Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionskochunterlage gemäss dem Oberbegriff des beiliegenden Anspruchs 1.
In einer Kochplatte für einen Herd oder eine Unterlage, bei welcher die Wärme durch Induktionsheizen mittels einer Induktionsspule erzeugt wird, wird der magnetische Nutzfluss durch das zu erwärmende Kochgerät geschlossen. Zusammen und gleichzeitig mit dem Nutzfluss erscheint auch ein Streufluss, der ein magnetisches Streufeld um die Kochplatte erzeugt. Da dieses Streufeld von einem elektrischen Strom hoher Frequenz (in der Grössenordnung von 25 kHz) erzeugt wird, kann das Feld Interferenzen, insbesondere beim Empfang von AM-Radio-Sendern verursachen.
Um das Streufeld zu reduzieren, hat man bei keramischen Induktionsunterlagen vorgeschlagen, ringförmige leitende Abschirmungen an der Haltefläche unterhalb des Kochgerätes vorzusehen. Nach anderen Vorschlägen wurden leitende Ringe oder Zylinder vorgesehen, um die Spule zu umschliessen. Eine besonders gute Wirkung wurde durch Ferritstücke erzielt, die unterhalb der Spule eingesetzt werden, um das Feld in diesem Raum zu sammeln.
Durch die Verwendung der beschriebenen Vorrichtungen zur Feldabschirmung ist es möglich gewesen, das Streufeld von der Spule in Richtung weg vom Kochgerät bzw. seitlich zu verringern. Zwischen der Haltefläche des Kochgeräts und der oberen Seite der Spule gibt es jedoch einen Raum, durch den sich ein Streufeld fortpflanzen kann. Messungen haben ergeben, dass solang dieses Streufeld unbeeinflusst bleibt, die durch die verschiedenen Abschirmungsmassnahmen erzielten Verbesserungen nur eine untergeordnete Bedeutung haben. Zudem können die verschiedenen Abschirmungsmassnahmen praktische Schwierigkeiten mit sich bringen.
Es ist daher Zweck der vorliegenden Erfindung, das Streufeld ohne merkliche Verminderung des Nutzfeldes zu beseitigen oder mindestens in erheblichem Ausmass zu vermindern. Der Zweck wird durch eine Induktionskochunterlage mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 erreicht. Vorzugsausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer keramischen Kochunterlage,
Fig. 2 bis 5 vier verschiedene Ausführungen von Induktionsspulen,
Fig. 6 und 7 zwei verschiedene konstruktive Ausführungen von Spulen und Spulenkernen,
Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig. 6 und
Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 7.
Die konventionelle Kochunterlage 10 in Keramik nach Fig. 1 weist eine Haltefläche 11 für ein Kochgerät 12 auf. Die Heizung wird durch Induktion mittels einer Induktionsheizeinheit 13 bewirkt, die wie schematisch dargestellt unterhalb der Haltefläche auf einem Halter 14 montiert ist. Die Induktionsheizeinheit umfasst eine Induktionsspule 15, die ein magnetisches Feld erzeugt, das sich durch das Kochgerät 12 schliesst, um dieses Gerät zu heizen. Unterhalb der Spule 15 ist eine ringförmige Ferritscheibe 16 angeordnet, um die nach unten gerichteten Feldlinien zu sammeln und dadurch das Streufeld in dieser Richtung zu verringern.
Obwohl in der konventionellen Unterlage nach Fig. 1 Abschirmungen um die Spule vorgesehen sind, muss das Nutzfeld, das nach oben gerichtet ist, unbeeinflusst bleiben. Die Feldlinien können daher in den Raum zwischen der Spule und dem Boden des Kochgerätes eindringen. Da der erforderliche Heizeffekt einen starken Strom in der Spule beansprucht, wird auch das herausfliessende Streufeld einen entsprechend hohen Wert aufweisen, was störende Interferenzen bewirkt.
Nun wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die einzige Induktionsspule durch zwei oder mehrere Spulen zu ersetzen, die symmetrisch bezüglich einer vertikalen Linie durch die Haltefläche und das Zentrum des Kochgerätes angeordnet sind. Durch jede dieser Spulen soll ein Strom derselben Intensität fliessen, vorzugsweise derselbe Strom. Diese Ströme sollen jedoch bewirken, dass das erzeugte magnetische Feld sich derart in verschiedene Richtungen ausbreitet, dass sich in jedem Punkt des Feldes in einem Abstand von der Kochunterlage die Feldkomponenten aus den verschiedenen Punkten im wesentlichen gegenseitig kompensieren.
