ES2254327T3 - Dispositivo de calentamiento por induccion. - Google Patents
Dispositivo de calentamiento por induccion.Info
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Abstract
Dispositivo de calentamiento por inducción, que comprende: una bobina de calentamiento por inducción (8) para generar un campo magnético de alta frecuencia para calentar un objeto (9); un inversor (7) para suministrar una corriente de alta frecuencia a la bobina de calentamiento por inducción; y un detector de salida (14, 15, 20, 21, 25) para detectar una magnitud de una salida del inversor detectando una entrada de corriente fuente de alimentación al inversor, o detectando un máximo o un valor medio de una corriente de alta frecuencia o tensión generada por el inversor, caracterizado por un detector de desplazamiento (16, 17, 22, 23, 26, 27), para medir una variación con respecto al tiempo de la magnitud de la salida del inversor detectada por el detector de salida y para detectar un desplazamiento del objeto basado en el cambio medido, y un controlador (18) para controlar la salida del inversor en respuesta a un resultado de detección del detector de desplazamiento.
Description
Dispositivo de calentamiento por inducción.
La presente invención se refiere a un dispositivo
de calentamiento por inducción, tal como una cocina de
calentamiento por inducción o una caldera de agua, así como a un
humidificador que utiliza calentamiento por inducción, para uso en
viviendas, oficinas, restaurantes o fábricas.
Una cocina de calentamiento por inducción se
describirá como un dispositivo de calentamiento por inducción. La
cocina de calentamiento por inducción comprende una bobina de
calentamiento por inducción para generar un campo magnético de alta
frecuencia que produce corrientes parásitas en un objeto que se
calienta, tal como una olla metálica 3, situada cerca de la bobina
de calentamiento por inducción.
Una cocina de calentamiento por inducción
convencional se describirá con más detalle haciendo referencia a la
Figura 10. Como se ilustra en la Figura 10, la cocina comprende un
inversor de alta frecuencia 1 provisto de dos elementos de
conmutación (no representados) y una bobina de calentamiento por
inducción 2 conectada eléctricamente al inversor de alta frecuencia
1.
Una corriente de alta frecuencia se suministra
desde el inversor de alta frecuencia 1 lo que hace que la bobina de
calentamiento por inducción 2 genere un campo magnético de alta
frecuencia que produce corrientes parásitas para calentar la olla 3.
Para ajustar y estabilizar la corriente de alta frecuencia, el
inversor de alta frecuencia 1 se controla por una alimentación de
corriente aplicada al inversor a través de un transformador de
corriente (no representado). Según un resultado de la supervisión de
la corriente de alta frecuencia, se cambia una frecuencia excitadora
de los elementos de conmutación (no representados) o una carga para
excitar los elementos mientras que la frecuencia de excitación es
constante. Estas operaciones controlan la salida del inversor de
alta frecuencia 1. Además, la corriente que circula por la bobina de
calentamiento por inducción 2 se controla con el transformador de
corriente (no representado) y la salida del inversor de alta
frecuencia 1 se controla según un resultado de la supervisión. Por
ejemplo, se puede suprimir la salida para reducir una carga para los
elementos de conmutación, si la olla 3 está realizada en acero
inoxidable no magnético.
Cuando la olla 3 que se va a calentar está
realizada en metal no magnético, tal como aluminio o cobre, la
cocina de calentamiento por inducción convencional permite que la
olla 3 sea afectada por una contrafuerza de un campo magnético.
Conteniendo material que presenta un peso global decreciente o que
reciba un calor creciente, la olla 3 se puede desplazar lateralmente
y puede hacerse flotar desde una placa superior 4. La Figura 11
ilustra un perfil de la relación entre una potencia de entrada y una
fuerza de flotación cuando se calienta la olla 3 del metal no
magnético. En la Figura 11, el eje horizontal representa la entrada
de potencia al inversor de alta frecuencia 1, mientras que el eje
vertical representa la fuerza de flotación ejercida sobre la olla.
Como se ilustra en la Figura 11, cuanto mayor es la potencia de
entrada tanto más aumenta la fuerza de flotación. Dicho de otro
modo, cuando la fuerza de flotación supera la magnitud del peso, la
olla se desplaza o
flota.
flota.
