the individual wires 34.
  • the wires 38 are made of a silicone elastomer.
  • the wires 38 extend between the individual wires 34 over the entire length of the stranded conductor 28, as shown in FIG. 3b, in which the stranded conductor 28 is shown in a sectional view along the line IIIb-IIIb in FIG. 3a.
  • the ratio of the individual wires 34 to the wires 38 in the embodiment of Figure 3a is 45%.
  • the spacer means 40 therefore extends in the cross-section over at least 50% of a limited by the insulating sheath 30 and provided for the individual wires 34 and the wires 38 current range 42 of the stranded conductor 28.
  • the wires 38 and the individual wires 34 have identical diameters. Further embodiments in which the wires 38 and the individual wires 34 have different diameters and / or the stranded conductor 28 has a further ratio of the individual wires 34 to the wires 38 are conceivable.
  • FIG. 4 shows a single wire 34 of the stranded conductor 28, which is removed from the stranded conductor 28.
  • a magnetic field by means of the magnetic flux density B is described in this text.
  • the ratio r / r 0 is plotted on the x-axis. As can be seen from the diagram, from the edge of the single wire 34, the magnetic flux density drops with the radial distance rab. It is now assumed that another electrically conductive single wire 34 '(shown in phantom) is disposed in the vicinity of the illustrated single wire 34. By the magnetic wire generated by the individual wire 34
  • Alternating electric currents are generated in the individual wire 34 '. These currents, also called eddy currents, correspond to a power P (r), which is lost for another application, here a heating of a feed by induction effects. This power at a distance r is proportional to the field strength of the magnetic flux density at this distance squared: P (r) ⁇ B 2 (r).
  • P (r) the power loss can be kept low.
  • the spacing of the edge of the individual wire 34 'to the individual wire 34 is understood to mean a distance of the additional individual wire 34'.
  • the term “reduction” refers to the arrangement of the individual wires 34 and 34 ', in which they rest against each other.
  • the value r / r 0 1.25, at which the field strength of the magnetic flux density is 80% of the field strength at the edge of the single wire 34, can be regarded as a limit over which an advantageous reduction of the Power losses, at least 35%, can be achieved with regard to an application for an induction coil line.
  • a distance r> 1.25r 0 may be considered as the magnetic attenuation distance m in view of the above-mentioned application to induction coils.
  • a reduction of at least 50% of the power losses can be achieved if the distance rdem ratio rl r 0 > 1.4 corresponds. In this case, the distance is the other
  • FIGS. 5 and 6 The action of the spacer means 40 may be further appreciated by a synopsis of Figs. 5-7.
  • stranded conductors with a small number of individual wires 34 are shown in FIGS. 5 and 6. This description can be generalized to any number of individual wires 34.
  • FIG. 5 shows a stranded conductor 44 with a set of electrically conductive individual wires 34, wherein the individual wires 34 are arranged in direct contact with each other.
  • FIG. 6 shows a stranded conductor 46 with an equal number of electrically conductive individual wires 34, which are separated from one another by a spacing means 48 via a magnetic wire
  • Weakening distance m are spaced, which corresponds to a diameter formed as a single wire cross-sectional extension d of the individual wires 34.
  • the spacer means 48 is formed as a set of down-coupled wires 50 whose diameter corresponds to the single-wire cross-sectional extension d.
  • FIG. 7 shows in a diagram the profile of the squared field strength of the magnetic field within the stranded conductor 44 along a line V-V (dashed line) and within the stranded conductor 46 along a line VI-VI (solid line).
  • the x-axis corresponds to the distance x along the line V-V or the line Vl-Vl.
  • the zero point corresponds to a center 52 of the arrangement of the individual wires 34 in both
  • the squared field strength B 2 (x) is plotted on the y-axis at the distance x in the unit 10 6 kg 2 / (s 4 A 2 ), where kg corresponds to one kilogram, s of one second and A corresponds to one ampere.
  • the squared field strengths shown are generated by an alternating current in the stranded wires 44, 46 having an intensity of 25 A and a frequency of 25000 Hz, which are typical values of an application of the stranded conductors 44, 46 for the induction heating apparatus 20.
  • the spacing means 48 causes the current density in the stranded conductor 46 to be less than that in the stranded conductor 44 with the same amount of current intensity in the stranded conductors 44, 46.
  • the squared-line average value over the distance x for the stranded conductor 46 is substantially less than in the configuration without spacing means 48. Furthermore, in the course of the course V 1 -V 1 minima appear, which indicate considerable local reductions of the magnetic field strength within the line 46. In a quantitative manner, it can be seen that the maximum value of the squared field strength, which in both configurations corresponds to the edge of the stranded conductors 44, 46, is reduced by approximately 65%.
  • the effect of using the stranded conductor 28 on the induction coil 24 can be perceived by means of the diagram in Figure 8.
  • the field strength of the magnetic flux density B is plotted in the unit 10 '4 Tesla.
  • the solid line corresponds to the course of the field strength of the magnetic flux density B along the line VIII-VIII in the radial direction of the induction coil 24 (see Figure 2).
  • the radial distance x is plotted from the center of the induction coil 24 along the line VIII-VIII. The distance x is expressed in units of the radius of the induction coil 24.
  • the dashed line represents the course of the magnetic flux density B along the same line VIII-VIII, wherein the induction coil 24 is provided with a stranded wire having the structure of the stranded conductor 44 of Figure 5. It is assumed that in both configurations the induction coil 24 is fed with an alternating current having an equal intensity and a same frequency. It is further assumed that the stranded conductor 28 and the stranded conductor having the structure of FIG. 5 have the same number of current-conducting individual wires 34, so that the stranded conductor 28 with the spacer means 40 is larger in its cross-section than the other stranded conductor.
