EP4335250A1 - Induktionskochfeldvorrichtung - Google Patents

Induktionskochfeldvorrichtung

Info

Publication number
EP4335250A1
EP4335250A1 EP22725850.6A EP22725850A EP4335250A1 EP 4335250 A1 EP4335250 A1 EP 4335250A1 EP 22725850 A EP22725850 A EP 22725850A EP 4335250 A1 EP4335250 A1 EP 4335250A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
sensor
induction hob
unit
control unit
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
EP22725850.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nicolas Blasco Rueda
Alejandro DEL CUETO BELCHI
Jorge Felices Betran
Manuel Fernandez Martinez
Clara Fuertes Pinol
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 EP4335250A1 publication Critical patent/EP4335250A1/de
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
    • H05B6/06—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
    • H05B2213/03—Heating plates made out of a matrix of heating elements that can define heating areas adapted to cookware randomly placed on the heating plate
    • 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 an induction hob device according to the preamble of claim 1, an induction hob according to claim 13 and a method for operating an induction hob device according to the preamble of claim 14.
  • 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 a 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 claims 1, 13 and 14, while advantageous refinements and developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • the invention is based on an induction hob device with at least one sensor unit, which is provided for detecting at least one state variable relating to a heating unit and which has an electrical resonant circuit for detecting at least one sensor signal, and with a control unit which is provided for this purpose, the state variable to be determined based on at least one relative variable between the sensor signal and a reference signal.
  • the sensor unit has a lock-in amplifier circuit which is intended to modify the sensor signal and/or the reference signal for detecting the relative variable.
  • Such a configuration can advantageously provide an induction hob device with improved properties in terms of ease of use.
  • a complete characterization of the sensor signal can advantageously be made possible, as a result of which a particularly precise and reliable detection of cookware can be made possible.
  • a particularly good signal-to-noise ratio can advantageously be achieved if the sensor unit has a lock-in amplifier circuit.
  • An induction hob device with improved properties with regard to electromagnetic compatibility can thus be provided.
  • the design and implementation of filter units for signal interference suppression can advantageously be simplified.
  • At least one parameter, for example an equivalent resistance and/or an equivalent inductance, of the cooking utensil can also be determined, which advantageously particularly good characterization of the cookware and thus enabling a particularly targeted and efficient operation of the heating unit.
  • an “induction hob device” should be understood to mean at least a part, in particular a subassembly, of an induction hob, whereby in particular additional accessory units for the induction hob can also be included, such as a sensor unit for externally measuring the temperature of cooking utensils and/or food to be cooked .
  • the induction hob device can also include the entire induction hob.
  • 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 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.
  • At least some of the heating elements could be arranged in close proximity to one another, for example in a row and/or in the form of a matrix.
  • the induction hob device could have the heating unit.
  • the heating unit is part of an induction hob comprising the induction hob device.
  • a “sensor unit” means a unit of the induction hob device with at least one sensor assembly which has at least the electrical oscillating circuit, at least one signal input which is electrically conductively connected to the electrical oscillating circuit and at least one signal output which is electrically conductively connected to the electrical oscillating circuit and which to a detection of the at least one sensor signal is provided.
  • the electrical resonant circuit preferably includes 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, educated.
  • the signal output is preferably designed as an electrical component, for example as an electrical shunt resistor, at which at least one output signal, in particular the sensor signal, occurs.
  • the sensor unit is provided for the detection of the at least one sensor signal” should be understood to mean that the sensor signal can be measured on at least one electrical component of the sensor unit, in particular on the signal output, with the sensor signal also being measured at least partially 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 electrical alternating current, is present at the signal output of the electrical resonant circuit and/or drops 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 a multiplicity of 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.
  • the electrical oscillating circuit of the sensor unit could be electrically conductively connected to the heating unit and have at least one common element with the heating unit.
  • at least one induction heating element of the heating unit could, in addition to inductively heating dishes, also function as an induction coil in the electrical oscillating circuit for generating the sensor signal.
  • the electrical oscillating circuit, in particular the entire sensor unit is preferably formed as a separate unit from the heating unit and, when the induction hob device is installed, is arranged above at least one induction heating element of the heating unit and below a mounting plate of the induction hob device or an induction hob that has the induction hob device.
  • the state variable relating to the heating unit could be, without being limited to this, 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 variable and/or an electrical and/or electromagnetic parameter, for example an equivalent resistance and/or an equivalent inductance, of an object, in particular a cooking utensil, to which the heating unit provides the energy in the operating state, or a foreign object, for example one accidentally above metallic cutlery or the like placed on the heating unit.
  • control unit should be understood to mean an electronic unit which is at least partially integrated in the induction hob device and which is intended to control at least the sensor unit and evaluate the sensor signal.
  • the control unit has at least one computing unit, which is preferably a microprocessor is trained on.
  • the control unit can have a memory unit with a control and/or regulation program stored therein, which is intended to be executed by the arithmetic unit.
  • the at least one state variable relating to the heating unit is determined using the at least one relative variable by means of the arithmetic unit of the control unit, preferably by means of at least one algorithm stored in the memory unit and executable by the arithmetic unit.
  • control unit is electrically conductively connected to the signal input and/or the signal output of the sensor unit.
  • control unit is preferably also provided for controlling and supplying energy to the heating unit and/or other units of the induction hob device and/or an induction hob having the induction 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” is to be understood as meaning an element that is provided for establishing and/or separating 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 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 as mechanical and/or electromechanical switching element, in particular as a relay, is designed.
  • 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 induction hob device, in particular the sensor unit of the induction hob device, in the absence of external influences, in particular in the absence of an external object, such as a cooking utensil placed above the sensor unit, which would influence the signal , is operated.
  • a sensor signal that can be detected by means of the electrical resonant circuit of the sensor unit corresponds at least essentially to the reference signal.
  • the reference signal is preferably stored in the storage unit of the control unit.
  • the control unit is intended to generate the reference signal, in particular by means of a signal generation unit, which can be part of the microprocessor of the computing unit or can be designed as an analog electrical circuit separate from the computing unit, and to feed it into the electrical oscillating circuit of the sensor unit.
  • the reference signal could be stored as an unchanging signal in the storage unit.
  • the reference signal can preferably be changed by the control unit.
  • the reference signal preferably has a frequency which corresponds at least essentially to a resonant frequency of the electrical oscillating circuit.
  • a “relative variable” should be understood to mean a variable which can be determined by the control unit using at least one mathematical operation based on at least two output variables and which describes a relationship between these output variables.
  • the relative variable could be determined from a sum and/or a difference and/or a product and/or a quotient of the at least two output variables, with the output variables being, without being limited thereto, for example an amount and/or a phase angle and/or a frequency of the sensor signal and/or the reference signal.
  • a "lock-in amplifier circuit” is to be understood as meaning an electrical circuit of the sensor unit which is intended to modify at least one signal, with a modification of the signal, without being limited thereto, including for example amplification of the signal and/or modulation, in particular of a frequency and/or an amplitude and/or a duty cycle, of the signal and/or a phase shift of the signal and/or conversion and/or rectification of the signal and/or a Splitting the signal into at least two partial signals and/or filtering the signal through at least one bandpass filter, in particular a low-pass filter, and/or multiplying and/or adding the signal with at least one other signal.
  • the lock-in amplifier circuit could be designed to modify only the sensor signal or only the reference signal.
  • the lock-in amplifier circuit is provided to modify both the sensor signal and the reference signal.
  • the lock-in amplifier circuit could include an analog-to-digital converter for converting the signal from an analog signal to a digital signal, and a digital signal processor for digitally modifying the digital signal.
  • the lock-in amplifier circuit is preferably designed as a purely analog electrical circuit.
  • “at least essentially” is to be understood as meaning that a deviation from a specified value deviates in particular by less than 5%, preferably less than 3% and particularly preferably less than 1% of the specified value.
  • 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 lock-in amplifier circuit has at least one mixer, which is provided for converting the sensor signal and/or the reference signal into a first partial signal and into a phase-shifted signal relative to the first partial signal to decompose the second partial signal.
  • the mixer is preferably provided to split the sensor signal into a first partial signal of the sensor signal and into a second partial signal of the sensor signal.
  • the lock-in amplifier has a further mixer which is provided to split the reference signal into a first partial signal of the reference signal and into a second partial signal of the reference signal.
  • the first partial signal preferably corresponds to a real part and the second partial signal to an imaginary part of the sensor signal or the reference signal, so that further processing of the partial signals by the control unit according to the so-called I&Q method (in-phase & quadrature) is possible.
  • the mixer has at least one first changeover switch for generating the first partial signal and at least one second changeover switch for generating the second partial signal.
  • An induction hob device can be provided with a particularly inexpensive mixer that is easy to implement in the lock-in amplifier circuit of the sensor unit.
  • the first changeover switch is provided for generating the first partial signal of the sensor signal and the second changeover switch for generating the second partial signal of the sensor signal.
  • the further mixer of the lock-in amplifier circuit preferably has a further first changeover switch for generating the first partial signal of the reference signal and a further second changeover switch for generating the second partial signal of the reference signal.
  • a “changeover switch” is to be understood as meaning an electrical and/or electronic component which has at least one pole and at least two terminals for establishing and/or separating an electrically conductive connection and is intended in particular to open a first circuit and at the same time a to close the second circuit.
  • At least one changeover switch, in particular the first changeover switch and/or the second changeover switch, of the mixer could be designed as a two-pole changeover switch, which is referred to as “Double Pole Double Throw (DPDT)” and which has at least two poles each having at least two connections for establishing and/or separating an electrically conductive connection.
  • DPDT Double Pole Double Throw
  • At least one changeover switch in particular the first changeover switch ter and/or the second changeover switch of the mixer is designed as a single-pole changeover switch, which is referred to as “single pole double throw (SPDT)” and which has a pole with at least two connections for producing and/or separating a has an electrically conductive connection.
  • All changeover switches, in particular the first changeover switch and the second changeover switch, of the mixer are particularly preferably designed as single-pole changeover switches. As a result, cost efficiency can advantageously be further improved.
  • control unit is provided to drive the first changeover switch and the second changeover switch out of phase with one another, in particular by a phase angle of 90°.
  • the control unit is preferably provided to control the first changeover switch by means of a first square-wave signal which is in phase with the sensor signal.
  • the control unit is preferably provided to control the second changeover switch by means of a second square-wave signal which is phase-shifted with respect to the first square-wave signal, in particular by a phase angle of 90°.
  • the first square-wave signal and the second square-wave signal are each periodic signals whose instantaneous values periodically change back and forth between two different values.
  • the first and/or the second square-wave signal could be bipolar and alternate between a positive first instantaneous value, in particular a value of 1, and a negative second instantaneous value, in particular a value of -1.
  • the first and second square-wave signals are each unipolar and alternate between a first instantaneous value of 1 and a second instantaneous value of 0.
  • a frequency of the first square-wave signal and of the second square-wave signal preferably corresponds at least essentially to the frequency of the reference signal.
  • the control unit could be provided to generate the first square-wave signal analogously to the activation of the first changeover switch and the second changeover switch and could have a suitable signal generator for this purpose.
  • the control unit is preferably provided to digitally generate the square-wave signal for controlling the first changeover switch and the second changeover switch, specifically by means of the microprocessor, which is part of the processing unit of the control unit or forms it.
  • the control unit intended to control the first changeover switch of the mixer and the further first changeover switch of the further mixer for the generation of the first partial signal of the sensor signal and the first partial signal of the reference signal simultaneously by means of the first square-wave signal and the second changeover switch of the mixer and the further second changeover switch to the Generating the second partial signal of the sensor signal and the second partial signal of the reference signal at the same time by means of the second square-wave signal.
  • the lock-in amplifier circuit has at least one low-pass filter for filtering at least one of the partial signals.
  • a signal-to-noise ratio of the at least one partial signal can advantageously be improved.
  • the low pass filter has a cutoff frequency.
