ITTO20090840A1 - Piano cottura a induzione - Google Patents

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale dal titolo:

“PIANO COTTURA A INDUZIONE”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un piano cottura a induzione secondo il preambolo della rivendicazione 1.

I piani cottura a induzione sono dispositivi che sfruttano il fenomeno del riscaldamento per induzione per la cottura dei cibi.

In questi piani cottura, la pentola viene posizionata al di sopra di un piano di materiale ceramico, che contiene a sua volta degli induttori sostanzialmente costituiti da spire di filo di rame appoggiate su un supporto; facendo circolare una corrente oscillante nelle spire (per esempio, una corrente alternata) si produce un campo elettro-magnetico anch’esso oscillante.

Questo campo elettro-magnetico ha l’effetto principale di indurre una corrente parassita all’interno della pentola, realizzata di un materiale che sia conduttore elettrico. La corrente parassita circolante nella pentola produce calore per dissipazione; questo calore è localizzato solo nella pentola ed agisce senza scaldare il piano cottura.

Questo tipo di piani cottura senza fiamma presentano un’efficienza migliore rispetto ai piani cottura elettrici (ossia, una frazione maggiore della potenza elettrica assorbita viene convertita in calore che scalda la pentola). Inoltre i piani cottura a induzione risultano più sicuri da utilizzare per la mancanza di superfici di per sé calde o di fiamme, riducendo il rischio di ustioni per l’utente o di incendi.

Dal momento che il calore viene generato da correnti indotte, il sistema di controllo del piano cottura, monitora secondo metodi noti le correnti che percorrono le spire degli induttori; in questo modo è possibile effettuare la regolazione automatica della potenza fornita a ciascun induttore, utile in particolare nel caso in cui la pentola non copra la totalità dell’induttore, per adattare la quantità di potenza fornita alle dimensioni della pentola. Inoltre tale monitoraggio di corrente consente di rilevare automaticamente la presenza di una pentola al di sopra degli induttori e spegnerli automaticamente qualora la pentola venga rimossa dalla superficie.

Per consentire la migliore cottura possibile dei cibi mediante un riscaldamento efficace della pentola, il sistema di spire deve essere tale da assicurare un campo elettro-magnetico omogeneo sulla zona corrispondente alla base della pentola. Poiché sul medesimo piano cottura si possono venire a trovare pentole di forme e dimensioni differenti, la disposizione e la forma delle spire rivestono un ruolo particolarmente importante.

Il brevetto EP0971562 descrive un piano cottura a induzione in cui una zona di cottura circolare, destinata a ricevere una pentola, è provvista di quattro induttori circolari disposti simmetricamente rispetto al centro della zona di cottura, in modo tale che la superficie occupata dagli induttori sia il più possibile pari alla zona di cottura da riscaldare. Per quanto efficace, questa soluzione ha lo svantaggio di non funzionare efficacemente con pentole che hanno una base di area diversa rispetto a quella della zona cottura.

I brevetti EP1575336 ed EP1858300 descrivono piani cottura a induzione comprendenti un gran numero di induttori di dimensioni uguali fra loro e disposti ordinatamente, anche sovrapposti, per creare un campo elettro-magnetico omogeneo sotto tutta la zona di cottura destinata a ricevere la pentola.

Questi piani cottura creano un calore più omogeneo, ma a causa dell’elevato numero di induttori risultano complessi da realizzare; infatti, gli induttori vanno disposti molto ravvicinati fra loro, e nel caso siano sovrapposti vanno posizionati su strati differenti. Inoltre questi piani cottura hanno lo svantaggio di richiedere un controllo degli induttori molto sofisticato per evitare di fornire potenza ad elementi che non sono esattamente in corrispondenza della pentola.

Scopo della presente invenzione è quello di presentare un piano cottura a induzione che risolva i problemi dell’arte nota.

In particolare è scopo della presente invenzione quello di presentare un piano cottura che, senza eccedere nel numero di induttori utilizzati, sia in grado di scaldare efficacemente pentole di dimensioni diverse.

Ulteriore scopo della presente invenzione è di presentare un piano cottura ad induzione che risulti di realizzazione più semplice ed economica.

Infine, ulteriore scopo della presente invenzione è di presentare un piano cottura il cui controllo e regolazione risultino meno onerosi rispetto alle soluzioni dell’arte nota.

Questi ed altri scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante un piano cottura incorporante le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, le quali formano parte integrante della presente descrizione.

