WO2010069883A1

WO2010069883A1 - Induktionskochfeld und verfahren zum betreiben eines induktionskochfelds

Info

Publication number: WO2010069883A1
Application number: PCT/EP2009/066971
Authority: WO
Inventors: Ignacio Garde Aranda; Adolfo Arnal Valero; Pablo Jesus Hernandez Blasco; Sergio Llorente Gil; Daniel Palacios Tomas; Ramon Peinado Adiego; Jose Alfonso Santolaria Lorenzo
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2010-06-24
Also published as: ES2347403A1; EP2380400A1; ES2552205T3; EP2380400B1; ES2347403B1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Induktionskochfeld mit einer Anzahl von Induktoren (10) und einer Anzahl von Wechselrichtern (12) zum Versorgen der Induktoren (10) mit einem Heizstrom über jeweils einen Stromkreis sowie mit einer Schaltvorrichtung (14) zum Schließen und Unterbrechen des Stromkreises. Um Kosten zu sparen, wird vorgeschlagen, das Induktionskochfeld mit mehreren Gruppen von mehreren Induktoren (10) auszustatten, wobei die Schaltvorrichtung (14) dazu ausgelegt ist, die Induktoren (10) aus einer Gruppe in unterschiedlichen Schaltstellungen mit unterschiedlichen Wechselrichtern (12) zu verbinden.

Description

Induktionskochfeld und Verfahren zum Betreiben eines Induktionskochfelds

Die Erfindung geht aus von einem Induktionskochfeld nach dem Oberbegriff des An- spruchs 1 und von einem Verfahren zum Betreiben eines Induktionskochfelds nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.

Aus dem Stand der Technik sind Induktionskochfelder mit mehreren Induktoren bekannt. Insbesondere in sogenannten Matrix-Kochfeldern umfasst das Kochfeld eine große An- zahl von Induktoren, die in einer Matrix bzw. in einem Raster angeordnet sind und flexibel zu frei definierbaren Heizzonen zusammengefasst werden können. Jedem Induktor ist eineindeutig ein Wechselrichter zugeordnet, der einen hochfrequenten Heizstrom zum Betreiben des Induktors erzeugt. Eine Frequenz des Heizstroms kann von einer Steuereinheit des Induktionskochfelds unabhängig von der Heizfrequenz der anderen Induktoren eingestellt werden.

Aus der ES 21 43 430 B1 und aus der daraus hervorgegangenen europäischen Patentanmeldung EP 09 86 287 A2 ist es ferner bekannt, die Eineindeutigkeit der Zuordnung zwischen Wechselrichtern und Induktoren dadurch zu brechen, dass zu einer kurzfristigen Überhöhung der Heizleistung in einem sogenannten „Booster-Modus" zwei Wechselrichter mit einem einzigen Induktor verschaltet werden, so dass der Induktor simultan von zwei Wechselrichtern betrieben werden kann.

Aus der EP 0 971 562 ist ferner ein Induktionskochfeld bekannt, in dem über eine Schalt- Vorrichtung wahlweise einer von zwei Induktoren mit einem einzigen Wechselrichter verbunden werden kann. Ferner ist des möglich, mehrere Wechselrichter gleichzeitig zum Betreiben der Induktoren einer einzigen, großen Heizzone zu nutzen.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Indukti- onskochfeld besonders kostengünstig auszugestalten. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, während sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus den Unteransprüchen ergeben.

Die Erfindung geht aus von einem Induktionskochfeld mit einer Anzahl von Induktoren und einer Anzahl von Wechselrichtern zum Versorgen der Induktoren mit einem Heizstrom über jeweils einen Stromkreis sowie mit einer Schaltvorrichtung zum Schließen und Unterbrechen des Stromkreises.

Es wird vorgeschlagen, das Induktionskochfeld mit mehreren Gruppen von Induktoren auszustatten, wobei die Schaltvorrichtung dazu ausgelegt ist, die Induktoren aus einer Gruppe in unterschiedlichen Schaltstellungen mit unterschiedlichen Wechselrichtern zu verbinden. t. Insbesondere in Induktionskochfeldern mit einer großen Zahl von Induktoren wird kann die notwendige Anzahl von Wechselrichtern und Tief passfiltern reduziert wer- den. In Privathaushalten besteht zudem in der Regel kein Bedarf, mehr als drei oder vier Kochgeschirrelemente wie Pfannen oder Töpfe gleichzeitig zu beheizen. Daher ist eine geringe Zahl von beispielsweise drei bis fünf Heizzonen und eine entsprechend geringe Anzahl von Wechselrichter in der Regel bei Weitem ausreichend, um dem Bedarf gerecht zu werden. Die Reduzierte Anzahl von Wechselrichtern kann durch eine flexible Schalt- Vorrichtung, die eine flexible Zuordnung der Induktoren zu den Wechselrichtern erlaubt, kompensiert werden. Durch die Schaltvorrichtung kann eine unabhängige Ansteuerung der Induktoren innerhalb einer Gruppe erreicht werden und es können zwei oder mehrere Heizzonen durch Induktoren aus der gleichen Gruppe von Induktoren beheizt werden.