Para eliminar los inconvenientes señalados
anteriormente, se dan a conocer algunas técnicas en las
publicaciones de Patentes Japonesas abiertas a inspección pública,
nº 61-128492 y nº 62-276787, en las
cuales se utilizan sensores de peso para detectar el desplazamiento
de las ollas. Las publicaciones de Patentes Japonesas abiertas a
inspección pública nº 61-71582 y nº
61-230289 dan a conocer un sensor magnético y una
unidad de medición de frecuencia resonante, respectivamente, para
detectar el desplazamiento. Sin embargo, las técnicas convencionales
dadas a conocer en las anteriores publicaciones comprenden
necesariamente los sensores para detectar el desplazamiento de las
ollas, tales como el sensor de peso, el sensor magnético y la unidad
de medición de frecuencias, aumentando, de este modo, el coste total
de producción o el número de componentes.
Un dispositivo de calentamiento por inducción
impide que un objeto que se calienta se desplace o flote debido a
un campo magnético generado por una bobina de calentamiento por
inducción. El desplazamiento y la flotación se impiden mediante un
detector de corriente fuente para controlar un inversor de alta
frecuencia y un detector de salida para examinar los datos sobre una
magnitud de una salida, tal como una tensión o corriente de la
bobina de calentamiento, del inversor de alta frecuencia. En
consecuencia, el dispositivo de calentamiento por inducción presenta
una estructura simple y bajo coste aun cuando comprenda algunos
componentes extras. El dispositivo de calentamiento presenta un
número reducido de componentes y, de este modo, puede presentar una
fiabilidad funcional mejorada.
El dispositivo de calentamiento por inducción
comprende una bobina de calentamiento por inducción para generar un
campo magnético de alta frecuencia para calentar un objeto, un
inversor para suministrar una corriente de alta frecuencia a la
bobina de calentamiento por inducción, un detector de salida para
detectar una magnitud de una salida de inversor, un detector de
desplazamiento para detectar un desplazamiento del objeto basado en
una variación con respecto al tiempo de la magnitud de la salida del
inversor detectada por el detector de salida y un controlador para
controlar la salida del inversor de alta frecuencia dependiendo de
un resultado de detección del detector de desplazamiento.
La Figura 1 es una vista esquemática de un
dispositivo de calentamiento por inducción según la forma de
realización preferida 1 de la presente invención.
La Figura 2 es un diagrama de bloques de
circuitos del dispositivo de calentamiento por inducción de la
forma de realización 1.
La Figura 3 ilustra formas de onda en unas partes
del dispositivo de calentamiento por inducción de la forma de
realización 1.
La Figura 4A ilustra una variación con respecto
al tiempo de una entrada de potencia para el dispositivo de
calentamiento por inducción de la forma de realización 1.
La Figura 4B ilustra una variación con respecto
al tiempo de una corriente fuente suministrada en el dispositivo de
calentamiento por inducción de la forma de realización 1.
La Figura 5A ilustra una variación con respecto
al tiempo de la potencia de entrada controlada en respuesta a una
detección de un desplazamiento o una flotación de un objeto que se
va a calentar a causa del calentamiento por inducción de la forma de
realización 1.
La Figura 5B ilustra una variación con respecto
al tiempo de la corriente fuente controlada en respuesta a una
detección del desplazamiento o la flotación de un objeto que se va a
calentar por el calentamiento por inducción de la forma de
realización 1.
La Figura 6 es una vista esquemática de un
dispositivo de calentamiento por inducción según la forma de
realización preferida 2 de la invención.
La Figura 7 es un diagrama de bloques de
circuitos del dispositivo de calentamiento por inducción de la
forma de realización 2.
La Figura 8A ilustra una variación con respecto
al tiempo de una potencia de entrada controlada en respuesta a una
detección del desplazamiento o una flotación de un objeto que se va
a calentar por inducción según la forma de realización 2.
La Figura 8B ilustra una variación con respecto
al tiempo de una corriente que circula por una bobina de
calentamiento por inducción controlado en respuesta a una detección
del desplazamiento o la flotación del objeto que se va a calentar
por el sistema de calentamiento por inducción según la forma de
realización 1.
La Figura 9 es un diagrama de bloques de
circuitos de un dispositivo de calentamiento por inducción según la
forma de realización preferida 3 de la invención.
La Figura 10 es una vista esquemática de una
cocina de calentamiento por inducción convencional.
La Figura 11 ilustra un perfil de la relación
entre una potencia de entrada y una fuerza de flotación de la cocina
de calentamiento por inducción convencional.
Ejemplo de forma de realización
1
La Figura 1 es una vista en sección transversal
esquemática de una cocina de calentamiento por inducción según la
forma de realización 1 de la presente invención. La figura 2 es un
diagrama de bloques del dispositivo de calentamiento por inducción.
