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WO2019024970A1 - Induktionsheizgerät - Google Patents

Induktionsheizgerät Download PDF

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WO2019024970A1
WO2019024970A1 PCT/EP2017/000935 EP2017000935W WO2019024970A1 WO 2019024970 A1 WO2019024970 A1 WO 2019024970A1 EP 2017000935 W EP2017000935 W EP 2017000935W WO 2019024970 A1 WO2019024970 A1 WO 2019024970A1
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WO
WIPO (PCT)
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inverter circuit
inductor
induction heater
alternating current
induction
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2017/000935
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jakub Betiuk
Kateryna DLUGUNOVYCH
Michal Siesicki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl AKO Stiftung and Co KG
Original Assignee
Diehl AKO Stiftung and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diehl AKO Stiftung and Co KG filed Critical Diehl AKO Stiftung and Co KG
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Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like

Definitions

  • the present invention relates to an induction heating apparatus, such as a induction cooker, with an inductor for inducing eddy currents in a heating element to be heated, such as a cooking vessel, by an alternating current flowing through the inductor.
  • Conventional induction cookers as described for example in DE 197 08 335 B4, have an induction coil for inducing electrical energy in a cooking vessel to be heated, wherein the induction coil is installed in an electrical resonant circuit, which is excited by a switching device, so that the induction coil flows an alternating current with an oscillation frequency of, for example, 20 kHz. Since the cooking vessel or its magnetic properties affect the resonant frequency of the resonant circuit, the switching frequency of the switching device usually has to be variably adjusted.
  • the induction heater has a DC voltage source and an inductor for inducing electrical energy in a heating element to be heated by an AC current flowing through the inductor.
  • the induction heater according to the invention further comprises an inverter circuit for converting a direct current from the DC voltage source into an alternating current.
  • the inductor is connected to the output of the inverter circuit so that the alternating current generated by the inverter circuit is provided to the inductor.
  • the inductor is not part of a resonant circuit.
  • the inductor is traversed by an alternating current, which is generated separately from an upstream inverter circuit. That is, an alternating current is generated by the inverter circuit, which then flows through the inductor, wherein this alternating current and in particular its oscillation frequency are not or at most slightly influenced by the heating element to be heated by means of the inductor.
  • This has several advantages.
  • the inductor can be traversed by an alternating current generated by the inverter circuit at a constant oscillation frequency and, accordingly, the switching frequency of the inverter circuit need not be changed.
  • the control of the inverter circuit can be simplified accordingly.
  • the inductor is not part of a resonant circuit, so that no capacity of such a resonant circuit must be adapted to the inductor.
  • the inductor there is greater flexibility in terms of shape and size, since it is not part of a resonant circuit, so it can be better adapted to the particular application or the heating elements to be heated.
  • the same inverter circuit can be used for different inductors used for various applications.
  • the electromagnetic compatibility (EMC) of the induction heater can be improved, since the inverter circuit, which is uninfluenced by the heating element to be heated, generates a sinusoidal alternating current and the inductor can be traversed by a stable sinusoidal alternating current. Furthermore, higher switching frequencies of the inverter circuit and thus higher frequencies of oscillation (eg up to 200 kHz and more) of the alternating current generated by the inverter circuit may be generated than with conventional induction heaters, so that more electrical energy can be induced in the heating element to be heated by the inductor.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the induction heater according to the present invention is not limited to the use of heating elements made of a ferromagnetic material, but also heating elements of a paramagnetic material (eg, aluminum) or a diamagnetic material (eg, copper) can be heated by means of the inductor.
  • the induction heater is preferably an induction cooker, without the invention being restricted to this application.
  • the heating element to be heated is preferably a cooking vessel, without the invention being restricted to this application.
  • inductor in this context is intended to include any type of device capable of inducing electrical energy (e.g., in the form of eddy currents) in the vicinity of the inductor based on an alternating current in a heating element to be heated.
  • the inductor preferably has at least one induction coil.
  • the term DC source in this context is intended to include any type of device or unit that provides a DC electrical voltage between two poles.
  • the DC voltage source preferably has a rectifier.
