ИНДУКЦИОННАЯ ВАРОЧНАЯ ПАНЕЛЬ
INDUCTION COOKTOP

Настоящее изобретение относится к индукционной варочной панели согласно преамбуле п. 1 формулы изобретения.
Индукционные варочные панели являются устройствами, которые используют явление индукционного нагрева для приготовления пищи.
В таких варочных панелях кастрюля помещается на панель, изготовленную из стеклокерамического материала, которая в свою очередь содержит индукторы, содержащие обмотки из медного провода, в которых колебательный ток (например, переменный ток) циркулирует так, что он формирует колебательное электромагнитное поле.
Это электромагнитное поле имеет главный эффект в том, что паразитный ток наводится внутри кастрюли, которая изготовлена из электропроводящего материала. Паразитный ток, циркулирующий в кастрюле, формирует тепло посредством рассеяния; упомянутое тепло формируется только в кастрюле и воздействует без нагрева варочной панели.
Эти беспламенные варочные панели являются более эффективными, чем электрические (т.е. большая часть поглощаемой электроэнергии преобразуется в тепло, используемое для нагрева кастрюли). Помимо этого, индукционные варочные панели являются более безопасными в использовании вследствие отсутствия горячих поверхностей или пламени, тем самым снижая риск подгорания или пожара.
Поскольку тепло формируется посредством индуцированных токов, система управления варочной панели отслеживает токи, протекающие через обмотки; тем самым мощность, подаваемая в каждый индуктор, может регулироваться автоматически, что является, в частности, полезным, когда кастрюля не покрывает полностью индуктор, с тем чтобы адаптировать подаваемую мощность к размеру кастрюли. Кроме того, упомянутый мониторинг тока дает возможность автоматически определять присутствие кастрюли на индукторах и автоматически их выключать, когда кастрюля снимается с поверхности.
Чтобы получать наилучшие результаты приготовления пищи посредством эффективного нагрева кастрюли, система обмоток должна быть, к примеру, такой, что она предоставляет однородное электромагнитное поле в области, соответствующей дну кастрюли. Поскольку кастрюли, имеющие различные формы и размеры, могут помещаться на одну варочную панель, форма и компоновка обмоток играет особенно важную роль.
Патент EP0619693 показывает индукционную варочную панель, снабженную обмотками, размещаемыми вокруг продолговатых прямоугольных элементов с пустым внутренним пространством, чтобы помещать несколько небольших кастрюль на один элемент или одну большую кастрюлю на несколько индукторов.Это решение имеет такой недостаток, что оно использует большой (и, следовательно, дорогой) индуктор, чтобы покрывать каждую зону готовки. Чтобы покрывать смежные зоны готовки, несколько индукторов размещаются рядом.
Патент EP1575336 показывает индукционную варочную панель, в которой обмотки размещаются модульно рядом друг с другом, тогда как патент EP1858300 показывает варочную панель, в которой обмотки размещаются на нескольких уровнях так, что они частично перекрывают друг друга. Хотя эти устройства предоставляют однородный нагрев кастрюли, тем не менее, они являются дорогими вследствие большого числа используемых обмоток; помимо этого, эти устройства также испытывают такой недостаток, что такое большое число обмоток требует комплексной системы управления.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставлять индукционную варочную панель, допускающую разрешение проблем, испытываемых посредством предшествующего уровня техники.
В частности, одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставлять варочную панель, которая является альтернативной для варочных панелей, известных в данной области техники, и которая может формировать однородное электромагнитное поле в зонах готовки без использования чрезмерного числа обмоток, с тем чтобы однородно нагревать кастрюли различных размеров.
Другая цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять индукционную варочную панель, которая является более простой и менее дорогой в изготовлении.
В завершение, дополнительная цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять варочную панель, которой проще управлять и регулировать по сравнению с решениями предшествующего уровня техники.
Эти и другие цели настоящего изобретения достигаются через варочную панель, включающую признаки, изложенные в прилагаемой формуле изобретения, которая прилагается в качестве неотъемлемой части настоящего описания.
