專利名稱：借助于感應耦合加熱食物的裝置和用于傳遞能量的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述的裝置，在該裝置中可以借助于感應耦合加熱食物，本發(fā)明還涉及一種按權(quán)利要求2前序部分所述的用于傳遞能量的裝置。
在現(xiàn)有技術中已知的裝置借助于用于烹飪?nèi)萜鞯母袘綘t灶加熱器工作。在此該爐灶加熱器在加熱板內(nèi)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?qū)бＴ阼F磁性的容器的底部內(nèi)，該交變磁場引起一個電壓，由此又產(chǎn)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(yōu)點在于，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，并且由一個相關的設置在外殼中的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，該結(jié)構(gòu)單元包括兩個感應線圈。感應線圈是扁平板形狀的，并且通過隔熱件支撐在玻璃陶瓷板的下側(cè)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于其效率由于所產(chǎn)生的電磁場的發(fā)散損失受到負面影響。其它損失在磁場穿過加熱板時產(chǎn)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中公開了一種用于用文火煮食物的裝置-該裝置具有一個帶有一個烹飪區(qū)的灶臺，為該烹飪區(qū)配設一個第一加熱元件?？梢杂稍摰谝患訜嵩訜岬穆笃骶呖梢苑胖迷谠撆腼儏^(qū)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(yōu)點在于，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(chǎn)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(fā)向著接頭延伸的纜線在用文火煮食物期間對于使用者來說可能會產(chǎn)生干擾，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(jié)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。用于加熱元件的能量由初級線圈借助于感應傳遞到次級線圈上，其中初級線圈設置在一個用于傳遞能量的裝置中。其中一個缺點在于，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(fā)明的任務是提供一種裝置，借助于該裝置避免了上述缺點，尤其是可以在加熱食物時實現(xiàn)良好的效率。
該針對用于加熱食物的裝置的任務按本發(fā)明通過權(quán)利要求1以及4所述的特征解決。針對用于傳遞能量的裝置的任務按本發(fā)明通過權(quán)利要求2以及5所述的特征解決。本發(fā)明的優(yōu)選的結(jié)構(gòu)方案和改進方案在從屬權(quán)利要求中獲得。
根據(jù)用于加熱食物的裝置-其例如設置在待加熱的容器的底部區(qū)域中-按本發(fā)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于線圈體的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。關于用于傳遞能量的裝置-其在一種按本發(fā)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系數(shù)相應的熱膨脹系數(shù)。對于放置在加熱板上的容器，該裝置構(gòu)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，并且第二個半體-具有線圈體和澆注劑的次級線圈-設置在容器內(nèi)。如果在起感應線圈作用的初級線圈上施加一個電壓，那么該初級線圈就產(chǎn)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。由于線圈體，其最好由鐵氧體-一種不能導電的金屬氧化物材料-制成，可以實現(xiàn)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(chǎn)生很少的磁場方面的發(fā)散損失，磁場與效率的改善相關。另外可以通過較小的結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)高的能量傳遞。
在次級線圈中將磁通量轉(zhuǎn)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。由于在次級線圈中感應出的電壓，加熱元件會變熱。
在按本發(fā)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，并且例如可以包括環(huán)氧樹脂或者聚酰胺。在這里尤其重要的是，吸收熱量的澆注劑的膨脹系數(shù)要與線圈體的膨脹系數(shù)相匹配。由此實現(xiàn)了由于在兩個裝置運行期間產(chǎn)生的熱量，線圈體以及澆注劑可以均勻膨脹，而不會例如在空隙范圍內(nèi)產(chǎn)生機械應力。熱膨脹系數(shù)的匹配例如可以通過向澆注劑添加填充料來實現(xiàn)。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)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，其熱膨脹系數(shù)同樣基本上相應于線圈體的熱膨脹系數(shù)。如果待加熱的容器放置在加熱板上，那么兩個保護層就處于上下位置關系。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(chǎn)生的損失盡可能小。由于保護層微小的厚度，有利的是，除了澆注劑的熱膨脹系數(shù)，保護層的熱膨脹系數(shù)也與線圈體的熱膨脹系數(shù)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，而不會由于構(gòu)造成厚度很小的保護層例如由于產(chǎn)生熱應力而損壞。最好保護層和/或澆注劑的熱膨脹系數(shù)在-20℃至150℃的溫度范圍內(nèi)都與線圈體的熱膨脹系數(shù)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(jié)構(gòu)最好在裝置上用于傳遞能量或者在加熱板上傳遞能量，因為加熱板由于經(jīng)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(gòu)造成具有特別高的硬度。在本發(fā)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。關于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(chǎn)物。由這些化學氣相最后在相應構(gòu)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于金剛石的性能。對于大約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，也就是高于高度硬化的鋼。另外這種層的主要優(yōu)點是盡管其極高的硬度，其還是能夠在高負荷下通過彈性變形吸收能量。由于這種硬度和彈性的組合，實現(xiàn)了線圈體表面非常良好的耐磨性。