Die zu einer Heizzone zusammengefassten Induktoren werden zur Vermeidung von Interferenzen synchron, in einer festen Phasenbeziehung und mit der gleichen Heizfrequenz betrieben. Um einen solchen Heizstrom zu erzeugen, wäre im Prinzip ein einziger Wechselrichter ausreichend. Dem widerspricht allerdings scheinbar die Anforderung der freien Rekonfigurierbarkeit der Heizzonen, die in solchen Anwendungen in der Regel gestellt wird. Es hat sich daher das technische Vorurteil herausgebildet, dass ein unabhängiger Betrieb der Induktoren und damit eine flexible Anpassung einer Form und Größe der Heizzonen an ein zu beheizendes Kochgeschirrelement nur dann erreichbar ist, wenn jedem Wechselrichter ein Induktor zugeordnet ist und umgekehrt. Der Erfindung liegt dagegen die Erkenntnis zugrunde, dass ein ausreichend flexibler Betrieb eines gattungsgemäßen Induktionskochfelds auch dann erreichbar ist, wenn die Anzahl der Wechselrichter geringer als die Anzahl der Induktoren ist. Durch den Wegfall der Wechselrichter können insbesondere in Induktionskochfeldern mit einer großen Anzahl von Induktoren deutliche Kosteneinsparungen erzielt werden. Durch eine geeignete Gestaltung der Schaltvorrichtung, die eine flexiblere Zuordnung zwischen den Wechselrichtern und den Induktoren erlaubt, können die scheinbaren Einbußen in der Flexibilität des Induktionskochfelds leicht wettgemacht werden.

Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere in Induktionskochfeldern mit einer hohen Anzahl von Induktoren zum Tragen, beispielsweise in Induktionskochfeldern mit mindestens 16 Induktoren, und zwar insbesondere dann, wenn die Induktoren in einer Matrixform bzw. in einem Raster angeordnet sind.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Induktionskochfeld mehrere Gruppen Induktoren umfasst, wobei die Induktoren wenigstens einer der Gruppen fest mit einem Wechselrichter verdrahtet sind oder über die Schaltvorrichtung nur mit genau einem Wechselrichter verbunden werden können. In der Praxis werden insbesondere Induktoren, die in Eckbereichen oder am Rand des Induktionskochfelds liegen, praktisch ausschließlich zusam- men mit den diesen Induktoren unmittelbar benachbarten Induktoren zu einer Heizzone zusammengefasst. Ein unabhängiger Betrieb dieser Induktoren muss daher nicht ermöglicht werden und Schaltvorrichtungen, die einen solchen unabhängigen Betrieb ermöglichen würden und die betreffenden Induktoren mit unterschiedlichen Wechselrichtern verbinden würden, können eingespart werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schaltvorrichtung jeden der Induktoren mit genau einem diesem Induktor zugeordneten Wechselrichter verbindet. Der Wechselrichter kann daher abhängig von einer Schaltstellung der Schaltvorrichtung einen oder mehrere Induktoren speisen, während der Induktor eindeutig einem Wechsel- richter zugeordnet ist.

Dadurch kann die Steuerungslogik vereinfacht werden. Insbesondere kann es sich bei den verschiedenen, einem Wechselrichter zugeordneten Induktoren um benachbarte Induktoren handeln. Bei kleinmaschigen Matrix-Kochfeldern mit einer großen Zahl von In- duktoren kommt es vergleichsweise selten vor, dass benachbarte Induktoren unterschiedlichen Heizzonen zugeordnet sind. Nur in einem solchen Fall wäre die Versorgung der benachbarten Induktoren durch den gleichen Wechselrichter unter Umständen problematisch. Die Probleme könnten jedoch einfach überwunden werden, indem entweder die beiden Heizzonen mit der gleichen Frequenz betrieben werden oder indem die Induktoren innerhalb einer Heizzone in solchen Ausnahmefällen mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Induktionskochfeld mehrere Gruppen mit jeweils mehreren Induktoren umfasst. Die Schaltvorrichtung kann dann dazu ausgelegt sein, jeden der Induktoren aus einer Gruppe mit einem Wechselrichter zu verbinden, der allen Induktoren aus der Gruppe gemeinsam ist. Dabei kann eine Steuereinheit des Induktionskochfelds dazu ausgebildet sein, ein Kochgeschirrelement zu detektieren und Induktoren aus der Gruppe abhängig von wenigstens einer Position des Kochgeschirrelements aus- zuwählen. Die ausgewählten Induktoren werden über die Schaltvorrichtung mit dem Wechselrichter verbunden, während die übrigen Induktoren inaktiv bleiben können. Dadurch kann auch eine Selektion innerhalb der Gruppe erfolgen und das erfindungsgemäße Induktionskochfeld steht in Sachen Flexibilität einem Induktionskochfeld mit einer größeren Anzahl von Wechselrichtern in nichts nach.

Die oben genannten Gruppen von Induktoren können insbesondere zu einem vormontierten Modul mit einem gemeinsamen Induktorträger zusammengefasst sein. Die dadurch entstehende Modularität in der Bauweise des Kochfelds führt zu einer erhöhten Flexibilität in der Konstruktion.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das vormontierte Modul einen der entsprechenden Gruppe von Induktoren zugeordneten Teil der Schaltvorrichtung.

