JP7400096B2 - 加熱回路及び調理器具 - Google Patents

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Description

本願は、2020年05月12日に中国特許庁に提出された、出願番号が2020103989957であり、発明の名称が「加熱回路及び調理器具」である中国特許出願、2020年05月12日に中国特許庁に提出された、出願番号が2020207808640であり、発明の名称が「測温回路及び調理器具」である中国特許出願、及び2020年05月12日に中国特許庁に提出された、出願番号が2020207838542であり、発明の名称が「信号処理回路、共振加熱測温回路及び調理器具」である中国特許出願の優先権を主張し、その内容の全てを援用することにより本願に取り入れる。
本願は、加熱技術分野に関し、特に、加熱回路及び調理器具に関する。
電磁コンロ、電気炊飯器、電気圧力鍋などの電磁加熱調理器は、電磁誘導加熱の原理を利用して鍋に対して渦電流加熱を行う新規調理器であり、熱効率が高く、使い勝手が良く、ガスの燃焼による汚染がなく、安全で衛生であるなどの利点を有し、現代の家庭での使用に非常に適する。
従来の電磁加熱調理器の測温装置は、コイルディスク上のN・TC(Negative Temperature Coefficient、感熱抵抗)を利用して、鍋を間接的に測温するものであるが、測温が不正確であるか、遅れて測温するなどの問題があり、そして、測温の誤差によりも、スマート調理を行う際に、温度を正確に制御して調理すること、低温で調理すること、及び水の沸騰を感知することなどの調理のスマートコントロールが難しい。
本願が主に解決する技術的問題は、従来技術における、電磁加熱調理器の測温が不正確で、遅れて測温するなどの問題を解決できる加熱回路及び調理器具を提供することである。
上記の技術的問題を解決するために、本願に採用される技術的手段は、被加熱対象を共振加熱するための加熱コイルを含む加熱ユニットと、一部分が加熱コイルと相互誘導し、他の部分が加熱コイル及び被加熱対象のそれぞれと相互誘導し、対応する測定信号を出力する測定コイルと、を含み、ここで、測定信号は、測定によって収集される加熱コイルの共振電気パラメータと合わせて被加熱対象の温度を特定するために用いられる、加熱回路を提供することである。上記の技術的問題を解決するために、本願に採用される別の技術的手段は、上記の加熱回路を含む調理器具を提供することである。
本願の有益な効果は、下記のとおりである。本願の加熱回路は、被加熱対象を共振加熱するための加熱コイルを含む加熱ユニットと、一部分が加熱コイルと相互誘導し、他の部分が加熱コイル及び被加熱対象のそれぞれと相互誘導し、対応する測定信号を出力する測定コイルと、を含み、ここで、測定信号は、測定によって収集される加熱コイルの共振電気パラメータと合わせて被加熱対象の温度を特定するために用いられる。上記の方式により被加熱対象の温度を取得し、被加熱対象の温度をリアルタイムで正確に検出できることにより、高精度の温度制御が実現される。
本願の実施例の技術的手段をより明確に説明するために、以下、実施例の説明に必要な図面について簡単に説明するが、以下の説明における図面は、本願の一部の実施例にすぎず、当業者であれば、創造的な働きなしにこれらの図面に基づいて他の添付図面を取得することもできることは明らかである。
本願の加熱回路の一実施例の構造模式図である。 図1の加熱回路と被加熱対象との等価回路モデル図である。 本願の測定電圧及び共振収集電圧の波形図である。 本願の加熱回路の一実施例の等価モデル回路図である。 本願の加熱回路の別の実施例の等価モデル回路図である。 図4又は図5におけるエネルギー貯蔵コンデンサC1に蓄積された直流電気エネルギーの電圧をサンプリングする模式図である。 図4又は図5における加熱ユニットの共振ループに印加される共振電圧をサンプリングする模式図である。 本願の加熱回路の別の実施例の構造模式図である。 本願の加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の構造模式図である。 図9に示す加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の給電信号と励起信号との関係の模式図である。 本願の加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の構造模式図である。 図11に示す加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の給電信号とゼロクロス信号との関係の模式図である。 本願の加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の一部の構造の模式図である。 図13に示す加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の比較信号の模式図である。 本願の加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の一部の構造の模式図である。 図15に示す加熱回路のさらに別の実施例の測温回路のトリガ信号の模式図である。 本願の加熱回路のさらに別の実施例の構造模式図である。 本願の加熱回路のさらに別の実施例の構造模式図である。 図18の加熱回路の等価回路モデル図である。 本願の測定電圧及び共振収集電圧の波形図である。 本願の加熱回路における信号処理回路のさらに別の実施例の構造模式図である。 本願の加熱回路における信号処理回路のさらに別の実施例の構造模式図である。 図19の信号処理回路に対応する回路の模式図である。 本願の調理器具の一実施形態の構造模式図である。
以下、本願の実施例における添付図面を参照しながら、本願の実施例における技術的手段について、明確かつ完全に説明するが、説明された実施例は本願の一部の実施例にすぎず、全部の実施例ではない。本願の実施例に基づいて、当業者が創造的な働きなしに得た他の実施例がいずれも本願の保護範囲に属することは明らかである。
まず、本願の加熱回路は、いずれの加熱機器にも使用され得るが、説明の便宜上、以下では、加熱回路が調理器具に用いられる場合で説明する。
図1を参照すると、図1は、本願の加熱回路の一実施例の構造模式図である。本実施例の加熱回路100は、加熱ユニット110及び測定コイル120を含み得る。
加熱ユニット110は、被加熱対象200を共振加熱するための加熱コイルL1を含み得る。ここで、被加熱対象200は、加熱ユニット110に載置されて、加熱コイルL1で共振加熱することができる様々な鍋であってもよい。
測定コイル120の一部分が加熱コイルL1と相互誘導でき、他の部分が加熱コイルL1及び被加熱対象200のそれぞれと相互誘導でき、対応する測定信号を出力し、ここで、測定信号は、測定によって収集される加熱コイルL1の共振電気パラメータと合わせて被加熱対象200の温度を特定するために用いられる。
選択可能に、測定信号を加熱コイルL1の共振電気パラメータ及び被加熱対象200の熱抵抗パラメータに関連させることができ、測定信号及び測定によって収集される加熱コイルL1の共振電気パラメータによって、被加熱対象200の熱抵抗パラメータを特定することにより、熱抵抗パラメータに基づいて被加熱対象200の温度を特定する。
本実施例は、被加熱対象200の異なる温度での熱抵抗の変化を測定することにより、被加熱対象200を測温することを実現でき、具体的には、測定コイル120の測定信号のサンプリングにより、被加熱対象200の熱抵抗の変化を検知することができ、被加熱対象200の温度は、被加熱対象200の熱抵抗の変化と温度との間の関数関係によって間接的に導出され、それにより、非接触結合測温を実現する。
従来技術において、加熱ユニットの感熱抵抗を利用して加熱環境の温度変化を検出するが、これは、被加熱対象自体の性質と加熱温度との関連性を考慮していない。従来技術に比べ、本実施例は、測定コイル120、被加熱対象200及び加熱コイルL1の間の相互誘導を検知することにより、被加熱対象200の熱抵抗パラメータを正確に取得するため、本実施例の加熱回路100は、加熱しながら、被加熱対象200のリアルタイム温度を正確に測定することができる。本実施例の加熱回路100は、調理器具に適用される場合、温度を正確に制御して調理すること、低温で調理すること、調理器具内の水の沸騰を正確に感知することなどの調理のスマート操作を実現できる。
具体的には、測定コイル120は、第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3を含み得る。ここで、第1測定サブコイルL2は、加熱コイルL1及び被加熱対象200のそれぞれと相互誘導するように、加熱コイルL1に近づいて設置されてもよく、第2測定サブコイルL3は、加熱コイルL1と相互誘導し、一部の実施例において、第2測定サブコイルL3は導磁体に巻きつけられ、加熱コイルL1が位置する共振ループが導磁体を貫通し、それにより、第2測定サブコイルL3が加熱コイルL1と相互誘導する。