  • the induction coil 24 has a larger radius than in the configuration with the other stranded wire.
  • the distance x from the center of the induction coil 24, which corresponds to the zero point in the diagram is plotted on the x-axis in unit of the diameter of the respective induction coil 24 and is therefore dimensionless.
  • a reduction of the field strength of the magnetic flux density within the induction coil 24 can be achieved up to 25%, in particular in the central region of the induction coil 24.
  • local peaks of the field strength of the magnetic flux density within the induction coil 24 through the Litzentechnisch 24 be avoided.
  • the course of the field strength of the magnetic flux density from the edge of the induction coil 24 to the outside is substantially identical in both configurations.
  • FIG. 9 shows an alternative embodiment of a stranded conductor 54 for the induction heating device 20 in a cross-sectional view.
  • This comprises an insulating sheath 56 made of plastic, which limits a current range 57 within which a set of electrically conductive individual wires 34 extends. For clarity, a small number of individual wires 34 has been shown.
  • a spacing means 58 adjacent individual wires 34 are spaced apart by a magnetic weakening distance m.
  • the spacing means 58 has an embedding means 60, in which the individual wires 34 are embedded.
  • the magnetic weakening distance m is a single wire cross-sectional extension d, which corresponds to the diameter of the individual wires 34.
  • the embedding means 60 which is embodied as a silicone compound, forms a surface which is continuous in the stranded conductor cross-section and completely fills up spaces between adjacent individual wires 34 and between individual wires 34 at the edge of the current region 57 and the insulating jacket 56.
  • the embedding means 60 is made of a silicone elastomer.
  • FIG. 1 Another embodiment of a stranded conductor 62 for the induction heating device 20 is shown in FIG.
  • the stranded conductor 62 has the insulating sheath 56 which limits the current region 57.
  • a set of electrically conductive strands 34 which are spaced apart by a distance means 64 over a magnetic attenuation distance m.
  • the spacer means 64 coating agent 66, with which the individual wires 34 are each coated.
  • the individual wires 34 provided with this covering means 66 abut each other.
  • the coating means 66 have a thickness t which corresponds to the radius of the individual wires 34.
  • the magnetic weakening distance m is a single wire cross-sectional extension d, which corresponds to the diameter of the individual wires 34.
  • the coating agents 66 are each formed as a layer of a silicone elastomer.
  • the individual wires 34 are uniformly distributed over the stranded conductor cross section.
  • the corresponding sets of individual wires 34 have a regular grid structure.

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  • Insulated Conductors (AREA)

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Litzenleitung, insbesondere für eine Induktionsheizvorrichtung (20), mit zumindest einem Satz von Einzeldrähten (34). Um Leistungsverluste zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass die Litzenleitung ein stromabgekoppeltes Abstandsmittel (40; 48; 58; 64) aufweist, welches dazu vorgesehen ist, benachbarte Einzeldrähte (34) über eine magnetische Schwächungsdistanz (m) voneinander entfernt zu halten.

Description

Litzenleitung
Die Erfindung geht aus von einer Litzenleitung, insbesondere für eine Induktionsheizvor- richtung, mit zumindest einem Satz von Einzeldrähten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Litzenleitungen bekannt, die einen Satz von dünnen Einzeldrähten aufweisen, welche von einer gemeinsamen Isolierhülle umschlossen sind. Diese werden beispiels- weise bei Induktionsspulen zur Erzeugung von magnetischen Wechselfeldern, insbesondere bei Induktionsheizvorrichtungen, eingesetzt. Ein unerwünschter Effekt des erzeugten, zeitlich veränderlichen Magnetfelds ist die Induktion von elektrischen Strömen, den so genannten Wirbelströmen oder Eddy-Strömen, innerhalb der Litzenleitung, die Leistungsverluste verursachen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Litzenleitung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Reduzierung von Leistungsverlusten bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Litzenleitung, insbesondere für eine Induktionsheizvor- richtung, mit zumindest einem Satz von Einzeldrähten.
Es wird vorgeschlagen, dass die Litzenleitung ein stromabgekoppeltes Abstandsmittel aufweist, welches dazu vorgesehen ist, benachbarte Einzeldrähte über eine magnetische Schwächungsdistanz voneinander entfernt zu halten, wodurch Leistungsverluste, die ins- besondere aufgrund eines magnetischen Wechselfelds in der Litzenleitung hervorgerufen werden, vermindert werden können. Unter einer "magnetischen Schwächungsdistanz" soll insbesondere ein Abstand zu einem Einzeldraht verstanden werden, bei dem die Feldstärke des Magnetfelds, das von einem im Einzeldraht fließenden Strom erzeugt wird, wesentlich geringer als die Feldstärke des Magnetfelds am Rand dieses Einzeldrahts ist. Die Feldstärke an einem vom Einzeldraht beabstandeten Punkt ist "wesentlich geringer" als die Feldstärke am Rand des Einzeldrahts, wenn die Feldstärke am beabstandeten Punkt insbesondere weniger als 80 %, vorteilhaft weniger als 70 % und bevorzugt weniger als 50 % der Feldstärke am Rand des Einzeldrahts beträgt.