  • the DC voltage source is preferably configured as a power supply.
  • the inverter circuit has a switching device connected to the DC voltage source for generating a square-wave signal and a low-pass filter for generating the alternating current from the square-wave signal. That the alternating current for the inductor is provided by the inverter circuit through the interaction of a switching device which generates a square wave signal from the direct current and the low pass filter which generates the desired alternating current from this square wave signal and provides it at the output of the inverter circuit.
  • the term switching device is intended in this context to include any type of device which is suitable for selectively connecting a device or circuit connected to the switching device to one or the other pole of the DC voltage source.
  • the switching device preferably has at least one transistor as a switching element.
  • the switching device preferably has two transistors in a half-bridge circuit.
  • the switching device or its switching element (s) are preferably controlled by a control device.
  • the switching device or its switching element (s) are preferably operated pulse width modulated (PWM), ie the Switching device generates from the direct current from the DC voltage source, a pulse width modulated .Rechtscksignal.
  • PWM pulse width modulated
  • the low pass filter preferably comprises an LC element, i. preferably has at least one coil and at least one capacity.
  • the alternating current generated by the inverter circuit is preferably a sinusoidal alternating current having a constant oscillation frequency.
  • the inductor is connected between the output of the inverter circuit and a DC decoupling coupling.
  • the inductor is connected between the output of the inverter circuit and a capacitive voltage divider.
  • the capacitive voltage divider preferably has two capacitances, the inductor being connected to a center lab grip between the two capacitances.
  • the two capacitances may optionally have substantially equal or different capacitance values.
  • the capacitances of the capacitive voltage divider do not form a resonant circuit together with the inductor in the induction heater according to the invention, but in particular are intended to block only a DC component of the alternating current through the inductor. Thus, the DC losses of the induction heater can be reduced.
  • the inductor may comprise a plurality of induction coils for inducing electrical energy in various heating elements to be heated, which are connected to the output of the common inverter circuit. Since the heating elements to be heated do not or only slightly influence the alternating current and in particular its oscillation frequency through the induction coils, a common inverter circuit can provide an alternating current with a constant oscillation frequency for all induction coils of the inductor.
  • the various inductors of the inductor are preferably connected via additional switching elements and / or current regulator to the common inverter circuit in order to operate the different induction coils independently and to be able to adjust the induction powers of the various induction coils independently.
  • Fig. 1 is a circuit of an induction heater according to the present invention
  • FIG. 2 is a voltage-time diagram for two waveforms in the circuit of FIG.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an induction cooker according to the invention as an example of an induction heater.
  • the induction cooker has a DC voltage source 10, which in this example has a DC link capacitor C1, which is connected downstream of a rectifier (not shown) connected to an AC voltage source.
  • a rectifier not shown
  • an inverter circuit 12 Connected to the poles (VCC, GND) of the DC voltage source 10 is an inverter circuit 12 which converts the DC current from the DC voltage source 10 into an AC current.
  • This inverter circuit 12 includes a switching device 14 and a low-pass filter 16.
  • the switching device 14 includes two transistors T1 and T2 as switching elements in a half-bridge circuit, which are each connected to a pole VCC or GND of the DC voltage source 10.
  • the two transistors T1, T2 are driven by a controller 22, i. switched on and off.
  • the low-pass filter 16 includes an LC element having a coil L2 and a capacitor C2.
  • the low-pass filter 16 is on the one hand connected to the center tap between the two transistors T1, T2 of the switching device 14 and on the other hand connected to a pole (here: GND) of the DC voltage source 10.
  • the control device 22 controls the transistors T1, T2 of the switching device 14 in pulse width modulation (PWM) so that the center tap between the two transistors alternately with the one or the other pole of the DC voltage source 10th connected is.
  • PWM pulse width modulation
  • the PWM control of the transistors T1, T2 of the switching device 14 is preferably carried out in a technique that allows elimination of the high-frequency harmonics.
  • a pulse-width-modulated rectangular signal A is generated by the switching device 14. From this square wave signal A, the low-pass filter B then generates a sinusoidal alternating current B having a constant oscillation frequency, which is provided at the output of the inverter circuit 12.
