ИНДУКЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ГЛАЖЕНИЯ
INDUCTION SYSTEM FOR IRONING

Изобретение относится к системе для глажения, конкретнее к индукционной системе для глажения.
Предпосылки к созданию изобретения
Индукционные системы для глажения имеют утюги, подошвы которых нагреваются электромагнитным излучением от индукционной катушки. При этом способе нагрева требуется расположение подошвы в непосредственной близости к индукционной катушке. Системы для глажения обычно содержат подсистему для регулирования температуры, которая включает и выключает средство нагрева (индукционную катушку) при достижении подошвой заданной температуры, основываясь на входном сигнале от датчика температуры, например терморезистора или термостата. Однако размещение датчика часто затруднено и оказывает влияние на механическую конструкцию индукционной системы для глажения. Кроме того, задержка в срабатывании датчика из-за воздушных зазоров, влаги и т.п. приводит к неточному и медленному функционированию подсистемы для регулирования температуры и, таким образом, к широкому диапазону температуры подошвы, что снижает эффективность глажения. При расположении катушки внутри гладильной доски возникают дополнительные проблемы. Вследствие перемещения утюга во время глажения трудно разместить датчик на каком-либо месте, так как проблематично, чтобы утюг находился точно над датчиком и обеспечивал бы достаточное время для определения температуры подошвы. Более того, в тех случаях, когда между гладильной доской и утюгом находится выглаживаемая одежда, она препятствует действию датчика.
В заявке на патент Великобритании 2392171 раскрыта индукционная система для глажения, содержащая утюг и гладильную доску с многочисленными индукционными катушками. Для инициирования действия электромагнитного поля ферромагнитное основание утюга должно находиться в контакте с электромагнитным полем, создаваемым индукционными катушками. Для остановки процесса нагрева утюга необходимо выключать ток, проходящий через гладильную доску, или поднимать утюг вверх, пока он не выйдет из зоны действия электромагнитного поля. Однако эта система не обеспечивает регулируемую температуру и, следовательно, может привести к подгоранию ткани.
В патенте США 1483427 А1 раскрыто электрическое нагревательное устройство, содержащее нагревательную пластину, кремниевую среднюю часть, имеющую низкие гистерезисные потери в магнитном контуре с указанной пластиной, и индукционную обмотку на средней части, при этом структура средней части и пластины и соотношения магнитного контура выбраны для ограничения температуры пластины.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту изобретения система для глажения содержит утюг, имеющий подошву, содержащую утюг, содержащий индукционно нагреваемый материал, и блок, включающий в себя, по меньшей мере, одну индукционную катушку и устройство, при этом индукционная катушка выполнена с возможностью зарядки указанного утюга, а устройство выполнено с возможностью определения температуры подошвы посредством опознавания изменения в токе, протекающем через указанную индукционную катушку или изменения в напряжении на индукционной катушке, которые вызываются изменением в самоиндукции индукционной катушки, вызываемым изменением в магнитной проницаемости подошвы как функции ее температуры, при этом устройство способно включать или выключать индукционную катушку в зависимости от температуры. Утюг получает необходимую энергию для глажения от индукционной катушки, которая размещена в блоке. Переменное магнитное поле, создаваемое индукционной катушкой, вызывает вихревые токи в подошве, и, таким образом, подошва становится нагретой. В таком случае утюг оказывается заряженным. Индукционно нагреваемые материалы изменяют свою магнитную проницаемость с температурой. Самоиндукция индукционной катушки и, следовательно, ток, проходящий через индукционную катушку, изменяются как функция магнитной проницаемости. Это используется в качестве триггера для включения или выключения индукционной катушки, основываясь на заданной зависимости между желаемой температурой подошвы и током, проходящим через индукционную катушку. Таким образом, температуру подошвы можно определять без необходимости в датчике температуры.