Tal como se ilustra en la las Figuras 1 y 2, una placa superior 10
realizada en material cerámico se proporciona en la parte superior
de una carcasa 12 y una olla 9 a calentar está situada sobre la
placa superior 10. Un conector de alimentación de corriente 19 está
conectado a una fuente de alimentación comercial 11. La fuente de
alimentación comercial 11 está conectada a la entrada de una sección
de rectificación/alisado 13 en la carcasa 12. La sección de
rectificación/alisado 13 comprende un rectificador de onda completa
13a que tiene una construcción de diodos montados en puente y un
primer condensador de alisado 13b conectado entre las salidas de
corriente continua del rectificador de onda completa 13a.
El primer condensador de alisado 13b tiene ambos
extremos conectados a un circuito inversor 7 unido a una bobina de
calentamiento por inducción 8. El circuito inversor 7 y la bobina de
calentamiento por inducción 8 proporciona un inversor de alta
frecuencia. El circuito inversor 7 comprende un conjunto provisto de
un primer elemento de conmutación 7c (implantado por un IGBT en esta
forma de realización) y un segundo elemento de conmutación 7d
(implantado por un IGBT en esta forma de realización) conectado en
serie al elemento 7c. El primer elemento de conmutación 7c está
conectado en montaje en paralelo inverso a un primer diodo 7e,
mientras que el segundo elemento de conmutación 7d está conectado en
un montaje paralelo inverso a un segundo diodo 7f. El conjunto de
los IGBT, 7c y 7d, tiene ambos extremos conectados a un segundo
condensador de alisado 7b. Una inductancia de choque 7a está
conectada entre un nodo del conjunto y un terminal positivo del
rectificador de onda completa 13a. El extremo de potencial más bajo
del conjunto está conectado a un terminal negativo del rectificador
de onda completa 13a. La bobina de calentamiento por inducción 8
está conectada en serie a un condensador resonante 7g para formar
otro conjunto que está conectado entre el nodo de los elementos de
conmutación del conjunto y el terminal negativo del rectificador de
onda completa 13a.
Un transformador de corriente 14 detecta una
corriente fuente suministrada desde la fuente de alimentación
comercial 11 al circuito inversor 7 y proporciona un detector de
corriente fuente 15 con una señal de detección. El detector de
corriente fuente 15 genera y proporciona a la salida una señal de
detección proporcional a la magnitud de la corriente fuente a un
controlador 18 y un detector de cambio de corriente fuente 16.
El detector de cambio de corriente fuente 16
genera y proporciona a la salida una señal de detección a una unidad
examinadora de cambios 17 que suministra una señal de examen al
controlador 18. El detector de cambio de corriente fuente 16 y la
unidad examinadora de cambio 17 constituyen una sección de detección
de desplazamiento. El controlador 18 excita el primer elemento de
conmutación 7c y el segundo elemento de conmutación 7d en el
circuito inversor 7.
A continuación se describirá una operación de la
cocina de calentamiento por inducción que presenta la disposición
anterior. La fuente de alimentación comercial 11 genera una
corriente que se rectifica por el rectificador de onda completa 13a
y el primer condensador de alisado 13b activa el inversor de alta
frecuencia, incluyendo el circuito inversor 7 y la bobina de
calentamiento por inducción 8.
La Figura 3 ilustra formas de onda de señales en
la cocina según la forma de realización 1. Una forma de onda (a)
representa una corriente Ic2 que circula en el segundo elemento de
conmutación 7d y el segundo diodo 7f. Una forma de onda (b)
representa una corriente Ic1 que circula en el primer elemento de
conmutación 7c y el primer diodo 7e. Una forma de onda (c)
representa una tensión Vce2 entre un colector y un emisor del
segundo elemento de conmutación 7d. Una forma de onda (d) representa
una tensión Vce1 entre un colector y un emisor del primer elemento
de conmutación 7c. Una forma de onda (e) representa una corriente IL
que circula por la bobina de calentamiento por inducción 8.
Cuando el segundo elemento de conmutación 7d es
activado, un circuito cerrado constituido por la bobina de
calentamiento por inducción 8, el condensador resonante 7g y el
segundo elemento de conmutación 7d (o el segundo diodo 7f) genera
una corriente resonante que circula por el circuito cerrado y
simultáneamente, la inductancia de choque 7a almacena una energía.
Al desactivarse el segundo elemento de conmutación 7d, la energía
almacenada se descarga a través del primer diodo 7e al segundo
condensador de alisado 7b.
Una vez desactivado el segundo elemento de
conmutación 7d, se activa el primer elemento de conmutación 7c y una
corriente circula por el primer diodo 7e. A continuación, una
corriente resonante circula en un circuito cerrado que está
constituido por el primer elemento de conmutación 7c (o el diodo
7e), la bobina de calentamiento por inducción 8, el condensador
resonante 7g y el segundo condensador de alisado 7b.
