Aparato de calentamiento por inducción.

Un aparato de calentamiento por inducción que comprende:

un circuito de rectificación (2) configurado para rectificar la potencia de una fuente de alimentación de CA (1);

un circuito de filtrado (3) en el que se introduce una potencia rectificada desde la fuente de alimentación de CA (1);

un inversor (4) en el que la potencia filtrada se introduce en un circuito de conmutadores de semiconductores (9, 10) del circuito de filtrado (3) y que emite alternativamente señales de impulso que tienen respectivamente cada una de dos frecuencias de operación en cada período de tiempo de operación predeterminado;

una pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) que se suministran con las señales de impulso del inversor (4) y conectados a circuitos capacitivos (11, 12) en el inversor (4) para tener diferentes características de frecuencia; y

una porción de control (8) para controlar las frecuencias de operación y el período de tiempo de operación para impulsar el circuito de conmutadores de semiconductores (9, 10); y

en donde la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) se conectan, respectivamente, en serie con una pluralidad de circuitos capacitivos (11, 12) proporcionados en el inversor (4), y una pluralidad de circuitos resonantes (17, 18), incluyendo la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7), y la pluralidad de circuitos capacitivos (11, 12) tienen diferentes valores de frecuencia de resonancia en las características de frecuencia, respectivamente; y

en donde una de las señales impulso que tienen respectivamente cada una de las dos frecuencias de operación que emite el inversor (4), alternativamente, se fija en un intervalo de frecuencia superior a las frecuencias de resonancia de la pluralidad de circuitos resonantes (17, 18) y la otra se fija en un intervalo medio de las frecuencias de resonancia de la pluralidad de circuitos resonantes (17, 18).

Aparato de calentamiento por inducción

Campo técnico

La presente invención se refiere a un aparato de calentamiento por inducción que es capaz de calentar una pluralidad de objetos de forma simultánea mediante la utilización de calentamiento por inducción por medio de un campo magnético de alta frecuencia.

Antecedentes de la técnica Un aparato de calentamiento por inducción convencional incluye una pluralidad de serpentines de calentamiento y una pluralidad de inversores conectados respectivamente a los serpentines de calentamiento, a fin de calentar inductivamente una pluralidad de objetos que se desean calentar (por ejemplo, hacer referencia a la solicitud de patente de Estados Unidos con Nº de publicación 2007/0135037 (Literatura de Patente 1) ) .

La Figura 16 es un diagrama esquemático que muestra una configuración del aparato de calentamiento por inducción convencional. El aparato de calentamiento por inducción convencional que se muestra en la Figura 16 se configura para incluir una fuente de alimentación de CA 101 disponible en el mercado, un circuito de rectificación 102, que rectifica la corriente alterna de la fuente de alimentación de CA 101, los condensadores de filtrado 103, 104 que filtran una tensión procedente del circuito de rectificación 102, un primer inversor 105 y un segundo inversor 106 que convierten las respectivas salidas de los condensadores de filtrado 103, 104 en potencias de alta frecuencia, un primer serpentín de calentamiento 107 y un segundo serpentín de calentamiento 108 que están alimentadas con las potencias de alta frecuencia del primer inversor 105 y del segundo inversor 106 respectivamente, y medios de control (no que se muestran) tales como un microordenador que controla el primer inversor 105 y el segundo inversor 106, etc. En el aparato de calentamiento por inducción convencional que tiene una configuración de este tipo, los dos inversores 105 y 106 comparten el circuito de rectificación 102 durante su uso para simplificar así la configuración de circuito del circuito de rectificación 102, reduciendo de este modo el número de componentes.

En el aparato de calentamiento por inducción convencional que se muestra en la Figura 16, los medios de control, como el microordenador controla las operaciones de conexión/desconexión de los conmutadores de semiconductores en el primer inversor 105 y en el segundo inversor 106, suministrando de este modo corrientes de alta frecuencia necesarias al primer serpentín de calentamiento 107 y al segundo serpentín de calentamiento 108 conectadas al primer inversor 105 y al segundo inversor 106, respectivamente.

Por medio de las corrientes de alta frecuencia suministradas al primer serpentín de calentamiento 107 y al segundo serpentín de calentamiento 108, se produce un campo magnético de alta frecuencia en el primer serpentín de calentamiento 107 y en el segundo serpentín de calentamiento 108. Si cargas tales como una sartén se colocan en el primer serpentín de calentamiento 107 y en el segundo serpentín de calentamiento 108 en la que se ha producido el campo magnético de alta frecuencia con el fin de acoplarse magnéticamente entre sí, el campo magnético de alta frecuencia se aplica en esas cargas, respectivamente. Por medio de un campo magnético de alta frecuencia de este tipo aplicado sobre las cargas, una corriente de Foucault se produce a través de las cargas, de modo que las propias cargas generan calor debido a esta corriente de Foucault y una resistencia superficial de las propias cargas tales como la sartén.

