WO2022013007A1 - Induktionskochfeldvorrichtung - Google Patents

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WO2022013007A1
WO2022013007A1 PCT/EP2021/068638 EP2021068638W WO2022013007A1 WO 2022013007 A1 WO2022013007 A1 WO 2022013007A1 EP 2021068638 W EP2021068638 W EP 2021068638W WO 2022013007 A1 WO2022013007 A1 WO 2022013007A1
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WO
WIPO (PCT)
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unit
signal
induction
sensor
hob device
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/068638
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nicolas Blasco Rueda
Alejandro DEL CUETO BELCHI
Jorge Felices Betran
Manuel Fernandez Martinez
Jose Miguel Gil Narvion
Pablo Jesus Hernandez Blasco
Eduardo Imaz Martinez
Paul Muresan
Jose Manuel Palacios Gasos
Alberto Perez Bosque
Diego Puyal Puente
Javier SERRANO TRULLEN
Original Assignee
BSH Hausgeräte GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeräte GmbH filed Critical BSH Hausgeräte GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/05—Heating plates with pan detection means

Definitions

  • the invention relates to an induction hob device according to the preamble of claim 1 and a method for operating an induction hob device according to the preamble of claim 13.
  • Induction cooktops with sensors for detecting cookware are already known from the prior art.
  • a circuit made up of heating coils and inverters that is present anyway is used as a sensor for detecting cookware on the induction field by using a change in an electrical parameter of the circuit, for example a changed inductance, to indicate the presence of cookware above the heating unit will be closed.
  • a disadvantage of such configurations is a high susceptibility to errors in the detection, which can be caused by interference, for example by intermodulation noise caused by adjacent heating coils that are operated simultaneously during the detection.
  • the object of the invention is in particular, but not limited to, to provide a generic device with improved properties in terms of ease of use.
  • the object is achieved according to the invention by the features of claims 1 and 13, while advantageous configurations and developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • the invention is based on an induction hob device with at least one induction unit, with at least one sensor unit, which has at least one common electrical resonant circuit with the induction unit and is provided for detecting at least one sensor signal, and with a control unit, which is used for controlling the sensor unit and is provided for evaluating the sensor signal.
  • the control unit determines at least one state variable relating to the induction unit using a phase shift and/or an amplitude ratio between the sensor signal and a further signal.
  • Such a configuration can advantageously improve operating convenience and/or an operating experience for a user.
  • a particularly reliable, in particular less susceptible to interference, and/or precise detection of the sensor signal and consequently a particularly reliable and precise determination of the state variable relating to the induction unit, for example the presence of cooking utensils on an induction hob above the induction unit and/or a Be degree of coverage of one or more inductors of the induction unit with the cooking utensil can be achieved.
  • the state variable relating to the induction unit is determined by the control unit using a phase shift and/or an amplitude ratio between the sensor signal and the further signal, the accuracy of the determined state variable can advantageously be further improved.
  • a signal-to-noise ratio can advantageously be improved by applying a voltage with a controlled amplitude to the sensor unit and/or using a bandpass filter, for example a high-pass filter, at a signal output of the sensor unit.
  • an “induction hob device” should be understood to mean at least a part, in particular a subassembly, of an induction hob.
  • the induction hob device could, for example, have at least one mounting plate, in particular at least one induction hob plate, which could be provided, for example, for setting up cookware, in particular for the purpose of heating the cookware.
  • the induction hob device can also include the entire induction hob.
  • An “induction unit” is to be understood as meaning a unit which has at least one inductor which, in at least one operating state, provides energy to at least one object, for example a cooking utensil.
  • the inductor is intended to provide energy to the object in the operating state in the form of an alternating electromagnetic field, advantageously for the purpose of inductive energy transmission.
  • the induction unit advantageously has at least two, particularly advantageously at least four, preferably at least eight and particularly preferably a large number of inductors.
  • the inductors of the induction unit can be distributed, for example distributed in a matrix manner.
  • a “sensor unit” is a unit with at least one sensor assembly, which has at least one component of the common electrical oscillating circuit, at least one signal input electrically conductively connected to the electrical oscillating circuit and at least one signal output electrically conductively connected to the electrical oscillating circuit and which is used for detection the at least one sensor signal is provided.
  • the electrical resonant circuit preferably includes at least one electrical resistor, at least one inductor and at least one capacitor.
  • the signal input is preferably designed as an electrical component, in particular as a connection point, for feeding a signal into the electrical oscillating circuit, in particular for activation by means of the control unit.
  • the signal output is preferably designed as an electrical component, for example as an electrical shunt resistor, at which at least one output signal occurs.
  • the sensor unit is provided for the detection of at least one sensor signal
  • the sensor signal can be measured on at least one electrical component of the sensor unit, in particular on the signal input and/or the signal output, with a measurement of the
  • the sensor signal can also take place at least partially by means of other units of the induction hob device that are different from the sensor unit, in particular by means of the control unit.
  • the sensor signal is preferably an electrical signal which, in the form of an electrical voltage and/or an electrical current, in particular in the form of an electrical alternating voltage and/or an electrical alternating current, is present at the signal input and/or at the signal output of the sensor assembly applied and / or falls and / or flows and which describes at least one electrical variable of the electrical resonant circuit's, in particular an equivalent impedance of the electrical resonant circuit.
  • the sensor unit can have a multiplicity of sensor assemblies which are each provided for detecting at least one sensor signal.
  • the sensor unit preferably has a number of sensor assemblies which corresponds to a number of inductors of the induction unit.
  • the sensor unit has at least one common electrical resonant circuit with the induction unit
  • at least one component that can be assigned to the sensor unit for example an electrical resistor, a capacitor or the like
  • at least one component that can be assigned to the sensor unit for example an electrical resistor, a capacitor or the like
  • is associated with at least one of the induction unit assignable component preferably with at least one inductor of the induction unit, is electrically conductively connected to trainees form the common electrical resonant circuit.
  • control unit should be understood to mean an electronic unit which is at least partially integrated in the induction hob device and which is intended to control at least the sensor unit and to evaluate the sensor signal.
  • the control unit can be electrically connected to the signal input and/or be connected to the signal output of the sensor unit.
  • control unit is preferably also provided for controlling and supplying energy to the induction unit and/or other units of the induction hob device.
  • the control unit preferably has at least one inverter unit for controlling and supplying energy to the induction unit, which can be designed in particular as a resonance inverter and/or as a dual half-bridge inverter.
  • the inverter unit preferably comprises at least two switching elements which can be controlled individually by the control unit.
  • a “switching element” is to be understood as meaning an element which is provided for establishing and/or separating an electrically conductive connection between two points, in particular contacts of the switching element.
  • the switching element preferably has at least one control contact via which it can be switched.
  • the switching element is preferably a semiconductor switching element, in particular a transistor, for example a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) or organic field-effect transistor (OFET), advantageously a bipolar transistor with a preferably insulated gate electrode (IGBT).
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor field-effect transistor
  • OFET organic field-effect transistor
  • IGBT preferably insulated gate electrode
  • the switching element is designed as a mechanical and/or electromechanical switching element, in particular as a relay.
  • the control unit preferably comprises at least one computing unit for evaluating the sensor signal and for determining the at least one state variable relating to the induction unit.
  • the control unit preferably includes at least one memory unit in which at least one reference signal and preferably at least one algorithm for determining the state variable relating to the heating unit is stored.
  • the state variable relating to the induction unit could be, without being limited thereto, for example the presence and/or the degree of coverage of one or more inductors of the induction unit and/or a shape and/or a variable and/or an electrical and/or electromagnetic parameter, for example an electrical resistance and/or an inductance, of an object, in particular a cooking utensil, to which the induction unit provides the energy in the operating state.
  • Provided is to be understood to mean specially programmed, designed and/or equipped.
  • the fact that an object is provided for a specific function should be understood to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.
  • control unit has at least one signal generation unit, which is electrically conductively connected to the sensor unit and is provided for generating a signal for controlling the sensor unit.
  • the signal is preferably an input signal which can be applied to the at least one signal input of the sensor unit.
  • the signal generation unit is designed as a unit that is different from the inverter unit.
  • the signal generated by the signal generation unit differs from an inverter signal, which is generated by an inverter of the inverter unit for controlling and supplying energy to a heating element of the heating unit, at least with regard to a frequency.
  • the signal generated by the signal generation unit is preferably a high-frequency signal with an increased frequency compared to an inverter frequency of the inverter signal for controlling and supplying energy to a heating element of the heating unit.
  • the frequency of the signal is greater than the inverter frequency.
  • the frequency of the signal is at least 1 MHz, advantageously at least 2 MHz, particularly advantageously at least 5 MHz, preferably at least 10 MHz and particularly preferably at least 20 MHz.
  • the signal generation unit is preferably provided for digital signal generation.
  • the signal generation unit could, for example, have a synthesizer with direct digital synthesis (DDS) and a digital-to-analog converter (DAC) for generating the signal, which are embodied in particular as an integrated circuit (IC).
  • DDS direct digital synthesis
  • DAC digital-to-analog converter
  • the signal generation unit could have, for example, a so-called R2R resistance network and/or an analog multiplexer or a digital multiplexer.
  • the signal could be generated as a rectangular signal by a microprocessor of the control unit and then filtered by a filter, for example by means of a serial RLC circuit, and converted into a sinusoidal signal.
  • the sensor unit has at least one electrical resistor which is part of the common resonant circuit.
  • the sensor unit could only have the at least one electrical resistor as part of the common resonant circuit.
  • the sensor unit has at least one capacitor which is arranged in series with the electrical resistor and is part of the common resonant circuit.
  • a configuration of this type can advantageously improve detection of the sensor signal. If the sensor unit has at least one capacitor arranged in series with the electrical resistor, which is part of the common resonant circuit, a capacitance of the electrical resonant circuit is changed by the capacitor, whereby a resonant frequency of the electrical resonant circuit is also changed.
  • the resonant frequency of the electrical oscillating circuit differs from an inverter resonant frequency of an inverter oscillating circuit, which is formed by at least one inverter of the inverter unit, the inductor and the resonance capacitor of the induction unit.
  • the resonant frequency is preferably adapted to the detection of the sensor signal by means of a suitable choice of a capacitance of the at least one capacitor arranged in series with the electrical resistance.
  • the capacitance of the electrical resonant circuit and thus the resonant frequency can be adjusted, for example by means of the control unit, and can be adapted to an individual operating situation of the induction hob device, in that the at least one capacitor of the sensor unit arranged in series with the electrical resistance is designed as a variable capacitor (Varko). is whose capacity is continuously adjustable within defined limits.
