DE10022865A1

DE10022865A1 - Induction cooking range has isolating transformer whose secondary winding is earthed between high frequency generator and heating coil or coils

Info

Publication number: DE10022865A1
Application number: DE2000122865
Authority: DE
Inventors: Werner Irnich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-11-29
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: DE10022865C2

Abstract

The device has an upper cover plate (9) of dielectric material, a high frequency generator, at least one heating coil (8) and an isolating transformer (4) whose secondary winding (7) is earthed between the high frequency generator and the heating coil or coils. For a cylindrical coil the transformer secondary is earthed and connected to the winding of the heating coil closest to the pot (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktionskochmulde mit einer oberen Abdeckplatte aus dielektrischem Material, einem Hochfrequenzgenerator und wenigstens einer Induktionsspule.The invention relates to an induction hob with an upper Cover plate made of dielectric material, one High frequency generator and at least one induction coil.

Bei Induktionsherden, auch Induktionskochmulden genannt, werden durch die Induktionsspulen, die im folgenden auch als Heizspulen bezeichnet werden, Magnetfelder erzeugt, die in einem ferromagnetischen Topfboden Wirbelstromfelder bewirken, die den Topf erwärmen. Induktionskochmulden haben gegenüber herkömmlichen Elektroherden verschiedene Vorteile. Zum Beispiel erwärmt sich bei ihnen nur der Topfboden, so dass keine anderen energiespeichernden Teile wie beispielsweise Herdplatten aufgeheizt werden. Außerdem hört mit dem Abschalten des Feldes ähnlich wie beim Heizen mit Gasflammen unmittelbar die weitere Erwärmung auf. Ferner kann man sich an der Kochmulde selbst nicht verbrennen. Darüber hinaus eignen sich Induktionskochmulden wegen ihrer Reaktionsschnelligkeit gut für eine Regelung mit Hilfe eines Thermosensors, und schließlich ist der Wirkungsgrad von Induktionskochmulden höher als der konventioneller Herde.Induction cookers, also called induction hobs, are through the induction coils, which are also referred to below as heating coils are referred to, generated magnetic fields in a ferromagnetic pot bottom cause eddy current fields that the Warm the pot. Induction cooktops have opposite conventional electric stoves various advantages. For example only the bottom of the pot warms up, so that no others energy-storing parts such as stovetops be heated. It also stops when the field is switched off similar to heating with gas flames, the other immediately Warming up. You can also use the hob itself don't burn. They are also suitable Induction hobs are good for because of their speed of reaction a regulation with the help of a thermal sensor, and finally is the efficiency of induction hobs is higher than that conventional cookers.

Üblicherweise erzeugt man bei Induktionskochmulden Magnetfelder mit Frequenzen zwischen knapp 25 kHz und etwas mehr als 40 kHz, da einerseits der Wirbelstromeffekt proportional zur Frequenz ansteigt, andererseits man noch unterhalb des Langwellen- Rundfunks bleiben will. Bei diesen Frequenzen beginnen jedoch kapazitive Kopplungen wirksam zu werden, die immer dann auftreten, wenn sich zwei leitende Flächen isoliert in geringem Abstand gegenüber stehen. Da die das Feld erzeugende Heizspule sehr dicht an den Topfboden herangebracht wird, um die magnetischen Streufelder gering zu halten, bildet sich zwischen Topf und Spule ein Kondensator aus, der einen Stomfluss über einen Menschen ermöglicht, wenn durch Berühren des Topfes und geerdeter Teile ein Stromkreis geschlossen wird. Dieser über den Menschen abfließende Strom wird im folgenden mit "Ableitstrom"' bezeichnet. Messungen haben ergeben, dass der Ableitstrom bei satter Erdung eines Probanden bis zu 5 mA betragen kann. Ableitströme in dieser Größenordnung werden von manchen Menschen als unerwünscht angesehen. Insoesondere können sie aber unter bestimmten Bedingungen bei Schrittmacher-Patienten die Funktion der Herzschrittmacher beeinflussen.Magnetic fields are usually generated in induction hobs with frequencies between just under 25 kHz and just over 40 kHz, because on the one hand, the eddy current effect proportional to the frequency increases, on the other hand you still below the long wave Wants to stay broadcasting. However, start at these frequencies capacitive couplings to take effect that always occur when two conductive surfaces are isolated in a small amount Stand opposite. Because the heating coil generating the field is brought very close to the bottom of the pot to the Keep magnetic stray fields low, forms between Pot and coil made of a capacitor that has a current flow across it allows a human being when touching the pot and grounded parts a circuit is closed. This about the Current flowing out of people is referred to below as "leakage current" ' designated. Measurements have shown that the leakage current at a subject's full grounding can be up to 5 mA. Leakage currents of this magnitude are used by some people considered undesirable. In particular, you can under certain conditions in pacemaker patients affect the pacemaker.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Induktionskochmulden so auszugestalten, dass die Bildung von Ableitströmen minimiert oder sogar völlig unterbunden wird.The invention has for its object induction hobs to be designed so that the formation of leakage currents is minimized or even completely prevented.