Eine kostengünstige Herstellung eines erfindungsgemäßen Kochfelds kann erreicht werden, wenn das Induktionskochfeld mehrere baugleiche Module umfasst, die jeweils zum Beheizen von höchstens einer oder zwei Heizzonen ausgelegt sind. Dabei müssen, wie oben erläutert, nicht alle Induktoren der Gruppe zum Beheizen der Heizzone verwendet werden, sondern es kann auch nur ein Teil der Induktoren durch eine Betätigung der Schaltvorrichtung ausgewählt und aktiviert werden.

Weitere Kosten können eingespart werden, wenn das Induktionskochfeld mehrere Gruppen von Induktoren umfasst, wobei die Induktoren aus der Gruppe mit einem gemeinsamen Kondensator verbunden sind, der zusammen mit der Induktorspule der Induktoren einen Schwingkreis bildet. Die Induktoren sind dann vorzugsweise zwischen der Schaltvorrichtung und dem Kondensator parallel geschaltet.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schaltvorrichtung dazu ausgelegt ist, zumindest eine Teilmenge der Induktoren in unterschiedlichen Schaltstellungen mit unterschiedlichen Wechselrichtern zu verbinden. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die Induktoren in Randbereichen zwischen zwei lokalisierten Gruppen von Induktoren flexibel der einen oder der anderen Gruppe bzw. dem einen oder dem anderen Wechselrichter zugeordnet werden können. Insbesondere wenn das Induktionskochfeld eine insgesamt modulare Bauweise hat, können beispielsweise Induktoren aus dem Randbereich eines Moduls durch einen Wechselrichter eines benachbarten Moduls mit Heizstrom versorgt werden.

Der Erfindungsgedanke ist nicht nur im Zusammenhang mit Matrix-Kochfeldern mit einer Vielzahl von gleichartigen, in einer Matrix oder einem Raster angeordneten Induktoren anwendbar, sondern auch in Induktionskochfeldern mit konzentrischen Induktoren, die abhängig von einem detektierten Durchmesser eines Kochgeschirrelements zu- oder ab- geschaltet werden können. Die konzentrischen Induktoren können dann von dem gleichen Wechselrichter versorgt werden, so dass die Anzahl der Wechselrichter kleiner ist als die Anzahl der Induktoren.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das erfindungsgemäße Induktionskochfeld eine Steuer- einheit umfasst, die zur Detektion von einem oder mehreren Kochgeschirrelementen ausgelegt ist. Außerdem kann die Steuereinheit jedem der Kochgeschirrelemente eine Heizzone zuordnen, bzw. die Heizzone flexibel abhängig von einer Größe und Position des detektierten Kochgeschirrelements definieren. Jeder der Heizzonen wird ein Wechselrichter oder werden mehrere Wechselrichter zugeordnet. Die Heizzone ist definiert als eine zusammengefasste und synchronisiert betriebene Gruppe von insbesondere benachbarten Wechselrichtern. Die Steuereinheit kann durch ein Betätigen der Schaltvorrichtung die Induktoren der Heizzone mit einem dem jeweiligen Induktor zugeordneten Wechselrichter verbinden und den oder die der Heizzone zugeordneten Wechselrichter simultan zum Beheizen des Kochgeschirrelements betreiben.

Eine derart gestaltete Steuereinheit implementiert ein Verfahren zum Betreiben eines Induktionskochfelds der oben beschriebenen Art. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte Detektieren eines oder mehrerer Kochgeschirrelemente, Zuordnen einer Heizzone zu jedem der detektierten Kochgeschirrelemente, Zuordnen eines oder mehrerer Wechselrichter zu jeder der Heizzonen, wobei wenigstens einer Heizzone mehrere Wechselrichter zugeordnet werden, Verbinden der von der Heizzone umfassten Induktoren mit jeweils einem Wechselrichter durch Betätigen der Schaltvorrichtung und simultanes Betreiben der einer Heizzone zugeordneten Wechselrichter zum Beheizen des Koch- geschirrelements. In unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung können eine Heizzone und ein Induktor synchron von einem oder mehreren Wechselrichtern betrieben werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Zeich- nungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Induktionskochfeld mit einer Anzahl von Induktoren, einer

Schaltvorrichtung und einer Anzahl von Wechselrichtern in einer schematischen Darstellung, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Verknüpfung zwischen jeweils zwei Wechselrichtern und einem Inverter,

Fig. 3 eine Draufsicht eines Kochfelds zur Illustration einer Unterteilung in mehrere Heizzonenbereiche, Fig. 4 eine Verknüpfung zwischen mehreren Gruppen von Induktoren und mehreren Wechselrichtern in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 eine Draufsicht eines Kochfelds mit zwei Heizzonenbereichen, Fig. 6 eine Verknüpfung von mehreren Induktoren mit vier verschiedenen

Wechselrichtern nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 eine Draufsicht eines Kochfelds mit einem Heizzonenbereich,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Schaltplans für ein Induktions- kochfeld, in welchem einer Gruppe von Induktoren ein gemeinsamer