ここで、第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3の1対の同一名の端が接続され、第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3の別の1対の同一名の端は、測定コイル120の出力端として測定信号を出力する。
第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3が差動コイルを構成し、両者は、そのうちの1対の同一名の端(図1に*でマーク)が互いに接続され、第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3における加熱コイルL1の誘導電圧が相殺され、即ち、第2測定サブコイルL3は、第1測定サブコイルL2に対する加熱コイルL1の干渉を相殺するために用いられることができるとともに、第2測定サブコイルL3が被加熱対象200の影響を受けないこと、即ち、被加熱対象200の磁界干渉から離れていることが要求される。
第1測定サブコイルL2は、被加熱対象200の熱抵抗サンプリングコイルと見なすことができる。加熱コイルL1は、磁界の形で電気エネルギーに変換し、さらに熱エネルギーに変換して被加熱対象200を共振加熱することができる。共振加熱を行う際に、様々な鍋などの被加熱対象200は、誘導インダクタンス及び熱抵抗からなる回路と等価であってもよい。
選択可能に、第1測定サブコイルL2は、所定の角度で加熱コイルL1のディスク面の上に載置されてもよく、ここで、所定の角度は、0~45度の範囲内に位置するものであってもよい。好ましくは、所定の角度は0度であり、第1測定サブコイルL2は、加熱コイルL1のディスク面の上に平行に載置されてもよく、第1測定サブコイルL2は、さらに、測定結果がより正確になるように、加熱コイルL1のディスク面の磁界が弱い中心位置に載置されてもよい。
加熱回路100は、さらに、収集ユニット130を含み得る。本実施例では、収集ユニット130は収集コイルL4であってもよく、一部の実施例において、収集コイルL4が導磁体に巻きつけられ、加熱コイルL1の共振ループが導磁体を貫通して、収集コイルL4が加熱コイルL1と相互誘導し、それにより、加熱コイルL1の共振電気パラメータを収集する。ここで、共振電気パラメータは、加熱ユニット110を流れる共振電流であってもよい。
サンプリングコイルL4は、加熱コイルL1の高周波信号変成器であってもよく、高周波相互誘導の形で加熱コイルL1を流れる共振電流を誘導して、対応する共振収集電圧を生成して、処理回路140にフィードバックする。
引き続き図1を参照すると、加熱回路100は、処理回路140をさらに含み得る。処理回路140は、測定信号及び共振電気パラメータを収集するために、測定コイル120の出力端および収集ユニット130の出力端に接続されてもよい。これにより、測定信号及び共振電気パラメータに基づいて被加熱対象200の熱抵抗パラメータを特定するとともに、熱抵抗パラメータに基づいて被加熱対象200の温度を特定する。
測定コイル120によって出力される測定信号は測定電圧を含み得る。収集ユニット130によって出力される共振電気パラメータは、加熱コイルL1を流れる共振電流に対応する共振収集電圧を含み得る。処理回路140は、測定電圧と共振収集電圧とを比較することにより、例えば、両者間の位相差を比較することにより、被加熱対象200の熱抵抗パラメータを特定することができる。
具体的には、処理回路140は、メインコントロールチップ及び処理モジュールを含み得る。処理回路140が測定コイル120及び収集ユニット130の情報、例えば測定電圧及び共振収集電圧などを取得した場合、処理モジュールで情報を処理してから、回路内のアナログ信号をデジタル信号に変換してメインコントロールチップに送り、メインコントロールチップがデジタル信号を解析して被加熱対象200の温度を取得する。
ここで、処理モジュールは、少なくとも、フォロア回路、増幅回路、フォロア回路などを含み得る。メインコントロールチップは、制御回路におけるパワートランジスタの制御などの他の機能を同時に実現することもできる。
さらに、図1及び図2を併せて参照すると、図2は、図1の加熱回路と被加熱対象との等価回路モデル図である。本実施例では、被加熱対象200は、誘導インダクタンスLr及び等価熱抵抗Rzを含む。
図2に示すように、加熱ユニット110の加熱コイルL1が共振加熱を行う際に、共振電流Iが、加熱コイルL1が位置する共振ループを流れ、サンプリングコイルL4は、加熱コイルL1を流れる共振回路I1に誘導されて、対応する共振収集電圧U1を生成する。測定コイル120(第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3の測定電圧を含む)によって出力される測定電圧はU2として示される。
被加熱対象200が加熱ユニット110の加熱コイルL1に載置された場合、加熱コイルL1は被加熱対象200の誘導インダクタンスLrと相互誘導し、それにより、対応する誘導電流Irが生成され、ここで、誘導電流Irが被加熱対象200の誘導インダクタンスLr及び等価熱抵抗Rzを流れる。
加熱コイルL1が被加熱対象200の誘導インダクタンスLrと相互誘導M1rを生成すると、下記の式を満たす。
Figure 0007400096000001
本願において、測定コイル120の第2測定サブコイルL3は、加熱コイルL1と相互誘導し、第1測定サブコイルL2は加熱コイルL1及び被加熱対象200のそれぞれと相互誘導する。そのため、図2に示すように、被加熱対象200の誘導インダクタンスLrは、第1測定サブコイルL2と相互誘導Mr2を生成するが、第2測定サブコイルL3と相互誘導を生成しない。加熱コイルL1は、第2測定サブコイルL3と相互誘導M13を生成し、第1測定サブコイルL2と相互誘導M12を生成する。
後続の計算の便宜上、予め測定コイル120を補正してもよい。測定コイル120は、被加熱対象200が加熱ユニット110に載置されていないとき、2つの出力端の間の電圧差を所定の値にし、それにより補正が完了する。選択可能に、所定の値が0であってもよく、それによりゼロ化補正が完了して、測定コイル120によって出力される測定電圧U2が、第1測定サブコイルL2と被加熱対象200の誘導インダクタンスLrとの間の相互誘導Mr2のみによるものとなる。以下では、補正後の2つの出力端の間の電圧差が0である場合を例として説明する。
具体的には、被加熱対象200が載置されているとき、誘導インダクタンスLrが第1測定サブコイルL2に対して相互誘導Mr2を生成し、被加熱対象200が載置されていない場合、誘導インダクタンスLrが第1測定サブコイルL2に対して相互誘導Mr2を生成しないため、被加熱対象200が加熱ユニット110に載置されていないとき、測定コイル120の2つの出力端の間の電圧差を0とし、それにより、測定コイル120に対してゼロ化補正を行う。このとき、第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3の異名端の電圧差は0に近接し、即ち、jωM13=jωM12であり、第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3に対してゼロ化補正を行い、つまり、初期のU2=0になるように、ゼロ化補正を行う。
被加熱対象200が加熱ユニット110に載置されている場合、被加熱対象200の誘導インダクタンスLrは第1測定サブコイルL2に対して相互誘導Mr2を生成し、第2測定サブコイルL3に対しては相互誘導を生成せず、かつ、加熱コイルL1の、第1測定サブコイルL2に対する相互誘導M12及び第2測定サブコイルL3に対する相互誘導M13に対してゼロ化補正を行った後、jωM13=jωM12を満たす。そのため、測定コイル120によって出力される測定電圧U2は、被加熱対象200の誘導インダクタンスLrが第1測定サブコイルL2に対して相互誘導Mr2を生成することのみによって生成され、即ち、下記のとおりである。
Figure 0007400096000002
言い換えれば、測定コイル120のゼロ化補正後、第2測定サブコイルL3と加熱コイルL1との間に相互誘導M13が生成されて、加熱コイルL1の第1測定サブコイルL2に対する相互誘導M12が相殺されるため、後続で測定コイル120によって出力される測定電圧は、被加熱対象200の誘導インダクタンスLrが第1測定サブコイルL2に対して相互誘導Mr2を生成することのみによって生じたものである。
したがって、上記の式(1)を式(2)に代入すると、下記のことが分かる。
Figure 0007400096000003
式(3)において、共振電流I1は、サンプリングコイルL4によって測定されてもよく、具体的には、U1はI1のマッピング電圧であるため、サンプリングコイルL4によって出力される共振収集電圧U1により共振電流I1を得ることができる。U2は測定コイル120によって出力される測定電圧である。加熱コイルL1、第1測定サブコイルL2、第2測定サブコイルL3、サンプリングコイルL4及びインダクタンスLrのインダクタンス値が特定され、かつ、それらの相互位置が特定されると、M1r、Mr2も特定できる。したがって、上記の式(3)により、被加熱対象200の熱抵抗Rzの大きさを計算できる。
