感应烹饪装置和方法与流程

1.本发明涉及一种感应烹饪装置和一种相应的方法。


背景技术：

2.虽然适用于任何感应加热设备，但本发明将主要结合感应炉具来描述。
3.在现代炉具中，能量、因此热量可通过感应被传递给相应的烹饪容器。为此，可以在烹饪表面下方设置感应线圈并且可以通过该感应线圈来产生交变场。变化的磁场因此在烹饪容器的底表面中感生出电流。电流会在烹饪容器的底部产生热量，因此加热烹饪容器中的烹饪物品。
4.感应线圈和烹饪容器的底部可以被看作是一种耦合电感。这意味着烹饪容器的磁特性会影响感应线圈的电感。已知不同的烹饪容器可包括不同的磁特性。因此，感应线圈的控制通常进行调整来适应不同类型的烹饪容器。
5.例如，可以在感应炉具中改变流过感应线圈的电流的调控，即频率、幅值等。此外，可以使用算法来检测锅具的类型和尺寸，并且可以根据检测到的锅具的类型和尺寸来选择调控和开关算法。
6.然而，这些控制算法需要复杂的运算。
7.因此，需要提供一种感应炉具的简化的控制。


技术实现要素：

8.上述问题通过独立权利要求的特征得以解决。应当理解，一个权利要求类别的独立权利要求可以形成为与另一个权利要求类别的从属权利要求类似。
9.因此，提供了：
10.一种用于加热烹饪容器的感应烹饪装置，该感应烹饪装置包括具有烹饪炉盘的烹饪表面、感应线圈、与感应线圈电耦合的驱动电路以及设置在烹饪炉盘下方的线圈支架，其中感应线圈设置在线圈支架上并且其中线圈支架被构造为基于感应线圈和/或驱动电路的至少一个部件的温度来动态地调整感应线圈与烹饪表面之间的距离，其中线圈支架被构造为随着感应线圈和/或驱动电路的至少一个部件的温度升高而增加感应线圈与烹饪表面之间的距离。
11.此外，还提供了：
12.一种用于操作感应烹饪装置的方法，该感应烹饪装置具有感应线圈和驱动电路，以用于加热烹饪容器，该方法包括通过驱动电路来操作感应线圈，以及基于感应线圈和/或驱动电路的至少一个部件的温度来动态地调整感应线圈与烹饪表面之间的距离，其中该距离随着感应线圈和/或驱动电路的至少一个部件的温度升高而增加。
13.本发明以不同类型的烹饪容器可包括变化很大的铁磁特性的发现为基础。此外，本发明以感应线圈与烹饪容器之间的距离限定了烹饪容器的铁磁特性对感应线圈的影响的发现为基础。
14.通常，并联lc电路用于驱动感应烹饪装置的感应线圈。应当理解，术语并联lc电路可以指其中感应线圈为“l”部件并且并联电容被设置为“c”部件的电路。如果并联lc电路在其谐振频率下工作，则需要最小驱动电流。此外，在感应线圈与烹饪容器之间具有低磁耦合的情况下，并联lc电路的阻抗将会较低并且流过并联lc电路的电流将会较高。应当理解，虽然没有明确提及，但是驱动电路可以包括这种并联lc电路以及相应的控制和开关装置。
15.本发明尤其考虑到具有较差铁磁特性的烹饪容器会导致感应线圈和驱动电路中流动的电流不均匀、不规则和增大。这种不规则的电流过渡会在半导体中产生重大的负面影响。例如，它们会导致开关不规则和轮廓缺失。这种效应又在半导体中产生损耗并且使半导体升温。
16.因此，本发明提供了动态地调整感应线圈与烹饪表面之间的、因此与烹饪容器之间的距离的线圈支架。随着感应线圈和/或驱动电路的至少一个部件的温度升高，线圈支架增加感应线圈与烹饪表面之间的距离。术语驱动电路的“至少一个部件”例如可以指驱动单元中驱动电流流过感应线圈的一个或多个开关。
17.因此，如果使用铁磁特性较差的烹饪容器，感应线圈和驱动电路会因工作电流的增大而升温。这种温度升高会使线圈支架降低感应线圈并增加烹饪容器与感应线圈之间的距离。
18.烹饪容器与感应线圈的间隔增加导致并联lc电路的阻抗降低并导致并联lc电路中的电流增大。然而，也减少了铁磁特性较差的烹饪容器引起的电流不规则。与由于阻抗降低而增大的电流相比，这种铁磁特性较差的烹饪容器引起的电流不规则对感应线圈和驱动电路的温度的影响更大。因此，通过增加感应线圈与铁磁特性较差的烹饪容器之间的距离降低了感应线圈和/或驱动电路的整体温度。在增加距离之后，电流流动更加规律，因此通过使烹饪容器与感应线圈间隔开更远对半导体温度产生了正面影响。
19.因此，通过本发明，可以通过简单的机械构造(即线圈支架)来调节感应线圈和/或驱动电路的温度。本发明不需要复杂的控制算法来使感应烹饪装置适配烹饪容器的类型。
