JP2008541343A - 誘導装置内の幾つかの誘導コイルに電力を供給するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 極力少ない雑音で誘導調理ホブ（１１）の誘導コイル（Ｌ１、Ｌ２）を作動させる。
【解決手段】 特に作動が交互する間、誘導コイル（Ｌ１、Ｌ２）を同じ周波数ｆ_ｇで（動作モードａ）、または約１８ｋＨｚの周波数差Δｆにて（動作モードｃ）、作動させる。該動作モード間で往復して変化させることにより、誘導コイル（Ｌ１、Ｌ２）の電力が平均時間値にて所定値（Ｐ_１、Ｐ_２）に到達すると同時に、雑音が発生するのを防止することが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、誘導装置内の幾つかの誘導コイルに電力を供給するための方法およびこの方法を実施するための装置に関する。

誘導ホブの場合、幾つかのホットプレートを作動させる際に可聴雑音が生じ得るという問題がしばしば生じる。これらの可聴雑音は一部、操作者により不快であると見なされる。というのも、雑音自体があるという結果としてのみならず、誘導ホブに故障があると想定されるからである。雑音の感覚は、音声レベル強度、および人間の聴力図（すなわち雑音の周波数の関数として）との一致にも依存する。

このような雑音には原因がある。第１に、誘導コイルの真下には磁場制御フェライトが設けられており、この磁場制御フェライトは、誘導コイルの動作周波数の関数として、磁歪すなわち長さ変化を受ける。これは一部、使用している調理器具にも当てはまる。誘導コイルの動作周波数は普通は可聴範囲を超えているが、作動された別の誘導コイルと相互変調する結果として、雑音は可聴となり得る。動作周波数とその調和波との周波数差から、可聴である混合生成物が生じ得る。誘導コイル用の２つの周波数変換器が共通の供給電圧に結合されると、さらなる相互変調が生じ得る。この場合、第１周波数変換器により、第２周波数変換器用の供給電圧が変調される。

本発明の課題は、それを用いて先行技術の問題を回避でき、雑音発生を最小にした幾つかの誘導コイルの有利な作動が可能である前述の方法および装置を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する方法、および請求項８の特徴を有する装置によって解決される。本発明の有利かつ好適な展開はさらなる請求項の主題を成しており、これを以下でより詳しく説明する。請求項の用語を、明確に参照することによって記述の内容の一部とする。

発明の実施の形態

各誘導コイルには、それ自身の周波数変換器またはそれ自身の周波数変換器ユニットによって電力が供給される。本発明によれば、幾つかの誘導コイルが共同して作動される場合、個々の誘導コイルの動作周波数または周波数変換器の周波数の設定は、所与の電力レベルの関数として行われるか、または、以下の可能な動作モードの１つに応じて、周波数間の差、すなわち周波数差に関して、電力の必要値を操作者により入力することによって行われる。

ａ）周波数差が見掛け上ゼロであり、有利にはゼロである。

ｂ）周波数差が１ｋＨｚ未満である。すなわち、有利には存在しているが、比較的小さい。

ｃ）周波数差が１５〜２５ｋＨｚであり、もはや可聴範囲にはない。

第１動作モードａ）では周波数差は生じ得ない。したがって、憂慮すべき相互変調や可聴効果は起こり得ない。

第２動作モードｂ）では、作動中、周波数は互いに非常に近い。周波数差は５００Ｈｚ以下であるのが有利である。設定された周波数または誘導コイルの動作周波数から特定の相互変調が生じるが、周波数差は非常に小さいためほとんど知覚できない。というのも、周波数差が、人間の聴力図の、平均的な人間の耳が比較的感じない範囲にあるからである。

第３動作モードｃ）では、周波数差は人間の耳にとって非常に高い範囲にあるか、または、もはや可聴範囲にはない。本発明の範囲内で、周波数差が約１８ｋＨｚおよび２４ｋＨｚであると、可聴雑音を特に良好に抑制できるということがさらにわかった。

したがって、幾つかの誘導コイルを、憂慮するほど聞こえることなく共同して作動させるには３つの可能性が有効である。これらの３つの動作モードは、有利には、個々の各誘導コイルの平均電力と総平均電力の両方が、操作者により選択された電力段に一致するように使用すべきである。このことが、動作モードａ）またはｂ）のうちの１つによる一定の作動により、すなわち固定された不変の周波数で可能である場合、これは、幾つかの誘導コイルにとって、有利に選択された作動手順となる。

本願で説明するように、この方法によりまさに２つの誘導コイルを作動すると有利である。動作周波数の可能な変更と、周波数差の設定は、とりわけ満足のゆくものであり、予測可能な範囲内で可能である。