Настоящее изобретение основано на общей идее предоставления варочной панели, по меньшей мере, с тремя обмотками, имеющими форму продолговатого кольца, причем продольные оси упомянутых, по меньшей мере, трех обмоток размещаются на варочной панели, по меньшей мере, в двух различных направлениях, так что проекции упомянутых продольных осей на плоскости задают закрытую область.
Это решение дает возможность преодолевать недостатки предшествующего уровня техники.
Фактически, по сравнению с варочными панелями, имеющими обмотки в форме параллельных продолговатых колец, это решение дает возможность формировать однородное электромагнитное поле с помощью меньшего числа элементов, в то время как размер индуктора и затраты остаются неизменными, тем самым приводя к более низким общим затратам и более простой конструкции.
По сравнению с варочными панелями, снабженными перекрывающимися круговыми или шестиугольными кольцевыми обмотками, которые покрывают полную площадь варочной панели, это решение обеспечивает достаточно однородное электромагнитное поле при одновременном уменьшении числа нагревательных элементов и, следовательно, сложности системы управления; из этого следует, что варочной панелью согласно настоящему изобретению эффективнее и проще управлять.
Преимущественно, варочная панель оснащается дополнительными обмотками, проекции которых попадают в закрытую область, заданную посредством проекций внешних обмоток. Это обеспечивает более эффективный нагрев кастрюль различных размеров, размещенных на варочной панели согласно настоящему изобретению. Предпочтительно в таком случае, обмотки, проекции которых попадают в упомянутую закрытую область, имеют форму продолговатого кольца и размещаются таким образом, что их продольные оси задают, вместе с продольными осями внешних обмоток, множество дополнительных закрытых поверхностей.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, проекция каждой обмотки частично перекрывает проекции других обмоток, по меньшей мере, с обоих концов обмоток в продольном направлении.
Это решение имеет такое преимущество, что оно повышает однородность электромагнитного поля.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, в закрытой области предусмотрены обмотки в форме продолговатых колец, перекрывающие друг друга и размещаемые в различных направлениях.
В частности, подтверждено, что шахматное размещение индукторов (т.е. множество индукторов, размещаемых в двух ортогональных направлениях) имеет большие преимущества с точки зрения однородности магнитного поля.
Преимущественно, варочная панель содержит немного феррита под опорной поверхностью кастрюли и вокруг обмоток; это решение предлагает такое преимущество, что дополнительно повышается однородность электромагнитного поля.
Присутствие кастрюли на варочной панели принудительно замыкает магнитное поле на саму кастрюлю, тем самым приводя к передаче мощности в направлении кастрюли. Чем больше кастрюля, тем большая мощность может ей передаваться. Следовательно, в предпочтительном решении система управления может, на основе мониторинга токов, циркулирующих в обмотках, определять фактически переданную мощность и, как результат, регулировать ток, подаваемый в индукторы; таким образом, система управления автоматически адаптирует поглощаемую электроэнергию к размеру кастрюли, тем самым поддерживая высокую степень эффективности в процессе передачи мощности.
Дополнительные цели и преимущества настоящего изобретения должны становиться более очевидными из последующего подробного описания и из прилагаемых чертежей, которые предоставляются в качестве неограничивающего примера.
Фиг. 1A является видом сверху первого варианта осуществления варочной панели согласно настоящему изобретению.
Фиг. 1B является подробным видом одной из обмоток, используемых в варочной панели по фиг. 1A.
Фиг. 1C показывает варочную панель по фиг. 1A с упрощенным индикатором относительно направлений циркуляции тока в обмотках.
Фиг. 2A является видом сверху второго варианта осуществления варочной панели согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2B является видом сбоку варочной панели по фиг. 2A.
Фиг. 2C является трехмерным видом варочной панели по фиг. 2A.
Фиг. 3 показывает варочную панель по фиг. 1A с выделенной областью, покрываемой посредством кастрюли.
Фиг. 4 показывает варочную панель 1A с выделенной областью, покрываемой посредством большей кастрюли, чем кастрюля по фиг. 3.
Фиг. 5 показывает третий вариант осуществления варочной панели согласно настоящему изобретению.
