Sistema de calentamiento por inducción con control de potencia autorregulada.

Un sistema (46) de calentamiento por inducción para uso en cocina con al menos una bobina de inducción (10) que forma parte de un circuito de resonancia (54) accionado por pulsos,

comprendiendo el sistema:

a. al menos una bobina (10); y

b. un controlador (56), caracterizado porque el controlador controla el ancho de pulso para variar la potencia aplicada a la al menos una bobina entre un valor mínimo y un máximo, estando el valor máximo limitado en base a la información de límite (110, 120, 130, 140) derivada de una comparación de una relación de corriente que fluye en el circuito de resonancia (54) de una disposición de bobina (1, 2, 3, 4) particular dividido por la corriente de red y el ajuste de potencia, protegiendo así el sistema el circuito (54) de sobrecalentamientos.

Sistema de calentamiento por inducción con control de potencia autorregulada Referencia cruzada a solicitudes relacionadas La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional US No. 61/431.469, presentada el 11/01/2011.

Campo de la invención La invención se refiere a un sistema de calentamiento por inducción para uso en cocina, al diseño de las bobinas de inducción, y al control de la potencia suministrada a los utensilios de cocina.

Antecedentes de la invención El principio de calentamiento por inducción para cocinar se conoce desde hace muchas décadas. Se basa usualmente en una o varias bobinas de inducción planas en forma de espiral, cada uno de las mismas insertada en un circuito de resonancia, y que forman el devanado primario de un transformador. El utensilio de cocina metálico, tal como una sartén, forma el devanado secundario que tiene esencialmente una sola vuelta. En operación, el circuito de resonancia generalmente está accionado fuera de resonancia a una frecuencia por encima del intervalo audible. El utensilio de cocina se calienta mediante corrientes de Foucault inducidas por el campo magnético variable en el tiempo asociado con la corriente de inducción, y mediante conmutación del dominio magnético cuando se utilizan materiales magnéticos.

La potencia suministrada a una sartén se puede ajustar mediante la colocación de la sartén en una posición apropiada por encima de una bobina de inducción o, alternativamente, mediante el ajuste de la potencia suministrada al circuito de resonancia. Esto puede realizarse en un modo de control de frecuencia, en el que la frecuencia del circuito conductor se cambia, o en un modo de control de pulsos, en el que la anchura de los pulsos de corriente suministrados a las bobinas de inducción se cambian a una frecuencia constante (véase, por ejemplo, la solicitud de patente europea nº . EP 1 494 505 de Weder) .

Se ha reconocido desde hace mucho tiempo que es ventajoso utilizar bobinas de inducción asimétricas, ya que éstas permiten un calentamiento uniforme de un utensilio de cocina en diversos grados, dependiendo de su colocación en la parte superior del hornillo (véase, por ejemplo la patente US no. 3.843.857 de Cunningham) . El desplazamiento de una sartén en el borde de una bobina de inducción y más allá, sin embargo, tiene el efecto de causar grandes desplazamientos de fase en el circuito de resonancia y grandes corrientes de inducción, mientras que las corrientes de Foucault en la sartén se reducen. Esto puede causar graves problemas de sobrecalentamiento para los transistores de la fuente de alimentación, que necesitan conmutar innecesariamente las altas corrientes en comparación con una posición central del utensilio de cocina.

Un problema similar puede surgir a un grado aún mayor cuando se utilizan sartenes impropias con una baja permeabilidad magnética. En este caso, el desplazamiento de fase puede ser muy grande en cualquier posición de la sartén respecto a la bobina de inducción subyacente. Por lo tanto, es importante determinar la calidad de un utensilio de cocina antes de aplicar una potencia excesiva al circuito de resonancia. Una manera de comprobar la calidad de una sartén es medir la corriente de inducción y la corriente de la red eléctrica durante al menos dos configuraciones de potencia, y comparar su relación con los valores de punto de ajuste predefinidos (véase, por ejemplo, la solicitud de patente internacional WO 2008/055370 de Meier) . La relación depende, sin embargo, no sólo del material, sino también del tamaño y de la posición exacta de la sartén. Esto por lo que este procedimiento puede ser molesto de aplicar.

Además, el uso de un utensilio de cocina inadecuado puede conducir igualmente a grandes desplazamientos de fase y a corrientes de bobina como mal colocadas, con consecuencias no deseadas similares para el la circuitería de excitación.