Unter der "Feldstärke" eines magnetischen Wechselfelds an einem Punkt kann in diesem Zusammenhang eine zeitliche Mittelung der Feldstärke des zeitabhängigen Magnetfelds an diesem Punkt verstanden werden. Dabei kann das zeitabhängige Magnetfeld durch die magnetische Flussdichte B oder die magnetische Feldstärke H beschrieben werden. In diesem Text wird ein Magnetfeld durch die magnetische Flussdichte B beschrieben. Werden der Punkt durch den Vektor x , die Zeit durch den Parameter t und die Feldstärke des zeitabhängigen Magnetfelds durch den Betrag der magnetischen Flussdichte, und zwar B(x,t) = B(x,t) , bezeichnet, kann die zeitliche Mittelung der Feldstärke des zeitabhängigen Magnetfelds am Punkt x über eine Periode T, z.B. durch
< B2(x) >= , ermittelt werden. Es kann unter "Feldstärke" des magneti- sehen Felds am Punkt x in diesem Text die Größe B(x) =< B2 (x) >1/2 , auch mit B bezeichnet, verstanden werden.
Fließt ein Wechselstrom in einer herkömmlichen Litzenleitung, erfährt ein Einzeldraht der Litzenleitung ein magnetisches Wechselfeld, das von einem Strom in einem den Einzel- draht umgebenden Einzeldraht erzeugt ist. Dieses Wechselfeld kann im Einzeldraht elektrische Wirbelströme (auch Eddy-Ströme genannt) induzieren, die Leistungsverluste der Litzenleitung verursachen. Diese Leistungsverluste, hier mit P bezeichnet, hängen an einem Punkt x der Litzenleitung von der Feldstärke des magnetischen Wechselfelds an diesem Punkt mit dem Verhältnis P(x) ∞ B2(x) ab. Die Feldstärke des Magnetfelds, das von einem umgebenden Einzeldraht erzeugt wird, fällt mit dem Abstand zum Rand des Einzeldrahts mit dem bekannten Skalierungsverhältnis B(r) = Boro Ir ab, wobei rden Abstand zum Mittelpunkt des Einzeldrahts, ro den Radius des Einzeldrahts und B0 die Feldstärke am Rand des Einzeldrahts bezeichnen. Durch das Abstandsmittel, welches vorzugsweise einen Einzeldraht über die Schwächungsdistanz von den benachbarten Ein- zeldrähten entfernt hält, können die oben beschriebenen und Leistungsverluste verursachenden Umgebungseffekte (oder proximity effects) vorteilhaft reduziert werden. Unter "benachbarten Einzeldrähten" können in diesem Zusammenhang unmittelbar benachbarte Einzeldrähte verstanden werden. Ein "Abstand" und eine "Distanz" sind in diesem Zusammenhang vorzugsweise Abstände im Querschnitt der Litzenleitung senkrecht zur Ver- laufsrichtung der Litzenleitung. Ferner kann unter einem Abstand "zu" einem Draht ein Abstand zum Mittelpunkt oder zum Rand des Drahts verstanden werden. Unter einem Abstand "zwischen" zwei Drähten kann ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt oder dem Rand des ersten Drahts und dem Mittelpunkt oder dem Rand des zweiten Drahts verstanden werden.
Unter einem "Einzeldraht" kann in diesem Zusammenhang insbesondere ein elektrisch leitender Draht der Litzenleitung verstanden werden, in welchem bei einem in der Litzenleitung fließenden Strom ein Teil des Stroms fließt. Der Satz der Litzenleitung weist vorzugsweise mehr als drei Einzeldrähte auf. Der Einsatz des Abstandsmittels eignet sind insbesondere für Litzenleitungen, die vorteilhaft mindestens zwanzig Einzeldrähte, bevorzugt mindestens fünfzig Einzeldrähte und besonders vorteilhaft mindestens hundert Einzeldrähte aufweisen, wodurch eine hohe Reduzierung von Leistungsverlusten erreicht werden kann.
Unter einem "stromabgekoppelten" Mittel der Litzenleitung soll insbesondere ein Mittel der Litzenleitung verstanden werden, welches bei einem in den Einzeldrähten fließenden Strom stromfrei verbleibt. Um Leistungsverluste durch induzierte Ströme im Abstandsmittel zu verhindern, ist das Abstandsmittel vorteilhafterweise aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt.
Um eine besonders effektive Reduzierung von Leistungsverlusten zu erzielen, beträgt die magnetische Schwächungsdistanz vorteilhaft zumindest 20 % einer Einzeldrahtquer- schnittserstreckung. Dadurch kann eine Reduzierung von zumindest 50 % der Leistungs- - A -
verluste erzielt werden. Unter einer "Einzeldrahtquerschnittserstreckung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Erstreckung eines Einzeldrahts in dessen Querschnitt verstanden werden. Dabei ist der Querschnitt vorzugsweise ein gedanklicher Schnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zur Verlaufsrichtung des Einzeldrahts ausgerichtet ist. Diese Einzeldrahtquerschnittserstreckung ist von der Ausgestaltung des Einzeldrahtquerschnitts abhängig. Weist ein Einzeldraht beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf, entspricht die Einzeldrahtquerschnittserstreckung vorzugsweise dem Einzeldrahtdurchmesser. Weist die Litzenleitung Einzeldrähte auf, die eine unterschiedliche Einzel- drahtquerschnittserstreckung aufweisen, kann unter der Einzeldrahtquerschnittserstre- ckung die kleinste, durchschnittliche oder maximale Einzeldrahtquerschnittserstreckung im Satz von Einzeldrähten verstanden werden.
