藉助於感應耦合加熱食物的裝置和用於傳遞能量的裝置的製作方法

2023-05-16 04:01:21 2

專利名稱：藉助於感應耦合加熱食物的裝置和用於傳遞能量的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1前序部分所述的裝置，在該裝置中可以藉助於感應耦合加熱食物，本發明還涉及一種按權利要求2前序部分所述的用於傳遞能量的裝置。
在現有技術中已知的裝置藉助於用於烹飪容器的感應式爐灶加熱器工作。在此該爐灶加熱器在加熱板內部具有一個感應線圈，該感應線圈由高頻交流電流過。該交流電引起一個快速變化的磁場，該磁場向著容器的方向導引。在鐵磁性的容器的底部內，該交變磁場引起一個電壓，由此又產生了一個渦流(感應電流)，該渦流引起鍋底的變熱。這種感應式爐灶加熱器的其中一個優點在於，只有鍋底被加熱，而沒有其它儲能部件如加熱板被加熱。由此使用者不會在加熱板上燒傷。
在DE 42 24 405 A1中描述了這樣一種感應式爐灶加熱器，該爐灶加熱器設置在加熱板、尤其是玻璃陶瓷板下面，並且由一個相關的設置在外殼中的結構單元構成，該結構單元包括兩個感應線圈。感應線圈是扁平板形狀的，並且通過隔熱件支撐在玻璃陶瓷板的下側面上，以及通過一塊鐵氧體板支撐在一個冷卻體上。這種感應式爐灶加熱器的其中一個缺點在於其效率由於所產生的電磁場的發散損失受到負面影響。其它損失在磁場穿過加熱板時產生，由此已知的感應式爐灶加熱器可以達到大約最大60％的效率。
在DE 100 31 167 A1中公開了一種用於用文火煮食物的裝置-該裝置具有一個帶有一個烹飪區的灶臺，為該烹飪區配設一個第一加熱元件。可以由該第一加熱元件加熱的慢煮器具可以放置在該烹飪區上，其中慢煮器具包括一個第二加熱元件。在此在灶臺上設置了一個電接頭，慢煮器具可以用第二加熱元件連接在該電接頭上。這種裝置的優點在於，慢煮器具可以直接通過一個「主動加熱器」加熱，該慢煮器具對效率產生正面影響。但是缺點是，第二加熱元件通過一個纜線與電接頭連接。由慢煮器具出發向著接頭延伸的纜線在用文火煮食物期間對於使用者來說可能會產生幹擾，尤其是使用者可能在例如不小心移動的情況下掛在纜線上，其結果是慢煮器具可能會傾翻。
由US 4 996 405公開了一種裝置，其中在底部部件中設置了一個由導電體成形的次級線圈和一個連接在該線圈上的加熱元件。用於加熱元件的能量由初級線圈藉助於感應傳遞到次級線圈上，其中初級線圈設置在一個用於傳遞能量的裝置中。其中一個缺點在於，該裝置的體積比較大，由此將該裝置布置在鍋子的底部元件中會導致體積很大的鍋子。
本發明的任務是提供一種裝置，藉助於該裝置避免了上述缺點，尤其是可以在加熱食物時實現良好的效率。
該針對用於加熱食物的裝置的任務按本發明通過權利要求1以及4所述的特徵解決。針對用於傳遞能量的裝置的任務按本發明通過權利要求2以及5所述的特徵解決。本發明的優選的結構方案和改進方案在從屬權利要求中獲得。
根據用於加熱食物的裝置-其例如設置在待加熱的容器的底部區域中-按本發明提出，將次級線圈通過一種澆注劑在一個線圈體中澆注，該絕緣的澆注劑具有一個基本上相應於線圈體的熱膨脹係數的熱膨脹係數。關於用於傳遞能量的裝置-其在一種按本發明的實施方式中可以設置在一塊加熱板中-將初級線圈用澆注劑在一個線圈體中澆注。在此該絕緣的澆注劑具有一個與線圈體的熱膨脹係數相應的熱膨脹係數。對於放置在加熱板上的容器，該裝置構成了一個具有兩個變壓器半體的變壓器。其中一個半體-具有線圈體和澆注劑的初級線圈-設置在加熱板中，並且第二個半體-具有線圈體和澆注劑的次級線圈-設置在容器內。如果在起感應線圈作用的初級線圈上施加一個電壓，那麼該初級線圈就產生一個磁通量，該磁通量流向次級線圈的方向。初級線圈在此由高頻交流電流過，其中通過電子電路可以非常精確地定量計量能量輸入。由於線圈體，其最好由鐵氧體-一種不能導電的金屬氧化物材料-製成，可以實現從初級線圈到次級線圈非常良好的能量傳遞。線圈體使得磁通量精確地導向次級線圈，由此產生很少的磁場方面的發散損失，磁場與效率的改善相關。另外可以通過較小的結構形式實現高的能量傳遞。
