EP4183226A1 - Hob apparatus - Google Patents

Hob apparatus

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Publication number
EP4183226A1
EP4183226A1 EP21743077.6A EP21743077A EP4183226A1 EP 4183226 A1 EP4183226 A1 EP 4183226A1 EP 21743077 A EP21743077 A EP 21743077A EP 4183226 A1 EP4183226 A1 EP 4183226A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
signal
sensor
hob device
heating
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.)
Pending
Application number
EP21743077.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alejandro DEL CUETO BELCHI
Laura Elena Valero
Jorge Felices Betran
Manuel Fernandez Martinez
Jose Miguel Gil Narvion
Pablo Jesus Hernandez Blasco
Eduardo Imaz Martinez
Paul Muresan
Jose Manuel Palacios Gasos
Alberto Perez Bosque
Diego Puyal Puente
Javier SERRANO TRULLEN
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 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 Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP4183226A1 publication Critical patent/EP4183226A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices
    • H05B6/1209—Cooking devices induction cooking plates or the like and devices to be used in combination with them
    • 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
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • 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
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/05—Heating plates with pan detection means

Definitions

  • the invention relates to a hob device according to the preamble of claim 1 and a method for operating a hob device according to the preamble of claim 12.
  • Induction cooktops with sensors for detecting cookware are already known from the prior art.
  • a circuit made up of heating coils and inverters that is present anyway is used as a sensor for detecting cookware on the induction field by using a change in an electrical parameter of the circuit, for example a changed inductance, to indicate the presence of cookware above the heating unit will be closed.
  • an additional separate sensor circuit which is also known as a so-called Colpitts oscillator, is used to detect cookware.
  • the degree of coverage of one or more heating coils by the cooking utensil can also be detected by measuring an oscillation frequency of the sensor circuit, which varies depending on the material of the cooking utensil and/or the cover degree of the cooking utensil changed. Due to the electromagnetic fields generated by the heating coils during operation, there can be unwanted interactions with the sensor circuit and thus errors in detection. In the known devices with a separate sensor circuit, therefore, a somewhat reliable detection is only possible during the period of zero crossing of the mains AC voltage, due to the reduced electromagnetic interactions between the heating coil and the sensor circuit during this period. Thus, no continuous detection can take place.
  • phase offset also leads to increased electromagnetic interactions with neighboring heating coils that are operated out of phase, due to the phase offset even during a phase-zero crossing, and thus to a particularly great susceptibility to error when detecting cookware.
  • the object of the invention is in particular, but not limited to, to provide a generic device with improved properties in terms of ease of use. The object is achieved according to the invention by the features of patent claims 1 and 12, while advantageous refinements and further developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • the invention is based on a hob device, in particular an induction hob device, with at least one heating unit, with at least one sensor unit which is separate from the heating unit and has at least one electrical resonant circuit and is provided for detecting at least one sensor signal, and with a control unit , which is provided to control the sensor unit and to evaluate the sensor signal.
  • control unit determines at least one state variable relating to the heating unit using a phase shift and/or an amplitude ratio between the sensor signal and a further signal.
  • Such a configuration can advantageously improve operating convenience and/or an operating experience for a user.
  • a particularly reliable, in particular less susceptible to faults, and/or precise detection of the sensor signal and consequently a particularly reliable and precise determination of the state variable relating to the heating unit for example the presence of cooking utensils on a hob plate above the heating unit and/or a degree of coverage of a heating element of the heating unit with the cooking utensil can be achieved. Since the state variable relating to the heating unit is determined by the control unit using a phase shift and/or an amplitude ratio between the sensor signal and the further signal, the accuracy of the determined state variable can advantageously be further improved.
  • the sensor unit Since the sensor unit is designed separately from the heating unit, false detections due to electromagnetic interactions with the heating unit can advantageously be reduced and preferably minimized by using a signal amplification unit. Furthermore, the sensor unit can advantageously be operated independently of the heating unit and thus the state variable relating to the heating unit can be determined continuously, as a result of which operating comfort and/or an operating experience for a user can advantageously be further improved. For example, during operation of the hob device, a particularly fast and reliable detection of a cooking utensil moving onto a hob plate and an automatic adjustment of the heating elements of the heating unit to be operated would be conceivable.
  • the separate design of the sensor unit and heating unit advantageously enables the use of particularly high-resolution sensor units, which means that, in addition to the presence and the degree of coverage, other state variables relating to the heating unit, such as a shape and/or a size and/or a material, of the cooking utensil can be determined.
  • a “cooktop device”, in particular an “induction cooktop device”, should be understood to mean at least a part, in particular a subassembly, of a cooktop, in particular an induction cooktop.
  • the hob device could, for example, have at least one support plate, in particular at least one hob plate, which could be provided, for example, for setting up cookware, in particular for the purpose of heating the cookware.
  • the hob device, in particular the induction hob device can also include the entire hob, in particular the entire induction hob.
  • the hob device is preferably designed as an induction hob device. Alternatively, however, it would also be conceivable for the hob device to be part of another type of hob, for example a glass ceramic hob or the like.
  • a “heating unit” is to be understood as meaning a unit which has at least one heating element which, in at least one operating state, provides energy to at least one object, for example a cooking utensil.
  • the heating element of the Schuein unit could be designed, for example, as a radiant heater heating element for a glass ceramic cooktop and provide energy in the form of thermal radiation to the object in the operating state.
  • the heating unit is preferably designed as an induction heating unit and has at least one heating element, which is designed as an induction heating element.
  • the heating element designed as an induction heating element is intended to provide energy to the object in the operating state in the form of an alternating electromagnetic field, advantageously for the purpose of inductive energy transmission.
  • the heating unit advantageously has at least two, particularly advantageously at least four, preferably at least eight and particularly preferably a large number of heating elements on.
  • the heating elements of the heating unit can be distributed, for example distributed in a matrix manner.
  • a “sensor unit” is a unit with at least one sensor assembly, which has at least the electrical oscillating circuit, at least one signal input electrically conductively connected to the electrical oscillating circuit and at least one signal output electrically conductively connected to the electrical oscillating circuit and which is used to detect the at least one Sensor signal is provided to be understood.
  • the electrical oscillating circuit preferably comprises at least one electrical resistor, at least one induction coil and at least one capacitor.
  • the signal input is preferably designed as an electrical component, in particular as a connection point, for feeding a signal into the electrical oscillating circuit, in particular for activation by means of the control unit.
  • the signal output is preferably designed as an electrical component, for example as an electrical shunt resistor, at which at least one output signal occurs.
  • the sensor unit is provided for the detection of at least one sensor signal” is to be understood that the sensor signal can be measured on at least one electrical component of the sensor unit, in particular on the signal input and/or the signal output, with a measurement of the sensor signal can also take place, at least in part, by means of other units of the hob device that are different from the sensor unit, in particular by means of the control unit.
  • the sensor signal is preferably an electrical signal which, in the form of an electrical voltage and/or an electrical current, in particular in the form of an electrical alternating voltage and/or an alternating electrical current, is applied to the signal input and/or to the Signal output of the sensor assembly is present and/or drops and/or flows and which describes at least one electrical variable of the electrical resonant circuit, in particular an equivalent impedance of the electrical resonant circuit.
  • the further signal is preferably an electrical signal, which is in the form of an electrical voltage and/or an electrical current, in particular in the form of an electrical alternating voltage and/or an electrical alternating current, at the signal input and/or at the signal output the sensor assembly is applied and / or falls and / or flows and which describes at least one electrical variable of the electrical oscillating circuit, in particular an equivalent impedance of the electrical oscillating circuit.
  • the sensor unit can have sensor assemblies, which are each provided for detecting at least one sensor signal.
  • the sensor unit advantageously has a number of sensor assemblies which correspond to at least a number of heating elements of the heating unit.
  • the sensor unit preferably has a greater number of sensor assemblies than the number of heating elements in the heating unit.
  • control unit should be understood to mean an electronic unit which is at least partially integrated in the hob device and which is intended to control at least the sensor unit and to evaluate the sensor signal.
  • the control unit can be electrically conductively connected to the signal input and/or the signal output of the sensor unit.
  • the control unit is preferably also provided for controlling and supplying energy to the heating unit and/or other units of the hob device.
  • the control unit preferably has at least one inverter unit for the control and energy supply of the heating unit, which can be designed in particular as a resonance inverter and/or as a dual half-bridge inverter.
  • the inverter unit preferably comprises at least two switching elements which can be controlled individually by the control unit.
  • a “switching element” should be understood to mean an element which is intended to establish and/or break an electrically conductive connection between two points, in particular contacts of the switching element.
  • the switching element preferably has at least one control contact via which it can be switched.
  • the switching element is preferably in the form of a semiconductor switching element, in particular a transistor, for example a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) or organic field effect transistor (OFET), advantageously a bipolar transistor with a preferably insulated gate electrode (IGBT).
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor field effect transistor
  • OFET organic field effect transistor
  • IGBT preferably insulated gate electrode
  • the switching element is designed as a mechanical and/or electromechanical switching element, in particular as a relay.
  • the control unit preferably comprises at least one computing unit for evaluating the sensor signal and for determining the at least one state variable relating to the heating unit.
  • the control unit preferably includes at least one memory unit in which at least one reference signal and preferably at least one algorithm for determining the state variable relating to the heating unit is stored.
  • the state variable relating to the heating unit could, without being limited to it, be, for example, the presence and/or the degree of coverage of one or more heating elements of the heating unit and/or a shape and/or a size and/or an electrical and /or an electromagnetic parameter, for example an electrical resistance and/or an inductance, of an object, in particular a cooking utensil, to which the heating unit provides the energy in the operating state.
  • Provided is to be understood to mean specially programmed, designed and/or equipped.
  • the fact that an object is provided for a specific function should be understood to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.
  • the hob device comprises a plate unit which is arranged above the heating unit and at least partially has the sensor unit.
  • the plate unit advantageously allows a particularly powerful, in particular high-resolution, sensor unit to be integrated in the hob device, as a result of which ease of use and/or an operating experience for a user of the hob device can be further improved.
  • the plate unit preferably has at least the electrical oscillating circuit of the sensor unit.
  • the plate unit could, for example, have at least one printed circuit board, to which electrical components of the sensor unit, in particular electrical components of the electrical oscillating circuit of the sensor unit, are attached and electrically conductively connected to one another.
  • the printed circuit board could, for example, be a surface-mounted component (Surface Mounted Device, SMD for short) in a single-layer or multi-layer design, which is produced using a method suitable for this.
  • the printed circuit board could be designed as a fixed printed circuit board.
  • the printed circuit board could be designed as a flexible printed circuit board, for example as a rigid-flex printed circuit board or as a semi-flexible printed circuit board.
  • the hob device includes a mounting unit which fixes at least one heating element of the heating unit and at least part of the sensor unit together.
  • the mounting unit fixes the at least one heating element of the heating unit and the at least one part of the sensor unit together, in particular relative to a further unit, in for example the control unit.
  • a particularly compact and/or cost-effective construction of the hob device can advantageously be achieved by such a configuration.
  • the mounting unit could be designed, for example, as a coil carrier for receiving and positioning an induction coil of a heating element of the heating unit designed as an induction heating element, which is also intended to hold and close at least part of the sensor unit, for example the induction coil of the electrical oscillating circuit position.
  • at least part of the sensor unit to be integrated in an insulating layer of the mounting unit, to which the at least one heating element of the heating unit is fixed.
  • control unit has at least one signal generation unit, which is provided for generating a signal for controlling the sensor unit.
  • the signal is preferably an input signal which can be applied to the at least one signal input of the sensor unit.
  • the signal generation unit is designed as a unit different from the inverter unit.
  • the signal generated by the signal generation unit differs from an inverter signal, which is generated by an inverter of the inverter unit for driving and supplying energy to a heating element of the heating unit, at least with regard to a frequency.
  • the signal generated by the signal generation unit is preferably a high-frequency signal with an increased frequency compared to an inverter frequency of the inverter signal for controlling and supplying energy to a heating element of the heating unit.
  • the frequency of the signal is higher by a factor of at least 2, advantageously by a factor of at least 3, particularly advantageously by a factor of at least 4, preferably by a factor of at least 5 and particularly preferably by a factor of at least 10 than the inverter frequency.
  • the frequency of the signal is at least 1 MHz, advantageously at least 2 MHz, particularly advantageously at least 5 MHz, preferably at least 10 MHz and particularly preferably at least 20 MHz.
  • the signal generation unit is preferably provided for digital signal generation see.
  • the signal generation unit could have, for example, a synthesizer with direct digital synthesis (DDS) and a digital-to-analog converter (DAC), which are designed in particular as an integrated circuit (IC).
  • DDS direct digital synthesis
  • DAC digital-to-analog converter
  • the signal generation unit could have, for example, a so-called R2R resistance network and/or an analog multiplexer or a digital multiplexer.
  • the signal could be generated as a square-wave signal by means of a microprocessor of the control unit and then filtered by means of a filter, for example by means of a serial RLC circuit, and converted into a sinusoidal signal.
  • control unit has a signal amplification unit for amplifying the signal and for increasing a signal-to-noise ratio in relation to interference signals.
  • the detection of the sensor signal can advantageously be further improved and the occurrence of erroneous detections can be further minimized.
  • the signal amplification unit could have, for example, a differential amplifier and/or an operational amplifier and/or an impedance converter for amplifying the signal.
  • the signal has a frequency which corresponds at least essentially to a resonant frequency of the resonant circuit.
  • a particularly meaningful sensor signal can advantageously be detected and consequently a particularly precise determination of the state variable relating to the heating unit can be achieved.
  • the resonant frequency is a variable related to a reference state of the oscillating circuit of the sensor unit.
  • the frequency of the signal which corresponds at least essentially to the resonant frequency of the resonant circuit, deviates from the resonant frequency by no more than 10%, advantageously no more than 5%, preferably no more than 2% and particularly preferably no more than 1%.
  • the signal it would be conceivable for the signal to have a frequency that is greater or less than the resonant frequency of the electrical oscillating circuit.