Фиг. 6 показывает четвертый вариант осуществления варочной панели согласно настоящему изобретению.
Фиг. 7 показывает пятый вариант осуществления варочной панели согласно настоящему изобретению.
Фиг. 8 показывает шестой вариант осуществления варочной панели согласно настоящему изобретению.
Фиг. 9 показывает седьмой вариант осуществления варочной панели согласно настоящему изобретению.
Фиг. 10 показывает восьмой вариант осуществления варочной панели согласно настоящему изобретению.
Фиг. 11 показывает девятый вариант осуществления варочной панели согласно настоящему изобретению.
Пример по фиг. 1A показывает вид сверху первого варианта осуществления варочной панели 1 согласно настоящему изобретению.
Обмотки 2, 3, 4 и 5 размещаются таким образом, что их проекции на плоскости 1 формируют квадрат по периметру поверхности 1, причем их концы частично перекрывают смежные обмотки; например, концы обмотки 2 частично перекрывают обмотки 3 и 5.
В периметре, сформированном посредством проекций обмоток 2, 3, 4 и 5, предусмотрены проекции обмоток 6 и 7; они размещаются ортогонально и частично перекрывают друг друга. В примере по фиг. 1A шесть обмоток размещаются в двух различных направлениях (x и y), в частности, ортогонально друг другу.
Также концы проекций каждой из обмоток 6 и 7 частично перекрывают проекции внешних обмоток 2, 3, 4 и 5 и даже немного выступают из области, заданной посредством их проекций.
Предпочтительно, обмотки 2, 3, 4, 5, 6 и 7 имеют идентичные размеры, так что они могут изготавливаться с лучшей экономией за счет роста производства и могут составлять шахматное размещение, которое, как поясняется далее, обеспечивает хорошее распределение поля.
Фиг. 1B подробно иллюстрирует одну из обмоток, используемых в варочной панели 1, например обмотку 3. Эта электрическая обмотка содержит, по меньшей мере, одну катушку 31, изготовленную из электропроводящего материала, намотанного вокруг центральной опоры; эта катушка изготавливается из монтажных проводов небольшого размера, типично изготовленных из меди. На концах катушки предусмотрены контакты 32, используемые для предоставления питания в обмотку.
В примере по фиг. 1B катушки наматываются вокруг продолговатого центрального корпуса 3; поэтому обмотки имеют форму практически прямоугольного продолговатого кольца.
В целях настоящего описания определение "форма практически прямоугольного продолговатого кольца" означает форму, близкую к форме прямоугольника со сглаженными краями, второстепенные стороны которого являются прямыми или криволинейными с радиусом кривизны, равным или превышающим половину ширины индуктора. В частности, преимущественно, если радиус кривизны, по меньшей мере, в два раза превышает ширину индуктора, т.е. второстепенную сторону прямоугольника, который ограничивает обмотку.
Конечно, другие формы продолговатого кольца также могут быть использованы, например кольца яйцевидной формы.
Фиг. 1C показывает варочную панель 1 и выделяет возможную конфигурацию направлений циркуляции тока в обмотках в определенный момент времени.
Стрелки указывают на направления токов, циркулирующих в обмотках 2, 3, 4, 5, 6 и 7 в определенный момент времени. Индукторы могут, фактически, снабжаться переменным током, направление которого изменяется со временем; тем не менее, в примере по фиг. 1C в каждый момент времени направления токов, циркулирующих в индукторах, размещаемых в определенном направлении, равны. Это обусловлено тем, что индукторы, размещаемые в одном направлении, надлежащим образом соединяются с линией питания.
В областях пересечения между проекциями обмоток предусмотрены части, в которых токи циркулируют только против часовой стрелки (указывается посредством "+", всего девять) или по часовой стрелке (указывается посредством "-", всего четыре). В этих частях колебательное электромагнитное поле имеет конструктивные эффекты и является, соответственно, исходящим или входящим относительно плоскости, так что имеется большая напряженность поля.
Перекрывающиеся области практически работают аналогично катушкам, имеющим практически квадратную форму.