L’idea generale alla base della presente invenzione è di prevedere nel piano cottura una pluralità di induttori di dimensioni diverse disposti con i loro centri disposti lungo circonferenze concentriche, dove induttori disposti con i centri su circonferenze più esterne presentano dimensioni inferiori rispetto a induttori disposti con i centri su circonferenze più interne.

Questa soluzione consente di superare gli svantaggi dell’arte nota; infatti, rispetto ai piani cottura con pochi elementi disposti simmetricamente, questa soluzione consente riscaldare omogeneamente pentole con dimensioni di base diverse.

Inoltre, rispetto ai piani cottura con numerosi elementi uguali di ridotte dimensioni, questa soluzione consente di utilizzare un minor numero di induttori per accomodare e riscaldare efficacemente pentole di dimensioni diverse.

Vantaggiosamente, il controllo degli induttori a diverse distanze dal centro del piano cottura risulta semplificato ed attuabile mediante un numero ridotto di dispositivi di controllo noti.

Pertanto il piano cottura risulta più efficiente dal punto di vista dei consumi energetici, in quanto a seconda della dimensione della pentola il dispositivo di controllo fornisce potenza ad un numero ridotto di avvolgimenti che sono effettivamente necessari a riscaldare la pentola.

Inoltre, vantaggiosamente, la disposizione simmetrica degli induttori consente di riscaldare efficacemente anche tegami di forma allungata posti in corrispondenza di una fila di induttori, qualora il dispositivo di controllo preveda questa possibilità.

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione dettagliata che segue e dai disegni annessi, forniti a puro titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:

− La figura 1 mostra un primo piano cottura ad induzione secondo gli insegnamenti dell’arte nota.

− La figura 1b mostra una vista laterale del piano cottura di figura 1.

− La figura 2 mostra un secondo piano cottura ad induzione secondo gli insegnamenti dell’arte nota.

− La figura 3 mostra una prima forma di realizzazione del piano cottura secondo la presente invenzione.

− La figura 4 mostra un primo esempio di induttori utilizzabili per il piano cottura di figura 3. − La figura 5 mostra un secondo esempio di induttori utilizzabili per il piano cottura di figura 3.

− La figura 6 mostra un terzo esempio di induttori utilizzabili per il piano cottura di figura 3. − La figura 7 mostra una seconda forma di realizzazione del piano cottura secondo la presente invenzione.

− La figura 8 mostra una terza forma di realizzazione del piano cottura secondo la presente invenzione.

− La figura 9 mostra una quarta forma di realizzazione del piano cottura secondo la presente invenzione.

Nella figura 1 viene illustrato un esempio di piano cottura ad induzione 101 secondo l’arte nota, del tipo con pochi induttori disposti simmetricamente lungo una circonferenza. In particolare, il piano comprende quattro induttori 102 non sovrapposti di forma circolare, e disposti attorno ad un centro di simmetria 103; si può notare come i centri degli induttori giacciano sulla medesima circonferenza 104. La figura 1b mostra una vista laterale del medesimo piano cottura 101, in cui sono visibili gli avvolgimenti 105 appoggiati su un supporto 106 che realizzano un induttore, e il dispositivo di alimentazione e controllo 107 noto.

La figura 2 illustra un secondo esempio di piano cottura ad induzione 201 secondo l’arte nota, del tipo in cui un gran numero di induttori di dimensioni uguali fra loro sono disposti ordinatamente a formare una matrice che minimizzi gli spazi liberi. In questo caso il piano comprende una pluralità di induttori circolari disposti modularmente, in maniera tale che ciascun induttore 202 è tangente sul suo bordo esterno ai sei induttori 203,204,205,206,207,208 a lui adiacenti, realizzando una disposizione compatta; similmente sarebbe possibile replicare la medesima configurazione mediante induttori di forma esagonale, o utilizzare configurazioni comprendenti induttori di forma quadrata o rettangolare.

La figura 3 mostra un primo esempio di realizzazione del piano cottura ad induzione 301 oggetto della presente invenzione. In questo esempio gli induttori hanno forma sostanzialmente circolare, ossia comprendono una spirale arrotolata intorno ad un corpo centrale disposto in modo tale da occupare un’area sostanzialmente circolare.

La spirale è realizzata mediante fili di materiale elettricamente conduttore, tipicamente rame, di sezione ridotta che sono collegati mediante due terminali ad un generatore di frequenza, non mostrato in figura, in grado di generare una corrente o una tensione variabili nel tempo, in particolare una tensione alternata.