  • Varko variable capacitor
  • control unit it would also be conceivable for the control unit to have, in addition to the at least one capacitor arranged in series with the electrical resistor, further capacitors which are arranged in series or in parallel with the electrical resistor and which, for example, are connected by the control unit using suitable switching elements to the electrical resonant circuit can be switched on and/or off in order to set the resonant frequency of the resonant circuit.
  • the sensor signal is an electrical signal that can be measured between the signal generation unit and the electrical resistance of the oscillating circuit.
  • disruptive influences can advantageously be reduced. Since the sensor signal can be measured between the signal generation unit and the electrical resistance of the oscillating circuit, interference on the sensor signal, which can be caused by intermodulation noise from simultaneously operated inductors that are not part of the common electrical oscillating circuit, can be minimized. As a result, a particularly precise and/or reliable detection of the sensor signal and consequently a particularly precise determination of the state variable relating to the induction unit can advantageously be achieved.
  • the sensor signal is an electrical signal that can be measured between the signal generation unit and the capacitor.
  • a sensor signal can advantageously be measured which, due to the changed resonant frequency of the electrical oscillating circuit, which is caused by the capacitor arranged in series with the electrical resistor, is particularly less susceptible to interference.
  • the sensor signal is an electrical signal which can be measured between the signal generation unit and at least one inductor of the induction unit.
  • a reference signal which includes a difference between at least one variable of the sensor signal and at least one variable of the further signal, measured in a reference state, is stored in the control unit.
  • a “reference signal” should be understood to mean a signal which can be detected on the sensor unit in a reference state.
  • the reference state is a state in which the hob device, in particular the sensor unit of the hob device, is operated in the absence of external influences, in particular in the absence of an external object, such as cooking utensil, which would influence the signal.
  • the size of the signal and/or the further signal can be, for example, a phase of a voltage and/or a current and/or an amplitude of a voltage and/or a current.
  • the difference between the size of the sensor signal and the size of the further signal can be a difference between two similar sizes, for example a difference between an amplitude of a voltage of the sensor signal and an amplitude of a voltage of the further signal, or a difference between two different sizes , for example a difference between a phase angle of a voltage of the sensor signal and a phase angle of a current of the further signal.
  • the sensor unit it would be conceivable for the sensor unit to be able to detect a number of sensor signals at various connection points of the electrical oscillating circuit and to determine the state variable relating to the induction unit, in particular in the form of a combined sensor signal.
  • a first sensor signal could be measured between the signal generation unit and the electrical resistance of the resonant circuit and a second sensor signal between the signal generation unit and the capacitor and/or a third signal between the signal generation unit and the at least one inductor of the induction unit. It would be advantageous to validate the first sensor signal by measuring the two th and / or third sensor signal allows, which advantageously a particularly reliable detection is made possible.
  • control unit has at least one detection unit for detecting the phase shift and/or an amplitude.
  • the detection unit can be designed as an analog phase comparator, for example as an analog multiplier or as a fully symmetrical mixer or as a diode mixer and can be provided for analog detection of the phase shift and/or the amplitude.
  • the detection unit could be embodied as a digital phase comparator, in which case the phase shift and/or the amplitude could be digitally detected starting from a previously converted square-wave signal, for example by means of an XOR gate or a flip-flop circuit or the like.
  • the detection unit is preferably designed as a lock-in amplifier.
  • an additional detection of an amplitude of the sensor signal and a detection of an amplitude of the further signal can advantageously be made possible.
  • an impedance and thus an equivalent resistance and an equivalent inductance of a cooking utensil used can be calculated, preferably by the control unit.
  • operation can advantageously be further improved by, for example, enabling the control unit to activate the heating unit in a way that is specifically tailored to a specific cooking utensil.
  • control unit has at least one differential amplifier, which is electrically upstream of the detection unit.
  • the sensor signal can advantageously be amplified using simple technical means.
  • the differential amplifier electrically upstream of the detection unit can advantageously minimize interference effects on the sensor signal, which can be caused by intermodulation noise from inductors that are operated at the same time and are not part of the common electrical oscillating circuit.
  • An embodiment is preferably provided with a differential amplifier electrically upstream of the detection unit for measurements in which the sensor signal is an electrical signal which is between see the signal generation unit and the electrical resistance of the resonant circuit is measurable.
  • control unit has at least one high-pass filter, which is electrically upstream of the detection unit.
  • a particularly cost-efficient possibility for detecting the phase shift can advantageously be provided.
  • interfering frequencies on the sensor signal which can be caused by intermodulation noises from simultaneously operated inductors that are not part of the common electrical oscillating circuit, can advantageously be filtered by means of the high-pass filter, and interference influences can thus be reduced.
  • An embodiment is preferably provided with a high-pass filter electrically upstream of the detection unit for measurements in which the sensor signal is an electrical signal that can be measured between the signal generation unit and the capacitor.
  • control unit has at least one differentiator, which is electrically upstream of the detection unit.
  • a configuration of this type provides a further cost-efficient option for detecting the phase shift.
  • An embodiment is preferably provided with a differentiator electrically upstream of the detection unit for measurements, in which the sensor signal is an electrical signal that can be measured between the signal generation unit and the at least one inductor of the induction unit.
  • the invention also relates to an induction hob with an induction hob device according to one of the configurations described above.
  • Such an induction hob is characterized, inter alia, by the aforementioned advantageous properties of the hob device and the associated advantages for a user in terms of improved ease of use and/or an improved user experience.
  • the invention is also based on a method for operating an induction hob device with at least one induction unit and at least one sensor unit, which has at least one common electrical resonant circuit with the induction unit. It is proposed that at least one sensor signal is detected and at least one state variable relating to the induction unit is determined using a phase shift between the sensor signal and a stored reference signal. By determining the state variable relating to the induction unit based on a phase shift between the sensor signal and a stored reference signal, a particularly reliable method, in particular compared to conventional methods in which a state variable is determined based on a detected frequency, is less susceptible to faults and precise determination of the state variable he be possible.
  • the induction hob device should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the induction hob device can have a number of individual elements, components and units that differs from the number specified here in order to fulfill a function described herein.
  • FIG. 1 shows an induction hob with an induction hob device, comprising an induction unit, a sensor unit and a control unit, in a schematic plan view,
  • FIG. 2 shows a schematic electrical circuit diagram of the induction unit, the sensor unit and the control unit
  • FIG. 3 shows two schematic diagrams for representing a sensor signal detected by the sensor unit and a reference signal
  • 5 shows a schematic process flow diagram of a process for operating the induction hob device
  • 6 shows a schematic electrical circuit diagram of a hob device with an induction unit, a sensor unit and a control unit, in a further exemplary embodiment
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the control unit of the exemplary embodiment in FIG. 6 with a high-pass filter and a detection unit
  • FIG. 8 shows a schematic electrical circuit diagram of an induction hob device with an induction unit, a sensor unit and a control unit, in a further exemplary embodiment
  • FIG. 1 shows an induction hob 42a in a schematic plan view.
  • the induction hob 42a has an induction hob device 10a.
  • the induction hob device 10a includes an induction unit 12a.
  • the induction unit 12a has a plurality of inductors 32a and a plurality of further inductors 50a.
  • the induction hob device 10a has a sensor unit 14a for detecting at least one sensor signal 18a (cf. FIG. 3).
  • the induction hob device 10a has a control unit 20a.
  • the control unit 20a is provided for controlling the sensor unit 14a and for evaluating the sensor signal 18a.
  • control unit 20a determines at least one state variable 22a (cf. FIG. 4) relating to induction unit 12a using a phase shift 24a and/or an amplitude ratio between sensor signal 18a and another signal.
  • a reference signal 26a is stored in the control unit 20a.
  • the reference signal 20a includes a difference, measured in a reference state, between a magnitude of the sensor signal 18a and a magnitude of the further signal.
  • the size of the sensor signal 18a is a phase angle and the size of the other signal is a further phase angle.
  • the control unit 20a is also provided for controlling and supplying energy to the induction unit 12a. Of the objects that are present several times, only one is provided with a reference number in each of the figures.
  • FIG. 2 shows a schematic electrical circuit diagram of the induction unit 12a, the sensor unit 14a and the control unit 20a.
  • the sensor unit 14a has at least one common electrical oscillating circuit 16a with the induction unit 12a.
  • the control unit 20a has an inverter unit 28a.
  • the inverter unit 28a is provided for the control and power supply of the induction unit 12a.
  • the control unit 20a controls the induction unit 12a by means of the inverter unit 28a.
  • the inverter unit 28a supplies the inductor 32a and/or the further inductor 50a of the induction unit with energy in the form of an electrical alternating current.
  • the control unit 20a has at least one signal generation unit 34a.
  • the signal generation unit 34a is electrically conductively connected to the sensor unit 14a.
  • the signal generation unit 34a is provided for generating a signal 36a (cf. FIG. 4) for controlling the sensor unit 14a.
  • the sensor unit 14a has a first connection point 52a.
  • the signal 36a generated by the signal generation unit 34a can be measured at the first connection point 52a.
  • the sensor unit 14a has an electrical resistance 30a.
  • the electrical resistance 30a of the sensor unit 14a is part of the common resonant circuit 16a together with the inductor 32a of the induction unit 12a and a resonance capacitor 78a of the induction unit 12a.
  • the sensor unit 14a has a second connection point 62a.
  • the second connection point 62a is located downstream of the electrical resistance 30a.
  • the sensor signal 18a (cf. FIG. 3) is an electrical signal which can be measured between the signal generation unit 34a and the electrical resistance 30a of the electrical oscillating circuit 16a.
  • the sensor unit 14a has a common further electrical oscillating circuit 68a with the induction unit 12a.
  • the sensor unit 14a has a further electrical resistance 70a.
  • the further electrical resistance 70a of the sensor unit and the further inductor 50a of the induction unit 12a are part of the common further electrical oscillating circuit 68a.
  • the other electrical resonant circuit 68a is in terms its components and its mode of operation are essentially identical to the electrical oscillating circuit 16a, which is why reference is made in this regard to the description of the electrical oscillating circuit 16a.
  • FIG. A frequency in megahertz is plotted on an abscissa 54a of a left diagram.
  • An amount of an impedance in ohms is plotted on an ordinate 56a of the left-hand diagram.
  • the reference signal 26a is shown with a solid line.
  • the sensor signal 18a is shown with a dashed line.
  • the magnitude of the impedance of the reference signal has a maximum at a resonant frequency 66a of the resonant circuit.
  • the frequency in megahertz is plotted on an abscissa 58a of a right-hand diagram.
  • a phase angle is plotted on an ordinate 60a of the right-hand diagram.