關于該待加熱的容器，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于作用在容器底部上的機械力。由于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(fā)明的一種方案是，保護層構(gòu)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(gòu)造成硬層，尤其是a-C:H層。
本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和細節(jié)由下面的說明中獲得，其中參考附圖詳細描述了本發(fā)明的實施例。在此在權(quán)利要求和說明書中所提到的特征分別單獨地或者以任意組合對本發(fā)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借助于感應加熱；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″由鐵氧體制成，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，并且由多個絞合線組成，這些絞合線由單個導體構(gòu)成，這在圖中沒有具體示出。由銅制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(nèi)澆注，澆注劑在本實施例中是環(huán)氧樹脂，其中還集成了由陶瓷制成的填充材料。同樣也可以在添加填充材料的情況下使用聚酰胺作為澆注劑10″。
在線圈體8″的下側(cè)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，并且構(gòu)造成薄膜。薄膜11″粘貼在線圈體8″的下側(cè)面上，并且包含陶瓷。在本發(fā)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制成。同樣可以通過膠合(Auflamieren)來涂覆該薄膜11″。由此空隙9″一方面由線圈體8″限定、另一方面一側(cè)由保護層11″限定。
在線圈體8″的上側(cè)面上、也就是在線圈體8″的背離次級線圈6的一側(cè)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(gòu)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(gòu)造成一種陶瓷上釉的金屬層系統(tǒng)，在其上設置了熱導體。在本發(fā)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(xiàn)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(chǎn)生的熱量加熱。為了在物品加熱期間損失盡可能少的熱量，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(xiàn)了將盡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?qū)б?，從而可以有效地加熱物品。隔熱件例如可以具有蛭石，蛭石的特征是其非常微小的導熱性。蛭石是機械穩(wěn)定的，并且具有高達大約1000℃的抗高溫性。另外隔熱體使得次級線圈6不會由于加熱元件7產(chǎn)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示出了一個用于傳遞能量的裝置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。由鐵氧體制成的線圈體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(jié)構(gòu)方案相應于容器2的澆注劑10″、線圈體8″和次級線圈6，從而為了避免重復這里僅僅參考上述內(nèi)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(xiàn)。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′的特征在于其特別高的硬度，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(zhuǎn)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(huán)氧樹脂制成?？蚣?、4在此用作安裝時的輔助機構(gòu)，在安裝時首先將初級或者次級線圈5、6導入朝著一側(cè)敞開的框架3、4中，接著澆注環(huán)氧樹脂10′、10″。接著將敞開的框架3、4通過同樣由環(huán)氧樹脂制成的蓋封住。接下去可以將由澆注劑10′、10″以及初級和次級線圈5、6構(gòu)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(xiàn)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。對于這種替代方案，將初級和次級線圈5、6引入空隙9′、9″中，并接著在空隙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，那么兩個保護層11′、11″就上下疊在一起。在施加電壓時，初級線圈5產(chǎn)生一個磁通量，該磁通量向著次級線圈6的方向?qū)б?。由鐵氧體制成的具有高電阻的線圈體8′、8″以及其幾何形狀在此有利于將磁通量向著容器底部導引。在次級線圈6中將磁通量轉(zhuǎn)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(fā)明的裝置1、2具有高效率，其明顯高于商業(yè)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(chǎn)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(chǎn)生明顯的發(fā)散損失，因為保護層一方面由不導電的材料制成，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(chǎn)生的壓應力和拉應力分布保持足夠的機械穩(wěn)定性，澆注劑10′、10″以及保護層11′、11″的熱膨脹系數(shù)基本上相應于線圈體8′、8″的熱膨脹系數(shù)。由鐵氧體制成的線圈體8′、8″例如可以具有大約10ppm/K的熱膨脹系數(shù)。澆注劑10′、10″的熱膨脹系數(shù)與線圈體8′、8″的熱膨脹系數(shù)的匹配可以通過添加合適的填充材料實現(xiàn)。填充材料例如可以是顆?；蛘呃w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。在將位于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，而不會由于熱應力而產(chǎn)生裂紋。尤其是保護層11′、11″的熱膨脹系數(shù)的匹配是重要的，因為保護層由于其微小的厚度特別敏感。在所示的本發(fā)明的實施方式中，大約在-20℃至150℃的溫度范圍內(nèi)對澆注劑10′、10″和保護層11′、11″的熱膨脹系數(shù)與線圈體8′、8″的熱膨脹系數(shù)進行匹配。