Также в оставшихся частях плоскости (не указанных посредством какого-либо знака на фиг. 1C), в которых токи в перекрывающихся индукторах протекают в противоположных направлениях, магнитное поле распределяется аналогично областям, в которых токи в индукторах протекают в одном направлении. Такое распределение поля обусловлено краевыми эффектами смежных квадратных катушек.
Направление токов, циркулирующих в обмотках, определяется посредством типа соединения (в частности, последовательного) и посредством направления, в котором наматывается медный провод (см. фиг. 1B).
Фиг. 2A показывает второй вариант осуществления варочной панели 1' согласно настоящему изобретению. Варочная панель 1' содержит ферритовую матрицу 100 или матрицу, изготовленную из другого железного сплава, размещаемую под варочной панелью и окружающую обмотки; присутствие феррита в варочной панели обеспечивает лучшее распределение магнитной индукции.
Предпочтительно, ферритовая матрица содержит рифленые профили 101, которые идут от поверхности, при этом оставаясь смежными, в конкретном окружении, с индукторами.
Эти профили 101 имеют эффект дополнительного улучшения ограничения линий электромагнитного поля в области вокруг индукторов; феррит также имеет эффект повышения эквивалентной электрической нагрузки, выдерживаемой посредством индуктора, тем самым повышая его электрическую адаптацию.
Профили 101 предпочтительно содержат утопленные части 102, не занятые посредством феррита в областях, самых дальних от обмоток. Фактически, экспериментальные тесты демонстрируют то, что преимущества феррита являются менее очевидными в этих областях варочной панели. Следовательно, в предпочтительном решении профили 101 имеют такую форму, что они не занимают эти части 102, приводя к экономии материалов и облегченной варочной панели.
Фиг. 2B показывает вид сбоку варочной панели 1'. Опорная поверхность 1000 варочной панели 1' изготавливается из стеклокерамического материала (или другого магнитно-проницаемого материала), который покрывает обмотки сверху и позволяет ставить кастрюли на себя.
Под поверхностью 1000 предусмотрены индукторы с соответствующими электрическими обмотками, которые представляют активную часть индукторов непосредственно.
Обмотки индукторов размещаются в двух различных плоскостях Ω и Δ, так что они могут перекрываться без электрического контакта. С этой целью, каждая обмотка 2, 3, 4 и 7 размещается на опорной части 200, 300, 400 и 700, соответственно. Данная опорная часть в этом примере предоставляется посредством ферритовой матрицы 100, которая окружает обмотки; как показано на фиг. 2B, в одном варианте осуществления различные опорные части могут принадлежать структуре, которая является общей для нескольких обмоток, размещаемых в одной плоскости, но также возможны другие решения.
Пример по фиг. 2C показывает вид в перспективе варочной панели 1'; можно отметить, что ферритовая матрица 100 сформирована с пазами 103 переменной глубины для размещения электрических обмоток в параллельных плоскостях, тем самым давая возможность перекрывания обмоток без электрического контакта. Вокруг пазов 103 предусмотрены рифленые профили 101 и утопленная часть 102, уже описанные выше.
Предпочтительно, три обмотки 2, 4 и 7, размещаемые с продольными осями в направлении x, размещаются на нижнем уровне, в то время как три обмотки 3, 5 и 6, размещаемые с продольными осями в направлении y (ортогонально x), размещаются на верхнем уровне (т.е. ближе к опорной поверхности 1000).
Фиг. 3 и 4 схематично иллюстрируют работу варочной панели 1 согласно предпочтительному примеру.
Как показано на фиг. 3, когда размер кастрюли 9 или, в общем, любого металлического контейнера таков, что он только частично покрывает обмотки 6 и 7, электромагнитное поле, сформированное посредством обмоток 6 и 7 в области под кастрюлей, принудительно нагревает кастрюлю. Поскольку электромагнитное поле имеет более высокую интенсивность в обмотках, в частности, на пересечении поверхности между проекциями профилей этих обмоток, в случае, показанном в данном документе, предусмотрено несколько областей с максимальным электромагнитным полем в области под кастрюлей; это обеспечивает более эффективный и равномерный нагрев кастрюли.
