JP2023522819A - 誘導コイルの配置構成 - Google Patents
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Abstract
強磁性材料から形成されるかまたは強磁性材料を含む物体への電力の誘導伝送に使用するための誘導コイルの配置構成(20)が提供される。誘導コイルの配置構成(20)は、誘導コイル(22)と、誘導コイル(22)を支持するための誘導コイル(22)が取り付けられる支持部(26)を有する。支持部(26)は、誘導コイル(22)が動くことができるように可撓性を有する。支持部(26)は複数の永久磁石(30)を備え、強磁性材料から形成されるかまたは強磁性材料を含む物体が、支持部(26)の上に配置されると、複数の永久磁石(30)が物体の強磁性材料と相互作用して、物体に対して誘導コイル(22)を動かし、誘導コイル(22)を物体の中心に位置付けるように複数の永久磁石(30)が配置される。
Description
誘導加熱調理器においては、様々な電流が、調理器の誘導コイルを通過する。すると、コイルによって、対応する様々な電磁場が生じる。調理用容器を誘導コイルの近傍に置くと、様々な電磁場が、強磁性材料などからなるまたは強磁性材料などを含む調理用容器に、様々な渦電流を誘導する。この渦電流が調理用容器を加熱し、ひいては調理用容器の内容物を加熱する。意図した加熱効果を確保し、加熱効果と加熱効率を最大化するためには、調理用容器を誘導コイルの中心に載置するのが有効である。
同様に、充電式電池の誘導充電または機器の誘導給電においては、電力の伝達効率を最大化するために、電池または機器に係る受電コイルは、誘導充電装置または電源供給装置の送電コイルの中心に配置されることが好ましい。繰り返すが、ユーザは、常に送電コイルの中心に受電コイルを配置するとは限らない。
本明細書に開示の態様によれば、強磁性材料から形成されるかまたは強磁性材料を含む物体への電力の誘導伝送に使用するための誘導コイルの配置構成であって、前記配置構成は、誘導コイルと、前記誘導コイルを支持するための前記誘導コイルが取り付けられる支持部とを備え、前記支持部は、前記誘導コイルが動くことができるように可撓性を有し、前記支持部は複数の永久磁石を備え、強磁性材料から形成されるかまたは強磁性材料を含む前記物体が、前記支持部の上に配置されると、前記複数の永久磁石が前記物体の強磁性材料と相互作用して、前記物体に対して前記誘導コイルを動かし、前記誘導コイルを前記物体の中心に位置付けるように前記複数の永久磁石が配置される誘導コイルの配置構成が提供される。
支持部は可撓性を有するか変形できるため、誘導コイルを動かすことができる。これにより、IHクッキングヒーターや他のIHヒータなどの場合に、誘導コイルを自動的に物体全体の中心に位置付けることができ、および/または、物体の誘導充電や誘導給電などの場合に、誘導コイルを自動的に物体に係る誘導コイルの中心に位置付けることができる。したがって、送電をより効率的に行うことができる。誘導コイル配置構成の誘導コイルを動かすために、動力源または駆動モータなどは必要ない。
本明細書において、誘導コイルを物体の「中心に位置付ける“centred”」と記載されている場合、誘導コイルを正確な中心に合わせる必要はなく、単に誘導コイルを物体の中心に近づけるだけで十分であることが理解されるであろう。
一例では、前記永久磁石は、前記支持部の周囲に間隔を空けて配置される。
一例では、前記支持部は、流体を含む閉じた袋体である。
流体は、1または複数の液体または1または複数の気体かもしれない。流体が空気であることが、最も便利である。
一例においては、前記支持部は、ほぼ扁球面状またはドーナツ状の流体を含む閉じた袋体であり、帯状の前記永久磁石が、前記閉じた袋体支持部上に放射状に配置される。
一般に、ドーナツ状の袋体は、扁球面状の袋体よりも可撓性が低い。物体に対する誘導コイルの動きを小さくしたい場合は、ドーナツ形状が好ましいかもしれない。物体に対して誘導コイルがより大きく動くことが望ましい場合は、「押しつぶされた“squashed”」球のような、扁球面状が好ましいかもしれない。
