专利名称：借助于感应耦合加热食物的装置和用于传递能量的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的装置，在该装置中可以借助于感应耦合加热食物，本发明还涉及一种按权利要求2前序部分所述的用于传递能量的装置。
在现有技术中已知的装置借助于用于烹饪容器的感应式炉灶加热器工作。在此该炉灶加热器在加热板内部具有一个感应线圈，该感应线圈由高频交流电流过。该交流电引起一个快速变化的磁场，该磁场向着容器的方向导引。在铁磁性的容器的底部内，该交变磁场引起一个电压，由此又产生了一个涡流(感应电流)，该涡流引起锅底的变热。这种感应式炉灶加热器的其中一个优点在于，只有锅底被加热，而没有其它储能部件如加热板被加热。由此使用者不会在加热板上烧伤。
在DE 42 24 405 A1中描述了这样一种感应式炉灶加热器，该炉灶加热器设置在加热板、尤其是玻璃陶瓷板下面，并且由一个相关的设置在外壳中的结构单元构成，该结构单元包括两个感应线圈。感应线圈是扁平板形状的，并且通过隔热件支撑在玻璃陶瓷板的下侧面上，以及通过一块铁氧体板支撑在一个冷却体上。这种感应式炉灶加热器的其中一个缺点在于其效率由于所产生的电磁场的发散损失受到负面影响。其它损失在磁场穿过加热板时产生，由此已知的感应式炉灶加热器可以达到大约最大60％的效率。
在DE 100 31 167 A1中公开了一种用于用文火煮食物的装置-该装置具有一个带有一个烹饪区的灶台，为该烹饪区配设一个第一加热元件。可以由该第一加热元件加热的慢煮器具可以放置在该烹饪区上，其中慢煮器具包括一个第二加热元件。在此在灶台上设置了一个电接头，慢煮器具可以用第二加热元件连接在该电接头上。这种装置的优点在于，慢煮器具可以直接通过一个“主动加热器”加热，该慢煮器具对效率产生正面影响。但是缺点是，第二加热元件通过一个缆线与电接头连接。由慢煮器具出发向着接头延伸的缆线在用文火煮食物期间对于使用者来说可能会产生干扰，尤其是使用者可能在例如不小心移动的情况下挂在缆线上，其结果是慢煮器具可能会倾翻。
由US 4 996 405公开了一种装置，其中在底部部件中设置了一个由导电体成形的次级线圈和一个连接在该线圈上的加热元件。用于加热元件的能量由初级线圈借助于感应传递到次级线圈上，其中初级线圈设置在一个用于传递能量的装置中。其中一个缺点在于，该装置的体积比较大，由此将该装置布置在锅子的底部元件中会导致体积很大的锅子。
本发明的任务是提供一种装置，借助于该装置避免了上述缺点，尤其是可以在加热食物时实现良好的效率。
该针对用于加热食物的装置的任务按本发明通过权利要求1以及4所述的特征解决。针对用于传递能量的装置的任务按本发明通过权利要求2以及5所述的特征解决。本发明的优选的结构方案和改进方案在从属权利要求中获得。
根据用于加热食物的装置-其例如设置在待加热的容器的底部区域中-按本发明提出，将次级线圈通过一种浇注剂在一个线圈体中浇注，该绝缘的浇注剂具有一个基本上相应于线圈体的热膨胀系数的热膨胀系数。关于用于传递能量的装置-其在一种按本发明的实施方式中可以设置在一块加热板中-将初级线圈用浇注剂在一个线圈体中浇注。在此该绝缘的浇注剂具有一个与线圈体的热膨胀系数相应的热膨胀系数。对于放置在加热板上的容器，该装置构成了一个具有两个变压器半体的变压器。其中一个半体-具有线圈体和浇注剂的初级线圈-设置在加热板中，并且第二个半体-具有线圈体和浇注剂的次级线圈-设置在容器内。如果在起感应线圈作用的初级线圈上施加一个电压，那么该初级线圈就产生一个磁通量，该磁通量流向次级线圈的方向。初级线圈在此由高频交流电流过，其中通过电子电路可以非常精确地定量计量能量输入。由于线圈体，其最好由铁氧体-一种不能导电的金属氧化物材料-制成，可以实现从初级线圈到次级线圈非常良好的能量传递。线圈体使得磁通量精确地导向次级线圈，由此产生很少的磁场方面的发散损失，磁场与效率的改善相关。另外可以通过较小的结构形式实现高的能量传递。
在次级线圈中将磁通量转换成电能，尤其是感应出一个电压。次级线圈由此是一个由电流流过的导体，其有利的是不必通过触点与电接头连接。由于在次级线圈中感应出的电压，加热元件会变热。