  • FIG. 2 shows, in a voltage-time diagram, the signal curve of the pulse width modulated square wave signal A at the center tap between the two transistors T1, T2 of the switching device 14 and the sinusoidal alternating current signal B at the output of the low-pass filter 16 or the inverter circuit 12.
  • the induction cooker further includes an inductor 18 having an inductor L1.
  • the inductor 18 is connected on the one hand to the output of the inverter circuit 12, and on the other hand connected to a center tap between two capacitances C3, C4 of a capacitive voltage divider 24.
  • the inductor 18 By means of the alternating current B generated by the inverter circuit 12, which flows through the inductor 18, the inductor 18 induces electrical energy in the form of eddy currents in a cooking vessel 20 placed in its vicinity as an example of a heating element to be heated. As a result, the cooking vessel 20 heats up.
  • the capacitive voltage divider 24 allows AC through the inductor 18, but blocks a DC component, so that DC losses can be reduced.
  • the inverter circuit 12 independently of the respective cooking vessel 20 via switching frequencies of the switching device 14 of a few hundred kHz, a sinusoidal alternating current B with a constant oscillation frequency of up to 200 kHz and more ready.
  • the inductor 18 not only cooking vessels 20 made of a ferromagnetic material (eg iron), but also cooking vessels 20 made of a paramagnetic material (eg Aluminum) or a diamagnetic material (eg copper).
  • the switching frequency of the transistors T1, T2 of the switching device 14 need not be adapted to the particular cooking vessels 20 used.
  • the stable sinusoidal oscillation of the alternating current B generated by the inverter circuit 12 improves the electromagnetic compatibility (EMC) of the induction cooker.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • heating element to be heated, e.g. cooking vessel

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Induction Heating Cooking Devices (AREA)

Abstract

Ein Induktionsheizgerät (z.B. Induktionskochherd) enthält eine Gleichspannungsquelle (10), einen Wechselrichterschaltkreis (12) zum Umwandeln eines Gleichstroms von der Gleichspannungsquelle (10) in einen Wechselstrom (B), und einen Induktor (18) zum Induzieren von elektrischer Energie in einem zu erwärmenden Heizelement (20) (z.B. Kochgefäß) durch den durch den Induktor (18) fließenden Wechselstrom (B). Der Induktor (18) ist mit dem Ausgang des Wechselrichterschaltkreises (12) verbunden, sodass dem Induktor (18) der vom Wechselrichterschaltkreis (12) erzeugte Wechselstrom (B) bereitgestellt wird. Der Wechselrichterschaltkreis (12) weist vorzugsweise eine mit der Gleichspannungsquelle (10) verbundene Schalteinrichtung (14) zum Erzeugen eines Rechtecksignals (A) und ein Tiefpassfilter (16) zum Erzeugen eines sinusförmigen Wechselstroms (B) mit konstanter Schwingungsfrequenz aus dem Rechtecksignal (A) auf.

Description

Induktionsheizgerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Induktionsheizgerät, wie beispielsweise einen In- duktionskochherd, mit einem Induktor zum Induzieren von Wirbelströmen in einem zu erwärmenden Heizelement, wie beispielsweise einem Kochgefäß, durch einen durch den Induktor fließenden Wechselstrom.