In Fig. 2 ist eine Ausführung mit vier symmetrisch angeordneten Spulen 17 bis 20 dargestellt. Die Spulen bilden ein Viereck, wobei zwei peripherisch nebeneinanderliegende Spulen jeweils im entgegengesetzten Sinn und zwei diagonal liegende Spulen jeweils gleichsinnig gewickelt sind. Die von oben dargestellten Spulen sind auf Ferrit-Kerne gewickelt und im Zentrum jeder Spule bezeichnet.
In Fig. 3 sind zwei flache koaxial angeordnete Spulen 22, 23 dargestellt, wobei die Kerne mit 24 und 25 bezeichnet sind. Wie durch die Pfeile angedeutet, haben die Ströme in den Spulen gegensinnige Flussrichtungen.
In Fig. 4 sind zwei identische symmetrisch angeordnete Spulen 26, 27 dargestellt, und zwar die eine genau über die andere. Die Ströme in den Spulen sind gleich, haben jedoch entgegengesetzte Richtungen. Dabei ist eine Ferrit-Scheibe 28 zwischen den Spulen angeordnet, um das nach oben gerichtete Feld der unteren Spule 27 zu schliessen. Anderenfalls würden sich die Felder der Spulen 26 und 27 im Raum des Kochgerätes neutralisieren.
In Fig. 5 ist die Möglichkeit, mehrere Spulen in Matrixform anzuordnen, angegeben. Wenn die Spulen eine gemeinsame Windung, wie dargestellt, aufweisen, werden die Feldrichtungen die mit den Plus- und Minuszeichen angegebenen sein. In einem Feldpunkt fern von der Kochunterlage werden sich die Feldbeiträge im wesentlichen gegenseitig kompensieren.
In den Fig. 6 und 7 bzw. in den Fig. 8 und 9 sind Beispiele angegeben, um in der Praxis die Ausführungen nach Fig. 2 und 3 zu realisieren.
Gemäss den Figuren 6 und 8 sind die Spulen in einem Spulenhalter 39 eingebaut, der eine einteilige Basisplatte 29 mit einer nach oben gerichteten Kante 30 und Kernteile 31, 32, 33 und 34 aufweist, in die die Spulen eingesetzt wurden. Die Spulen haben die Form eines Kreisviertels, können jedoch auch eine runde Form haben. Der Halter ist aus Ferrit, um sowohl nach unten als auch seitlich eine gute Abschirmung gegen das Streufeld zu gewähren.
In den Fig. 7 und 9 ist ähnlich wie bei den Fig. 6 und 8 dargestellt, wie die Ausführung nach Fig. 3 realisiert werden kann. Ein ähnlicher Spulenhalter hat eine Basisplatte 35, eine peripherische Kante 36, einen zentralen Kernteil 37 und einen ringförmigen Kernteil 38.
Berechnungen wurden für die resultierenden Felder in einem Feldpunkt für die Ausführungen nach den Fig. 2 bis 4 durchgeführt. Diese Berechnungen zeigen, dass die Grösse des Streufeldes bis zu weniger als 1% der Grösse des Feldes einer einzigen Spule reduziert wird. In der Ausführung nach Fig. 2 gibt dann jede Spule 1/4 der gelieferten Heizleistung.
Messungen über den Wirkungsgrad einer Anordnung nach Fig. 2 wurden auch durchgeführt. Diese Messungen haben gezeigt, dass eine magnetische Kupplung zum Kochgerät pro Längeneinheit des Spulendrahtes gleich der magnetischen Kupplung im Fall einer einzigen Spule gemäss Fig. 1 ist. Die magnetische Kupplung wird hier als die induktiv übertragene Leistung pro Ampere Strom und pro Meter Draht definiert, wobei die magnetische Kupplung auch ein Massstab des Wirkungsgrades ist.
The present invention relates to an induction cooking pad according to the preamble of appended claim 1.
In a hotplate for a stove or a base, in which the heat is generated by induction heating using an induction coil, the useful magnetic flux is closed by the cooking device to be heated. Together with the useful flow, a stray flux also appears, which creates a stray magnetic field around the hotplate. Because this stray field is generated by a high frequency electrical current (on the order of 25 kHz), the field can cause interference, particularly when receiving AM radio stations.
In order to reduce the stray field, it has been proposed in ceramic induction pads to provide annular conductive shields on the holding surface below the cooking device. According to other proposals, conductive rings or cylinders have been provided to enclose the coil. A particularly good effect was achieved by pieces of ferrite, which are used below the coil to collect the field in this room.