一例では、前記永久磁石の少なくともいくつかは、前記支持部の周囲に延在する。
一例では、前記閉じた袋体支持部は、1つまたは複数の補強リブを備える。
補強リブは、閉じた袋体支持部の屈曲や変形を制御する一助となる。
一例では、前記誘導コイルの配置構成を装置に固定するための底部をさらに備え、前記支持部は、前記誘電コイルが前記底部に対して動けるように、前記底部に固定される。
また、上記の誘導コイルの配置構成を備える誘導加熱調理器も提供し得る。
また、装置を充電および/または装置に給電するための電力供給装置であって、上記の誘導コイルの配置構成を備える電力供給装置も提供し得る。
本開示の理解を促し、かつ、実施形態がどのように実施されうるかを示すために、例として以下の添付図面が参照される。
前述の通り、調理用容器または他の容器が、誘導加熱調理器または他の誘導加熱器の中心に配置されないか配置できない場合、該容器は意図した通りに加熱できない。誘導加熱調理器または他の誘導加熱器では、容器が誘導コイルの中心に配置されると、加熱が最も効率的かつ効果的に行われる。しかしながら、実際には、ユーザが、容器を誘導コイルに対して常に正確に位置合わせするとは限らない。また、それができないかもしれない。同様に、前述の通り、充電式電池の誘導充電または機器の誘導給電においては、電池または機器への電力の伝達効率を最大化するために、電池または機器に係る受電コイルは、誘導充電装置または電源供給装置の送電コイルの中心に配置されることが好ましい。繰り返すが、ユーザは、常に送電コイルの中心に電池または機器の受電コイルを配置するとは限らない。
本明細書に記載の例では、誘導コイルが、送電される物体に対して自動的に位置合わせされる誘導コイルの配置構成が提供される。送電コイルは、可撓性のある支持部によって支持される。支持部は、多数の永久磁石を有する。永久磁石と支持部は、強磁性材料から形成されるかまたは強磁性材料を含む物体が支持部の上に配置されたが、誘導コイルの中心に正しく配置されていない場合に、永久磁石が物体の強磁性材料と相互作用して、物体に対して誘導コイルを動かす。具体的には、誘導コイルを物体の中心に位置付ける(または、誘導コイルを物体の下の正確な中心に配置できなくとも、少なくとも誘導コイルを物体の下で中心に向かって駆動する)。これにより、物体への送電がより効率的に行われる。
図1を参照すると、誘導加熱調理器10の一例を模式的に示した斜視図が示されている。本例の誘導加熱調理器10は、1つまたは複数の加熱領域または加熱域12を有するホブである。本例では、誘導加熱調理器10は4つの加熱領域または加熱域12を有するが、加熱領域または加熱域12は、それより多くても少なくてもよい。誘導加熱調理器10は、グリル及びオーブン(図示せず)の少なくとも1つを有してもよい。誘導加熱調理器10は、通常、ガラスやセラミックなどで形成される上面14を有する。加熱領域(加熱域)12または各加熱領域(加熱域)12は、上面14の下に誘導コイル(図1からは視認できない)を有する。
図1には、上面14に配置された調理容器16が示されている。調理容器16は、通常、誘導加熱調理器10の加熱領域12の上に配置される。調理容器16は、強磁性の底部を有する。一例では、調理容器16は、その全体が強磁性材料から形成されていてもよい。
誘導加熱調理器10の動作中は、調理容器16が置かれた加熱領域12に係る誘導コイルは、交流によって通電される。これにより、調理容器16の強磁性材料に渦電流が誘導され、抵抗加熱によって調理容器16の温度が上昇する。
調理容器16を均一かつ効率的に加熱するには、調理容器16は、加熱領域12の誘導コイルの真上の中央位置に配置することが理想的である。しかしながら、図1に示すように、例えば、ユーザが加熱領域12の中心に調理容器16を正しく配置しなかったために、調理容器16の底部が部分的に、加熱領域12に接触していないかまたは加熱領域12の上に配置されていない。これにより、調理容器16への送電効率が低下し、ひいては、調理容器16の加熱効率が低下する。