Lrが被加熱対象200の誘導インダクタンスであり、被加熱対象200が調理用の鍋であることが一般的であるため、誘導インダクタンスLrの温度係数は小さいが、等価熱抵抗Rzは大きい温度係数を有し、ほとんどのステンレス鋼又は鉄材質の温度係数は0.001~0.007の間(20℃)にあり、そのため、U2及びI1が測定されると、被加熱対象200の熱抵抗Rzを導出することができ、その後、予め設定しておいた熱抵抗-温度関数T=f(Rz)に基づいて、被加熱対象200の温度を取得できる。
したがって、本実施例は、測定コイル120、被加熱対象200、及び加熱コイルL1の間の相互誘導を検知することにより、被加熱対象200の熱抵抗パラメータを正確に取得するため、本実施例の加熱回路100は、加熱しながら、被加熱対象200のリアルタイム温度を正確に測定することができる。本実施例の加熱回路100が調理器具に適用される場合、その温度を正確に制御して調理すること、低温で調理すること、調理器具内の水の沸騰を正確に感知することなどの調理のスマート操作を実現できる。
また、処理回路140は、加熱回路100におけるデータ処理を実行でき、式(3)と組み合わせて分かるように、処理回路140は、測定電圧U2及び共振収集電圧U1に基づいて被加熱対象200の等価熱抵抗Rzを特定するとともに、等価熱抵抗Rzに基づいて被加熱対象200の温度を特定することができる。
処理回路140は、高速ADにより共振収集電圧U1及び測定電圧U2の波形のサンプルを取って、それをメモリに格納してから、データ処理を行う。共振収集電圧U1及び測定電圧U2が交流であり、かつ、式(3)から、測定電圧U2が非標準関数であることが分かるため、共振収集電圧U1及び測定電圧U2の値を直接取得することができない。処理回路140は、さらに、その波形に対してデジタル信号処理、例えば、DFT(Discrete Fourier Transform、離散フーリエ変換)処理を行う必要があり、当該処理は、長さM(1~10)の有限離散周波数シーケンスを選択して、そのうちのN個目の三角関数U2N=CV2N*cos(ωNt+ΦV2N)を解析し、同様に、U1について、長さMの有限離散周波数シーケンスを選択して、そのうちのN個目の三角関数U1N=CV1N*sin(ωNt+ΦV1N)を解析することを含む。
2N及びU1Nの励起源が同じであるため、離散周波数を選択する点も同じであるので、両者の周波数も同じであり、即ち、同じくωNtであり、CV2N及びCV1Nは、U2N及びU1Nの振幅値である。したがって、U1N及びU2Nの位相差ΔΦを求めるだけで、Rzを間接的に関連させることができ、測定電圧U2と共振収集電圧U1との具体的な値を比較する必要がない。また、干渉要因を減らすために、好ましくは、U1及びU2の基本波を比較対象として選択できる。
具体的には、処理回路140は、下記の方法で位相差ΔΦを取得できる。
1)測定電圧U2と共振収集電圧U1との比を取得して、比を処理し、例えば逆正接関数演算を実行して、測定電圧U2と共振収集電圧U1との間の位相差を取得する。式:tan(ΦV2N-ΦV1N)=CV2N*cos(ωNt+ΦV2N)/CV1N*sin(ωNt+ΦV1N)のように、tan(ΦV1N-ΦV2N)逆正接関数arctanを求めると、ΔΦ=ΦV1N-ΦV2Nを得ることができる。
2)測定電圧U2と共振収集電圧U1との波形を比較して、測定電圧U2と共振収集電圧U1との間の位相差を取得する。図3に示すように、図3は、本願の測定電圧及び共振収集電圧の波形図である。U1N電圧波形のaを始点として、U2N電圧が来るb点までの時間を記録したΔΦが位相差であり、ここで、a及びb点は、同じ電圧値である。
3)コンパレータにより測定電圧U2と共振収集電圧U1とを比較して、測定電圧U2と共振収集電圧U1との間の位相差を取得する。例えば、U1N及びU2NをU1のI/Oインタフェースを介して出力し、U1N及びU2Nをコンパレータの正と負の入力端としてコンパレータにアクセスさせ、それにより位相差ΔΦを取得する。
また、当業者は、他の方法で位相差ΔΦを取得してもよく、ここでは、詳細な説明を省略する。位相差ΔΦを取得した後、温度(-50°~400°)での熱抵抗Rzに対応するΔΦを測定してから、両者の関係式T=f(ΔΦ)を確立する。実際に使用する際に、テーブル又は両者の関係式により加熱対象200の温度を求めることができる。
さらに、図4及び図5を参照すると、図4は、本願の加熱回路の一実施例の等価モデル回路図であり、図5は、本願の加熱回路の別の実施例の等価モデル回路図である。加熱回路100は、さらに、整流ユニット150、エネルギー貯蔵コンデンサC1、共振コンデンサC2、直流補充ユニット160及びインバータユニット170を含む。ここで、図4の加熱ユニット110は、直列に接続された加熱コイルL1及び共振コンデンサC2を含み、即ち、加熱コイルL1及び共振コンデンサC2は、LC直列共振ループを構成する。図5の加熱回路110は、並列に接続された加熱コイルL1及び共振コンデンサC2を含み、即ち、加熱コイルL1及び共振コンデンサC2は、LC並列共振ループを構成する。
ここで、整流ユニット150は、整流ブリッジD1であってもよく、交流電力を直流電力に整流することができ、一般に使用される商用電源は交流電力であり、商用電源の範囲は100~280Vであり、整流ブリッジD1は商用電源を整流して直流バス電圧を提供することができる。
エネルギー貯蔵コンデンサC1は、整流ユニット150に接続されて直流電気エネルギーを蓄積するために用いられることができる。共振コンデンサC2は、加熱コイルL1と直列又は並列方法で加熱ユニット110を構成でき、それにより、LC直列共振加熱回路(図4に示す)又はLC並列共振加熱回路(図5に示す)を形成できる。加熱コイルL1及び共振コンデンサC2は逆変換により15KHz~60KHzの高周波振動を生成し、磁界を放射することができ、被加熱対象200の底部に渦電流が形成されて、電磁誘導加熱を行う。
直流補充ユニット160は、エネルギー貯蔵コンデンサC1に接続されて直流補充電気エネルギーを導入する。直流補充ユニット160は、ダイオードD2であってもよく、その一端は、直流電源に接続されて、直流電気エネルギーを導入し、ここで、導入される直流電気エネルギーの電圧範囲は10~400Vであってもよく、好ましくは、10~50V、140~160V及び282~367Vであり得る。
インバータユニット170は、加熱ユニット100の共振ループに接続されて、発振周波数信号を受信し、蓄積されている直流電気エネルギー及び導入された直流補充電気エネルギーに駆動されて、加熱ユニット110に共振ユニットで共振加熱を行わせる。具体的には、インバータユニットは、ハーフブリッジ共振モジュール171又は単管共振モジュール172を含み得る。
図4のインバータユニット170は、2つのスイッチパワートランジスタQ2及びQ3を含み得るハーフブリッジ共振モジュールを採用し、2つのスイッチパワートランジスタQ2及びQ3は、トーテムポールの形で互いに接続されるとともに、エネルギー貯蔵コンデンサC1の両端に接続され、かつ、中間点を出力として、加熱ユニット110の共振ループに接続される。スイッチパワートランジスタQ2及びQ3の制御端は、それぞれ発振周波数信号を受信する。
図5のインバータユニット170は、パワートランジスタQ4を含み得る単管共振モジュールを採用し、パワートランジスタQ4は、エネルギー貯蔵コンデンサC1の両端に接続されるとともに、加熱ユニット110の共振ループに接続され、かつ、パワートランジスタQ4の制御端は、発振周波数信号を受信する。
ここで、パワートランジスタQ2、Q3、Q4は、対応する加熱ユニット110の共振ループの発振励起源を受信してもよいし、駆動信号に応じてオン又はオフにするように、処理回路140の駆動信号を受信してもよい。
なお、図4の加熱回路における「LC直列共振+ハーフブリッジ共振モジュール」又は図5の加熱回路における「LC並列共振+単管共振モジュール」は、本願の実施例にすぎず、LC直列共振回路はハーフブリッジ共振モジュールのみと組み合わせることができること、又は、LC並列共振回路は単管共振モジュールのみと組み合わせることができることを意味するものではない。他の一部の加熱回路において、当業者は、実際の状況に応じて、「LC直列共振+単管共振モジュール」の加熱回路又は「LC並列共振+ハーフブリッジ共振モジュール」のように組み合わせることもでき、ここでは詳細な説明を省略する。
上記から分かるように、直流補充ユニット160に直流補充電気エネルギーを導入してもよい。具体的には、図6及び図7を参照すると、図6は、図4又は図5におけるエネルギー貯蔵コンデンサC1に蓄積された直流電気エネルギーの電圧をサンプリングする模式図であり、図7は、図4又は図5における加熱ユニット110の共振ループに印加される共振電圧をサンプリングする模式図である。