  • the low-pass filter is intended to allow signal components of the partial signal that have a frequency below the cut-off frequency to pass through almost unattenuated and signal components of the partial signal that have a frequency above the cut-off frequency, in particular harmonic oscillations of the partial signal that are a multiple of a fundamental frequency of the partial signal nals have, at least to dampen and preferably to block.
  • the low-pass filter has at least one signal input which is electrically conductively connected to the mixer of the lock-in amplifier circuit.
  • the partial signal is present at the signal input of the low-pass filter, preferably in periodic form, in particular in the form of an alternating voltage and/or an alternating current.
  • the low-pass filter has at least one signal output, which is connected to a signal input of the control unit.
  • the filtered partial signal is preferably present at the signal output of the low-pass filter in the form of a DC voltage, the amount of which corresponds to a mean value of the partial signal in the periodic form over half a period.
  • the low-pass filter could have an analog-to-digital converter for converting the analog partial signal present at the signal input into a corresponding digital partial signal and for digital signal processing, for example by means of an FIR or 11R filter structure, which is used in a digital circuit, for example in an integrated circuit of the control unit.
  • the low-pass filter is preferably designed as a passive analog low-pass filter and includes at least one RC element with at least one electrical resistor and at least one capacitor.
  • the low-pass filter could be in the form of a first-order low-pass filter and have exactly one RC element. It is also conceivable that the low-pass filter is designed as a second-order low-pass filter. is formed and has a capacitor, a resistor and a coil connected in series with the resistor.
  • a number of low-pass filters of the lock-in amplifier circuit correspond to a number of changeover switches.
  • Such a configuration can advantageously improve the signal-to-noise ratios of all partial signals.
  • Each low-pass filter of the lock-in amplifier circuit is preferably assigned to exactly one changeover switch, with each low-pass filter having exactly one signal input which is connected to a signal output of the assigned changeover switch.
  • Each low-pass filter is preferably provided for filtering precisely one partial signal, namely the partial signal which is generated by the associated changeover switch.
  • control unit be provided to determine a magnitude and a phase angle of the sensor signal and/or the reference signal from the first partial signal and the second partial signal.
  • a particularly precise characterization of the sensor signal and/or the reference signal can advantageously be achieved, as a result of which operating comfort can advantageously be further improved.
  • a particularly precise characterization of a cooking utensil to be operated with the heating unit can advantageously be made possible.
  • the control unit could be provided to determine the magnitude and the phase angle of the sensor signal from the first partial signal and the second partial signal of the sensor signal, with a magnitude and a phase angle of the reference signal being stored and fixed in the memory unit.
  • the control unit is preferably provided to determine both the magnitude and the phase angle of the sensor signal from the first partial signal and the second partial signal of the sensor signal and to determine a magnitude and a phase angle of the reference signal from the first partial signal and the second partial signal of the reference signal.
  • a variable reference signal can advantageously be used, and flexibility can thus be improved.
  • the magnitude of the sensor signal is preferably an average value over half a period of the sensor signal.
  • the absolute value of the reference signal is preferably an average value over half a period of the reference signal.
  • the control unit is preferably provided to determine the amounts and phase angles of the sensor signal and the reference signal by means of trigonometric relationships.
  • the magnitudes and phase angles of the sensor signal and the reference signal are correlated by the control unit using trigonometric correlations, in particular using the Pythagorean theorem and the law of sines and the Law of cosines, determinable.
  • control unit be provided to determine a ratio between a magnitude of the reference signal and the magnitude of the sensor signal as a first relative variable. Characterization of a cooking utensil to be operated with the heating unit can advantageously be further improved as a result, and operating convenience can thus be further increased. It would be conceivable that the control unit is provided to determine a ratio of an amount of the reference signal, which is stored in the memory unit, and the previously determined amount of the sensor signal as the first relative variable. The control unit is preferably provided to determine a ratio between the previously determined absolute value of the reference signal and the previously determined absolute value of the sensor signal as the first relative variable.
  • control unit be provided to determine a difference between a phase angle of the reference signal and the phase angle of the sensor signal as a second relative variable.
  • a phase angle of the reference signal which is stored in the memory unit, and the previously determined phase angle of the sensor signal as the second relative variable.
  • the control unit is preferably provided to determine a difference between the previously determined phase angle of the reference signal and the previously determined phase angle of the sensor signal as the second relative variable.
  • control unit be provided to determine at least one parameter of a cooking utensil to be operated with the heating unit from the first relative variable and the second relative variable.
  • the parameter could be an electrical parameter, in particular an equivalent impedance, of the cooking utensil to be operated with the heating unit.
  • the characteristic Large could also include at least one piece of further information regarding the cooking utensil, for example a material of the cooking utensil, which unit can be derived from the electrical parameter by the control unit.
  • the control unit is preferably provided to determine the at least one parameter of a cooking utensil to be operated with the heating unit from the first relative variable and the second relative variable by means of at least one mathematical calculation formula stored in the memory unit.
  • other variables in particular constant variables, such as mathematical constants and resistances, capacitances and inductivities of components of the electrical oscillating circuit of the sensor unit, are preferably stored in the memory unit for determining the parameter and used to determine the parameter of a Heating unit to be operated Garge schirrs drawn by the control unit.
  • control unit be provided to determine an equivalent resistance of the cooking utensil from the parameter.
  • a particularly precise characterization of the cooking utensil to be operated with the heating unit can advantageously be made possible. It is thus advantageously possible to achieve control of the heating unit that is specially designed for the cooking utensil to be operated, as a result of which, in particular, very efficient operation of the heating unit is made possible.
  • control unit be provided to determine an equivalent inductance of the cooking utensil from the parameter. Characterization of the cooking utensil to be operated with the heating unit can be further improved as a result.
  • the invention also relates to an induction hob with an induction hob device according to one of the configurations described above.
  • Such an induction hob is characterized by its advantageous properties in terms of ease of use, which can be achieved in particular by the configurations of the induction hob device described above.
  • the invention is also based on a method for operating an induction hob device according to one of the configurations described above, with at least one sensor unit which is provided for detecting at least one state variable relating to a heating unit and which has an electrical resonant circuit for detecting at least one sensor signal. It is proposed that the sensor signal and/or a reference signal for detecting the relative parameter be modified in a lock-in amplifier circuit of the sensor unit.
  • a particularly user-friendly and convenient operation of the induction hob device can advantageously be made possible by such a method. In particular, low-noise operation of the induction hob device can be achieved and cookware can be reliably detected.
  • the induction hob device should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the induction hob device can have a number of individual elements, components and units that differs from the number specified here in order to fulfill a function described herein.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an induction hob with a heating unit and with an induction hob device which has a sensor unit for detecting a sensor signal and a control unit,
  • Fig. 2 shows a schematic electrical circuit diagram of an electrical oscillating circuit of the sensor unit
  • 5 shows a schematic diagram for representing the sensor signal and a first partial signal and a second partial signal of the sensor signal
  • 6 shows a schematic diagram showing the partial signals of the sensor signal after filtering by a low-pass filter of the lock-in amplifier circuit
  • FIG. 7 shows two schematic diagrams to show a relative variable between the sensor signal and a reference signal
  • FIG. 8 shows a schematic diagram to show a method for operating the induction hob device.
  • FIG. 1 shows an induction hob 70 in a schematic representation.
  • the induction cooktop 70 has an induction cooktop device 10 .
  • the induction hob 70 has a heating unit 14 for the inductive heating of cookware (not shown).
  • the heating unit 14 has a plurality of induction heating elements 72 .
  • the heating unit 14 has a total of eight induction heating elements 72 which are arranged in two rows of four induction heating elements 72 each. In principle, however, any other number and/or arrangement of heating elements 72 would also be conceivable.
  • the induction hob device 10 has a sensor unit 12 (see FIGS. 2 and 3).
  • the sensor unit 12 is provided for detecting at least one state variable 16 (cf. FIG. 8) relating to the heating unit 14 .
  • the sensor unit 12 has an electrical resonant circuit 18 (see FIG. 2) for detecting at least one sensor signal 20 (see FIGS. 3 and 5).
  • the induction hob device 10 has a control unit 22 .
  • the control unit 22 is intended to determine the state variable 16 using at least one relative variable 24, 26 (cf. FIG. 3) between the sensor signal 20 and a reference signal 28 (cf. FIG. 3).
  • Figure 2 shows a schematic electrical circuit diagram of electrical resonant circuit 18 of sensor unit 12.
  • the sensor unit 12 includes a signal input 74 and a signal output 76, which are each electrically conductively connected to the electrical oscillating circuit 18.
  • the electrical resonant circuit 18 includes an electrical resistor 78, an induction coil 80 and a capacitor 82.
  • the signal output 76 is designed as a shunt resistor 86.
  • the electrical oscillating circuit 18 is formed separately from the heating unit 14 of the induction hob 70 and is arranged above the heating unit 14 in an assembled state. Alternatively, however, it would also be conceivable for the electrical oscillating circuit 18 to be connected to the heating unit 14 . In this case, the function of the induction coil 80 in the electrical resonant circuit 18 could be taken over by one of the induction heating elements 72 of the heating unit 14 (not shown).
  • Figure 3 shows a schematic diagram to illustrate the basic mode of operation of the sensor unit 12.
  • the signal input 74 of the sensor unit 12 is electrically conductively connected to a signal amplifier 84 and to a signal generation unit 88 of the control unit 22 .
  • the reference signal 28 is generated by the signal generation unit 88 , amplified by the signal amplifier 84 and fed into the electrical oscillating circuit 18 via the signal input 74 .
  • the sensor unit 12 has a lock-in amplifier circuit 30 .
  • the lock-in amplifier circuit 30 is provided to modify the sensor signal 20 .
  • the lock-in amplifier circuit 30 is also provided to modify the reference signal 28 .
  • the lock-in amplifier circuit 30 has at least one mixer 32 .
  • the mixer 32 is intended to split the sensor signal 20 into a first partial signal 36 of the sensor signal 20 and into a second partial signal 40 of the sensor signal 20 that is phase-shifted with respect to the first partial signal 36 .
  • the lock-in amplifier circuit 30 has the mixer 32 and a further mixer 34 .
  • the further mixer 34 is seen before the reference signal 28 into a first partial signal 38 of the reference signal 28 and into a phase-shifted to the first partial signal 38 second partial signal 42 of the reference signal 28 to decompose.
  • Figure 4 shows an electrical schematic diagram of the lock-in amplifier circuit 30 of the sensor unit 12.
  • the mixer 32 of the lock-in amplifier Switching circuit 30 has at least one first changeover switch 44 .
  • the first changeover switch 44 is provided for generating the first partial signal 36 of the sensor signal 20 .
  • the mixer 32 has at least one second changeover switch 48 .
  • the second changeover switch 48 is provided for generating the second partial signal 40 of the sensor signal 20 .
  • the further mixer 34 of the lock-in amplifier circuit 30 has a further first changeover switch 46 .
  • the further first changeover switch 46 is provided for generating the first partial signal 38 of the reference signal 28 .
  • the additional mixer 34 has an additional second changeover switch 50 .
  • the other second Wech switch 50 is seen to generate the second partial signal 42 of the reference signal 28 before.
  • the changeover switches 44, 46, 48, 50 are each designed as single-pole changeover switches. Alternatively, it would also be conceivable for two of the changeover switches 44, 46, 48, 50 to be
  • the control unit 22 is intended to drive the first changeover switch 44 and the two-th changeover switch 48 of the mixer 32 out of phase with one another.
  • the control unit 22 is also provided to control the further first changeover switch 46 and the further second changeover switch 50 of the further mixer 34 with a phase offset relative to one another.
  • the control unit 22 controls the first changeover switch 44 and the further first changeover switch 46 in each case by means of a first square-wave signal 108 to generate the first partial signal 36 of the sensor signal 20 and the first partial signal 38 of the reference signal 28.
  • the control unit 22 controls the second changeover switch 48 and the further second changeover switch 50 each with a second square-wave signal 110 .