各誘導ホットプレートは、単一の誘導コイルを有することができる。別法として、誘導ホットプレートは、幾つかの部分的コイルを含む誘導コイル、および／または、幾つかの発電機または周波数変換器により制御可能な誘導コイルを有してもよい。これは例えば輻射暖房機器と合わせて知られているような、いわゆる多重回路ヒータに対応している。

特に、家庭用分野において、例えば誘導オーブンまたは誘導ホブで使用するための誘導コイルは、約１６〜１００ｋＨｚの周波数範囲で作動させるのが有利である。

動作モードｃ）を使用する有利な手順は、あらゆる作動開始時に、すなわち幾つかのコイルを作動すべき場合、各誘導コイルの操作者によって制御装置により入力された所要値で、最初に誘導コイルが高周波数またはシステムの最高動作周波数で作動されることを含む。特に有利には、これにより、ソースパン検出コイルとしての機能がもたらされる。これにより、加熱に適した調理器具が誘導コイルの上に設置されているかどうかを判断することが可能となる。続いて、少なくとも２つの誘導コイルを作動すべき場合、周波数変換器により周波数が低減される。これは、誘導コイルの総電力が個々の電力レベルの所要値の総電力に一致する程度まで行われる。これがやはり同じ周波数で行われるので、一般に、すなわち電力Ｐの所要値が異なる場合、一方の誘導コイルは必要とされるよりも多い電力で作動され、他方の誘導コイルはそれよりも少ない電力で作動される。そうでない場合、作動は、動作モードａ）またはｂ）のうちの１つに従って行うことができよう。

この適切な総電力は共通の周波数ｆ_ｇで生じる。次に、動作モードｃ）に従って、増大した電力で作動される誘導コイルは周波数差だけ上方に移動する。他方の誘導コイルは、元々存在する周波数に留まる。必要とされるやり方で周波数差が設定されると、続いて、誘導コイルは全て、固定して維持された周波数差Δｆを伴ってそれらの動作周波数内で下方に移動し、総電力が再び所要値に一致する。

所要値に変化がない場合、誘導コイルの周期的作動または交互的作動を後に続けることができる。この作動は特定期間ｔ_ｇの間、共通の周波数ｆ_ｇで起きるように行われ、次式のように計算される。

または、時間ｔ_ｖ、ｔ_ｇ＋ｔ_ｖ＝Ｔの間２つの異なる周波数と周波数差Δｆでの作動が後に続き、作動はこれら２つのモードの間で交互する。

誘導コイルのうちの一方の所要電力値のうち１つが変化するとこの方法が再び実施されて、周波数の値および時間が決まる。

共通の周波数ｆ_ｇでの電力の合計は、異なる周波数での電力の合計に一致しており、同時に、両方の誘導コイルの所要総電力と同じである。

このような作動では、主電源へのフリッカのない結合も可能となる。一方で、前述の動作モードのうちのいずれかに所要値を適合させる設定（示された枠内で周波数差が移動する）が見つからない場合、特定の状況において特定の時間で、フリッカを限定した作動が必要となり、あるいは不可避となる。制限境界条件としては、例えば、周波数変換器の最小動作周波数、周波数変換器内の電流の最大許容振幅、周波数変換器内の共振回路内の最小許容位相、および、生成される磁場に影響を与えるように誘導コイル上に設けられたフェライト内の飽和効果とすることができる。

さらなる可能性において、最初に、低い方の第１周波数差、例えば１８ｋＨｚで条件を満たすことを試みる。これが成功しない場合、または意図するアルゴリズムが設定にとって適切でない場合、幾分高めの第２周波数差である約２４ｋＨｚを試みることができる。

これらの特徴およびさらなる特徴は、請求項、明細書、および図面から推測することができる。個々の特徴は単独に、またはサブコンビネーションの形態でのいずれかで、本発明の実施形態およびその他の分野において実施することができ、独自に保護可能で有利な構造物（ここでこの構造物の保護を請求する）を表すことができる。本願を個々の区分および副題に再分割することは、それに基づいて述べられた一般妥当性を制限するものでは決してない。

線図に関して、以下、本発明の実施形態を説明する。

図１は、誘導ホブ１１を断面で示す。ホットプレート１３上に、電力を設定するための２つの回転式トグル１６、１７を備えた制御装置１５が設置されている。制御装置１５の表現は極めて図式的であり、他のあらゆる種類の制御要素、具体的にはコンタクトスイッチを提供できることが明らかである。