図6に示すように、Z1は、エネルギー貯蔵コンデンサC1の電圧のピークウィンドウであり、Z2は、エネルギー貯蔵コンデンサC1の電圧のボトムウィンドウである。図7に示すように、Z11は、加熱ユニット110の共振ループに印加される共振電圧のピークウィンドウであり、Z22は、加熱ユニット110の共振ループに印加される共振電圧のボトムウィンドウである。
ここで、Z1及びZ2の持続時間は、10マイクロ秒~3ミリ秒であってもよく、Z11及びZ22の持続時間は10マイクロ秒~3ミリ秒であってもよく、ここで、直流補充ユニット160に導入される直流補充電気エネルギーの大きさを調節することにより、Z1とZ2及びZ11とZ22の持続時間を制御できる。
また、上記の実施例における複数のモジュール/ユニットは、矛盾しない場合、各自組み合わせてもよく、本願で特に説明しない限り、制限はない。
また、一部の実施例において、収集ユニット130は、抵抗サンプリング回路131であってもよい。具体的には、図8に示すように、図8は、本願の加熱回路の別の実施例の構造模式図である。本実施例では、上記の実施例のようにサンプリングコイルL4を採用して収集ユニット130とするのではなく、抵抗サンプリング回路131を採用して収集ユニット130とする。例えば、抵抗サンプリング回路131の一端は、加熱ユニット110の共振ループに結合されてもよく、他端は接地されてもよく、これにより抵抗サンプリング回路131で加熱コイルL1の共振電気パラメータを収集する。
具体的には、抵抗サンプリング回路131は、サンプリング抵抗R1及びパワートランジスタQ1を含むことができ、パワートランジスタQ1の制御端は、共振周波数を受信でき、パワートランジスタQ1の1つの経路端は、抵抗サンプリング回路131の入力端として共振ループにアクセスでき、他の経路端はサンプリング抵抗R1に接続でき、かつ、接続ノードは、抵抗サンプリング回路131の出力端として、収集された電気信号を出力する。
図9及び図10を参照すると、図9は、本願の加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の構造模式図であり、図10は、図9に示す加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の給電信号と励起信号との関係の模式図である。
本願のさらに別の実施例は、測温回路300をさらに含む加熱回路を提供し、測温回路300は、測温ユニット31、トリガユニット32及び処理ユニット33を含む。
測温ユニット31の入力端には、給電電源及び励起電源が接続されていて、励起信号VSSが励起閾値VSS1未満である場合に励起信号VSSに励起されて測温信号VABを生成するための給電信号VAC及び励起信号VSSが入力され、励起信号VSSが励起閾値VSS1未満である場合、給電信号VACがゼロクロス範囲W内にあり、ゼロクロス範囲Wはゼロクロス点Zを中心とする。
給電信号VACにより、回路全体の給電が実現され、本実施例では、給電信号VACは、220Vの商用電源交流電力であり、測温回路300は、加熱期間及び測温期間などの動作期間を含み得る。正常な動作への影響を回避するために、測温期間は、給電信号VACのゼロクロス範囲Wから選択され、ゼロクロス範囲Wは、ゼロクロス点Zを中心とする。即ち、給電信号が小さく、動作効果への影響がない場合、測温を行い、例えば、給電信号が小さく、加熱効果への作用がほとんどない場合、測温を行い、対応する測温ユニット31も当該測温期間内に測温信号VABを生成する。
本実施例は、給電信号VACに対応する励起信号VSSを利用して測温期間を制御する。具体的には、本実施例の測温ユニット31は、励起信号VSSが励起閾値VSS1未満である場合にのみ、励起されて測温信号VABを生成し、励起信号VSSが励起閾値VSS1未満である範囲はゼロクロス範囲Wに対応する。ここで、励起信号VSSの周期は、給電信号VACの周期の半分であり、本実施例では、励起信号VSSを5V~50Vに設定し、50V未満の励起信号VSSは給電信号VACの作用に影響を与えない。
本実施例の目的は、より正確に測温するために、測温信号を収集する正確な開始時間を取得することである。測温ユニット31に対する以上の説明から分かるように、測温信号VABの生成は、給電信号VACのゼロクロス範囲に対応し、励起信号VSSが励起閾値VSS1未満であることにも対応するので、給電信号VAC又は励起信号VSSの検出により、測温信号VABを収集する開始時間を取得できる。
給電信号VAC又は励起信号VSSを直接検出することは容易ではないため、本実施例では、トリガユニット32を導入し、その入力端は、給電信号VAC及び/又は励起信号VSSの入力のために、給電電源及び/又は励起電源に接続され、給電信号VAC及び/又は励起信号VSSに基づいてトリガ信号を生成する。トリガユニット32の作用は、より容易に測定するために、給電信号VAC又は励起信号VSSを変換することである。
本実施例の処理ユニット33は、トリガユニット32に接続されて、トリガ信号を取得するとともに、トリガ信号に応じて、測温信号VABを収集する開始時刻TAを決定する。開始時刻TABはゼロクロス点Zに対応する。
本実施例は、トリガユニット32を設置することにより、測温信号VABの収集時間がより正確になり、測温結果もより正確になる。
処理ユニット33は、さらに、測温信号VABを収集する終了時刻TBを、開始時刻TAを第3時間T3だけ遅延させた時刻に決定する。第3時間T3は、給電信号VACの周波数により決定され、本実施例では、給電信号VACは50Hzであり、T3として10us~2msを選択する。
上記の説明から分かるように、本実施例のキーポイントは、トリガユニット32が、給電信号VAC及び/又は励起信号VSSをトリガ信号に変換して、測定を容易にすることであり、本実施例では、トリガ信号を方形波信号に変換することができ、方形波信号におけるエッジ割り込みの検出を利用して時刻の正確な検出を実現する。トリガユニット32の詳細な回路構造について、以下の実施例により説明するが、当然のことながら、以下の実施例に限定されず、正確な時間検出が実現できる他の回路構造は、いずれも本願に適用できる。
図11及び図12を参照すると、図11は、本願の加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の構造模式図であり、図12は、図11に示す加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の給電信号とゼロクロス信号との関係の模式図である。本願のさらに別の実施例の加熱回路の測温回路400の構造は、前の実施例の加熱回路の測温回路300とほぼ同じであり、同様に、測温ユニット41、トリガユニット42及び処理ユニット43を含む。トリガユニット42及び処理ユニット43が主な異なる点である。
本実施例では、トリガユニット42は、ゼロクロス回路を含み、ゼロクロス回路に給電信号VACが入力され、ゼロクロス信号ZEROをトリガ信号として出力する。ゼロクロス信号ZEROは方形波信号である。
ゼロクロス回路におけるコンパレータはダブルエッジ割り込みコンパレータであるので、ダブルエッジ割り込みの信号を生成できるため、処理ユニット43は、ゼロクロス信号ZEROにおける前の方形波の立ち下がりエッジの割り込み時刻A及びその次の方形波の立ち上がりエッジの割り込み時刻Bを収集して、立ち下がりエッジの割り込み時刻A及び立ち上がりエッジの割り込み時刻Bに基づいて開始時刻TAを決定することができる。具体的には、立ち下がりエッジの割り込み時刻Aと立ち上がりエッジの割り込み時刻Bとの間の中間時刻をゼロクロス点Zの時刻とし、ゼロクロス点Zの時刻を第1時間T1だけ遅延させた時刻を開始時刻TAとする。
具体的に言えば、トリガユニット42には、第1コンパレータCMP1、第1ダイオードD2及び第2ダイオードD3が含まれる。ここで、第1コンパレータCMP1はダブルエッジ割り込みコンパレータである。
第1コンパレータCMP1の正の入力端は、第1ダイオードD2の出力端および第2ダイオードD3の出力端に接続され、第1ダイオードD2の入力端は給電信号VACの信号源の第1電極Lに接続され、第2ダイオードD3の入力端は給電信号VACの信号源の第2電極Nに接続され、それにより、第1コンパレータCMP1の正の入力端に入力される給電信号VACがいずれも正の信号である。
第1コンパレータCMP1は、負の入力端から基準信号Vrefを入力し、出力端からゼロクロス信号ZEROを出力する。ゼロクロス信号ZEROにおける方形波は給電信号VACが基準信号Vrefよりも大きいことを表す。そのため、立ち下がりエッジの割り込み時刻Aと立ち上がりエッジの割り込み時刻Bとの間がゼロクロス範囲Wに対応し、立ち下がりエッジの割り込み時刻Aと立ち上がりエッジの割り込み時刻Bとの間の中間時刻をとって、ゼロクロス点Zの時刻を表す。
本実施例のトリガユニット42は、給電信号VACによって生成されるトリガ信号に応じて、ゼロクロス範囲以外の範囲にトリガ信号における方形波が生成され、方形波のエッジ割り込みを検出し、エッジ割り込みに応じてゼロクロス点Zを決定することにより、収集の開始時間TAを決定する。