  • the first square-wave signal 108 and the second square-wave signal 110 are out of phase with one another, specifically by a phase angle of 90°.
  • a frequency of the first square-wave signal 108 and of the second square-wave signal 110 corresponds at least essentially to a frequency 106 (cf. Figure 7) of the reference signal 28.
  • the lock-in amplifier circuit 30 has at least one low-pass filter 52 .
  • the low-pass filter 52 is provided for filtering at least one of the partial signals 36, 38, 40, 42.
  • the lock-in amplifier circuit 30 has a total of four low-pass filters, namely the low-pass filter 52, a low-pass filter 54, a low-pass filter 56 and a low-pass filter 58.
  • the low-pass filter 52 is used for filtering the first partial signal. 36 of sensor signal 20, low-pass filter 54 is provided for filtering second partial signal 40 of sensor signal 20, low-pass filter 56 is provided for filtering first partial signal 38 of reference signal 28, and low-pass filter 58 is for filtering second partial signal 42 of the reference signal 28 provided.
  • the low-pass filters 52, 54, 56, 58 are connected to the control unit 22, respectively.
  • a number of low-pass filters 52, 54, 56, 58 of the lock-in amplifier circuit 30 corresponds to a number of changeover switches 44, 46, 48, 50 of the lock-in amplifier circuit 30.
  • the lock-in amplifier circuit 30 four low-pass filters 52, 54, 56, 58 and four changeover switches 44, 46, 48, 50, with any other number of low-pass filters with a corresponding number of changeover switches being conceivable in principle.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram for representing the sensor signal 20.
  • a voltage in volts is plotted on an ordinate 90 of the diagram.
  • a time in microseconds is plotted on an abscissa 92 of the diagram.
  • the time profiles of sensor signal 20 and of first partial signal 36 and second partial signal 40 of sensor signal 20 are shown in the diagram.
  • the sensor signal 20 is an AC voltage signal.
  • the first partial signal 36 and the second partial signal 40 are present at the respective outputs of the mixer 32, as shown in FIG. 5, initially also in the form of AC voltage signals.
  • the first partial signal 36 is in phase with the sensor signal 20 .
  • the second sensor signal 40 is phase-shifted with respect to the sensor signal 20 and with respect to the first partial signal 36, specifically by a phase angle of 90°.
  • the reference signal 28 is not shown in FIG. 5, but in a graphical representation it would basically have a similar profile to the sensor signal 20.
  • the first partial signal 38 and the second partial signal 42 of the reference signal 28, which are shown in the diagram in FIG 5 are also not shown, in a graphical representation have fundamentally similar curves as the first partial signal 36 and the second partial signal 40 of the sensor signal 20.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram for representing first partial signal 36 and second partial signal 40 of sensor signal 20, namely after filtering by low-pass filter 52 or low-pass filter 54.
  • a voltage in volts is plotted on an ordinate 94 of the diagram.
  • a time in milliseconds is plotted on an abscissa 96 of the diagram.
  • the first partial signal 36 and the second partial signal 40 each as DC voltage signals, the magnitudes of which correspond to a time average of their associated AC voltage signals, based on half a period of the sensor signal 20 (cf. FIG. 5).
  • the first partial signal 36 and the second partial signal 40 have opposite signs after filtering by the low-pass filter 52 and the low-pass filter 54, which is due to the phase shift between the first partial signal 36 and the second partial signal 40. Due to the finite temporal resolution of the low-pass filters 52, 54, it takes a specific time, which depends on a limit frequency of the low-pass filters 52, 54, until stable voltage values of the first partial signal 36 and the second partial signal 40 are present at the respective outputs of the low-pass filters 52, 54 and can be read out by the control unit 22 .
  • first partial signal 38 and second partial signal 42 of reference signal 28 are present as DC voltage signals and would each have similar curves in a graphic representation as first partial signal 36 and the second partial signal shown here Partial signal 40 of sensor signal 20.
  • the control unit 22 is intended to determine an amount 60 (cf. FIG. 4) and a phase angle 64 (cf. FIG. 4) of the sensor signal 20 from the first partial signal 36 and the second partial signal 40 of the sensor signal 20 . To determine the absolute value 60 and the phase angle 64, the control unit 22 uses trigonometric relationships.
  • the square of the absolute value 60 of the sensor signal 20 is the sum of the squares of the absolute values of the first partial signal 36 and the second partial signal 40 corresponds, so that the magnitude 60 of the sensor signal 20 corresponds to the square root of the sum of the squares of the magnitudes of the first partial signal 36 and the second partial signal 40 .
  • cosines it follows that the absolute value of the first partial signal 36 corresponds to the product of the absolute value 60 and the cosine of the phase angle 64 .
  • the phase angle 64 can be determined from the arctangent of a quotient between the absolute value of the second partial signal 40 and the absolute value of the first partial signal 36 .
  • the control unit 22 is also provided to determine a magnitude 62 (see FIG. 4) and a phase angle 66 (see FIG. 4) of the reference signal 28 from the first partial signal 38 and the second partial signal 42 of the reference signal 28 .
  • a determination of the absolute value 62 and the phase angle 66 of the reference signal 28 is correspondingly possible by means of the trigonometric relationships described above for the sensor signal 20 .
  • the control unit 22 is intended to determine a ratio between the absolute value 62 of the reference signal 28 and the absolute value 60 of the sensor signal 20 as a first relative variable 24 (cf. FIGS. 3 and 8).
  • the control unit 22 is also provided to determine a difference between the phase angle 66 of the reference signal 28 and the phase angle 64 of the sensor signal 20 as a second relative quantity 26 (cf. FIGS. 3 and 8).
  • the control unit 22 is provided to determine at least one parameter 68 (see FIG. 8) of a cooking utensil (not shown) to be operated with the heating unit 14 (see FIG. 1) from the first relative variable 24 and the second relative variable 26.
  • the parameter 68 is an equivalent impedance of the cooking utensil to be operated.
  • the control unit 22 is intended to determine an equivalent resistance of the cooking utensil from the parameter 68 .
  • the control unit 22 is provided for determining an equivalent inductance of the cooking utensil from the parameter 68 .
  • the parameter 68 of the cooking utensil can be determined by the control unit using the following formula:
  • the symbol Z stands for the equivalent impedance of the cooking utensil, i.e. for the parameter 68.
  • the symbol V ref stands for the magnitude 62 of the reference signal 28.
  • the symbol V sen stands for the magnitude 60 of the sensor signal 20.
  • the symbol 0 ref stands for the phase angle 66 of the reference signal 28.
  • the symbol 6 sen stands for the phase angle 64 of the sensor signal 20.
  • the symbol Rs h stands for the magnitude of the shunt resistance 86 of the electrical oscillating circuit 18 (cf. FIG. 2).
  • the symbol C series stands for the capacitance of the capacitor 82 of the electrical oscillating circuit 18 (cf. FIG. 2).
  • the symbol f describes the frequency 106 of the reference signal 28 (cf. FIG. 7).
  • the symbol e stands for Euler's number.
  • the symbol i stands for the imaginary number.
  • the symbol p stands for the circular number.
  • the control unit 22 is intended to determine an equivalent resistance of the cooking utensil from the parameter 68 .
  • the equivalent resistance of the cookware corresponds to the real part of the equivalent impedance of the cookware.
  • the control unit 22 is provided for determining an equivalent inductance of the cooking utensil from the parameter 68 .
  • the equivalent inductance of the cooking utensil corresponds to the imaginary part of the equivalent impedance of the cooking utensil divided by twice the circuit number TT.
  • Figure 7 shows two schematic diagrams. An amount of an equivalent impedance of the electrical oscillating circuit 18 in ohms is plotted on an ordinate 98 of a left diagram. A frequency in megahertz is plotted on an abscissa 100 of the left-hand diagram.
  • the reference signal 28 is shown with a solid line.
  • the sensor signal 20 is shown with a dashed line.
  • the absolute value of the impedance of the reference signal 28 has a maximum at a resonant frequency of the electrical oscillating circuit 18 .
  • the frequency 106 of the reference signal 28 corresponds to the resonant frequency of the electrical oscillating circuit 18.
  • a phase angle is plotted on an ordinate 102 of a right-hand diagram.
  • the frequency in megahertz is plotted on an abscissa 104 of the right-hand diagram.
  • the reference signal 28 is shown with a solid line.
  • sensor signal 20 is shown with a dashed line.
  • the phase angle 66 of the reference signal 28 could be 20°, for example.
  • the phase angle 64 of the sensor signal 20 could be -20°, for example, so that the difference between the phase angles 64, 66 as the second relative variable 26 would be 40° in this example.
  • Figure 8 shows a schematic process flow diagram of a process for operating the induction hob device 10.
  • the lock-in amplifier circuit 30 of the sensor unit 12 uses the sensor signal 20 and/or the reference signal 28 to detect the first relative parameter 24 and/or the second Relative parameter 26 modified.
  • the method comprises several method steps.
  • a first step 112 of the method the sensor signal 20 is generated from the reference signal 28 in the electrical resonant circuit 18 and then both the sensor signal 20 and the reference signal 28 are converted into the lock-in Amplifier circuit 30 fed and modified therein.
  • a second method step 114 of the method the first partial signal 36 generated by the modification and the second partial signal 40 of the sensor signal 20 as well as the first partial signal 38 and the second partial signal 42 of the reference signal 28 are transmitted to the control unit 22 and the amount 60 is derived from this of the sensor signal 20, the amount 62 of the reference signal 28, the phase angle 64 of the sensor signal 20 and the phase angle 66 of the reference signal 28 is determined.
  • the first relative variable 24 is determined from the ratio between the amount 62 and the amount 64 .
  • the second relative variable 26 is determined from the difference between the phase angle 66 and the phase angle 64 .
  • a fifth method step 120 the status variable 16 is determined on the basis of the second relative parameter 26.
  • the at least one parameter 68 of the cooking utensil to be operated with the heating unit 14 is also determined from the first relative variable 24 and the second relative variable 26 .

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Induktionskochfeldvorrichtung (10) mit zumindest einer Sensoreinheit (12), welche zur Erkennung zumindest einer eine Heizeinheit (14) betreffenden Zustandsgröße (16) vorgesehen ist und welche einen elektrischen Schwingkreis (18) zur Detektion zumindest eines Sensorsignals (20) aufweist, und mit einer Steuereinheit (22), welche dazu vorgesehen ist, die Zustandsgröße (16) anhand zumindest einer Relativgröße (24, 26) zwischen dem Sensorsignal (20) und einem Referenzsignal (28) zu ermitteln. Um einen Bedienkomfort zu verbessern wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit (12) einen Lock-In-Verstärkerschaltkreis (30) aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, das Sensorsignal (20) und/oder das Referenzsignal (28) zur Detektion der Relativgröße (24, 26) zu modifizieren.

Description

Induktionskochfeldvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Induktionskochfeldvorrichtung nach dem Oberbegriff des An spruchs 1, ein Induktionskochfeld nach Anspruch 13 und ein Verfahren zum Betrieb einer Induktionskochfeldvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
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. Nachteilig ergibt sich hierdurch zudem eine verminderte elektromagnetische Verträglichkeit, was schlechten Falls zu Störsignalen führen kann, welche durch einen Nutzer hörbar sind, sodass hierdurch ein Bedienkomfort stark vermindert ist.
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 Ansprüche 1 , 13 und 14 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun gen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Induktionskochfeldvorrichtung mit zumindest einer Sen soreinheit, welche zur Erkennung zumindest einer eine Heizeinheit betreffenden Zu standsgröße vorgesehen ist und welche einen elektrischen Schwingkreis zur Detektion zumindest eines Sensorsignals aufweist, und mit einer Steuereinheit, welche dazu vorge sehen ist, die Zustandsgröße anhand zumindest einer Relativgröße zwischen dem Sen sorsignal und einem Referenzsignal zu ermitteln.