在一種未示出的實施方式中，本發(fā)明涉及一種裝置2，在該裝置中食物可以借助于感應加熱，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，并且絕緣的澆注劑10″的熱膨脹系數(shù)基本上相應于線圈體8″的熱膨脹系數(shù)。用于將能量傳遞到裝置2中以借助于感應加熱食物的裝置1用一個由導電體成形的并且與一個電源連接的初級線圈5構(gòu)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′的熱膨脹系數(shù)基本上相應于線圈體8′的熱膨脹系數(shù)。與所示實施方式的區(qū)別僅僅在于，澆注劑10′、10″的熱膨脹系數(shù)相應于線圈體8′、8″的熱膨脹系數(shù)。根據(jù)所示的實施例保護層11′、11″在此并不設置在線圈體8′、8″上。其余的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)方案相應于所示的裝置1、2，從而為了避免重復，僅僅參考其說明。
另外對于用于食物加熱的裝置2以及用于傳遞能量的裝置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″，該保護層的熱膨脹系數(shù)基本上相應于線圈體8′、8″的熱膨脹系數(shù)。該實施方式的特征在于，僅僅保護層11′、11″的熱膨脹系數(shù)、而不是澆注劑10′、10″的熱膨脹系數(shù)基本上相應于由鐵氧體制成的線圈體8′、8″的熱膨脹系數(shù)。關于裝置1、2的其它結(jié)構(gòu)參考上述根據(jù)圖1和2的實施方式。
附圖標記列表1 用于傳遞能量的裝置，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(quán)利要求
1.裝置(2)，食物可在該裝置中借助于感應耦合加熱，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)，其特征在于所述次級線圈(6)在線圈體(8″)中通過一種澆注劑(10″)澆注，并且所述絕緣澆注劑(10″)的熱膨脹系數(shù)基本上相應于線圈體(8″)的熱膨脹系數(shù)。
2.用于將能量傳遞到裝置(2)中以用于借助于感應加熱食物的裝置(1)，該裝置具有一個由導電體成形的并且與電源連接的初級線圈(5)，其特征在于所述初級線圈(5)在線圈體(8′)中通過一種澆注劑(10′)澆注，并且所述絕緣澆注劑(10′)的熱膨脹系數(shù)基本上相應于線圈體(8)′的熱膨脹系數(shù)。
3.按權(quán)利要求1或者2所述的裝置(1、2)，其特征在于在所述線圈體(8′、8″)上設置了一個具有微小厚度的不導電的保護層(11′、11″)，保護層的熱膨脹系數(shù)基本上相應于線圈體(8′、8″)的熱膨脹系數(shù)。
4.裝置(2)，食物可以在該裝置中借助于感應耦合加熱，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)，其特征在于所述次級線圈(6)設置在一個線圈體(8″)中，并且在該線圈體(8″)上設置了一個具有微小厚度的不導電的保護層(11′)，該保護層的熱膨脹系數(shù)基本上相應于線圈體(8″)的熱膨脹系數(shù)。
5.用于將能量傳遞到裝置(2)中以用于借助于感應加熱食物的裝置(1)，該裝置具有一個由導電體成形的并且與電源連接的初級線圈(5)，其特征在于所述初級線圈(5)設置在線圈體(8′)中，并且在該線圈體(8′)上設置了一個具有微小厚度的不導電的保護層(11′)，該保護層的熱膨脹系數(shù)基本上相應于線圈體(8)′的熱膨脹系數(shù)。
6.按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特征在于所述線圈體(8′、8″)由鐵氧體制成。
7.按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特征在于所述保護層(11′、11″)和/或所述澆注劑(10′、10″)的熱膨脹系數(shù)在20℃至150℃的溫度范圍內(nèi)都與線圈體(8′、8″)的熱膨脹系數(shù)相匹配。
8.按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特征在于所述線圈體(8′、8″)構(gòu)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(quán)利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特征在于所述線圈體(8′、8″)是旋轉(zhuǎn)對稱的。
10.按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特征在于所述保護層(11′、11″)具有高材料硬度。
11.按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特征在于所述保護層(11′、11″)是無定形碳氫化合物層。
12.按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特征在于所述保護層(11′、11″)的厚度最大為500μm。
13.按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特征在于所述澆注劑(10′、10″)包括環(huán)氧樹脂或者聚酰胺。
14.按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1、2)，其特征在于所述澆注劑(10′、10″)具有尤其是由陶瓷制成的填充材料。
15.按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(2)，其特征在于所述加熱元件(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(quán)利要求中任一項所述的裝置(2)，其特征在于在所述次級線圈(6)和加熱元件(7)之間設置了一個隔熱件。
17.按權(quán)利要求16所述的裝置(2)，其特征在于所述隔熱件具有蛭石。
18.按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(2)，其特征在于所述保護層(11″)是薄膜，其設置在線圈體(8″)上。
19.按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(2)，其特征在于所述保護層(11″)由陶瓷或者聚四氟乙烯(PTFE)制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置(2)，食物可在該裝置中借助于感應加熱，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(fā)明還涉及一種用于將能量傳遞到裝置(2)中以用于借助于感應加熱食物的裝置(1)，該裝置具有一個由導電體成形的并且與一個電源連接的初級線圈(5)。根據(jù)本發(fā)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，并且所述絕緣澆注劑(10′、10″)的熱膨脹系數(shù)基本上相應于線圈體(8′、8″)的熱膨脹系數(shù)。
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(yōu)先權(quán)日2004年1月21日
發(fā)明者W·?？斯? D·諾伊邁爾, W·施內(nèi)爾, G·茨紹 申請人:Bsh博施及西門子家用器具有限公司