Herkömmliche Induktionskochherde, wie sie beispielsweise in der DE 197 08 335 B4 beschrieben sind, weisen eine Induktionsspule zum Induzieren von elektrischer Energie in einem zu erwärmenden Kochgefäß auf, wobei die Induktionsspule in einen elektrischen Schwingkreis eingebaut ist, der von einer Schalteinrichtung angeregt wird, sodass durch die Induktionsspule ein Wechselstrom mit einer Schwingungsfrequenz von zum Beispiel 20 kHz fließt. Da das Kochgefäß bzw. dessen magnetische Eigenschaften die Resonanzfrequenz des Schwingkreises beeinflussen, muss die Schaltfrequenz der Schalteinrichtung in der Regel variabel angepasst werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Induktionsheizgerät zu schaffen, mit dem unabhängig von dem zu erwärmenden Heizelement eine verbesserte Wirkungsweise erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Induktionsheizgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Das Induktionsheizgerät weist eine Gleichspannungsquelle und einen Induktor zum Induzieren von elektrischer Energie in einem zu erwärmenden Heizelement durch einen durch den Induktor fließenden Wechselstrom auf. Das erfindungsgemäße Induktionsheizgerät weist ferner einen Wechselrichterschaltkreis zum Umwandeln eines Gleichstroms von der Gleichspannungsquelle in einen Wechselstrom auf. Der Induktor ist mit dem Ausgang des Wechselrichterschaltkreises verbunden, sodass dem Induktor der vom Wechselrichterschaltkreis erzeugte Wechselstrom bereitgestellt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Induktionsheizgeräten ist der Induktor nicht Bestandteil eines Schwingkreises. Stattdessen wird der Induktor von einem Wechselstrom durchflössen, der separat von einem vorgeschalteten Wechsel-richterschaltkreis erzeugt wird. D.h. von dem Wechselrichterschaltkreis wird ein Wechselstrom erzeugt, der dann durch den Induktor fließt, wobei dieser Wechselstrom und insbesondere seine Schwingungsfrequenz durch das mittels des Induktors zu erwärmende Heizelement nicht oder allenfalls geringfügig beeinflusst werden. Dies hat mehrere Vorteile zur Folge. So kann der Induktor unabhängig von dem zu erwärmenden Heizelement von einem durch den Wechselrichterschaltkreis erzeugten Wechselstrom mit einer konstanten Schwingungsfrequenz durchflössen werden und muss dementsprechend die Schaltfrequenz des Wechselrichterschaltkreises nicht verändert werden. Die Ansteuerung des Wechselrichterschaltkreises kann dementsprechend vereinfacht werden. Der Induktor ist nicht Teil eines Schwingkreises, sodass auch keine Kapazität eines solchen Schwingkreises an den Induktor angepasst werden muss. Für den Induktor besteht eine größere Flexibilität hinsichtlich Form und Größe, da er nicht Teil eines Schwingkreises ist, sodass er besser an die jeweilige Anwendung bzw. die zu erwärmenden Heizelemente angepasst werden kann. Andererseits kann für unterschiedliche Induktoren, die für verschie- dene Anwendungen eingesetzt werden, der gleiche Wechselrichterschaltkreis benutzt werden.
Außerdem kann die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Induktionsheizgeräts verbessert werden, da der durch das zu erwärmende Heizelement unbeeinflusste Wech- selrichterschaltkreises einen sinusförmigen Wechselstrom erzeugen und der Induktor von einem stabilen sinusförmigen Wechselstrom durchflössen werden kann. Ferner können höhere Schaltfrequenzen des Wechselrichterschaltkreises und damit höhere Schwingungsfrequenzen (z.B. bis zu 200 kHz und mehr) des vom Wechselrichterschaltkreis erzeugten Wechselstroms als mit herkömmlichen Induktionsheizgeräten erzeugt werden, sodass durch den Induktor mehr elektrische Energie in dem zu erwärmenden Heizelement induziert werden kann. Als Ergebnis ist das erfindungsgemäße Induktionsheizgerät nicht auf die Verwendung von Heizelementen aus einem ferromagnetischen Material beschränkt, sondern es können auch Heizelemente aus einem paramagnetischen Material (z.B. Aluminium) oder einem diamagnetischen Material (z.B. Kupfer) mit- tels des Induktors erwärmt werden. Bei dem Induktionsheizgerät handelt es sich vorzugsweise um einen Induktionskochherd, ohne dass die Erfindung auf diese Anwendung beschränkt sein soll. Dementsprechend handelt es sich bei dem zu erwärmenden Heizelement vorzugsweise um ein Kochgefäß, ohne dass die Erfindung auf diese Anwendung beschränkt sein soll.
Der Begriff Induktor soll in diesem Zusammenhang jede Art von Einrichtung umfassen, die geeignet ist, basierend auf einem Wechselstrom in einem zu erwärmenden Heizelement in der Nähe des Induktors elektrische Energie (z.B. in Form von Wirbelströmen) zu induzieren. Der Induktor weist bevorzugt wenigstens eine Induktionsspule auf.