Es wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit einen Lock-In-Verstärkerschaltkreis auf weist, welcher dazu vorgesehen ist, das Sensorsignal und/oder das Referenzsignal zur Detektion der Relativgröße zu modifizieren.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Induktionskochfeldvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Bedienkomforts bereitgestellt werden.
Es kann vorteilhaft eine vollständige Charakterisierung des Sensorsignals ermöglicht wer den, wodurch eine besonders genaue und zuverlässige Detektion von Gargeschirr ermög licht werden kann. Zudem kann vorteilhaft ein besonders gutes Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden, wenn die Sensoreinheit einen Lock-In-Verstärkerschaltkreis aufweist. Es kann somit eine Induktionskochfeldvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsicht lich einer elektromagnetischen Verträglichkeit bereitgestellt werden. Des Weiteren kann vorteilhaft eine Auslegung und Implementierung von Filtereinheiten zur Signalentstörung vereinfacht werden. Darüber hinaus kann neben einer zuverlässigen Detektion eines Vor handenseins von oberhalb der Heizeinheit aufgestelltem Gargeschirr, sowie dessen Posi tion relativ zur Heizeinheit, auch die Ermittlung zumindest einer Kenngröße, beispielswei se eines Ersatzwiderstands und/oder einer Ersatzinduktivität, des Gargeschirrs ermittelt werden, wodurch vorteilhaft eine besonders gute Charakterisierung des Gargeschirrs und somit ein besonders zielgerichteter und effizienter Betrieb der Heizeinheit ermöglicht wer den kann.
Unter einer „Induktionskochfeldvorrichtung“ soll zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Induktionskochfelds verstanden werden, wobei insbesondere zu sätzlich auch Zubehöreinheiten für das Induktionskochfeld umfasst sein können, wie bei spielsweise eine Sensoreinheit zur externen Messung einer Temperatur eines Garge schirrs und/oder eines Garguts. Die Induktionskochfeldvorrichtung kann auch das gesam te Induktionskochfeld umfassen.
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. Vorzugsweise ist die Heizein heit als eine Induktionsheizeinheit ausgebildet und weist zumindest ein Heizelement auf, welches als ein Induktionsheizelement ausgebildet ist. Das als Induktionsheizelement ausgebildete Heizelement ist dazu vorgesehen, in dem Betriebszustand Energie in Form eines elektromagnetischen Wechselfelds, vorteilhaft zum Zweck einer induktiven Energie übertragung, 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. Zumindest ein Teil der Heizelemente könnten in einem Nahbereich zueinander, beispielsweise in einer Reihe und/oder in Form einer Matrix, angeordnet sein. Die Induktionskochfeldvorrichtung könnte die Heizeinheit aufweisen. Alternativ ist denkbar, dass die Heizeinheit Teil eines die Induktionskochfeld vorrichtung umfassenden Induktionskochfelds ist.
Unter einer „Sensoreinheit“ soll eine Einheit der Induktionskochfeldvorrichtung mit zumin dest einer Sensorbaugruppe, welche zumindest den elektrischen Schwingkreis, zumin dest einen mit dem elektrischen Schwingkreis elektrisch leitend verbundenen Signalein gang und zumindest einen mit dem elektrischen Schwingkreis elektrisch leitend verbun denen Signalausgang aufweist und welche zu einer Detektion des zumindest einen Sen sorsignals vorgesehen ist, verstanden werden. Der elektrische Schwingkreis umfasst vor zugsweise zumindest einen elektrischen Widerstand, zumindest eine Induktionsspule und zumindest einen Kondensator. Der Signaleingang ist vorzugsweise als ein elektrisches Bauteil, insbesondere als ein Anschlusspunkt, zu einem Einspeisen eines Signals in den elektrischen Schwingkreis, insbesondere zu der Ansteuerung mittels der Steuereinheit, ausgebildet. Der Signalausgang ist vorzugsweise als ein elektrisches Bauteil, beispiels weise als ein elektrischer Nebenschlusswiderstand, an welchem zumindest ein Aus gangssignal, insbesondere das Sensorsignal, anfällt, ausgebildet. Darunter, dass „die Sensoreinheit zu der Detektion des zumindest einen Sensorsignals vorgesehen ist“ soll dabei verstanden werden, dass das Sensorsignal an zumindest einem elektrischen Bau teil der Sensoreinheit, insbesondere an dem Signalausgang, messbar ist, wobei eine Messung des Sensorsignals zumindest teilweise auch mittels von der Sensoreinheit ver schiedenen weiteren Einheiten der Kochfeldvorrichtung, insbesondere mittels der Steuer einheit, erfolgen kann. Bei dem Sensorsignal handelt es sich vorzugsweise um ein elektri sches Signal, welches, in Form einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms, insbesondere in Form einer elektrischen Wechselspannung und/oder eines elektrischen Wechselstroms, an dem Signalausgang des elektrischen Schwingkreises 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 Sensorbaugruppen aufweisen, welche jeweils zu einer Detektion zumindest eines Sensorsignals vorgesehen sind. Vorteilhaft weist die Sensoreinheit eine Anzahl von Sensorbaugruppen auf, welche zumindest einer Anzahl von Heizelementen der Heizeinheit entspricht. Vorzugsweise weist die Sensoreinheit eine gegenüber der Anzahl von Heizelementen der Heizeinheit größere Anzahl von Sensorbaugruppen auf. Der elektrische Schwingkreis der Sensorein heit könnte mit der Heizeinheit elektrisch leitend verbunden sein und zumindest ein ge meinsames Element mit der Heizeinheit aufweisen. Beispielsweise könnte zumindest ein Induktionsheizelement der Heizeinheit, neben einer induktiven Beheizung von Garge schirr, zugleich auch als Induktionsspule in dem elektrischen Schwingkreis zu der Erzeu gung des Sensorsignals fungieren. Vorzugsweise ist der elektrische Schwingkreis, insbe sondere die gesamte Sensoreinheit, als eine von der Heizeinheit getrennte Einheit aus gebildet und in einem montierten Zustand der Induktionskochfeldvorrichtung oberhalb zumindest eines Induktionsheizelements der Heizeinheit und unterhalb einer Aufstellplatte der Induktionskochfeldvorrichtung oder eines die Induktionskochfeldvorrichtung aufwei senden Induktionskochfelds angeordnet.
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 eines oder mehrerer Heizelemente der Heizeinheit und/oder eine Form und/oder eine Größe und/oder eine elektrische und/oder elektromagnetische Kenngröße, bei spielsweise um einen Ersatzwiderstand und/oder eine Ersatzinduktivität, eines Objekts, insbesondere eines Gargeschirrs, an welches die Heizeinheit in dem Betriebszustand die Energie bereitstellt, oder eines Fremdobjekts, beispielsweise eines versehentlich oberhalb der Heizeinheit platzierten metallischen Bestecks oder dergleichen, handeln.
Unter einer „Steuereinheit“ soll eine elektronische Einheit verstanden werden, welche in der Induktionskochfeldvorrichtung zumindest teilweise integriert ist und welche dazu vor gesehen ist, zumindest die Sensoreinheit anzusteuern und das Sensorsignal auszuwer ten. Die Steuereinheit weist zumindest eine Recheneinheit, welche bevorzugt als ein Mik roprozessor ausgebildet ist, auf. Zusätzlich zur Recheneinheit kann die Steuereinheit eine Speichereinheit mit einem darin gespeicherten Steuer- und/oder Regelprogramm, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden, aufweisen. Die Ermitt lung der zumindest einen die Heizeinheit betreffenden Zustandsgröße anhand der zumin dest einen Relativgröße erfolgt mittels der Recheneinheit der Steuereinheit, vorzugsweise mittels zumindest eines in der Speichereinheit gespeicherten und durch die Recheneinheit ausführbaren Algorithmus. Zu der Steuerung der Sensoreinheit ist die Steuereinheit elektrisch leitend mit dem Signaleingang und/oder dem Signalausgang der Sensoreinheit verbunden. Vorzugsweise ist die Steuereinheit, neben der Steuerung der Sensoreinheit, auch zu einer Steuerung und Energieversorgung der Heizeinheit und/oder weiterer Ein heiten der Induktionskochfeldvorrichtung und/oder eines die Induktionskochfeldvorrich tung aufweisenden Induktionskochfelds vorgesehen. Vorzugsweise weist die Steuerein heit zu der Steuerung und Energieversorgung der Heizeinheit zumindest eine Wechsel richtereinheit 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, insbesondere Kontakten des Schaltelements, eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen und/oder zu trennen. Vorzugsweise weist das Schalt element zumindest einen Steuerkontakt auf, über den es geschaltet werden kann. Vor zugsweise 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), ausgebildet. Alternativ ist denkbar, dass das Schaltelement als mechanisches und/oder elektromechanisches Schaltelement, insbesondere als ein Re lais, ausgebildet ist.
Unter einem „Referenzsignal“ soll ein Signal verstanden werden, welches an der Sen soreinheit in einem Referenzzustand detektierbar ist. Bei dem Referenzzustand handelt es sich dabei um einen Zustand, in welchem die Induktionskochfeldvorrichtung, insbeson dere die Sensoreinheit der Induktionskochfeldvorrichtung, unter Abwesenheit externer Einflüsse, insbesondere unter Abwesenheit eines externen Objekts, wie beispielsweise eines oberhalb der Sensoreinheit platzierten Gargeschirrs, welche das Signal beeinflus sen würden, betrieben wird. In dem Referenzzustand entspricht ein mittels des elektri schen Schwingkreises der Sensoreinheit detektierbares Sensorsignal zumindest im We sentlichen dem Referenzsignal. Vorzugsweise ist das Referenzsignal in der Speicherein heit der Steuereinheit gespeichert. Die Steuereinheit ist dazu vorgesehen, das Referenz signal, insbesondere mittels einer Signalerzeugungseinheit, welche Teil des Mikroprozes sors der Recheneinheit sein kann oder als ein von der Recheneinheit getrennter analoger elektrischer Schaltkreis ausgebildet sein kann, zu erzeugen und in den elektrischen Schwingkreis der Sensoreinheit einzuspeisen. Das Referenzsignal könnte als ein unver änderliches Signal in der Speichereinheit gespeichert sein. Vorzugsweise ist das Refe renzsignal durch die Steuereinheit veränderbar. Vorzugsweise weist das Referenzsignal eine Frequenz auf, welche zumindest im Wesentlichen einer Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises entspricht.
Unter einer „Relativgröße“ soll eine Größe verstanden werden, welche mittels zumindest einer mathematischen Operation durch die Steuereinheit ausgehend vom zumindest zwei Ausgangsgrößen bestimmbar ist und welche einen Zusammenhang zwischen diesen Ausgangsgrößen beschreibt. Beispielsweise könnte die Relativgröße aus einer Summe und/oder einer Differenz und/oder eines Produkts und/oder eines Quotienten der zumin dest zwei Ausgangsgrößen bestimmbar sein, wobei es sich bei den Ausgangsgrößen, ohne darauf beschränkt zu sein, beispielsweise um einen Betrag und/oder einen Phasen winkel und/oder eine Frequenz des Sensorsignals und/oder des Referenzsignals handeln könnte.
Unter einem „Lock-In-Verstärkerschaltkreis“ soll ein elektrischer Schaltkreis der Sen soreinheit verstanden werden, welcher dazu vorgesehen ist, zumindest ein Signal zu mo difizieren, wobei eine Modifikation des Signals, ohne darauf beschränkt zu sein, bei- spielsweise eine Verstärkung des Signals und/oder eine Modulation, insbesondere einer Frequenz und/oder einer Amplitude und/oder eines Tastgrads, des Signals und/oder eine Phasenverschiebung des Signals und/oder eine Umrichtung und/oder eine Gleichrichtung des Signals und/oder eine Zerlegung des Signals in zumindest zwei Teilsignale und/oder eine Filterung des Signals durch zumindest einen Bandpassfilter, insbesondere einen Tiefpassfilter, und/oder eine Multiplikation und/oder Addition des Signals mit zumindest einem weiteren Signal, umfassen kann. Der Lock-In-Verstärkerschaltkreis könnte dazu vorgesehen sein, ausschließlich das Sensorsignal oder ausschließlich das Referenzsig nals zu modifizieren. Vorzugsweise ist der Lock-In-Verstärkerschaltkreis dazu vorgese hen, sowohl das Sensorsignal als auch das Referenzsignal zu modifizieren. Der Lock-In- Verstärkerschaltkreis könnte einen Analog-Digital-Wandler, zur Wandlung des Signals von einem analogen Signal in ein digitales Signal, und einen digitalen Signalprozessor zur digitalen Modifikation des digitalen Signals aufweisen. Vorzugsweise ist der Lock-In- Verstärkerschaltkreis als ein rein analoger elektrischer Schaltkreis ausgebildet.