  • the reference signal 26a is shown with a solid line.
  • the sensor signal 18a is shown with a dashed line.
  • a phase angle of reference signal 26a which can be measured in electrical resonant circuit 16a of sensor unit 14a in a reference state at resonant frequency 66a, is 20°, for example.
  • a phase angle of the sensor signal 18a which is measurable at the resonant frequency 66a in the electrical oscillating circuit 16a of the sensor unit 14a in an operating state of the induction hob device 10a in which a cooking utensil (not shown) is placed above the sensor unit 14a, is, for example - 20°. This results in the phase shift 24a, which is 40° in this example.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the control unit 20a.
  • the control unit 20a has a detection unit 40a.
  • the detection unit 40a is provided for detecting the phase shift 24a.
  • the detection unit 40a is electrically conductively connected to the first connection point 52a.
  • the control unit 20a has a differential amplifier 44a.
  • the differential amplifier 44a is electrically upstream of the detection unit 40a.
  • the differential amplifier 44a is provided to amplify a difference between two input signals.
  • Differential amplifier 44a is electrically conductively connected to first connection point 52a and second connection point 62a of sensor unit 14a.
  • the differential amplifier 44a is electrically conductively connected to the detection unit 40a.
  • the differential amplifier 44a amplifies a difference between the signal 36a and the sensor signal 18a and transmits this in the form of a Difference signal 64a to the detection unit 40a.
  • the detection unit 40a determines a phase difference between the signal 36a and the sensor signal 18a and uses this to detect the phase shift 24a.
  • the detection unit 40a transmits the phase shift 24a to an arithmetic unit 72a of the control unit 20a.
  • the computing unit 72a of the control unit 20a uses the phase shift 24a between the sensor signal 18a and a stored reference signal 26a to determine the state variable 22a.
  • FIG. 5 shows a schematic process flow diagram of a process for operating the induction hob device 10a.
  • the at least one sensor signal 18a is detected and at least the state variable 22a relating to the induction unit 12a is determined using the phase shift 24a and/or the amplitude ratio between the sensor signal 18a and the further signal.
  • the process includes several process steps.
  • a square-wave signal is generated by a microprocessor in the signal generation unit 34a.
  • the square-wave signal is converted into the signal 36a by means of the signal generation unit 34a.
  • the signal 36a is fed into the electrical oscillating circuit 16a.
  • step 84a the signal 36a is transmitted to the detection unit 40a and the sensor signal 18a is measured at the second connection point 62a of the electrical oscillating circuit 16a and transmitted together with the signal 36a to the differential amplifier 44a.
  • step 86a the difference between the signal 36a and the sensor signal 18a is amplified by the differential amplifier 44a and transmitted to the detection unit 40a in the form of the difference signal 64a.
  • step 88a the phase difference between the signal 36a and the sensor signal 18a is determined by the detection unit 40a and the phase shift 24a is detected therefrom.
  • the detection unit 44a transmits the phase shift 24a to the computing unit 72a of the control unit 20a.
  • step 90a the state variable 22a is determined by the computing unit 72a using the phase shift 24a.
  • FIGS. 1 to 5 Two further exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS.
  • the following descriptions are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, whereby with regard to components, features and functions that remain the same, reference is made to the description of the exemplary embodiment in Figures 1 to 5 can be referred.
  • the letter a in the reference numbers of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 5 is replaced by the letters b and c in the reference numbers of the exemplary embodiment in FIGS.
  • identically designated components in particular with regard to components with the same reference numbers, reference can in principle also be made to the drawings and/or the description of the exemplary embodiment in FIGS.
  • FIG. 6 shows a schematic electrical circuit diagram of an induction hob device 10b with an induction unit 12b, a sensor unit 14b and a control unit 20b.
  • the induction hob device 10b differs from the induction hob device 10a of the previous exemplary embodiment essentially with regard to an embodiment of the sensor unit 14b and the control unit 20b.
  • the control unit 20b is provided for controlling the sensor unit 14b and for evaluating a sensor signal 18b. In an operating state of the induction hob device 10b, the control unit 20b determines at least one state variable 22b relating to the induction unit 12b using a phase shift 24b between the sensor signal 18b and a further signal (cf. FIG. 7).
  • the control unit 20b has at least one signal generation unit 34b.
  • the signal generation unit 34b is electrically conductively connected to the sensor unit 14b.
  • the signal generation unit 34b is provided for generating a signal 36b (cf. FIG. 7) for controlling the sensor unit 14b.
  • the sensor unit 14b has a common electrical oscillating circuit 16b with the induction unit 12b.
  • the sensor unit 14b has a first connection point 52b.
  • the signal 36b generated by the signal generation unit 34b can be measured at the first connection point 52b.
  • the sensor unit 14b has an electrical resistance 30b.
  • Sensor unit 14b has a capacitor 38b arranged in series with electrical resistor 30b.
  • the electrical resistor 30b and capacitor 38b of the sensor unit 14b are part of the common resonant circuit 16b together with the inductor 32b of the induction unit 12b and a resonance capacitor 78b of the induction unit 12b.
  • the sensor unit 14b has a second connection point 62b.
  • the second connection point 62b is downstream of the capacitor 38b.
  • the sensor signal 18b is an electrical signal which can be measured between the signal generation unit 34b and the capacitor 38b.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the control unit 20b.
  • the control unit 20b has a detection unit 40b.
  • the detection unit 40b is provided for detecting the phase shift 24b.
  • the detection unit 40b is electrically conductively connected to the first connection point 52b.
  • the control unit 20b has a high-pass filter 46b.
  • the high-pass filter 46b is electrically upstream of the detection unit 40b.
  • the high-pass filter 46b is provided to filter intermodulation interference noises in the case of simultaneous operation of the sensor unit 14b and a further inductor 50b of the induction unit 12b (cf. FIG. 6).
  • the high-pass filter 46b is electrically conductively connected to the detection unit 40b.
  • the high-pass filter 46b filters the sensor signal 18b and transmits this to the detection unit 40b.
  • detection unit 40b determines a phase difference between signal 36b and sensor signal 18b and uses this to detect phase shift 24b.
  • the detection unit 40b transmits the phase shift to a computing unit 72b of the control unit 20b.
  • the arithmetic unit 72b of the control unit 20b uses this to determine the state variable 22b.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of an induction hob device 10c in a schematic electrical circuit diagram.
  • the induction hob device 10c has an induction unit 12c with an inductor 32c.
  • the induction hob device 10c has a sensor unit 14c and a control unit 20c.
  • the induction hob device 10c differs from the induction hob devices 10a and 10b of the previous exemplary embodiments essentially with regard to an embodiment of the sensor unit 14c and the control unit 20c.
  • the control unit 20c is provided for controlling the sensor unit 14c and for evaluating a sensor signal 18c. In an operating state of the induction hob device 10c, the control unit 20c determines at least one state variable 22c relating to the induction unit 12c using a phase shift 24c and/or a nes amplitude ratio between the sensor signal 18c and another signal (see FIG. 9).
  • the control unit 20c has a signal generation unit 34c.
  • the signal generation unit 34c is electrically conductively connected to the sensor unit 14c.
  • the signal generating unit 34c is provided for generating a signal 36c (cf. FIG. 9) for controlling the sensor unit 14c.
  • the sensor unit 14c has a common electrical oscillating circuit 16c with the induction unit 12c.
  • the sensor unit 14c has a first connection point 52c.
  • the signal 36c generated by the signal generation unit 34c can be measured at the first connection point 52c.
  • the sensor unit 14c has an electrical resistor 30c and a capacitor 38c arranged in series therewith.
  • the electrical resistor 30c and capacitor 38c of the sensor unit 14c are part of the common resonant circuit 16c together with the inductor 32c of the induction unit 12c and a resonance capacitor 78c of the induction unit 12c.
  • the sensor unit 14c includes a second connection point 62c.
  • the second connection point 62c is arranged in parallel with the resonance capacitor 78c.
  • the control unit 20c has a differentiator 48c.
  • the differentiator 48c is in the form of an RC high-pass filter and includes a capacitor 74c and an electrical resistor 76c.
  • the electrical resistor 76c is arranged in parallel with the capacitor 78c and is provided for detecting a current flowing through the resonant capacitor 78c.
  • the differentiator 48c is electrically conductively connected to the second connection point 62c of the sensor unit 14c. At the second connection point 62c, the sensor signal 18c can be measured between the signal generation unit 14c and the inductor 32c of the induction unit 12c.
  • control unit 20c of the induction hob device 10c is shown schematically.
  • the control unit 20c has a detection unit 40c.
  • the detection unit 40c is provided for detecting the phase shift 24c.
  • the detection unit 40c is electrically conductively connected to the first connection point 52c.
  • the differentiator 48c is electrically upstream of the detection unit 40c and is electrically conductive via a gain (not shown) for signal amplification with the detection unit 40c connected.
  • the differentiator 48c designed as an RC high-pass filter filters the sensor signal 18c and transmits it to the detection unit 40c.
  • detection unit 40c In the operating state, detection unit 40c ascertains a phase difference between signal 36c and sensor signal 18c and uses this to detect phase shift 24c. In the operating state, the detection unit transmits the phase shift 24c to a computing unit 72c of the control unit 20c. The computing unit 72c of the control unit 20c uses the phase shift 24c between the sensor signal 18c and the further signal to determine the state variable 22c.
  • induction hob device 10 induction hob device 12 induction unit 14 sensor unit 16 electrical resonant circuit 18 sensor signal 20 control unit 22 state variable 24 phase shift 26 reference signal 28 inverter unit 30 electrical resistance 32 inductor

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Induktionskochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) mit zumindest einer Induktionseinheit (12a; 12b; 12c) mit zumindest einer Sensoreinheit (14a; 14b; 14c), welche mit der Induktionseinheit (12a, 12b; 12c) zumindest einen gemeinsamen elektrischen Schwingkreis (16a; 16b; 16c) aufweist und zu einer Detektion zumindest eines Sensorsignals (18a; 18b; 18c) vorgesehen ist, und mit einer Steuereinheit (20a; 20b; 20c), welche zu einer Steuerung der Sensoreinheit (14a; 14b; 14c) und zu einer Auswertung des Sensorsignals (18a; 18b; 18c) vorgesehen ist. Um eine Induktionskochfeldvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Bedienkomforts bereitzustellen wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit (20a; 20b; 20c) in einem Betriebszustand zumindest eine die Induktionseinheit (12a; 12b; 12c) betreffende Zustandsgröße (22a; 22b; 22c) anhand einer Phasenverschiebung (24a; 24b; 24c) und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal (18a; 18b; 18c) und einem weiteren Signal ermittelt.