  • a reference signal which includes a difference between at least one variable of the sensor signal and at least one variable of the further signal, measured in a reference state, is stored in the control unit.
  • a “reference signal” should be understood to mean a signal which can be detected on the sensor unit in a reference state.
  • the reference state is a state in which the hob device, in particular the sensor unit of the hob device, is operated in the absence of external influences, in particular in the absence of an external object, such as cooking utensil, which would influence the signal.
  • the size of the signal and/or the further signal can be, for example, a phase of a voltage and/or a current and/or an amplitude of a voltage and/or a current.
  • the difference between the size of the sensor signal and the size of the further signal can be a difference between two similar sizes, for example a difference between an amplitude of a voltage of the sensor signal and an amplitude of a voltage of the further signal, or a difference between two different sizes , for example a difference between a phase angle of a voltage of the sensor signal and a phase angle of a current of the further signal.
  • control unit has at least one detection unit for detecting the phase shift and/or an amplitude.
  • detection unit can be designed as an analog phase comparator, for example as an analog multiplier or as a fully symmetrical mixer or as a diode mixer and can be provided for analog detection of the phase shift and/or the amplitude.
  • the detection unit could be designed as a digital phase comparator and/or as a digital amplitude comparator, with a digital detection of the phase shift and/or the amplitude, starting from a previously converted rectangular signal, for example by means of an XOR gate or a flip-flop -Circuit or the like could take place.
  • the detection unit be designed as a lock-in amplifier.
  • a signal-to-noise ratio can advantageously be increased and thus a susceptibility to errors in the detection can be further reduced.
  • the detection unit designed as a lock-in amplifier is preferably also provided for detecting an amplitude of the sensor signal and an amplitude of the further signal, in particular the reference signal. Based on the phase shift detected by the detection unit designed as a lock-in amplifier and the detected amplitude of the sensor signal and an amplitude of the further signal, in particular the reference signal, an impedance and thus an equivalent resistance and an equivalent inductance of a garge harness used is preferably determined by the control unit, calculable. As a result, operation can advantageously be further improved by, for example, enabling the heating unit to be controlled by the control unit in a way that is specially matched to a specific cooking utensil.
  • control unit to determine the state variable in the operating state, compares a phase angle of the sensor signal with a phase angle of the further signal, in particular the reference signal, and/or an amplitude of the sensor signal with an amplitude of the further signal, in particular the reference signal, compares
  • phase angle and/or the amplitude of the sensor signal is preferably compared with the phase angle and/or the amplitude of the further signal, in particular the reference signal, by means of the detection unit of the control unit.
  • control unit for determining the state variable in the operating state, varies the frequency of the signal until a phase angle of the sensor signal and a phase angle of the reference signal match.
  • the control unit preferably varies the frequency of the signal using the signal generation unit until the phase angle of the sensor signal matches the phase angle of the reference signal, stores the frequency required for the phase angle to match, and compares it, in particular using a algorithm stored in the memory unit, with the resonant frequency in the reference state and determines therefrom the state variable relating to the heating unit.
  • the invention also relates to a hob with a hob device according to one of the aforementioned configurations.
  • a hob is characterized, inter alia, by the above-mentioned advantageous properties of the hob device and the associated advantages for a user in terms of improved operating convenience and/or an improved operating experience.
  • the invention is also based on a method for operating a hob device with at least one heating unit and at least one sensor unit which is formed separately from the heating unit and has at least one electrical resonant circuit.
  • At least one sensor signal is detected and at least one state variable relating to the heating unit is determined using a phase shift and/or an amplitude ratio between the sensor signal and another signal, in particular a stored reference signal.
  • a particularly reliable method can advantageously be used, particularly in comparison to conventional methods in which a state variable is determined based on a detected frequency is determined, less susceptible to interference, and accurate determination of the state variable can be made possible.
  • the hob device should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the hob device can have a number of individual elements, components and units that differs from the number of individual elements, components and units specified here in order to fulfill a function described herein.
  • Show it: 1 shows a hob with a hob device, comprising a heating unit, a sensor unit and a control unit, in a schematic plan view,
  • FIG. 2 shows a schematic exploded view of the hob device with a plate unit arranged above the heating unit
  • FIG. 3 shows a schematic electrical circuit diagram of an electrical oscillating circuit of the sensor unit
  • FIG. 4 shows two schematic diagrams for the representation of a sensor signal detected by the sensor unit and a reference signal
  • Fig. 5 is a schematic diagram showing the control unit
  • FIG. 6 shows a schematic process flow diagram of a process for operating the hob device
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a mounting unit of a hob device in a further exemplary embodiment
  • FIG. 8 shows a schematic diagram for representing a control unit of a hob device in a further exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a hob 42a in a schematic plan view.
  • the hob 42a is designed as an induction hob.
  • the hob 42a has a hob device 10a.
  • the hob device 10a is designed as an induction hob device.
  • the hob device 10a includes a heating unit 12a.
  • the heating unit 12a has a plurality of heating elements 32a, which are each formed out as induction heating elements.
  • the hob device 10a includes a sensor unit 14a.
  • the sensor unit 14a is formed separately from the heating unit 12a.
  • the sensor unit 14a has an electrical resonant circuit 16a (cf. FIG. 3).
  • the sensor unit 14a is provided for detecting a sensor signal 18a (cf. FIG. 4).
  • the hob device 10a includes a control unit 20a.
  • the control unit 20a is provided for controlling the sensor unit 14a.
  • the control unit 20a is one Evaluation of the sensor signal 18a provided.
  • control unit 20a determines at least one state variable 22a (cf. FIG. 5) relating to heating unit 12a using a phase shift 24a and/or an amplitude ratio between sensor signal 18a and another signal.
  • a reference signal 26a is stored in the control unit 20a.
  • the reference signal 20a includes a difference, measured in a reference state, between a magnitude of the sensor signal 18a and a magnitude of the further signal.
  • the size of the sensor signal 18a is a phase angle and the size of the other signal is a further phase angle.
  • FIG 2 shows the hob device 10a in a schematic exploded view.
  • the hob device 10a has a plate unit 28a.
  • the plate unit 28a In an assembled state of the hob device 10a, the plate unit 28a is arranged above the heating unit 12a and below a hob plate 62a of the hob 42a.
  • the plate unit 28a has the sensor unit 14a at least partially.
  • the plate unit 28a has the oscillating circuit 16a of the sensor unit 14a.
  • the oscillating circuit 16a of the sensor unit 14a is mounted on a printed circuit board which is connected to the plate unit 28a.
  • FIG. 3 shows a schematic electrical circuit diagram of the sensor unit 14a.
  • the sensor unit 14a includes the electrical resonant circuit 16a.
  • the sensor unit 14a includes a signal input 44a and a signal output 46a, which are each electrically conductively connected to the electrical oscillating circuit 16a.
  • the electrical resonant circuit 46a includes an electrical resistor 48a, an induction coil 50a and a capacitor 52a.
  • the signal input 44a of the sensor unit 14a is electrically conductively connected to a signal amplification unit 38a and to a signal generation unit 34a of the control unit 20a.
  • a signal generated by the signal generation unit 34a and amplified by the signal amplification unit 38a is fed into the electrical oscillating circuit 16a via the signal input 44a.
  • the signal output 46a is designed as a shunt resistor 64a.
  • Two diagrams are shown in FIG. A frequency in megahertz is plotted on an abscissa 54a of a left diagram. An amount of an impedance in ohms is plotted on an ordinate 56a of the left-hand diagram.
  • the reference signal 26a is shown with a solid line.
  • the sensor signal 18a is shown with a dashed line.
  • the magnitude of the impedance of the reference signal has a maximum at a resonant frequency 66a of the resonant circuit.
  • the frequency in megahertz is plotted on an abscissa 58a of a right-hand diagram.
  • a phase angle is plotted on an ordinate 60a of the right-hand diagram.
  • the reference signal 26a is shown with a solid line.
  • the sensor signal 18a is shown with a dashed line.
  • a phase angle of reference signal 26a which can be measured in electrical resonant circuit 16a of sensor unit 14a in a reference state at resonant frequency 66a, is 20°, for example.
  • a phase angle of sensor signal 18a which can be measured at resonant frequency 66a in electrical resonant circuit 16a of sensor unit 14a in an operating state of hob device 10a in which a cooking utensil (not shown) is placed above sensor unit 14a, is -20°, for example . This results in the phase shift 24a, which is 40° in this example.
  • the sensor signal 18a describes a relationship between a signal 36a (see FIG. 5) and an output signal 92a of the electrical oscillating circuit 16a and can be considered as an equivalent impedance of the electrical oscillating circuit 16a in the operating state.
  • the reference signal 26a can be regarded as an equivalent impedance of the electrical resonant circuit 16a in the reference state.
  • the control unit 20a has the signal generation unit 34a.
  • the signal generation unit 34a is provided for generating the signal 36a for controlling the sensor unit 14a.
  • the control unit 20a has the signal amplification unit 38a.
  • the signal amplification unit 38a is provided to amplify the signal 36a and to increase a signal-to-noise ratio with respect to interference signals.
  • interference signals could be caused, for example, by an electromagnetic field provided by a heating element 32a of the heating unit 12a for heating.
  • the signal 36a generated by the signal generation unit 34a and amplified by the signal amplification unit 38a is fed into the electrical oscillating circuit 16a of the sensor unit 14a via the signal input 44a (cf. FIG. 3).
  • the signal 36a has a frequency which essentially corresponds to the resonant frequency 66a of the electrical oscillating circuit 16a.
  • the resonant frequency 66a is stored in a storage unit 70a of the control unit 20a and is transmitted to the signal generation unit 34a in the operating state for the generation of the signal 36a.
  • the control unit 20a has a detection unit 40a.
  • the detection unit 40a is provided for detecting the phase shift 24a and/or an amplitude.
  • the detection unit 40a is designed as a lock-in amplifier. A voltage dropping in the operating state at the signal output 46a designed as a shunt resistor 64a can be detected as the output signal 92a and is transmitted to the detection unit 40a. The signal 36a is also transmitted to the detection unit 40a.
  • the control unit 20a compares a phase angle and/or an amplitude of the sensor signal 18a and a phase angle and/or an amplitude of the reference signal 26a.
  • the phase angles are compared by means of the detection unit 40a.
  • the detection unit 40a detects the phase shift 24a and transmits this to an arithmetic unit 68a of the control unit 20a.
  • the reference signal 26a is stored in the memory unit 70a.
  • the computing unit 68a accesses the memory unit 70a and determines the state variable using the phase shift 24a between the sensor signal 18a and the further signal.
  • the state variable 24a contains information about the degree of coverage of a heating element 32a of the heating unit 12a (cf. FIG. 1) with a cooking utensil (not shown).
  • FIG. 6 shows a schematic process flow diagram of a process for operating the hob device 10a.
  • the at least one sensor signal 18a is detected and at least the state variable 22a relating to the heating unit 12a based on the phase shift 24a and/or the amplitude ratio between the sensor signal 18a and the further signal, which is used as the reference signal 26a is stored in the control unit.
  • the procedure comprises several procedural steps.
  • a square-wave signal is generated by a microprocessor in the signal generation unit 34a.
  • the square-wave signal is converted into the signal 36a by means of the signal generation unit 34a.
  • the signal 36a is now sinusoidal and is transmitted to the signal amplification unit 38a.
  • the signal 36a is amplified and then fed into the electrical oscillating circuit 16a of the sensor unit 14a via the signal input 44a (cf. FIG. 3) and transmitted to the detection unit 40a.
  • the output signal 92a is detected at the signal output 46a of the electrical oscillating circuit and is transmitted to the detection unit 40a.
  • the detection unit 40a detects the phase shift 24a between the sensor signal 18a and the stored further signal and transmits this to the computing unit 68a of the control unit 20a.
  • the computing unit 68a determines the state variable 22a using the phase shift 24a.
  • FIGS. 1 to 6 Two further exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS.
  • the following descriptions are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, with reference being made to the description of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 6 with regard to components, features and functions that remain the same.
  • the letter a in the reference numbers of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 6 is replaced by the letters b and c in the reference numbers of the exemplary embodiments in FIGS.
  • identically designated components in particular with regard to components with the same reference numbers, reference can in principle also be made to the drawings and/or the description of the exemplary embodiment in FIGS.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a mounting unit 30b of a hob device 10b.
  • the hob device 10b has a sensor unit 14b and a heating unit 12b.
  • the mounting unit 30b fixes a heating element 32b of the heating unit 12b and at least a part of the sensor unit 14b together.
  • the hob device 10b differs from the hob device 10a of the previous exemplary embodiment essentially with regard to an arrangement of the sensor unit 14b. There- With regard to the mode of operation of the hob device 10b, reference is made at this point to the above description of the exemplary embodiment in FIGS.
  • the holding unit 30b comprises a first holding element 76b and a second holding element 78b.
  • An induction coil 50b of sensor unit 14b is fixed to first mounting element 76b of mounting unit 30b.
  • the heating element 32b of the heating unit 12b is fixed to the second holding element 78b of the holding unit 30b.
  • the first mounting element 76b and the second mounting element 78b are connected to one another in an assembled state and form the mounting unit 30b.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of a hob device 10c.
  • the hob device 10c differs from the hob device 10a of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 6 essentially with regard to the configuration of a control unit 20c.
  • FIGS. 1 to 6 With regard to further components of the hob device 10c, reference is made at this point to the above description of FIGS.
  • FIG. 1 A schematic diagram of the control unit 20c is shown in FIG.
  • the control unit 20c determines at least one state variable 22c based on a phase shift 24c between a sensor signal 18c and a stored reference signal 26c.
  • the control unit 20c varies a frequency 94c of a signal 36c to determine the state variable 22c until a phase angle of the sensor signal 18c and a phase angle of the reference signal 26c match.
  • the control unit 20c has a signal generation unit 34c, which is provided for generating the signal 26c for controlling a sensor unit 14c.
  • signal generation unit 34c initially generates signal 36c using a resonant frequency 66c stored in a memory unit 70c of control unit 20c and transmits signal 36c to sensor unit 14c and to a detection unit 40c of control unit 20c.