Die Erfindung zeichnet sich gemäß einer ersten grundsätzlichen Ausführungsform dadurch aus, dass zwischen dem Hochfrequenzgenerator und der Heizspule bzw. den Heizspulen ein Trenntransformator zwischengeschaltet ist, dessen Sekundärwicklung geerdet ist.The invention is characterized according to a first fundamental Embodiment characterized in that between the High frequency generator and the heating coil or the heating coils Isolating transformer is interposed, the Secondary winding is grounded.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung sieht ebenfalls die Zwischenschaltung eines Trenntransformators zwischen dem HF- Generator und der Heizspule vor, wobei in diesem Fall der Transformator als ein auf die Generatorfrequenz abgestimmtes Bandpass-Filter ausgestaltet ist.A second embodiment of the invention also provides that Interposition of an isolating transformer between the HF Generator and the heating coil before, in which case the Transformer as a tuned to the generator frequency Bandpass filter is designed.

Während sich bei den bekannten Induktionskochmulden unvermeidbar Ableitstromverhältnisse ausbilden, die je nach Konstruktion und Schaltung mehr oder weniger zufällig sind, wird bei dem erfindungsgemäßen Aufbau eine Aufladung des durch die Heizspule und den Boden des Kochtopfs gebildeten Kondensators vermieden oder zumindest stark minimiert. Da auf diese Weise die kapazitive Kopplung zwischen der Heizspule und dem Kochtopf verhindert wird, kann es nicht mehr zur Bildung störender Ableitströme kommen. While inevitable in the known induction hobs Form leakage current ratios, depending on the design and Circuit are more or less random, which will construction according to the invention a charging of the heating coil and the bottom of the saucepan formed capacitor avoided or at least greatly minimized. Because in this way the capacitive coupling between the heating coil and the saucepan prevented, it can no longer be more disruptive to education Leakage currents come.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.Appropriate refinements and developments of the invention result from the subclaims and from the following Description of various embodiments using the Drawings.

Von den Zeichnungen zeigtFrom the drawings shows

Fig. 1 den Schaltungsaufbau einer Induktionskochmulde bei Verwendung einer zylinderförmigen Heizspule; FIG. 1 shows the circuit structure of an induction cooker hob with the use of a cylindrical heater coil;

Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung bei Verwendung einer spiralförmigen Heizspule; Fig. 2 shows an embodiment of the invention when using a spiral heating coil;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schaltung mit zwei ineinander geschobenen Heizspulen mit entgegengesetztem Windungssinn; Fig. 3 shows a circuit according to the invention with two nested heating coils with opposed directions of winding;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Induktionskochmulde mit zwei halbkreisförmigen Heizspulen; Fig. 4 is an induction cooktop according to the invention with two semi-circular heating coils;

Fig. 5 eine Ausführungsform der Erfindung mit vier viertelkreisförmigen Heizspulen, und Fig. 5 shows an embodiment of the invention with four quarter-circular heating coils, and

Fig. 6 eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Bandpass-Filters. Fig. 6 shows an embodiment of the invention using a bandpass filter.

Die Zeichnungen zeigen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in schematischer Darstellung, wobei jeweils nur die erfindungswesentlichen Teile wiedergegeben sind.The drawings show different embodiments of the Invention in a schematic representation, with only each parts essential to the invention are reproduced.