図13及び図14を参照すると、図13は、本願の加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の一部の構造の模式図であり、図14は、図13に示す加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の比較信号の模式図である。本願の加熱回路のさらに別の実施例の測温回路は、測温ユニット、トリガユニット52及び処理ユニットを含む。
トリガユニット52は、第2コンパレータCMP2を含み、コンパレータCMP2は、正の入力端が閾値電源に接続されて、励起閾値VSS1を入力し、負の入力端が励起信号VSSを入力し、出力端が方形波信号である比較信号VSS_INTをトリガ信号として出力する。ここの方形波は、励起信号が励起閾値未満であることを表す。第2コンパレータCMP2と対向する他のコンパレータは、当該原理に基づいて設置され得る。
処理ユニットは、比較信号VSS_INTにおける方形波の立ち上がりエッジの割り込み時刻を開始時刻TAとする。
本実施例のトリガユニット52は、励起信号VSSに応じてトリガ信号を生成し、励起信号VSSが励起閾値VSS1未満である場合に方形波を生成し、方形波のエッジ割り込みを検出することにより、収集の開始時間TAを決定する。
図15及び図16を参照すると、図15は、本願の加熱回路のさらに別の実施例の測温回路の一部の構造の模式図であり、図16は、図15に示す加熱回路のさらに別の実施例の測温回路のトリガ信号の模式図である。本願の加熱回路のさらに別の実施例の測温回路は、測温ユニット、トリガユニット62及び処理ユニットを含む。
トリガユニット62は、トランジスタQ1を含み、トランジスタQ1は、ベース電極から給電信号VACを入力し、具体的には給電信号VACの信号源の第2電極Nに接続され、エミッタ電極から励起信号VSSを入力し、コレクタから方形波信号であるトリガ信号VSS_INTを出力する。方形波は、給電信号VACが励起信号VSS未満であることを表す。
処理ユニットは、トリガ信号における方形波の立ち上がりエッジの割り込み時刻を開始時刻TAとする。トランジスタQ1のベース電極は、VAC信号源の1つの電極のみに接続されるため、給電信号VACが正から負へゼロ点をクロスするときに方形波が発生し、負から正へゼロ点をクロスするときには、新しい方形波が発生しないので、負から正へのゼロクロス範囲内の開始時刻は、遅延計算により取得する。即ち、処理ユニットは、さらに、立ち上がりエッジの割り込み時刻を第2時間T2だけ遅延させた時刻を開始時刻TA1とする。
本実施例は、半波トリガであり、TA1とTAとの間に半周期の間隔があり、例えば、給電信号VACの周波数が50Hzである場合、TA1-TA=10msであり、同じ原理で、T2+T3=10msである。
本実施例のトリガユニットは、給電信号VACと励起信号VSSとの間の関係に応じてトリガ信号を生成し、給電信号VACが励起信号VSS未満である場合に方形波を生成し、方形波のエッジ割り込みを検出することにより、収集の開始時間TAを決定する。
上記の実施例は、より良く検出できるトリガ信号を生成することにより、測温信号の収集時間を決定するため、収集時間がより正確になり、対応して、測温結果もより正確になる。また、以上の2つの実施例において、トリガユニットの回路構造は、いずれも図11の測温回路の回路構造に接続できる。
図17を参照すると、図17は、本願の加熱回路のさらに別の実施例の構造模式図である。
本願のさらに別の実施例は、信号処理回路700をさらに含む加熱回路を提供し、信号処理回路700は、加熱回路70の測定コイル又はサンプリングコイルの出力端に接続されて、前記測定コイル又はサンプリングコイルによって出力される被処理信号を処理する。具体的には、本願の加熱回路70は、加熱コイルL1、測定コイル720、サンプリングコイル730及び信号処理回路700を含み得る。
加熱コイルL1は、被加熱対象を共振加熱するために用いられ、ここで、被加熱対象は、様々な鍋であり得る。測定コイル720は、加熱コイルL1及び被加熱対象のそれぞれと相互誘導することができ、それにより測定信号を出力する。
一実施例において、サンプリングコイル730は、導磁体に巻きつけられてもよく、加熱コイルL1の共振ループが導磁体を貫通して、加熱コイルL1の共振電気パラメータを収集して、収集信号を得る。ここで、サンプリングコイル730は、相互誘導する形で加熱コイルL1を流れる共振電流をサンプリングするために、加熱コイルL1の電流変成器であってもよい。
信号処理回路700は、加熱回路70の測定コイル720又はサンプリングコイル730の出力端に接続されて、測定コイル720又はサンプリングコイル730によって出力される被処理信号を処理するために用いられてもよい。
信号処理回路700が測定コイル720の出力端に接続される場合、被処理信号は、測定コイル720によって出力される測定信号であり、信号処理回路700がサンプリングコイル730の出力端に接続される場合、被処理信号は、サンプリングコイル730によって出力されるサンプリング信号である。
さらに、図18及び図19を参照すると、図18は、本願の加熱回路のさらに別の実施例の構造模式図であり、図19は、図18の加熱回路の等価回路モデル図である。本実施例の加熱回路70は、加熱コイルL1、測定コイル720、サンプリングコイルL4及び信号処理回路700を含み得る。ここで、測定コイル720は、第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3を含み得る。
第1測定サブコイルL2は、加熱コイルL1及び被加熱対象200のそれぞれと相互誘導するように、加熱コイルL1に近づいて設置されてもよく、第2測定サブコイルL3は、加熱コイルL1と相互誘導し、一実施例において、第2測定サブコイルL3は、導磁体に巻きつけられ、加熱コイルL1が位置する共振ループが貫通する。
第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3が差動コイルを構成し、両者は、そのうちの1対の同一名の端(図18に*でマーク)が互いに接続され、別の1対の同一名の端は測定コイル720の出力端として測定信号を出力する。これにより、測定信号及び収集された加熱コイルの共振電気パラメータにより被加熱対象200の熱抵抗パラメータを特定し、熱抵抗パラメータに基づいて被加熱対象の温度を特定する。
第2測定サブコイルL3は、加熱コイルL1との相互誘導を生成して、第1測定サブコイルL2と加熱コイルL1とによって生成された相互誘導を相殺するために用いられ、そのため、第2測定サブコイルL3が被加熱対象200と相互誘導せず、被加熱対象200の磁界干渉から離れていることが要求される。
第1測定サブコイルL2は、被加熱対象200の熱抵抗サンプリングコイルと見なすことができる。加熱コイルL1は、磁界の形で電気エネルギーに変換し、さらに熱エネルギーに変換して被加熱対象200を共振加熱する。共振加熱を行う際に、様々な鍋などの被加熱対象200は、誘導インダクタンス及び熱抵抗からなる回路と等価であってもよい。
本実施例では、測定コイル720によって出力される測定信号は測定電圧であってもよく、サンプリングコイルL4によって出力されるサンプリング信号は共振電流であってもよく、処理後に、サンプリングコイルL4によって出力される共振電流を共振収集電圧に変換することができる。
図11に示すように、加熱コイルL1が共振加熱を行う際に、共振電流Iが、加熱コイルL1が位置する共振ループを流れる。サンプリングコイルL4は、導磁体に巻きつけられ、加熱コイルL1の共振ループが導磁体を貫通して、加熱コイルL1を流れる共振電流I1に誘導され、対応する共振収集電圧U1を生成する。測定コイル(第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3の測定電圧を含む)によって出力される測定電圧はU2として示される。
被加熱対象200が加熱コイルL1に載置された場合、加熱コイルL1は被加熱対象200の誘導インダクタンスLrと相互誘導し、それにより、対応する誘導電流Irが生成され、ここで、誘導電流Irが誘導インダクタンスLr及び等価熱抵抗Rzを流れる。
加熱コイルL1が被加熱対象200の誘導インダクタンスLrと相互誘導M1rを生成すると、下記の式を満たす。
Figure 0007400096000004
本願において、測定コイルの第2測定サブコイルL3は、加熱コイルL1と相互誘導し、第1測定サブコイルL2は加熱コイルL1及び被加熱対象200のそれぞれと相互誘導する。そのため、被加熱対象200の誘導インダクタンスLrは、第1測定サブコイルL2と相互誘導Mr2を生成するが、L3と相互誘導を生成しない。加熱コイルL1は第2測定サブコイルL3と相互誘導M13を生成し、第1測定サブコイルL2と相互誘導M12を生成する。
後続の計算の便宜上、予め測定コイル720を補正してもよい。測定コイル720は、被加熱対象200が加熱ユニット710に載置されていないとき、2つの出力端の間の電圧差を所定の値にし、それにより補正が完了する。選択可能に、所定の値が0であってもよく、それによりゼロ化補正が完了して、測定コイル720によって出力される測定電圧U2が、第1測定サブコイルL2と被加熱対象200の誘導インダクタンスLrとの間の相互誘導Mr2のみによるものとなる。以下では、補正後の2つの出力端の間の電圧差が0である場合を例として説明する。