Description

Induktionskochfeldvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Induktionskochfeldvorrichtung nach dem Oberbegriff des An spruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Induktionskochfeldvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Induktionskochfelder mit Sensoren zu einer De tektion von Gargeschirr bekannt. In einigen bekannten Ausgestaltungen wird dabei ein ohnehin vorhandener Schaltkreis aus Heizspulen und Wechselrichtern als Sensor zur Detektion von Gargeschirr auf dem Induktionsfeld genutzt, indem anhand einer Verände rung eines elektrischen Parameters des Schaltkreises, beispielsweise einer veränderten Induktivität, auf eine Anwesenheit eines Gargeschirrs oberhalb der Heizeinheit rückge schlossen wird. Nachteilig bei solcherlei Ausgestaltungen ist eine große Fehleranfälligkeit der Detektion, welche durch Störeinflüsse, beispielsweise durch Intermodulationsgeräu sche von während der Detektion gleichzeitig betriebenen benachbarten Heizspulen her vorgerufen, bedingt sein kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere, aber nicht beschränkt darauf, darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Be dienkomforts bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 13 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Induktionskochfeldvorrichtung mit zumindest einer In duktionseinheit, mit zumindest einer Sensoreinheit, welche mit der Induktionseinheit zu mindest einen gemeinsamen elektrischen Schwingkreis aufweist und zu einer Detektion zumindest eines Sensorsignals vorgesehen ist, und mit einer Steuereinheit, welche zu einer Steuerung der Sensoreinheit und zu einer Auswertung des Sensorsignals vorgese hen ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit in einem Betriebszustand zumindest eine die Induktionseinheit betreffende Zustandsgröße anhand einer Phasenverschiebung und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal und einem weiteren Signal ermittelt. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft ein Bedienkomfort und/oder ein Be dienerlebnis für einen Nutzer verbessert werden. Es kann vorteilhaft eine besonders zu verlässige, insbesondere wenig störungsanfällige, und/oder genaue Detektion des Sen sorsignals und folglich eine besonders zuverlässige und genaue Ermittlung der die Induk tionseinheit betreffenden Zustandsgröße, beispielsweise einer Anwesenheit eines Garge schirrs auf eine Induktionskochfeldplatte oberhalb der Induktionseinheit und/oder ein Be deckungsgrad eines oder mehrerer Induktoren der Induktionseinheit mit dem Gargeschirr, erreicht werden. Indem die die Induktionseinheit betreffende Zustandsgröße anhand einer Phasenverschiebung und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsig nal und dem weiteren Signal durch die Steuereinheit ermittelt wird, kann vorteilhaft eine Genauigkeit der ermittelten Zustandsgröße weiter verbessert werden. Zudem kann vor teilhaft ein Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden, indem eine Spannung mit einer kontrollierten Amplitude an der Sensoreinheit angelegt und/oder ein Bandpass-Filter, bei spielsweise ein Hochpassfilter an einem Signalausgang der Sensoreinheit zum Einsatz kommt.
Unter einer „Induktionskochfeldvorrichtung“ soll zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Induktionskochfelds, verstanden werden. Die Induktionskochfeld vorrichtung könnte beispielsweise zumindest eine Aufstellplatte, insbesondere zumindest eine Induktionskochfeldplatte, aufweisen, welche beispielsweise zu einem Aufstellen von Gargeschirr, insbesondere zum Zweck einer Beheizung des Gargeschirrs, vorgesehen sein könnte. Die Induktionskochfeldvorrichtung kann auch das gesamte Induktionskoch feld umfassen.
Unter einer „Induktionseinheit“ soll eine Einheit verstanden werden, welche zumindest einen Induktor aufweist, welcher in wenigstens einem Betriebszustand Energie an zumin dest ein Objekt, beispielsweise an ein Gargeschirr, bereitstellt. Der Induktor ist dazu vor gesehen, in dem Betriebszustand Energie in Form eines elektromagnetischen Wechsel felds, vorteilhaft zum Zweck einer induktiven Energieübertragung, an das Objekt bereitzu stellen. Vorteilhaft weist die Induktionseinheit zumindest zwei, besonders vorteilhaft zu mindest vier, vorzugsweise zumindest acht und besonders bevorzugt eine Vielzahl von Induktoren auf. Die Induktoren der Induktionseinheit können verteilt, beispielsweise mat rixartig verteilt, angeordnet sein. Unter einer „Sensoreinheit“ soll eine Einheit mit zumindest einer Sensorbaugruppe, wel che zumindest ein Bauteil des gemeinsamen elektrischen Schwingkreises, zumindest einen mit dem elektrischen Schwingkreis elektrisch leitend verbundenen Signaleingang und zumindest einen mit dem elektrischen Schwingkreis elektrisch leitend verbundenen Signalausgang aufweist und welche zu einer Detektion des zumindest einen Sensorsig nals vorgesehen ist, verstanden werden. Der elektrische Schwingkreis umfasst vorzugs weise zumindest einen elektrischen Widerstand, zumindest einen Induktor und zumindest einen Kondensator. Der Signaleingang ist vorzugsweise als ein elektrisches Bauteil, ins besondere als ein Anschlusspunkt, zu einem Einspeisen eines Signals in den elektrischen Schwingkreis, insbesondere zu der Ansteuerung mittels der Steuereinheit, ausgebildet. Der Signalausgang ist vorzugsweise als ein elektrisches Bauteil, beispielsweise als ein elektrischer Nebenschlusswiderstand, an welchem zumindest ein Ausgangssignal anfällt, ausgebildet. Darunter, dass „die Sensoreinheit zu der Detektion des zumindest einen Sensorsignals vorgesehen ist“ soll dabei verstanden werden, dass das Sensorsignal an zumindest einem elektrischen Bauteil der Sensoreinheit, insbesondere an dem Signalein gang und/oder dem Signalausgang, messbar ist, wobei eine Messung des Sensorsignals zumindest teilweise auch mittels von der Sensoreinheit verschiedenen weiteren Einheiten der Induktionskochfeldvorrichtung, insbesondere mittels der Steuereinheit, erfolgen kann. Bei dem Sensorsignal handelt es sich vorzugsweise um ein elektrisches Signal, welches, in Form einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms, insbesondere in Form einer elektrischen Wechselspannung und/oder eines elektrischen Wechselstroms, an dem Signaleingang und/oder an dem Signalausgang der Sensorbaugruppe anliegt und/oder abfällt und/oder fließt und welches zumindest eine elektrische Größe des elektri schen Schwingkreises, insbesondere eine äquivalente Impedanz des elektrischen Schwingkreises, beschreibt. Die Sensoreinheit kann eine Vielzahl von Sensorbaugruppen aufweisen, welche jeweils zu einer Detektion zumindest eines Sensorsignals vorgesehen sind. Vorzugsweise weist die Sensoreinheit eine Anzahl von Sensorbaugruppen auf, wel che einer Anzahl von Induktoren der Induktionseinheit entspricht.
Unter der Wendung, dass „die Sensoreinheit mit der Induktionseinheit zumindest einen gemeinsamen elektrischen Schwingkreis aufweist“, soll verstanden werden, dass zumin dest ein der Sensoreinheit zuordenbares Bauteil, beispielsweise ein elektrischer Wder- stand, ein Kondensator oder dergleichen, mit zumindest einem der Induktionseinheit zu ordenbaren Bauteil, vorzugsweise mit zumindest einem Induktor der Induktionseinheit, elektrisch leitend verbindbar ist, um den gemeinsamen elektrischen Schwingkreis auszu bilden.
Unter einer „Steuereinheit“ soll eine elektronische Einheit verstanden werden, welche in der Induktionskochfeldvorrichtung zumindest teilweise integriert ist und welche dazu vor gesehen ist, zumindest die Sensoreinheit anzusteuern und das Sensorsignal auszuwer ten. Zu der Steuerung der Sensoreinheit kann die Steuereinheit elektrisch leitend mit dem Signaleingang und/oder dem Signalausgang der Sensoreinheit verbunden sein. Vorzugs weise ist die Steuereinheit, neben der Steuerung der Sensoreinheit, auch zu einer Steue rung und Energieversorgung der Induktionseinheit und/oder weiterer Einheiten der Induk tionskochfeldvorrichtung vorgesehen. Vorzugsweise weist die Steuereinheit zu der Steue rung und Energieversorgung der Induktionseinheit zumindest eine Wechselrichtereinheit auf, welche insbesondere als ein Resonanzinverter und/oder als ein dualer Halbbrü ckeninverter ausgebildet sein kann. Die Wechselrichtereinheit umfasst bevorzugt zumin dest zwei Schaltelemente, welche durch die Steuereinheit einzeln ansteuerbar sind. Unter einem „Schaltelement“ soll ein Element verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, zwischen zwei Punkten, insbesondere Kontakten des Schaltelements, eine elektrisch lei tende Verbindung herzustellen und/oder zu trennen. Vorzugsweise weist das Schaltele ment zumindest einen Steuerkontakt auf, über den es geschaltet werden kann. Vorzugs weise ist das Schaltelement als Halbleiterschaltelement, insbesondere als Transistor, bei spielsweise als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder Organischer Feldeffekttransistor (OFET), vorteilhaft als Bipolartransistor mit vorzugsweise isolierter Gate-Elektrode (IGBT), ausgebildet. Alternativ ist denkbar, dass das Schaltelement als mechanisches und/oder elektromechanisches Schaltelement, insbesondere als ein Re lais, ausgebildet ist. Zu der Auswertung des Sensorsignals und zu der Ermittlung der zu mindest einen die Induktionseinheit betreffenden Zustandsgröße umfasst die Steuerein heit vorzugsweise zumindest eine Recheneinheit. Vorzugsweise umfasst die Steuerein heit zumindest eine Speichereinheit, in welcher zumindest ein Referenzsignal und vor zugsweise zumindest ein Algorithmus zu der Ermittlung der die Heizeinheit betreffenden Zustandsgröße gespeichert ist.
Bei der die Induktionseinheit betreffenden Zustandsgröße könnte es sich, ohne darauf beschränkt zu sein, beispielsweise um eine Anwesenheit und/oder um einen Bede ckungsgrad einer oder mehrerer Induktoren der Induktionseinheit und/oder eine Form und/oder eine Größe und/oder eine elektrische und/oder elektromagnetische Kenngröße, beispielsweise um einen elektrischen Widerstand und/oder eine Induktivität, eines Ob jekts, insbesondere eines Gargeschirrs, an welches die Induktionseinheit in dem Be triebszustand die Energie bereitstellt, handeln.