Kondensator zugeordnet ist,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Schaltplans eines Induktionskochfelds, in welchem jedem Induktor ein Paar von Kondensatoren zugeordnet ist, Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Schaltplans für ein Induktionskochfeld, in welchem jedem Induktor ein unabhängiger, in Reihe geschalteter Kondensator zugeordnet ist, der mit einem Grundpotential verbunden ist,

Fig. 11 A - 11 D verschiedene Zuordnungen zwischen Heizzonen und Wechselrichtern in einem Kochfeld mit zwei Heizzonenbereichen nach den Figuren 4 und 5 und

Fig. 12 eine Verknüpfung von mehreren Induktoren mit vier verschiedenen Wechselrichtern nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem eine Gruppe von Induktoren eindeutig einem bestimmten Wechselrichter zugeordnet ist.

Fig. 1 zeigt ein Induktionskochfeld mit einer Matrix von insgesamt 64 Induktoren 10, die in einem quadratischen Gitter mit 8 x 8 Punkten angeordnet sind. Das Induktionskochfeld umfasst eine Leistungselektronik-Baugruppe mit einer Anzahl von Wechselrichtern 12, die über eine Schaltvorrichtung 14 mit den Induktoren 10 verbunden werden können und die Induktoren 10 mit einem Heizstrom versorgen. Die Leistungselektronik-Baugruppe umfasst ferner einen oder mehrere hier nicht dargestellte Gleichrichter und Filterschaltkreise, insbesondere Tiefpassfilter. Die Schaltvorrichtung 14 schließt oder unterbricht Stromkreise, die die Induktoren 10 mit den Wechselrichtern 12 verbinden. Eine Steuereinheit 16 steuert den Betrieb der Wechselrichter 12 und betätigt die Schaltvorrichtung 14 derart, dass die Steuereinheit 16 durch die Messung einer Induktivität und eines dielektrischen Verlustwinkels und/oder eines Leistungsfaktors auf das Induktionskochfeld aufgestellte Kochgeschirrelemente 18 selbsttätig detektiert und in einer weiter unten beschriebenen Weise die unterhalb oder in einer Nähe eines Bodens des Kochgeschirrelements 18 angeordnete Induktoren 10 zu flexibel definierbaren Heizzonen 20 zusammenfasst. Die zu einer Heizzone 20 zusammengefassten Induktoren 10 werden von der Steuereinheit 16 zum Beheizen des Kochgeschirrelements 18 synchronisiert betrieben.

Die zu der Heizzone 20 zusammengefassten Induktoren werden dabei insbesondere so betrieben, dass destruktive Interferenzen zwischen den Induktoren und ein Brummen des Induktionskochfelds vermieden wird. Dazu werden die Heizfrequenzen der Heizströme aufeinander abgestimmt, vorzugsweise werden die Induktoren 10 einer Heizzone 20 mit der gleichen Heizfrequenz betrieben oder es wird ein Mindestabstand zwischen den Heizfrequenzen eingehalten, so dass eine entstehende Intermodulationsfrequenz oberhalb eines für den Menschen hörbaren Frequenzbereichs liegt.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Induktoren 10 zu vormontierten Modulen 22 zusammengefasst. Jedes der Module 22 umfasst 16 Induktoren 10, die in einem Quadrat angeordnet sind und auf einem gemeinsamen Induktorträger 24 montiert sind. In alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Induktoren 10 eines Moduls 22 in einem Parallelogramm angeordnet sein oder einen Teil eines hexagonalen Gitters bilden.

Erfindungsgemäß ist die Anzahl von Wechselrichtern 12 des Induktionskochfelds kleiner als die Anzahl von Induktoren. In dem in Fig. 1 dargestellten Induktionskochfeld ist jedem der Module 22 ein Wechselrichter 12 zugeordnet, der mit dem Modul 22 zu einer Bau- gruppe zusammengefasst sein kann.

Fig. 2 zeigt eine Verschaltung der Wechselrichter 12 mit den Induktoren 10 über die Schaltvorrichtung 14. Die Induktoren 10 eines Moduls 22 sind parallel geschaltet und die Schaltvorrichtung 14 umfasst zu jedem Induktor 10 ein Relais 26, das in einer ersten Schaltstellung eine leitende Verbindung zwischen dem Wechselrichter 12 und dem Induk- tor 10 herstellt und in einer zweiten Schaltstellung diese leitende Verbindung unterbricht. Die Steuereinheit 16 kann über Steuerleitungen Ströme zum Aktivieren von Elektromagneten der Relais 26 erzeugen und so die Elektromagnete der Relais 26 unabhängig voneinander betätigen, um durch ein Herstellen der Verbindung zwischen dem Wechselrich- ter 12 und dem Induktor 10 diesen Induktor 10 zu aktivieren.