20.应当理解，术语感应线圈可以指为单个烹饪炉盘提供的单个线圈或一组或多个线圈。此外，应当理解，感应烹饪装置可以包括不止一个烹饪炉盘和相应的感应线圈。可以为每个感应线圈或每组感应线圈提供单个驱动电路。替代地，可以为感应烹饪装置中的所有感应线圈提供单个驱动电路。
21.本发明的另外的实施方式是另外的从属权利要求和以下参照附图进行的描述的主题。
22.在一个实施方式中，线圈支架可包括被构造为承载感应线圈的可动承载结构，以及被构造为改变可动承载结构相对于烹饪表面的距离的多个(即一个或多个)致动器。
23.承载结构例如可以包括非铁磁部件，例如可容纳感应线圈的塑料夹或类似物。应当理解，承载结构例如可以与感应线圈设置为一体。承载结构例如可以围绕感应线圈注射成型。
24.致动器例如可以与感应烹饪装置的结构和承载结构耦合。感应烹饪装置的该结构可以看作是致动器的一种基部或支承件。
25.在另一个实施方式中，致动器可以包括柔性主体和设置在柔性主体中的相变材料。
26.柔性主体例如可以是一种容易地进行膨胀和收缩的主体。这种主体例如可以由橡胶或其他塑料制成。柔性主体可以填充有相变材料。术语“相变材料”是指随温度升高而至少变软的材料。
27.应当理解，致动器可以与感应线圈和/或驱动电路的(多个)相应部件热耦合。为此，感应烹饪装置中的致动器的机械构造和位置可使致动器与感应线圈和/或驱动电路的(多个)相应部件直接接触。另外地或替代地，也可以在感应线圈和/或驱动电路的(多个)相应部件之间设置传热元件，例如铜片或热管等。
28.因此，如果感应线圈和/或驱动电路的(多个)相应部件升温，则热量将会传递给致动器，并且致动器中的相变材料将会相对于较低的温度改变其物相或至少变软。如果相变材料变软，则感应线圈的重量将会向下推压致动器并且感应线圈将会降低。
29.在相变材料的帮助下，可以提供一种完全被动式的或机械式的构造，以动态地控制感应线圈与烹饪表面的距离。
30.在又一个实施方式中，相变材料可包括水合盐和/或石蜡和/或生物基相变材料。
31.水合盐由无机盐和水组成。它们的熔点温度范围在15℃与80℃之间。水合盐的优点是材料成本低、潜热储存能力高、熔点精确、导热性高并且易燃。
32.石蜡通常源自石油并且在室温下具有蜡质稠度。它们的熔点温度范围在
‑
8℃与40℃之间。它们具有良好的蓄热能力，并被证明可以在没有过冷的情况下结冰。
33.生物基相变材料(pcm)是源自动物脂肪和植物油的有机化合物。它们的熔点温度范围在
‑
40℃与151℃之间。最常见的生物基pcm源自脂肪酸，并且比水合盐和石油基相变材料的效率更高。
34.在另一个实施方式中，致动器可以包括机电致动元件和相应的驱动电路。
35.作为如上所述的被动控制的替代，机电致动元件可用于允许对感应线圈与烹饪表面的距离进行细微控制。
36.机电致动元件例如可以包括允许相对于烹饪表面定位感应线圈或可动承载结构的线性致动器或任何其他类型的电动马达和机械装置。
37.在另一个实施方式中，感应烹饪装置可以包括距离控制单元和温度传感器，该温度传感器被构造为测量感应线圈和/或驱动电路的至少一个部件的温度并且与距离控制单元耦合。距离控制单元可以被构造为基于温度传感器测得的温度来控制致动器。
38.应当理解，距离控制单元例如可以是专用距离控制单元。这种专用控制单元例如可以包括具有用于致动器的相应的驱动器(例如，开关或晶体管)的微控制器等。此外，可以设置位置传感器，其向控制单元指示承载结构与烹饪表面的距离。
39.作为替代，距离控制单元例如还可以集成到感应烹饪表面中的另一个控制单元中。距离控制单元例如可以集成到驱动电路的控制单元或控制器中。
40.温度传感器可以是单个温度传感器，例如，其设置在驱动电路的开关处或感应线圈处。此外，可以例如在驱动电路和感应线圈处设置多个温度传感器。
41.此外，可以在可动承载结构的最小和最大移动范围或位置处设置额外的开关，例如端部开关。
42.在另一个实施方式中，温度传感器可以包括间接温度传感器，尤其是电流传感器。
43.作为上述内容的替代，温度例如可以从其他系统值(例如，流过感应线圈的电流)
中得出。该电流例如在任何情况下都可以通过驱动电路中的电流传感器来测量。
44.例如，可以确定特定的电流阈值，并且可以在测得的电流超过该电流阈值时降低承载结构。在测得的电流低于电流阈值时，可以将承载结构与烹饪表面之间的距离设置为最小值。