Es wird außerdem vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel sich über zumindest 20 % des Strombereichs des Litzenleitungsquerschnitts erstreckt. Dadurch kann eine geringe Stromdichte erreicht werden, wodurch eine geringe magnetische Feldstärke innerhalb der Litzenleitung erzielt werden kann. Unter dem "Strombereich" kann in diesem Zusammenhang insbesondere der Bereich des Litzenleitungsquerschnitts verstanden werden, welcher für die Einzeldrähte vorgesehen ist. Vorzugsweise ist dieser Bereich von einer Isolierhülle der Litzenleitung begrenzt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel zumindest einen Satz stromabgekoppelter Drähte aufweist. Dadurch kann eine besonders flexible Litzenleitung erzielt werden, die leicht gebogen und/oder gewickelt werden kann. Die stromabgekoppelten Drähte verlaufen zwischen den Einzeldrähten vor- zugsweise zumindest überwiegend über die Länge der Litzenleitung. Dabei verlaufen die Drähte insbesondere über mindestens 50 %, bevorzugt über mindestens 70 % und besonders vorteilhaft über mindestens 90 % der Länge der Litzenleitung. Um eine minimale Anpassung einer herkömmlichen Struktur einer Litzenleitung und ein einfaches Herstellen zu erreichen, können die Drähte vorteilhafterweise die Länge der Einzeldrähte aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel ein Beschichtungsmittel aufweist, mit welchem die Einzeldrähte beschichtet sind. Dadurch kann ein einfacher, gängiger Herstellungsprozess der Litzenleitung erreicht werden. Um eine große Schwächungsdistanz zu erreichen, erstreckt sich das Beschichtungsmittel um einen Einzeldraht über einen Abstand im Querschnitt der Litzenleitung, welcher vorzugsweise zumindest 10 % der Einzeldrahtquerschnittserstreckung des Einzeldrahts beträgt.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel ein Einbettungsmittel aufweist, in welchem zumindest ein Teil des Satzes von Einzeldrähten eingebettet ist. Dadurch können ein besonders einfaches Herstellen und eine robuste Litzenleitung erreicht werden. Der Teil ist beispielsweise von Innendrähten des Satzes von Einzeldrähten gebildet. Unter einem "Innendraht" kann in diesem Zusammenhang insbesondere ein Einzeldraht des Satzes von Einzeldrähten verstanden werden, welcher von dem Satz von Randdrähten, die am Rand der Litzenleitung angeordnet sind, umschlossen ist. Dabei kann das Einbettungsmittel einen Zwischenraum zwischen benachbarten Innendrähten und/oder zwischen Innendrähten und Randdrähten, die diesen Innendrähten benachbart sind, mit Material vollständig füllen. Ferner kann das Einbet- tungsmittel einen Zwischenraum zwischen den Randdrähten und einer Isolierhülle der Litzenleitung vollständig füllen.
Es wird außerdem vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel aus einem gummielastischen Material hergestellt ist. Dadurch kann eine besonders flexible Litzenleitung erreicht wer- den und ein kostengünstiges elektrisch isolierendes Material kann eingesetzt werden. Unter einem "gummielastischen" Material soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Material verstanden werden, welches mittels eines natürlichen Gummis, wie z.B. Kautschuk, und/oder eines künstlich hergestellten Gummis, wie z.B. eines Elastomers, hergestellt ist, oder ein weiteres, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Material, das die elastischen Eigenschaften von Gummi aufweist. Um eine robuste und langlebige Litzenleitung zu erreichen, ist das Abstandsmittel vorzugsweise aus einem, insbesondere temperaturbeständigen Elastomer hergestellt.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel aus einem Silikonmaterial herge- stellt ist, wodurch ein kostengünstiges Abstandsmittel erreicht werden kann. Insbesondere kann das Abstandsmittel aus einem Silikonelastomer hergestellt sein, wodurch ein temperaturbeständiges Abstandsmittel kostengünstig erreicht werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Einzeldrähte über den Litzenleitungsquerschnitt gleichmäßig verteilt sind. Es kann dadurch eine optimale Ausnutzung des für die Einzeldrähte zur Verfügung gestellten Raums im Litzenleitungsquerschnitt erzielt werden. Ferner kann eine gleichmäßige Stromdichte über einen großen Bereich des Litzenleitungsquerschnitts erreicht werden und es können dadurch lokale Erhöhungen der magnetischen Feldstärke vermieden werden. Beispielsweise können die Einzeldrähte im Litzenleitungsquerschnitt eine regelmäßige Gitterstruktur aufweisen.
Vorteilhafterweise ist die Litzenleitung als Induktionsspulenleitung für eine Induktionsheizvorrichtung ausgebildet. In einer solchen Induktionsheizvorrichtung können durch die Induktionsspule starke Magnetfelder erzeugt werden, die bei maximaler Leistung der Induktionsheizvorrichtung z.B. bis 40 mT betragen können. Es ist insbesondere bei einer solchen Anwendung von Vorteil, wenn für die Induktionsspule der Induktionsheizvorrichtung eine erfindungsgemäße Litzenleitung eingesetzt wird, da im Hinblick auf die erzeugten magnetischen Felder besonders hohe Leistungsverluste vermieden werden können.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeich- nung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Induktionskochfeld in einer Ansicht von oben mit Kochzonen und den Kochzonen zugeordneten Induktionsheizvorrichtungen, Fig. 2 eine Ansicht einer Induktionsheizvorrichtung mit einer Induktions- spule,
Fig. 3a einen Leitungsquerschnitt einer Litzenleitung der Induktionsspule, Fig. 3b einen Längsschnitt der Litzenleitung aus Figur 3a, Fig. 4 den Verlauf der magnetischen Flussdichte als Funktion des radialen Abstands zum Mittelpunkt eines Strom leitenden Drahts der Litzenleitung,
Fig. 5 einen Leitungsquerschnitt einer herkömmlichen Litzenleitung, Fig. 6 einen Leitungsquerschnitt einer erfindungsgemäßen Litzenleitung mit beabstandeten Drähten,
Fig. 7 die Verläufe der quadrierten magnetischen Flussdichte entlang des Querschnitts der Litzenleitungen aus den Figuren 5 und 6,
Fig. 8 den Verlauf der magnetischen Flussdichte in der Induktionsspule aus Figur 2 im Vergleich zum Verlauf der magnetischen Flussdichte in einer herkömmlichen Induktionsspule,
Fig. 9 eine alternative Ausführungsform der Litzenleitung mit in einem isolierenden Material eingebetteten leitenden Drähten und
Fig. 10 eine weitere Ausbildung der Litzenleitung mit leitenden Einzeldräh- ten, die mit einem isolierenden Material beschichtet sind.