Der Begriff Gleichspannungsquelle soll in diesem Zusammenhang jede Art von Einrichtung oder Einheit umfassen, die zwischen zwei Polen eine elektrische Gleichspannung bereitstellt. Die Gleichspannungsquelle weist vorzugsweise einen Gleichrichter auf. In einer Ausführungsform ist die Gleichspanungsquelle bevorzugt als Netzgerät ausgestaltet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Wechselrichterschaltkreis eine mit der Gleichspannungsquelle verbundene Schalteinrichtung zum Erzeugen eines Rechtecksignals und ein Tiefpassfilter zum Erzeugen des Wechselstroms aus dem Rechtecksignal auf. D.h. der Wechselstrom für den Induktor wird vom Wechselrichterschaltkreis durch das Zusammenspiel einer Schalteinrichtung, die aus dem Gleichstrom ein Rechtecksignal erzeugt, und des Tiefpassfilters, das aus diesem Rechtecksignal den gewünschten Wechselstrom erzeugt und am Ausgang des Wechselrichterschaltkreises bereitstellt.
Der Begriff Schalteinrichtung soll in diesem Zusammenhang jede Art von Einrichtung umfassen, die geeignet ist, eine mit der Schalteinrichtung verbundene Einrichtung oder Schaltung wahlweise mit dem einen oder dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle zu verbinden. Die Schalteinrichtung weist vorzugsweise wenigstens einen Transistor als Schaltelement auf. Die Schalteinrichtung weist vorzugsweise zwei Transistoren in Halbbrückenschaltung auf. Die Schalteinrichtung bzw. deren Schaltelement(e) sind vorzugsweise von einer Steuereinrichtung ansteuerbar. Die Schalteinrichtung bzw. deren Schaltelement(e) werden vorzugsweise pulsweitenmoduliert (PWM) betrieben, d.h. die Schalteinrichtung erzeugt aus dem Gleichstrom von der Gleichspannungsquelle ein pulsweitenmoduliertes .Rechtecksignal.
Das Tiefpassfilter weist vorzugsweise ein LC-Glied auf, d.h. weist vorzugsweise wenigs- tens eine Spule und wenigstens eine Kapazität auf. Der vom Wechselrichterschaltkreis erzeugte Wechselstrom ist vorzugsweise ein sinusförmiger Wechselstrom mit konstanter Schwingungsfrequenz.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Induktor zwischen den Ausgang des Wech- selrichterschaltkreises und eine Gleichstromentkopplung geschaltet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Induktor zwischen den Ausgang des Wechselrichterschaltkreises und einen kapazitiven Spannungsteiler geschaltet. Der kapazitive Spannungsteiler weist vorzugsweise zwei Kapazitäten auf, wobei der In- duktor mit einem Mitte labgriff zwischen den zwei Kapazitäten verbunden ist. Die zwei Kapazitäten können wahlweise im Wesentlichen gleiche oder unterschiedliche Kapazitätswerte haben. Die Kapazitäten des kapazitiven Spannungsteilers bilden bei dem erfindungsgemäßen Induktionsheizgerät keinen Schwingkreis zusammen mit dem Induktor, sondern sollen insbesondere nur einen Gleichstromanteil des Wechselstroms durch den Induktor sperren. Damit können auch die Gleichstromverluste des Induktionsheizgeräts reduziert werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Induktor mehrere Induktionsspulen zum Induzieren von elektrischer Energie in verschiedenen zu erwärmenden Heizelementen aufweisen, die mit dem Ausgang des gemeinsamen Wechselrichterschaltkreises verbunden sind. Da die zu erwärmenden Heizelemente den Wechselstrom und insbesondere seine Schwingungsfrequenz durch die Induktionsspulen nicht oder nur geringfügig beeinflussen, kann ein gemeinsamer Wechselrichterschaltkreis einen Wechselstrom mit konstanter Schwingungsfrequenz für alle Induktionsspulen des Induktors bereitstellen. Die verschiedenen Induktionsspulen des Induktors sind vorzugsweise über zusätzliche Schaltelemente und/oder Stromregler mit dem gemeinsamen Wechselrichterschaltkreis verbunden, um die verschiedenen Induktionsspulen unabhängig voneinander betreiben zu können und die Induktionsleistungen der verschiedenen Induktionsspulen unabhängig voneinander einstellen zu können. Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
Fig. 1 eine Schaltung eines Induktionsheizgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
Fig. 2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm für zwei Signalverläufe in der Schaltung von Fig.