  • the detection unit 40c determines the phase shift 24c from the signal 36c and an output signal 92c of the sensor unit 14c. As long as the phase shift 24c has a non-zero amount, the control unit 20c varies the frequency 94c by transmitting either a frequency reduction 72c or a frequency increase 74c to the signal generation unit 34c.
  • control unit 20c If the phase angle of the sensor signal 18c and the phase angle of the reference signal 26c match, ie the phase shift 24c is zero, the control unit 20c stores the associated frequency 94c in the memory unit 70c.
  • a computing unit 68c of control unit 20c accesses memory unit 20c, compares frequency 94c with resonant frequency 66c and uses this to determine state variable 22.

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Abstract

The invention relates to a hob apparatus (10a; 10b; 10c), in particular an induction hob apparatus, having: at least one heating unit (12a; 12b); at least one sensor unit (14a; 14b; 14c), which is separate from the heating unit (12a; 12b), has at least one electric resonant circuit (16a) and is provided for detecting at least one sensor signal (18a; 18c); and a control unit (20a; 20c), which is provided for controlling the sensor unit (14a; 14b; 14c) and analysing the sensor signal (18a; 18c). In order to provide a hob apparatus with improved user comfort properties, according to the invention the control unit (20a; 20c) determines, in an operating state, at least one state variable (22a; 22c) relating to the heating unit (12a; 12b) on the basis of a phase shift (24a; 24c) and/or an amplitude ratio between the sensor signal (18a; 18c) and one further signal.

Description

Kochfeldvorrichtung hob device
Die Erfindung betrifft eine Kochfeldvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Kochfeldvorrichtung nach dem Oberbegriff des An spruchs 12. The invention relates to a hob device according to the preamble of claim 1 and a method for operating a hob device according to the preamble of claim 12.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Induktionskochfelder mit Sensoren zu einer De tektion von Gargeschirr bekannt. In einigen bekannten Ausgestaltungen wird dabei ein ohnehin vorhandener Schaltkreis aus Heizspulen und Wechselrichtern als Sensor zur Detektion von Gargeschirr auf dem Induktionsfeld genutzt, indem anhand einer Verände rung eines elektrischen Parameters des Schaltkreises, beispielsweise einer veränderten Induktivität, auf eine Anwesenheit eines Gargeschirrs oberhalb der Heizeinheit rückge schlossen wird. In anderen bekannten Induktionskochfeldern aus dem Stand der Technik kommt zu einer Detektion von Gargeschirr ein zusätzlicher separater Sensorschaltkreis, welcher auch als so genannter Colpitts-Oszillator bekannt ist, zum Einsatz. Hierbei kann, neben einer Detektion einer reinen Anwesenheit eines Gargeschirrs oberhalb einer Heiz spule, auch ein Bedeckungsgrad einer oder mehrerer Heizspulen durch das Gargeschirr detektiert werden, indem eine Oszillationsfrequenz des Sensorschaltkreises gemessen wird, welche sich in Abhängigkeit eines Materials des Gargeschirrs und/oder des Bede ckungsgrades des Gargeschirrs verändert. Aufgrund der während eines Betriebs durch die Heizspulen erzeugten elektromagnetischen Felder kann es zu unerwünschten Wech selwirkungen mit dem Sensorschaltkreis und somit zu Fehlern bei der Detektion kommen. In den bekannten Vorrichtungen mit separatem Sensorschaltkreis ist deshalb eine eini germaßen zuverlässige Detektion ausschließlich während des Zeitraums eines Nulldurch gangs der Netzwechselspannung, aufgrund der in diesem Zeitraum verringerten elektro magnetischen Wechselwirkungen zwischen der Heizspule und dem Sensorschaltkreis, möglich. Somit kann keine kontinuierliche Detektion erfolgen. Bei bekannten Induktions vorrichtungen, welchen zu einem gleichzeitigen Betrieb mehrere Heizspulen über mehrere Außenleiter eines Netzanschlusses mit zueinander phasenversetzten Netzwechselspan nungen ausgelegt sind, kommt es aufgrund des Phasenversatzes auch während eines Nulldurchgangs einer Phase zu verstärkten elektromagnetischen Wechselwirkungen mit phasenversetzt betriebenen benachbarten Heizspulen und somit zu einer besonders gro ßen Fehleranfälligkeit bei der Detektion von Gargeschirr. Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere, aber nicht beschränkt darauf, darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Be dienkomforts bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 12 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil dungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können. Induction cooktops with sensors for detecting cookware are already known from the prior art. In some known configurations, a circuit made up of heating coils and inverters that is present anyway is used as a sensor for detecting cookware on the induction field by using a change in an electrical parameter of the circuit, for example a changed inductance, to indicate the presence of cookware above the heating unit will be closed. In other known induction cooktops from the prior art, an additional separate sensor circuit, which is also known as a so-called Colpitts oscillator, is used to detect cookware. In addition to detecting the mere presence of a cooking utensil above a heating coil, the degree of coverage of one or more heating coils by the cooking utensil can also be detected by measuring an oscillation frequency of the sensor circuit, which varies depending on the material of the cooking utensil and/or the cover degree of the cooking utensil changed. Due to the electromagnetic fields generated by the heating coils during operation, there can be unwanted interactions with the sensor circuit and thus errors in detection. In the known devices with a separate sensor circuit, therefore, a somewhat reliable detection is only possible during the period of zero crossing of the mains AC voltage, due to the reduced electromagnetic interactions between the heating coil and the sensor circuit during this period. Thus, no continuous detection can take place. With known induction devices, which are designed for simultaneous operation of several heating coils via several outer conductors of a mains connection with mutually phase-shifted AC mains voltages, the phase offset also leads to increased electromagnetic interactions with neighboring heating coils that are operated out of phase, due to the phase offset even during a phase-zero crossing, and thus to a particularly great susceptibility to error when detecting cookware. The object of the invention is in particular, but not limited to, to provide a generic device with improved properties in terms of ease of use. The object is achieved according to the invention by the features of patent claims 1 and 12, while advantageous refinements and further developments of the invention can be found in the dependent claims.
Die Erfindung geht aus von einer Kochfeldvorrichtung, insbesondere von einer Indukti onskochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Heizeinheit, mit zumindest einer von der Hei zeinheit getrennt ausgebildeten Sensoreinheit, welche zumindest einen elektrischen Schwingkreis aufweist und zu einer Detektion zumindest eines Sensorsignals vorgesehen ist, und mit einer Steuereinheit, welche zu einer Steuerung der Sensoreinheit und zu einer Auswertung des Sensorsignals vorgesehen ist. The invention is based on a hob device, in particular an induction hob device, with at least one heating unit, with at least one sensor unit which is separate from the heating unit and has at least one electrical resonant circuit and is provided for detecting at least one sensor signal, and with a control unit , which is provided to control the sensor unit and to evaluate the sensor signal.
Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit in einem Betriebszustand zumindest eine die Heizeinheit betreffende Zustandsgröße anhand einer Phasenverschiebung und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal und einem weiteren Signal ermittelt. It is proposed that in an operating state the control unit determines at least one state variable relating to the heating unit using a phase shift and/or an amplitude ratio between the sensor signal and a further signal.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft ein Bedienkomfort und/oder ein Be dienerlebnis für einen Nutzer verbessert werden. Es kann vorteilhaft eine besonders zu verlässige, insbesondere wenig störungsanfällige, und/oder genaue Detektion des Sen sorsignals und folglich eine besonders zuverlässige und genaue Ermittlung der die Heiz einheit betreffenden Zustandsgröße, beispielsweise einer Anwesenheit eines Garge schirrs auf eine Kochfeldplatte oberhalb der Heizeinheit und/oder ein Bedeckungsgrad eines Heizelements der Heizeinheit mit dem Gargeschirr, erreicht werden. Indem die die Heizeinheit betreffende Zustandsgröße anhand einer Phasenverschiebung und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal und dem weiteren Signal durch die Steuereinheit ermittelt wird, kann vorteilhaft eine Genauigkeit der ermittelten Zu standsgröße weiter verbessert werden. Da die Sensoreinheit getrennt von der Heizeinheit ausgebildet ist, können vorteilhaft Fehldetektionen aufgrund elektromagnetischer Wech selwirkungen mit der Heizeinheit verringert und vorzugsweise durch einen Einsatz einer Signalverstärkungseinheit minimiert werden. Ferner kann vorteilhaft ein von der Heizein heit unabhängiger Betrieb der Sensoreinheit und somit eine kontinuierliche Ermittlung der die Heizeinheit betreffenden Zustandsgröße erreicht werden, wodurch vorteilhaft ein Be dienkomfort und/oder ein Bedienerlebnis für einen Nutzerweiter verbessert werden kann. Beispielsweise wäre während eines Betriebes der Kochfeldvorrichtung eine besonders schnelle und zuverlässige Detektion einer Verschiebung eines Gargeschirrs auf eine Kochfeldplatte und eine automatische Anpassung der zu betreibenden Heizelemente der Heizeinheit denkbar. Zudem wird durch die getrennte Ausbildung von Sensoreinheit und Heizeinheit vorteilhaft ein Einsatz besonders hochauflösender Sensoreinheiten ermög licht, wodurch neben der Anwesenheit und des Bedeckungsgrades auch weitere die Hei zeinheit betreffende Zustandsgrößen, etwa eine Form und/oder eine Größe und/oder ein Material, des Gargeschirrs ermittelbar sind. Such a configuration can advantageously improve operating convenience and/or an operating experience for a user. A particularly reliable, in particular less susceptible to faults, and/or precise detection of the sensor signal and consequently a particularly reliable and precise determination of the state variable relating to the heating unit, for example the presence of cooking utensils on a hob plate above the heating unit and/or a degree of coverage of a heating element of the heating unit with the cooking utensil can be achieved. Since the state variable relating to the heating unit is determined by the control unit using a phase shift and/or an amplitude ratio between the sensor signal and the further signal, the accuracy of the determined state variable can advantageously be further improved. Since the sensor unit is designed separately from the heating unit, false detections due to electromagnetic interactions with the heating unit can advantageously be reduced and preferably minimized by using a signal amplification unit. Furthermore, the sensor unit can advantageously be operated independently of the heating unit and thus the state variable relating to the heating unit can be determined continuously, as a result of which operating comfort and/or an operating experience for a user can advantageously be further improved. For example, during operation of the hob device, a particularly fast and reliable detection of a cooking utensil moving onto a hob plate and an automatic adjustment of the heating elements of the heating unit to be operated would be conceivable. In addition, the separate design of the sensor unit and heating unit advantageously enables the use of particularly high-resolution sensor units, which means that, in addition to the presence and the degree of coverage, other state variables relating to the heating unit, such as a shape and/or a size and/or a material, of the cooking utensil can be determined.
Unter einer „Kochfeldvorrichtung“, insbesondere unter einer „Induktionskochfeldvorrich tung“, soll zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Kochfelds, ins besondere eines Induktionskochfelds, verstanden werden. Die Kochfeldvorrichtung könn te beispielsweise zumindest eine Aufstellplatte, insbesondere zumindest eine Kochfeld platte, aufweisen, welche beispielsweise zu einem Aufstellen von Gargeschirr, insbeson dere zum Zweck einer Beheizung des Gargeschirrs, vorgesehen sein könnte. Die Koch feldvorrichtung, insbesondere die Induktionskochfeldvorrichtung, kann auch das gesamte Kochfeld, insbesondere das gesamte Induktionskochfeld, umfassen. Vorzugsweise ist die Kochfeldvorrichtung als Induktionskochfeldvorrichtung ausgebildet. Alternativ wäre jedoch auch denkbar, dass die Kochfeldvorrichtung Teil eines anderen Kochfeldtyps, beispiels weise eines Glaskeramikkochfelds oder dergleichen, ist. A “cooktop device”, in particular an “induction cooktop device”, should be understood to mean at least a part, in particular a subassembly, of a cooktop, in particular an induction cooktop. The hob device could, for example, have at least one support plate, in particular at least one hob plate, which could be provided, for example, for setting up cookware, in particular for the purpose of heating the cookware. The hob device, in particular the induction hob device, can also include the entire hob, in particular the entire induction hob. The hob device is preferably designed as an induction hob device. Alternatively, however, it would also be conceivable for the hob device to be part of another type of hob, for example a glass ceramic hob or the like.
Unter einer „Heizeinheit“ soll eine Einheit verstanden werden, welche zumindest ein Heiz element aufweist, welches in wenigstens einem Betriebszustand Energie an zumindest ein Objekt, beispielsweise an ein Gargeschirr, bereitstellt. Das Heizelement der Heizein heit könnte beispielsweise als ein Wärmestrahler-Heizelement für ein Glaskeramik- Kochfeld ausgebildet sein und in dem Betriebszustand Energie in Form von Wärmestrah lung an das Objekt bereitstellen. Vorzugsweise ist die Heizeinheit als eine Induktionsheiz einheit ausgebildet und weist zumindest ein Heizelement auf, welches als ein Induktions heizelement ausgebildet ist. Das als Induktionsheizelement ausgebildete Heizelement ist dazu vorgesehen, in dem Betriebszustand Energie in Form eines elektromagnetischen Wechselfelds, vorteilhaft zum Zweck einer induktiven Energieübertragung, an das Objekt bereitzustellen. Vorteilhaft weist die Heizeinheit zumindest zwei, besonders vorteilhaft zumindest vier, vorzugsweise zumindest acht und besonders bevorzugt eine Vielzahl von Heizelementen auf. Die Heizelemente der Heizeinheit können verteilt, beispielsweise mat rixartig verteilt, angeordnet sein. A “heating unit” is to be understood as meaning a unit which has at least one heating element which, in at least one operating state, provides energy to at least one object, for example a cooking utensil. The heating element of the Heizein unit could be designed, for example, as a radiant heater heating element for a glass ceramic cooktop and provide energy in the form of thermal radiation to the object in the operating state. The heating unit is preferably designed as an induction heating unit and has at least one heating element, which is designed as an induction heating element. The heating element designed as an induction heating element is intended to provide energy to the object in the operating state in the form of an alternating electromagnetic field, advantageously for the purpose of inductive energy transmission. The heating unit advantageously has at least two, particularly advantageously at least four, preferably at least eight and particularly preferably a large number of heating elements on. The heating elements of the heating unit can be distributed, for example distributed in a matrix manner.