Die Ausgangsspannung des HF-Generators, der als solcher nicht dargestellt ist, liegt an den Klemmen 1, 2 der Primärspule 3 des Trenntransformators 4 an. Die Klemmen 5, 6 der Sekundärspule 7 des Trenntransformators sind mit der zylinderförmigen Heizspule 8 verbunden, deren oberste Windung dicht unterhalb der Platte 9 aus dielektrischem Material angeordnet ist. Die Platte 9 stellt die Tragplatte für den Topf 10 aus ferromagnetischem Material dar. Das elektrische Potential der obersten Windung der Heizspule 8 bestimmt den Strom, der über die Spule-Topf- Kapazität abfließt. Im ungünstigsten Fall entspricht das Potential der vollen Ausgangsspannung des Transformators 4. Um das elektrische Potential der obersten Windung der Heizspule möglichst niedrig zu halten, wird bei diesem Ausführungsbeispiel die oberste Windung der Heizspule oder die zu dieser Windung führende Zuleitung der Sekundärspule des Transformators geerdet.The output voltage of the HF generator, which is not shown as such, is present at the terminals 1 , 2 of the primary coil 3 of the isolating transformer 4 . The terminals 5 , 6 of the secondary coil 7 of the isolating transformer are connected to the cylindrical heating coil 8 , the uppermost turn of which is arranged just below the plate 9 made of dielectric material. The plate 9 represents the support plate for the pot 10 made of ferromagnetic material. The electrical potential of the uppermost turn of the heating coil 8 determines the current that flows through the coil-pot capacitance. In the worst case, the potential corresponds to the full output voltage of the transformer 4 . In order to keep the electrical potential of the uppermost turn of the heating coil as low as possible, the top turn of the heating coil or the lead of the secondary coil of the transformer leading to this turn is grounded in this exemplary embodiment.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit einer spiralförmigen Heizspule 12, die hier in der Aufsicht dargestellt ist. Die Sekundärspule 13 des Trenntransformators 4 ist hier in ihrer Mitte, nämlich an dem Anschlußpunkt 14, geerdet. Dadurch entstehen gegenüber Erde zwei gleich große symmetrische Spannungen entgegengesetzter Polarität. Diese beiden Spannungen liegen über die Anschlußklemmen 15, 16 an den Enden der spiralförmigen Heizspule 12 an. Auf diese Weise ergibt sich am Spule-Topf-Kondensator im Mittel eine Spannung von Null, und die Entstehung eines Ableitstromes wird so verhindert. Fig. 2 shows an embodiment with a spiral heating coil 12 , which is shown here in plan view. The secondary coil 13 of the isolating transformer 4 is here at its center, namely at the connection point 14 , grounded. This creates two symmetrical voltages of opposite polarity of equal magnitude with respect to earth. These two voltages are applied via the terminals 15 , 16 at the ends of the spiral heating coil 12 . This results in an average voltage of zero at the coil-pot capacitor, and the generation of a leakage current is prevented.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 verwendet ebenfalls einen Trenntransformator 4, dessen Sekundärspule 13 in der Mitte am Anschlußpunkt 14 geerdet ist. Dadurch entstehen wiederum an den beiden Anschlußklemmen 18, 19 symmetrische Ausgangsspannungen gegenüber Erde. In diesem Fall werden zwei nahezu gleich große Heizspulen 20,21 mit entgegengesetztem Windungssinn verwendet, die ineinander geschoben sind. Die beiden Heizspulen 20,21 werden so mit der Sekundärspule 13 verbunden, dass die oberste Windung der Heizspule 20 mit der Ausgangsklemme 18, die oberste Windung der Heizspule 21 mit der Ausgangsklemme 19, und die Enden der untersten Wicklung der beiden Heizspulen mit dem mittleren Anschlußpunkt 14 verbunden werden, der seinerseits geerdet ist. Durch den entgegengesetzten Windungssinn der beiden Heizspulen 20,21 wird auf diese Weise ein gleichgerichtetes Magnetfeld, jedoch ein entgegengesetztes elektrisches Feld erzeugt, das sich kompensiert. Diese Ausführungsform ist auch bei einer exzentrischen Position des Topfes im Verhältnis zu den Heizspulen unempfindlich.The embodiment according to FIG. 3 also uses an isolating transformer 4 , the secondary coil 13 of which is grounded in the middle at the connection point 14 . This in turn produces symmetrical output voltages with respect to earth at the two connection terminals 18 , 19 . In this case, two heating coils 20 , 21 of almost the same size, with opposite turns, are used, which are pushed one inside the other. The two heating coils 20 , 21 are connected to the secondary coil 13 such that the top winding of the heating coil 20 with the output terminal 18 , the top winding of the heating coil 21 with the output terminal 19 , and the ends of the bottom winding of the two heating coils with the middle connection point 14 are connected, which in turn is grounded. The opposite winding sense of the two heating coils 20 , 21 produces a rectified magnetic field in this way, but an opposite electric field, which compensates. This embodiment is also insensitive to an eccentric position of the pot in relation to the heating coils.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung sind an die Sekundärspule 23, die ebenfalls mittig geerdet ist, zwei zylindrische halbkreisförmige Heizspulen 26, 27 angeschlossen, die zusammen einen Vollzylinder bilden. An den Ausgangsklemmen 24, 25 liegen symmetrische, gleich große Ausgangsspannungen an. Die Ausgangsklemmen 24, 25 sind jeweils mit dem Ende der obersten Wicklung der beiden Heizspulen verbunden. Wenn bei dieser Anordnung die beiden Heizspulen 26, 27 entgegengesetzten Windungssinn besitzen, sind die magnetischen Felder gleichsinnig, die elektrischen Felder jedoch gegensinnig zueinander. Die Ableitströme kompensieren sich dann im Boden des Kochtopfes.In the arrangement shown in FIG. 4, two cylindrical semicircular heating coils 26 , 27 are connected to the secondary coil 23 , which is also grounded centrally, which together form a solid cylinder. There are symmetrical, equally large output voltages at the output terminals 24 , 25 . The output terminals 24 , 25 are each connected to the end of the uppermost winding of the two heating coils. In this arrangement, if the two heating coils 26 , 27 have opposite turns, the magnetic fields are in the same direction, but the electric fields are in opposite directions to one another. The leakage currents are then compensated for in the bottom of the saucepan.