Согласно другому варианту осуществления изобретения указанное устройство содержит схему опознавания тока/напряжения, соединенную с индукционной катушкой, и способную обнаруживать изменение в токе через индукционную катушку или изменение в напряжении на индукционном катушке. Кроме того, устройство содержит схему выключения тока, которая включает или выключает индукционную катушку. Устройство дополнительно содержит схему регулирования температуры, которая управляет схемой включения тока в зависимости от тока/напряжения, обнаруженной схемой опознавания тока/напряжения. Таким образом, устройство способно включать или выключать индукционную катушку, основываясь на токе/напряжении, которое оно может обнаружить, при этом ток/напряжение имеет взаимосвязь с температурой подошвы, предварительно установленной или запрограммированной в системе. Следовательно, температуру подошвы можно регулировать без использования обычного датчика температуры.
Согласно варианту осуществления изобретения индукционно нагреваемым материалом является ферромагнитный материал с температурой Кюри, по существу близкой к температуре глажения. Примерами таких имеющихся на рынке материалов/сплавов являются сплавы Phytherm. В качестве индукционно нагреваемых материалов можно использовать Phytherm 230 и Phytherm 260. Температура Кюри индукционно нагреваемого материала подошвы находится в интервале 100-300°С. Эта подошва с вышеупомянутой температурой Кюри пригодна для глажения при температурах в интервале 100-250°С. Однако для обеспечения безопасного глажения одежды из нежных материалов, как, например, шелка, в другом варианте осуществления изобретения используют гладильный башмак, съемно соединяемый с подошвой, чтобы обеспечить возможность глажения одежды из нежных материалов при температурах в интервале 50-150°С.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - схематический вид устройства в системе глажения согласно варианту осуществления изобретения;
фиг.2 - изображение выхода схемы регулирования температуры;
фиг.3 показывает реакцию по напряжению на индукционной катушке для высокого значения самоиндукции, когда выключен выключатель;
фиг.4 показывает ток через схему обнаружения тока/напряжения для высокого значения самоиндукции;
фиг.5 показывает напряжение на схеме обнаружения тока/напряжения для высокого значения самоиндукции;
фиг.6 показывает реакцию по напряжению на индукционной катушке для низкого значения самоиндукции, когда выключен выключатель;
фиг.7 показывает ток через схему опознавания тока/напряжения для низкого значения самоиндукции;
фиг.8 показывает напряжение на схеме опознавания тока/напряжения для низкого значения самоиндукции;
фиг.9 показывает систему для глажения согласно варианту осуществления изобретения, содержащую утюг и гладильную доску с одной или несколькими индукционными катушками;
фиг.10 показывает систему для глажения согласно варианту осуществления изобретения, содержащую утюг, гладильную доску, и зарядную подставку с одной или несколькими индукционными катушками,
фиг.11 показывает утюг с гладильным башмаком согласно варианту осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение ниже описано в отношении конкретных вариантов его осуществления и со ссылкой на чертежи, но изобретение не ограничивается ими, а ограничивается только формулой изобретения. Описанные чертежи являются лишь схематическими и неограничительными. На чертежах размер некоторых из элементов может быть преувеличенным и не приближен к масштабу в иллюстративных целях. В тех случаях, когда в данных описании и формуле изобретения используется термин "содержащий", он не исключает другие элементы или стадии.
Кроме того, в описании и формуле изобретения термины "первый", "второй", "третий" и т.д. используются для проведения различия между сходными элементами и необязательно для описания последовательного или хронологического порядка. Следует отметить, что термины, используемые таким образом, являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах и что описанные здесь варианты осуществления изобретения способны действовать в других последовательностях, чем описанные или показанные здесь.
Более того, в описании и формуле изобретения термины "верх", "низ", "над", "под" и т.п. используются в описательных целях и необязательно для описания относительных положений. Следует отметить, что термины, используемые таким образом, являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах и что описанные здесь варианты осуществления изобретения способны действовать при других ориентациях, чем описанные или показанные здесь.