Una frecuencia de excitación para el primer
elemento de conmutación 7c y el segundo elemento de conmutación 7d
se ajusta en torno a 25 kHz y una carga de excitación se ajusta en
torno a 1/2, según se representa en la Figura 3. Las respectivas
impedancias de la bobina de calentamiento por inducción 8 y el
condensador resonante 7g se determinan de modo que, a una frecuencia
resonante determinada, cuando la olla 9 realizada en el material
dado (v.g. material conductor y no magnético, tal como aluminio)
esté colocada en un lugar (v.g. un área de calentamiento) de la
placa superior 10, es aproximadamente tres veces mayor que la
frecuencia de excitación. De este modo, la frecuencia resonante se
determina para ser sustancialmente 75 kHz.
La bobina de calentamiento por inducción 8 genera
una corriente de alta frecuencia de aproximadamente 75 kHz y
calienta efectivamente la olla 9 realizada en aluminio. El inversor
de alta frecuencia de la forma de realización 1 proporciona un
calentamiento eficaz, puesto que las corrientes regenerativas, que
circulan en el primer diodo 7e y en el segundo diodo 7f, se
suministran al segundo condensador de alisado 7b pero no al primer
condensador de alisado 13b. Puesto que el segundo condensador de
alisado 7b suaviza la envolvente de la corriente de alta frecuencia
a suministrar a la bobina de calentamiento por inducción 8 más que
un dispositivo de cocina convencional, se reduce una componente
indeseada, a una frecuencia comercial, en vibraciones de la olla
durante su calentamiento.
Además, el inversor de alta frecuencia de la
forma de realización tiene la ventaja de disminuir la potencia de
entrada cuando el acoplamiento magnético entre la bobina de
calentamiento por inducción 8 y la olla 9 disminuye bajo las mismas
condiciones de excitación (tal como la frecuencia de excitación y la
carga de excitación).
A la recepción de la señal, que es proporcional a
la corriente fuente, que es objeto de salida desde el detector de
corriente fuente 15, el controlador 18 realiza el control de la
potencia de entrada (una salida del inversor de alta frecuencia)
para que tenga un nivel predeterminado ajustando la frecuencia de
excitación o la carga de excitación para excitar el primer elemento
de conmutación 7c y el segundo elemento de conmutación 7d.
En el arranque, el controlador 18 ajusta la
frecuencia de excitación o la carga de excitación para incrementar
la salida del inversor de alta frecuencia desde un nivel bajo a un
nivel predeterminado, según se indica por una línea de trazos
continua A1 y una línea de trazos A1 en la Figura 4A. La corriente
fuente se incrementa a un nivel que corresponde al nivel de ajuste
de la potencia, según se indica por la línea A2 en la Figura 4B.
La olla 9, realizada en material no magnético muy
conductor, tal como aluminio se puede desplazar o hacerse flotar
por fuerzas de repulsión. La corriente aplicada a la bobina de
calentamiento por inducción 8 se incrementa y de este modo, aumenta
también la intensidad de la corriente inducida para la olla 9.
El desplazamiento o la flotación de la olla 9 se
produce antes de que aumente la potencia desde un nivel más bajo al
nivel de ajuste establecido en el encendido. A continuación,
disminuye el régimen creciente de la potencia de entrada, según se
indica por la curva B1 en la Figura 4A y un régimen creciente de la
corriente fuente disminuye según se indica por una curva B2 en la
Figura 4B.
El detector de cambio de corriente fuente 16 mide
un régimen de cambio de la corriente fuente sobre la base de la
salida de señal desde el detector de corriente fuente 15 y
transfiere dicha tasa de cambio a la unidad examinadora de cambios
17. La unidad examinadora de cambios 17 considera que la olla 9 es
desplazada por las puertas de repulsión si la tasa del cambio de la
corriente fuente permanece en un primer rango durante un tiempo
predeterminado. La señal resultante se transfiere al controlador 18.
Al recibir la señal resultante, el controlador 18 detiene la
operación de circuito inversor 7 o controla la salida del circuito
inversor 7 para inhibir el desplazamiento de la olla 9.
La Figura 5 ilustra una operación del
controlador. La Figura 5, de forma similar a la Figura 4,
representa una variación con respecto al tiempo de la potencia de
entrada y una variación con respecto al tiempo de la corriente de
entrada. Según se representa en la Figura 5, un cambio de una
inclinación de la corriente de entrada causado por el desplazamiento
o flotación de la olla 9 es detectado en sustancialmente 0,1
segundos después de producirse el cambio y a continuación, la
potencia de entrada se controla a un nivel más bajo que el nivel de
ajuste.