Figur 1 zeigt ein Induktionskochfeld 10 in einer Ansicht von oben. Dieses weist einen Befestigungsrahmen 12, welcher an einer Arbeitsplatte befestigt werden kann, eine Koch- platte 14 zum Auflegen von einem Kochgeschirr, auf welcher Kochzonen 16 bezeichnet sind, und ein Bedienfeld 18 auf. Unterhalb der Kochplatte 14 ist eine Induktionsheizvorrichtung 20 angeordnet. Die Induktionsheizvorrichtung 20 umfasst eine Leistungselektronik und Induktionsspuleneinheiten 22, die jeweils einer Kochzone 16 zugeordnet sind.
In Figur 2 ist eine Detailansicht einer der Induktionsspuleneinheiten 22 der Induktionsheizvorrichtung 20 dargestellt. Die Induktionsspuleneinheit 22 weist eine Induktionsspule 24 auf, von welcher der Übersichtlichkeit halber nur ein Teilbereich dargestellt ist. Die Induktionsspule 24 ist auf einer Trägerplatte 26 angeordnet. Die Induktionsspule 24 weist eine gewickelte Induktionsspulenleitung auf, die als Litzenleitung 28 ausgebildet ist.
Figur 3a zeigt den Leitungsquerschnitt der Litzenleitung 28, welcher einem Schnitt entlang einer Ebene senkrecht zur Verlaufsrichtung der Litzenleitung 28 entspricht. Die Litzenleitung 28 weist einen Satz von Drähten auf, die von einer Isolierhülle 30 aus Kunststoff umschlossen sind. Wie der Figur anhand der verschiedenen Schraffuren zu entnehmen ist, sind die Drähte in zwei Sätze verschiedener Natur geteilt. Der erste Satz umfasst leitende Einzeldrähte 34, die im Betrieb der Induktionsspuleneinheit 22 einen elektrischen Strom leiten. Bei diesem Betrieb fließt in einem Einzeldraht 34 ein Bruchteil eines durch die Litzenleitung 28 fließenden Stroms. Dabei stehen die Einzeldrähte 34 vorzugsweise unter gleicher Spannung. Der zweite Satz umfasst weitere Drähte 38, welche stromabgekoppelt sind. Im Betrieb der Induktionsspuleneinheit 22 verbleiben diese stromabgekoppelten Drähte 38 stromfrei, während ein Strom durch die Einzeldrähte 34 fließt. In der Figur sind diese Drähte 38 mittels einer Kunststoff schraffur dargestellt. Hierbei sollte diese Schraffur unabhängig vom Material der Drähte 38 auf die Tatsache hindeuten, dass die Drähte 38 im Gegensatz zu den Einzeldrähten 34 stromabgekoppelt sind. Der Übersichtlichkeit hal- ber ist in der Figur die Litzenleitung 28 mit einer kleinen Anzahl von Einzeldrähten 34 dargestellt. Die Litzenleitung 28 kann mit einer größeren Anzahl von Einzeldrähten, wie z.B. zumindest 30, 50 oder 100 Einzeldrähten, versehen sein.
Der Satz von stromabgekoppelten Drähten 38 bildet ein Abstandsmittel 40, durch welches zwei benachbarte leitende Einzeldrähte 34 über eine magnetische Schwächungsdistanz m voneinander beabstandet sind. Diese Schwächungsdistanz m beträgt ca. 90 % einer Einzeldrahtquerschnittserstreckung d, die dem Durchmesser der Einzeldrähte 34 entspricht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Drähte 38 aus einem Silikon- Elastomer hergestellt. Die Drähte 38 verlaufen zwischen den Einzeldrähten 34 über die gesamte Länge der Litzenleitung 28, wie der Figur 3b zu entnehmen ist, in der die Litzenleitung 28 in einer Schnittansicht entlang der Linie Illb-Illb in Figur 3a dargestellt ist. Das Verhältnis der Einzeldrähte 34 zu den Drähten 38 im Ausführungsbeispiel der Figur 3a beträgt 45 %. Das Abstandsmittel 40 erstreckt sich daher im Leitungsquerschnitt über zumindest 50 % eines von der Isolierhülle 30 begrenzten und für die Einzeldrähte 34 und die Drähte 38 vorgesehenen Strombereichs 42 der Litzenleitung 28. In diesem Beispiel weisen die Drähte 38 und die Einzeldrähte 34 identische Durchmesser auf. Weitere Ausführungsvarianten, in denen die Drähte 38 und die Einzeldrähte 34 unterschiedliche Durchmesser aufweisen und/oder die Litzenleitung 28 ein weiteres Verhältnis der Einzeldrähte 34 zu den Drähten 38 aufweist, sind denkbar.