在次級線圈中將磁通量轉換成電能，尤其是感應出一個電壓。次級線圈由此是一個由電流流過的導體，其有利的是不必通過觸點與電接頭連接。由於在次級線圈中感應出的電壓，加熱元件會變熱。
在按本發明的裝置運行期間，初級和次級線圈會變熱，其中初級線圈和次級線圈例如可以設置在線圈體的空隙中，其中澆注材料吸收熱量。澆注材料最好是耐高溫的，並且例如可以包括環氧樹脂或者聚醯胺。在這裡尤其重要的是，吸收熱量的澆注劑的膨脹係數要與線圈體的膨脹係數相匹配。由此實現了由於在兩個裝置運行期間產生的熱量，線圈體以及澆注劑可以均勻膨脹，而不會例如在空隙範圍內產生機械應力。熱膨脹係數的匹配例如可以通過向澆注劑添加填充料來實現。
在本發明的另一種優選的結構方案中，在線圈體上設置了一個具有很小厚度的不導電的保護層，其熱膨脹係數同樣基本上相應於線圈體的熱膨脹係數。如果待加熱的容器放置在加熱板上，那麼兩個保護層就處於上下位置關係。最好相應保護層的厚度最大為500μm，從而在將磁場從初級線圈傳遞到次級線圈期間所產生的損失儘可能小。由於保護層微小的厚度，有利的是，除了澆注劑的熱膨脹係數，保護層的熱膨脹係數也與線圈體的熱膨脹係數相匹配。在將能量傳遞到次級線圈期間，澆注劑、線圈體以及保護層均勻膨脹，而不會由於構造成厚度很小的保護層例如由於產生熱應力而損壞。最好保護層和/或澆注劑的熱膨脹係數在-20℃至150℃的溫度範圍內都與線圈體的熱膨脹係數相匹配。
設置在線圈體上的保護層最好具有高的材料硬度。保護層的這種結構最好在裝置上用於傳遞能量或者在加熱板上傳遞能量，因為加熱板由於經常要擱置容器會很快刮傷。因為保護層非常薄，有利的是，該保護層構造成具有特別高的硬度。在本發明的一種實施方式中，保護層可以是無定形碳氫化合物層(a-C:H層)。a-C:H層在此可以由高頻放電、磁鍍、離子束方法、氣相噴鍍或者通過等離子輔助分離方法(CVD方法)施加在線圈體上。關於CVD方法，在使用碳氫化合物氣體(例如乙炔)的情況下在此在一個真空腔中點燃氬等離子體，其中反應氣體的分子裂變成不同的裂變產物。由這些化學氣相最後在相應構件表面(線圈體)上可冷凝的碳氫化合物聚合成類金剛石層。由此線圈體的表面就獲得類似於金剛石的性能。對於大約3μm的層厚，無定形碳氫化合物層可以達到3500HV(維氏硬度)的硬度，也就是高於高度硬化的鋼。另外這種層的主要優點是儘管其極高的硬度，其還是能夠在高負荷下通過彈性變形吸收能量。由於這種硬度和彈性的組合，實現了線圈體表面非常良好的耐磨性。
關於該待加熱的容器，不必要求將保護層設計成硬層，因為通常作用在加熱板上的機械力大於作用在容器底部上的機械力。由於容器所受的刮傷傾向較小，保護層只需要較薄且不導電就足夠了。本發明的一種方案是，保護層構造成薄膜，其貼靠在線圈體上。保護層例如可以包括陶瓷或者聚四氟乙烯(PTFE)。當然在另一種替代方案中保護層同樣也可以構造成硬層，尤其是a-C:H層。
本發明的其它優點、特徵和細節由下面的說明中獲得，其中參考附圖詳細描述了本發明的實施例。在此在權利要求和說明書中所提到的特徵分別單獨地或者以任意組合對本發明是重要的。附圖示出

圖1示出了一個容器的示意剖視圖，在該容器中食物可以藉助於感應加熱；圖2示出了一塊加熱板的示意剖視圖，其將能量傳遞到按圖1的容器中。
圖1示出了具有一個底部的容器2，其中設置了一個線圈體8″。該線圈體″由鐵氧體製成，該線圈體8″在所示實施例中具有一個空隙9″。在該空隙9″-其具有一個矩形(槽)的橫截面-中設置了一個由導電體成形的次級線圈6。該次級線圈6起感應線圈的作用，並且由多個絞合線組成，這些絞合線由單個導體構成，這在圖中沒有具體示出。由銅製成的單個導體最好可以通過耐熱的油漆層相互電絕緣。次級線圈6通過電絕緣的澆注劑10″在空隙9″內澆注，澆注劑在本實施例中是環氧樹脂，其中還集成了由陶瓷製成的填充材料。同樣也可以在添加填充材料的情況下使用聚醯胺作為澆注劑10″。