Unter einer „Sensoreinheit“ soll eine Einheit mit zumindest einer Sensorbaugruppe, wel che zumindest den elektrischen Schwingkreis, zumindest einen mit dem elektrischen Schwingkreis elektrisch leitend verbundenen Signaleingang und zumindest einen mit dem elektrischen Schwingkreis elektrisch leitend verbundenen Signalausgang aufweist und welche zu einer Detektion des zumindest einen Sensorsignals vorgesehen ist, verstanden werden. Der elektrische Schwingkreis umfasst vorzugsweise zumindest einen elektri schen Widerstand, zumindest eine Induktionsspule und zumindest einen Kondensator.A “sensor unit” is a unit with at least one sensor assembly, which has at least the electrical oscillating circuit, at least one signal input electrically conductively connected to the electrical oscillating circuit and at least one signal output electrically conductively connected to the electrical oscillating circuit and which is used to detect the at least one Sensor signal is provided to be understood. The electrical oscillating circuit preferably comprises at least one electrical resistor, at least one induction coil and at least one capacitor.
Der Signaleingang ist vorzugsweise als ein elektrisches Bauteil, insbesondere als ein An schlusspunkt, zu einem Einspeisen eines Signals in den elektrischen Schwingkreis, ins besondere zu der Ansteuerung mittels der Steuereinheit, ausgebildet. Der Signalausgang ist vorzugsweise als ein elektrisches Bauteil, beispielsweise als ein elektrischer Neben schlusswiderstand, an welchem zumindest ein Ausgangssignal anfällt, ausgebildet. Da runter, dass „die Sensoreinheit zu der Detektion des zumindest einen Sensorsignals vor gesehen ist“ soll dabei verstanden werden, dass das Sensorsignal an zumindest einem elektrischen Bauteil der Sensoreinheit, insbesondere an dem Signaleingang und/oder dem Signalausgang, messbar ist, wobei eine Messung des Sensorsignals zumindest teil weise auch mittels von der Sensoreinheit verschiedenen weiteren Einheiten der Kochfeld vorrichtung, insbesondere mittels der Steuereinheit, erfolgen kann. Bei dem Sensorsignal handelt es sich vorzugsweise um ein elektrisches Signal, welches, in Form einer elektri schen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms, insbesondere in Form einer elektri schen Wechselspannung und/oder eines elektrischen Wechselstroms, an dem Signalein gang und/oder an dem Signalausgang der Sensorbaugruppe anliegt und/oder abfällt und/oder fließt und welches zumindest eine elektrische Größe des elektrischen Schwing kreises, insbesondere eine äquivalente Impedanz des elektrischen Schwingkreises, be schreibt. Bei dem weiteren Signal handelt es sich vorzugsweise um ein elektrisches Sig nal, welches, in Form einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms, insbesondere in Form einer elektrischen Wechselspannung und/oder eines elektrischen Wechselstroms, an dem Signaleingang und/oder an dem Signalausgang der Sensorbau gruppe anliegt und/oder abfällt und/oder fließt und welches zumindest eine elektrische Größe des elektrischen Schwingkreises, insbesondere eine äquivalente Impedanz des elektrischen Schwingkreises, beschreibt. Die Sensoreinheit kann eine Vielzahl von Sen- sorbaugruppen aufweisen, welche jeweils zu einer Detektion zumindest eines Sensorsig nals vorgesehen sind. Vorteilhaft weist die Sensoreinheit eine Anzahl von Sensorbau gruppen auf, welche zumindest einer Anzahl von Heizelementen der Heizeinheit ent spricht. Vorzugsweise weist die Sensoreinheit eine gegenüber der Anzahl von Heizele menten der Heizeinheit größere Anzahl von Sensorbaugruppen auf. The signal input is preferably designed as an electrical component, in particular as a connection point, for feeding a signal into the electrical oscillating circuit, in particular for activation by means of the control unit. The signal output is preferably designed as an electrical component, for example as an electrical shunt resistor, at which at least one output signal occurs. Below that “the sensor unit is provided for the detection of at least one sensor signal” is to be understood that the sensor signal can be measured on at least one electrical component of the sensor unit, in particular on the signal input and/or the signal output, with a measurement of the sensor signal can also take place, at least in part, by means of other units of the hob device that are different from the sensor unit, in particular by means of the control unit. The sensor signal is preferably an electrical signal which, in the form of an electrical voltage and/or an electrical current, in particular in the form of an electrical alternating voltage and/or an alternating electrical current, is applied to the signal input and/or to the Signal output of the sensor assembly is present and/or drops and/or flows and which describes at least one electrical variable of the electrical resonant circuit, in particular an equivalent impedance of the electrical resonant circuit. The further signal is preferably an electrical signal, which is in the form of an electrical voltage and/or an electrical current, in particular in the form of an electrical alternating voltage and/or an electrical alternating current, at the signal input and/or at the signal output the sensor assembly is applied and / or falls and / or flows and which describes at least one electrical variable of the electrical oscillating circuit, in particular an equivalent impedance of the electrical oscillating circuit. The sensor unit can have sensor assemblies, which are each provided for detecting at least one sensor signal. The sensor unit advantageously has a number of sensor assemblies which correspond to at least a number of heating elements of the heating unit. The sensor unit preferably has a greater number of sensor assemblies than the number of heating elements in the heating unit.
Unter einer „Steuereinheit“ soll eine elektronische Einheit verstanden werden, welche in der Kochfeldvorrichtung zumindest teilweise integriert ist und welche dazu vorgesehen ist, zumindest die Sensoreinheit anzusteuern und das Sensorsignal auszuwerten. Zu der Steuerung der Sensoreinheit kann die Steuereinheit elektrisch leitend mit dem Signalein gang und/oder dem Signalausgang der Sensoreinheit verbunden sein. Vorzugsweise ist die Steuereinheit, neben der Steuerung der Sensoreinheit, auch zu einer Steuerung und Energieversorgung der Heizeinheit und/oder weiterer Einheiten der Kochfeldvorrichtung vorgesehen. Vorzugsweise weist die Steuereinheit zu der Steuerung und Energieversor gung der Heizeinheit zumindest eine Wechselrichtereinheit auf, welche insbesondere als ein Resonanzinverter und/oder als ein dualer Halbbrückeninverter ausgebildet sein kann. Die Wechselrichtereinheit umfasst bevorzugt zumindest zwei Schaltelemente, welche durch die Steuereinheit einzeln ansteuerbar sind. Unter einem „Schaltelement“ soll ein Element verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, zwischen zwei Punkten, insbeson dere Kontakten des Schaltelements, eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen und/oder zu trennen. Vorzugsweise weist das Schaltelement zumindest einen Steuerkon takt auf, über den es geschaltet werden kann. Vorzugsweise ist das Schaltelement als Halbleiterschaltelement, insbesondere als Transistor, beispielsweise als Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder Organischer Feldeffekttransistor (OFET), vorteilhaft als Bipolartransistor mit vorzugsweise isolierter Gate- Elektrode (IGBT), ausge bildet. Alternativ ist denkbar, dass das Schaltelement als mechanisches und/oder elekt romechanisches Schaltelement, insbesondere als ein Relais, ausgebildet ist. Zu der Aus wertung des Sensorsignals und zu der Ermittlung der zumindest einen die Heizeinheit betreffenden Zustandsgröße umfasst die Steuereinheit vorzugsweise zumindest eine Re cheneinheit. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit zumindest eine Speichereinheit, in welcher zumindest ein Referenzsignal und vorzugsweise zumindest ein Algorithmus zu der Ermittlung der die Heizeinheit betreffenden Zustandsgröße gespeichert ist. Bei der die Heizeinheit betreffenden Zustandsgröße könnte es sich, ohne darauf be schränkt zu sein, beispielsweise um eine Anwesenheit und/oder um einen Bedeckungs grad einer oder mehrerer Heizelemente der Heizeinheit und/oder eine Form und/oder eine Größe und/oder eine elektrische und/oder elektromagnetische Kenngröße, beispielsweise um einen elektrischen Widerstand und/oder eine Induktivität, eines Objekts, insbesondere eines Gargeschirrs, an welches die Heizeinheit in dem Betriebszustand die Energie be reitstellt, handeln. A “control unit” should be understood to mean an electronic unit which is at least partially integrated in the hob device and which is intended to control at least the sensor unit and to evaluate the sensor signal. To control the sensor unit, the control unit can be electrically conductively connected to the signal input and/or the signal output of the sensor unit. In addition to controlling the sensor unit, the control unit is preferably also provided for controlling and supplying energy to the heating unit and/or other units of the hob device. The control unit preferably has at least one inverter unit for the control and energy supply of the heating unit, which can be designed in particular as a resonance inverter and/or as a dual half-bridge inverter. The inverter unit preferably comprises at least two switching elements which can be controlled individually by the control unit. A “switching element” should be understood to mean an element which is intended to establish and/or break an electrically conductive connection between two points, in particular contacts of the switching element. The switching element preferably has at least one control contact via which it can be switched. The switching element is preferably in the form of a semiconductor switching element, in particular a transistor, for example a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) or organic field effect transistor (OFET), advantageously a bipolar transistor with a preferably insulated gate electrode (IGBT). Alternatively, it is conceivable that the switching element is designed as a mechanical and/or electromechanical switching element, in particular as a relay. The control unit preferably comprises at least one computing unit for evaluating the sensor signal and for determining the at least one state variable relating to the heating unit. The control unit preferably includes at least one memory unit in which at least one reference signal and preferably at least one algorithm for determining the state variable relating to the heating unit is stored. The state variable relating to the heating unit could, without being limited to it, be, for example, the presence and/or the degree of coverage of one or more heating elements of the heating unit and/or a shape and/or a size and/or an electrical and /or an electromagnetic parameter, for example an electrical resistance and/or an inductance, of an object, in particular a cooking utensil, to which the heating unit provides the energy in the operating state.