Unter „zumindest im Wesentlichen“ soll in dem vorliegenden Dokument verstanden wer den, dass eine Abweichung von einem vorgegebenen Wert insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 3% und besonders bevorzugt weniger als 1% des vorgegebe nen Werts abweicht.
In dem vorliegenden Dokument dienen Zahlwörter, wie beispielsweise „erste/r/s“ und „zweite/r/s“, welche bestimmten Begriffen vorangestellt sind, lediglich zu einer Unter scheidung von Objekten und/oder einer Zuordnung zwischen Objekten untereinander und implizieren keine vorhandene Gesamtanzahl und/oder Rangfolge der Objekte. Insbeson dere impliziert ein „zweites Objekt“ nicht zwangsläufig ein Vorhandensein eines „ersten Objekts“.
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.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Lock-In-Verstärkerschaltkreis zumindest einen Mi scher aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, das Sensorsignal und/oder das Referenz signal in ein erstes Teilsignal und in ein zu dem ersten Teilsignal phasenverschobenes zweites Teilsignal zu zerlegen. Hierdurch kann vorteilhaft eine Signalverarbeitung des Sensorsignals und/oder des Referenzsignals durch die Steuereinheit verbessert werden. Vorzugsweise ist der Mischer dazu vorgesehen, das Sensorsignal in ein erstes Teilsignal des Sensorsignals und in ein zweites Teilsignal des Sensorsignals zu zerlegen. Vorzugs weise weist der Lock-In-Verstärker einen weiteren Mischer auf, welcher dazu vorgesehen ist, das Referenzsignal in ein erstes Teilsignal des Referenzsignals und in ein zweites Teilsignal des Referenzsignals zu zerlegen. Vorzugsweise entspricht das erste Teilsignal mathematisch betrachtet einem Realteil und das zweite Teilsignal einem Imaginärteil des Sensorsignals beziehungsweise des Referenzsignals, sodass eine weitere Verarbeitung der Teilsignale durch die Steuereinheit nach dem sogenannten l&Q -Verfahren (engl. In- Phase & Quadrature) ermöglicht ist.
Zudem wird vorgeschlagen, dass der Mischer zumindest einen ersten Wechselschalter zur Erzeugung des ersten Teilsignals und zumindest einen zweiten Wechselschalter zur Erzeugung des zweiten Teilsignals aufweist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Kosteneffizienz verbessert werden. Es kann eine Induktionskochfeldvor richtung mit einem besonders kostengünstigen und einfach in dem Lock-In Verstärker schaltkreis der Sensoreinheit zu implementierendem Mischer bereitgestellt werden. Vor zugsweise ist der erste Wechselschalter zur Erzeugung des ersten Teilsignals des Sen sorsignals und der zweite Wechselschalter zur Erzeugung des zweiten Teilsignals des Sensorsignals vorgesehen. Vorzugsweise weist der weitere Mischer des Lock-In- Verstärkerschaltkreises einen weiteren ersten Wechselschalter zur Erzeugung des ersten Teilsignals des Referenzsignals und einen weiteren zweiten Wechselschalter zur Erzeu gung des zweiten Teilsignals des Referenzsignals auf. Unter einem „Wechselschalter“ soll ein elektrisches und/oder elektronisches Bauteil verstanden werden, welches zumindest einen Pol und zumindest zwei Anschlüsse zu einer Herstellung und/oder Trennung einer elektrisch leitenden Verbindung aufweist und insbesondere dazu vorgesehen ist, einen ersten Stromkreis zu öffnen und gleichzeitig einen zweiten Stromkreis zu schließen. Zu mindest ein Wechselschalter, insbesondere der erste Wechselschalter und/oder der zwei te Wechselschalter, des Mischers könnte als ein zweipoliger Wechselschalter ausgebildet sein, welcher im Englischen mit dem Begriff „Double Pole Double Throw (DPDT)“ be zeichnet wird und welcher zumindest zwei Pole mit jeweils zumindest zwei Anschlüssen zu einer Herstellung und/oder Trennung einer elektrisch leitenden Verbindung aufweist. Vorzugsweise ist zumindest ein Wechselschalter, insbesondere der erste Wechselschal- ter und/oder der zweite Wechselschalter, des Mischers als ein einpoliger Wechselschalter ausgebildet, welcher im Englischen mit dem Begriff „Single Pole Double Throw (SPDT)“ bezeichnet wird und welcher einen Pol mit zumindest zwei Anschlüssen zu einer Herstel lung und/oder Trennung einer elektrisch leitenden Verbindung aufweist. Besonders be vorzugt sind sämtliche Wechselschalter, insbesondere der erste Wechselschalter und der zweite Wechselschalter, des Mischers jeweils als einpolige Wechselschalter ausgebildet. Hierdurch kann vorteilhaft eine Kosteneffizienz weiter verbessert werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, den ersten Wechselschalter und den zweiten Wechselschalter zueinander, insbesondere um einen Phasenwinkel von 90°, phasenversetzt anzusteuern. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine einfache und zuverlässige Steuerung des Lock-In- Verstärkerschaltkreises durch die Steuereinheit ermöglicht werden. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, den ersten Wechselschalter mittels eines ersten Recht ecksignals, welches zu dem Sensorsignal in Phase ist, anzusteuern. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, den zweiten Wechselschalter mittels eines zweiten Rechtecksignals, welches zu dem ersten Rechtecksignal, insbesondere um einen Pha senwinkel von 90°, phasenversetzt ist, anzusteuern. Bei dem ersten Rechtecksignal und dem zweiten Rechtecksignal handelt es sich jeweils um periodische Signale, deren Au genblickswerte periodisch zwischen zwei verschiedenen Werten hin und her wechseln. Das erste und/oder das zweite Rechtecksignal könnte(n) bipolar sein und zwischen einem positiven ersten Augenblickswert, insbesondere einem Wert von 1 , und einem negativen zweiten Augenblickswert, insbesondere einem Wert von -1, hin und her wechseln. Vor zugsweise sind das erste und das zweite Rechtecksignal jeweils unipolar und wechseln zwischen einem ersten Augenblickswert von 1 und einem zweiten Augenblickswert von 0 hin und her. Vorzugsweise entspricht eine Frequenz des ersten Rechtecksignals und des zweiten Rechtecksignals jeweils zumindest im Wesentlichen der Frequenz des Referenz signals. Die Steuereinheit könnte dazu vorgesehen sein, das erste Rechtecksignal zu der Ansteuerung des ersten Wechselschalters und des zweiten Wechselschalters analog zu erzeugen und könnte hierzu einen geeigneten Signalgenerator aufweisen. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, das Rechtecksignal zu der Ansteuerung des ersten Wechselschalters und des zweiten Wechselschalters digital zu erzeugen und zwar insbe sondere mittels des Mikroprozessors, welcher Teil der Recheneinheit der Steuereinheit ist oder diese ausbildet. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, den ersten Wechselschalter des Mischers und den weiteren ersten Wechselschalter des weiteren Mischers zu der Erzeugung des ersten Teilsignals des Sensorsignals und des ersten Teilsignals des Referenzsignals zeitgleich mittels des ers ten Rechtecksignals anzusteuern und den zweiten Wechselschalter des Mischers und den weiteren zweiten Wechselschalter zu der Erzeugung des zweiten Teilsignals des Sensorsignals und des zweiten Teilsignals des Referenzsignals zeitgleich mittels des zweiten Rechtecksignals anzusteuern.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Lock-In-Verstärkerschaltkreis zumindest einen Tief passfilter zur Filterung zumindest eines der Teilsignale aufweist. Hierdurch kann vorteil haft ein Signal-Rausch-Verhältnis des zumindest einen Teilsignals verbessert werden.