在按本发明的装置运行期间，初级和次级线圈会变热，其中初级线圈和次级线圈例如可以设置在线圈体的空隙中，其中浇注材料吸收热量。浇注材料最好是耐高温的，并且例如可以包括环氧树脂或者聚酰胺。在这里尤其重要的是，吸收热量的浇注剂的膨胀系数要与线圈体的膨胀系数相匹配。由此实现了由于在两个装置运行期间产生的热量，线圈体以及浇注剂可以均匀膨胀，而不会例如在空隙范围内产生机械应力。热膨胀系数的匹配例如可以通过向浇注剂添加填充料来实现。
在本发明的另一种优选的结构方案中，在线圈体上设置了一个具有很小厚度的不导电的保护层，其热膨胀系数同样基本上相应于线圈体的热膨胀系数。如果待加热的容器放置在加热板上，那么两个保护层就处于上下位置关系。最好相应保护层的厚度最大为500μm，从而在将磁场从初级线圈传递到次级线圈期间所产生的损失尽可能小。由于保护层微小的厚度，有利的是，除了浇注剂的热膨胀系数，保护层的热膨胀系数也与线圈体的热膨胀系数相匹配。在将能量传递到次级线圈期间，浇注剂、线圈体以及保护层均匀膨胀，而不会由于构造成厚度很小的保护层例如由于产生热应力而损坏。最好保护层和/或浇注剂的热膨胀系数在-20℃至150℃的温度范围内都与线圈体的热膨胀系数相匹配。
设置在线圈体上的保护层最好具有高的材料硬度。保护层的这种结构最好在装置上用于传递能量或者在加热板上传递能量，因为加热板由于经常要搁置容器会很快刮伤。因为保护层非常薄，有利的是，该保护层构造成具有特别高的硬度。在本发明的一种实施方式中，保护层可以是无定形碳氢化合物层(a-C:H层)。a-C:H层在此可以由高频放电、磁镀、离子束方法、气相喷镀或者通过等离子辅助分离方法(CVD方法)施加在线圈体上。关于CVD方法，在使用碳氢化合物气体(例如乙炔)的情况下在此在一个真空腔中点燃氩等离子体，其中反应气体的分子裂变成不同的裂变产物。由这些化学气相最后在相应构件表面(线圈体)上可冷凝的碳氢化合物聚合成类金刚石层。由此线圈体的表面就获得类似于金刚石的性能。对于大约3μm的层厚，无定形碳氢化合物层可以达到3500HV(维氏硬度)的硬度，也就是高于高度硬化的钢。另外这种层的主要优点是尽管其极高的硬度，其还是能够在高负荷下通过弹性变形吸收能量。由于这种硬度和弹性的组合，实现了线圈体表面非常良好的耐磨性。
关于该待加热的容器，不必要求将保护层设计成硬层，因为通常作用在加热板上的机械力大于作用在容器底部上的机械力。由于容器所受的刮伤倾向较小，保护层只需要较薄且不导电就足够了。本发明的一种方案是，保护层构造成薄膜，其贴靠在线圈体上。保护层例如可以包括陶瓷或者聚四氟乙烯(PTFE)。当然在另一种替代方案中保护层同样也可以构造成硬层，尤其是a-C:H层。
本发明的其它优点、特征和细节由下面的说明中获得，其中参考附图详细描述了本发明的实施例。在此在权利要求和说明书中所提到的特征分别单独地或者以任意组合对本发明是重要的。附图示出
图1示出了一个容器的示意剖视图，在该容器中食物可以借助于感应加热；图2示出了一块加热板的示意剖视图，其将能量传递到按图1的容器中。
图1示出了具有一个底部的容器2，其中设置了一个线圈体8″。该线圈体″由铁氧体制成，该线圈体8″在所示实施例中具有一个空隙9″。在该空隙9″-其具有一个矩形(槽)的横截面-中设置了一个由导电体成形的次级线圈6。该次级线圈6起感应线圈的作用，并且由多个绞合线组成，这些绞合线由单个导体构成，这在图中没有具体示出。由铜制成的单个导体最好可以通过耐热的油漆层相互电绝缘。次级线圈6通过电绝缘的浇注剂10″在空隙9″内浇注，浇注剂在本实施例中是环氧树脂，其中还集成了由陶瓷制成的填充材料。同样也可以在添加填充材料的情况下使用聚酰胺作为浇注剂10″。
在线圈体8″的下侧面上设置了一个保护层11″，该保护层在所示的实施例中具有大约100μm是不导电的，并且构造成薄膜。薄膜11″粘贴在线圈体8″的下侧面上，并且包含陶瓷。在本发明的另一种实施方式中，薄膜11″也可以由聚四氟乙烯或者由其它合成材料制成。同样可以通过胶合(Auflamieren)来涂覆该薄膜11″。由此空隙9″一方面由线圈体8″限定、另一方面一侧由保护层11″限定。