Fig. 3 zeigt eine Aufteilung des Induktionskochfelds in vier Heizzonenbereiche 28a - 28d, die jeweils von einem der vier Module 22 des Induktionskochfelds gebildet werden. In jedem der Heizzonenbereiche 28a - 28d werden die in dem Heizzonenbereich 28a - 28d angeordneten Induktoren von genau einem Wechselrichter 12 mit Heizstrom versorgt, so dass eine eindeutige Beziehung zwischen jedem der Induktoren 10 und dem diesem Induktor 10 zugeordneten Wechselrichter 12 besteht. Da die Induktoren 10 eines Moduls 22 bzw. eines Heizzonenbereichs 28a - 28d nur von einem gemeinsamen Wechselrichter 12 betrieben werden können, müssen diese Induktoren zwangsläufig mit einem Heizstrom mit der gleichen Frequenz versorgt werden, wenn diese Induktoren 10 gleichzeitig aktiviert werden sollen.

In dem in Fig. 3 dargestellten Induktionskochfeld können daher von der Steuereinheit 16 höchstens vier Heizzonen 20 mit voneinander unabhängigen Heizfrequenzen betrieben werden und vorzugsweise sollten die Kochgeschirrelemente 18 jeweils vollständig innerhalb eines der vier Heizzonenbereiche 28a - 28d angeordnet sein. Die Heizzonenbereiche 28a - 28d sind durch Markierungslinien auf einer Abdeckplatte des Induktionskochfeld aus Glas oder Glaskeramik visualisiert.

Wenn ein Kochgeschirrelement 18 in einer Weise auf dem Induktionskochfeld positioniert wird, dass eine Heizzone 20 zum Beheizen des Kochgeschirrelements 18 mit mehreren Heizzonenbereichen 28 überlappt, kann die Steuereinheit 16 Induktoren 10 aus unterschiedlichen Modulen 22 zu einer gemeinsamen Heizzone 20 zusammenfassen. Die Wechselrichter 12 der beiden betroffenen Module 22 müssen dann aufeinander abge- stimmt, vorzugsweise mit der gleichen Heizfrequenz, betrieben werden. Eine unabhängige Einstellung einer Heizfrequenz einer weiteren Heizzone in einem der beiden betroffenen Heizzonenbereiche 28a - 28d ist daher nicht möglich. Eine unterschiedliche Heizleistung von zwei Heizzonen 20 in dem gleichen Heizzonenbereich 28 kann allerdings durch einen getakteten Betrieb realisiert werden, in welchem die Heizzone 20 mit der höheren Soll-Heizleistung phasenweise allein betrieben wird, während die Induktoren 10 der je- weils anderen Heizzone 20 durch ein Öffnen der entsprechenden Relais 26 der Schaltvorrichtung 14 kurzfristig deaktiviert werden.

Die Figuren 4 und 5 illustrieren ein Induktionskochfeld mit zwei Heizzonenbereichen 28a, 28b, die von jeweils einem Wechselrichter 12 betrieben werden können. Im Unterschied zu dem in Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Induktoren 10 nicht eindeutig einem der Wechselrichter 12 zugeordnet, sondern eine Zuordnung zwischen den Induktoren 10 und den Wechselrichtern 12 kann durch ein weiteres Relais 30 der Schaltvorrichtung 14 verändert werden. In einer ersten Schaltstellung des Relais 30 ist ein Induktor einem ersten Wechselrichter 12 zugeordnet und in einer zweiten Schaltstellung des Relais 30 ist der gleiche Induktor 10 einem anderen Wechselrichter 12 zugeordnet.

Die zusätzlichen Relais 30 können zu einer vormontierten Baugruppe in das Modul 22 integriert werden, wobei das Modul 22 dann mit zwei Anschlüssen für unterschiedliche Wechselrichter 12 ausgestattet werden sollte. Wegen der nicht mehr eindeutigen Zuordnung zwischen einem Wechselrichter 12 und einem Modul 22 sind die Wechselrichter 12 vorzugsweise in einer Leistungselektronik-Baugruppe (nicht dargestellt) zusammenge- fasst und nicht in die Module 22 integriert.

In dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel kann jede der Gruppen von zu einem Modul 22 zusammengefassten Induktoren 10 mit zwei möglichen Wechselrichtern 12 verbunden werden. Es ist daher möglich, in einem der von jeweils zwei Modulen 22 gebildeten Heizzonenbereiche 28a, 28b zwei Heizzonen zu definieren, die von unterschiedlichen Wechselrichtern 12 mit Heizstrom versorgt werden. Ferner kann eine Heizzone 20 gebildet werden, die mit beiden Heizzonenbereichen 28a, 28b überlappt und zusätzlich in einem der beiden Heizzonenbereiche 28a, 28b eine weitere Heizzone 20 mit einer unabhängigen Heizfrequenz zu betreiben (Fig. 1 1 b, Fig. 1 1c).