Die Funktion des Abstandsmittels 40 und der Begriff der magnetischen Schwächungsdistanz m sind anhand von Figur 4 weiter beschrieben. In Figur 4 ist ein Einzeldraht 34 der Litzenleitung 28 dargestellt, welcher von der Litzenleitung 28 entfernt ist. Der Einzeldraht 34 weist einen kreisförmigen Querschnitt mit Radius r0 = d/2 auf. Es wird angenommen, dass ein elektrischer Wechselstrom durch den Einzeldraht 34 fließt. Es entsteht dadurch ein magnetisches Wechselfeld innerhalb und in der Umgebung des Einzeldrahts 34. Wie oben schon beschrieben, wird in diesem Text ein magnetisches Feld mittels der magnetischen Flussdichte B beschrieben. Es wurde oben ebenfalls schon beschrieben, dass unter der Feldstärke B(x) eines magnetischen Wechselfelds an einem Punkt x die über die Zeit t gemittelte Feldstärke des zeitabhängigen Wechselfelds B(x,t) , und zwar B(χ) = [< B2(x,t) >t]112 , verstanden werden kann. In Figur 4 ist ferner in einem Diagramm der Verlauf der Feldstärke B(r) als Funktion des radialen Abstands rzum Mittelpunkt des Einzeldrahts in dessen Querschnitt dargestellt. Auf der y-Achse ist die Fraktion BfB0 aufgetragen, wobei S0 = S (r0) die magnetische Feldstärke am Rand des Einzeldrahts 34 darstellt. Auf der x-Achse ist das Verhältnis r/r0 aufgetragen. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, fällt ab dem Rand des Einzeldrahts 34 die magnetische Flussdichte mit dem radialen Abstand rab. Es wird jetzt angenommen, dass ein weiterer elektrisch leitender Einzeldraht 34' (gestrichelt dargestellt) in der Umgebung des dargestellten Einzeldrahts 34 angeordnet ist. Durch das vom Einzeldraht 34 erzeugte magnetische
Wechselfeld werden elektrische Ströme im Einzeldraht 34' erzeugt. Diesen Strömen, auch Eddy-Strömen genannt, entspricht eine Leistung P(r), die für eine weitere Anwendung, hier ein Erwärmen einer Speise durch Induktionseffekte, verloren geht. Diese Leistung an einem Abstand r ist proportional zur Feldstärke der magnetischen Flussdichte bei diesem Abstand im Quadrat: P(r) ∞ B2 (r) . Durch eine Anordnung des weiteren Einzeldrahts 34' mit einem bestimmten Abstand zum Rand des Einzeldrahts 34 kann der Leistungsverlust gering gehalten werden. Unter einem Abstand rdes weiteren Einzeldrahts 34' wird der Abstand rdes Rands des Einzeldrahts 34' zum Einzeldraht 34 verstanden. Es ist nun von Vorteil, insbesondere im Hinblick auf eine Anwendung für eine Induktionsspulenleitung, dass eine Reduzierung von zumindest 35 % der Leistungsverluste erreicht wird. Hierbei bezieht sich der Begriff "Reduzierung" auf die Anordnung der Einzeldrähte 34 und 34', in welcher diese aneinander anliegen. Die erwünschte Reduzierung von 35 % entspricht dem Abstand r/r0 = 1 .25, wobei der Leistungsverlust im Einzeldraht 34' ca. 65 % des Leistungsverlustes beträgt, der entstehen würde, wenn der Einzeldraht 34' in direktem Kontakt mit dem Einzeldraht 34 angeordnet wäre. Der Wert r/r0 = 1.25, bei welchem die Feldstärke der magnetischen Flussdichte 80 % der Feldstärke am Rand des Einzeldrahts 34 beträgt, kann als Grenzwert angesehen werden, über welche eine vorteilhafte Reduzierung der Leistungsverluste, und zwar um zumindest 35 %, im Hinblick auf eine Anwendung für eine Induktionsspulenleitung erreicht werden kann. Über diesen Grenzwert hinaus kann ein Abstand r > 1.25r0 als magnetische Schwächungsdistanz m im Hinblick auf die oben genannte Anwendung bei Induktionsspulen betrachtet werden. Besonders vorteilhaft kann eine Reduzierung von zumindest 50 % der Leistungsverluste erreicht werden, wenn der Abstand rdem Verhältnis rl r0 > 1.4 entspricht. Dabei beträgt der Abstand des weiteren
Einzeldrahts 34' zum Rand des Einzeldrahts 34 zumindest 40 % des Radius r0 und daher zumindest 20 % der als Durchmesser ausgebildeten Einzeldrahtquerschnittserstreckung d des dargestellten Einzeldrahts 34.
Die Wirkung des Abstandsmittels 40 kann des Weiteren durch eine Zusammenschau der Figuren 5 bis 7 wahrgenommen werden. Der Übersichtlichkeit halber werden in den Figuren 5 und 6 Litzenleitungen mit einer geringen Anzahl von Einzeldrähten 34 dargestellt. Diese Beschreibung kann für eine beliebige Anzahl von Einzeldrähten 34 verallgemeinert werden.