附图说明
45.为了更全面地理解本发明及其优点，现在参照结合附图做出的以下描述。下文使用在附图的示意图中指定的示例性实施方式来更详细地说明本发明，在附图中：
46.图1表示根据本发明的感应烹饪装置的一个实施方式的框图；
47.图2表示根据本发明的感应烹饪装置的另一个实施方式的框图；
48.图3表示根据本发明的感应烹饪装置的另一个实施方式的框图；并且
49.图4表示根据本发明的方法的实施方式的流程图。
50.在附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
51.图1示出了感应烹饪装置100的框图。感应烹饪装置100包括具有烹饪炉盘106的烹饪表面101。在烹饪炉盘106上可以设置烹饪容器150，以加热烹饪物品。此外，在烹饪表面101下方设置有感应线圈102。感应线圈102与驱动电路103电耦合。另外，在感应烹饪装置100中，线圈支架105设置在烹饪炉盘106下方并承载感应线圈102。
52.在感应烹饪装置100的操作期间，线圈支架105基于感应线圈102和/或驱动电路103的至少一个部件(例如，开关元件104)的温度来动态地调整感应线圈102与烹饪表面101之间的距离。如果感应线圈102和/或驱动电路103的至少一个部件的温度升高到例如超过预定阈值，线圈支架105就增加感应线圈102与烹饪表面101之间的距离，反之亦然。
53.这意味着，如果驱动电路103或感应线圈102中超过特定温度，就会降低感应线圈102。应当理解，线圈支架105可以被构造成在正常操作条件中不会达到的温度下开始进行降低，但仅针对具有较差的铁磁特性的烹饪容器。该温度例如可以在感应烹饪装置100的开发或设计期间通过实验确定。
54.图2表示另一个感应烹饪装置200的框图。感应烹饪装置200基于感应烹饪装置100。因此，感应烹饪装置200包括具有烹饪炉盘206的烹饪表面201。在烹饪炉盘206上设置有烹饪容器250，以加热烹饪物品。此外，在烹饪表面201下方设置有感应线圈202。感应线圈202与驱动电路203电耦合。在驱动电路203中示出了示意性的开关元件204。在感应烹饪装置200中，没有明确示出线圈支架。相反地，设置有承载结构210和致动器，该致动器包括填充有相变材料213、214的柔性主体211、212。
55.承载结构210承载感应线圈202并且与位于承载结构210下方的柔性主体211、212机械耦合。如上所述，相变材料213、214在它们被加热到特定温度时会变软或变成液态。如果相变材料213、214变软，则柔性主体211、212就可通过承载结构210和感应线圈202的重量被压缩。替代地，相变材料213、214可在液化时膨胀，因此可使柔性主体211、212侧向地膨胀，从而使它们竖直地收缩。为此，柔性主体211、212的顶部和底部可以是非柔性的。
56.因此，图2的实施方式提供了一种不需要专用电气控制的非常简单的构造。
57.图3表示另一个感应烹饪装置300的框图。感应烹饪装置300基于感应烹饪装置200。因此，感应烹饪装置300包括具有烹饪炉盘306的烹饪表面301。在烹饪炉盘306上设置有烹饪容器350，以加热烹饪物品。此外，在烹饪表面301下方设置有感应线圈302。感应线圈302与驱动电路303电耦合。在驱动电路303中示出了示意性的开关元件304。在感应烹饪装置300中，没有明确示出线圈支架。代替柔性主体211、212，感应烹饪装置300包括设置在承载结构310下方的机电致动元件315。此外，在驱动电路303中设置有距离控制单元316。距离控制单元316与机电致动元件315耦合，以控制机电致动元件315。此外，温度传感器317设置在开关元件304处并与距离控制单元316耦合，并且电流传感器318设置在从感应线圈302到驱动电路303的电力线上。电流传感器318也与距离控制单元316耦合。应当理解，电流传感器318可以用作温度传感器317的替代物并且可以仅设置两个传感器317、318中的一个。
58.距离控制单元316基于温度传感器317测得的温度或基于电流传感器318测得的电流或基于二者来控制机电致动元件315。如果温度或电流或二者都超过预定阈值，则距离控制单元316就可以控制机电致动元件315相对于烹饪表面301降低感应线圈302。