Der Tiefpassfilter weist eine Grenzfrequenz auf. Der Tiefpassfilter ist dazu vorgesehen, Signalanteile des Teilsignals, welche eine Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz aufwei sen, annähernd ungeschwächt passieren zu lassen und Signalanteile des Teilsignals, welche eine Frequenz oberhalb der Grenzfrequenz aufweisen, insbesondere harmonische Schwingungen des Teilsignals, welche ein Vielfaches einer Grundfrequenz des Teilsig nals aufweisen, zumindest zu dämpfen und vorzugsweise zu blockieren. Der Tiefpassfilter weist zumindest einen Signaleingang auf, welcher mit dem Mischer des Lock-In- Verstärkerschaltkreises elektrisch leitend verbunden ist. Das Teilsignal liegt an dem Sig naleingang des Tiefpassfilters vorzugsweise in periodischer Form, insbesondere in Form einer Wechselspannung und/oder eines Wechselstroms, an. Der Tiefpassfilter weist zu mindest einen Signalausgang auf, welcher mit einem Signaleingang der Steuereinheit verbunden ist. An dem Signalausgang des Tiefpassfilters liegt das gefilterte Teilsignal vorzugsweise in Form einer Gleichspannung an, dessen Betrag einem Mittelwert des Teilsignals in der periodischen Form über eine halbe Periodendauer entspricht. Der Tief passfilter könnte einen Analog-Digital-Wandler zur Wandlung des an dem Signaleingang analog anliegenden Teilsignals in ein entsprechendes digitales Teilsignal aufweisen und zu einer digitalen Signalverarbeitung, beispielsweise mittels einer FIR oder 11 R- Filterstruk tur, welche in einer digitalen Schaltung, beispielsweise in einem integrierten Schaltkreis der Steuereinheit, implementiert ist, vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Tiefpassfilter als ein passiver analoger Tiefpass ausgebildet und umfasst zumindest ein RC-Glied mit zumindest einem elektrischen Widerstand und zumindest einem Kondensator. Der Tief passfilter könnte als ein Tiefpass 1. Ordnung ausgebildet sein, und genau ein RC-Glied aufweisen. Denkbar ist auch, dass der Tiefpassfilter als ein Tiefpass 2. Ordnung ausge- bildet ist und einen Kondensator, einen Widerstand und eine zu dem Widerstand in Reihe geschaltete Spule aufweist.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass eine Anzahl von Tiefpassfiltern des Lock-In- Verstärkerschaltkreises einer Anzahl von Wechselschaltern entspricht. Durch eine derar tige Ausgestaltung können vorteilhaft die Signal-Rausch-Verhältnisse sämtlicher Teilsig nale verbessert werden. Vorzugsweise ist jeder Tiefpassfilter des Lock-In- Verstärkerschaltkreises genau einem Wechselschalter zugeordnet, wobei jeder Tiefpass filter genau einen Signaleingang aufweist, welcher mit einem Signalausgang des zuge ordneten Wechselschalters verbunden ist. Vorzugsweise ist jeder Tiefpassfilter zur Filte rung genau eines Teilsignals, und zwar des Teilsignals, welches durch den zugeordneten Wechselschalter erzeugt ist, vorgesehen.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, aus dem ersten Teilsignal und dem zweiten Teilsignal einen Betrag und einen Phasenwinkel des Sensor signals und/oder des Referenzsignals zu bestimmen. Hierdurch kann vorteilhaft eine be sonders genaue Charakterisierung des Sensorsignals und/oder des Referenzsignals er reicht werden, wodurch vorteilhaft ein Bedienkomfort weiter verbessert werden kann. Es kann vorteilhaft eine besonders genaue Charakterisierung eines mit der Heizeinheit zu betreibenden Gargeschirrs ermöglicht werden. Die Steuereinheit könnte dazu vorgesehen sein, aus dem ersten Teilsignal und dem zweiten Teilsignal des Sensorsignals den Betrag und den Phasenwinkel des Sensorsignals zu bestimmen, wobei ein Betrag und ein Pha senwinkel des Referenzsignals in der Speichereinheit gespeichert und festgelegt sind. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, sowohl aus dem ersten Teilsignal und dem zweiten Teilsignal des Sensorsignals den Betrag und den Phasenwinkel des Sensorsignals zu bestimmen als auch aus dem ersten Teilsignal und dem zweiten Teil signal des Referenzsignals einen Betrag und einen Phasenwinkel des Referenzsignals zu bestimmen. Hierdurch kann vorteilhaft ein veränderliches Referenzsignal verwendet wer den und somit eine Flexibilität verbessert werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Betrag des Sensorsignals um einen Mittelwert über eine halbe Periodendauer des Sen sorsignals. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Betrag des Referenzsignals um einen Mittelwert über eine halbe Periodendauer des Referenzsignals. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, die Beträge und Phasenwinkel des Sensorsignals und des Referenzsignals mittels trigonometrischer Zusammenhänge zu ermitteln. Da die ers- ten Teilsignale und die zweiten Teilsignale vorzugsweise jeweils um einen Phasenwinkel von 90° zueinander phasenversetzt sind, sind die Beträge und Phasenwinkel des Sensor signals und des Referenzsignals durch die Steuereinheit mittels trigonometrischer Zu sammenhänge, und zwar insbesondere mittels des Satzes des Pythagoras sowie dem Sinussatz und dem Kosinussatz, ermittelbar.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, ein Ver hältnis zwischen einem Betrag des Referenzsignals und dem Betrag des Sensorsignals als eine erste Relativgröße zu ermitteln. Hierdurch kann vorteilhaft eine Charakterisierung eines mit der Heizeinheit zu betreibenden Gargeschirrs weiter verbessert und somit ein Bedienkomfort weiter gesteigert werden. Es wäre denkbar, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, ein Verhältnis aus einem Betrag des Referenzsignals, welcher in der Speichereinheit gespeichert ist, und dem zuvor ermittelten Betrag des Sensorsignals als die erste Relativgröße zu ermitteln. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, ein Verhältnis zwischen dem zuvor ermittelten Betrag des Referenzsignals und dem zuvor ermittelten Betrag des Sensorsignals als die erste Relativgröße zu ermitteln.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, eine Differenz zwischen einem Phasenwinkel des Referenzsignals und dem Phasenwinkel des Sensorsignals als eine zweite Relativgröße zu ermitteln. Durch eine derartige Ausgestal tung kann vorteilhaft eine Charakterisierung eines mit der Heizeinheit zu betreibenden Gargeschirrs noch weiter verbessert und somit ein Bedienkomfort noch weiter gesteigert werden. Es wäre denkbar, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, eine Differenz aus einem Phasenwinkel des Referenzsignals, welcher in der Speichereinheit gespeichert ist, und dem zuvor ermittelten Phasenwinkel des Sensorsignals als die zweite Relativgröße zu ermitteln. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, eine Differenz zwi schen dem zuvor ermittelten Phasenwinkel des Referenzsignals und dem zuvor ermittel ten Phasenwinkel des Sensorsignals als die zweite Relativgröße zu ermitteln.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, aus der ersten Relativgröße und der zweiten Relativgröße zumindest eine Kenngröße eines mit der Hei zeinheit zu betreibenden Gargeschirrs zu ermitteln. Hierdurch kann vorteilhaft eine noch genauere Charakterisierung des mit der Heizeinheit zu betreibenden Gargeschirrs ermög licht werden. Die Kenngröße könnte eine elektrische Kenngröße, insbesondere eine äqui valente Impedanz, des mit der Heizeinheit zu betreibenden Gargeschirrs sein. Die Kenn- große könnte darüber hinaus zumindest eine weitergehende Information bezüglich des Gargeschirrs, beispielsweise ein Material des Gargeschirrs, welches durch die Steuerein heit aus der elektrischen Kenngröße ableitbar ist, umfassen. Vorzugsweise ist die Steuer einheit dazu vorgesehen, die zumindest eine Kenngröße eines mit der Heizeinheit zu be treibenden Gargeschirrs aus der ersten Relativgröße und der zweiten Relativgröße mittels zumindest einer in der Speichereinheit gespeicherten mathematischen Berechnungsfor mel zu ermitteln. Vorzugsweise sind in der Speichereinheit zu der Ermittlung der Kenn größe neben der Berechnungsformel weitere Größen, insbesondere konstante Größen, wie beispielsweise mathematische Konstanten und Widerstände, Kapazitäten und Induk tivitäten von Bauteilen des elektrischen Schwingkreises der Sensoreinheit, gespeichert und zu der Ermittlung der Kenngröße eines mit der Heizeinheit zu betreibenden Garge schirrs durch die Steuereinheit heranziehbar.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, aus der Kenn größe einen Ersatzwiderstand des Gargeschirrs zu ermitteln. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders genaue Charakterisierung des mit der Heizeinheit zu betreibenden Gar geschirrs ermöglicht werden. Es kann somit vorteilhaft eine speziell auf das zu betreiben de Gargeschirr ausgelegte Steuerung der Heizeinheit erreicht werden, wodurch insbe sondere ein sehr effizienter Betrieb der Heizeinheit ermöglicht ist. Des Weiteren wird vor geschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, aus der Kenngröße einen Er satzinduktivität des Gargeschirrs zu ermitteln. Hierdurch kann eine Charakterisierung des mit der Heizeinheit zu betreibenden Gargeschirrs weiter verbessert werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Induktionskochfeld mit einer Induktionskochfeldvorrichtung nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen. Ein derartiges Induktions kochfeld zeichnet sich durch seine vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich eines hohen Bedienkomforts aus, welche insbesondere durch die vorhergehend beschriebenen Aus gestaltungen der Induktionskochfeldvorrichtung erreicht werden können.
Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Induktionskochfeld vorrichtung nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen, mit zumindest einer Sensoreinheit, welche zur Erkennung zumindest einer eine Heizeinheit betreffenden Zustandsgröße vorgesehen ist und welche einen elektrischen Schwingkreis zur Detektion zumindest eines Sensorsignals aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass in einem Lock-In-Verstärkerschaltkreis der Sensoreinheit das Sensorsignal und/oder ein Referenzsignal zur Detektion der Relativkenngröße modifi ziert wird. Durch ein derartiges Verfahren kann vorteilhaft ein besonders bedienerfreundli cher und komfortabler Betrieb der Induktionskochfeldvorrichtung ermöglicht werden. Es kann insbesondere eine geräuscharmer Betrieb der Induktionskochfeldvorrichtung erreicht und eine zuverlässige Detektion von Gargeschirr ermöglicht werden.
Die Induktionskochfeldvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwen dung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die Induktionskochfeld vorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeich nung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschrei bung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weite ren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Induktionskochfelds mit einer Hei zeinheit und mit einer Induktionskochfeldvorrichtung, welche eine Sen soreinheit zur Detektion eines Sensorsignals und eine Steuereinheit aufweist,
Fig. 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild eines elektrischen Schwing kreises der Sensoreinheit,
Fig. 3 ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Funktionsweise der Sensoreinheit,
Fig. 4 ein schematisches elektrisches Schaltbild eines Lock-In- Verstärkerschaltkreises der Sensoreinheit,
Fig. 5 ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Sensorsignals sowie eines ersten Teilsignals und eines zweiten Teilsignals des Sensorsig nals, Fig. 6 ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Teilsignale des Sen sorsignals nach einer Filterung durch einen Tiefpassfilter des Lock-In- Verstärkerschaltkreises,
Fig. 7 zwei schematische Diagramme zur Darstellung einer Relativgröße zwi schen dem Sensorsignal und einem Referenzsignal und Fig. 8 ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Be trieb der Induktionskochfeldvorrichtung.
Figur 1 zeigt ein Induktionskochfeld 70 in einer schematischen Darstellung. Das Indukti onskochfeld 70 weist eine Induktionskochfeldvorrichtung 10 auf. Das Induktionskochfeld 70 weist eine Heizeinheit 14 zur induktiven Beheizung von Gargeschirr (nicht dargestellt) auf. Die Heizeinheit 14 weist eine Mehrzahl von Induktionsheizelementen 72 auf. Vorlie gend weist die Heizeinheit 14 insgesamt acht Induktionsheizelemente 72 auf, welche in zwei Reihen aus jeweils vier Induktionsheizelementen 72 angeordnet sind. Grundsätzlich wäre jedoch auch jede beliebige andere Anzahl und/oder Anordnung von Heizelementen 72 denkbar.
Von mehrfach vorhandenen Objekten ist in den Figuren jeweils lediglich eines mit einem Bezugszeichen versehen.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10 weist eine Sensoreinheit 12 auf (vgl. Figuren 2 und 3). Die Sensoreinheit 12 ist zur Erkennung zumindest einer die Heizeinheit 14 betreffen den Zustandsgröße 16 (vgl. Figur 8) vorgesehen. Die Sensoreinheit 12 weist einen elektrischen Schwingkreis 18 (vgl. Figur 2) zur Detektion zumindest eines Sensorsignals 20 (vgl. Figuren 3 und 5) auf.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10 weist eine Steuereinheit 22 auf. Die Steuereinheit 22 ist dazu vorgesehen, die Zustandsgröße 16 anhand zumindest einer Relativgröße 24, 26 (vgl. Figur 3) zwischen dem Sensorsignal 20 und einem Referenzsignal 28 (vgl. Figur 3) zu ermitteln.
Figur 2 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild des elektrischen Schwingkreises 18 der Sensoreinheit 12.
Die Sensoreinheit 12 umfasst einen Signaleingang 74 und einen Signalausgang 76, wel che jeweils elektrisch leitend mit dem elektrischen Schwingkreis 18 verbunden sind. Der elektrische Schwingkreis 18 umfasst einen elektrischen Widerstand 78, eine Induktions spule 80 und einen Kondensator 82. Der Signalausgang 76 ist als ein Nebenschlusswi derstand 86 ausgebildet.
Vorliegend ist der elektrische Schwingkreis 18 getrennt von der Heizeinheit 14 des Induk tionskochfelds 70 ausgebildet und in einem montierten Zustand oberhalb der Heizeinheit 14 angeordnet. Denkbar wäre alternativ jedoch auch, dass der elektrische Schwingkreis 18 mit der Heizeinheit 14 verbunden ist. In diesem Fall könnte die Funktion der Indukti onsspule 80 in dem elektrischen Schwingkreis 18 durch eines der Induktionsheizelemente 72 der Heizeinheit 14 übernommen werden (nicht dargestellt).
Figur 3 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung der prinzipiellen Funktionswei se der Sensoreinheit 12.
Der Signaleingang 74 der Sensoreinheit 12 ist elektrisch leitend mit einem Signalverstär ker 84 und mit einer Signalerzeugungseinheit 88 der Steuereinheit 22 verbunden. In ei nem Betriebszustand wird mittels der Signalerzeugungseinheit 88 das Referenzsignal 28 erzeugt, mittels des Signalverstärkers 84 verstärkt und über den Signaleingang 74 in den elektrischen Schwingkreis 18 eingespeist.
Die Sensoreinheit 12 weist einen Lock-In-Verstärkerschaltkreis 30 auf. Der Lock-In- Verstärkerschaltkreis 30 ist dazu vorgesehen, das Sensorsignal 20 zu modifizieren. Vor liegend ist der Lock-In-Verstärkerschaltkreis 30 außerdem auch dazu vorgesehen, das Referenzsignal 28 zu modifizieren.