Adicionalmente, con el fin de regular la cantidad de calentamiento de las cargas tales como el sartén, el medio de control controla una frecuencia de impulso y un factor de trabajo (relación de conducción) de los conmutadores de semiconductores en el primer inversor 105 y en el segundo inversor 106. El documento EP0926926 desvela un aparato de calentamiento por inducción de la técnica anterior.

Lista de citas Literaturas de patentes Literatura de Patente 1: Solicitud de Patente de Estados Unidos con Nº de publicación 2007/0135037

Sumario de la invención Problema Técnico En la configuración del aparato de calentamiento por inducción convencional que se muestra en la Figura 16, los inversores 105 y 106 que corresponden respectivamente al primer serpentín de calentamiento 107 y al segundo serpentín de calentamiento 108 necesitan tener conmutadores de semiconductores. Por lo tanto, se requiere el circuito de impulso para controlar las operaciones de conexión/desconexión de los conmutadores de semiconductores en los respectivos inversores 105 y 106. Como resultado, el aparato de calentamiento por

inducción convencional tiene que incluir, respectivamente, los conmutadores de semiconductores en la pluralidad de inversores 105 y 106 y asegurar también un área en la que se tiene que montar un circuito de impulso para controlar los conmutadores de semiconductores y, por tanto, ha sido difícil de miniaturizarse.

Adicionalmente, en la configuración del aparato de calentamiento por inducción convencional que se muestra en la Figura 16, en un caso donde el primer serpentín de calentamiento 107 y el segundo serpentín de calentamiento 108 operan de forma simultánea, es necesario evitar que se produzca sonido de interferencia debido a una diferencia en la frecuencia de operación entre los serpentines de calentamiento. Para evitar la aparición de un sonido de interferencia de este tipo, ha sido necesario controlar los conmutadores de semiconductores en los respectivos inversores 105 y 106 mediante la adopción de medidas, por ejemplo, accionando el primer serpentín de calentamiento 107 y el segundo serpentín de calentamiento 108 a la misma frecuencia o accionándolos bajo una condición donde se mantiene una diferencia en la frecuencia de no menos que una banda audible entre las mismas. El aparato de calentamiento por inducción convencional ha necesitado controlar los conmutadores de semiconductores de acuerdo con las condiciones de servicio de tal manera y, por tanto, sufrido del complicado control de los conmutadores de semiconductores, teniendo el problema de que es difícil de diseñar.

Para resolver los problemas del aparato de calentamiento por inducción convencional, se ha desarrollado la presente invención, y un objetivo de la presente invención es proporcionar un aparato de calentamiento por inducción que se pueda configurar para permitir que un inversor con conmutadores de semiconductores se comparta durante su uso de manera que una pluralidad de serpentines de calentamiento puedan producir eficazmente calor de forma simultánea y regular de forma segura la potencia sin aumentar las pérdidas en gran medida debido a los conmutadores de semiconductores con respecto a los respectivos serpentines de calentamiento. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un aparato de calentamiento por inducción que puede evitar de forma segura que se produzca un sonido de interferencia debido a una diferencia en la frecuencia de operación entre una pluralidad de serpentines de calentamiento mediante el uso de una configuración simple y puede miniaturizarse mediante la reducción del número de requerido componentes y un área para montar los circuitos.

Solución al Problema El aparato de calentamiento por inducción del primer aspecto de acuerdo con la presente invención incluye:

un circuito de filtrado en el que se introduce una potencia rectificada procedente de una fuente de alimentación de CA; un inversor en el que la potencia filtrada se introduce en un circuito de conmutadores de semiconductores desde el circuito de filtrado y que, alternativamente, emite señales de impulso que tienen respectivamente cada una de dos frecuencias de operación, respectivamente, en cada período de tiempo de operación predeterminado; una pluralidad de serpentines de calentamiento que se suministran con las señales de impulso del inversor y conectados a circuitos capacitivos en el inversor para tener las diferentes características de frecuencia; y una porción de control para controlar las frecuencias de operación y el período de tiempo de operación para conducir el circuito de conmutadores de semiconductores. El aparato de calentamiento por inducción del primer aspecto de acuerdo con la presente invención que tiene una configuración de este tipo puede permitir que la pluralidad de serpentines de calentamiento realice las operaciones de calentamiento y ajuste eficazmente una potencia sin incrementar en gran medida las pérdidas de los conmutadores de semiconductores con respecto a los respectivos serpentines de calentamiento. Adicionalmente, el aparato de calentamiento por inducción de la presente invención puede evitar la aparición de un sonido de interferencia... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de calentamiento por inducción que comprende:

un circuito de rectificación (2) configurado para rectificar la potencia de una fuente de alimentación de CA (1) ; un circuito de filtrado (3) en el que se introduce una potencia rectificada desde la fuente de alimentación de CA (1) ; un inversor (4) en el que la potencia filtrada se introduce en un circuito de conmutadores de semiconductores (9, 10) del circuito de filtrado (3) y que emite alternativamente señales de impulso que tienen respectivamente cada una de dos frecuencias de operación en cada período de tiempo de operación predeterminado; una pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) que se suministran con las señales de impulso del inversor (4) y conectados a circuitos capacitivos (11, 12) en el inversor (4) para tener diferentes características de frecuencia; y una porción de control (8) para controlar las frecuencias de operación y el período de tiempo de operación para impulsar el circuito de conmutadores de semiconductores (9, 10) ; y en donde la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) se conectan, respectivamente, en serie con una pluralidad de circuitos capacitivos (11, 12) proporcionados en el inversor (4) , y una pluralidad de circuitos resonantes (17, 18) , incluyendo la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) , y la pluralidad de circuitos capacitivos (11, 12) tienen diferentes valores de frecuencia de resonancia en las características de frecuencia, respectivamente; y en donde una de las señales impulso que tienen respectivamente cada una de las dos frecuencias de operación que emite el inversor (4) , alternativamente, se fija en un intervalo de frecuencia superior a las frecuencias de resonancia de la pluralidad de circuitos resonantes (17, 18) y la otra se fija en un intervalo medio de las frecuencias de resonancia de la pluralidad de circuitos resonantes (17, 18) .

2. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el circuito de conmutadores de semiconductores (9, 10) está formado por un circuito en serie que incluye dos conmutadores de semiconductores (9, 10) , y por las operaciones de conexión y desconexión alternantes de los dos conmutadores de semiconductores (9, 10) , la potencia filtrada del circuito de filtrado (3) se suministra a la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) conectados a un punto de conexión de los dos conmutadores de semiconductores (9, 10) conectados en serie.

3. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 2, en el que cada uno de los circuitos resonantes (17, 18) que incluyen la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) y la pluralidad de circuitos capacitivos (11, 12) están conectados entre el punto de conexión de los dos conmutadores de semiconductores (9, 10) conectados en serie y un terminal de salida del circuito de filtrado (3) .

4. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 2, en el que cada uno de la pluralidad de circuitos capacitivos (11, 12) incluye una pluralidad de elementos capacitivos (11A, 11B, 12A, 12B) y está conectado en paralelo con el circuito de filtrado (3) , y cada uno de la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) está conectado, respectivamente, entre los nodos entre los elementos capacitivos (11A, 11B, 12A, 12B) de los circuitos capacitivos (11, 12) y el punto de conexión de los dos conmutadores de semiconductores conectados en serie.

5. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además una porción de conmutación (19, 20) instalada en cada uno de los circuitos resonantes (17, 18) que incluyen la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) y la pluralidad de circuitos capacitivos (11, 12) para permitir que cada uno de la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) se desconecte de o conecte al inversor (4) .

6. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 4, en el que una porción de conmutación (19, 20) está montada en cada uno de la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) a fin de permitir que cada uno de la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) se desconecte de o conecte al inversor (4) .

7. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos una de las señales de impulso que tiene respectivamente cada una de las dos frecuencias de operación que son emitidas por el inversor (4) , alternativamente, se fija en un intervalo distinto al de la frecuencia de resonancia al momento de estar sin carga donde se no se coloca ningún objeto que se desea calentar.

8. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos una de las señales de impulso que tiene respectivamente cada una de las dos frecuencias de operación que son emitidas por el inversor (4) , alternativamente, se fija en un intervalo distinto al intervalo de frecuencia que denota al menos 1/2 de una potencia máxima de entrada en la característica de frecuencia al momento de estar sin carga donde no se coloca ningún objeto que se desea calentar.

9. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 2, en el que un diodo antiparalelo está conectado a cada uno de los dos conmutadores de semiconductores (9, 10) , por lo que en las operaciones de conexión/desconexión alternas de los dos conmutadores de semiconductores (9, 10) , cada uno de esos conmutadores de semiconductores (9, 10) está activado al momento en que una corriente comienza a fluir a través de este diodo.

10. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que hay al menos 20 kHz entre las frecuencias de resonancia respectivas en las características de frecuencia de la pluralidad de circuitos resonantes (17, 18) .

11. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la porción de control (8) está configurada para controlar las frecuencias de operación y los períodos de tiempo de operación de las señales de impulso que salen del inversor (4) , basadas en una corriente de entrada procedente de la fuente de alimentación de CA (1) y una potencia de entrada en los serpentines de calentamiento (6, 7) .

12. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la porción de control (8) está configurada para determinar los períodos de tiempo de operación de las señales de impulso que salen del inversor (4) , basados en la corriente de entrada procedente de la fuente de alimentación de CA (1) y la potencia de entrada en los serpentines de calentamiento (6, 7) y controlar después un factor de trabajo de los conmutadores de semiconductores (9, 10) para controlar de este modo las potencias que se deben suministrar a los serpentines de calentamiento (6, 7) .

13. El aparato de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la pluralidad de serpentines de calentamiento (6, 7) tienen formas externas con diferentes diámetros de serpentín, de modo que la frecuencia de resonancia del circuito resonante (17, 18) , que incluye el serpentín de calentamiento (6, 7) que tiene el diámetro más pequeño se fija superior a la del circuito resonante (17, 18) que incluye el serpentín de calentamiento (6, 7) que tiene el diámetro más grande.