59.流过开关元件304和感应线圈302的电流影响开关元件304和感应线圈302的温度。因此，这个实施方式中的电流传感器318可以被视为间接温度传感器。
60.为了清楚起见，在基于方法的图4的以下描述中，在基于设备的图1至3的以上描述中使用的附图标记将被保留。图4表示对具有感应线圈102、202、302和驱动电路103、203、303的、用于加热烹饪容器150、250、350的感应烹饪装置100、200、300进行操作的方法的流程图。
61.该方法包括通过驱动电路103、203、303操作s1感应线圈102、202、302，并且基于感应线圈102、202、302和/或驱动电路103、203、303的至少一个部件的温度来动态地调整s2感应线圈102、202、302与烹饪表面101、201、301之间的距离，其中该距离随着感应线圈102、202、302和/或驱动电路103、203、303的至少一个部件的温度升高而增加。
62.调整s2的步骤可以包括通过多个致动器来移动承载感应线圈102、202、302的可动承载结构210、310。
63.移动可动承载结构210、310尤其可以通过两种不同的方案来执行。
64.例如，柔性主体211、212和设置在柔性主体211、212中的相变材料213、214可以设置成在相变材料213、214升温时使得柔性主体211、212变形并降低承载结构210、310。相变材料213、214可以包括水合盐和/或石蜡和/或生物基相变材料213、214。
65.作为替代，移动可动承载结构210、310可以通过机电致动元件315和相应的驱动电路103、203、303来执行。为此，可以测量感应线圈102、202、302和/或驱动电路103、203、303的至少一个部件的温度，并且移动可以包括基于测得的温度来控制机电致动元件315。可以通过专用温度传感器或间接温度传感器317来测量温度。间接温度传感器317例如可以包括电流传感器318。在电流传感器318测得的电流超过预定电流阈值时，可以降低承载结构210、310。在测得的电流低于电流阈值时，例如可以将承载结构210、310定位在最靠近烹饪表面101、201、301的位置。作为替代，可以在温度/电流与距离之间建立线性关系。
66.尽管这里已经图示和描述了特定的实施方式，但是本领域普通技术人员将理解存在多种替代和/或等效的实现方式。应当理解，一个或多个示例性实施方式仅是例子，并非是以任何方式限制范围、适用性或构造。相反，前述概述和详细描述将为本领域技术人员提
供用于实现至少一个示例性实施方式的便利引导，应当理解可以在不脱离所附权利要求及其法律等同物所阐述的范围的情况下在示例性实施方式中描述的元件的功能和布置方面做出各种改变。总体上，本技术旨在涵盖本文讨论的特定实施方式的任何修改或变化。
67.本发明提供了一种用于加热烹饪容器150、250、350的感应烹饪装置100、200、300，该感应烹饪装置100、200、300包括具有烹饪炉盘106的烹饪表面101、201、301、感应线圈102、202、302、与感应线圈102、202、302电耦合的驱动电路103、203、303以及设置在烹饪炉盘106下方的线圈支架105，其中感应线圈102、202、302设置在线圈支架105上并且其中线圈支架105被构造为基于感应线圈102、202、302和/或驱动电路103、203、303的至少一个部件的温度来动态地调整感应线圈102、202、302与烹饪表面101、201、301之间的距离，其中线圈支架105被构造为随着感应线圈102、202、302和/或驱动电路103、203、303的至少一个部件的温度升高而增加感应线圈102、202、302与烹饪表面101、201、301之间的距离。
68.附图标记列表
69.100，200，300 感应烹饪装置
70.101，201，301 烹饪表面
71.102，202，302 感应线圈
72.103，203，303 驱动电路
73.104，204，205 开关元件
74.105 线圈支架
75.106 烹饪炉盘
76.210，310 承载结构
77.211，212 柔性主体
78.213，214 相变材料
79.315 机电致动元件
80.316 距离控制单元
81.317 温度传感器
82.318 电流传感器
83.s1，s2 方法步骤
84.150，250，350 烹饪容器