Unter „vorgesehen“ soll speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstan den werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem An- wendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. “Provided” is to be understood to mean specially programmed, designed and/or equipped. The fact that an object is provided for a specific function should be understood to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Kochfeldvorrichtung eine oberhalb der Heizeinheit angeordnete Platteneinheit, welche die Sensoreinheit zumindest teilweise aufweist, um fasst. Durch die Platteneinheit kann vorteilhaft eine besonders leistungsfähige, insbeson dere hochauflösende, Sensoreinheit in der Kochfeldvorrichtung integriert werden, wodurch ein Bedienkomfort und/oder ein Bedienerlebnis für einen Nutzer der Kochfeldvor richtung weiter verbessert werden kann. Vorzugsweise weist die Platteneinheit zumindest den elektrischen Schwingkreis der Sensoreinheit auf. Die Platteneinheit könnte beispiels weise zumindest eine Leiterplatte aufweisen, an welcher elektrische Bauteile der Sen soreinheit, insbesondere elektrische Bauteile des elektrischen Schwingkreises der Sen soreinheit, befestigt und elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Bei der Leiterplatte könnte es sich beispielsweise um ein oberflächenmontiertes Bauelement (engl. Surface Mounted Device, kurz SMD) in einlagiger oder mehrlagiger Ausführung handeln, welches in einem dafür geeigneten Verfahren hergestellt ist. Die Leiterplatte könnte als eine feste Leiterplatte ausgebildet sein Alternativ könnte die Leiterplatte als eine flexible Leiterplatte, beispielsweise als eine starrflexible Leiterplatte oder als eine semiflexible Leiterplatte, ausgebildet sein. Furthermore, it is proposed that the hob device comprises a plate unit which is arranged above the heating unit and at least partially has the sensor unit. The plate unit advantageously allows a particularly powerful, in particular high-resolution, sensor unit to be integrated in the hob device, as a result of which ease of use and/or an operating experience for a user of the hob device can be further improved. The plate unit preferably has at least the electrical oscillating circuit of the sensor unit. The plate unit could, for example, have at least one printed circuit board, to which electrical components of the sensor unit, in particular electrical components of the electrical oscillating circuit of the sensor unit, are attached and electrically conductively connected to one another. The printed circuit board could, for example, be a surface-mounted component (Surface Mounted Device, SMD for short) in a single-layer or multi-layer design, which is produced using a method suitable for this. The printed circuit board could be designed as a fixed printed circuit board. Alternatively, the printed circuit board could be designed as a flexible printed circuit board, for example as a rigid-flex printed circuit board or as a semi-flexible printed circuit board.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Kochfeld vorrichtung eine Halterungseinheit, welche zumindest ein Heizelement der Heizeinheit und zumindest einen Teil der Sensoreinheit zusammen fixiert, umfasst. Die Halterungs einheit fixiert das zumindest eine Heizelement der Heizeinheit und den zumindest einen Teil der Sensoreinheit zusammen, insbesondere relativ zu einer weiteren Einheit, bei- spielsweise der Steuereinheit. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine besonders kompakte und/oder kostengünstige Bauweise der Kochfeldvorrichtung erreicht werden. Die Halterungseinheit könnte beispielsweise als ein Spulenträger zu einer Auf nahme und Positionierung einer Induktionsspule eines als ein Induktionsheizelement aus gebildeten Heizelements der Heizeinheit ausgebildet sein, welcher zusätzlich dazu vorge sehen ist, zumindest einen Teil der Sensoreinheit, beispielsweise die Induktionsspule des elektrischen Schwingkreises, aufzunehmen und zu positionieren. Alternativ oder zusätz lich wäre denkbar, dass zumindest ein Teil der Sensoreinheit in einer Isolationsschicht der Halterungseinheit, an welcher das zumindest eine Heizelement der Heizeinheit fixiert ist, integriert ist. In an alternative advantageous embodiment, it is proposed that the hob device includes a mounting unit which fixes at least one heating element of the heating unit and at least part of the sensor unit together. The mounting unit fixes the at least one heating element of the heating unit and the at least one part of the sensor unit together, in particular relative to a further unit, in for example the control unit. A particularly compact and/or cost-effective construction of the hob device can advantageously be achieved by such a configuration. The mounting unit could be designed, for example, as a coil carrier for receiving and positioning an induction coil of a heating element of the heating unit designed as an induction heating element, which is also intended to hold and close at least part of the sensor unit, for example the induction coil of the electrical oscillating circuit position. Alternatively or additionally, it would be conceivable for at least part of the sensor unit to be integrated in an insulating layer of the mounting unit, to which the at least one heating element of the heating unit is fixed.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit zumindest eine Signalerzeugungsein heit aufweist, welche zu einer Erzeugung eines Signals zu der Steuerung der Sensorein heit vorgesehen ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders zuverlässige und wenig fehleranfällige Steuerung des Sensoreinheit erfolgen. Bei dem Signal handelt es sich vor zugsweise um ein Eingangssignal, welches an dem zumindest einen Signaleingang der Sensoreinheit anlegbar ist. Die Signalerzeugungseinheit ist als eine von der Wechselrich tereinheit verschiedene Einheit ausgebildet. Das mittels der Signalerzeugungseinheit er zeugte Signal unterscheidet sich von einem Wechselrichtersignal, welches von einem Wechselrichter der Wechselrichtereinheit zu einer Ansteuerung und Energieversorgung eines Heizelements der Heizeinheit erzeugt wird, zumindest hinsichtlich einer Frequenz. Vorzugsweise handelt es sich bei dem mittels der Signalerzeugungseinheit erzeugten Signal um ein hochfrequentes Signal mit einer, gegenüber einer Wechselrichterfrequenz des Wechselrichtersignals zu einer Ansteuerung und Energieversorgung eines Heizele ments der Heizeinheit, erhöhten Frequenz. Beispielsweise ist die Frequenz des Signals um einen Faktor von zumindest 2, vorteilhaft um einen Faktor von zumindest 3, beson ders vorteilhaft um einen Faktor von zumindest 4, vorzugsweise um einen Faktor von zu mindest 5 und besonders bevorzugt um einen Faktor von zumindest 10, größer als die Wechselrichterfrequenz. Beispielsweise beträgt die Frequenz des Signals zumindest 1 MHz, vorteilhaft zumindest 2 MHz, besonders vorteilhaft zumindest 5 MHz, vorzugswei se zumindest 10 MHz und besonders bevorzugt zumindest 20 MHz. Hierdurch können vorteilhaft elektromagnetische Wechselwirkungen zwischen der Sensoreinheit und der Heizeinheit und damit einhergehende potentielle Fehldetektionen weiter minimiert werden. Vorzugsweise ist die Signalerzeugungseinheit zu einer digitalen Signalerzeugung vorge- sehen. Die Signalerzeugungseinheit könnte zu der Erzeugung des Signals beispielsweise einen Synthesizer mit direkter digitaler Synthese (DDS) und einen Digital-Analog-Wandler (DAC) aufweisen, welche insbesondere als ein integrierter Schaltkreis (IC) ausgebildet sind. Ferner könnte die Signalerzeugungseinheit beispielsweise ein so genanntes R2R- Widerstandsnetzwerk und/oder einen analogen Multiplexer oder einen digitalen Multiple xer aufweisen. Alternativ wäre denkbar, dass das Signal mittels eines Mikroprozessors der Steuereinheit als ein rechteckförmiges Signal erzeugbar und anschließend mittels eines Filters, beispielsweise mittels eines seriellen RLC-Schaltkreises, filterbar und in ein sinusförmiges Signal wandelbar ist. In addition, it is proposed that the control unit has at least one signal generation unit, which is provided for generating a signal for controlling the sensor unit. As a result, a particularly reliable and less error-prone control of the sensor unit can advantageously take place. The signal is preferably an input signal which can be applied to the at least one signal input of the sensor unit. The signal generation unit is designed as a unit different from the inverter unit. The signal generated by the signal generation unit differs from an inverter signal, which is generated by an inverter of the inverter unit for driving and supplying energy to a heating element of the heating unit, at least with regard to a frequency. The signal generated by the signal generation unit is preferably a high-frequency signal with an increased frequency compared to an inverter frequency of the inverter signal for controlling and supplying energy to a heating element of the heating unit. For example, the frequency of the signal is higher by a factor of at least 2, advantageously by a factor of at least 3, particularly advantageously by a factor of at least 4, preferably by a factor of at least 5 and particularly preferably by a factor of at least 10 than the inverter frequency. For example, the frequency of the signal is at least 1 MHz, advantageously at least 2 MHz, particularly advantageously at least 5 MHz, preferably at least 10 MHz and particularly preferably at least 20 MHz. In this way, advantageously, electromagnetic interactions between the sensor unit and the heating unit and potential erroneous detections associated therewith can be further minimized. The signal generation unit is preferably provided for digital signal generation see. To generate the signal, the signal generation unit could have, for example, a synthesizer with direct digital synthesis (DDS) and a digital-to-analog converter (DAC), which are designed in particular as an integrated circuit (IC). Furthermore, the signal generation unit could have, for example, a so-called R2R resistance network and/or an analog multiplexer or a digital multiplexer. Alternatively, it would be conceivable for the signal to be generated as a square-wave signal by means of a microprocessor of the control unit and then filtered by means of a filter, for example by means of a serial RLC circuit, and converted into a sinusoidal signal.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit eine Signalverstärkungsein heit zu einer Verstärkung des Signals und zu einer Erhöhung eines Signal-Rausch- Verhältnisses gegenüber Störsignalen aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft die Detektion des Sensorsignals weitert verbessert und ein Auftreten von Fehldetektionen weiter mini miert werden. Ohne darauf beschränkt zu sein, könnte die Signalverstärkungseinheit zu der Verstärkung des Signals beispielsweise einen Differenzverstärker und/oder einen Operationsverstärker und/oder einen Impedanzwandler aufweisen. In addition, it is proposed that the control unit has a signal amplification unit for amplifying the signal and for increasing a signal-to-noise ratio in relation to interference signals. As a result, the detection of the sensor signal can advantageously be further improved and the occurrence of erroneous detections can be further minimized. Without being restricted to this, the signal amplification unit could have, for example, a differential amplifier and/or an operational amplifier and/or an impedance converter for amplifying the signal.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Signal eine Frequenz aufweist, welche zu mindest im Wesentlichen einer Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft die Ermittlung der die Heizeinheit betreffen den Zustandsgröße durch die Steuereinheit weiter verbessert werden. Wenn die Fre quenz des Signals zumindest im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Schwingkrei ses entspricht, kann vorteilhaft ein besonders aussagekräftiges Sensorsignal detektiert und folglich eine besonders genaue Ermittlung der die Heizeinheit betreffenden Zu standsgröße erreicht werden. Bei der Resonanzfrequenz handelt es sich um eine auf ei nen Referenzzustand des Schwingkreises der Sensoreinheit bezogene Größe. Die Fre quenz des Signals, welche zumindest im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht, weicht von einem Betrag der Resonanzfrequenz höchstens um 10 %, vorteilhaft höchstens um 5 %, vorzugsweise höchstens um 2 % und besonders bevorzugt höchstens um 1 % ab. Alternativ wäre denkbar, dass das Signal eine Frequenz aufweist, welche größer oder kleiner ist als die Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises. Zudem wird vorgeschlagen, dass ein Referenzsignal, welches eine in einem Referenzzu stand gemessene Differenz zwischen zumindest einer Größe des Sensorsignals und zu mindest einer Größe des weiteren Signals umfasst, in der Steuereinheit gespeichert ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders genaue und/oder zuverlässige Ermittlung der zumindest einen die Heizeinheit betreffenden Zustandsgröße ermöglicht werden. Unter einem „Referenzsignal“ soll ein Signal verstanden werden, welches an der Sensoreinheit in einem Referenzzustand detektierbar ist. Bei dem Referenzzustand handelt es sich da bei um einen Zustand, in welchem die Kochfeldvorrichtung, insbesondere die Sensorein heit der Kochfeldvorrichtung, unter Abwesenheit externer Einflüsse, insbesondere unter Abwesenheit eines externen Objekts, wie beispielsweise eines Gargeschirrs, welche das Signal beeinflussen würden, betrieben wird. Bei der Größe des Signals und/oder des wei teren Signals kann es sich, beispielsweise um eine Phase einer Spannung und/oder eines Stroms und/oder um eine Amplitude einer Spannung und/oder eines Stroms handeln. Die Differenz zwischen der Größe des Sensorsignals und der Größe des weiteren Signals kann dabei eine Differenz zwischen zwei gleichartigen Größen, beispielsweise eine Diffe renz zwischen einer Amplitude einer Spannung des Sensorsignals und einer Amplitude einer Spannung des weiteren Signals, oder eine Differenz zwischen zwei unterschiedli chen Größen, beispielsweise eine Differenz zwischen einem Phasenwinkel einer Span nung des Sensorsignals und eines Phasenwinkels eines Stroms des weiteren Signals, sein. Furthermore, it is proposed that the signal has a frequency which corresponds at least essentially to a resonant frequency of the resonant circuit. Such a configuration can advantageously further improve the determination of the state variable relating to the heating unit by the control unit. If the frequency of the signal corresponds at least essentially to the resonant frequency of the oscillating circuit, a particularly meaningful sensor signal can advantageously be detected and consequently a particularly precise determination of the state variable relating to the heating unit can be achieved. The resonant frequency is a variable related to a reference state of the oscillating circuit of the sensor unit. The frequency of the signal, which corresponds at least essentially to the resonant frequency of the resonant circuit, deviates from the resonant frequency by no more than 10%, advantageously no more than 5%, preferably no more than 2% and particularly preferably no more than 1%. Alternatively, it would be conceivable for the signal to have a frequency that is greater or less than the resonant frequency of the electrical oscillating circuit. In addition, it is proposed that a reference signal, which includes a difference between at least one variable of the sensor signal and at least one variable of the further signal, measured in a reference state, is stored in the control unit. As a result, a particularly precise and/or reliable determination of the at least one state variable relating to the heating unit can advantageously be made possible. A “reference signal” should be understood to mean a signal which can be detected on the sensor unit in a reference state. The reference state is a state in which the hob device, in particular the sensor unit of the hob device, is operated in the absence of external influences, in particular in the absence of an external object, such as cooking utensil, which would influence the signal. The size of the signal and/or the further signal can be, for example, a phase of a voltage and/or a current and/or an amplitude of a voltage and/or a current. The difference between the size of the sensor signal and the size of the further signal can be a difference between two similar sizes, for example a difference between an amplitude of a voltage of the sensor signal and an amplitude of a voltage of the further signal, or a difference between two different sizes , for example a difference between a phase angle of a voltage of the sensor signal and a phase angle of a current of the further signal.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit zumindest eine Detektionseinheit zu einer Detektion der Phasenverschiebung und/oder einer Amplitude aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders zuverlässige und/oder genaue Detektion der Phasenver schiebung und/oder der Amplitude ermöglicht werden. Die Detektionseinheit kann als ein analoger Phasenvergleicher, beispielsweise als ein Analog-Multiplizierer oder als voll symmetrischer Mischer oder als ein Diodenmischer ausgebildet und zu einer analogen Detektion der Phasenverschiebung und/oder der Amplitude vorgesehen sein. Alternativ könnte die Detektionseinheit als ein digitaler Phasenvergleicher und/oder als ein digitaler Amplitudenvergleicher ausgebildet sein, wobei eine digitale Detektion der Phasenver schiebung und/oder der Amplitude, ausgehend von einem zuvor gewandelten rechteck förmigen Signal beispielsweise mittels eines XOR-Gatters oder einer Flip-Flop-Schaltung oder dergleichen erfolgen könnte. io It is also proposed that the control unit has at least one detection unit for detecting the phase shift and/or an amplitude. In this way, a particularly reliable and/or precise detection of the phase shift and/or the amplitude can advantageously be made possible. The detection unit can be designed as an analog phase comparator, for example as an analog multiplier or as a fully symmetrical mixer or as a diode mixer and can be provided for analog detection of the phase shift and/or the amplitude. Alternatively, the detection unit could be designed as a digital phase comparator and/or as a digital amplitude comparator, with a digital detection of the phase shift and/or the amplitude, starting from a previously converted rectangular signal, for example by means of an XOR gate or a flip-flop -Circuit or the like could take place. ok
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinheit als ein Lock-In-Verstärker ausge bildet ist. Hierdurch kann vorteilhaft ein Signal-Rausch-Verhältnis erhöht und somit eine Fehleranfälligkeit bei der Detektion weiter verringert werden. Vorzugsweise ist die als ein Lock-In-Verstärker ausgebildete Detektionseinheit, neben der Detektion der Phasenver schiebung, zusätzlich zu einer Detektion einer Amplitude des Sensorsignals und einer Amplitude des weiteren Signals, insbesondere des Referenzsignals, vorgesehen. Anhand der mittels der als Lock-In-Verstärker ausgebildeten Detektionseinheit detektierten Pha senverschiebung und der detektierten Amplitude des Sensorsignals und einer Amplitude des weiteren Signals, insbesondere des Referenzsignals, ist eine Impedanz und somit ein äquivalenter Widerstand und eine äquivalente Induktivität eines verwendeten Garge schirrs, vorzugsweise durch die Steuereinheit, berechenbar. Hierdurch kann vorteilhaft ein Betrieb weiter verbessert werden, indem beispielsweise eine speziell auf ein bestimmtes Gargeschirr abgestimmte Ansteuerung der Heizeinheit durch die Steuereinheit ermöglicht ist. In addition, it is proposed that the detection unit be designed as a lock-in amplifier. As a result, a signal-to-noise ratio can advantageously be increased and thus a susceptibility to errors in the detection can be further reduced. In addition to detecting the phase shift, the detection unit designed as a lock-in amplifier is preferably also provided for detecting an amplitude of the sensor signal and an amplitude of the further signal, in particular the reference signal. Based on the phase shift detected by the detection unit designed as a lock-in amplifier and the detected amplitude of the sensor signal and an amplitude of the further signal, in particular the reference signal, an impedance and thus an equivalent resistance and an equivalent inductance of a garge harness used is preferably determined by the control unit, calculable. As a result, operation can advantageously be further improved by, for example, enabling the heating unit to be controlled by the control unit in a way that is specially matched to a specific cooking utensil.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit zu der Ermittlung der Zu standsgröße in dem Betriebszustand einen Phasenwinkel des Sensorsignals mit einem Phasenwinkel des weiteren Signals, insbesondere des Referenzsignals, und/oder eine Amplitude des Sensorsignals mit einer Amplitude des weiteren Signals, insbesondere des Referenzsignals, vergleicht. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft die Er mittlung der die Heizeinheit betreffenden Zustandsgröße mit einfachen Mitteln realisiert werden. Vorzugsweise erfolgt der Vergleich des Phasenwinkels und/oder der Amplitude des Sensorsignals mit dem Phasenwinkel und/oder der Amplitude des weiteren Signals, insbesondere des Referenzsignals, mittels der Detektionseinheit der Steuereinheit. Furthermore, it is proposed that the control unit, to determine the state variable in the operating state, compares a phase angle of the sensor signal with a phase angle of the further signal, in particular the reference signal, and/or an amplitude of the sensor signal with an amplitude of the further signal, in particular the reference signal, compares Such a configuration can advantageously be used to determine the state variable relating to the heating unit using simple means. The phase angle and/or the amplitude of the sensor signal is preferably compared with the phase angle and/or the amplitude of the further signal, in particular the reference signal, by means of the detection unit of the control unit.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Steuerein heit zu der Ermittlung der Zustandsgröße in dem Betriebszustand die Frequenz des Sig nals so lange variiert, bis ein Phasenwinkel des Sensorsignals und ein Phasenwinkel des Referenzsignals übereinstimmen. Durch eine derartige Ausgestaltung wird vorteilhaft eine weitere Möglichkeit zu der Ermittlung der Zustandsgröße bereitgestellt. Vorzugsweise variiert die Steuereinheit in dem Betriebszustand die Frequenz des Signals mittels der Signalerzeugungseinheit so lange, bis der Phasenwinkel des Sensorsignals mit dem Pha senwinkel des Referenzsignals übereinstimmt, speichert die zu einer Übereinstimmung der Phasenwinkel erforderliche Frequenz ab, vergleicht diese, insbesondere mittels eines in der Speichereinheit gespeicherten Algorithmus, mit der Resonanzfrequenz in dem Re ferenzzustand und ermittelt daraus die die Heizeinheit betreffende Zustandsgröße. In an alternative advantageous embodiment, it is proposed that the control unit, for determining the state variable in the operating state, varies the frequency of the signal until a phase angle of the sensor signal and a phase angle of the reference signal match. Such a configuration advantageously provides a further possibility for determining the state variable. In the operating state, the control unit preferably varies the frequency of the signal using the signal generation unit until the phase angle of the sensor signal matches the phase angle of the reference signal, stores the frequency required for the phase angle to match, and compares it, in particular using a algorithm stored in the memory unit, with the resonant frequency in the reference state and determines therefrom the state variable relating to the heating unit.