By using the described devices for field shielding, it has been possible to reduce the stray field from the coil in the direction away from the cooking appliance or laterally. However, there is a space between the holding surface of the cooking device and the upper side of the coil through which a stray field can propagate. Measurements have shown that as long as this stray field remains unaffected, the improvements achieved through the various shielding measures are of only minor importance. In addition, the various shielding measures can cause practical difficulties.
It is therefore the purpose of the present invention to eliminate the stray field without noticeably reducing the useful field, or at least to reduce it to a considerable extent. The purpose is achieved by an induction cooking pad with the features of the characterizing part of claim 1. Preferred designs result from the dependent claims.
The invention will now be explained with reference to the accompanying drawings. Show it:
1 is a schematic representation of a ceramic cooking surface,
2 to 5 four different versions of induction coils,
6 and 7 two different structural designs of coils and coil cores,
Fig. 8 is a section along the line VIII-VIII in Fig. 6 and
9 shows a section along the line IX-IX in FIG. 7.
The conventional cooking mat 10 in ceramic according to FIG. 1 has a holding surface 11 for a cooking device 12. The heating is effected by induction by means of an induction heating unit 13 which, as shown schematically, is mounted on a holder 14 below the holding surface. The induction heating unit includes an induction coil 15 that generates a magnetic field that closes through the cooking device 12 to heat this device. An annular ferrite disc 16 is arranged below the coil 15 in order to collect the downward field lines and thereby reduce the stray field in this direction.
Although shields are provided around the coil in the conventional base according to FIG. 1, the useful field, which is directed upwards, must remain unaffected. The field lines can therefore penetrate into the space between the coil and the bottom of the cooking device. Since the required heating effect requires a high current in the coil, the stray field flowing out will also have a correspondingly high value, which causes disruptive interference.
It is now proposed according to the invention to replace the single induction coil by two or more coils which are arranged symmetrically with respect to a vertical line through the holding surface and the center of the cooking appliance. A current of the same intensity should flow through each of these coils, preferably the same current. However, these currents are intended to cause the generated magnetic field to spread in different directions in such a way that the field components from the different points essentially compensate each other at every point of the field at a distance from the cooking surface.
2 shows an embodiment with four symmetrically arranged coils 17 to 20. The coils form a quadrilateral, two coils lying next to one another peripherally in the opposite sense and two coils lying diagonally each being wound in the same direction. The coils shown from above are wound on ferrite cores and labeled in the center of each coil.
In Fig. 3, two flat coaxially arranged coils 22, 23 are shown, the cores being designated 24 and 25. As indicated by the arrows, the currents in the coils have opposite directions of flow.
4 shows two identical, symmetrically arranged coils 26, 27, one exactly above the other. The currents in the coils are the same, but have opposite directions. A ferrite disc 28 is arranged between the coils in order to close the upward field of the lower coil 27. Otherwise the fields of the coils 26 and 27 in the space of the cooking appliance would neutralize themselves.
5 shows the possibility of arranging several coils in matrix form. If the coils have a common turn as shown, the field directions will be those indicated with the plus and minus signs. In a field point far from the cooking surface, the field contributions will essentially compensate each other.
Examples are given in FIGS. 6 and 7 and in FIGS. 8 and 9 in order to implement the embodiments according to FIGS. 2 and 3 in practice.
According to FIGS. 6 and 8, the coils are installed in a coil holder 39 which has a one-piece base plate 29 with an upwardly directed edge 30 and core parts 31, 32, 33 and 34 into which the coils have been inserted. The coils have the shape of a quarter of a circle, but can also have a round shape. The holder is made of ferrite to ensure good shielding from the stray field both downwards and sideways.
FIGS. 7 and 9 show, similarly to FIGS. 6 and 8, how the embodiment according to FIG. 3 can be implemented. A similar coil holder has a base plate 35, a peripheral edge 36, a central core part 37 and an annular core part 38.
Calculations were carried out for the resulting fields in a field point for the explanations according to FIGS. 2 to 4. These calculations show that the size of the stray field is reduced to less than 1% of the size of the field of a single coil. In the embodiment according to FIG. 2, each coil then gives 1/4 of the heating power supplied.
Measurements of the efficiency of an arrangement according to FIG. 2 were also carried out. These measurements have shown that a magnetic coupling to the cooking appliance per unit length of the coil wire is the same as the magnetic coupling in the case of a single coil according to FIG. 1. The magnetic coupling is defined here as the inductively transmitted power per ampere current and per meter of wire, whereby the magnetic coupling is also a measure of the efficiency.