Unter „vorgesehen“ soll speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstan den werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem An- wendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit zumindest eine Signalerzeugungsein heit aufweist, welche elektrisch leitend mit der Sensoreinheit verbunden ist und zu einer Erzeugung eines Signals zu der Steuerung der Sensoreinheit vorgesehen ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders zuverlässige und wenig fehleranfällige Steuerung der Sensoreinheit erfolgen. Bei dem Signal handelt es sich vorzugsweise um ein Eingangs signal, welches an dem zumindest einen Signaleingang der Sensoreinheit anlegbar ist.
Die Signalerzeugungseinheit ist als eine von der Wechselrichtereinheit verschiedene Ein heit ausgebildet. Das mittels der Signalerzeugungseinheit erzeugte Signal unterscheidet sich von einem Wechselrichtersignal, welches von einem Wechselrichter der Wechselrich tereinheit zu einer Ansteuerung und Energieversorgung eines Heizelements der Heizein heit erzeugt wird, zumindest hinsichtlich einer Frequenz. Vorzugsweise handelt es sich bei dem mittels der Signalerzeugungseinheit erzeugten Signal um ein hochfrequentes Signal mit einer, gegenüber einer Wechselrichterfrequenz des Wechselrichtersignals zu einer Ansteuerung und Energieversorgung eines Heizelements der Heizeinheit, erhöhten Frequenz. Beispielsweise ist die Frequenz des Signals um einen Faktor von zumindest 2, vorteilhaft um einen Faktor von zumindest 3, besonders vorteilhaft um einen Faktor von zumindest 4, vorzugweise um einen Faktor von zumindest 5 und besonders bevorzugt um einen Faktor von zumindest 10, größer als die Wechselrichterfrequenz. Beispielsweise beträgt die Frequenz des Signals zumindest 1 MHz, vorteilhaft zumindest 2 MHz, beson ders vorteilhaft zumindest 5 MHz, vorzugsweise zumindest 10 MHz und besonders bevor zugt zumindest 20 MHz. Hierdurch können vorteilhaft elektromagnetische Wechselwir kungen zwischen der Sensoreinheit und der Heizeinheit und damit einhergehende poten tielle Fehldetektionen weiter minimiert werden. Vorzugsweise ist die Signalerzeugungs einheit zu einer digitalen Signalerzeugung vorgesehen. Die Signalerzeugungseinheit könnte zu der Erzeugung des Signals beispielsweise einen Synthesizer mit direkter digita ler Synthese (DDS) und einen Digital-Analog-Wandler (DAC) aufweisen, welche insbe sondere als ein integrierter Schaltkreis (IC) ausgebildet sind. Ferner könnte die Signaler zeugungseinheit beispielsweise ein so genanntes R2R-Widerstandsnetzwerk und/oder einen analogen Multiplexer oder einen digitalen Multiplexer aufweisen. Alternativ wäre denkbar, dass das Signal mittels eines Mikroprozessors der Steuereinheit als ein recht eckförmiges Signal erzeugbar und anschließend mittels eines Filters, beispielsweise mit tels eines seriellen RLC- Schaltkreises, filterbar und in ein sinusförmiges Signal wandel bar ist.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zumindest einen elektrischen Wider stand aufweist, welcher Teil des gemeinsamen Schwingkreises ist. Durch eine derartige Ausgestaltung ist in Kombination mit dem Induktor und einem Resonanz-Kondensator der Induktionseinheit der gemeinsame Schwingkreis mit besonders einfachen technischen Mitteln realisierbar. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders kostengünstige Herstellung der Induktionskochfeldvorrichtung ermöglicht und somit einem Nutzer besonders preis wert zur Verfügung gestellt werden.
Die Sensoreinheit könnte ausschließlich den zumindest einen elektrischen Widerstand als Teil des gemeinsamen Schwingkreises aufweisen. In einer weiteren Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zumindest einen zu dem elektrischen Wi derstand seriell angeordneten Kondensator aufweist, welcher Teil des gemeinsamen Schwingkreises ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Detektion des Sensorsignals verbessert werden. Wenn die Sensoreinheit zumindest einen zu dem elektrischen Widerstand seriell angeordneten Kondensator aufweist, welcher Teil des ge meinsamen Schwingkreises ist, ist eine Kapazität des elektrischen Schwingkreises durch den Kondensator verändert, wodurch eine Resonanzfrequenz des elektrischen Schwing kreises ebenfalls verändert ist. Die Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises ist in einer derartigen Ausgestaltung verschieden von einer Inverter-Resonanzfrequenz eines Inverter-Schwingkreises, welcher durch zumindest einen Wechselrichter der Wech selrichtereinheit, dem Induktor und dem Resonanz-Kondensator der Induktionseinheit ausgebildet wird. Vorzugsweise ist die Resonanzfrequenz mittels einer geeigneten Wahl einer Kapazität des zumindest einen zu dem elektrischen Widerstand seriell angeordne ten Kondensators an die Detektion des Sensorsignals angepasst. Zudem wäre denkbar, dass die Kapazität des elektrischen Schwingkreises und somit die Resonanzfrequenz, beispielsweise mittels der Steuereinheit, einstellbar und an eine individuelle Betriebssitua tion der Induktionskochfeldvorrichtung anpassbar ist, indem der zumindest eine zu dem elektrischen Widerstand seriell angeordnete Kondensator der Sensoreinheit als ein vari abler Kondensator (Varko) ausgebildet ist, dessen Kapazität in definierten Grenzen stu fenlos einstellbar ist. Ferner wäre denkbar, dass die Steuereinheit neben dem zumindest einen zu dem elektrischen Widerstand seriell angeordneten Kondensator, weitere Kon densatoren aufweist, welche seriell oder parallel zu dem elektrischen Wderstand ange ordnet, und welche beispielsweise mittels geeigneter Schaltelemente durch die Steuer einheit, zu dem elektrischen Schwingkreis zu- und/oder abschaltbar sind, um die Reso nanzfrequenz des Schwingkreises einzustellen.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Sensorsignal ein elektrisches Signal ist, welches zwischen der Signalerzeugungseinheit und dem elektrischen Wderstand des Schwingkreises messbar ist. Hierdurch können vorteilhaft Störeinflüsse reduziert werden. Indem das Sensorsignal zwischen der Signalerzeugungseinheit und dem elektrischen Wderstand des Schwingkreises messbar ist, können Störeinflüsse auf das Sensorsignal, welche durch Intermodulationsgeräusche von gleichzeitig betriebenen Induktoren, die nicht Teil des gemeinsamen elektrischen Schwingkreises sind, hervorgerufen sein kön nen, minimiert werden. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders genaue und/oder zuver lässige Detektion des Sensorsignals und folglich eine besonders präzise Ermittlung der die Induktionseinheit betreffenden Zustandsgröße erreicht werden.
In einer alternativen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Sensorsignal ein elekt risches Signal ist, welches zwischen der Signalerzeugungseinheit und dem Kondensator messbar ist. Hierdurch kann vorteilhaft ein Sensorsignal gemessen werden, welches auf grund der veränderten Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises, welche durch den zu dem elektrischen Wderstand seriell angeordneten Kondensator bedingt ist, be sonders wenig störanfällig gegenüber Störeinflüssen ist.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Sensorsignal ein elektrisches Signal ist, welches zwischen der Signalerzeugungseinheit und zumindest einem Induktor der Induktionseinheit messbar ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine besonders kosteneffiziente Methode zur Detektion des Sensorsignals bereitgestellt werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass ein Referenzsignal, welches eine in einem Referenzzu stand gemessene Differenz zwischen zumindest einer Größe des Sensorsignals und zu mindest einer Größe des weiteren Signals umfasst, in der Steuereinheit gespeichert ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders genaue und/oder zuverlässige Ermittlung der zumindest einen die Heizeinheit betreffenden Zustandsgröße ermöglicht werden. Unter einem „Referenzsignal“ soll ein Signal verstanden werden, welches an der Sensoreinheit in einem Referenzzustand detektierbar ist. Bei dem Referenzzustand handelt es sich da bei um einen Zustand, in welchem die Kochfeldvorrichtung, insbesondere die Sensorein heit der Kochfeldvorrichtung, unter Abwesenheit externer Einflüsse, insbesondere unter Abwesenheit eines externen Objekts, wie beispielsweise eines Gargeschirrs, welche das Signal beeinflussen würden, betrieben wird. Bei der Größe des Signals und/oder des wei teren Signals kann es sich, beispielsweise um eine Phase einer Spannung und/oder eines Stroms und/oder um eine Amplitude einer Spannung und/oder eines Stroms handeln. Die Differenz zwischen der Größe des Sensorsignals und der Größe des weiteren Signals kann dabei eine Differenz zwischen zwei gleichartigen Größen, beispielsweise eine Diffe renz zwischen einer Amplitude einer Spannung des Sensorsignals und einer Amplitude einer Spannung des weiteren Signals, oder eine Differenz zwischen zwei unterschiedli chen Größen, beispielsweise eine Differenz zwischen einem Phasenwinkel einer Span nung des Sensorsignals und eines Phasenwinkels eines Stroms des weiteren Signals, sein.