同様の知見が、誘導コイルが、物体の充電式電池を充電するために使用されたり、その他、例えば電気自動車や、スマートフォン、携帯型コンピュータ等の携帯型電気デバイスなど、給電対象物に給電するために使用される充電装置や他の給電装置の一部である場合に当てはまる。
図2~図4には、本開示に係る誘導コイル配置構成20の一例が模式的に示されている。図2は、誘導加熱調理器の一部としての誘導コイル配置構成20であって、上述のように誘導加熱調理器の上面14の真下にあるものを示す。何らかの充電装置または他の給電装置で使用されるような他の例では、このような上面14は必ずしも必要ではなく、及び/または、充電または給電される物体を支持するのに適した異なる形態を有しても良い。
誘導コイル配置構成20は、誘導コイル22を有する。従来通り、本例の誘導コイル22は、環状、すなわち、リング状またはトーラス状である。誘導コイル22は、本例では、フェライト磁心24を有する。誘導コイル22は、支持部26によって支持または担持される。
本例では、誘導コイル配置構成20は底部28を有する。底部28を用いて、上述のような誘導加熱調理器10または何らかの誘導充電機器や誘導給電機器などの他の装置、機器、または基板に、誘導コイル配置構成20を取り付けることができる。例えば、底部28は外ネジを有してもよく、底部28を他の装置、機器、または基板の対応するネジ穴に取り付けることによって、誘導コイル配置構成20全体を固定することができる。底部28は必ずしも必要ではなく、例えば、支持部26が他の装置、機器、または基板に直接固定されてもよい。
支持部26は可撓性を有するため、誘導コイル22を動かすことができる。これは、図2と比較し得る図3Aと図3Bに模式的に示されている。具体的には、図2では、誘導コイル22は、誘導コイル配置構成20のほぼ中心に配置されている。これは初期設定、誘導コイル22の「静止“rest”」位置であってもよい。図3Aでは、可撓性を有する支持部26が変形または歪曲することによって、誘導コイル22は、矢印Aが示すように、誘導コイル配置構成20の本体に対して左側に動くことができる。図3Bでは、可撓性を有する支持部26が変形または歪曲することによって、誘導コイル22は、矢印Bが示すように、誘導コイル配置構成20の本体に対して右側に動くことができる。
誘導コイル22を動かすために、支持部26は、複数の永久磁石30を有する。永久磁石30は、強磁性材料から形成されるかまたは強磁性材料を含む物体が、支持部の上に配置されたが、誘導コイル22または支持部26の中心に配置されていない場合に、永久磁石30が物体の強磁性材料と相互作用して、物体に対して誘導コイル22を動かし、誘導コイル22を物体の中心に位置付けるように配置される。具体的には、永久磁石30は、物体の強磁性材料と相互作用して、誘導コイル22を物体の中心に向かって「引っ張る“pull”」。これにより、誘導コイル22が(図2の矢印や、図3A及び図3Bに示されるように)横方向に移動する。誘導コイル22の横方向への移動は、誘導コイル22が、加熱、充電、または給電される物体の下の中心に位置付けられるまで継続する。後に明らかになるように、一例では、誘導コイル22のこの動きは、誘導コイル22が物体の下の中心に位置付けられたときに停止する。誘導コイル22に作用する力がほぼ均衡するためである。実際には、調理器、充電装置、または給電装置の他の部品や、周辺の装置や環境のような物理的制約を含む、誘導コイル22の動きに対する他の制約があるかもしれない。そのような場合は、誘導コイル22は物体の下でその中心に向かって動くかもしれないが、誘導コイル22が物体の下の中心に正確に位置付けられる前に、その動きは停止してしまう。いずれにせよ、誘導コイル22の中心に向かう動きは、加熱、充電、または給電される物体の位置や誘導コイル22の位置を検出するセンサ等を必要とせずに達成される。また、これは、誘導コイル22を動かすモータ等を必要とせずに達成される。さらに、制御ソフトウェアや制御回路等も不要である。誘導コイル配置構成20は全く「電源を備えていなくてもよく“passive”」、制御回路や電源を必要としない。