Si el circuito inversor 7 para el control de la
potencia tiene una respuesta rápida, el controlador 18 puede
responder con rapidez a un cambio del acoplamiento magnético y
ajusta la condición de excitación para incrementar la potencia de
entrada. Esta respuesta rápida puede interrumpir consecuentemente la
detección del cambio de la corriente fuente causado por el
desplazamiento o flotación de la olla 9. Para corregir esta
situación, el controlador 18 de esta forma de realización tiene una
velocidad de incremento de la potencia de entrada por unidad de
tiempo determinado para estar cerca o ser menor que dicha velocidad
cuando se puede detectar el cambio de la corriente fuente.
Según un experimento, fue conformado que un
tiempo requerido para detectar el desplazamiento o flotación de una
olla era más corto que sustancialmente 0,1 segundo. Cuando el tiempo
necesario para detectar el desplazamiento o flotación de una olla ya
no es más largo que sustancialmente 0,1 segundos, l desplazamiento o
flotación de la olla no es visible, permitiendo de este modo que un
usuario pueda cocinar con facilidad. Según los experimentos
realizados por un inventor, cuando el tiempo necesario para detectar
el desplazamiento o flotación era 1 segundo, el desplazamiento de la
olla 9 puede notarse más. Por lo tanto, el tiempo necesario para
detectar el desplazamiento o flotación no excede preferentemente un
segundo y más preferentemente, no es más largo que 0,1 segundo. Esta
condición impide que se note el desplazamiento o la flotación.
Tal como se describió anteriormente, la cocina de
calentamiento por inducción de esta forma de realización comprende
el detector de corriente fuente 15 para detectar la corriente fuente
suministrada al inversor de alta frecuencia incluyendo la bobina de
calentamiento por inducción 8 y el circuito inversor 7, el detector
de cambio de corriente fuente 16 para detectar el desplazamiento o
flotación de la olla 9 y la unidad examinadora de cambio 17. En
respuesta a la salida de la unidad examinadora de cambio 17, el
controlador 18 determina la salida del inversor de alta frecuencia.
Esta estructura permite que la cocina de calentamiento por inducción
tenga un pequeño número de componentes primarios, reduciendo de este
modo su coste. Al examinar la salida del detector de corriente
fuente 15 para determinar la potencia de entrada, la cocina permite
impedir que se desplace o flote la olla 9 aun cuando el usuario no
toque dicha olla al iniciarse el calentamiento.
Según esta forma de realización, la corriente
fuente suministrada al inversor de alta frecuencia se mide por el
detector de salida para detectar fácilmente una variación con
respecto al tiempo de la salida del inversor de alta frecuencia y se
utiliza para un detector de desplazamiento. El detector de corriente
fuente se suele utilizar para ajustar la salida del inversor de alta
frecuencia y se puede adaptar para detectar una variación con
respecto al tiempo de la magnitud de la salida del inversor de alta
frecuencia. Por lo tanto, el dispositivo de calentamiento por
inducción de la forma de realización puede ser de bajo coste y tener
un pequeño número de componentes primarios.
El circuito inversor 7, según esta forma de
realización, comprende un inversor que tiene dos elementos de
conmutación; sin embargo, puede comprender un inversor de tensión
resonante que presenta un elemento de conmutación único, en el que
la corriente de entrada varía en proporción a un cambio del
acoplamiento magnético con una carga (el objeto que se va a
calentar). En una forma de realización ventajosa, el inversor 7 de
la forma de realización puede calentar la olla 9 realizada en
material de alta conductividad y una pequeña permeabilidad
magnética, tal como aluminio. Durante el calentamiento del material,
un circuito resonante constituido por la bobina de calentamiento
por inducción 8, el condensador resonante 7g y la olla 9 tiene un
valor Q grande (una resonancia aguda) aumentando, de este modo, un
cambio de la salida del inversor 7 y de la bobina 8 según un cambio
del acoplamiento magnético entre la bobina de calentamiento 8 y la
olla 9 bajo las mismas condiciones de excitación. Esto permite que
se detecte con exactitud (y de forma sensible) el desplazamiento o
flotación de la olla 9. (Dichos efectos ventajosos se proporcionan
en las formas de realización siguiente).
La salida del inversor se cambia, pero no se
limita, ajustando la frecuencia de excitación del circuito inversor
7 o la carga de excitación entre los elementos de conmutación según
la forma de realización. (Esta situación se describirá en las
formas de realización siguientes).