制御装置１５はコントローラ１８に接続されており、とりわけ、回転式トグル１６、１７を設定することによりコントローラに制御命令を再送信する。コントローラ１８もやはり、第１誘導コイルＬ１に周波数ｆ_１を供給する第１周波数変換器１９、および第２誘導コイルＬ２に周波数ｆ_２を供給する第２周波数変換器２０に接続されている。

誘導コイルＬ１、Ｌ２は、公知の仕方でホットプレート１３の下に設置されている。これらの誘導コイルの下面には、公知の仕方でフェライト２１が設けられており、誘導コイルＬにより生成される磁場に影響を与える。誘導コイルＬ１、Ｌ２の上では、ホットプレート１３上に調理器具２２、２３が設置されている。調理器具２３を大きくしているのは、電力の結合をどの程度まで高めるべきか、または望ましいかを表している。このことは回転式トグル１７の位置からも認識することができ、この回転式トグルは、左側の回転式トグル１６よりもさらに右の電力段、従ってこれよりも高い電力段に設定されている。回転式トグル１６は、左側の誘導コイルＬ１により形成される誘導ホットプレートの電力を設定するのに使用され、右側の回転式トグル１７は、右側の誘導コイルＬ２により形成される誘導ホットプレートの電力を設定するのに使用される。

以下で共に説明する図２、図３では、特定の供給電圧周波数で誘導コイルＬ１、Ｌ２に電力Ｐがどのように供給されるかを見ることができる。コイルＬ２の周波数および電力の経路は破線の形で示す。

両方の誘導コイルＬ１、Ｌ２がソースパン検出機能という意味で共通の周波数、つまりｆ_ｍａｘで作動されて作動は開始する。このことは専門家には周知であるので、ここでさらに説明する必要はない。両方の誘導コイルＬ１、Ｌ２に関しては、好適な調理器具、つまり２２および２３が上に設置されているので作動が可能であるということが成立する。この後に、コントローラ１８および周波数変換器１９、２０による電力放出が続く。

次に、周波数変換器１９、２０により設定された周波数は、同じ値を伴ってｆ_ｇまで低減されるが、このことは、両方の誘導コイルＬ１、Ｌ２を同じ周波数ｆ_ｇ、および電力レベルＰ_１（ｆ_ｇ）、Ｐ_２（ｆ_ｇ）で作動すべきであるという指示から生じる。電力Ｐ_１（ｆ_ｇ），Ｐ_２（ｆ_ｇ）は、ｆ_ｇでのプリセット値、および回転式トグル１６、１７により設定された、生成される総電力の所定値から生じる。

共通の周波数ｆ_ｇでの第１作動中に、提供される平均電力ベクトルＰ_１よりも高い電力Ｐ_１（ｆ_ｇ）で誘導コイルＬ１が作動される程度に関して、検出が行われる。誘導コイルＬ２は、提供される平均電力ベクトルＰ_２を下回る電力Ｐ_２（ｆ_ｇ）で作動される。次に、増大した電力で作動される誘導コイルＬ１がその動作周波数ｆ_１に関して周波数差Δｆだけ上昇する。この周波数差は本事例では１８ｋＨｚである。この関数として、両方の動作周波数が、固定された周波数差Δｆを伴って低減される。誘導コイルＬ１、Ｌ２の電力レベルは同程度まで増加する。低減は、電力レベルＰ_１（ｆ_ｖ）、Ｐ_２（ｆ_ｖ）で周波数ｆ_ｖ１、ｆ_ｖ２に達するまで行われ、Ｐ_１（ｆ_ｖ）とＰ_２（ｆ_ｖ）との合計は、Ｐ_１（ｆ_ｇ）とＰ_２（ｆ_ｇ）との合計に一致する。

次に、ｆ_ｖ１、ｆ_ｖ２について正確にはこれらの値で、または結果として生じる周波数差Δｆで、特定期間ｔ_ｖの間、作動が行われる。この後に、共通の周波数ｆ_ｇでの作動が続く。ここで、電力はＰ_１（ｆ_ｇ）およびＰ_２（ｆ_ｇ）である。すなわち、誘導コイルＬ１は、増大した電力で作動され、誘導コイルＬ２は、低減された電力で作動される。この時間周期ｔ_ｇは、以下の式に従って計算される。

該時間ｔ_ｇに続いて、時間ｔ_ｖの間、周波数ｆ_ｖ１、ｆ_ｖ２で再度前述の作動が行われる。ここでｔ_ｇ＋ｔ_ｖ＝Ｔである。

ここで、誘導コイルＬ１、Ｌ２用にプリセットされた電力値ベクトルＰ_１、ベクトルＰ_２が操作者により変化されない限り作動は交互し、これらが、計算された時間ｔ_ｇ、ｔ_ｖに適用される。