Die Anordnung nach Fig. 4 läßt sich auch so realisieren, dass die beiden Heizspulen 26, 27 den gleichen Windungssinn haben. In diesem Fall kompensieren sich die magnetischen und die elektrischen Felder im Boden des Kochtopfes. Vorausgesetzt, dass der Abstand zwischen den Heizspulen und dem Topfboden gering ist, ergibt sich praktisch kein magnetischer "Kurzschluss" zwischen den beiden Heizspulen. Diese Lösung hat den Vorteil, dass sich bei exzentrischer Position des Kochtopfes bezüglich der Heizspulen die Magnetfelder bevorzugt im Bereich des Kochfeldes schließen und nicht außerhalb. Andererseits wird bei exzentrischer Position des Kochtopfes die Kompensation unvollständiger, wenn der Topf beispielsweise nur eine der beiden Halbspulen bedeckt.The arrangement according to FIG. 4 can also be implemented in such a way that the two heating coils 26 , 27 have the same winding sense. In this case, the magnetic and electrical fields in the bottom of the saucepan compensate. Provided that the distance between the heating coils and the bottom of the pot is small, there is practically no magnetic "short circuit" between the two heating coils. This solution has the advantage that when the saucepan is in an eccentric position with respect to the heating coils, the magnetic fields preferably close in the area of the hob and not outside. On the other hand, when the saucepan is in an eccentric position, the compensation becomes incomplete if, for example, the saucepan only covers one of the two half-coils.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der wiederum die Sekundärspule 23 des Trenntransformators 4 mittig geerdet ist, so dass an den beiden Ausgangsklemmen 24, 25 wiederum entgegen gerichtete symmetrische Spannungen anliegen. Bei diesem Beispiel sind in der dargestellten Weise vier zylindrische Heizspulen 30,31, 32, 33 mit jeweils viertelkreisförmigem Querschnitt angeschlossen, die zusammen den Querschnitt eines vollen Kreises bilden. Die symmetrischen Ausgangsspannungen der Sekundärspule 23 liegen wiederum jeweils an den oberen Windungen der Heizspulen. FIG. 5 shows an embodiment in which the secondary coil 23 of the isolating transformer 4 is again grounded in the center, so that opposite symmetrical voltages are again present at the two output terminals 24 , 25 . In this example, four cylindrical heating coils 30 , 31 , 32 , 33 , each with a quarter-circular cross section, are connected in the manner shown, which together form the cross section of a full circle. The symmetrical output voltages of the secondary coil 23 are again in each case on the upper turns of the heating coils.