La forma circolare può essere ottenuta ad esempio utilizzando un corpo centrale dell’induttore a forma di spirale 401 (come mostrato in figura 4) collegato ai terminali di alimentazione 402, oppure a forma di anelli concentrici 501 collegati tra loro ed ai terminali di alimentazione 502 (come mostrato in figura 5).

Ugualmente (come mostrato in figura 6), un induttore di forma circolare può essere ottenuto utilizzando quattro avvolgimenti 601,602,603,604 separati disposti a ricoprire quattro settori di un corpo circolare; ogni avvolgimento è provvisto di una coppia di terminali 605,606,607,608 collegati ad un generatore non mostrato in figura.

Ritornando all’esempio di figura 3, un induttore principale 302 è posto al centro 309 del piano cottura 301; sulle due direzioni ortogonali 303 e 304 vengono posti quattro ulteriori induttori 305 di diametro inferiore rispetto all’induttore 302. I centri degli induttori 305 vengono a trovarsi equidistanti fra loro lungo la circonferenza 306, che ha centro coincidente con quello dell’induttore 302 ossia concentrica al centro 309. Più esterni si trovano quattro ulteriori induttori 307 di diametro ancora inferiore, i cui centri sono equidistanti fra loro lungo la circonferenza di raggio maggiore 308.

In particolare, gli induttori 302, 305 e 307 sono fra loro separati e non si sovrappongono.

Inoltre, si deve precisare che con il termine “centro” riferito agli induttori, si intende in generale il centro geometrico; per induttori di forma circolare come quelli rappresentati in figura 3 e di cui sono forniti esempi in figure 4, 5 e 6, il centro geometrico dell’induttore è il punto equidistante da tutti i punti della sua circonferenza. Nel caso si utilizzassero induttori diversi, per esempio a forma di poligono regolare, il centro geometrico è il punto equidistante dai punti medi dei lati del poligono. Se infine, si utilizzassero induttori di forma qualsiasi, il concetto di centro geometrico va sostituito con il concetto di baricentro, ossia del punto per il quale si annullano i momenti statici (o del prim’ordine), che nel caso di cerchi o figure piane regolari coincide appunto con il centro geometrico.

Preferibilmente, quando un contenitore o una pentola è di dimensioni tali da coprire prevalentemente l’induttore 302, il controllo del piano cottura (non rappresentato) fornisce potenza solo a quest’ultimo per riscaldare efficacemente la pentola.

Invece, se preferibilmente la pentola è di dimensioni tali da coprire sia l’induttore 302 che gli induttori 305 (per esempio la pentola ha un diametro maggiore della circonferenza 306 ma inferiore alla circonferenza 308), il controllo del piano cottura fornisce potenza agli induttori 302 e 305, per assicurare un campo elettromagnetico omogeneo sulla superficie interessata dalla pentola.

Infine, se preferibilmente la pentola è di dimensioni tali da coprire l’induttore 302 e tutti gli induttori 305 e 307 (per esempio la pentola ha un diametro maggiore della circonferenza 308), il controllo del piano cottura fornisce potenza a tutti gli induttori, generando un campo elettro-magnetico uniforme e più esteso possibile.

Il sistema di controllo del piano cottura riconosce, secondo metodi di per sé noti, ad esempio basati sulla misura della corrente circolante negli induttori, la presenza di pentole al di sopra degli induttori ed individua quali induttori alimentare e con quale livello di potenza, anche tenendo conto delle preferenze dell’utente segnalate per esempio tramite un display di regolazione. Qualora il piano non rilevi la presenza di pentole, esso provvede ad interrompere il passaggio di corrente negli induttori corrispondenti.

La soluzione di figura 3 ha l’effetto tecnico di assicurare un campo elettro-magnetico omogeneo nell’area di cottura destinata a ricevere la pentola, senza tuttavia richiedere un numero elevato di induttori. La porzione centrale dell’area di cottura, più utilizzata, viene coperta da un unico induttore di grande dimensione, mentre gli induttori periferici, più piccoli, permettono di chiudere bene gli spazi senza sovrapporre gli induttori.

L’uso di induttori man mano più piccoli all’allontanarsi dal centro della zona di cottura, permette di riscaldare più efficacemente pentole di dimensione diverse dato che gli induttori che sono più esterni rispetto al centro della zona cottura, e che vengono coperti solo parzialmente dalla pentola, hanno dimensione ridotta; rispetto alle soluzioni con induttori tutti uguali, viene pertanto ridotta la potenza che, pur essendo fornita agli induttori, non scalda la pentola.