Die Figuren 6 und 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel, in welchem die Schaltvorrichtung weitere Relais 32 umfasst. Jedem der Module 22 sind neben dem aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 bekannten Relais 30 zwei weitere Relais 32 zugeordnet. Die Induktoren 10 eines Moduls 22 können über die Relais 30, 32 mit vier möglichen Wechselrichtern 12 verknüpft werden. Dadurch entsteht ein Kochfeld mit einem einzigen Heizzonenbereich 28a (Fig. 7). Die Steuereinheit 16 kann daher weitgehend frei vier unabhängige Heizzonen definieren, die dann jeweils von unterschiedlichen Invertern 12 betrieben werden können. Die einzige Einschränkung, die im Vergleich zu Induktionskochfeldern mit einer eindeutigen Zuordnung zwischen einem Wechselrichter 12 und einem Induktor 10 besteht, ist, dass Indukto- ren 10 des gleichen Moduls 22 nicht gleichzeitig mit unterschiedlichen Heizfrequenzen betrieben werden können. Insbesondere dann, wenn die Module 22 klein sind, ist es aber unwahrscheinlich, dass der Bediener Kochgeschirrelemente 18 so dicht aneinander stellt, dass unmittelbar benachbarte Induktoren 10 eines Moduls 22 unterschiedlichen Heizzonen zugeordnet werden. Ferner bedarf der unabhängige Betrieb von mehr als vier Heiz- zonen weiterer Maßnahmen, wie beispielsweise eines getakteten Betriebs.

Figur 6 zeigt ferner weitere Relais 38, 40, mit deren Hilfe die Ausgänge von zwei Wechselrichtern 12 zusammengelegt werden können. Dadurch können Gruppen von Induktoren simultan von zwei Wechselrichtern 12 mit Heizstrom versorgt werden, so dass eine besonders hohe Heizleistung erreichbar ist.

Der Erfindungsgedanke ist selbstverständlich ohne weiteres dahingehend verallgemeinerbar, dass jeder der Induktoren 10 bzw. jedes der Module 22 mit mehr als vier Wechselrichtern 12 verbunden werden kann. Die Schaltvorrichtung 14 muss dazu mit weiteren Schaltpositionen ausgestattet werden, was beispielsweise durch das Hinzufügen weiterer Relais erreicht werden kann. Die Relais 32 können insbesondere dann, wenn ein getakte- ter Betrieb realisiert werden soll, auch durch Halbleiter-Schaltelemente wie MOSFET's ersetzt werden.

Fig. 8 zeigt schematisch eines der Module 22 mit vier Induktoren 10, die parallel geschaltet sind und die mit einer gemeinsamen Kondensatoranordnung mit zwei Kondensatoren 34, 36 verknüpft sind. Da die Induktoren 10 eines Moduls 22, wenn sie gleichzeitig aktiviert sind, ohnehin mit der gleichen Heizfrequenz betrieben werden, ist die gemeinsame Verwendung einer Kondensatoranordnung ohne große Probleme möglich. Bei der Ausle- gung bzw. Dimensionierung der Kondensatoren 34, 36 geht kann dabei auf eine vorgegebene mittlere Anzahl von aktivierten Induktoren 10 abgestellt werden, die beispielsweise empirisch ermittelt werden kann. Die Effizienz des Kochfelds und die von der Steuereinheit 16 angesteuerten Modulationsparameter des Heizstroms können dann von der aktuell aktivieren Anzahl der aktivierten Induktoren 10 einer Gruppe abhängen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 ist jedem der Induktoren 10 eine Kondensatoranordnung mit zwei Kondensatoren 34, 36 zugeordnet, die mit dem jeweiligen Induktor 10 in Reihe geschaltet ist. Einer der Kondensatoren 34 erzeugt eine Rückkopplung des von der Induktorspule 10 des Induktors und dem Kondensator 34 gebildeten Schwingkreises und ist daher in einer hier nicht dargestellten Weise vor oder hinter dem entsprechenden Relais 26 mit einem Eingang des Induktors 10 verbunden. Der andere Kondensator 36 verknüpft den Induktor 10 mit dem Erdpotential.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 ist jedem Induktor 10 nur ein Kondensator 36 zugeordnet, der zusammen mit einer Induktionsspule des Induktors 10 einen Reihenschwingkreis bildet und der den Induktor 10 mit dem Erdpotential verbindet.

In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können die Relais 26, 30, 32 der Schaltvorrichtung 14 in die Module 22 integriert werden oder zusammen mit einer Leis- tungselektronik, wie beispielsweise den Wechselrichtern 12, auf einer separaten Platine montiert werden.

Fig. 1 1A zeigt ein Induktionskochfeld von dem in den Figuren 4 und 5 illustrierten Typ mit zwei getrennt ansteuerbaren Heizzonenbereichen 28a, 28b. Jeder der beiden Heizzonen- bereiche 28a, 28b wird von zwei Wechselrichtern 12 versorgt, so dass in jedem der Heizzonenbereiche 28a, 28b zwei Gruppen von Induktoren mit unabhängigen Heizfrequenzen betrieben werden können.

In dem in Fig. 1 1A dargestellten Beispiel sind auf jedem der Heizzonenbereiche 28a, 28b zwei Kochgeschirrelemente aufgestellt, und zwar auf dem ersten Heizzonenbereich 28a der Topf T1 und der Topf T2 und auf dem zweiten Heizzonenbereich 28b der Topf T3 und der Topf T4. Die Steuereinheit 16 fasst die von dem Boden der Kochgeschirrelemente T1 - T4 überlappten Induktoren 10 zu vier verschiedenen Heizzonen zusammen, die je von einem Wechselrichter 12 betrieben werden.