具体的には、被加熱対象200が載置されているとき、誘導インダクタンスLrが第1測定サブコイルL2に対して相互誘導Mr2を生成し、被加熱対象200が載置されていない場合、誘導インダクタンスLrが第1測定サブコイルL2に対して相互誘導Mr2を生成しないため、被加熱対象200が加熱コイルL1に載置されていないとき、測定コイル720の2つの出力端の間の電圧差を0とし、それにより測定コイル720に対してゼロ化補正を行う。このとき、第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3の異名端の電圧差は0に近接し、即ち、jωM13=jωM12であり、第1測定サブコイルL2及び第2測定サブコイルL3に対してゼロ化補正を行い、つまり、初期のU2=0になるように、ゼロ化補正を行う。
被加熱対象200が加熱コイルL1に載置されている場合、被加熱対象200の誘導インダクタンスLrは第1測定サブコイルL2に対して相互誘導Mr2を生成し、第2測定サブコイルL3に対しては相互誘導を生成せず、かつ、加熱コイルL1の、第1測定サブコイルL2に対する相互誘導M12及び第2測定サブコイルL3に対する相互誘導M13に対してゼロ化補正を行った後、jωM13=jωM12を満たす。そのため、測定コイル720によって出力される測定電圧U2は、被加熱対象200の誘導インダクタンスLrが第1測定サブコイルL2に対して相互誘導Mr2を生成することのみによって生成され、即ち、下記のとおりである。
Figure 0007400096000005
言い換えれば、測定コイル720のゼロ化補正後、第2測定サブコイルL3と加熱コイルL1との間に相互誘導M13が生成されて、加熱コイルL1の第1測定サブコイルL2に対する相互誘導M12が相殺されるため、後続で測定コイル720によって出力される測定電圧は、被加熱対象200の誘導インダクタンスLrが第1測定サブコイルL2に対して相互誘導Mr2を生成することのみによって生じたものである。
したがって、上記の式(1)を式(2)に代入すると、下記のことが分かる。
Figure 0007400096000006
式(3)において、共振電流I1は、サンプリングコイルL4によって測定されてもおく、具体的には、U1はI1のマッピング電圧であるため、サンプリングコイルL4によって出力される共振収集電圧U1により共振電流I1を得ることができる。U2は測定コイル720によって出力される測定電圧である。加熱コイルL1、第1測定サブコイルL2、第2測定サブコイルL3、サンプリングコイルL4及びインダクタンスLrのインダクタンス値が特定され、かつ、それらの相互位置が特定されると、M1r、Mr2も特定できる。したがって、上記の式(3)により、被加熱対象200の熱抵抗Rzの大きさを計算できる。
Lrが被加熱対象200の誘導インダクタンスであり、被加熱対象200が調理用の鍋であることが一般的であるため、誘導インダクタンスLrの温度係数は小さいが、等価熱抵抗Rzは大きい温度係数を有し、ほとんどのステンレス鋼又は鉄材質の温度係数は0.001~0.007の間(20℃)にあり、そのため、U2及びI1が測定されると、被加熱対象200の熱抵抗Rzを導出することができ、その後、予め設定しておいた熱抵抗-温度関数T=f(Rz)に応じて、被加熱対象200の温度を取得できる。
また、加熱回路100におけるデータ処理について、式(3)と組み合わせて分かるように、測定電圧U2及び共振収集電圧U1に基づいて被加熱対象200の等価熱抵抗Rzを特定するとともに、等価熱抵抗Rzに基づいて被加熱対象200の温度を特定することができる。
例えば、高速ADにより共振収集電圧U1及び測定電圧U2の波形のサンプルを取って、それをメモリに格納してから、データ処理を行う。共振収集電圧U1及び測定電圧U2が交流であり、かつ、式(3)から、測定電圧U2が非標準関数であることが分かるため、共振収集電圧U1及び測定電圧U2の値を直接取得することができない。さらに、その波形に対してデジタル信号処理、例えば、DFT(Discrete Fourier Transform、離散フーリエ変換)処理を行う必要があり、当該処理は、長さM(1~10)の有限離散周波数シーケンスを選択して、そのうちのN個目の三角関数U2N=CV2N*cos(ωNt+ΦV2N)を解析し、同様に、U1について、長さMの有限離散周波数シーケンスを選択して、そのうちのN個目の三角関数U1N=CV1N*sin(ωNt+ΦV1N)を解析することを含む。
2N及びU1Nの励起源が同じであるため、離散周波数を選択する点も同じであるので、両者の周波数も同じであり、即ち、同じくωNtであり、CV2N及びCV1Nは、U2N及びU1Nの振幅値である。したがって、U1N及びU2Nの位相差ΔΦを求めるだけで、Rzを間接的に関連させることができ、測定電圧U2と共振収集電圧U1との具体的な値を比較する必要がない。また、干渉要因を減らすために、好ましくは、U1及びU2の基本波を比較対象として選択できる。
具体的には、下記の方法で位相差ΔΦを取得できる。
1)測定電圧U2と共振収集電圧U1との比を取得して、比に対して逆正接関数演算を行って、測定電圧U2と共振収集電圧U1との間の位相差を取得する。式:tan(ΦV2N-ΦV1N)=CV2N*cos(ωNt+ΦV2N)/CV1N*sin(ωNt+ΦV1N)のように、tan(ΦV1N-ΦV2N)逆正接関数arctanを求めると、ΔΦ=ΦV1N-ΦV2Nを得ることができる。
2)測定電圧U2と共振収集電圧U1との波形を比較して、測定電圧U2と共振収集電圧U1との間の位相差を取得する。図20に示すように、図20は、本願の測定電圧及び共振収集電圧の波形図である。U1N電圧波形のaを始点として、U2N電圧が来るb点までの時間を記録したΔΦが位相差であり、ここで、a及びb点は、同じ電圧値である。
3)コンパレータにより測定電圧U2と共振収集電圧U1とを比較して、測定電圧U2と共振収集電圧U1との間の位相差を取得する。例えば、U1N及びU2NをU1のI/Oインタフェースを介して出力し、U1N及びU2Nをコンパレータの正と負の入力端としてコンパレータにアクセスさせ、それにより位相差ΔΦを取得する。
また、当業者は、他の方法で位相差ΔΦを取得してもよく、ここでは、詳細な説明を省略する。位相差ΔΦを取得した後、温度(-50°~400°)での熱抵抗Rzに対応するΔΦを測定してから、両者の関係式T=f(ΔΦ)を確立する。実際に使用する際に、テーブル又は両者の関係式により加熱対象200の温度を求めることができる。
上記には、本願の共振加熱測温回路の原理が紹介されており、共振加熱測温回路70における測定信号及びサンプリング信号を収集するだけで、データ処理により被加熱対象の温度を取得できる。しかしながら、収集された共振加熱測温回路における電気パラメータを直接データ処理すると、測温システムが焼損しやすい。そのため、信号処理回路で電気パラメータを信号処理して、測温システムの焼損を防止する必要もある。図21を参照すると、図21は、本願の加熱回路における信号処理回路のさらに別の実施例の構造模式図である。
信号処理回路700は、バイアス回路F、クランプ回路G及び増幅回路Jを含み得る。バイアス回路Fは、測定コイル720又はサンプリングコイル730の出力端に接続されて、被処理信号の負の電圧を順方向にバイアスさせることにより、振幅値が正である完全な波形を有するバイアス信号を取得する。ここで、振幅値範囲は、0~基準電圧VCCであってもよい。
クランプ回路Gは、バイアス回路Fに接続されて、バイアス信号の高圧部分をクランプすることができ、それによりクランプ信号を取得して、バイアス信号が後段回路に直接流れることによりエネルギーが過大になって、回路を焼損することを回避する。増幅回路Jは、クランプ回路Gに接続されて、クランプ信号を増幅して出力することができ、それにより処理後の出力信号を得る。
上記の方法により、被処理信号が信号処理回路によって処理された後、元々正方向と負方向を有する電圧信号全てを完全な振幅値の正の電圧に変換し、かつ、元々の電圧信号における高圧部分をクランプすることができ、低圧部分のみを後段回路に送って処理することにより、測温システムの焼損を回避して、後続のデータ処理を容易にする。
図22を参照すると、図22は、本願の加熱回路における信号処理回路のさらに別の実施例の構造模式図である。本実施例における信号処理回路700は、バイアス回路F、クランプ回路G及び増幅回路J以外に、電圧フォロア回路H及び/又はフィルタ回路Iも含み得る。
電圧フォロア回路Hは、クランプ回路Gと後段回路との間に接続されて、クランプ回路と後段回路との間にハイインピーダンス状態を形成することができ、それにより、後段回路がクランプ回路Gによって出力されるクランプ信号に影響を与えることを回避する。フィルタ回路Iは、増幅回路Jと前段回路との間に接続され、増幅回路Jに入力される前のクランプ信号に対してフィルタ処理を行って、信号における直流成分を除去してもよい。