In Figur 5 ist eine Litzenleitung 44 mit einem Satz von elektrisch leitenden Einzeldrähten 34 dargestellt, wobei die Einzeldrähte 34 in direktem Kontakt zueinander angeordnet sind. Figur 6 zeigt eine Litzenleitung 46 mit einer gleichen Anzahl von elektrisch leitenden Ein- zeldrähten 34, die durch ein Abstandsmittel 48 voneinander über eine magnetische
Schwächungsdistanz m beabstandet sind, welche einer als Durchmesser ausgebildeten Einzeldrahtquerschnittserstreckung d der Einzeldrähte 34 entspricht. Das Abstandsmittel 48 ist als ein Satz von stromabgekoppelten Drähten 50 ausgebildet, deren Durchmesser der Einzeldrahtquerschnittserstreckung d entspricht.
Figur 7 zeigt in einem Diagramm den Verlauf der quadrierten Feldstärke des Magnetfelds innerhalb der Litzenleitung 44 entlang einer Linie V-V (gestrichelte Linie) sowie innerhalb der Litzenleitung 46 entlang einer Linie Vl-Vl (durchgezogene Linie). Im Diagramm entspricht die x-Achse dem Abstand x entlang der Linie V-V bzw. der Linie Vl-Vl. Dabei ent- spricht der Nullpunkt einem Mittelpunkt 52 der Anordnung der Einzeldrähte 34 in beiden
Konfigurationen. Auf der y-Achse wird die quadrierte Feldstärke B2 (x) an dem Abstand x in der Einheit 10 6 kg2 / (s4 A2) aufgetragen, wobei kg einem Kilogramm, s einer Sekunde und A einem Ampere entsprechen. Die gezeigten quadrierten Feldstärken werden durch einen Wechselstrom in den Litzenleitungen 44, 46 erzeugt, der eine Intensität von 25 A und eine Frequenz von 25000 Hz aufweist, was typische Werte einer Anwendung der Litzenleitungen 44, 46 für die Induktionsheizvorrichtung 20 sind. Das Abstandsmittel 48 bewirkt, dass bei einer gleich großen Stromintensität in den Litzenleitungen 44, 46 die Stromdichte in der Litzenleitung 46 geringer ist als in der Litzenleitung 44. Daher ist der über die Distanz x durchschnittliche Wert der quadrierten Feldstärke für die Litzenleitung 46 wesentlich geringer als bei der Konfiguration ohne Abstandsmittel 48. Ferner tauchen bei dem Verlauf Vl-Vl Minima auf, die auf erhebliche lokale Reduzierungen der magnetischen Feldstärke innerhalb der Lit- zenleitung 46 hindeuten. Auf eine quantitative Weise betrachtet, kann festgestellt werden, dass der maximale Wert der quadrierten Feldstärke, der in beiden Konfigurationen dem Rand der Litzenleitungen 44, 46 entspricht, um ca. 65 % vermindert wird.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 3a betrachtend kann die Wirkung des Einsatzes der Litzenleitung 28 bei der Induktionsspule 24 mittels des Diagramms in Figur 8 wahrgenommen werden. Auf der y-Achse ist die Feldstärke der magnetischen Flussdichte B in der Einheit 10'4 Tesla aufgetragen. Die durchgezogene Linie entspricht dem Verlauf der Feldstärke der magnetischen Flussdichte B entlang der Linie VIII-VIII in radialer Richtung der Induktionsspule 24 (siehe Figur 2). Auf der x-Achse ist der radiale Abstand x ab dem Mittelpunkt der Induktionsspule 24 entlang der Linie VIII-VIII aufgetragen. Dabei ist der Abstand x in Einheit des Radius der Induktionsspule 24 ausgedrückt. Die gestrichelte Linie stellt den Verlauf der magnetischen Flussdichte B entlang der gleichen Linie VIII-VIII dar, wobei die Induktionsspule 24 mit einer Litzenleitung versehen ist, die die Struktur der Litzenleitung 44 aus Figur 5 aufweist. Es wird angenommen, dass in beiden Konfiguratio- nen die Induktionsspule 24 mit einem Wechselstrom gespeist wird, der eine gleiche Intensität und eine gleiche Frequenz aufweist. Es wird ferner angenommen, dass die Litzenleitung 28 und die Litzenleitung mit der Struktur aus Figur 5 die gleiche Anzahl von Strom leitenden Einzeldrähten 34 aufweisen, so dass die Litzenleitung 28 mit dem Abstandsmittel 40 in ihrem Querschnitt größer als die andere Litzenleitung ist. Daher weist die Indukti- onsspule 24 in der Konfiguration mit der Litzenleitung 28 einen größeren Radius als in der Konfiguration mit der anderen Litzenleitung auf. Um beide Konfigurationen mittels einer gemeinsamen Skala direkt vergleichen zu können, ist auf der x-Achse der Abstand x vom Mittelpunkt der Induktionsspule 24, welcher dem Nullpunkt im Diagramm entspricht, in Einheit des Durchmessers der jeweiligen Induktionsspule 24 aufgetragen und ist daher dimensionslos. Wie einem Vergleich der Kurven entnommen werden kann, kann durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Litzenleitung 28 eine Reduzierung der Feldstärke der magnetischen Flussdichte innerhalb der Induktionsspule 24 bis zu 25 % erreicht werden, insbesondere im Mittelbereich der Induktionsspule 24. Ferner können durch die Litzenleitung 24 lokale Spitzen der Feldstärke der magnetischen Flussdichte innerhalb der Induk- tionsspule 24 vermieden werden. Der Verlauf der Feldstärke der magnetischen Flussdichte ab dem Rand der Induktionsspule 24 nach außen ist im Wesentlichen identisch in beiden Konfigurationen.