Der Lock-In-Verstärkerschaltkreis 30 weist zumindest einen Mischer 32 auf. Der Mischer 32 ist dazu vorgesehen, das Sensorsignal 20 in ein erstes Teilsignal 36 des Sensorsig nals 20 und in ein zu dem ersten Teilsignal 36 phasenverschobenes zweites Teilsignal 40 des Sensorsignals 20 zu zerlegen. Vorliegend weist der Lock-In-Verstärkerschaltkreis 30 den Mischer 32 und einen weiteren Mischer 34 auf. Der weitere Mischer 34 ist dazu vor gesehen, das Referenzsignal 28 in ein erstes Teilsignal 38 des Referenzsignals 28 und in ein zu dem ersten Teilsignal 38 phasenverschobenes zweites Teilsignal 42 des Referenz signals 28 zu zerlegen.
Figur 4 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild des Lock-In- Verstärkerschaltkreises 30 der Sensoreinheit 12. Der Mischer 32 des Lock-In Verstärker- Schaltkreises 30 weist zumindest einen ersten Wechselschalter 44 auf. Der erste Wech selschalter 44 ist zur Erzeugung des ersten Teilsignals 36 des Sensorsignals 20 vorgese hen. Der Mischer 32 weist zumindest einen zweiten Wechselschalter 48 auf. Der zweite Wechselschalter 48 ist zur Erzeugung des zweiten Teilsignals 40 des Sensorsignals 20 vorgesehen. Der weitere Mischer 34 des Lock-In-Verstärkerschaltkreises 30 weist einen weiteren ersten Wechselschalter 46 auf. Der weitere erste Wechselschalter 46 ist zur Er zeugung des ersten Teilsignals 38 des Referenzsignals 28 vorgesehen. Der weitere Mi scher 34 weist einen weiteren zweiten Wechselschalter 50 auf. Der weitere zweite Wech selschalter 50 ist zur Erzeugung des zweiten Teilsignals 42 des Referenzsignals 28 vor gesehen. Die Wechselschalter 44, 46, 48, 50 sind vorliegend jeweils als einpolige Wech selschalter ausgebildet. Denkbar wäre alternativ auch, dass jeweils zwei der Wechsel schalter 44, 46, 48, 50 durch einen zweipoligen Wechselschalter ersetzt werden (nicht dargestellt).
Die Steuereinheit 22 ist dazu vorgesehen, den ersten Wechselschalter 44 und den zwei ten Wechselschalter 48 des Mischers 32 zueinander phasenversetzt anzusteuern. Die Steuereinheit 22 ist zudem dazu vorgesehen, den weiteren ersten Wechselschalter 46 und den weiteren zweiten Wechselschalter 50 des weiteren Mischers 34 zueinander pha senversetzt anzusteuern. In einem Betriebszustand steuert die Steuereinheit 22 den ers ten Wechselschalter 44 und den weiteren ersten Wechselschalter 46 jeweils mittels eines ersten Rechtecksignals 108 zur Erzeugung des ersten Teilsignals 36 des Sensorsignals 20 und des ersten Teilsignals 38 des Referenzsignals 28 an. In dem Betriebszustand steuert die Steuereinheit 22 den zweiten Wechselschalter 48 und den weiteren zweiten Wechselschalter 50 jeweils mit einem zweiten Rechtecksignal 110 an. Das erste Recht ecksignal 108 und das zweite Rechtecksignal 110 sind zueinander phasenversetzt, und zwar um einen Phasenwinkel von 90°. Eine Frequenz des ersten Rechtecksignals 108 und des zweiten Rechtecksignals 110 entspricht jeweils zumindest im Wesentlichen einer Frequenz 106 (vgl. Figur 7) des Referenzsignals 28.
Der Lock-In-Verstärkerschaltkreis 30 weist zumindest einen Tiefpassfilter 52 auf. Der Tiefpassfilter 52 ist zur Filterung zumindest eines der Teilsignale 36, 38, 40, 42 vorgese hen. Vorliegend weist der Lock-In-Verstärkerschaltkreis 30 insgesamt vier Tiefpassfilter auf und zwar den Tiefpassfilter 52, einen Tiefpassfilter 54, einen Tiefpassfilter 56 und ei nen Tiefpassfilter 58. Vorliegend ist der Tiefpassfilter 52 zur Filterung des ersten Teilsig- nals 36 des Sensorsignals 20 vorgesehen, der Tiefpassfilter 54 ist zur Filterung des zwei ten Teilsignals 40 des Sensorsignals 20 vorgesehen, der Tiefpassfilter 56 ist zur Filterung des ersten Teilsignals 38 des Referenzsignals 28 vorgesehen und der Tiefpassfilter 58 ist zur Filterung des zweiten Teilsignals 42 des Referenzsignals 28 vorgesehen. Die Tief passfilter 52, 54, 56, 58 sind jeweils mit der Steuereinheit 22 verbunden. Eine Anzahl von Tiefpassfiltern 52, 54, 56, 58 des Lock-In-Verstärkerschaltkreises 30 entspricht einer An zahl von Wechselschaltern 44, 46, 48, 50 des Lock-In-Verstärkerschaltkreises 30. Vorlie gend weist der des Lock-In-Verstärkerschaltkreis 30 jeweils vier Tiefpassfilter 52, 54, 56, 58 und jeweils vier Wechselschalter 44, 46, 48, 50 auf, wobei grundsätzlich jede beliebige andere Anzahl von Tiefpassfiltern mit entsprechender Anzahl von Wechselschaltern denkbar wäre.
Figur 5 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Sensorsignals 20. Auf einer Ordinate 90 des Diagramms ist eine Spannung in Volt aufgetragen. Auf einer Abs zisse 92 des Diagramms ist eine Zeit in Mikrosekunden aufgetragen. In dem Diagramm sind die zeitlichen Verläufe des Sensorsignals 20 sowie des ersten Teilsignals 36 und des zweiten Teilsignals 40 des Sensorsignals 20 dargestellt. Bei dem Sensorsignal 20 handelt es sich um ein Wechselspannungssignal. Das erste Teilsignal 36 und das zweite Teilsig nal 40 liegen an den jeweiligen Ausgängen des Mischers 32 wie in der Figur 5 dargestellt zunächst ebenfalls in Form von Wechselspannungssignalen vor. Das erste Teilsignal 36 ist mit dem Sensorsignal 20 in Phase. Das zweite Sensorsignal 40 ist zu dem Sensorsig nal 20 und zu dem ersten Teilsignal 36 phasenversetzt, und zwar um einen Phasenwinkel von 90°. Das Referenzsignal 28 ist in der Figur 5 nicht dargestellt, würde in einer grafi schen Darstellung aber grundsätzlich einen ähnlichen Verlauf aufweisen wie das Sensor signal 20. Gleichermaßen würden das erste Teilsignal 38 und das zweite Teilsignal 42 des Referenzsignals 28, welche in dem Diagramm der Figur 5 ebenfalls nicht dargestellt sind, in einer graphischen Darstellung grundsätzliche ähnliche Verläufe aufweisen wie das erste Teilsignal 36 und das zweite Teilsignal 40 des Sensorsignals 20.
Figur 6 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung des ersten Teilsignals 36 und des zweiten Teilsignals 40 des Sensorsignals 20, und zwar nach einer Filterung durch den Tiefpassfilter 52 beziehungsweise den Tiefpassfilter 54. Auf einer Ordinate 94 des Diagramms ist eine Spannung in Volt aufgetragen. Auf einer Abszisse 96 des Diagramms ist eine Zeit in Millisekunden aufgetragen. Nach der Filterung liegen das erste Teilsignal 36 und das zweite Teilsignal 40 jeweils als Gleichspannungssignale vor, deren Beträge jeweils einem zeitlichen Mittelwert ihrer zugehörigen Wechselspannungssignale, bezogen auf eine halbe Periodendauer des Sensorsignals 20, entsprechen (vgl. Figur 5). Wie dem Diagramm entnommen werden kann, haben das erste Teilsignal 36 und das zweite Teil signal 40 nach der Filterung durch den Tiefpassfilter 52 beziehungsweise den Tiefpassfil ter 54 entgegengesetzte Vorzeichen, was durch die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Teilsignal 36 und dem zweiten Teilsignal 40 bedingt ist. Aufgrund der endlichen zeitlichen Auflösung der Tiefpassfilter 52, 54 dauert es eine bestimmte Zeit, welche von einer Grenzfrequenz der Tiefpassfilter 52, 54 abhängig ist, bis stabile Spannungswerte des ersten Teilsignals 36 und des zweiten Teilsignals 40 an den jeweiligen Ausgängen der Tiefpassfilter 52, 54 anliegen und durch die Steuereinheit 22 ausgelesen werden kön nen. Gleichermaßen liegen das erste Teilsignal 38 und das zweite Teilsignal 42 des Refe renzsignals 28 nach einer Filterung durch den Tiefpassfilter 56 beziehungsweise den Tiefpassfilter 58 als Gleichspannungssignale vor und würden in einer grafischen Darstel lung jeweils ähnliche Verläufe aufweisen wie das hier dargestellte erste Teilsignal 36 und das zweite Teilsignal 40 des Sensorsignals 20.
Die Steuereinheit 22 ist dazu vorgesehen, aus dem ersten Teilsignal 36 und dem zweiten Teilsignal 40 des Sensorsignals 20 einen Betrag 60 (vgl. Figur 4) und einen Phasenwinkel 64 (vgl. Figur 4) des Sensorsignals 20 zu bestimmen. Zu der Bestimmung des Betrags 60 und des Phasenwinkels 64 nutzt die Steuereinheit 22 trigonometrische Zusammenhänge. Aufgrund der Phasenverschiebung um 90° zwischen dem ersten Teilsignal 36 und dem zweiten Teilsignal 40 gilt, gemäß dem Satz des Pythagoras, dass das Quadrat des Be trags 60 des Sensorsignals 20 der Summe der Quadrate der Beträge des ersten Teilsig nals 36 und des zweiten Teilsignals 40 entspricht, sodass der Betrag 60 des Sensorsig nals 20 der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der Beträge des ersten Teilsig nals 36 und des zweiten Teilsignals 40 entspricht. Aus dem Kosinussatz ergibt sich, dass der Betrag des ersten Teilsignals 36 dem Produkt aus dem Betrag 60 und dem Kosinus des Phasenwinkels 64 entspricht. Ferner ergibt sich aus dem Sinussatz, dass der Betrag des zweiten Teilsignals 40 dem Produkt aus dem Betrag 60 und dem Sinus des Phasen winkels 64 entspricht. Folglich kann der Phasenwinkel 64 aus dem Arkustangens eines Quotienten zwischen dem Betrag des zweiten Teilsignals 40 und dem Betrag des ersten Teilsignals 36 bestimmt werden. Die Steuereinheit 22 ist außerdem dazu vorgesehen, aus dem ersten Teilsignal 38 und dem zweiten Teilsignal 42 des Referenzsignals 28 einen Betrag 62 (vgl. Figur 4) und einen Phasenwinkel 66 (vgl. Figur 4) des Referenzsignals 28 zu bestimmen. Eine Bestimmung des Betrags 62 und des Phasenwinkels 66 des Referenzsignals 28 ist entsprechend mittels der vorhergehend für das Sensorsignal 20 beschriebenen trigonometrischen Zusammenhänge möglich.