Cuando algunas o la totalidad de las funciones
del detector de cambio de corriente fuente 16, la unidad
examinadora de cambio 17 y el controlador 18 son implantadas por un
microordenador, el dispositivo de calentamiento por inducción puede
presentar un pequeño tamaño, una mejora en la manipulación y estar
protegido contra el desplazamiento de la olla. La disposición
circuital o el programa para proporcionar las funciones del
microordenador no está limitada a la de la forma de realización
descrita. (Esta situación se describirá en las formas de
realización siguientes).
En la descripción anterior de la forma de
realización, la olla, es decir, el objeto que se va a calentar, se
desplaza o flota a la iniciación del calentamiento. La acción de
detección de la forma de realización es aplicable a otro caso en
que el objeto se desplace o flote durante el calentamiento (por
ejemplo, mientras se evapora el contenido en una olla y siendo
reducido su peso). En este último caso, el detector detecta que se
reduce la corriente de entrada respecto a su nivel constante. (Esta
situación se describirá en las formas de realización
siguientes).
Según la forma de realización 1, el detector de
salida mide la magnitud (máxima o media) de la salida del inversor
de alta frecuencia y de este modo, detecta un cambio del
acoplamiento magnético entre la bobina de calentamiento por
inducción y el objeto en el dispositivo de calentamiento por
inducción bajo las mismas condiciones de excitación. En el caso de
que las condiciones de excitación de los elementos de conmutación
para controlar la salida del inversor de alta frecuencia permanezcan
invariables, cuando disminuye el acoplamiento magnético, disminuye
la salida del inversor de alta frecuencia. Cuando aumenta el
acoplamiento magnético, aumenta también la salida.
Según la descripción anterior, el detector de
desplazamiento mide un cambio del acoplamiento magnético entre la
bobina de calentamiento por inducción y la olla sobre la base de un
cambio de la magnitud de la salida del inversor de alta frecuencia
detectado por el detector de salida, detectando, de este modo, un
cambio de la distancia o la relación posicional entre la bobina de
calentamiento por inducción y la olla.
El detector de desplazamiento mide una variación
con respecto al tiempo de la salida del inversor de alta frecuencia
así como la magnitud de la salida del inversor. De este modo, el
detector puede detectar el desplazamiento de la olla causado por
fuerzas de repulsión generadas por las respectivas corrientes que
circulan en la bobina de calentamiento por inducción y por la olla
sobre la base de un cambio de la salida cuando esta última se
incrementa gradualmente desde un nivel inicial bajo al nivel de
ajuste, es decir, durante una iniciación suave. Además, el detector
detecta el desplazamiento de la olla causado por las fuerzas de
repulsión generadas por una acción mutua de las corrientes que
circulan en la bobina de calentamiento por inducción y en la olla
sobre la base de un cambio del acoplamiento magnético medido cuando
la olla se desplaza o se hace flotar intencionadamente por el
usuario.
La salida del inversor de alta frecuencia está
controlada en respuesta al resultado de la medición del detector de
desplazamiento. Cuando se detecta el desplazamiento o flotación del
objeto que se va a calentar, la salida del inversor de alta
frecuencia disminuye o se interrumpe temporalmente para evitar
continuamente la operación de cocción insegura y, si así se desea,
puede emitirse un sonido de alarma. Además, la salida puede
ajustarse para continuar una operación de cocción.
Según la forma de realización, el detector del
desplazamiento detecta el desplazamiento o flotación del objeto
basado en una variación con respecto al tiempo de la magnitud de la
salida del inversor de alta frecuencia antes de que la salida del
inversor de alta frecuencia aumente desde un nivel inicial bajo a un
nivel de ajuste estable en la iniciación del funcionamiento. Esta
operación puede proteger al objeto contra la flotación antes de que
la salida alcance el nivel de ajuste desde la iniciación de la
operación.
Cuando la salida del inversor de alta frecuencia
alcanza el nivel de ajuste, el detector de desplazamiento de la
forma de realización detecta el desplazamiento o la flotación del
objeto basado en la variación con respecto al tiempo de la salida
del inversor de alta frecuencia. Esta operación puede proteger al
objeto de la flotación cuando el objeto tenga un peso que disminuye
dependiendo de la evaporación o del escape del agua contenida en el
objeto o dependiendo de una eliminación de contenido en el objeto,
durante la operación de calentamiento del dispositivo de
calentamiento por inducción.