Figur 9 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Litzenleitung 54 für die Induktions- heizvorrichtung 20 in einer Querschnittdarstellung. Diese weist eine Isolierhülle 56 aus Kunststoff auf, welche einen Strombereich 57 begrenzt, innerhalb dessen ein Satz von elektrisch leitenden Einzeldrähten 34 verläuft. Der Übersichtlichkeit halber wurde eine geringe Anzahl von Einzeldrähten 34 dargestellt. Durch ein Abstandsmittel 58 sind benachbarte Einzeldrähte 34 über eine magnetische Schwächungsdistanz m beabstandet. Hierzu weist das Abstandsmittel 58 ein Einbettungsmittel 60 auf, in welchem die Einzeldrähte 34 eingebettet sind. Die magnetische Schwächungsdistanz m beträgt eine Einzel- drahtquerschnittserstreckung d, die dem Durchmesser der Einzeldrähte 34 entspricht. Das Einbettungsmittel 60, welches als eine Silikonmasse ausgeführt ist, bildet eine im Litzenleitungsquerschnitt zusammenhängende Fläche und füllt Zwischenräume zwischen benachbarten Einzeldrähten 34 sowie zwischen Einzeldrähten 34 am Rand des Strombereichs 57 und der Isolierhülle 56 vollständig mit Material. Das Einbettungsmittel 60 ist aus einem Silikon-Elastomer hergestellt.
Eine weitere Ausbildung einer Litzenleitung 62 für die Induktionsheizvorrichtung 20 ist in Figur 10 dargestellt. Die Litzenleitung 62 weist die Isolierhülle 56 auf, die den Strombereich 57 begrenzt. Es ist ein Satz von elektrisch leitenden Einzeldrähten 34 zu sehen, welche mit Hilfe eines Abstandsmittels 64 über eine magnetische Schwächungsdistanz m voneinander beabstandet sind. Hierzu weist das Abstandsmittel 64 Beschichtungsmittel 66 auf, mit welchen die Einzeldrähte 34 jeweils beschichtet sind. Die mit diesem Be- Schichtungsmittel 66 versehenen Einzeldrähte 34 liegen aneinander an. Die Beschichtungsmittel 66 weisen eine Dicke t auf, die dem Radius der Einzeldrähte 34 entspricht. Somit beträgt die magnetische Schwächungsdistanz m eine Einzeldrahtquerschnitts- erstreckung d, die dem Durchmesser der Einzeldrähte 34 entspricht. Die Beschichtungsmittel 66 sind jeweils als eine Schicht aus einem Silikon-Elastomer ausgebildet. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 3a, 6, 9 und 10 sind die Einzeldrähte 34 über den Litzenleitungsquerschnitt gleichmäßig verteilt. Insbesondere weisen die entsprechenden Sätze von Einzeldrähten 34 eine regelmäßige Gitterstruktur auf.
Bezugszeichen
10 Induktionskochfeld 62 Litzenleitung
12 Befestigungsrahmen 64 Abstandsmittel
14 Kochplatte 66 Beschichtungsmittel
16 Kochzone m magnetische Schwächungs¬
18 Bedienfeld distanz
20 Induktionsheizvorrichtung d Einzeldrahtquerschnittserstre
22 Induktionsspuleneinheit ckung t Dicke
24 Induktionsspule
26 Trägerplatte
28 Litzenleitung
30 Isolierhülle
34 Einzeldraht
34' Einzeldraht
38 Draht
40 Abstandsmittel
42 Strombereich
44 Litzenleitung
46 Litzenleitung
48 Abstandsmittel
50 Draht
52 Mittelpunkt
54 Litzenleitung
56 Isolierhülle
57 Strombereich
58 Abstandsmittel
60 Einbettungsmittel

Claims

Patentansprüche
1. Litzenleitung, insbesondere für eine Induktionsheizvorrichtung (20), mit zumin- dest einem Satz von Einzeldrähten (34), gekennzeichnet durch ein stromabgekoppeltes Abstandsmittel (40; 48; 58; 64), welches dazu vorgesehen ist, benachbarte Einzeldrähte (34) über eine magnetische Schwächungsdistanz (m) voneinander entfernt zu halten.
2. Litzenleitung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Schwächungsdistanz (m) zumindest 20 % einer Einzeldrahtquerschnitts- erstreckung (d) beträgt.
3. Litzenleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ab- Standsmittel (40; 48; 58; 64) sich über zumindest 20 % des Strombereichs (42;
57) des Litzenleitungsquerschnitts erstreckt.
4. Litzenleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsmittel (40; 48) zumindest einen Satz stromabge- koppelter Drähte (38; 50) aufweist.
5. Litzenleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsmittel (64) ein Beschichtungsmittel (66) aufweist, mit welchem die Einzeldrähte (34) beschichtet sind.
6. Litzenleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsmittel (58) ein Einbettungsmittel (60) aufweist, in welchem zumindest ein Teil des Satzes von Einzeldrähten (34) eingebettet ist.
7. Litzenleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsmittel (40; 48; 58; 64) aus einem gummielastischen Material hergestellt ist.
8. Litzenleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsmittel (40; 48; 58; 64) aus einem Silikonmaterial hergestellt ist.
9. Litzenleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzeldrähte (34) über den Litzenleitungsquerschnitt gleichmäßig verteilt sind.
10. Litzenleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Induktionsspulenleitung für eine Induktionsheizvorrichtung (20).
1 1. Induktionsheizvorrichtung mit einer Litzenleitung (28; 46; 54; 62) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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