一例では、永久磁石30、永久磁石30の少なくともいくつか、または永久磁石30の少なくとも一部は、支持部26の周囲に間隔を空けて配置される。これにより、物体が誘導コイル22の上に最初に配置されたときに誘導コイル22の中心から比較的離れていたとしても、加熱、充電、または給電される物体の強磁性材料が、永久磁石30と相互作用して誘導コイル22を引っ張り、誘導コイル22が物体の中心に確実に位置付けられることを促す。
一例では、永久磁石30は、支持部26の周囲に等角度で分布している。他の例では、永久磁石30が支持部26の周囲に等角度で分布しない配置構成が有益かもしれない。例えば、他の領域よりも特定の領域に、より多くの永久磁石30をもたらすことにより、及び/又は、多数のより強力な永久磁石30をもたらすことにより、誘導コイル22が別の方向ではなく一方向に優先的にまたはより強力に駆動するように、永久磁石30を配置してもよい。
一例では、永久磁石30は帯状である。すなわち、永久磁石30は、比較的幅狭で細長い。一例では、永久磁石30は、または永久磁石30の少なくともいくつかは、支持部26の周囲に延在する。永久磁石30(の少なくともいくつかの)の端部は、支持部26の周囲を包むように、支持部26の周囲に巻き付いてもよい。永久磁石30の配置にこれらの選択肢があることにより、永久磁石30と物体の強磁性材料との間の相互作用の強度の改善に様々に寄与し、支持部26を歪曲させるために付与される力を強めて、誘導コイル22を動かす。
特に、永久磁石30が帯状である場合、その一端は底部28に固定してもよい。一例では、永久磁石30の他端は、誘導コイル22に固定し得る。永久磁石30は、その端部のみで(底部28及び誘導コイル22にそれぞれ)固定されてもよく、その長さに沿って支持部26に固定されてもよい。
支持部26をもう少し詳細に説明すると、上述のように、支持部26は可撓性を有するので、永久磁石30が、加熱、充電、または給電される物体の強磁性材料と相互作用すると、誘導コイル22を動かすことができる。一例では、支持部26は、閉じた袋体の形態である。袋状の支持部26は流体を含み、それは、支持部26にさらなる弾性をもたらす1または複数の液体または1または複数の気体であってよい。最も便利なのは、流体が空気であり、支持部26がエアバッグまたはエアクッションの形態である。袋状の支持部26は、ほぼ球形かそれに類似した形状である。それにより、例えば、袋状の支持部26が組み立てられ、誘導コイル22の重量によって「押しつぶされた“squashed”」とき、ほぼ扁球面状になる。別の例としては、袋状の支持部26は、ほぼトロイダル状すなわちドーナツ形状であってもよい。袋状の支持部26は、シート材料から形成され、例えば、適切に処理された天然または合成のゴム材料、プラスチックなどから形成され得る。中空の袋体の代替として、支持部26は、プラスチックや合成スポンジ状材料などの、何らかの可撓性材料の固体形態で形成されてもよい。
図示の例では、誘導コイル22が支持部26の片側(上側)で袋状の支持部26に固定され、底部28が支持部26の反対側(下側)で袋状の支持部26に固定される。図示の例では、永久磁石30は、底部28から、支持部26の最外面の周囲を通って、支持部26の周囲に、そしてそれを越えて延在する。図示の例では、永久磁石30は、その下端で底部28に固定され、その上端で誘導コイル22に固定される。
支持部26が変形して誘導コイル22を動かす場合、理想的には、誘導コイル22は横移動すなわち横向きにのみ動き、垂直移動すなわち上下方向に動かないことが好ましい。これにより、加熱されている調理容器に対して、または、誘導コイル22を介して充電または給電されている物体の誘導コイルに対して、誘導コイル22が平行に保たれ、調理容器や他の物体への送電効率を最大化する。通常、誘導コイル22の横移動すなわち横向きの動きは、ある程度の垂直移動すなわち上下方向の動きを必然的に伴うが、この垂直移動すなわち上下方向の動きを最小化することが好ましい。これには、多くの要因が関係している。