Ejemplo de forma de realización
2
La figura 6 es una vista en sección transversal
esquemática de una cocina de calentamiento por inducción según la
forma de realización preferida 2 de la presente invención. La figura
7 es un diagrama de bloques de circuitos de la cocina. Un circuito
inversor 7, una bobina de calentamiento por inducción 8, una
cazuela 9 proporcionada como un objeto a calentar, una placa
superior 10, una carcasa 12, una sección de rectificación/alisado
13 y un conector de fuente de alimentación 19 representados en las
figuras 6 y 7 son idénticos a los representados en la forma de
realización preferida 1, se indicarán por referencias numéricas
similares en las figuras 1 y 2 y por ello, ya no se describirán con
más detalle.
La característica siguiente se diferencia de la
existente en la forma de realización preferida 1. Un transformador
de corriente 20 detecta una corriente que circula en la bobina de
calentamiento por inducción 8. Un detector de corriente de la
bobina 21 mide una magnitud de la corriente que circula en la bobina
de calentamiento por inducción 8. Un detector de cambio de
corriente de bobina 22 detecta una variación con respecto al tiempo
de la magnitud de la corriente que circula en la bobina de
calentamiento por inducción 8 (detecta una variación con respecto
al tiempo de un máximo o promedio de la corriente). Una unidad
examinadora de cambios examina el resultado de la detección del
detector de cambio de corriente de bobina 22 para determinar si el
desplazamiento o la flotación de la olla 9 es causado, o no, por las
fuerzas de repulsión entre la bobina de calentamiento por inducción
8 y la olla 9. Un controlador 24 controla una salida del circuito
inversor 7.
Al recibir una salida de señal desde el detector
de cambio de corriente de bobina 21, la unidad examinadora de
cambios 23 determina el desplazamiento o la flotación de la olla 9
sobre la base de una variación con respecto al tiempo de la
corriente que circula en la bobina de calentamiento por inducción
8.
La señal a la salida del detector de cambio de
corriente de bobina 21 se aplica como entrada al controlador 24 y
el controlador suprime una entrada de potencia al circuito inversor
7 cuando los elementos de conmutación 7e y 7f reciben una carga
excesiva debido a un incremento de la corriente en la bobina de
calentamiento por inducción 8 para la olla 9 realizada en material
de acero inoxidable no magnético. Puesto que el acoplamiento
magnético entre la bobina de calentamiento por inducción 8 y la olla
8 se hace más débil, la corriente que circula en la bobina de
calentamiento por inducción 8 disminuye mientras el circuito
inversor 7 se excita a una frecuencia constante con una carga de
excitación.
Tal como se representa en las figuras 8A y 8B, se
detecta un cambio (un decremento) de una inclinación de la
corriente en la bobina de calentamiento por inducción 8, que resulta
de una disminución del acoplamiento magnético entre la bobina de
calentamiento por inducción 8 y la olla 9, causada por el
desplazamiento o la flotación de la olla 9 en la iniciación del
funcionamiento o durante un periodo suave de dicha iniciación. A
continuación, el calentamiento se detiene o suprime para reducir la
potencia de entrada e impedir, de este modo, el desplazamiento o la
flotación de la olla 9.
Según esta forma de realización preferida, se
detecta un cambio de la corriente que circula en la bobina de
calentamiento por inducción 8. La detección del cambio de la
corriente permite que se detecte un cambio de una operación del
inversor con más rapidez que una detección de un cambio de una
entrada de corriente al inversor y de este modo, permite que se
detecte más rápido el desplazamiento o la flotación de la olla
9.
El detector de salida mide la corriente de alta
frecuencia que se genera por el inversor de alta frecuencia y
circula en la bobina de calentamiento por inducción, el elemento de
conmutación y el condensador resonante y de este modo, puede
detectar una variación con respecto al tiempo de la magnitud de la
salida del inversor de alta frecuencia. El detector de salida puede
funcionar como un detector de corriente de alta frecuencia para
detectar un cambio del acoplamiento magnético a la alta sensibilidad
usada en un circuito protector o un detector de sobrecarga para
eliminar sobretensiones o sobreintensidades de corriente.
Ejemplo de forma de realización
3
La figura 9 es un diagrama de bloques de
circuitos de una cocina de calentamiento por inducción según la
forma de realización preferida 3 de la presente invención. En la
figura 9, los componentes similares se indican por referencias
numéricas similares como los de la forma de realización preferida 2,
representada en la figura 7 y sus funciones ya no se describirán
con detalle.