На фиг.1 схематически показан первый вариант осуществления изобретения. Устройство 130 соединено с индукционной катушкой 120 и содержит схему обнаружения 150 тока/напряжения, схему 140 выключения тока и схему 160 регулирования температуры. Схема 150 опознавания тока/напряжения содержит выключатель 151, резистор 152 и устройство 153 нормирования сигнала. Схема 140 выключения тока содержит мостовой выпрямитель 141 и соединена с напряжением 142 питания. Индукционная катушка 120 и конденсатор 121 вместе образуют параллельный резонансный контур 125. Подошва 180 нагревается электромагнитным излучением от индукционной катушки 120.
При зарядке утюга как во время глажения, так и во время паузы переменное магнитное поле, создаваемое индукционной катушкой 120, вызывает вихревые токи в подошве 180. Магнитные свойства индукционно нагреваемого материала подошвы 180 зависят от температуры, при которой они используются. Эти свойства постепенно ухудшаются и, наконец, исчезают за пределами характеристической температуры. Эта температура обычно называется «температурой Кюри» материала.
Схема 150 обнаружения тока/напряжения 150 обеспечивает возможность схеме 160 регулирования температуры приводить в действие схему 140 выключения тока, когда температура подошвы 180 оказывается ниже температуры Кюри. Самоиндукция индукционной катушки 120 изменяется, когда температура подошвы 180 превышает температуру Кюри. Это происходит вследствие того, что магнитная проницаемость материала подошвы 180 падает до низкого значения, приближаясь к единице, когда температура оказывается за температурой Кюри. Это будет измеряться схемой 150 обнаружения тока/напряжения, при этом схема 160 регулирования температуры будет выведена из действия. Схема 140 выключения тока становится бездействующей, а индукционная катушка 120 оказывается выключенной. Подошва 180 охлаждается, и магнетизм подошвы 180 восстанавливается, когда температура подошвы 180 падает ниже температуры Кюри.
Ток через индукционную катушку 120 можно вычислить, используя нижеследующее уравнение:
где i - ток через индукционную катушку 120, L - самоиндукция индукционной катушки 120, u - наведенное напряжение и t - время.
Самоиндукция L является функцией магнитной проницаемости µ, которая, в свою очередь, является функцией температуры Т. Для ферромагнитных материалов µ быстро изменяется с температурой, когда температура Т превышает температуру Кюри. Следовательно, самоиндукция L изменяется по мере изменения магнитной проницаемости µ подошвы 180 как функция температуры Т. Согласно уравнению (1) ток i через индукционную катушку 120 изменяется с изменения самоиндукции L индукционной катушки 120.
Ток i через индукционную катушку 120 измеряется резистором 152. Параллельный резонансный контур 125, образованный индукционной катушкой 120 и конденсатором 121, соединен с напряжением 142 питания через выключатель 151. Когда выключатель 151 включен, линейно увеличивающийся ток течет через параллельный резонансный контур 125, выключатель 151 и резистор 152. Этот ток i преобразуется в напряжение u на резисторе 152 и через устройство 153 нормирования сигнала подается назад к схеме регулирования 160 температуры. Устройство 153 обеспечивает нормирование сигнала, например фильтрацию низких частот и усиление по напряжению u на резисторе 152. Схема 160 регулирования температуры обеспечивает выключатель 151 прямоугольным сигналом (сигналом в форме меандра). Рабочий цикл этого сигнала управления изменяется для регулирования мощности. Он может быть постоянным рабочим циклом (например, 50%), если не требуется никакого регулирования мощности. В таком случае это просто является двухпозиционным регулированием мощности. Как показано на фиг.2, выключатель 151 управляется посредством волны в форме меандра. На этой фигуре показан выход схемы регулирования 160 температуры, используемой для управления выключателем 151. При высоком уровне сигнала выключатель 151 включается. Как только включен выключатель 151, ток i течет через индукционную катушку 120, конденсатор 121, параллельный катушке 120, выключатель 151 и через резистор 152. Во время этой фазы энергия накапливается в индукционной катушке 120. Когда выключатель 151 выключен, энергия высвобождается, что приводит к (индуктивной) реакции по напряжению на катушке 120. Частота этой реакции определяется самоиндукцией L катушки 120 и емкостью конденсатора 121. На фиг.3 показана реакция по напряжению на индукционной катушке 120 для высокого значения самоиндукции L индукционной катушки 120, когда выключен выключатель 151. На фиг.6 показана реакция на индукционной катушке 120 для низкого значения самоиндукции L. На фиг.4 и 5 показаны ток i через резистор 152 и напряжение u на нем для высокого значения самоиндукции L индукционной катушки 120, в то время как на фиг.7 и 8 показаны ток i через резистор 152 и напряжение u на нем для низкого значения самоиндукции L индукционной катушки 120.