まず、支持部26はでき得る限り平坦であること、すなわち、支持部26の高さはでき得る限り低くすべきである。したがって、一例では、誘導コイル22と底部28との間の距離は、でき得る限り短くすべきである。これによって、誘導コイル22が横方向に移動するときに、誘導コイル22が「倒れたり“tipping over”」傾きにくくなり、誘導コイル22が実質的に水平方向のみに移動するための一助となる。
次に、永久磁石30は、特に帯状で提供されると、誘導コイル22が移動するときに支持部26を包む一助となる。この意味で、永久磁石30は一種のバットレス機能を提供可能であり、支持部26を収容し、誘導コイル22が横向きに動くときに支持部26の比較的平坦な形状を維持することに役立つ。これを支援するために、永久磁石30は、上述のように、支持部26の周囲に、ほぼ等角度で分布してもよい(ただし、ここでも、特定の方向への動きを防ぐかまたは促進するために、全ての永久磁石30を支持部26の周囲に等角度で配置しないことに利点がある場合もある)。
別の選択肢としては、支持部26のサポート機能を提供する永久磁石30の代わりに、またはこれに加えて、1つまたは複数の追加の補強リブ、すなわちバットレスリブ32を設けて、支持部26を包むのを支援してもよい。これらは、帯状であってもよく、プラスチックや他の非磁性材料および非磁化材料から形成されてもよい。リブ32は、撓むなどして弾力的に変形できる。リブ32は、例えば、一端で底部28に固定され、他端で誘導コイル22に固定されてもよい。リブ32は、その端部のみで(底部28及び誘導コイル22にそれぞれ)固定されてもよく、その長さに沿って支持部26に固定されてもよい。図2~図4においては、この例の帯状の永久磁石30は、比較的太い線で模式的に示され、この例のリブ32は、比較的細い線で模式的に示されている。永久磁石30と同様に、リブ32は、支持部26の周囲に、ほぼ等角度で分布してもよい。ただし、ここでも、特定の方向への動きを防ぐかまたは促進するために、全てのリブ32を支持部26の周囲に等角度で配置しないことに利点がある場合もある。
最後に、底部28が設けられる場合は、底部28の幅または直径は、誘導コイル22の幅または直径と同じサイズかそれより大きくすべきである。これにより、誘導コイル22が横方向に動くときに、誘導コイル22の垂直方向の動きを最小限にすることがさらに促され、誘導コイル22がひっくり返ることを防ぐ。
誘導コイル配置構成20を配置および構成する上での別の要素は、誘導コイル22の移動をどこまで許容すべきかということである。例えば、誘導コイル22の周囲の空間は、調理器具、充電器、または他の送電機器の場合に、隣接する誘導コイル22等が存在したり、大抵は装置の他のアイテムや部品等の存在で、制限または制約され得る。つまり、ユーザは、合理的かつ正確に、調理容器や他の物体を配置するしかないかもしれないので、通常は、誘導コイル22を大きく動かす必要はない。具体例として大きさの認識を示すと、周辺領域の他の物体が、ユーザが最初に誘導コイル22から非常に離れたところに調理容器や他の物体を置くことを妨げている場合、直径10cmの誘導コイル22は、任意の特定の方向に2cm程度動くだけでよい。一方、調理容器や他の物体が、最初に誘導コイル22から離れて配置されるかもしれない場合、直径10cmの誘導コイル22は、10cm程度動く必要があるかもしれない。
また、ある方向に特定の障害物があることで、誘導コイル22はその方向に僅かに動くだけで済むかもしれない。一方、障害物がないかまたは別の方向の遠くに障害物があるに過ぎないときは、誘導コイル22はその別方向に大きく動くことが必要かもしれない。そのような場合は、支持部26、サポート機能を提供する場合の永久磁石30、及び存在するならばリブ32の配置構成は、他の方向よりもある方向に、より大きく動くことを可能にすることで、所望の動きに順応するように制御してもよい。また、上記の例では環状の支持部26であって、(通常の向きで上方から見た場合)円形の断面を有する支持部26が通常用いられているが、非対称形状の支持部26を、ある方向の動きを別の方向の動きよりも制御したり有利にしたりするために用いてもよい。