Также в случае, проиллюстрированном на фиг. 4, когда размер кастрюли 10 таков, что она покрывает все обмотки 2, 3, 4, 5, 6 и 7, предусмотрено несколько областей с максимальным электромагнитным полем в области под кастрюлей, что обеспечивает более эффективный и равномерный нагрев кастрюли.
Это решение также имеет технический эффект улучшения приготовления пищи, поскольку благодаря конкретной компоновке обмоток оно обеспечивает однородное электромагнитное поле под всей поверхностью кастрюли.
Преимущественно, этот технический эффект достигается посредством меньшего числа обмоток (только шести в этом случае), чем в решениях предшествующего уровня техники, которые используют большое число индукторов, чтобы покрывать всю поверхность кастрюли.
Кроме того, варочная панель предпочтительно может распознавать согласно, по сути, известным способам (например, с использованием бесконтактных датчиков или измерения тока в обмотках индукторов) присутствие или отсутствие кастрюль на поверхности 1000.
Если варочная панель 1 не определяет присутствие кастрюль, то она должна отключать электрический ток в обмотках.
В настоящем изобретении, электронная схема, которая управляет индукторами, упрощается по сравнению с решениями предшествующего уровня техники, которые при нацеленности на обеспечение однородности электромагнитного поля по всей варочной панели предлагают использование множества перекрывающихся круговых индукторов, покрывающих всю поверхность варочной панели.
Фактически, эта компоновка обмоток дает возможность создавать распределение электромагнитного поля, эквивалентное распределению, которое должно формироваться посредством множества меньших обмоток, размещенных в областях пересечения между проекциями профилей обмоток, тем самым достигая распределения поля, аналогичного распределению поля, достижимому посредством использования нескольких небольших индукторов, размещаемых рядом. Такой результат, тем не менее, достигается посредством использования меньшего числа индукторов.
Уменьшение числа индукторов предоставляет возможность упрощенного управления варочной панелью; преимущественно в таком случае, вследствие конкретного размещения обмоток упомянутое управление может быть дополнительно упрощено посредством группирования нескольких обмоток в одну область управления.
Преимущественно, обмотки могут быть группированы согласно направлению, в котором они размещаются, например, посредством последовательного соединения катушек индуктивности, имеющих параллельные продольные оси. В качестве альтернативы, есть возможность группировать индукторы в области, предпочтительно покрываемые посредством кастрюль различных размеров, например внутренние и внешние обмотки.
Это решение имеет эффект уменьшения затрат, ассоциированных с наличием комплексных систем управления индукторов.
Пример по фиг. 5 иллюстрирует третий вариант осуществления варочной панели 1 согласно настоящему изобретению, в котором центральные обмотки по фиг. 1 заменяются посредством обмоток 6b и 7b. Они имеют идентичное ортогональное размещение, как показано на фиг. 1, но их концы не перекрывают, даже частично, внешние обмотки 2b, 3b, 4b и 5b, концы которых только частично перекрывают смежные обмотки.
Хотя менее предпочтительно, чем в вышеописанных примерах по фиг. 1 и 2, также в этом случае хорошая однородность электромагнитного поля может достигаться в смысле, поясненном выше, поскольку индукторы распределяются в плоскости таким образом, что задаются закрытые области, в которых циркулирующие токи практически копируют распределение поля, созданное посредством катушек, меньших, чем катушки используемых индукторов.
На основе этого принципа, следовательно, можно изобретать различные размещения индукторов в варочной панели.
Пример по фиг. 6 иллюстрирует четвертый вариант осуществления варочной панели 1, который показывает, как центральная обмотка может иметь любую форму, в этом случае окружность 11, до тех пор, пока она выполнена с возможностью нагревать небольшую кастрюлю (меньшую закрытой области, заданной посредством периферийных обмоток 2b, 3b, 4b и 5b), размещенную на ней.
Пример по фиг. 7 иллюстрирует пятый вариант осуществления варочной панели, в котором центральные обмотки формируют ортогональную решетку 12, толще решетки по фиг. 1, поскольку она включает в себя четыре обмотки. Это отличие имеет технический эффект дополнительного повышения однородности электромагнитного поля и, как следствие, тепла, воздействующего на кастрюлю.