Auch in diesem Fall besteht wieder die Möglichkeit, dass die Heizspulen entweder alle den gleichen Windungssinn, oder aber abwechselnd entgegengesetzten Windungssinn aufweisen. Die elektrischen Felder sind jedoch in beiden Fällen abwechselnd gegeneinander gerichtet, so dass sie sich kompensieren. Eine exzentrische Position von Kochtopf und Heizspulen-Anordnung wirkt sich jetzt nicht mehr so negativ auf das elektrische Feld aus.In this case there is also the possibility that the Heating coils either all in the same direction, or else alternately have opposite turns. The however, electric fields are alternating in both cases directed against each other so that they compensate each other. A Eccentric position of the saucepan and heating coil arrangement no longer has a negative impact on the electrical field out.

Auch die in Fig. 6 dargestellte Beschaltung des Trenntransformators 35 führt zu der gewünschten Minimierung des Ableitstroms. Durch die zu der Primärspule 36 bzw. der Sekundärspule 37 parallel geschalteten Kondensatoren 38 und 39 wird ein Bandpassfilter geschaffen, das im Sinne eines Saugkreises die hochfrequenten Spannungsanteile wegfiltert. Um eine kapazitive Kopplung von Spikes zwischen Primär- und Sekundärseite zu verhindern, wird die Sekundärseite durch eine geerdete Abschirmung 40 geschützt.The wiring of the isolating transformer 35 shown in FIG. 6 also leads to the desired minimization of the leakage current. A bandpass filter is created by the capacitors 38 and 39 connected in parallel to the primary coil 36 and the secondary coil 37, respectively, which filters the high-frequency voltage components away in the sense of a suction circuit. In order to prevent capacitive coupling of spikes between the primary and secondary side, the secondary side is protected by an earthed shield 40 .

Claims

1. induction hob with an upper cover plate made of dielectric material, a high frequency generator and at least one heating coil, characterized in that an isolating transformer is connected between the high frequency generator and the heating coil or the heating coils, the secondary winding of which is grounded

2. induction hob according to claim 1 with a cylindrical Heating coil, characterized in that an output of the Secondary winding of the transformer grounded and with the Pot connected the closest turn of the heating coil is.

3. induction hob according to claim 1 with a spiral Heating coil, characterized in that the secondary winding the voltage of the transformer is grounded in the middle.

4. induction hob according to claim 1, characterized in that the secondary winding of the transformer is in voltage the middle is grounded, and that at their plus and Negative voltage with two cylindrical heating coils opposite turn sense are connected, the two heating coils pushed into each other and interconnected are that the electrical fields of both heating coils compensate each other while the magnetic fields reinforce.

5. induction hob according to claim 1, characterized in that the secondary winding of the transformer is in voltage the middle is grounded, and that at their plus and Minus voltage two semicircular, together a full circle forming heating coils are connected such that the electric fields are opposite and are in the bottom of the pot compensate for the magnetic fields of both Heating coils either in the same direction or by changing the Are opposite directions.

6. induction hob according to claim 1, characterized in that the secondary winding of the transformer is in voltage the middle is grounded, and leave at their plus and Minus voltage four quarter-circular, together one Full-circle heating coils are connected so that the electric fields are alternately opposite and in the Compensate the bottom of the pot while the magnetic fields of the four heating coils either in the same direction or by changing the Are alternately opposite senses.

7. Induction hob with an upper cover plate dielectric material, a high frequency generator and at least one heating coil, characterized in that between the high frequency generator and the heating coil or Heating coils an isolating transformer is interposed as a bandpass filter tuned to the generator frequency is designed.