要約すると、誘導コイルを動かすことができるように屈曲または変形できる誘導コイルの支持部を有する誘導コイルの配置構成が提供される。誘導コイルの配置構成は、送電対象の物体と相互作用して、誘導コイルを、誘導的に充電または給電される物体の中心に位置付ける永久磁石を有する。これにより、誘導コイルは、誘導的に充電されるかまたは給電される物体の中心に、自動的に位置付けられる。したがって、送電がより効率的に行われる。
上記は、主に、誘導加熱調理器で使用される誘導コイル配置構成20に関している。しかし、上述のように、誘導コイル配置構成20は、誘導型充電器または他の誘導電力供給装置の一部として使用してもよい。そのような場合、誘導コイル22が、物体の中心、より具体的には物体の受電誘導コイルの中心に位置付けられるように永久磁石30と相互作用する強磁性部分が、給電または充電される物体に設けられる。
本明細書に記載した例は、本発明の実施形態を説明するための例として理解されるべきである。さらなる実施形態や例が想定される。任意の一例または実施形態に関して記載されたいずれの特徴は、単独または他の特徴と組み合わせて使用してもよい。さらには、任意の一例または実施形態に関して記載されたいずれの特徴は、その他の例または実施形態の1つまたは複数の特徴と組み合わせて、または、その他の例または実施形態と組み合わせることによって、使用してもよい。さらには、本明細書に記載されていない均等物および変形例についても、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内で採用することができる。
Claims (9)
- 強磁性材料から形成されるかまたは強磁性材料を含む物体への電力の誘導伝送に使用するための誘導コイルの配置構成であって、前記配置構成は、
誘導コイルと
前記誘導コイルを支持するための前記誘導コイルが取り付けられる支持部とを備え、
前記支持部は、前記誘導コイルが動くことができるように可撓性を有し、
前記支持部は複数の永久磁石を備え、強磁性材料から形成されるかまたは強磁性材料を含む前記物体が、前記支持部の上に配置されると、前記複数の永久磁石が前記物体の強磁性材料と相互作用して、前記物体に対して前記誘導コイルを動かし、前記誘導コイルを前記物体の中心に位置付けるように前記複数の永久磁石が配置される誘導コイルの配置構成。 - 請求項1に記載の誘導コイルの配置構成であって、前記永久磁石は、前記支持部の周囲に間隔を空けて配置される、誘導コイルの配置構成。
- 請求項1または請求項2に記載の誘導コイルの配置構成であって、前記支持部は、流体を含む閉じた袋体である、誘導コイルの配置構成。
- 請求項1に記載の誘導コイルの配置構成であって、前記支持部は、ほぼ扁球面状またはドーナツ状の流体を含む閉じた袋体であり、帯状の前記永久磁石が、前記閉じた袋体支持部上に放射状に配置される、誘導コイルの配置構成。
- 請求項4に記載の誘導コイルの配置構成であって、前記永久磁石の少なくともいくつかは、前記支持部の周囲に延在する、誘導コイルの配置構成。
- 請求項3から請求項5のいずれか一項に記載の誘導コイルの配置構成であって、前記閉じた袋体支持部は、1つまたは複数の補強リブを備える、誘導コイルの配置構成。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の誘導コイルの配置構成であって、前記誘導コイルの配置構成を装置に固定するための底部をさらに備え、前記支持部は、前記誘電コイルが前記底部に対して動けるように、前記底部に固定される、誘導コイルの配置構成。
- 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の誘導コイルの配置構成を備える誘導加熱調理器。
- 装置を充電および/または装置に給電するための電力供給装置であって、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の誘導コイルの配置構成を備える、電力供給装置。
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