在線圈體8″的下側面上設置了一個保護層11″，該保護層在所示的實施例中具有大約100μm是不導電的，並且構造成薄膜。薄膜11″粘貼在線圈體8″的下側面上，並且包含陶瓷。在本發明的另一種實施方式中，薄膜11″也可以由聚四氟乙烯或者由其它合成材料製成。同樣可以通過膠合(Auflamieren)來塗覆該薄膜11″。由此空隙9″一方面由線圈體8″限定、另一方面一側由保護層11″限定。
在線圈體8″的上側面上、也就是在線圈體8″的背離次級線圈6的一側上設置了一個加熱元件7。該與次級線圈6連接的加熱元件7由一個未示出的熱導體構成，該熱導體作為電阻加熱器工作。該熱導體通過兩個觸點與次級線圈6連接。加熱元件7例如可以構造成一種陶瓷上釉的金屬層系統，在其上設置了熱導體。在本發明的另一種替代方案中可以將多個熱導體與次級線圈6連接。熱導體均勻地分布在加熱元件7的整個表面上，從而可以實現加熱元件7的均勻加熱。熱導體例如可以具有一個蜿蜒形的或者雙螺旋線形的走向。在加熱元件7的上方有一個物品(未示出)，其可以通過由熱導體產生的熱量加熱。為了在物品加熱期間損失儘可能少的熱量，可以在加熱元件7和次級線圈6之間設置一個隔熱件。由此實現了將儘可能所有熱流從加熱元件7向上、也就是沿著到次級線圈6相反的方向導引，從而可以有效地加熱物品。隔熱件例如可以具有蛭石，蛭石的特徵是其非常微小的導熱性。蛭石是機械穩定的，並且具有高達大約1000℃的抗高溫性。另外隔熱體使得次級線圈6不會由於加熱元件7產生的熱量而進行不必要的加熱，這種不必要的加熱會使次級線圈6受到損壞或者甚至完全失靈。
圖2示出了一個用於傳遞能量的裝置1，其是加熱板1。該加熱板1具有一個線圈體8′，該線圈體基本上與待加熱的容器2的線圈體8′鏡面對稱。由鐵氧體製成的線圈體8′同樣具有一個空隙9′，其中設置了一個與未示出的電源連接的初級線圈5。初級線圈5由一種絕緣澆注劑10′包圍。在線圈體8′上設置了一個保護層11′。加熱板1、尤其是澆注劑10′、線圈體8′以及初級線圈6的其它結構方案相應於容器2的澆注劑10″、線圈體8″和次級線圈6，從而為了避免重複這裡僅僅參考上述內容。
加熱板1的保護層11′具有高材料硬度，該硬度通過無定形碳氫化合物層實現。除了其微小的大約100μm的厚度以及其不導電特性，該保護層11′的特徵在於其特別高的硬度，從而基本上避免了加熱板1的刮傷。
包含在加熱板1或者容器2的旋轉對稱的線圈體8′、8″的空隙9′、9″中的澆注劑10′、10″在本實施例中在其邊緣上-也就是向著線圈體8′、8″以及保護層11′、11″-具有一個框架3、4，該框架同樣由環氧樹脂製成。框架3、4在此用作安裝時的輔助機構，在安裝時首先將初級或者次級線圈5、6導入朝著一側敞開的框架3、4中，接著澆注環氧樹脂10′、10″。接著將敞開的框架3、4通過同樣由環氧樹脂製成的蓋封住。接下去可以將由澆注劑10′、10″以及初級和次級線圈5、6構成的單元插入線圈體8′、8″的空隙9′、9″中。
在另一種實施方式中，同樣可以實現初級和次級線圈5、6在沒有框架3、4的線圈體8′、8″中的布置。對於這種替代方案，將初級和次級線圈5、6引入空隙9′、9″中，並接著在空隙9′、9″中只澆注絕緣澆注劑10′、10″。
如果容器2放置在加熱板1上，那麼兩個保護層11′、11″就上下疊在一起。在施加電壓時，初級線圈5產生一個磁通量，該磁通量向著次級線圈6的方向導引。由鐵氧體製成的具有高電阻的線圈體8′、8″以及其幾何形狀在此有利於將磁通量向著容器底部導引。在次級線圈6中將磁通量轉換成電能，其中次級線圈6是一個能流通電流的導體。與次級線圈6連接的加熱元件7連同其熱導體同時以電流流過，從而容器底部就變熱。
按本發明的裝置1、2具有高效率，其明顯高於商業上常見的感應裝置，這種常見的感應裝置的效率大約達到60％。另外高效率還由此產生，即磁通量精確地從初級導入次級線圈5、6。另外在將磁通量導引通過兩個貼靠在一起的保護層11′、11″時不會產生明顯的發散損失，因為保護層一方面由不導電的材料製成，另一方面保護層也非常薄。