Inoltre, una distribuzione simmetrica rispetto al centro 309 della zona cottura, come quella di figura 3, permette un controllo semplificato del piano cottura.

In una forma di realizzazione, il controllo del piano cottura (non rappresentato) può essere semplificato controllando gli induttori in gruppi, ad esempio tutti gli induttori i cui centri giacciono su di una stessa circonferenza possono fare parte di un gruppo.

Con riferimento all’esempio di figura 3, ad esempio è possibile suddividere dal punto di vista logico il controllo degli induttori in tre zone corrispondenti al centro della piastra e alle circonferenze 306 e 308.

Alternativamente, il sistema di controllo del piano cottura può regolare separatamente ogni singolo induttore, consentendo di posizionare anche tegami di forma allungata (per esempio, in corrispondenza delle direzioni 303 o 304) oppure di segnalare all’utente che la pentola non è posizionata esattamente al centro della piastra (per esempio mediante un segnale acustico e/o luminoso).

Inoltre, preferibilmente, gli induttori posti a diverse distanze dal centro del piano cottura possono avere potenze diverse fra loro, ossia possono generare campi magnetici che instaurano correnti parassite che dissipano potenze diverse.

Per esempio, tutti gli induttori potrebbero essere alimentati per fornire potenze specifiche (ossia potenze divise per l’area di riferimento da cui sono generate) equivalenti. In questo caso, l’induttore centrale 302 avrebbe una potenza maggiore degli induttori periferici 305 e 307, poiché la sua area è maggiore. Pertanto, sarebbe possibile scaldare efficacemente l’intera superficie della pentola.

Alternativamente, si potrebbe prevedere di fornire un surplus di potenza all’induttore centrale 302, nel caso si desideri una riscaldamento più veloce della pentola, per esempio nel caso si desideri portare ad ebollizione dell’acqua.

La figura 7 rappresenta un piano cottura 701 secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione. In questo esempio quattro induttori 702 sono posti lungo una circonferenza 703 a distanza ravvicinata fra loro presso il centro 711 della zona di cottura individuato dagli assi 704 e 705.

Più all’esterno si trovano gli induttori 706 posti sulla circonferenza 707.

Ad una distanza ancora maggiore dal centro 711 si trovano gli induttori 708 disposti equidistanti fra loro lungo la circonferenza 709.

A differenza dell’esempio di figura 3, il piano cottura di figura 7 non ha un induttore centrale il cui centro coincide con il centro 711 della zona cottura, ossia con il centro comune delle circonferenze concentriche 703,707,709.

Le dimensioni degli induttori 702, 706 e 708 si riducono in modo strettamente monotono allontanandosi dal centro 711 del gruppo di induttori.

La figura 8 rappresenta un piano cottura 801 secondo una terza forma di realizzazione della presente invenzione.

Il piano cottura prevede un induttore centrale 802 e degli induttori 803, 805 e 807 periferici disposti rispettivamente su tre circonferenze concentriche 804, 806 e 808 centrate nel centro centrale della zona cottura ed analoghe all’esempio di figura 3. In aggiunta a questi, il piano cottura 801 comprende anche gli induttori 807, che giacciono su assi diversi dagli assi 809 e 810. In questo esempio gli induttori 807 sono posti sugli assi 811 e 812 con i centri posti in corrispondenza della circonferenza 808.

La disposizione di figura 8 risulta simmetrica rispetto ad un asse 809 o 810 passante per il centro 813 della zona cottura ed ortogonale al piano cottura, ugualmente essa risulta simmetrica rispetto ad uno degli assi 811 o 812 che congiungono il centro 813 della zona cottura con il centro di uno degli induttori 807.

Nell’esempio di figura 8 gli induttori 805 e 807 hanno dimensione uguale, ma inferiore rispetto alle dimensioni degli induttori 803 che giacciono su una circonferenza più vicina al centro 813 della zona cottura.

Gli induttori 803, sono a loro volta di dimensione inferiore rispetto all’induttore centrale 802 (ossia posto su una circonferenza concentrica di raggio zero).

Anche nell’esempio di figura 8 il piano cottura è previsto di una pluralità di induttori di dimensioni diverse, e si ritrova una disposizione tale per cui induttori di dimensioni maggiori sono all’interno della zona di cottura.

In questo caso le dimensioni degli induttori si riducono in modo monotono decrescente allontanandosi dal centro comune delle circonferenze 804,806,808, pertanto induttori posti su due circonferenze adiacenti possono essere di dimensione uguale, ma inferiore rispetto ad induttori posti su circonferenze più interne.