ここで、信号処理回路700が電圧フォロア回路H及びフィルタ回路Iを含む場合、電圧フォロア回路Hの後段回路は増幅回路J及びフィルタ回路I(図22に示すように)を含み、フィルタ回路Iの前段回路はクランプ回路G及び電圧フォロア回路H(図22に示すように)を含む。信号処理回路700が電圧フォロア回路Hを含むが、フィルタ回路Iを含まない場合、電圧フォロア回路Hの後段回路は増幅回路Jであり、信号処理回路700がフィルタ回路Iを含むが、電圧フォロア回路Hを含まない場合、フィルタ回路Iの前段回路はクランプ回路Gである。
また、一部の実施例において、例えば、被処理信号がサンプリングコイル730によって出力されるサンプリング信号である場合、サンプリングコイル730によって出力されるのが共振電流であるため、信号処理回路700は、さらに、収集された共振電流を共振サンプリング電圧に変換するために、負荷抵抗Eを含み得る。負荷抵抗Eは、サンプリングコイル730の出力端とバイアス回路Fとの間の第1ノードに接続されてもよく、サンプリングコイル730によって出力される共振電流を第1ノードにおける共振サンプリング電圧に変換して、バイアス回路Fで処理される被処理信号とすることができる。
被処理信号が測定コイル720によって出力される測定信号である場合、測定コイル720が補正された後に出力される測定信号は測定電圧であるため、信号処理回路700は負荷抵抗Eを含まなくてもよい。
図23を参照すると、図23は、図22の信号処理回路に対応する回路の模式図である。信号処理回路700は、入力端a及び出力端bを含み、入力端aは、測定コイル720又はサンプリングコイル730に接続されて被処理信号を取得するために用いられ、出力端bは、信号処理が完了した電圧信号を出力するために用いられる。ここで、信号処理が完了した電圧信号をメインコントロールチップに送ってデータ処理して、さらに、被加熱対象200の温度を取得する。
被処理信号がサンプリング信号である場合、信号処理回路700は負荷抵抗E、即ち図20における抵抗R0を含み得る。R0の抵抗値は0~100KΩであってもよい。被処理信号が測定信号である場合、信号処理回路700は抵抗R0を含まなくてもよい。
バイアス回路Fは、第1抵抗R1及び第2抵抗R2を含み得る。第1抵抗R1の一端は、測定コイル720又はサンプリングコイル730の出力端に接続されてもよく、第1抵抗R1の他端は第2抵抗R2の一端に接続されてもよく、第2抵抗R2の他端は基準電圧VCCに接続され、ここで、第1抵抗R1と第2抵抗R2との間の第2ノードをバイアス回路Fの出力端とする。ここで、第1抵抗R1と第2抵抗R2との抵抗値を1KΩ~100KΩにしてもよい。
クランプ回路Gは、アノードがバイアス回路Fの出力端に接続され、カソードが基準電圧VCCに接続されるダイオードD1を含み得る。ここで、ダイオードD1のアノードとバイアス回路Fの出力端との間の第3ノードをクランプ回路Gの出力端とする。
電圧フォロア回路Hは、第1入力端がクランプ回路Gの出力端に接続され、かつ、第2入力端が出力端に接続される第1増幅器N1を含む。ここで、第1入力端は、第1増幅器N1の同相入力端であってもよく、第2入力端は第1増幅器N1の逆相入力端であってもよく、図20に示すとおりである。
フィルタ回路Iは、フィルタコンデンサC1を含み得る。フィルタコンデンサC1の一端は電圧フォロア回路Hの出力端、即ち第1増幅器N1の第2入力端と出力端のノードに接続され、フィルタコンデンサC1の他端は、増幅回路Jの入力端に接続されてもよい。フィルタコンデンサC1は、100pF~10μFを選択してもよい。
増幅回路Jは、第3抵抗R3、第4抵抗R4及び第2増幅器N2を含み得る。第2増幅器N2の第1入力端は、第4抵抗R4を介して出力端bに接続されてもよく、第2増幅器N2の第2入力端は第3抵抗R3を介して前段回路に接続されてもよい。これにより、出力端bから処理後の出力信号を出力する。
ここで、第2増幅器N2の第1入力端が同相入力端であってもよく、第2増幅器N2の第2入力端が逆相入力端であってもよい。第3抵抗R3及び第4抵抗R4はオペアンプの比例抵抗であり、抵抗値を10Ω~100KΩにしてもよい。
信号処理回路700が被処理信号に対して信号処理を行う過程(測定信号を例とする)は下記のとおりである。測定コイル720が被加熱対象によって放射される共振周期電圧信号(ここで、電圧信号は順方向及び逆方向を有する)を誘導して、測定信号を形成する。測定信号が第1抵抗及び第2抵抗を通過してバイアス分圧が引き上げられ、負圧をゼロ点の上まで上げてバイアス信号を形成する。バイアス信号がダイオードD1のクランプを通過する際に、高圧部分のバイアス信号をクランプし、低圧信号を選択してエミッタフォロアとしての第1増幅器N1に送り、第1増幅器N1を利用してクランプ信号を出力し、かつ、第1増幅器N1を利用して後段回路とクランプ回路との間にハイインピーダンス状態を形成して、後段回路がクランプ回路によって出力されるクランプ信号に影響を与えることを回避する。その後、フィルタコンデンサC1を通過させてフィルタリングした後、増幅回路としての第2増幅器N2に送って信号増幅を行い、処理信号を出力する。
図24を参照すると、図24は、本願の調理器具の一実施形態の構造模式図である。調理器具900は、加熱回路800を含み、ここで、加熱回路800は、上記のいずれか1つの実施形態における加熱回路構造と同じであり、具体的な構造は、上記の実施形態を参照でき、ここでは詳細な説明を省略する。
ここで、調理器具900は、電磁コンロ、電気炊飯器又は電気圧力鍋などの機器であってもよく、ここでは詳細な説明を省略する。
以上は、本願の実施形態にすぎず、本願の特許の範囲を制限するものではなく、本願の明細書および図面の内容を利用して行われた等価構造或いは等価プロセス変換、及び他の関連の技術分野への直接又は間接的な適用は、同じ理由で、いずれも本願の特許保護範囲内に含まれる。

Claims (27)

  1. 被加熱対象を共振加熱するための加熱コイルを含む加熱ユニットと、
    測定コイルであって、前記加熱コイル及び前記被加熱対象のそれぞれと相互誘導するように、前記加熱コイルに近づいて設置される第1測定サブコイルと、前記加熱コイルと相互誘導し且つ前記被加熱対象と相互誘導しない第2測定サブコイルと、を含み、前記第1測定サブコイル及び前記第2測定サブコイルの1対の同一名の端が互いに接続され、前記第1測定サブコイル及び前記第2測定サブコイルの別の1対の同一名の端は前記測定コイルの出力端として測定信号を出力する測定コイルと、を含み、
    ここで、前記測定信号は、測定によって収集される前記加熱コイルの共振電気パラメータと合わせて前記被加熱対象の温度を特定するために用いられる、
    ことを特徴とする加熱回路。
  2. 前記測定コイルは、前記被加熱対象が前記加熱ユニットに載置されていないとき2つの前記出力端の間の電圧差が所定の値にされることで、補正が完了する、
    ことを特徴とする請求項に記載の加熱回路。
  3. 前記第1測定サブコイルは、前記第1測定サブコイルがなす面と前記加熱コイルがなす面とが所定の角度をなすように前記加熱コイルのディスク面の上に載置され、前記所定の角度は0~45度の範囲内に位置する、
    ことを特徴とする請求項に記載の加熱回路。
  4. 前記所定の角度は0度であり、前記第1測定サブコイルは前記加熱コイルのディスク面の上に平行に載置される、
    ことを特徴とする請求項に記載の加熱回路。
  5. 前記加熱コイルの前記共振電気パラメータを収集するための収集ユニットをさらに含み、
    ここで、前記収集ユニットは、
    前記加熱コイルの前記共振電気パラメータを収集する収集コイルか、又は、
    一端が前記加熱ユニットの共振ループに結合され、他端が接地されて、前記加熱コイルの前記共振電気パラメータを収集する抵抗サンプリング回路を含む、
    ことを特徴とする請求項に記載の加熱回路。
  6. 前記測定コイルの前記出力端及び前記収集ユニットの出力端に接続されて、前記測定信号及び前記共振電気パラメータを収集し、前記測定信号及び前記共振電気パラメータに基づいて、前記被加熱対象の熱抵抗パラメータを特定し、かつ、前記熱抵抗パラメータに基づいて、前記被加熱対象の温度を特定する処理回路をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項に記載の加熱回路。
  7. 前記測定コイルによって出力される前記測定信号は、測定電圧を含み、前記収集ユニットが収集して出力する前記共振電気パラメータは、前記加熱コイルを流れる共振電流に対応する共振収集電圧を含み、
    前記処理回路は、前記測定電圧と前記共振収集電圧とを比較して両者間の位相差を取得し、前記被加熱対象の前記熱抵抗パラメータを特定する、
    ことを特徴とする請求項に記載の加熱回路。
  8. 前記処理回路が前記測定電圧と前記共振収集電圧との間の位相差を取得する方式は、
    前記測定電圧と前記共振収集電圧との比を取得し、前記比を処理して、前記測定電圧と前記共振収集電圧との間の位相差を取得するか、又は、