La cocina de esta forma de realización preferida
es diferente de la cocina de la forma de realización preferida 2 en
las características siguientes. Un detector de tensión de alta
frecuencia 25 mide una tensión de un condensador resonante 7g, un
componente en un circuito inversor 7. Un detector de cambio de
tensión 26 mide una variación con respecto al tiempo de la tensión
sobre la base de una salida de señal desde el detector de tensión
de alta frecuencia 25. Una unidad examinadora de cambios 27 detecta
un desplazamiento o la flotación de la olla 9 sobre la base de un
resultado de la medición del detector de cambio de la tensión
26.
La otra disposición y operación son idénticas a
las descritas en la forma de realización preferida 2. Puesto que la
tensión del condensador resonante 7g es sustancialmente proporcional
a la corriente que circula en la bobina de calentamiento por
inducción 8, la cocina de esta forma de realización preferida
presenta efectos similares a los descritos en la forma de
realización preferida 2.
La tensión del condensador resonante 7g se puede
medir con un divisor de resistencias, lo que permite que la cocina
de calentamiento por inducción sea de bajo coste y tenga un tamaño
más pequeño que el de la forma de realización preferida 2, que
comprende un transformador de corriente para medir la intensidad
de la corriente. Además, los efectos ventajosos de esta forma de
realización preferida se pueden obtener con bajo coste utilizando
una salida de tensión desde un dispositivo de protección contra
tensiones que está provisto para control de la tensión.
Según esta forma de realización preferida, las
cocinas de calentamiento por inducción se describen, y sin embargo
sus ventajas y efectos se pueden obtener igualmente, mediante un
dispositivo de calentamiento por inducción, en el que puede cambiar
la relación de posición entre una bobina de calentamiento por
inducción y un objeto a calentar, tal como un dispositivo de
calentamiento metálico instalado en un recinto metálico para uso
comercial. El detector de salida mide la tensión de alta frecuencia
generada por el inversor de alta frecuencia por ejemplo, una
tensión de la bobina de inducción, el condensador resonante o el
elemento de conmutación y por lo tanto, puede medir fácilmente una
variación con respecto al tiempo de la magnitud de una salida del
inversor de alta frecuencia y su rendimiento. El detector de tensión
puede instalarse con menor coste en un tamaño más pequeño que un
detector de corriente.
El detector de salida de las formas de
realización puede estar dispuesto para medir al menos dos de una
variación con respecto al tiempo de una magnitud de la corriente
fuente, una variación con respecto al tiempo de una magnitud de la
corriente de alta frecuencia y una variación con respecto al tiempo
de la magnitud de alta frecuencia desde el inversor de alta
frecuencia, que a continuación son introducidas en el detector de
desplazamiento.
Un dispositivo de calentamiento por inducción,
según la presente invención, impide que se desplace y flote el
objeto que se va a calentar, tal como una olla, debido a un campo
magnético generado por una bobina de calentamiento por inducción.
El dispositivo de calentamiento por inducción es de bajo coste
puesto que tiene una disposición simple con algunos componentes
extras. El dispositivo de calentamiento por inducción presenta una
alta fiabilidad operativa debido al número reducido de
componentes.
Claims (3)
1. Dispositivo de calentamiento por inducción,
que comprende:
una bobina de calentamiento por inducción (8)
para generar un campo magnético de alta frecuencia para calentar un
objeto (9);
un inversor (7) para suministrar una corriente de
alta frecuencia a la bobina de calentamiento por inducción; y
un detector de salida (14, 15, 20, 21, 25) para
detectar una magnitud de una salida del inversor detectando una
entrada de corriente fuente de alimentación al inversor, o
detectando un máximo o un valor medio de una corriente de alta
frecuencia o tensión generada por el inversor,
caracterizado por
un detector de desplazamiento (16, 17, 22, 23,
26, 27), para medir una variación con respecto al tiempo de la
magnitud de la salida del inversor detectada por el detector de
salida y para detectar un desplazamiento del objeto basado en el
cambio medido, y
un controlador (18) para controlar la salida del
inversor en respuesta a un resultado de detección del detector de
desplazamiento.
2. Dispositivo de calentamiento por inducción
según la reivindicación 1, en el que el detector de desplazamiento
detecta un desplazamiento del objeto basado en la variación con
respecto al tiempo de la magnitud de la salida del inversor antes
de que la salida del inversor se desplace a un nivel estable desde
un nivel inicial más bajo que el nivel estable.
3. Dispositivo de calentamiento por
inducción según la reivindicación 1, en el que el detector de
desplazamiento detecta un desplazamiento del objeto basado en la
variación con respecto al tiempo de la magnitud de la salida del
inversor mientras la salida está en un nivel estable.
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