Когда выключатель 151 включен, ток i течет через резистор 152, что приводит к напряжению u на резисторе 152. Амплитуда этого напряжения u используется для включения или выключения схемы регулирования температуры 160. Амплитуда тока i определяет точку запуска схемы регулирования температуры 160. Ясно, что самоиндукция L индукционной катушки 120 определяется, главным образом, µ нагреваемой подошвы. Когда подошва нагрета до температуры Кюри, µ подошвы значительно падает, что приводит к меньшей самоиндукции L. С уменьшением самоиндукции L индукционной катушки 120 увеличивается ток i через выключатель 151 и резистор 152. Это затем приводит к более высокому напряжению u на резисторе 152 и более высокому напряжению реакции на индукционной катушке 120, когда разъединен выключатель 151. Оба могут быть использованы для запуска схемы регулирования температуры 160.
В вышеописанной системе могут быть использованы промышленные сплавы, как например, Phytherm 230 или Phytherm 260 c температурой Кюри, удовлетворяющей требованиям заказчика. Phytherm 230 имеет следующий состав: 50 вес.% Ni, 10 вес.% Cr и остальное Fe. Температура Кюри составляет 230°С. Phytherm 260 имеет следующий состав: 50 вес.% Ni, 9 вес.% Cr и остальное Fe. Температура Кюри составляет 260°С.
На фиг.9 показан вариант выполнения системы для глажения 200, содержащей утюг 210 и гладильную доску 230. Утюг 210 снабжен подошвой 212, включающей индукционно нагреваемый материал. Гладильная доска 230 может быть компактной доской или полноразмерной доской. Одна или несколько индукционных катушек 220, расположенных внутри всей гладильной доски, могут непрерывно заряжать утюг 210 при глажении.
На фиг.10 показана система 500 для глажения, содержащая утюг 510, гладильную доску 530 и зарядную подставку 520 с одной или несколькими индукционными катушками 540. Утюг имеет подошву 512, изготовленную из материала с температурой Кюри, по существу близкой к температуре глажения, т.е. в пределах 100-300°С. Утюг 510 требуется возвращать к зарядной подставке 520 для зарядки. Переменное магнитное поле, создаваемое индукционной катушкой 540, наводит вихревые токи в подошве 512, которая затем нагревается. Когда температура подошвы превышает температуру Кюри, устройство 550 выключает индукционную катушку 540 и утюг 510 оказывается готовым для использования.
На фиг.11 показан утюг 610, имеющий гладильный башмак 620. Подошва 612 снабжена отверстием, в которое вставлен гладильный башмак 620.
Все вышеупомянутые варианты осуществления изобретения пригодны для однотемпературного глажения, т.е. если выбран определенный материал для подошвы утюга, его температура Кюри является постоянной и интервал температур, при котором можно использовать утюг, является постоянным. Если выбранная температура является высокой, то невозможно глажение одежды из нежных материалов, например шелка.
Гладильный башмак 620 дает возможность для низкотемпературного глажения одежды из нежных материалов.