    前記測定電圧と前記共振収集電圧との波形を比較して、前記測定電圧と前記共振収集電圧との間の位相差を取得するか、又は、
    コンパレータで前記測定電圧と前記共振収集電圧とを比較して、前記測定電圧と前記共振収集電圧との間の位相差を取得する、
    ことを特徴とする請求項に記載の加熱回路。
  9. 前記加熱ユニットは、さらに、前記加熱コイルと直列又は並列に接続されて前記加熱ユニットの共振ループを構成する共振コンデンサを含み、
    前記加熱回路は、さらに、
    交流電力を直流電力に整流するための整流ユニットと、
    前記整流ユニットに接続されて直流電気エネルギーを蓄積するエネルギー貯蔵コンデンサと、
    前記エネルギー貯蔵コンデンサに接続されて直流補充電気エネルギーを導入する直流補充ユニットと、
    前記加熱ユニットの前記共振ループに接続され、発振周波数信号を受信することにより、蓄積されている前記直流電気エネルギー及び前記直流補充電気エネルギーに駆動されて、前記加熱ユニットに共振周波数で共振加熱を行わせるインバータユニットと、を含み、
    ここで、前記インバータユニットは、ハーフブリッジ共振モジュール又は単管共振モジュールを含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の加熱回路。
  10. 測温回路をさらに含み、前記測温回路は、測温ユニットと、トリガユニットと、処理ユニットと、を含み、
    前記測温ユニットは、入力端が給電電源及び励起電源に接続されて給電信号及び励起信号を入力するために用いられ、前記励起信号が励起閾値よりも小さいとき、前記励起信号に励起されて測温信号を生成し、ここで、前記励起信号が励起閾値よりも小さいとき、前記給電信号はゼロクロス範囲内にあり、前記ゼロクロス範囲は、ゼロクロス点を中心とし、
    前記トリガユニットは、入力端が前記給電電源及び/又は前記励起電源に接続されて前記給電信号及び/又は前記励起信号を入力するために用いられ、前記給電信号及び/又は前記励起信号に基づいてトリガ信号を生成し、
    前記処理ユニットは、入力端が前記トリガユニットの出力端に接続され、前記トリガ信号に応じて前記測温信号の収集の開始時刻を決定し、前記開始時刻は前記ゼロクロス点に対応する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の加熱回路。
  11. 前記トリガユニットは、前記給電電源と前記処理ユニットとの間に接続されて前記給電信号を入力するためのゼロクロス回路を含み、前記ゼロクロス回路はダブルエッジ割り込みコンパレータを含み、前記ダブルエッジ割り込みコンパレータによって出力されるゼロクロス信号を前記トリガ信号とし、前記ゼロクロス信号は方形波信号であり、
    前記処理ユニットの入力端は、前記ダブルエッジ割り込みコンパレータの出力端に接続されて、前記ゼロクロス信号のうち、前の方形波の立ち下がりエッジの割り込み時刻及びその次の方形波の立ち上がりエッジの割り込み時刻を収集し、前記立ち上がりエッジの割り込み時刻及び前記立ち下がりエッジの割り込み時刻に基づいて前記開始時刻を決定する、
    ことを特徴とする請求項10に記載の加熱回路。
  12. 前記処理ユニットは、立ち上がりエッジの割り込み時刻と立ち下がりエッジの割り込み時刻との間の中間時刻をゼロクロス点の時刻とし、前記ゼロクロス点の時刻を第1時間だけ遅延させた時刻を前記開始時刻とする、
    ことを特徴とする請求項11に記載の加熱回路。
  13. 前記トリガユニットはコンパレータを含み、前記コンパレータの第1入力端が励起電源に接続されて、励起信号を入力するために用いられ、第2入力端が閾値電源に接続されて、前記励起閾値を入力するために用いられ、出力端が前記処理ユニットの入力端に接続されて、比較信号を前記トリガ信号として出力し、前記比較信号は方形波信号であり、ここで、方形波は、前記励起信号が前記励起閾値よりも小さいことを示し、
    前記処理ユニットは、前記比較信号における方形波の立ち上がりエッジの割り込み時刻を開始時刻とする、
    ことを特徴とする請求項10に記載の加熱回路。
  14. 前記トリガユニットはトランジスタを含み、前記トランジスタのベース電極が前記給電電源に接続されて、前記給電信号を入力し、エミッタ電極が前記励起電源に接続されて、励起信号を入力し、コレクタ電極が前記処理ユニットの入力端に接続されて、前記トリガ信号を出力し、前記トリガ信号は方形波信号であり、ここで、方形波は、前記給電信号が前記励起信号よりも小さいことを示し、
    前記処理ユニットは、前記トリガ信号における方形波の立ち上がりエッジの割り込み時刻を開始時刻とする、
    ことを特徴とする請求項10に記載の加熱回路。
  15. 前記処理ユニットは、さらに、前記立ち上がりエッジの割り込み時刻を第2時間だけ遅延させた時刻を前記開始時刻とする、
    ことを特徴とする請求項14に記載の加熱回路。
  16. 前記処理ユニットは、前記測温信号の収集の終了時刻を、前記開始時刻を第3時間だけ遅延させた時刻に決定する、
    ことを特徴とする請求項10に記載の加熱回路。
  17. 前記第3時間は10us~2msである、
    ことを特徴とする請求項16に記載の加熱回路。
  18. 前記励起信号は5V~50Vである、
    ことを特徴とする請求項10に記載の加熱回路。
  19. 前記加熱回路の前記測定コイル又はサンプリングコイルの出力端に接続されて、前記測定コイル又は前記サンプリングコイルによって出力される被処理信号を処理するための信号処理回路をさらに含み、ここで、前記信号処理回路は、
    前記測定コイル又は前記サンプリングコイルの出力端に接続されて、前記被処理信号の負の電圧を順方向にバイアスさせることにより、振幅値が正である完全な波形を有するバイアス信号を取得するバイアス回路と、
    前記バイアス回路に接続されて、前記バイアス信号の高圧部分をクランプすることにより、クランプ信号を取得するクランプ回路と、
    前記クランプ回路に接続されて、前記クランプ信号を増幅した後に出力することにより、処理後の出力信号を取得する増幅回路と、を含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の加熱回路。
  20. 前記クランプ回路と後段回路との間に接続され、前記クランプ回路と前記後段回路との間にハイインピーダンス状態を形成し、それにより、前記後段回路が前記クランプ回路によって出力される前記クランプ信号に影響を与えることを回避する電圧フォロア回路をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項19に記載の加熱回路。
  21. 前記増幅回路と前段回路との間に接続され、前記増幅回路に入力される前の前記クランプ信号に対してフィルタ処理を行うフィルタ回路をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項19に記載の加熱回路。
  22. 前記被処理信号が前記サンプリングコイルによって出力されるサンプリング信号である場合、前記信号処理回路は、さらに、
    前記サンプリングコイルの出力端と前記バイアス回路との間の第1ノードに接続され、前記サンプリングコイルによって出力される共振電流を前記第1ノードにおける共振サンプリング電圧に変換して、前記バイアス回路で処理される前記被処理信号とする、負荷抵抗を含む、
    ことを特徴とする請求項19に記載の加熱回路。
  23. 前記バイアス回路は、第1抵抗及び第2抵抗を含み、
    前記第1抵抗の一端は、前記測定コイル又は前記サンプリングコイルの出力端に接続され、前記第1抵抗の他端は前記第2抵抗の一端に接続され、前記第2抵抗の他端は基準電圧に接続され、ここで、前記第1抵抗と前記第2抵抗との間の第2ノードを前記バイアス回路の出力端とする、
    ことを特徴とする請求項19に記載の加熱回路。
  24. 前記クランプ回路は、アノードが前記バイアス回路の出力端に接続され、カソードが基準電圧に接続されるダイオードを含み、ここで、前記ダイオードのアノードと前記バイアス回路の出力端との間の第3ノードを前記クランプ回路の出力端とする、
    ことを特徴とする請求項19に記載の加熱回路。
  25. 前記電圧フォロア回路は、第1入力端が前記クランプ回路の出力端に接続され、かつ、第2入力端が出力端に接続される第1増幅器を含む、
    ことを特徴とする請求項20に記載の加熱回路。
  26. 前記増幅回路は、第3抵抗、第4抵抗及び第2増幅器を含み、
    ここで、前記第2増幅器の第1入力端は前記第4抵抗を介して出力端に接続され、前記第2増幅器の第2入力端は前記第3抵抗を介して前段回路に接続されて、前記出力端が処理後の前記出力信号を出力する、
    ことを特徴とする請求項19に記載の加熱回路。
  27. 請求項1~請求項26のいずれか一項に記載の加熱回路を含む、
    ことを特徴とする調理器具。
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