Es wäre denkbar, dass mittels der Sensoreinheit mehrere Sensorsignale an verschiede nen Anschlusspunkten des elektrischen Schwingkreises detektierbar sind und zu der Er mittlung der die Induktionseinheit betreffenden Zustandsgröße, insbesondere in Form eines zusammengeführten Sensorsignals, heranzierbar sind. Beispielsweise könnte ein erstes Sensorsignal zwischen der Signalerzeugungseinheit und dem elektrischen Wider stand des Schwingkreises und ein zweites Sensorsignal zwischen der Signalerzeugungs einheit und dem Kondensator und/oder ein drittes Signal zwischen der Signalerzeugungs einheit und dem zumindest einen Induktor der Induktionseinheit messbar sein. Hierdurch wäre vorteilhaft eine Validierung des ersten Sensorsignals durch die Messung des zwei- ten und/oder dritten Sensorsignals ermöglicht, wodurch vorteilhaft eine besonders zuver lässige Detektion ermöglicht wird.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit zumindest eine Detektionseinheit zu einer Detektion der Phasenverschiebung und/oder einer Amplitude aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders zuverlässige und/oder genaue Detektion der Phasenver schiebung und/oder der Amplitude ermöglicht werden. Die Detektionseinheit kann als ein analoger Phasenvergleicher, beispielsweise als ein Analog-Multiplizierer oder als voll symmetrischer Mischer oder als ein Diodenmischer ausgebildet und zu einer analogen Detektion der Phasenverschiebung und/oder der Amplitude vorgesehen sein. Alternativ könnte die Detektionseinheit als ein digitaler Phasenvergleicher ausgebildet sein, wobei eine digitale Detektion der Phasenverschiebung und/oder der Amplitude, ausgehend von einem zuvor gewandelten rechteckförmigen Signal beispielsweise mittels eines XOR- Gatters oder einer Flip-Flop-Schaltung oder dergleichen erfolgen könnte. Vorzugsweise ist die Detektionseinheit als ein Lock-In-Verstärker ausgebildet. Hierdurch kann vorteilhaft neben der Detektion der Phasenverschiebung, zusätzliche eine Detektion einer Amplitude des Sensorsignals und eine Detektion einer Amplitude des weiteren Signals ermöglicht werden. Anhand der mittels der als Lock-In-Verstärker ausgebildeten Detektionseinheit detektierten Phasenverschiebung und der detektierten Amplitude des Sensorsignals und einer Amplitude des weiteren Signals ist eine Impedanz und somit ein äquivalenter Wider stand und eine äquivalente Induktivität eines verwendeten Gargeschirrs, vorzugsweise durch die Steuereinheit, berechenbar. Hierdurch kann vorteilhaft ein Betrieb weiter ver bessert werden, indem beispielsweise eine speziell auf ein bestimmtes Gargeschirr abge stimmte Ansteuerung der Heizeinheit durch die Steuereinheit ermöglicht ist.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit zumindest einen Differenzverstärker aufweist, welcher der Detektionseinheit elektrisch vorgelagert ist. Hierdurch kann vorteil haft das Sensorsignal mit einfachen technischen Mitteln verstärkt werden. Durch den der Detektionseinheit elektrisch vorgelagerten Differenzverstärker können vorteilhaft Störein flüsse auf das Sensorsignal, welche durch Intermodulationsgeräusche von gleichzeitig betriebenen Induktoren, die nicht Teil des gemeinsamen elektrischen Schwingkreises sind, hervorgerufen sein können, minimiert werden. Vorzugsweise ist eine Ausgestaltung mit einem der Detektionseinheit elektrisch vorgelagerten Differenzverstärker für Messun gen vorgesehen, bei welchen das Sensorsignal ein elektrisches Signal ist, welches zwi- sehen der Signalerzeugungseinheit und dem elektrischen Widerstand des Schwingkreises messbar ist.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit zumindest einen Hochpassfilter aufweist, welcher der Detektionseinheit elektrisch vorgelagert ist. Hierdurch kann vorteil haft eine besonders kosteneffiziente Möglichkeit zur Detektion der Phasenverschiebung bereitgestellt werden. Ferner können vorteilhaft störende Frequenzen auf das Sensorsig nal, welche durch Intermodulationsgeräusche von gleichzeitig betriebenen Induktoren, die nicht Teil des gemeinsamen elektrischen Schwingkreises sind, hervorgerufen sein kön nen, mittels des Hochpassfilters gefiltert und somit Störeinflüsse reduziert werden. Vor zugsweise ist eine Ausgestaltung mit einem der Detektionseinheit elektrisch vorgelagerten Hochpassfilter für Messungen vorgesehen, bei welchen das Sensorsignal ein elektrisches Signal ist, welches zwischen der Signalerzeugungseinheit und dem Kondensator messbar ist.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit zumindest einen Differentiator aufweist, welcher der Detektionseinheit elektrisch vorgelagert ist. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine weitere kosteneffiziente Möglichkeit zu der Detektion der Pha senverschiebung bereitgestellt. Vorzugsweise ist eine Ausgestaltung mit einem der Detek tionseinheit elektrisch vorgelagerten Differentiator für Messungen vorgesehen, bei wel chen das Sensorsignal ein elektrisches Signal ist, welches zwischen der Signalerzeu gungseinheit und dem zumindest einen Induktor der Induktionseinheit messbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Induktionskochfeld mit einer Induktionskochfeldvorrichtung nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen. Ein derartiges Induktions kochfeld zeichnet sich unter anderem durch die vorgenannten vorteilhaften Eigenschaften der Kochfeldvorrichtung und den damit einhergehenden Vorteilen für einen Nutzer im Hinblick auf einen verbesserten Bedienkomfort und/oder ein verbessertes Bedienerlebnis aus.
Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Induktionskochfeld vorrichtung mit zumindest einer Induktionseinheit und mit zumindest einer Sensoreinheit, welche mit der Induktionseinheit zumindest einen gemeinsamen elektrischen Schwing kreis aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Sensorsignal detektiert wird und zumindest eine die Induktionseinheit betreffende Zustandsgröße anhand einer Phasenverschiebung zwischen dem Sensorsignal und einem gespeicherten Referenzsignal ermittelt wird. In dem die die Induktionseinheit betreffende Zustandsgröße anhand einer Phasenverschie bung zwischen dem Sensorsignal und einem gespeicherten Referenzsignal ermittelt wird, kann vorteilhaft eine besonders zuverlässige, insbesondere im Vergleich zu herkömmli chen Verfahren, bei welchen eine Zustandsgröße anhand einer detektierten Frequenz ermittelt wird, weniger störungsanfällige, und genaue Ermittlung der Zustandsgröße er möglicht werden.
Die Induktionskochfeldvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwen dung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die Induktionskochfeld vorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeich nung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschrei bung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weite ren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Induktionskochfeld mit einer Induktionskochfeldvorrichtung, umfas send eine Induktionseinheit, eine Sensoreinheit und eine Steuereinheit, in einer schematischen Draufsicht,
Fig. 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild der Induktionseinheit, der Sensoreinheit und der Steuereinheit,
Fig. 3 zwei schematische Diagramme zur Darstellung eines durch die Sen soreinheit detektierten Sensorsignals und eines Referenzsignals,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Steuereinheit mit einem Differenz verstärker und einer Detektionseinheit,
Fig. 5 ein schematisches Verfahrensfließbild eines Verfahrens zu einem Be trieb der Induktionskochfeldvorrichtung, Fig. 6 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Kochfeldvorrichtung mit einer Induktionseinheit, einer Sensoreinheit und einer Steuereinheit, in einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Steuereinheit des Ausführungsbei spiels der Figur 6 mit einem Hochpassfilter und einer Detektionseinheit, Fig. 8 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Induktionskochfeldvor richtung mit einer Induktionseinheit, einer Sensoreinheit und einer Steu ereinheit, in einem weiteren Ausführungsbeispiel und Fig. 9 eine schematische Darstellung der Steuereinheit des Ausführungsbei spiels der Figur 8 mit einem Differentiator und einer Detektionseinheit.
Figur 1 zeigt ein Induktionskochfeld 42a in einer schematischen Draufsicht. Das Indukti onskochfeld 42a weist eine Induktionskochfeldvorrichtung 10a auf. Die Induktionskoch feldvorrichtung 10a umfasst eine Induktionseinheit 12a. Die Induktionseinheit 12a weist eine Mehrzahl von Induktoren 32a und eine Mehrzahl von weiteren Induktoren 50a auf.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10a weist eine Sensoreinheit 14a zu einer Detektion zumindest eines Sensorsignals 18a (vgl. Figur 3) auf. Die Induktionskochfeldvorrichtung 10a weist eine Steuereinheit 20a auf. Die Steuereinheit 20a ist zu einer Steuerung der Sensoreinheit 14a und zu einer Auswertung des Sensorsignals 18a vorgesehen. In einem Betriebszustand der Induktionskochfeldvorrichtung 10a ermittelt die Steuereinheit 20a zumindest eine die Induktionseinheit 12a betreffende Zustandsgröße 22a (vgl. Figur 4) anhand einer Phasenverschiebung 24a und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal 18a und einem weiteren Signal.
In der Steuereinheit 20a ist ein Referenzsignal 26a gespeichert. Das Referenzsignal 20a umfasst eine in einem Referenzzustand gemessene Differenz zwischen einer Größe des Sensorsignals 18a und einer Größe des weiteren Signals. Vorliegend handelt es sich bei der Größe des Sensorsignals 18a um einen Phasenwinkel und bei der Größe des weite ren Signals um einen weiteren Phasenwinkel.
Die Steuereinheit 20a ist außerdem zu einer Steuerung und einer Energieversorgung der Induktionseinheit 12a vorgesehen. Von mehrfach vorhandenen Objekten ist in den Figuren jeweils lediglich eines mit einem Bezugszeichen versehen.
Figur 2 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der Induktionseinheit 12a, der Sensoreinheit 14a und der Steuereinheit 20a. Die Sensoreinheit 14a weist mit der Indukti onseinheit 12a zumindest einen gemeinsamen elektrischen Schwingkreis 16a auf.
Die Steuereinheit 20a weist eine Wechselrichtereinheit 28a auf. Die Wechselrichtereinheit 28a ist zu der Steuerung und der Energieversorgung der Induktionseinheit 12a vorgese hen. In einem Heizbetriebszustand der Induktionskochfeldvorrichtung 10a steuert die Steuereinheit 20a die Induktionseinheit 12a mittels der Wechselrichtereinheit 28a an. Die Wechselrichtereinheit 28a versorgt in dem Heizbetriebszustand den Induktor 32a und/oder den weiteren Induktor 50a der Induktionseinheit mit einer Energie in Form eines elektrischen Wechselstroms.
Die Steuereinheit 20a weist zumindest eine Signalerzeugungseinheit 34a auf. Die Sig nalerzeugungseinheit 34a ist elektrisch leitend mit der Sensoreinheit 14a verbunden. Die Signalerzeugungseinheit 34a ist zu einer Erzeugung eines Signals 36a (vgl. Figur 4) zu der Steuerung der Sensoreinheit 14a vorgesehen.
Die Sensoreinheit 14a weist einen ersten Anschlusspunkt 52a auf. An dem ersten An schlusspunkt 52a ist das durch die Signalerzeugungseinheit 34a erzeugte Signal 36a messbar. Die Sensoreinheit 14a weist einen elektrischen Widerstand 30a auf. Der elektri sche Widerstand 30a der Sensoreinheit 14a ist zusammen mit dem Induktor 32a der In duktionseinheit 12a und einem Resonanz-Kondensator 78a der Induktionseinheit 12a Teil des gemeinsamen Schwingkreises 16a. Die Sensoreinheit 14a weist einen zweiten An schlusspunkt 62a auf. Der zweite Anschlusspunkt 62a ist dem elektrischen Widerstand 30a nachgelagert. Das Sensorsignal 18a (vgl. Figur 3) ist ein elektrisches Signal, welches zwischen der Signalerzeugungseinheit 34a und dem elektrischen Widerstand 30a des elektrischen Schwingkreises 16a messbar ist.