Die Erfindung betrifft zudem ein Kochfeld mit einer Kochfeldvorrichtung gemäß einer der vorgenannten Ausgestaltungen. Ein derartiges Kochfeld zeichnet sich unter anderem durch die vorgenannten vorteilhaften Eigenschaften der Kochfeldvorrichtung und den da mit einhergehenden Vorteilen für einen Nutzer im Hinblick auf einen verbesserten Bedien komfort und/oder ein verbessertes Bedienerlebnis aus. The invention also relates to a hob with a hob device according to one of the aforementioned configurations. Such a hob is characterized, inter alia, by the above-mentioned advantageous properties of the hob device and the associated advantages for a user in terms of improved operating convenience and/or an improved operating experience.
Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Kochfeldvorrichtung mit zumindest einer Heizeinheit und zumindest einer von der Heizeinheit getrennt ausge bildeten Sensoreinheit, welche zumindest einen elektrischen Schwingkreis aufweist.The invention is also based on a method for operating a hob device with at least one heating unit and at least one sensor unit which is formed separately from the heating unit and has at least one electrical resonant circuit.
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Sensorsignal detektiert wird und zumindest eine die Heizeinheit betreffende Zustandsgröße anhand einer Phasenverschiebung und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal und einem weiteren Signal, insbesondere einem gespeicherten Referenzsignal, ermittelt wird. Indem die die Heizeinheit betreffende Zustandsgröße anhand einer Phasenverschiebung und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal und einem weiteren Signal, insbe sondere einem gespeicherten Referenzsignal, ermittelt wird, kann vorteilhaft eine beson ders zuverlässige, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, bei welchen eine Zustandsgröße anhand einer detektierten Frequenz ermittelt wird, weniger störungs anfällige, und genaue Ermittlung der Zustandsgröße ermöglicht werden. It is proposed that at least one sensor signal is detected and at least one state variable relating to the heating unit is determined using a phase shift and/or an amplitude ratio between the sensor signal and another signal, in particular a stored reference signal. By determining the state variable relating to the heating unit based on a phase shift and/or an amplitude ratio between the sensor signal and another signal, in particular a stored reference signal, a particularly reliable method can advantageously be used, particularly in comparison to conventional methods in which a state variable is determined based on a detected frequency is determined, less susceptible to interference, and accurate determination of the state variable can be made possible.
Die Kochfeldvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die Kochfeldvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten An zahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.The hob device should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the hob device can have a number of individual elements, components and units that differs from the number of individual elements, components and units specified here in order to fulfill a function described herein.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeich nung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Be schreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fach mann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages result from the following description of the drawing. In the undersigned statement three embodiments of the invention are shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.
Es zeigen: Fig. 1 ein Kochfeld mit einer Kochfeldvorrichtung, umfassend eine Heizeinheit, eine Sensoreinheit und eine Steuereinheit, in einer schematischen Draufsicht, Show it: 1 shows a hob with a hob device, comprising a heating unit, a sensor unit and a control unit, in a schematic plan view,
Fig. 2 eine schematische Explosionsdarstellung der Kochfeldvorrichtung mit einer oberhalb der Heizeinheit angeordneten Platteneinheit, 2 shows a schematic exploded view of the hob device with a plate unit arranged above the heating unit,
Fig. 3 ein schematisches elektrisches Schaltbild eines elektrischen Schwing kreises der Sensoreinheit, 3 shows a schematic electrical circuit diagram of an electrical oscillating circuit of the sensor unit,
Fig. 4 zwei schematische Diagramme zur Darstellung eines durch die Sen soreinheit detektierten Sensorsignals und eines Referenzsignals,4 shows two schematic diagrams for the representation of a sensor signal detected by the sensor unit and a reference signal,
Fig. 5 ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Steuereinheit,Fig. 5 is a schematic diagram showing the control unit;
Fig. 6 ein schematisches Verfahrensfließbild eines Verfahrens zu einem Be trieb der Kochfeldvorrichtung, 6 shows a schematic process flow diagram of a process for operating the hob device,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Halterungseinheit einer Kochfeld vorrichtung in einem weiteren Ausführungsbeispiel und Fig. 8 ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Steuereinheit einer Kochfeldvorrichtung eines weiteren Ausführungsbeispiels. 7 shows a schematic representation of a mounting unit of a hob device in a further exemplary embodiment; and FIG. 8 shows a schematic diagram for representing a control unit of a hob device in a further exemplary embodiment.
Figur 1 zeigt ein Kochfeld 42a in einer schematischen Draufsicht. Das Kochfeld 42a ist als ein Induktionskochfeld ausgebildet. Das Kochfeld 42a weist eine Kochfeldvorrichtung 10a auf. Die Kochfeldvorrichtung 10a ist als eine Induktionskochfeldvorrichtung ausgebildet. Die Kochfeldvorrichtung 10a umfasst eine Heizeinheit 12a. Die Heizeinheit 12a weist eine Mehrzahl von Heizelementen 32a auf, welche jeweils als Induktionsheizelemente ausge bildet sind. FIG. 1 shows a hob 42a in a schematic plan view. The hob 42a is designed as an induction hob. The hob 42a has a hob device 10a. The hob device 10a is designed as an induction hob device. The hob device 10a includes a heating unit 12a. The heating unit 12a has a plurality of heating elements 32a, which are each formed out as induction heating elements.
Von mehrfach vorhandenen Objekten ist in den Figuren jeweils lediglich eines mit einem Bezugszeichen versehen. Of the objects that are present several times, only one is provided with a reference number in each of the figures.
Die Kochfeldvorrichtung 10a umfasst eine Sensoreinheit 14a. Die Sensoreinheit 14a ist separat von der Heizeinheit 12a ausgebildet. Die Sensoreinheit 14a weist einen elektri schen Schwingkreis 16a auf (vgl. Figur 3). Die Sensoreinheit 14a ist zu einer Detektion eines Sensorsignals 18a (vgl. Figur 4) vorgesehen. The hob device 10a includes a sensor unit 14a. The sensor unit 14a is formed separately from the heating unit 12a. The sensor unit 14a has an electrical resonant circuit 16a (cf. FIG. 3). The sensor unit 14a is provided for detecting a sensor signal 18a (cf. FIG. 4).
Die Kochfeldvorrichtung 10a umfasst eine Steuereinheit 20a. Die Steuereinheit 20a ist zu einer Steuerung der Sensoreinheit 14a vorgesehen. Die Steuereinheit 20a ist zu einer Auswertung des Sensorsignals 18a vorgesehen. In einem Betriebszustand der Kochfeld vorrichtung 10a ermittelt die Steuereinheit 20a zumindest eine die Heizeinheit 12a betref fende Zustandsgröße 22a (vgl. Figur 5) anhand einer Phasenverschiebung 24a und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal 18a und einem weiteren Sig nal. The hob device 10a includes a control unit 20a. The control unit 20a is provided for controlling the sensor unit 14a. The control unit 20a is one Evaluation of the sensor signal 18a provided. When hob device 10a is in an operating state, control unit 20a determines at least one state variable 22a (cf. FIG. 5) relating to heating unit 12a using a phase shift 24a and/or an amplitude ratio between sensor signal 18a and another signal.
In der Steuereinheit 20a ist ein Referenzsignal 26a gespeichert. Das Referenzsignal 20a umfasst eine in einem Referenzzustand gemessene Differenz zwischen einer Größe des Sensorsignals 18a und einer Größe des weiteren Signals. Vorliegend handelt es sich bei der Größe des Sensorsignals 18a um einen Phasenwinkel und bei der Größe des weite ren Signals um einen weiteren Phasenwinkel. A reference signal 26a is stored in the control unit 20a. The reference signal 20a includes a difference, measured in a reference state, between a magnitude of the sensor signal 18a and a magnitude of the further signal. In the present case, the size of the sensor signal 18a is a phase angle and the size of the other signal is a further phase angle.
Figur 2 zeigt die Kochfeldvorrichtung 10a in einer schematischen Explosionsdarstellung. Die Kochfeldvorrichtung 10a weist eine Platteneinheit 28a auf. In einem montierten Zu stand der Kochfeldvorrichtung 10a ist die Platteneinheit 28a oberhalb der Heizeinheit 12a und unterhalb einer Kochfeldplatte 62a des Kochfeld 42a angeordnet angeordnet. Die Platteneinheit 28a weist die Sensoreinheit 14a zumindest teilweise auf. Die Platteneinheit 28a weist den Schwingkreis 16a der Sensoreinheit 14a auf. Der Schwingkreis 16a der Sensoreinheit 14a ist auf einer Leiterplatte aufgebracht, welche mit der Platteneinheit 28a verbunden ist. Figure 2 shows the hob device 10a in a schematic exploded view. The hob device 10a has a plate unit 28a. In an assembled state of the hob device 10a, the plate unit 28a is arranged above the heating unit 12a and below a hob plate 62a of the hob 42a. The plate unit 28a has the sensor unit 14a at least partially. The plate unit 28a has the oscillating circuit 16a of the sensor unit 14a. The oscillating circuit 16a of the sensor unit 14a is mounted on a printed circuit board which is connected to the plate unit 28a.
Figur 3 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der Sensoreinheit 14a. Die Sen soreinheit 14a umfasst den elektrischen Schwingkreis 16a. Die Sensoreinheit 14a umfasst einen Signaleingang 44a und einen Signalausgang 46a, welche jeweils elektrisch leitend mit dem elektrischen Schwingkreis 16a verbunden sind. Der elektrische Schwingkreis 46a umfasst einen elektrischen Widerstand 48a, eine Induktionsspule 50a und einen Konden sator 52a. FIG. 3 shows a schematic electrical circuit diagram of the sensor unit 14a. The sensor unit 14a includes the electrical resonant circuit 16a. The sensor unit 14a includes a signal input 44a and a signal output 46a, which are each electrically conductively connected to the electrical oscillating circuit 16a. The electrical resonant circuit 46a includes an electrical resistor 48a, an induction coil 50a and a capacitor 52a.
Der Signaleingang 44a der Sensoreinheit 14a ist elektrisch leitend mit einer Signalver stärkungseinheit 38a und mit einer Signalerzeugungseinheit 34a der Steuereinheit 20a verbunden. In einem Betriebszustand wird ein mittels der Signalerzeugungseinheit 34a erzeugtes und mittels der Signalverstärkungseinheit 38a verstärktes Signal über den Sig naleingang 44a in den elektrischen Schwingkreis 16a eingespeist. Der Signalausgang 46a ist als ein Nebenschlusswiderstand 64a ausgebildet. In Figur 4 sind zwei Diagramme dargestellt. Auf einer Abszisse 54a eines linken Dia gramms ist eine Frequenz in Megahertz aufgetragen. Auf einer Ordinate 56a des linken Diagramms ist ein Betrag einer Impedanz in Ohm aufgetragen. In dem linken Diagramm ist das Referenzsignal 26a mit einer Volllinie dargestellt. In dem linken Diagramm ist das Sensorsignal 18a mit einer Strichlinie dargestellt. Der Betrag der Impedanz des Referenz signals weist ein Maximum bei einer Resonanzfrequenz 66a des Schwingkreises auf.The signal input 44a of the sensor unit 14a is electrically conductively connected to a signal amplification unit 38a and to a signal generation unit 34a of the control unit 20a. In an operating state, a signal generated by the signal generation unit 34a and amplified by the signal amplification unit 38a is fed into the electrical oscillating circuit 16a via the signal input 44a. The signal output 46a is designed as a shunt resistor 64a. Two diagrams are shown in FIG. A frequency in megahertz is plotted on an abscissa 54a of a left diagram. An amount of an impedance in ohms is plotted on an ordinate 56a of the left-hand diagram. In the diagram on the left, the reference signal 26a is shown with a solid line. In the diagram on the left, the sensor signal 18a is shown with a dashed line. The magnitude of the impedance of the reference signal has a maximum at a resonant frequency 66a of the resonant circuit.