但是為了使加熱板1或者容器2的底部對由加熱過程中產生的壓應力和拉應力分布保持足夠的機械穩定性，澆注劑10′、10″以及保護層11′、11″的熱膨脹係數基本上相應於線圈體8′、8″的熱膨脹係數。由鐵氧體製成的線圈體8′、8″例如可以具有大約10ppm/K的熱膨脹係數。澆注劑10′、10″的熱膨脹係數與線圈體8′、8″的熱膨脹係數的匹配可以通過添加合適的填充材料實現。填充材料例如可以是顆粒或者纖維，其與澆注劑10′、10″混合。在本實施例中，填充材料是小的陶瓷小球，其容納在澆注劑10′、10″中。在將位於容器中的物品進行加熱期間，線圈體8′、8″、澆注劑10′、10″以及保護層11′、11″均勻膨脹，而不會由於熱應力而產生裂紋。尤其是保護層11′、11″的熱膨脹係數的匹配是重要的，因為保護層由於其微小的厚度特別敏感。在所示的本發明的實施方式中，大約在-20℃至150℃的溫度範圍內對澆注劑10′、10″和保護層11′、11″的熱膨脹係數與線圈體8′、8″的熱膨脹係數進行匹配。
在一種未示出的實施方式中，本發明涉及一種裝置2，在該裝置中食物可以藉助於感應加熱，該裝置2具有至少一個由導電體成形的次級線圈6，其上連接了至少一個加熱元件7，其中次級線圈6通過澆注劑10″澆注在線圈體8″中，並且絕緣的澆注劑10″的熱膨脹係數基本上相應於線圈體8″的熱膨脹係數。用於將能量傳遞到裝置2中以藉助於感應加熱食物的裝置1用一個由導電體成形的並且與一個電源連接的初級線圈5構成，該初級線圈通過澆注劑10′澆注在線圈體8′中，其中絕緣澆注劑10′的熱膨脹係數基本上相應於線圈體8′的熱膨脹係數。與所示實施方式的區別僅僅在於，澆注劑10′、10″的熱膨脹係數相應於線圈體8′、8″的熱膨脹係數。根據所示的實施例保護層11′、11″在此並不設置在線圈體8′、8″上。其餘的結構方案、尤其是線圈體8′、8″、澆注劑10′、10″、初級和次級線圈5、6以及加熱元件7的結構方案相應於所示的裝置1、2，從而為了避免重複，僅僅參考其說明。
另外對於用於食物加熱的裝置2以及用於傳遞能量的裝置1，初級和次級線圈5、6設置在一個線圈體8′、8″中，其中在線圈體8′、8″上設置了一個具有微小厚度的不導電的保護層11′、11″，該保護層的熱膨脹係數基本上相應於線圈體8′、8″的熱膨脹係數。該實施方式的特徵在於，僅僅保護層11′、11″的熱膨脹係數、而不是澆注劑10′、10″的熱膨脹係數基本上相應於由鐵氧體製成的線圈體8′、8″的熱膨脹係數。關於裝置1、2的其它結構參考上述根據圖1和2的實施方式。
附圖標記列表1 用於傳遞能量的裝置，加熱板2 食物可以在其中加熱的裝置，容器3 框架4 框架5 初級線圈6 次級線圈7 加熱元件8′ 線圈體8″ 線圈體9′ 空隙9″ 空隙10′澆注劑10″澆注劑11′保護層11″保護層
權利要求
1.裝置(2)，食物可在該裝置中藉助於感應耦合加熱，該裝置(2)具有至少一個由導電體成形的次級線圈(6)，在該次級線圈上連接了至少一個加熱元件(7)，其特徵在於所述次級線圈(6)在線圈體(8″)中通過一種澆注劑(10″)澆注，並且所述絕緣澆注劑(10″)的熱膨脹係數基本上相應於線圈體(8″)的熱膨脹係數。
2.用於將能量傳遞到裝置(2)中以用於藉助於感應加熱食物的裝置(1)，該裝置具有一個由導電體成形的並且與電源連接的初級線圈(5)，其特徵在於所述初級線圈(5)在線圈體(8′)中通過一種澆注劑(10′)澆注，並且所述絕緣澆注劑(10′)的熱膨脹係數基本上相應於線圈體(8)′的熱膨脹係數。
3.按權利要求1或者2所述的裝置(1、2)，其特徵在於在所述線圈體(8′、8″)上設置了一個具有微小厚度的不導電的保護層(11′、11″)，保護層的熱膨脹係數基本上相應於線圈體(8′、8″)的熱膨脹係數。
4.裝置(2)，食物可以在該裝置中藉助於感應耦合加熱，該裝置(2)具有至少一個由導電體成形的次級線圈(6)，在該次級線圈上連接了至少一個加熱元件(7)，其特徵在於所述次級線圈(6)設置在一個線圈體(8″)中，並且在該線圈體(8″)上設置了一個具有微小厚度的不導電的保護層(11′)，該保護層的熱膨脹係數基本上相應於線圈體(8″)的熱膨脹係數。