Die Sensoreinheit 14a weist einen gemeinsamen weiteren elektrischen Schwingkreis 68a mit der Induktionseinheit 12a auf. Die Sensoreinheit 14a weist einen weiteren elektrischen Widerstand 70a auf. Der weitere elektrische Widerstand 70a der Sensoreinheit und der weitere Induktor 50a der Induktionseinheit 12a sind Teil des gemeinsamen weiteren elektrischen Schwingkreises 68a. Der weitere elektrische Schwingkreis 68a ist hinsichtlich seiner Bestandteile und seiner Funktionsweise im Wesentlichen identisch zu dem elektri schen Schwingkreis 16a, weshalb diesbezüglich auf die Beschreibung des elektrischen Schwingkreises 16a verwiesen sei.
In Figur 3 sind zwei Diagramme dargestellt. Auf einer Abszisse 54a eines linken Dia gramms ist eine Frequenz in Megahertz aufgetragen. Auf einer Ordinate 56a des linken Diagramms ist ein Betrag einer Impedanz in Ohm aufgetragen. In dem linken Diagramm ist das Referenzsignal 26a mit einer Volllinie dargestellt. In dem linken Diagramm ist das Sensorsignal 18a mit einer Strichlinie dargestellt. Der Betrag der Impedanz des Referenz signals weist ein Maximum bei einer Resonanzfrequenz 66a des Schwingkreises auf.
Auf einer Abszisse 58a eines rechten Diagramms ist die Frequenz in Megahertz aufgetra gen. Auf einer Ordinate 60a des rechten Diagramms ist ein Phasenwinkel aufgetragen. In dem rechten Diagramm ist das Referenzsignal 26a mit einer Volllinie dargestellt. In dem linken Diagramm ist das Sensorsignal 18a mit einer Strichlinie dargestellt. Ein Phasen winkel des Referenzsignals 26a, welcher in dem elektrischen Schwingkreis 16a der Sen soreinheit 14a in einem Referenzzustand bei der Resonanzfrequenz 66a messbar ist, beträgt beispielsweise 20°. Ein Phasenwinkel des Sensorsignals 18a, welcher in dem elektrischen Schwingkreis 16a der Sensoreinheit 14a in einem Betriebszustand der Induk tionskochfeldvorrichtung 10a, in dem ein Gargeschirr (nicht dargestellt) oberhalb der Sen soreinheit 14a platziert ist, bei der Resonanzfrequenz 66a messbar ist, beträgt beispiels weise -20°. Daraus ergibt sich die Phasenverschiebung 24a, welche in diesem Beispiel 40° beträgt.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung der Steuereinheit 20a. Die Steuereinheit 20a weist eine Detektionseinheit 40a auf. Die Detektionseinheit 40a ist zu einer Detektion der Phasenverschiebung 24a vorgesehen. Die Detektionseinheit 40a ist elektrisch leitend mit dem ersten Anschlusspunkt 52a verbunden. Die Steuereinheit 20a weist einen Differenz verstärker 44a auf. Der Differenzverstärker 44a ist der Detektionseinheit 40a elektrisch vorgelagert. Der Differenzverstärker 44a ist zu einer Verstärkung einer Differenz zweier Eingangssignale vorgesehen. Der Differenzverstärker 44a ist elektrisch leitend mit dem ersten Anschlusspunkt 52a und dem zweiten Anschlusspunkt 62a der Sensoreinheit 14a verbunden. Der Differenzverstärker 44a ist elektrisch leitend mit der Detektionseinheit 40a verbunden. In dem Betriebszustand verstärkt der Differenzverstärker 44a eine Differenz zwischen dem Signal 36a und dem Sensorsignal 18a und überträgt diese in Form eines Differenzsignals 64a an die Detektionseinheit 40a. Die Detektionseinheit 40a ermittelt in dem Betriebszustand eine Phasendifferenz zwischen dem Signal 36a und dem Sensor signal 18a und detektiert daraus die Phasenverschiebung 24a. Die Detektionseinheit 40a übermittelt in dem Betriebszustand die Phasenverschiebung 24a an eine Recheneinheit 72a der Steuereinheit 20a. Die Recheneinheit 72a der Steuereinheit 20a ermittelt anhand der Phasenverschiebung 24a zwischen dem Sensorsignal 18a und einem gespeicherten Referenzsignal 26a die Zustandsgröße 22a.
In Figur 5 ist ein schematisches Verfahrensfließbild eines Verfahrens zum Betrieb der Induktionskochfeldvorrichtung 10a dargestellt. In dem Verfahren wird das zumindest eine Sensorsignal 18a detektiert und zumindest die die lnduktionseinheit12a betreffende Zu standsgröße 22a anhand der Phasenverschiebung 24a und/oder des Amplitudenverhält nisses zwischen dem Sensorsignal 18a und dem weiteren Signal ermittelt. Das Verfahren umfasst mehrere Verfahrensschritte. In einem Verfahrensschritt 80a wird mittels eines Mikroprozessors in der Signalerzeugungseinheit 34a ein Rechtecksignal erzeugt. In ei nem weiteren Verfahrensschritt 82a wird das Rechtecksignal mittels der Signalerzeu gungseinheit 34a in das Signal 36a gewandelt. Das Signal 36a wird in den elektrischen Schwingkreis 16a eingespeist. In einem weiteren Verfahrensschritt 84a wird das Signal 36a an die Detektionseinheit 40a übermittelt und das Sensorsignal 18a an dem zweiten Anschlusspunkt 62a des elektrischen Schwingkreises 16a gemessen und zusammen mit dem Signal 36a an den Differenzverstärker 44a übermittelt. In einem weiteren Verfah rensschritt 86a wird die Differenz zwischen dem Signal 36a und dem Sensorsignal 18a durch den Differenzverstärker 44a verstärkt und in Form des Differenzsignals 64a an die Detektionseinheit 40a übermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt 88a wird durch die Detektionseinheit 40a die Phasendifferenz zwischen dem Signal 36a und dem Sensorsig nal 18a ermittelt und daraus die Phasenverschiebung 24a detektiert. Die Detektionsein heit 44a übermittelt die Phasenverschiebung 24a an die Recheneinheit 72a der Steuer einheit 20a. In einem weiteren Verfahrensschritt 90a wird die Zustandsgröße 22a anhand der Phasenverschiebung 24a durch die Recheneinheit 72a ermittelt.
In Figuren 6 bis 9 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merk male und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 5 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 5 durch die Buch staben b und c in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der Figuren 6 bis 9 er setzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Be schreibung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 5 verwiesen werden.
Figur 6 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Induktionskochfeldvorrich tung 10b mit einer Induktionseinheit 12b, einer Sensoreinheit 14b und einer Steuereinheit 20b.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10b unterscheidet sich von der Induktionskochfeldvor richtung 10a des vorhergehenden Ausführungsbeispiels im Wesentlichen im Hinblick ei ner Ausgestaltung der Sensoreinheit 14b und der Steuereinheit 20b.
Die Steuereinheit 20b ist zu einer Steuerung der Sensoreinheit 14b und zu einer Auswer tung eines Sensorsignals 18b vorgesehen. In einem Betriebszustand der Induktionskoch feld Vorrichtung 10b ermittelt die Steuereinheit 20b zumindest eine die Induktionseinheit 12b betreffende Zustandsgröße 22b anhand einer Phasenverschiebung 24b zwischen dem Sensorsignal 18b und einem weiteren Signal (vgl. Figur 7).
Die Steuereinheit 20b weist zumindest eine Signalerzeugungseinheit 34b auf. Die Sig nalerzeugungseinheit 34b ist elektrisch leitend mit der Sensoreinheit 14b verbunden. Die Signalerzeugungseinheit 34b ist zu einer Erzeugung eines Signals 36b (vgl. Figur 7) zu der Steuerung der Sensoreinheit 14b vorgesehen.
Die Sensoreinheit 14b weist einen gemeinsamen elektrischen Schwingkreis 16b mit der Induktionseinheit 12b auf. Die Sensoreinheit 14b weist einen ersten Anschlusspunkt 52b auf. An dem ersten Anschlusspunkt 52b ist das durch die Signalerzeugungseinheit 34b erzeugte Signal 36b messbar. Die Sensoreinheit 14b weist einen elektrischen Widerstand 30b auf. Die Sensoreinheit 14b weist einen zu dem elektrischen Widerstand 30b seriell angeordneten Kondensator 38b auf. Der elektrische Widerstand 30b und Kondensator 38b der Sensoreinheit 14b sind zusammen mit dem Induktor 32b der Induktionseinheit 12b und einem Resonanz-Kondensator 78b der Induktionseinheit 12b Teil des gemein samen Schwingkreises 16b. Die Sensoreinheit 14b weist einen zweiten Anschlusspunkt 62b auf. Der zweite An schlusspunkt 62b ist dem Kondensator 38b nachgelagert. Das Sensorsignal 18b ist ein elektrisches Signal, welches zwischen der Signalerzeugungseinheit 34b und dem Kon densator 38b messbar ist.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung der Steuereinheit 20b. Die Steuereinheit 20b weist eine Detektionseinheit 40b auf. Die Detektionseinheit 40b ist zu einer Detektion der Phasenverschiebung 24b vorgesehen. Die Detektionseinheit 40b ist elektrisch leitend mit dem ersten Anschlusspunkt 52b verbunden. Die Steuereinheit 20b weist einen Hochpass filter 46b auf. Der Hochpassfilter 46b ist der Detektionseinheit 40b elektrisch vorgelagert. Der Hochpassfilter 46b ist dazu vorgesehen, im Falle eines gleichzeitigen Betriebs der Sensoreinheit 14b und einem weiteren Induktor 50b der Induktionseinheit 12b (vgl. Figur 6), Intermodulationsstörgeräusche zu filtern. Der Hochpassfilter 46b ist elektrisch leitend mit der Detektionseinheit 40b verbunden. In einem Betriebszustand der Induktionskoch feld Vorrichtung 10b filtert der Hochpassfilter 46b das Sensorsignal 18b und überträgt die ses an die Detektionseinheit 40b. Die Detektionseinheit 40b ermittelt in dem Betriebszu stand eine Phasendifferenz zwischen dem Signal 36b und dem Sensorsignal 18b und detektiert daraus die Phasenverschiebung 24b. Die Detektionseinheit 40b übermittelt in dem Betriebszustand die Phasenverschiebung an eine Recheneinheit 72b der Steuerein heit 20b. Die Recheneinheit 72b der Steuereinheit 20b ermittelt daraus die Zustandsgröße 22b.
Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Induktionskochfeldvorrichtung 10c in einem schematischen elektrischen Schaltbild. Die Induktionskochfeldvorrichtung 10c weist eine Induktionseinheit 12c mit einem Induktor 32c auf. Die Induktionskochfeldvorrichtung 10c weist eine Sensoreinheit 14c und eine Steuereinheit 20c auf.
Die Induktionskochfeldvorrichtung 10c unterscheidet sich von den Induktionskochfeldvor richtungen 10a und 10b der vorhergehenden Ausführungsbeispiele im Wesentlichen hin sichtlich einer Ausgestaltung der Sensoreinheit 14c und der Steuereinheit 20c.
Die Steuereinheit 20c ist zu einer Steuerung der Sensoreinheit 14c und zu einer Auswer tung eines Sensorsignals 18c vorgesehen. In einem Betriebszustand der Induktionskoch feld Vorrichtung 10c ermittelt die Steuereinheit 20c zumindest eine die Induktionseinheit 12c betreffende Zustandsgröße 22c anhand einer Phasenverschiebung 24c und/oder ei- nes Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal 18c und einem weiteren Sig- nal(vgl. Figur 9).
Die Steuereinheit 20c weist eine Signalerzeugungseinheit 34c auf. Die Signalerzeu gungseinheit 34c ist elektrisch leitend mit der Sensoreinheit 14c verbunden. Die Signaler zeugungseinheit 34c ist zu einer Erzeugung eines Signals 36c (vgl. Figur 9) zu der Steue rung der Sensoreinheit 14c vorgesehen.
Die Sensoreinheit 14c weist einen gemeinsamen elektrischen Schwingkreis 16c mit der Induktionseinheit 12c auf. Die Sensoreinheit 14c weist einen ersten Anschlusspunkt 52c auf. An dem ersten Anschlusspunkt 52c ist das durch die Signalerzeugungseinheit 34c erzeugte Signal 36c messbar. Die Sensoreinheit 14c weist einen elektrischen Widerstand 30c und einen dazu seriell angeordneten Kondensator 38c auf. Der elektrische Wider stand 30c und Kondensator 38c der Sensoreinheit 14c sind zusammen mit dem Induktor 32c der Induktionseinheit 12c und einem Resonanz-Kondensator 78c der Induktionsein heit 12c Teil des gemeinsamen Schwingkreises 16c. Die Sensoreinheit 14c umfasst einen zweiten Anschlusspunkt 62c. Der zweite Anschlusspunkt 62c ist parallel zu dem Reso nanz-Kondensator 78c angeordnet.
Die Steuereinheit 20c weist einen Differentiator 48c auf. Der Differentiator 48c ist als ein RC-Hochpass ausgebildet und umfasst einen Kondensator 74c und einen elektrischen Widerstand 76c. Der elektrische Widerstand 76c ist parallel zu dem Kondensator 78c an geordnet und zu einer Detektion eines durch den Resonanz-Kondensator 78c fließenden Stromes vorgesehen. Der Differentiator 48c ist elektrisch leitend mit dem zweiten An schlusspunkt 62c der Sensoreinheit 14c verbunden. An dem zweiten Anschlusspunkt 62c ist das Sensorsignal 18c zwischen der Signalerzeugungseinheit 14c und dem Induktor 32c der Induktionseinheit 12c messbar.
In Figur 9 ist die Steuereinheit 20c der Induktionskochfeldvorrichtung 10c schematisch dargestellt. Die Steuereinheit 20c weist eine Detektionseinheit 40c auf. Die Detektionsein heit 40c ist zu einer Detektion der Phasenverschiebung 24c vorgesehen. Die Detektions einheit 40c ist elektrisch leitend mit dem ersten Anschlusspunkt 52c verbunden. Der Diffe rentiator 48c ist der Detektionseinheit 40c elektrisch vorgelagert und elektrisch leitend, über einen Gain (nicht dargestellt) zur Signalverstärkung, mit der Detektionseinheit 40c verbunden. In einem Betriebszustand der Induktionskochfeldvorrichtung 10c filtert der als RC-Hochpass ausgebildete Differentiator 48c das Sensorsignal 18c und überträgt dieses an die Detektionseinheit 40c. Die Detektionseinheit 40c ermittelt in dem Betriebszustand eine Phasendifferenz zwischen dem Signal 36c und dem Sensorsignal 18c und detektiert daraus die Phasenverschiebung 24c. Die Detektionseinheit übermittelt in dem Betriebszu stand die Phasenverschiebung 24c an eine Recheneinheit 72c der Steuereinheit 20c. Die Recheneinheit 72c der Steuereinheit 20c ermittelt anhand der Phasenverschiebung 24c zwischen dem Sensorsignal 18c und dem weiteren Signal die Zustandsgröße 22c.
Bezugszeichen
10 Induktionskochfeldvorrichtung 12 Induktionseinheit 14 Sensoreinheit 16 elektrischer Schwingkreis 18 Sensorsignal 20 Steuereinheit 22 Zustandsgröße 24 Phasenverschiebung 26 Referenzsignal 28 Wechselrichtereinheit 30 elektrischer Widerstand 32 Induktor
34 Signalerzeugungseinheit 36 Signal 38 Kondensator 40 Detektionseinheit 42 Induktionskochfeld 44 Differenzverstärker 46 Hochpassfilter 48 Differentiator 50 weiterer Induktor 52 erster Anschlusspunkt 54 Abszisse 56 Ordinate 58 Abszisse 60 Ordinate 62 zweiter Anschlusspunkt 64 Differenzsignal Resonanzfrequenz weiterer elektrischer Schwingkreis weiterer elektrischer Widerstand
Recheneinheit
Kondensator elektrischer Wderstand
Resonanz-Kondensator
Verfahrensschritt weiterer Verfahrensschritt weiterer Verfahrensschritt weiterer Verfahrensschritt weiterer Verfahrensschritt weiterer Verfahrensschritt

Claims

Ansprüche
1. Induktionskochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) mit zumindest einer Induktionsein heit (12a; 12b; 12c) mit zumindest einer Sensoreinheit (14a; 14b; 14c), welche mit der Induktionseinheit (12a; 12b; 12c) zumindest einen gemeinsamen elektri schen Schwingkreis (16a; 16b; 16c) aufweist und zu einer Detektion zumindest eines Sensorsignals (18a; 18b; 18c) vorgesehen ist, und mit einer Steuereinheit (20a; 20b; 20c), welche zu einer Steuerung der Sensoreinheit (14a; 14b; 14c) und zu einer Auswertung des Sensorsignals (18a; 18b; 18c) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20a; 20b; 20c) in einem Be triebszustand zumindest eine die Induktionseinheit (12a; 12b; 12c) betreffende Zustandsgröße (22a; 22b; 22c) anhand einer Phasenverschiebung (24a; 24b; 24c) und/oder eines Amplitudenverhältnisses zwischen dem Sensorsignal (18a; 18b; 18c) und einem weiteren Signal ermittelt.
2. Induktionskochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20a; 20b; 20c) zumindest eine Signaler zeugungseinheit (34a; 34b; 34c) aufweist, welche elektrisch leitend mit der Sen soreinheit (14a; 14b; 14c) verbunden ist und zu einer Erzeugung eines Signals (36a; 36b; 36c) zu der Steuerung der Sensoreinheit (14a; 14b; 14c) vorgesehen ist.
3. Induktionskochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (14a; 14b; 14c) zumindest einen elektrischen Widerstand (30a; 30b; 30c) aufweist, welcher Teil des gemeinsamen Schwingkreises (16a; 16b; 16c) ist.
4. Induktionskochfeldvorrichtung (10b; 10c) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (14b; 14c) zumindest einen zu dem elektri schen Wderstand (30b; 30c) seriell angeordneten Kondensator (38b; 38c) auf weist, welcher Teil des gemeinsamen Schwingkreises (16b; 16c) ist.
5. Induktionskochfeldvorrichtung (10a) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal (18a) ein elektrisches Signal ist, welches zwi schen der Signalerzeugungseinheit (34a) und dem elektrischen Widerstand (30a) des Schwingkreises messbar ist.
6. Induktionskochfeldvorrichtung (10b) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal (18b) ein elektrisches Signal ist, welches zwi schen der Signalerzeugungseinheit (34b) und dem Kondensator (38b) messbar ist.
7. Induktionskochfeldvorrichtung (10c) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal (18c) ein elektrisches Signal ist, welches zwischen der Signalerzeugungseinheit (34c) und zumindest einem Induktor (32c) der Induktionseinheit (12c) messbar ist.
8. Induktionskochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Referenzsignal (26a; 26c), welches eine in einem Referenzzustand gemessene Differenz zwischen zumin dest einer Größe des Sensorsignals (18a; 18c) und zumindest einer Größe des weiteren Signals umfasst, in der Steuereinheit (20a; 20c) gespeichert ist.
9. Induktionskochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20a; 20b; 20c) zumindest eine Detektionseinheit (40a; 40b; 40c) zu einer Detektion der Phasen verschiebung (24a; 24b; 24c) und/oder einer Amplitude aufweist.
10. Induktionskochfeldvorrichtung (10a) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20a) zumindest einen Differenzverstärker (44a) auf weist, welcher der Detektionseinheit (40a) elektrisch vorgelagert ist.
11. Induktionskochfeldvorrichtung (10b) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20b) zumindest einen Hochpassfilter (46b) aufweist, welcher der Detektionseinheit (40b) elektrisch vorgelagert ist.
12. Induktionskochfeldvorrichtung (10c) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20c) zumindest einen Diffe rentiator (48c) aufweist, welcher der Detektionseinheit (40c) elektrisch vorgela gert ist.
13. Induktionskochfeld (42a) mit einer Induktionskochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Verfahren zum Betrieb einer Induktionskochfeldvorrichtung (10a; 10b; 10c), ins besondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit zumindest einer Induktions einheit (12a; 12b; 12c) und mit zumindest einer Sensoreinheit (14a; 14b; 14c), welche mit der Induktionseinheit (12a; 12b; 12c) zumindest einen gemeinsamen elektrischen Schwingkreis (16a; 16b; 16c) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensorsignal (18a; 18b; 18c) detektiert wird und zumindest eine die Induktionseinheit (12a; 12b; 12c) betreffende Zustandsgröße (22a; 22b; 22c) anhand einer Phasenverschiebung (24a; 24b; 24c) und/oder eines Amplitu denverhältnisses zwischen dem Sensorsignal (18a; 18b; 18c) und einem weite ren Signal ermittelt wird.
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