したがって、ここで作動は、前述の動作モードａ）で、つまり時間ｔ_ｇの間行われ、動作モードｃ）で、つまり時間ｔ_ｖの間行われる。時間ｔ_ｇ中、雑音発生はない。というのも、作業が同じ周波数で行われ、それ故に相互変調が起こり得ないからである。

時間ｔ_ｖの間、動作モードｃ）中に、１８ｋＨｚである前述の周波数差が生じる。これは、ほとんど可聴雑音が発生しないことを意味する。

したがって、説明した発明的方法の結果として、雑音発生を回避または大いに低減することが可能であり、同時に誘導ヒータが、少なくとも平均的に所要電力を生成する。

図２および図３に示す交互する電力レベルでの作動中、例えば回転式トグル１６または１７の調整に起因して、誘導コイルＬの電力ベクトルＰ_１、ベクトルＰ_２が所定値に変化する場合、新たに計算および設定が行われ、この後に前述の作動状態のうちの１つが続く。

いずれの場合も周波数変換器を備えた、誘導ホブ内にある２つの誘導コイルの装置の回路図である。 時間ｔにわたる動作周波数ｆのグラフである。 時間ｔにわたる電力Ｐのグラフである。

Claims (10)

1. 誘導装置（１１）内の幾つかの誘導コイル（Ｌ１、Ｌ２）に電力を供給するための方法であって、各誘導コイル（Ｌ１、Ｌ２）にそれ自身の周波数変換器（１９、２０）によって電力が供給される方法において、幾つかの誘導コイルの共通の作動中、所与の前記周波数変換器（１９、２０）の周波数が、周波数差（Δｆ）に関して提供される前記電力の関数として下記動作モードのうちの１つにより設定されることを特徴とする方法。
   ａ）前記周波数差が見掛け上ゼロであるか、またはゼロに等しい。
   ｂ）前記周波数差が１ｋＨｚ未満である。
   ｃ）前記周波数差が１５〜２５ｋＨｚである。
2. 前述の動作モード（ａ）〜（ｃ）のうちの１つにより、正確には２つの誘導コイル（Ｌ１、Ｌ２）が作動されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記誘導コイル（Ｌ１、Ｌ２）が、約１６ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲で作動されることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 作動開始時に、前記誘導コイル（Ｌ１、Ｌ２）は、個々の電力レベルの所要値で、前記誘導装置（１１）の総電力が最初は高周波数で、好ましくはソースパン検出コイルとして作動され、続いて前記周波数の低減および前記電力の上昇に伴って、前記誘導コイルの前記総電力が前記所要値に設定され、一方の誘導コイル（Ｌ１）は必要とされるよりも多い電力（Ｐ_１（ｆ_ｇ））を有し、もう一方の誘導コイル（Ｌ２）は必要とされるよりも少ない電力（Ｐ_２（ｆ_ｇ））を有し、前記誘導コイルはそれまで共通する同じ周波数（ｆ_ｇ）を有し、続いて、前記誘導コイルは電力が増大されて、動作モードｃ）に応じて周波数が周波数差だけ上方に移動し、その後、前記誘導コイルの前記周波数は、周波数差（Δｆ）が互いに固定されて、前記誘導コイルの前記総電力が前記総電力についての前記所要値（ベクトルＰ_１＋ベクトルＰ_２）に一致する程度まで低減されることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の方法。
5. 続いて交互する前記誘導コイル（Ｌ１、Ｌ２）の作動が、第１特定期間（ｔ_ｇ）の間、前述の共通の第１周波数（ｆ_ｇ）で、または第２特定期間（ｔ_ｖ）の間、前述の周波数差（Δｆ）でのいずれかで行われ、前記第１特定期間（ｔ_ｇ）が次式に等しいことを特徴とする、請求項４記載の方法。
   

   
6. 動作モードｂ）の前記周波数差（Δｆ）が最大５００Ｈｚであることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の方法。
7. 動作モードｃ）の前記周波数差（Δｆ）が約１８ｋＨｚであることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の方法。
8. 装置が、少なくとも２つの誘導ホットプレートを備えた誘導調理器、特に誘導ホブ（１１）であることを特徴とする、先行請求項の１項記載の方法を実施するための装置。
9. 各誘導ホットプレートが単一の誘導コイル（Ｌ１、Ｌ２）を有することを特徴とする、請求項８記載の装置。
10. １つの誘導ホットプレートが、幾つかの部分的コイルを含む誘導コイル、および／または、幾つかの発電機または周波数変換器により制御可能である誘導コイルを有することを特徴とする、請求項８記載の装置。

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