El documento EP 0346860 A1 describe un sistema de calentamiento por inducción para su uso en cocina con al menos una bobina de inducción que forma parte del circuito de resonancia accionado por pulsos. Este sistema tiene un controlador que controla el ancho de pulso para variar la potencia aplicada a la al menos una bobina entre un valor máximo y un valor mínimo. El sistema, por lo tanto, intenta proteger el circuito de sobrecalentamiento debido a utensilios de cocina de calidad pobre o una mala posición del utensilio de cocina sobre la bobina. El controlador, sin embargo, no controla el ancho del pulso para variar la potencia aplicada entre un valor mínimo y un valor máximo, donde el valor máximo está limitado en base a la información límite derivada de la comparación de una relación de corriente que fluye al circuito de resonancia de una disposición de bobina particular dividida por la corriente de la red y la configuración de potencia.

Lo que se necesita, por lo tanto, es un medio mejorado de protección de los elementos críticos del circuito del sobrecalentamiento causado por el uso de utensilios de cocina de pobre calidad o la colocación pobre o inadecuada del utensilio de cocina sobre la bobina.

Sumario de la invención La presente invención se refiere a un sistema para un sistema de calentamiento por inducción de acuerdo con la reivindicación 1. Otras realizaciones de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes. El sistema soluciona el problema de lograr un gran intervalo dinámico de la potencia suministrada a un utensilio de cocina simplemente desplazando el utensilio por encima de una bobina de inducción asimétrica apropiadamente diseñada, permitiendo el diseño el calentamiento uniforme independientemente de la colocación exacta de dicho utensilio. El problema de la gran conmutación de corriente debido al aumento de los desplazamientos de fase, que surgen como resultado de este desplazamiento o como resultado del uso de utensilios de cocina inadecuados se elimina mediante un control inteligente, limitando la potencia suministrada al circuito de resonancia.

Es un objeto de la invención proporcionar un medio simple de regulación de la potencia disipada en un utensilio de cocina.

Otro objeto de la invención es proporcionar un medio simple contra el sobrecalentamiento de la circuitería de excitación, independientemente de la naturaleza, del tamaño y de la colocación del utensilio de cocina.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un dibujo esquemático de una bobina de inducción asimétrica de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 es un dibujo esquemático de un sistema de la invención.

La figura 3 es un dibujo esquemático de los límites de potencia suministrada a las bobinas de inducción de diferentes formas.

La figura 4 muestra la reducción de potencia durante el movimiento de la sartén desde el centro de una bobina asimétrica a su borde.

Descripción detallada La figura 1 muestra el diseño de la bobina de inducción asimétrica especial de la presente invención. La bobina 10 espiral plana es de una forma aproximadamente elíptica. La forma asimétrica de la bobina 10 se puede definir como una bobina espiral plana que incluye al menos una vuelta interior 50 de forma sustancialmente circular o elíptica en torno a un centro 20, y al menos una vuelta exterior 60 de forma sustancialmente elíptica. El centro 20 está situado en el eje mayor de la elipse de la vuelta exterior a distancias de Rmin y Rmax desde bordes opuestos 30, 40 de la vuelta exterior. En una realización preferida, la relación de Rmax/Rmin está en el intervalo de 5:1 a 2:1, o preferiblemente en el intervalo de 4:1 a 3:1. En otra realización, la relación de Rmax/Rmin está en el intervalo de 4:1 a 2:1, o preferiblemente en el intervalo de 3:1 a 2:1.

Por medio de estas opciones, utilizando la bobina 10 como parte de un sistema de calentamiento por inducción de un utensilio de cocina, la potencia suministrada al utensilio de cocina se puede variar desde el 100% de la potencia de una fuente de alimentación no regulada a aproximadamente el 30%, cuando el utensilio se desplaza desde la posición 20 de densidad más alta de las vueltas 50 de la bobina 10 a la posición de densidad mínima de vueltas cerca del borde 40 de la bobina.

Haciendo referencia a la las figuras 2 y 3, la bobina 10 se utiliza como parte de un sistema 46 de calentamiento por inducción de un utensilio de cocina 52 para su uso en cocina. Este sistema 46 incluye un circuito de resonancia 54 accionado por pulsos. El circuito de resonancia 54 incluye un controlador inteligente 56 que controla el ancho de pulso para variar la potencia aplicada a la bobina 10 entre un valor mínimo y máximo 110, 120, 130, 140. El valor máximo está limitado sobre la base... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (46) de calentamiento por inducción para uso en cocina con al menos una bobina de inducción (10) que forma parte de un circuito de resonancia (54) accionado por pulsos, comprendiendo el sistema:

a. al menos una bobina (10) ; y b. un controlador (56) , caracterizado porque el controlador controla el ancho de pulso para variar la potencia aplicada a la al menos una bobina entre un valor mínimo y un máximo, estando el valor máximo limitado en base a la información de límite (110, 120, 130, 140) derivada de una comparación de una relación de corriente que fluye en el circuito de resonancia (54) de una disposición de bobina (1, 2, 3, 4) particular dividido por la corriente de red y el ajuste de potencia, protegiendo así el sistema el circuito (54)

de sobrecalentamientos.