Следует указать, что компоновка обмоток вдоль двух ортогональных осей является только предпочтительным вариантом осуществления. Фактически, должно быть возможным размещать обмотки в неортогональных направлениях под углами, большими или меньшими 90 градусов. В таком случае, проекции обмоток также задают закрытую область в плоскости.
Пример по фиг. 8 иллюстрирует шестой вариант осуществления варочной панели согласно настоящему изобретению, который дает возможность эффективно нагревать большую поверхность для готовки 2, чем предыдущие примеры. Фактически, согласно этому варианту осуществления используемые обмотки имеют размер, идентичный размеру предыдущих примеров, но они размещаются по-другому. Внешний край варочной панели разграничивается посредством проекций пар обмоток, размещаемых вдоль идентичной прямой линии 13, 14, 15 и 16, что дает возможность покрывать большую область. Проекции этих обмоток задают закрытую область, в которой предусмотрены пары обмоток, размещаемых ортогонально друг другу 17, 18, 19, 20, проекции которых имеют два конца, частично перекрывающих внутренний край, и два конца, частично перекрывающих смежные обмотки. Кроме того, в упомянутой области предусмотрена пара обмоток 21, размещаемых ортогонально друг другу и формирующих центр варочной панели.
Согласно этому варианту осуществления, в закрытой области, заданной посредством проекций крайних внешних обмоток 13, 14, 15, 16, предусмотрено несколько внутренних обмоток 17, 18, 19, 20, которые задают дополнительный периметр, который окружает закрытую область, содержащую обмотки 21.
Таким образом, обмотки распределяются так, что они задают несколько меньших закрытых областей одну в другой.
Такая изобретенная варочная панель может лучше распределять тепло на кастрюли переменных размеров.
Посредством использования всего одной типологии обмоток, размещаемых на варочной панели согласно настоящим идеям, следовательно, можно создавать зоны готовки, которые, хоть и имеют различные размеры, характеризуются аналогичным распределением однородного электромагнитного поля и, следовательно, также могут нагревать небольшие кастрюли с аналогичной эффективностью.
Пример по фиг. 9 иллюстрирует седьмой вариант осуществления варочной панели согласно настоящему изобретению, в котором обмотки размещаются таким образом, что проекции соответствующих продольных осей задают концентрические закрытые области в плоскости, например, сформированной как правильные многоугольники; в примере по фиг. 9 эти области имеют форму пятиугольника 22 (крайние внешние обмотки) и треугольника 23 (в пятиугольнике).
Кроме того, например, различные размещения также возможны вокруг общего центра с обычными или нерегулярными многоугольниками, содержащими продолговатые обмотки.
Очевидно, что множество изменений может вноситься в настоящее изобретение специалистами в данной области техники без отступления от объема охраны, указанного в прилагаемой формуле изобретения.
Проекции обмоток могут не перекрывать друг друга; смежные части этого могут быть смежными или располагаться совсем рядом.
В качестве дополнительной разновидности фиг. 10 показывает варочную панель, аналогичную панели фиг. 5, и, следовательно, идентичные ссылки с номерами используются для обозначения эквивалентных компонентов.
В этом примере варочная панель 1 содержит четыре периметрических обмотки 24, 25, 26 и 27, которые, хотя они не перекрываются, размещаются с продольными осями в двух ортогональных направлениях, проекции которых на плоскости задают закрытую область.
В этой закрытой области предусмотрены обмотки 6a и 6b, которые перекрывают друг друга.
На фиг. 11, кроме того, варочная панель содержит три периметрических обмотки 28, 29, 30, размещаемые с продольными осями в трех различных направлениях, проекции которых на плоскости задают закрытую область.
В примере по фиг. 11 проекции обмоток 28, 29 и 30 полностью перекрывают друг друга на концах, но в качестве альтернативы они могут не перекрываться, как показано в треугольнике 23 по фиг. 9.
В завершение, обмотки могут размещаться таким образом, что они не являются ортогональными друг другу при наличии практически эквивалентных конфигураций. Это отличие может быть преимущественным для создания модульных варочных панелей, имеющих конкретные формы.