Auf einer Abszisse 58a eines rechten Diagramms ist die Frequenz in Megahertz aufgetra gen. Auf einer Ordinate 60a des rechten Diagramms ist ein Phasenwinkel aufgetragen. In dem rechten Diagramm ist das Referenzsignal 26a mit einer Volllinie dargestellt. In dem linken Diagramm ist das Sensorsignal 18a mit einer Strichlinie dargestellt. Ein Phasen winkel des Referenzsignals 26a, welcher in dem elektrischen Schwingkreis 16a der Sen soreinheit 14a in einem Referenzzustand bei der Resonanzfrequenz 66a messbar ist, beträgt beispielsweise 20°. Ein Phasenwinkel des Sensorsignals 18a, welcher in dem elektrischen Schwingkreis 16a der Sensoreinheit 14a in einem Betriebszustand der Koch feldvorrichtung 10a, in dem ein Gargeschirr (nicht dargestellt) oberhalb der Sensoreinheit 14a platziert ist, bei der Resonanzfrequenz 66a messbar ist, beträgt beispielsweise -20°. Daraus ergibt sich die Phasenverschiebung 24a, welche in diesem Beispiel 40° beträgt.The frequency in megahertz is plotted on an abscissa 58a of a right-hand diagram. A phase angle is plotted on an ordinate 60a of the right-hand diagram. In the diagram on the right, the reference signal 26a is shown with a solid line. In the diagram on the left, the sensor signal 18a is shown with a dashed line. A phase angle of reference signal 26a, which can be measured in electrical resonant circuit 16a of sensor unit 14a in a reference state at resonant frequency 66a, is 20°, for example. A phase angle of sensor signal 18a, which can be measured at resonant frequency 66a in electrical resonant circuit 16a of sensor unit 14a in an operating state of hob device 10a in which a cooking utensil (not shown) is placed above sensor unit 14a, is -20°, for example . This results in the phase shift 24a, which is 40° in this example.
Das Sensorsignal 18a beschreibt ein Verhältnis zwischen einem Signal 36a (vgl. Figur 5) und einem Ausgangssignal 92a des elektrischen Schwingkreises 16a und kann als eine äquivalente Impedanz des elektrischen Schwingkreises 16a in dem Betriebszustand be trachtet werden. Das Referenzsignal 26a kann als eine äquivalente Impedanz des elektri schen Schwingkreises 16a in dem Referenzzustand betrachtet werden. The sensor signal 18a describes a relationship between a signal 36a (see FIG. 5) and an output signal 92a of the electrical oscillating circuit 16a and can be considered as an equivalent impedance of the electrical oscillating circuit 16a in the operating state. The reference signal 26a can be regarded as an equivalent impedance of the electrical resonant circuit 16a in the reference state.
In Figur 5 ist ein schematisches Diagramm der Steuereinheit 20a dargestellt. Die Steuer einheit 20a weist die Signalerzeugungseinheit 34a auf. Die Signalerzeugungseinheit 34a ist zu einer Erzeugung des Signals 36a zu der Steuerung der Sensoreinheit 14a vorgese hen. A schematic diagram of the control unit 20a is shown in FIG. The control unit 20a has the signal generation unit 34a. The signal generation unit 34a is provided for generating the signal 36a for controlling the sensor unit 14a.
Die Steuereinheit 20a weist die Signalverstärkungseinheit 38a auf. Die Signalverstär kungseinheit 38a ist zu einer Verstärkung des Signals 36a und zu einer Erhöhung eines Signal-Rausch-Verhältnisses gegenüber Störsignalen vorgesehen. Störsignale könnten in dem Betriebszustand beispielsweise durch ein von einem Heizelement 32a der Heizein heit 12a zu einer Beheizung bereitgestelltes elektromagnetisches Feld bedingt sein. In dem Betriebszustand wird das mittels der Signalerzeugungseinheit 34a erzeugte und mittels der Signalverstärkungseinheit 38a verstärkte Signal 36a über den Signaleingang 44a in den elektrischen Schwingkreis 16a der Sensoreinheit 14a eingespeist (vgl. Figur 3). Das Signal 36a weist eine Frequenz auf, welche im Wesentlichen der Resonanzfre quenz 66a des elektrischen Schwingkreises 16a entspricht. Die Resonanzfrequenz 66a ist in einer Speichereinheit 70a der Steuereinheit 20a gespeichert und wird in dem Betriebs zustand zu der Erzeugung des Signals 36a an die Signalerzeugungseinheit 34a übermit telt. The control unit 20a has the signal amplification unit 38a. The signal amplification unit 38a is provided to amplify the signal 36a and to increase a signal-to-noise ratio with respect to interference signals. In the operating state, interference signals could be caused, for example, by an electromagnetic field provided by a heating element 32a of the heating unit 12a for heating. In the operating state, the signal 36a generated by the signal generation unit 34a and amplified by the signal amplification unit 38a is fed into the electrical oscillating circuit 16a of the sensor unit 14a via the signal input 44a (cf. FIG. 3). The signal 36a has a frequency which essentially corresponds to the resonant frequency 66a of the electrical oscillating circuit 16a. The resonant frequency 66a is stored in a storage unit 70a of the control unit 20a and is transmitted to the signal generation unit 34a in the operating state for the generation of the signal 36a.
Die Steuereinheit 20a weist eine Detektionseinheit 40a auf. Die Detektionseinheit 40a ist zu einer Detektion der Phasenverschiebung 24a und/oder einer Amplitude vorgesehen.The control unit 20a has a detection unit 40a. The detection unit 40a is provided for detecting the phase shift 24a and/or an amplitude.
Die Detektionseinheit 40a ist als ein Lock-In-Verstärker ausgebildet. Eine in dem Be triebszustand an dem als Nebenschlusswiderstand 64a ausgebildeten Signalausgang 46a abfallende Spannung ist als das Ausgangssignal 92a detektierbar und wird an die Detek tionseinheit 40a übermittelt. Das Signal 36a wird ebenfalls an die Detektionseinheit 40a übermittelt. The detection unit 40a is designed as a lock-in amplifier. A voltage dropping in the operating state at the signal output 46a designed as a shunt resistor 64a can be detected as the output signal 92a and is transmitted to the detection unit 40a. The signal 36a is also transmitted to the detection unit 40a.
Die Steuereinheit 20a vergleicht zu der Ermittlung der Zustandsgröße 24a in dem Be triebszustand einen Phasenwinkel und/oder eine Amplitude des Sensorsignals 18a und einen Phasenwinkel und/oder eine Amplitude des Referenzsignals 26a. In dem vorliegen den Ausführungsbeispiel erfolgt der Vergleich der Phasenwinkel mittels der Detektions einheit 40a. Die Detektionseinheit 40a detektiert in dem Betriebszustand die Phasenver schiebung 24a und übermittelt diese an eine Recheneinheit 68a der Steuereinheit 20a.To determine the state variable 24a in the operating state, the control unit 20a compares a phase angle and/or an amplitude of the sensor signal 18a and a phase angle and/or an amplitude of the reference signal 26a. In the present exemplary embodiment, the phase angles are compared by means of the detection unit 40a. In the operating state, the detection unit 40a detects the phase shift 24a and transmits this to an arithmetic unit 68a of the control unit 20a.
Das Referenzsignal 26a ist in der Speichereinheit 70a gespeichert. In dem Betriebszu stand greift die Recheneinheit 68a auf die Speichereinheit 70a zu und ermittelt die Zu standsgröße anhand der Phasenverschiebung 24a zwischen dem Sensorsignal 18a und dem weiteren Signal. Die Zustandsgröße 24a enthält in dem vorliegenden Ausführungs beispiel eine Information über einen Bedeckungsgrad eines Heizelements 32a der Heiz einheit 12a (vgl. Figur 1) mit einem Gargeschirr (nicht dargestellt). The reference signal 26a is stored in the memory unit 70a. In the operating state, the computing unit 68a accesses the memory unit 70a and determines the state variable using the phase shift 24a between the sensor signal 18a and the further signal. In the present exemplary embodiment, the state variable 24a contains information about the degree of coverage of a heating element 32a of the heating unit 12a (cf. FIG. 1) with a cooking utensil (not shown).
In Figur 6 ist ein schematisches Verfahrensfließbild eines Verfahrens zum Betrieb der Kochfeldvorrichtung 10a dargestellt. In dem Verfahren wird das zumindest eine Sensor signal 18a detektiert und zumindest die die Heizeinheit 12a betreffende Zustandsgröße 22a anhand der Phasenverschiebung 24a und/oder des Amplitudenverhältnisses zwi schen dem Sensorsignal 18a und dem weiteren Signal, welches als das Referenzsignal 26a in der Steuereinheit gespeichert ist, ermittelt. Das Verfahren umfasst mehrere Verfah rensschritte. In einem Verfahrensschritt 80a wird mittels eines Mikroprozessors in der Signalerzeugungseinheit 34a ein Rechtecksignal erzeugt. In einem weiteren Verfahrens schritt 82a wird das Rechtecksignal mittels der Signalerzeugungseinheit 34a in das Signal 36a gewandelt. Das Signal 36a ist nun sinusförmig und wird an die Signalverstärkungs einheit 38a übermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt 84a wird das Signal 36a ver stärkt und anschließend über den Signaleingang 44a in den elektrischen Schwingkreis 16a der Sensoreinheit 14a eingespeist (vgl. Figur 3) sowie an die Detektionseinheit 40a übermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt 86a wird das Ausgangssignal 92a an dem Signalausgang 46a des elektrischen Schwingkreises detektiert und an die Detektionsein heit 40a übermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt 88a detektiert die Detektionsein heit 40a die Phasenverschiebung 24a zwischen dem Sensorsignal 18a und dem gespei cherten weiteren Signal und übermittelt dieses an die Recheneinheit 68a der Steuerein heit 20a. In einem weiteren Verfahrensschritt 90a ermittelt die Recheneinheit 68a die Zu standsgröße 22a anhand der Phasenverschiebung 24a. FIG. 6 shows a schematic process flow diagram of a process for operating the hob device 10a. In the method, the at least one sensor signal 18a is detected and at least the state variable 22a relating to the heating unit 12a based on the phase shift 24a and/or the amplitude ratio between the sensor signal 18a and the further signal, which is used as the reference signal 26a is stored in the control unit. The procedure comprises several procedural steps. In a method step 80a, a square-wave signal is generated by a microprocessor in the signal generation unit 34a. In a further method step 82a, the square-wave signal is converted into the signal 36a by means of the signal generation unit 34a. The signal 36a is now sinusoidal and is transmitted to the signal amplification unit 38a. In a further method step 84a, the signal 36a is amplified and then fed into the electrical oscillating circuit 16a of the sensor unit 14a via the signal input 44a (cf. FIG. 3) and transmitted to the detection unit 40a. In a further method step 86a, the output signal 92a is detected at the signal output 46a of the electrical oscillating circuit and is transmitted to the detection unit 40a. In a further method step 88a, the detection unit 40a detects the phase shift 24a between the sensor signal 18a and the stored further signal and transmits this to the computing unit 68a of the control unit 20a. In a further method step 90a, the computing unit 68a determines the state variable 22a using the phase shift 24a.
In Figuren 7 und 8 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merk male und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 6 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 6 durch die Buch staben b und c in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele der Figuren 7 und 8 er setzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Be schreibung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 6 verwiesen werden. Two further exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS. The following descriptions are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, with reference being made to the description of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 6 with regard to components, features and functions that remain the same. To distinguish between the exemplary embodiments, the letter a in the reference numbers of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 6 is replaced by the letters b and c in the reference numbers of the exemplary embodiments in FIGS. With regard to identically designated components, in particular with regard to components with the same reference numbers, reference can in principle also be made to the drawings and/or the description of the exemplary embodiment in FIGS.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Halterungseinheit 30b einer Kochfeld vorrichtung 10b. Die Kochfeldvorrichtung 10b weist eine Sensoreinheit 14b und eine Hei zeinheit 12b auf. Die Halterungseinheit 30b fixiert ein Heizelement 32b der Heizeinheit 12b und zumindest einen Teil der Sensoreinheit 14b zusammen. Die Kochfeldvorrichtung 10b unterscheidet sich von der Kochfeldvorrichtung 10a des vorhergehenden Ausfüh rungsbeispiels im Wesentlichen hinsichtlich einer Anordnung der Sensoreinheit 14b. Hin- sichtlich einer Funktionsweise der Kochfeldvorrichtung 10b sei an dieser Stelle auf die obige Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 6 verwiesen. FIG. 7 shows a schematic representation of a mounting unit 30b of a hob device 10b. The hob device 10b has a sensor unit 14b and a heating unit 12b. The mounting unit 30b fixes a heating element 32b of the heating unit 12b and at least a part of the sensor unit 14b together. The hob device 10b differs from the hob device 10a of the previous exemplary embodiment essentially with regard to an arrangement of the sensor unit 14b. There- With regard to the mode of operation of the hob device 10b, reference is made at this point to the above description of the exemplary embodiment in FIGS.