1.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Induktionskochherdes als Beispiel eines Induktionsheizgeräts dargestellt. Der Induktionskochherd weist eine Gleichspannungsquelle 10 auf, die in diesem Beispiel einen Zwischenkreiskondensator C1 aufweist, der einem an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Gleichrichter (nicht dargestellt) nachgeschaltet ist. An die Pole (VCC, GND) der Gleichspannungsquelle 10 ist ein Wechselrichterschaltkreis 12 angeschlossen, der den Gleichstrom von der Gleichspannungsquelle 10 in einen Wechsel- ström umwandelt.
Dieser Wechselrichterschaltkreis 12 enthält eine Schalteinrichtung 14 und ein Tiefpassfilter 16. Die Schalteinrichtung 14 enthält zwei Transistoren T1 und T2 als Schaltelemente in einer Halbbrückenschaltung, die jeweils mit einem Pol VCC oder GND der Gleich- spannungsquelle 10 verbunden sind. Die beiden Transistoren T1 , T2 werden von einer Steuereinrichtung 22 angesteuert, d.h. ein- und ausgeschaltet. das Tiefpassfilter 16 enthält ein LC-Glied mit einer Spule L2 und einer Kapazität C2. Das Tiefpassfilter 16 ist einerseits mit dem Mittelabgriff zwischen den beiden Transistoren T1 , T2 der Schalteinrichtung 14 verbunden und andererseits mit einem Pol (hier: GND) der Gleichspannungsquelle 10 verbunden.
Die Steuereinrichtung 22 steuert die Transistoren T1 , T2 der Schalteinrichtung 14 in Pulsweitenmodulation (PWM) so an, dass der Mittelabgriff zwischen den beiden Transis- toren abwechselnd mit dem einen oder dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle 10 verbunden ist. Die PWM-Ansteuerung der Transistoren T1 , T2 der Schalteinrichtung 14 erfolgt dabei vorzugsweise in einer Technik, die eine Elimination der hochfrequenten Harmonischen erlaubt. Hierdurch wird von der Schalteinrichtung 14 ein pulsweitenmoduliertes Rechtecksignal A erzeugt. Aus diesem Rechtecksignal A erzeugt das Tiefpassfilter B dann einen sinusförmigen Wechselstrom B mit einer konstanten Schwingungsfrequenz, der am Ausgang des Wechselrichterschaltkreises 12 bereitgestellt wird.
Fig. 2 zeigt in einem Spannungs-Zeit-Diagramm den Signalverlauf des puls- weitenmodulierten Rechtecksignals A am Mittelabgriff zwischen den beiden Transistoren T1 , T2 der Schalteinrichtung 14 und des sinusförmigen Wechselstromsignals B am Ausgang des Tiefpassfilters 16 bzw. des Wechselrichterschaltkreises 12.
Der Induktionskochherd weist ferner einen Induktor 18 mit einer Induktionsspule L1 auf. Der Induktor 18 ist einerseits mit dem Ausgang des Wechselrichterschaltkreises 12 verbunden, und andererseits mit einem Mittelabgriff zwischen zwei Kapazitäten C3, C4 eines kapazitiven Spannungsteilers 24 verbunden.
Durch den vom Wechselrichterschaltkreis 12 erzeugten Wechselstrom B, der den Induktor 18 durchfließt, induziert der Induktor 18 in einem in seiner Nähe platzierten Kochgefäß 20 als Beispiel eines zu erwärmenden Heizelements elektrische Energie in Form von Wirbelströmen. Hierdurch erwärmt sich das Kochgefäß 20.