Fig. 11 B zeigt eine weitere mögliche Konfiguration, in welcher drei Töpfe T1 , T2 und T3 auf das Kochfeld aufgestellt sind. Ein großer Topf T1 , beispielsweise eine Pfanne, ist mittig auf das Induktionskochfeld aufgestellt, so dass der Boden des Topfs T1 sowohl mit einem linken Heizzonenbereich 28a als auch mit einem rechten Heizzonenbereich 28b überlappt. Die Steuereinheit 16 definiert eine der Größe und Position des Topfs T1 ent- sprechende Heizzone, die Bereiche B1 und B2 aus den unterschiedlichen Heizzonenbereichen 28a und 28b umfasst. Die in dem Bereich B1 des ersten Heizzonenbereichs 28a angeordneten Induktoren 10 werden von einem dem linken Heizzonenbereich 28a zugeordneten ersten Wechselrichter betrieben und die Induktoren 10 aus dem Bereich B2 des rechten Heizzonenbereichs 28b werden von einem dem rechten Heizzonenbereich 28b zugeordneten Wechselrichter 12 betrieben. Der jeweils zweite Wechselrichter 12 der Heizzonenbereiche 28a, 28b wird zum Beheizen eines Topfs T2 bzw. eines Topfs T3 verwendet.

Fig. 1 1 C zeigt eine Situation, die sich von der in Fig. 1 1 B dargestellten Situation dadurch unterscheidet, dass ein zusätzlicher Topf T4 auf den rechten Heizzonenbereich 28b aufgestellt ist. Da die beiden dem rechten Heizzonenbereich 28b zugeordneten Wechselrichter 12 bereits zum Beheizen des Bereichs B2 der dem Topf zugeordneten Heizzone und zum Beheizen des Topfs T3 verwendet werden, ist kein weiterer Wechselrichter 12 zum Beheizen des Topfs T4 verfügbar.

Der Benutzer kann entweder über ein Display (in Figuren 11 A - 1 1 D als Rechteck am unteren Rand des Kochfelds dargestellt) darüber informiert werden, dass ein Benutzen des weiteren Topfs T4 momentan nicht möglich ist, oder einer der beiden Wechselrichter 12 des Heizzonenbereichs 28b kann sowohl zum Beheizen des Bereichs B2 als auch des Topfs T4 oder sowohl zum Beheizen des Topfs T3 als auch des Topfs T4 verwendet werden. Eine unabhängige Leistungsregelung der unterschiedlichen, von diesem gemeinsam verwendeten Wechselrichter 12 betriebenen Induktoren kann durch einen getakteten Betrieb erreicht werden, in welchem die verschiedenen Heizzonen in unterschiedlichen Pha- sen eines zyklischen Heizbetriebs beheizt werden.

Fig. 11 D zeigt eine Situation, in der ähnlich der Situation in Fig. 11 C die beiden dem rechten Heizzonenbereich 28b zugeordneten Wechselrichter bereits zum Beheizen der Töpfe T2 und T3 verwendet werden, so dass zum Beheizen eines zusätzlichen Topfs T4 auf dem rechten Heizzonenbereich 28b kein weiterer Wechselrichter 12 verfügbar ist. Die Steuereinheit 16 kann mit Hilfe eines der beiden Wechselrichter 12 den Topf T4 neben einem der Töpfe T2 und T3 gegebenenfalls in einem getakteten Betrieb beheizen, oder der Benutzer kann über das Display aufgefordert werden, den Topf T4 auf den linken Heizzonenbereich 28a zu stellen. Figur 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit mehreren Gruppen von Wechselrichtern. Die in Figur 12 oben dargestellte Gruppe von Induktoren 10 ist eindeutig einem bestimmten Wechselrichter 12a zugeordnet. Die Induktoren 10 dieser Gruppe können durch das Betätigen von Relais 26 von dem Wechselrichter 12a getrennt werden, aber nicht mit anderen Wechselrichtern 12 verbunden werden. In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung können weitere unterschiedliche Gruppen von Induktoren 10 mit unterschiedlichen Anzahlen von Wechselrichtern 12 verbunden werden. Beispielsweise kann eine erste Gruppe wahlweise mit zwei Wechselrichtern 12 verbunden werden und eine zweite Gruppe von Induktoren 10 kann wahlweise mit drei Wechselrichter 12 verbunden werden.

Zur Definition der Heizzonen 20 detektiert die Steuereinheit 16 zunächst die Kochgeschirrelemente 18 und fasst die zu mehr als 50% von einem Kochgeschirrelement 18 überdeckten Induktoren 10 zu einer Heizzone 20, die dem entsprechenden Kochgeschirr- element 18 zugeordnet ist. Anschließend betätigt die Steuereinheit 16 die Schaltvorrichtung 14 und ordnet dadurch jedem Induktor 10 einen Wechselrichter 12 zu, wobei die Steuereinheit 16 diejenige Zuordnung aus mehreren möglichen Zuordnungen wählt, die den Betrieb der Heizzonen 20 mit einer möglichst geringen Anzahl von Wechselrichtern 12 erlaubt. Anschließend wird die Heizleistung der Heizzone 20 bestimmt und die Steuer- einheit 16 erzeugt Steuersignale für die Wechselrichter 12. Die Wechselrichter 12 erzeugen einen Heizstrom, der zum Erzeugen der gewünschten Gesamtheizleistung geeignet ist.