Die Halterungseinheit 30b umfasst ein erstes Halterungselement 76b und ein zweites Hal terungselement 78b. An dem ersten Halterungselement 76b der Halterungseinheit 30b ist eine Induktionsspule 50b der Sensoreinheit 14b fixiert. An dem zweiten Halterungsele ment 78b der Halterungseinheit 30b ist das Heizelement 32b der Heizeinheit 12b fixiert. Das erste Halterungselement 76b und das zweite Halterungselement 78b sind in einem montierten Zustand miteinander verbunden und bilden die Halterungseinheit 30b. The holding unit 30b comprises a first holding element 76b and a second holding element 78b. An induction coil 50b of sensor unit 14b is fixed to first mounting element 76b of mounting unit 30b. The heating element 32b of the heating unit 12b is fixed to the second holding element 78b of the holding unit 30b. The first mounting element 76b and the second mounting element 78b are connected to one another in an assembled state and form the mounting unit 30b.
Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kochfeldvorrichtung 10c. Die Koch feld Vorrichtung 10c unterscheidet sich von der Kochfeldvorrichtung 10a des Ausführungs beispiels der Figuren 1 bis 6 im Wesentlichen hinsichtlich einer Ausgestaltung einer Steu ereinheit 20c. Im Hinblick auf weitere Komponenten der Kochfeldvorrichtung 10c sei an dieser Stelle auf die obige Beschreibung der Figuren 1 bis 6 verwiesen. FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of a hob device 10c. The hob device 10c differs from the hob device 10a of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 6 essentially with regard to the configuration of a control unit 20c. With regard to further components of the hob device 10c, reference is made at this point to the above description of FIGS.
In der Figur 8 ist ein schematisches Diagramm der Steuereinheit 20c dargestellt. In einem Betriebszustand der Kochfeldvorrichtung 10c ermittelt die Steuereinheit 20c zumindest eine Zustandsgröße 22c anhand einer Phasenverschiebung 24c zwischen einem Sensor signal 18c und einem gespeicherten Referenzsignal 26c. In dem Betriebszustand der Kochfeldvorrichtung 10c variiert die Steuereinheit 20c zu einer Ermittlung der Zu standsgröße 22c eine Frequenz 94c eines Signals 36c so lange, bis ein Phasenwinkel des Sensorsignals 18c und ein Phasenwinkel des Referenzsignals 26c übereinstimmen.A schematic diagram of the control unit 20c is shown in FIG. In an operating state of the hob device 10c, the control unit 20c determines at least one state variable 22c based on a phase shift 24c between a sensor signal 18c and a stored reference signal 26c. In the operating state of the hob device 10c, the control unit 20c varies a frequency 94c of a signal 36c to determine the state variable 22c until a phase angle of the sensor signal 18c and a phase angle of the reference signal 26c match.
Die Steuereinheit 20c weist eine Signalerzeugungseinheit 34c auf, welche zu einer Er zeugung des Signals 26c zu einer Steuerung einer Sensoreinheit 14c vorgesehen ist. In dem Betriebszustand der Kochfeldvorrichtung 10c erzeugt die Signalerzeugungseinheit 34c das Signal 36c zunächst anhand einer in einer Speichereinheit 70c der Steuereinheit 20c gespeicherten Resonanzfrequenz 66c und übermittelt das Signal 36c an die Sen soreinheit 14c und an eine Detektionseinheit 40c der Steuereinheit 20c. Die Detektions einheit 40c ermittelt aus dem Signal 36c und einem Ausgangssignal 92c der Sensorein heit 14c die Phasenverschiebung 24c. So lange die Phasenverschiebung 24c einen Be trag ungleich Null aufweist, variiert die Steuereinheit 20c die Frequenz 94c, indem entwe der eine Frequenzverringerung 72c oder Frequenzerhöhung 74c an die Signalerzeu gungseinheit 34 c übermittelt wird. Wenn der Phasenwinkel des Sensorsignals 18c und der Phasenwinkel des Referenzsignals 26c übereinstimmen, also die Phasenverschie bung 24c Null beträgt, speichert die Steuereinheit 20c die zugehörige Frequenz 94c in der Speichereinheit 70c ab. Eine Recheneinheit 68c der Steuereinheit 20c greift auf die Spei chereinheit 20c zu, vergleicht die Frequenz 94c mit der Resonanzfrequenz 66c und ermit- telt daraus die Zustandsgröße 22. The control unit 20c has a signal generation unit 34c, which is provided for generating the signal 26c for controlling a sensor unit 14c. In the operating state of hob device 10c, signal generation unit 34c initially generates signal 36c using a resonant frequency 66c stored in a memory unit 70c of control unit 20c and transmits signal 36c to sensor unit 14c and to a detection unit 40c of control unit 20c. The detection unit 40c determines the phase shift 24c from the signal 36c and an output signal 92c of the sensor unit 14c. As long as the phase shift 24c has a non-zero amount, the control unit 20c varies the frequency 94c by transmitting either a frequency reduction 72c or a frequency increase 74c to the signal generation unit 34c. If the phase angle of the sensor signal 18c and the phase angle of the reference signal 26c match, ie the phase shift 24c is zero, the control unit 20c stores the associated frequency 94c in the memory unit 70c. A computing unit 68c of control unit 20c accesses memory unit 20c, compares frequency 94c with resonant frequency 66c and uses this to determine state variable 22.
Bezugszeichen Reference sign
10 Kochfeldvorrichtung 12 Heizeinheit 14 Sensoreinheit 16 Schwingkreis 18 Sensorsignal 20 Steuereinheit 22 Zustandsgröße 24 Phasenverschiebung 26 Referenzsignal 28 Platteneinheit 30 Halterungseinheit 32 Heizelement 34 Signalerzeugungseinheit 36 Signal 10 hob device 12 heating unit 14 sensor unit 16 resonant circuit 18 sensor signal 20 control unit 22 state variable 24 phase shift 26 reference signal 28 plate unit 30 mounting unit 32 heating element 34 signal generation unit 36 signal
38 Signalverstärkungseinheit 40 Detektionseinheit 42 Kochfeld 44 Signaleingang 46 Signalausgang 48 elektrischer Widerstand 50 Induktionsspule 52 Kondensator 54 Abszisse 56 Ordinate 58 Abszisse 60 Ordinate 62 Kochfeldplatte Nebenschlusswiderstand38 signal amplification unit 40 detection unit 42 hob 44 signal input 46 signal output 48 electrical resistance 50 induction coil 52 capacitor 54 abscissa 56 ordinate 58 abscissa 60 ordinate 62 hob plate shunt resistor
Resonanzfrequenzresonant frequency
Recheneinheitunit of account
Speichereinheitstorage unit
Frequenzverringerungfrequency reduction
Frequenzerhöhungfrequency increase
Halterungselementbracket element
Halterungselementbracket element
Verfahrensschritt weiterer Verfahrensschritt weiterer Verfahrensschritt weiterer Verfahrensschritt weiterer Verfahrensschritt weiterer VerfahrensschrittMethod step further method step further method step further method step further method step further method step
Ausgangssignal output signal
Frequenz frequency

Claims

Ansprüche Expectations
1. Kochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c), insbesondere Induktionskochfeldvorrich tung, mit zumindest einer Heizeinheit (12a; 12b), mit zumindest einer von der Heizeinheit (12a; 12b) getrennt ausgebildeten Sensoreinheit (14a; 14b; 14c), welche zumindest einen elektrischen Schwingkreis (16a) aufweist und zu einer Detektion zumindest eines Sensorsignals (18a; 18c) vorgesehen ist, und mit ei ner Steuereinheit (20a; 20c), welche zu einer Steuerung der Sensoreinheit (14a; 14b; 14c) und zu einer Auswertung des Sensorsignals (18a; 18c) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20a; 20c) in einem Betriebs zustand zumindest eine die Heizeinheit (12a; 12b) betreffende Zustandsgröße (22a; 22c) anhand einer Phasenverschiebung (24a; 24c) und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal (18a; 18c) und einem wei teren Signal ermittelt. 1. Hob device (10a; 10b; 10c), in particular an induction hob device, with at least one heating unit (12a; 12b), with at least one sensor unit (14a; 14b; 14c) which is separate from the heating unit (12a; 12b) and which has at least one has an electrical resonant circuit (16a) and is provided for detecting at least one sensor signal (18a; 18c), and with a control unit (20a; 20c) which is used to control the sensor unit (14a; 14b; 14c) and to evaluate the sensor signal (18a; 18c) is provided, characterized in that the control unit (20a; 20c) in an operating state at least one state variable (22a; 22c) relating to the heating unit (12a; 12b) based on a phase shift (24a; 24c) and/ or an amplitude ratio between the sensor signal (18a; 18c) and another signal.
2. Kochfeldvorrichtung (10a) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ober halb der Heizeinheit angeordnete Platteneinheit (28a), welche die Sensoreinheit (14a) zumindest teilweise aufweist. 2. Hob device (10a) according to claim 1, characterized by a plate unit (28a) which is arranged above the heating unit and which at least partially has the sensor unit (14a).
3. Kochfeldvorrichtung (10b) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Halterungseinheit (30b), welche zumindest ein Heizelement (32b) der Heizeinheit (12b) und zumindest einen Teil der Sensoreinheit (14b) zusammen fixiert. 3. Hob device (10b) according to claim 1 or 2, characterized by a mounting unit (30b) which fixes at least one heating element (32b) of the heating unit (12b) and at least part of the sensor unit (14b) together.
4. Kochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20a; 20c) zumindest eine Signalerzeugungseinheit (34a; 34c) aufweist, welche zu einer Erzeugung eines Signals (36a; 36c) zu der Steuerung der Sensoreinheit (14a; 14b; 14c) vorgese hen ist. 4. Hob device (10a; 10b; 10c) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (20a; 20c) has at least one signal generation unit (34a; 34c) which is used to generate a signal (36a; 36c) for the Control of the sensor unit (14a; 14b; 14c) is provided.
5. Kochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20a; 20c) eine Signalverstärkungseinheit (34a; 34c) zu einer Verstärkung des Signals (36a; 36c) und zu einer Erhöhung eines Signal- Rausch-Verhältnisses gegenüber Störsignalen aufweist. 5. Hob device (10a; 10b; 10c) according to claim 4, characterized in that the control unit (20a; 20c) has a signal amplification unit (34a; 34c) to amplify the signal (36a; 36c) and to increase a signal noise -Ratio has to noise signals.
6. Kochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (36a; 36c) eine Frequenz (94a; 94c) aufweist, welche zumindest im Wesentlichen einer Resonanzfrequenz (66a; 66c) des Schwing kreises (16a) entspricht. 6. Hob device (10a; 10b; 10c) according to Claim 4 or 5, characterized in that the signal (36a; 36c) has a frequency (94a; 94c) which is at least essentially a resonant frequency (66a; 66c) of the resonant circuit (16a) corresponds.
7. Kochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Referenzsignal (26a; 26c), welches ei ne in einem Referenzzustand gemessene Differenz zwischen zumindest einer Größe des Sensorsignals (18a; 18c) und zumindest einer Größe des weiteren Signals umfasst, in der Steuereinheit (20a; 20c) gespeichert ist. 7. Hob device (10a; 10b; 10c) according to one of the preceding claims, characterized in that the one reference signal (26a; 26c) which is a difference measured in a reference state between at least one variable of the sensor signal (18a; 18c) and at least a size of the further signal, is stored in the control unit (20a; 20c).
8. Kochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20a; 20c) zumindest eine De tektionseinheit (40a; 40c) zu einer Detektion der Phasenverschiebung (24a; 24c) und/oder einer Amplitude aufweist. 8. Hob device (10a; 10b; 10c) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (20a; 20c) has at least one detection unit (40a; 40c) for detecting the phase shift (24a; 24c) and/or a has amplitude.
9. Kochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (40a; 40c) als ein Lock-In-Verstärker ausgebildet ist. 9. Hob device (10a; 10b; 10c) according to claim 7, characterized in that the detection unit (40a; 40c) is designed as a lock-in amplifier.
10. Kochfeldvorrichtung (10a; 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20a) zu der Ermittlung der Zustandsgröße (22a) in dem Betriebszustand einen Phasenwinkel des Sensor signals (18a) mit einem Phasenwinkel des weiteren Signals und/oder eine Amplitude des Sensorsignals mit einer Amplitude des weiteren Signals ver gleicht. 10. Hob device (10a; 10b) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (20a) to determine the state variable (22a) in the operating state a phase angle of the sensor signal (18a) with a phase angle of the further signal and / or compares an amplitude of the sensor signal with an amplitude of the further signal.
11. Kochfeldvorrichtung (10c) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20c) zu der Ermittlung der Zustandsgröße (22c) in dem Betriebszustand die Frequenz (94c) des Signals so lange variiert, bis ein Phasenwinkel des Sensorsignals (18c) und ein Phasenwinkel des Refe- renzsignals (26c) übereinstimmen. 11. Hob device (10c) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the control unit (20c) to determine the state variable (22c) in the operating state varies the frequency (94c) of the signal until a phase angle of the sensor signal (18c) and a phase angle of the reference signal (26c) match.
12. Kochfeld (42a) mit einer Kochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 12. hob (42a) with a hob device (10a; 10b; 10c) according to any one of the preceding claims.
13. Verfahren zum Betrieb einer Kochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit zumindest einer Heizeinheit (12a; 12b) und zumindest einer von der Heizeinheit (12a; 12b) getrennt ausgebildeten Sen soreinheit (14a; 14b; 14c), welche zumindest einen elektrischen Schwingkreis (16a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensorsignal (18a; 18c) detektiert wird und zumindest eine die Heizeinheit (12a; 12b) betref fende Zustandsgröße (22a; 22c) anhand einer Phasenverschiebung (24a; 24c) und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal (18a; 18c) und einem weiteren Signal ermittelt wird. 13. Method for operating a hob device (10a; 10b; 10c), in particular according to one of Claims 1 to 10, having at least one heating unit (12a; 12b) and at least one sensor unit (14a) which is separate from the heating unit (12a; 12b). ; 14b; 14c) which has at least one electrical resonant circuit (16a), characterized in that at least one sensor signal (18a; 18c) is detected and at least one state variable (22a; 22c) relating to the heating unit (12a; 12b) based on a Phase shift (24a; 24c) and / or an amplitude ratio between the sensor signal (18a; 18c) and a further signal is determined.
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