5.用於將能量傳遞到裝置(2)中以用於藉助於感應加熱食物的裝置(1)，該裝置具有一個由導電體成形的並且與電源連接的初級線圈(5)，其特徵在於所述初級線圈(5)設置在線圈體(8′)中，並且在該線圈體(8′)上設置了一個具有微小厚度的不導電的保護層(11′)，該保護層的熱膨脹係數基本上相應於線圈體(8)′的熱膨脹係數。
6.按前述權利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特徵在於所述線圈體(8′、8″)由鐵氧體製成。
7.按前述權利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特徵在於所述保護層(11′、11″)和/或所述澆注劑(10′、10″)的熱膨脹係數在20℃至150℃的溫度範圍內都與線圈體(8′、8″)的熱膨脹係數相匹配。
8.按前述權利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特徵在於所述線圈體(8′、8″)構造有一個空隙(9′、9″)，其中設置了初級或者次級線圈(5、6)。
9.按前述權利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特徵在於所述線圈體(8′、8″)是旋轉對稱的。
10.按前述權利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特徵在於所述保護層(11′、11″)具有高材料硬度。
11.按前述權利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特徵在於所述保護層(11′、11″)是無定形碳氫化合物層。
12.按前述權利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特徵在於所述保護層(11′、11″)的厚度最大為500μm。
13.按前述權利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特徵在於所述澆注劑(10′、10″)包括環氧樹脂或者聚醯胺。
14.按前述權利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特徵在於所述澆注劑(10′、10″)具有尤其是由陶瓷製成的填充材料。
15.按前述權利要求中任一項所述的裝置(2)，其特徵在於所述加熱元件(7)具有至少一個熱導體，該熱導體具有蜿蜒形的或者雙螺旋線形的走向。
16.按前述權利要求中任一項所述的裝置(2)，其特徵在於在所述次級線圈(6)和加熱元件(7)之間設置了一個隔熱件。
17.按權利要求16所述的裝置(2)，其特徵在於所述隔熱件具有蛭石。
18.按前述權利要求中任一項所述的裝置(2)，其特徵在於所述保護層(11″)是薄膜，其設置在線圈體(8″)上。
19.按前述權利要求中任一項所述的裝置(2)，其特徵在於所述保護層(11″)由陶瓷或者聚四氟乙烯(PTFE)製成。
全文摘要
本發明涉及一種裝置(2)，食物可在該裝置中藉助於感應加熱，該裝置(2)具有至少一個由導電體成形的次級線圈(6)。此外本發明還涉及一種用於將能量傳遞到裝置(2)中以用於藉助於感應加熱食物的裝置(1)，該裝置具有一個由導電體成形的並且與一個電源連接的初級線圈(5)。根據本發明，所述初級和次級線圈(5、6)在線圈體(8′、8″)中通過澆注劑(10′、10″)澆注，並且所述絕緣澆注劑(10′、10″)的熱膨脹係數基本上相應於線圈體(8′、8″)的熱膨脹係數。
文檔編號H05B6/36GK1910959SQ200580002924
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月13日 優先權日2004年1月21日
發明者W·埃克哈德, D·諾伊邁爾, W·施內爾, G·茨紹 申請人:Bsh博施及西門子家用器具有限公司