Der kapazitive Spannungsteiler 24 ermöglicht einen Wechselstrom durch den Induktor 18, sperrt aber einen Gleichstromanteil, sodass Gleichstromverluste reduziert werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Induktionskochherd stellt der Wechselrichterschaltkreis 12 unabhängig von dem jeweiligen Kochgefäß 20 über Schaltfrequenzen der Schalteinrichtung 14 von einigen hundert kHz einen sinusförmigen Wechselstrom B mit einer konstanten Schwingungsfrequenz von bis zu 200 kHz und mehr bereit. Auf diese Weise können mit dem Induktor 18 nicht nur Kochgefäße 20 aus einem ferromagnetischen Material (z.B. Eisen), sondern auch Kochgefäße 20 aus einem paramagnetischen Material (z.B. Aluminium) oder einem diamagnetischen Material (z.B. Kupfer) erwärmt werden. Die Schaltfrequenz der Transistoren T1 , T2 der Schalteinrichtung 14 müssen nicht an die jeweils benutzten Kochgefäße 20 angepasst werden. Zudem verbessert die stabile sinusförmige Schwingung des vom Wechselrichterschaltkreis 12 erzeugten Wechsel- Stroms B die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Induktionskochherdes.
BEZUGSZIFFERNLISTE
10 Gleichspannungsquelle
12 Wechselrichterschaltkreis
14 Schalteinrichtung
16 Tiefpassfilter
18 Induktor
20 zu erwärmendes Heizelement, z.B. Kochgefäß
22 Steuereinrichtung
24 kapazitiver Spannungsteiler

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Induktionsheizgerät, aufweisend eine Gleichspannungsquelle (10) und einen Induktor (18) zum Induzieren von elektrischer Energie in einem zu erwärmenden Heizelement (20) durch einen durch den Induktor (18) fließenden Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, dass
das Induktionsheizgerät ferner einen Wechselrichterschaltkreis (12) zum Umwandeln eines Gleichstroms von der Gleichspannungsquelle (10) in einen Wechselstrom (B) aufweist; und
der Induktor (18) mit dem Ausgang des Wechselrichterschaltkreises (12) verbunden ist und dem Induktor (18) der vom Wechselrichterschaltkreis (12) erzeugte Wechselstrom (B) bereitgestellt wird.
Induktionsheizgerät nach Anspruch 1 , bei welchem
der Wechselrichterschaltkreis (12) eine mit der Gleichspannungsquelle (10) verbundene Schalteinrichtung (14) zum Erzeugen eines Rechtecksignals (A) und ein Tiefpassfilter (16) zum Erzeugen des Wechselstroms (B) aus dem Rechtecksignal (A) aufweist.
Induktionsheizgerät nach Anspruch 2, bei welchem
das Tiefpassfilter (16) ein LC-Glied (L2, C2) enthält.
Induktionsheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der vom Wechselrichterschaltkreis (12) erzeugte Wechselstrom (B) ein sinusförmiger Wechselstrom mit konstanter Schwingungsfrequenz ist.
5. Induktionsheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
der Induktor (18) zwischen den Ausgang des Wechselrichterschaltkreises (12) und eine Gleichstromentkopplung (24) geschaltet ist. Induktionsheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Induktor (18) zwischen den Ausgang des Wechselrichterschaltkreises (12) und einen kapazitiven Spannungsteiler (24) geschaltet ist.
Induktionsheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schalteinrichtung (14) des Wechselrichterschaltkreises (12) zwei Transistoren (T1 , T2) in Halbbrückenschaltung aufweist.
Induktionsheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schalteinrichtung (14) des Wechselrichterschaltkreises (12) wenigstens ein Schaltelement (T1 , T2) aufweist, das pulsweitenmoduliert geschaltet wird.
Induktionsheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Induktor (18) mehrere Induktionsspulen (L1) zum Induzieren von elektrischer Energie in verschiedenen zu erwärmenden Heizelementen (20) aufweist, die mit dem Ausgang des gemeinsamen Wechselrichterschaltkreises (12) verbunden sind.
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