Nella soluzione di figura 3 e 7 le dimensioni si riducono in modo monotono strettamente decrescente.

In aggiunta alle considerazioni già fatte per l’esempio descritto in figura 3, l’accorgimento di aggiungere gli induttori 807 ha l’effetto tecnico di migliorare l’uniformità del campo elettro-magnetico nelle zone più esterne della pentola aggiungendo sorgenti del campo nelle zone in cui vi sono meno induttori. Pertanto questa soluzione ha il vantaggio di fornire un calore più omogeneo alla porzione esterna di pentola, per una cottura migliore dei cibi.

Infine la figura 9 mostra un piano cottura 901 secondo una quarta forma di realizzazione della presente invenzione. In questo esempio, gli induttori sono tredici e sono disposti con i centri lungo gli assi 902, 903 e 904 che individuano sei porzioni simmetriche sul piano cottura. La configurazione di figura 9 è quindi inscrivibile in un esagono regolare con i vertici posti negli induttori 905.

Questa soluzione presenta un maggior grado di simmetria e quindi migliora l’uniformità del campo elettro-magnetico fornendo un calore più omogeneo per una cottura migliore dei cibi.

E’ chiaro che molte varianti sono possibili all’uomo esperto del settore senza per questo fuoriuscire dall’ambito di protezione quale risulta dalle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, il piano di cottura potrebbe prevedere che ciascuno degli induttori abbia una potenza specifica diversa, sia rispetto ad altri induttori posti alla medesima distanza dal centro sia rispetto ad induttori a distanze diverse.

Inoltre, come anche ricordato in precedenza, la forma dei singoli induttori potrebbe essere diversa da circolare, per esempio a forma di poligono regolare o di forma qualsiasi.

Inoltre, la disposizione degli induttori sul piano cottura potrebbe prevedere di combinare caratteristiche qui descritte in riferimento a figure diverse, ma sempre senza fuoriuscire dall’ambito di protezione del presente brevetto.

Infine, la disposizione degli induttori potrebbe seguire la forma di altri poligoni regolari o perfino irregolari senza la presenza di simmetrie, ma sempre disposti lungo circonferenze concentriche, avendo dimensioni decrescenti per distanze maggiori dal centro della piastra.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Piano cottura a induzione comprendente una pluralità di induttori non sovrapposti disposti con i loro centri su circonferenze concentriche, caratterizzato dal fatto che la dimensione di detti induttori di detta pluralità segue una legge monotona decrescente al crescere della distanza dal centro di dette circonferenze.
2. 2. Piano cottura secondo la rivendicazione 1, in cui la dimensione di detti induttori segue una legge monotona strettamente decrescente al crescere della distanza da detto centro di detto piano cottura.
3. 3. Piano cottura secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta pluralità di induttori è disposta simmetricamente rispetto ad almeno un asse passante per il centro di dette circonferenze concentriche.
4. 4. Piano cottura secondo le rivendicazioni 1 o 2 o 3, ulteriormente comprendente un induttore centrale il cui centro è sostanzialmente coincidente con il centro di dette circonferenze concentriche.
5. 5. Piano cottura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui gli induttori di detta pluralità di induttori hanno forma circolare.
6. 6. Piano di cottura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, ulteriormente comprendente mezzi atti a rilevare la presenza di una pentola in corrispondenza di almeno un induttore di detta pluralità ed effettuare l’accensione e la regolazione automatica della potenza di detto almeno un induttore.
7. 7. Piano cottura secondo la rivendicazione 6, in cui detti mezzi di accensione e regolazione automatica di detti induttori controllano simultaneamente raggruppamenti di induttori.
8. 8. Piano cottura secondo la rivendicazione 7, in cui uno di detti raggruppamenti di induttori comprende induttori posti su una di dette circonferenze concentriche.
9. 9. Piano cottura secondo la rivendicazione 7 o 8 quando dipendenti dalla rivendicazione 2, in cui detto asse di simmetria giace nel piano di detti induttori ed in cui uno di detti raggruppamenti comprende induttori disposti su detto asse di simmetria.
10. 10. Piano di cottura secondo le rivendicazioni da 1 a 9, in cui almeno due induttori di detta pluralità hanno potenze diverse fra loro.
11. 11. Piano cottura secondo la rivendicazione 10, in cui detti almeno due induttori hanno centri geometrici disposti a distanze diverse dal centro di dette circonferenze, ed in cui l’induttore più distante ha una potenza inferiore.