2. El sistema de la reivindicación 1, caracterizado porque los componentes críticos del sistema están protegidos contra el sobrecalentamiento mediante un controlador (56) que controla la anchura de pulso para variar la potencia aplicada a la al menos una bobina (10) entre un valor mínimo y un máximo, basándose el valor máximo limitado en la información de límite (110, 120, 130, 140) derivada de una comparación de una relación de corriente que fluye en el circuito de resonancia (54) de una disposición de bobina (1, 2, 3, 4) particular, dividido por la corriente de red y el ajuste de potencia.

3. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

a. la calidad del utensilio de cocina (52) y su posición respecto a la bobina (10) se reconocen 20 automáticamente mediante el controlador (56) , y

b. la potencia suministrada a la al menos una bobina de inducción (10) se puede seleccionar automáticamente entre un valor mínimo y un valor máximo, en el que el valor máximo se determina por cualquiera de

i. la calidad del utensilio de cocina (52) reconocido; 25 ii. la posición del utensilio de cocina (52) por encima de la al menos una bobina (10) reconocida; y

iii. el punto de ajuste de potencia seleccionado por el operario.

4. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la potencia mínima es aplicada a la al menos una bobina de inducción (10) cuando el controlador (56) identifica un utensilio de cocina (52) como que no es apropiado para la cocción por inducción mediante la detección de una relación entre la corriente que fluye en el circuito de resonancia (54) y la corriente de red por encima de un límite dependiendo de la disposición de la bobina (1, 2, 3, 4) particular.

5. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la potencia mínima es aplicada a la al menos una bobina de inducción (10) cuando el controlador (56) identifica un utensilio de cocina (52) ausente o mal colocado mediante la detección de una relación entre la corriente que fluye en el circuito de resonancia (54) y la corriente de red por encima de un límite dependiendo de la disposición de la bobina (1, 2, 3, 4) particular.

6. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la potencia mínima aplicada a la al menos una bobina de inducción (10) es de aproximadamente 100 W.

7. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la potencia máxima que se

puede suministrar a la al menos una bobina (10) es de aproximadamente 3, 5 kW para una fuente de alimentación de una sola fase y aproximadamente 6 kW para una fuente de alimentación trifásica.

8. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la anchura de pulso varía en un intervalo entre aproximadamente 5 μs para la potencia mínima a aproximadamente 22 μs para la potencia máxima que se puede suministrar a la al menos una bobina (10) .

9. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la bobina (10) es de forma asimétrica.

10. El sistema de la reivindicación 9, caracterizado porque la forma asimétrica de la bobina (10) comprende una espiral plana con al menos una vuelta interior (50) de forma sustancialmente circular alrededor de un centro (20) , y al menos una vuelta exterior (60) de forma sustancialmente elíptica, y en el que dicho centro está situado en el eje 50 mayor (58) de la elipse a unas distancias de Rmin y Rmax desde bordes opuestos (30, 40) de la vuelta más externa.

11. El sistema de la reivindicación 10, caracterizado porque la relación de Rmax/Rmin está en el intervalo de 5:1 a 2:1.

12. El sistema de la reivindicación 11, caracterizado porque la potencia suministrada a un utensilio de cocina (52) es controlada mediante 7

a. la selección del punto de ajuste de la potencia máxima a suministrar al utensilio de cocina cuando el utensilio de cocina está colocado cerca del centro (20) de la bobina asimétrica (10) ; y

b. la colocación del utensilio de cocina (52) en cualquier posición de la bobina (10) .

13. El sistema de la reivindicación 11, caracterizado porque la potencia suministrada a un utensilio de cocina (52)

es variable en el intervalo del 100% de la potencia máxima que se puede suministrar al 5% de la potencia máxima que se puede suministrar, mediante a. la selección del punto de ajuste de la potencia máxima que se puede suministrar mediante el sistema (46) ; y b. el desplazamiento del utensilio de cocina (52) desde la posición central (20) de la bobina (10) a una 10 posición cerca del borde (40) de la bobina (10) .