Die Steuereinheit 22 ist dazu vorgesehen ist, ein Verhältnis zwischen dem Betrag 62 des Referenzsignals 28 und dem Betrag 60 des Sensorsignals 20 als eine erste Relativgröße 24 (vgl. Figuren 3 und 8) zu ermitteln. Die Steuereinheit 22 ist ferner dazu vorgesehen, eine Differenz zwischen dem Phasenwinkel 66 des Referenzsignals 28 und dem Phasenwinkel 64 des Sensorsignals 20 als eine zweite Relativgröße 26 (vgl. Figuren 3 und 8) zu ermitteln. Die Steuereinheit 22 ist dazu vorgesehen, aus der ersten Relativgröße 24 und der zweiten Relativgröße 26 zumindest eine Kenngröße 68 (vgl. Figur 8) eines mit der Heizeinheit 14 (vgl. Figur 1) zu betreibenden Gargeschirrs (nicht dargestellt) zu ermitteln. Vorliegend handelt es sich bei der Kenngröße 68 um eine äquivalente Impedanz des zu betreibenden Gargeschirrs. Die Steuereinheit 22 ist dazu vorgesehen, aus der Kenngröße 68 einen Ersatzwiderstand des Gargeschirrs zu ermitteln. Darüber hinaus ist die Steuereinheit 22 dazu vorgesehen, aus der Kenngröße 68 eine Ersatzinduktivität des Gargeschirrs zu ermitteln. Die Kenngröße 68 des Gargeschirrs kann durch die Steuereinheit mittels der nachfolgenden Formel ermittelt werden:
In obiger Formel steht das Formelzeichen Z für die äquivalente Impedanz des Gargeschirrs, also für die Kenngröße 68. Das Formelzeichen Vref steht für den Betrag 62 des Referenzsignals 28. Das Formelzeichen Vsen steht für den Betrag 60 des Sensorsignals 20. Das Formelzeichen 0ref steht für den Phasenwinkel 66 des Referenzsignals 28. Das Formelzeichen 6sen steht für den Phasenwinkel 64 des Sensorsignals 20. Das Formelzeichen Rsh steht für den Betrag des Nebenschlusswiderstands 86 des elektrischen Schwingkreises 18 (vgl. Figur 2). Das Formelzeichen Cserie steht für die Kapazität des Kondensators 82 des elektrischen Schwingkreises 18 (vgl. Figur 2). Das Formelzeichen f beschreibt die Frequenz 106 des Referenzsignals 28 (vgl. Figur 7). Das Formelzeichen e steht für die Eulersche Zahl. Das Formelzeichen i steht für die imaginäre Zahl. Das Formelzeichen p steht für die Kreiszahl.
Die Steuereinheit 22 ist dazu vorgesehen, aus der Kenngröße 68 einen Ersatzwiderstand des Gargeschirrs zu ermitteln. Der Ersatzwiderstand des Gargeschirrs entspricht dem Realteil der äquivalenten Impedanz des Gargeschirrs. Darüber hinaus ist die Steuerein heit 22 dazu vorgesehen, aus der Kenngröße 68 eine Ersatzinduktivität des Gargeschirrs zu ermitteln. Die Ersatzinduktivität des Gargeschirrs entspricht dem Imaginärteil der äqui valenten Impedanz des Gargeschirrs dividiert durch das Zweifache der Kreiszahl TT.
Figur 7 zeigt zwei schematische Diagramme. Auf einer Ordinate 98 eines linken Dia gramms ist ein Betrag einer äquivalenten Impedanz des elektrischen Schwingkreises 18 in Ohm aufgetragen. Auf einer Abszisse 100 des linken Diagramms ist eine Frequenz in Megahertz aufgetragen. In dem linken Diagramm ist das Referenzsignal 28 mit einer Voll linie dargestellt. In dem linken Diagramm ist das Sensorsignal 20 mit einer Strichlinie dar gestellt. Der Betrag der Impedanz des Referenzsignals 28 weist ein Maximum bei einer Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises 18 auf. Vorliegend entspricht die Frequenz 106 des Referenzsignals 28 der Resonanzfrequenz des elektrischen Schwing kreises 18. Auf einer Ordinate 102 eines rechten Diagramms ist ein Phasenwinkel aufge tragen. Auf einer Abszisse 104 des rechten Diagramms ist die Frequenz in Megahertz aufgetragen. In dem rechten Diagramm ist das Referenzsignal 28 mit einer Volllinie dar gestellt. In dem rechten Diagramm ist das Sensorsignal 20 mit einer Strichlinie dargestellt. Der Phasenwinkel 66 des Referenzsignals 28 könnte beispielsweise 20° betragen. Der Phasenwinkel 64 des Sensorsignals 20 könnte beispielsweise -20° betragen, sodass die Differenz zwischen den Phasenwinkeln 64, 66 als die zweite Relativgröße 26 in diesem Beispiel 40° betragen würde.
Figur 8 zeigt ein schematisches Verfahrensfließbild eines Verfahrens zum Betrieb der Induktionskochfeldvorrichtung 10. In dem Verfahren wird in dem Lock-In- Verstärkerschaltkreis 30 der Sensoreinheit 12 das Sensorsignal 20 und/oder das Refe renzsignal 28 zur Detektion der ersten Relativkenngröße 24 und/oder der zweiten Relativ kenngröße 26 modifiziert. Das Verfahren umfasst mehrerer Verfahrensschritte. In einem ersten Verfahrensschritt 112 des Verfahrens wird das Sensorsignal 20 in dem elektri schen Schwingkreis 18 aus dem Referenzsignal 28 erzeugt und anschließend werden sowohl das Sensorsignal 20 als auch das Referenzsignal 28 in den Lock-In- Verstärkerschaltkreis 30 eingespeist und darin modifiziert. In einem zweiten Verfahrens schritt 114 des Verfahrens werden das durch die Modifikation erzeugte erste Teilsignal 36 und das zweite Teilsignal 40 des Sensorsignals 20 sowie das erste Teilsignal 38 und das zweite Teilsignal 42 des Referenzsignals 28 an die Steuereinheit 22 übermittelt und es wird daraus der Betrag 60 des Sensorsignals 20, der Betrag 62 des Referenzsignals 28, der Phasenwinkel 64 des Sensorsignals 20 und der Phasenwinkel 66 des Referenzsig nals 28 ermittelt. In einem dritten Verfahrensschritt 116 des Verfahrens wird die erste Re lativgröße 24 aus dem Verhältnis zwischen dem Betrag 62 und dem Betrag 64 ermittelt. In einem vierten Verfahrensschritt 118 des Verfahrens wird die zweite Relativgröße 26 aus der Differenz zwischen dem Phasenwinkel 66 und dem Phasenwinkel 64 ermittelt. In ei nem fünften Verfahrensschritt 120 wird anhand der zweiten Relativkenngröße 26 die Zu standsgröße 16 ermittelt. In dem fünften Verfahrensschritt 120 wird außerdem aus der ersten Relativgröße 24 und der zweiten Relativgröße 26 die zumindest eine Kenngröße 68 des mit der Heizeinheit 14 zu betreibenden Gargeschirrs ermittelt.
Bezugszeichen
10 Induktionskochfeldvorrichtung
12 Sensoreinheit
14 Heizeinheit
16 Zustandsgröße
18 elektrischer Schwingkreis
20 Sensorsignal
22 Steuereinheit
24 erste Relativgröße
26 zweite Relativgröße
28 Referenzsignal
30 Lock-In-Verstärkerschaltkreis
32 Mischer
34 weiterer Mischer
36 erstes Teilsignal des Sensorsignals
38 erstes Teilsignal des Referenzsignals
40 zweites Teilsignal des Sensorsignals
42 zweites Teilsignal des Referenzsignals
44 erster Wechselschalter
46 weiterer erster Wechselschalter
48 zweiter Wechselschalter
50 weiterer zweiter Wechselschalter
52 Tiefpassfilter
54 Tiefpassfilter
56 Tiefpassfilter
58 Tiefpassfilter
60 Betrag des Sensorsignals
62 Betrag des Referenzsignals
64 Phasenwinkel des Sensorsignals Phasenwinkel des Referenzsignals Kenngröße Induktionskochfeld Induktionsheizelement Signaleingang Signalausgang elektrischer Widerstand Induktionsspule Kondensator Signalverstärker Nebenschlusswiderstand Signalerzeugungseinheit Ordinate Abszisse Ordinate Abszisse Ordinate Abszisse Ordinate Abszisse Frequenz erstes Rechtecksignal zweites Rechtecksignal erster Verfahrensschritt zweiter Verfahrensschritt dritter Verfahrensschritt vierter Verfahrensschritt fünfter Verfahrensschritt

Claims

Ansprüche
1. Induktionskochfeldvorrichtung (10) mit zumindest einer Sensoreinheit (12), wel che zur Erkennung zumindest einer eine Heizeinheit (14) betreffenden Zu standsgröße (16) vorgesehen ist und welche einen elektrischen Schwingkreis (18) zur Detektion zumindest eines Sensorsignals (20) aufweist, und mit einer
Steuereinheit (22), welche dazu vorgesehen ist, die Zustandsgröße (16) anhand zumindest einer Relativgröße (24, 26) zwischen dem Sensorsignal (20) und ei nem Referenzsignal (28) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Sen soreinheit (12) einen Lock-In-Verstärkerschaltkreis (30) aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, das Sensorsignal (20) und/oder das Referenzsignal (28) zur De tektion der Relativgröße (24, 26) zu modifizieren.
2. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lock-In-Verstärkerschaltkreis (30) zumindest einen Mischer (32, 34) aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, das Sensorsignal (20) und/oder das Refe- renzsignal (28) in ein erstes Teilsignal (36, 38) und in ein zu dem ersten Teilsig nal (36, 38) phasenverschobenes zweites Teilsignal (40, 42) zu zerlegen.
3. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (32, 34) zumindest einen ersten Wechselschalter (44, 46) zur Erzeugung des ersten Teilsignals (36, 38) und zumindest einen zweiten Wech- selschalter (48, 50) zur Erzeugung des zweiten Teilsignals (40, 42) aufweist.
4. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) dazu vorgesehen ist, den ersten Wechselschalter (44, 46) und den zweiten Wechselschalter (48, 50) zueinander phasenversetzt anzusteuern.
5. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lock-In-Verstärkerschaltkreis (30) zumindest einen Tiefpassfilter (52, 54, 56, 58) zur Filterung zumindest eines der Teilsignale (36, 38, 40, 42) aufweist.
6. Induktionskochfeldvorrichtung (10) zumindest nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Tiefpassfiltern (52, 54, 56, 58) des Lock-In-Verstärkerschaltkreises (30) einer Anzahl von Wechselschaltern (44, 46, 48, 50) entspricht.
7. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) dazu vorgesehen ist, aus dem ers ten Teilsignal (36, 38) und dem zweiten Teilsignal (40, 42) einen Betrag (60, 62) und einen Phasenwinkel (64, 66) des Sensorsignals (20) und/oder des Referenz signals (28) zu bestimmen.
8. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) dazu vorgesehen ist, ein Verhältnis zwischen einem Betrag (62) des Referenzsignals (28) und dem Betrag (60) des Sensorsignals (20) als eine erste Relativgröße (24) zu ermitteln.
9. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) dazu vorgesehen ist, eine Differenz zwi schen einem Phasenwinkel (66) des Referenzsignals (28) und dem Phasenwin kel (64) des Sensorsignals (20) als eine zweite Relativgröße (26) zu ermitteln.
10. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) dazu vorgesehen ist, aus der ersten Relativgröße (24) und der zweiten Relativgröße (26) zumindest eine Kenngröße (68) eines mit der Heizeinheit (14) zu betreibenden Gargeschirrs zu ermitteln.
11. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) dazu vorgesehen ist, aus der Kenngröße (68) einen Ersatzwiderstand des Gargeschirrs zu ermitteln.
12. Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) dazu vorgesehen ist, aus der Kenn größe (68) eine Ersatzinduktivität des Gargeschirrs zu ermitteln.
13. Induktionskochfeld (70) mit einer Induktionskochfeldvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Verfahren zum Betrieb einer Induktionskochfeldvorrichtung (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit zumindest einer Sensoreinheit (12), wel che zur Erkennung zumindest einer eine Heizeinheit (14) betreffenden Zu standsgröße (16) vorgesehen ist und welche einen elektrischen Schwingkreis (18) zur Detektion zumindest eines Sensorsignals (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Lock-In-Verstärkerschaltkreis (30) der Sensorein- heit (12) das Sensorsignal (20) und/oder ein Referenzsignal (28) zur Detektion der Relativkenngröße (24, 26) modifiziert wird.
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