Bezugszeichen

10 Induktoren

12 Wechselrichter

14 Schaltvorrichtung

16 Steuereinheit

18 Kochgeschirrelemente

20 Heizzone

22 Module

24 Induktorträger

26 Relais

28a Heizzonenbereiche

28d 30 Relais

32 Relais

34 Kondensatoren

36 Kondensatoren

38 Relais

40 Relais

Claims

Patentansprüche

1. Induktionskochfeld mit einer Anzahl von Induktoren (10) und einer Anzahl von Wech- selrichtern (12) zum Versorgen der Induktoren (10) mit einem Heizstrom über jeweils einen Stromkreis sowie mit einer Schaltvorrichtung (14) zum Schließen und Unterbrechen des Stromkreises, gekennzeichnet durch mehrere Gruppen von mehreren Induktoren (10), wobei die Schaltvorrichtung (14) dazu ausgelegt ist, die Induktoren (10) aus einer Gruppe in un- terschiedlichen Schaltstellungen mit unterschiedlichen Wechselrichtern (12) zu verbinden.

2. Induktionskochfeld nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Induktoren (10) mindestens 16 beträgt und dass die Induktoren (10) in einer Matrix- form angeordnet sind.

3. Induktionskochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Gruppen von mehreren Induktoren (10), wobei die Induktoren wenigstens einer der Gruppen fest mit einem Wechselrichter (12) verdrahtet sind.

4. Induktionskochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Gruppen von mehreren Induktoren (10), wobei die Schaltvorrichtung (14) dazu ausgelegt ist, jeden der Induktoren (10) aus einer Gruppe mit einem allen Induktoren (10) der Gruppe gemeinsamen Wechselrichter (12) zu verbinden.

5. Induktionskochfeld nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (16), die zum Detektieren eines Kochgeschirrelements (18) ausgebildet ist und dazu ausgelegt ist, Induktoren (10) aus der Gruppe abhängig von wenigstens einer Position des Kochgeschirrelements (18) auszuwählen und nur die ausgewählten Induktoren (10) über Schaltvorrichtung (14) mit dem Wechselrichter (12) zu verbinden.

6. Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Gruppen von Induktoren (10) zu jeweils einem vormontierten Mo- dul (22) mit einem gemeinsamen Induktorträger (24) zusammengefasst ist.

7. Induktionskochfeld nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das vormontierten Modul (22) einen der Gruppe zugeordneten Teil der Schaltvorrichtung (14) um- fasst.

8. Induktionskochfeld nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch mehrere baugleiche Module (22), die jeweils zum Beheizen einer Heizzone ausgelegt sind.

9. Induktionskochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Gruppen von mehreren Induktoren (10), wobei die Induktoren (10) aus der Gruppe mit einem gemeinsamen Kondensator (34, 36) verbunden sind.

10. Induktionskochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schaltvorrichtung (14) dazu ausgelegt ist, zumindest eine Teilmenge der Induktoren (10) in unterschiedlichen Schaltstellungen mit unterschiedlichen Wechselrichtern (12) zu verbinden.

1 1. Induktionskochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schaltvorrichtung (14) dazu ausgelegt ist, zumindest eine Teilmenge der Wechselrichter (12) in unterschiedlichen Schaltstellungen mit unterschiedlichen Induktoren (10) zu verbinden.

12. Induktionskochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass zumindest zwei der Induktoren (10) konzentrisch angeordnet sind.

13. Induktionskochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (16), dazu ausgelegt ist, ein Kochgeschirrelement (18) oder mehrere Kochgeschirrelemente (18) zu detektieren, jedem der Kochgeschirrelemente (18) eine Heizzone zuzuordnen, jeder der Heizzonen einen oder mehrere Wechselrichter (12) zuzuordnen, wobei wenigstens einer Heizzone mehrere Wechselrichter zugeordnet sind, die von der Heizzone umfassten Induktoren (10) durch ein Betätigen der Schaltvorrichtung (14) mit einem dem Induktor zugeordneten Wechselrichter (12) zu verbinden und die einer Heizzone zugeordneten Wechselrichter (12) simultan zum Beheizen des Kochgeschirrelements (18) zu betreiben.

14. Verfahren zum Betreiben eines Induktionskochfelds mit einer Anzahl von Induktoren (10) und einer Anzahl von Wechselrichtern (12), gekennzeichnet durch die Schritte:

Detektieren eines oder mehrerer Kochgeschirrelemente (18), Zuordnen einer Heizzone zu jedem der detektierten Kochgeschirrelemente (18), Zuordnen eines oder mehrerer Wechselrichter (12) zu jeder der Heizzonen, wobei wenigstens einer Heizzone mehrere Wechselrichter (12) zugeordnet werden, - Verbinden der von der Heizzone umfassten Induktoren (10) mit jeweils einem

Wechselrichter (12) durch ein Betätigen der Schaltvorrichtung (14) und Synchronisiertes Betreiben der einer Heizzone zugeordneten Wechselrichter (12) zum Beheizen des Kochgeschirrelements (18).