在线圈体8″的上侧面上、也就是在线圈体8″的背离次级线圈6的一侧上设置了一个加热元件7。该与次级线圈6连接的加热元件7由一个未示出的热导体构成，该热导体作为电阻加热器工作。该热导体通过两个触点与次级线圈6连接。加热元件7例如可以构造成一种陶瓷上釉的金属层系统，在其上设置了热导体。在本发明的另一种替代方案中可以将多个热导体与次级线圈6连接。热导体均匀地分布在加热元件7的整个表面上，从而可以实现加热元件7的均匀加热。热导体例如可以具有一个蜿蜒形的或者双螺旋线形的走向。在加热元件7的上方有一个物品(未示出)，其可以通过由热导体产生的热量加热。为了在物品加热期间损失尽可能少的热量，可以在加热元件7和次级线圈6之间设置一个隔热件。由此实现了将尽可能所有热流从加热元件7向上、也就是沿着到次级线圈6相反的方向导引，从而可以有效地加热物品。隔热件例如可以具有蛭石，蛭石的特征是其非常微小的导热性。蛭石是机械稳定的，并且具有高达大约1000℃的抗高温性。另外隔热体使得次级线圈6不会由于加热元件7产生的热量而进行不必要的加热，这种不必要的加热会使次级线圈6受到损坏或者甚至完全失灵。
图2示出了一个用于传递能量的装置1，其是加热板1。该加热板1具有一个线圈体8′，该线圈体基本上与待加热的容器2的线圈体8′镜面对称。由铁氧体制成的线圈体8′同样具有一个空隙9′，其中设置了一个与未示出的电源连接的初级线圈5。初级线圈5由一种绝缘浇注剂10′包围。在线圈体8′上设置了一个保护层11′。加热板1、尤其是浇注剂10′、线圈体8′以及初级线圈6的其它结构方案相应于容器2的浇注剂10″、线圈体8″和次级线圈6，从而为了避免重复这里仅仅参考上述内容。
加热板1的保护层11′具有高材料硬度，该硬度通过无定形碳氢化合物层实现。除了其微小的大约100μm的厚度以及其不导电特性，该保护层11′的特征在于其特别高的硬度，从而基本上避免了加热板1的刮伤。
包含在加热板1或者容器2的旋转对称的线圈体8′、8″的空隙9′、9″中的浇注剂10′、10″在本实施例中在其边缘上-也就是向着线圈体8′、8″以及保护层11′、11″-具有一个框架3、4，该框架同样由环氧树脂制成。框架3、4在此用作安装时的辅助机构，在安装时首先将初级或者次级线圈5、6导入朝着一侧敞开的框架3、4中，接着浇注环氧树脂10′、10″。接着将敞开的框架3、4通过同样由环氧树脂制成的盖封住。接下去可以将由浇注剂10′、10″以及初级和次级线圈5、6构成的单元插入线圈体8′、8″的空隙9′、9″中。
在另一种实施方式中，同样可以实现初级和次级线圈5、6在没有框架3、4的线圈体8′、8″中的布置。对于这种替代方案，将初级和次级线圈5、6引入空隙9′、9″中，并接着在空隙9′、9″中只浇注绝缘浇注剂10′、10″。
如果容器2放置在加热板1上，那么两个保护层11′、11″就上下叠在一起。在施加电压时，初级线圈5产生一个磁通量，该磁通量向着次级线圈6的方向导引。由铁氧体制成的具有高电阻的线圈体8′、8″以及其几何形状在此有利于将磁通量向着容器底部导引。在次级线圈6中将磁通量转换成电能，其中次级线圈6是一个能流通电流的导体。与次级线圈6连接的加热元件7连同其热导体同时以电流流过，从而容器底部就变热。
按本发明的装置1、2具有高效率，其明显高于商业上常见的感应装置，这种常见的感应装置的效率大约达到60％。另外高效率还由此产生，即磁通量精确地从初级导入次级线圈5、6。另外在将磁通量导引通过两个贴靠在一起的保护层11′、11″时不会产生明显的发散损失，因为保护层一方面由不导电的材料制成，另一方面保护层也非常薄。
但是为了使加热板1或者容器2的底部对由加热过程中产生的压应力和拉应力分布保持足够的机械稳定性，浇注剂10′、10″以及保护层11′、11″的热膨胀系数基本上相应于线圈体8′、8″的热膨胀系数。由铁氧体制成的线圈体8′、8″例如可以具有大约10ppm/K的热膨胀系数。浇注剂10′、10″的热膨胀系数与线圈体8′、8″的热膨胀系数的匹配可以通过添加合适的填充材料实现。填充材料例如可以是颗粒或者纤维，其与浇注剂10′、10″混合。在本实施例中，填充材料是小的陶瓷小球，其容纳在浇注剂10′、10″中。在将位于容器中的物品进行加热期间，线圈体8′、8″、浇注剂10′、10″以及保护层11′、11″均匀膨胀，而不会由于热应力而产生裂纹。尤其是保护层11′、11″的热膨胀系数的匹配是重要的，因为保护层由于其微小的厚度特别敏感。在所示的本发明的实施方式中，大约在-20℃至150℃的温度范围内对浇注剂10′、10″和保护层11′、11″的热膨胀系数与线圈体8′、8″的热膨胀系数进行匹配。
在一种未示出的实施方式中，本发明涉及一种装置2，在该装置中食物可以借助于感应加热，该装置2具有至少一个由导电体成形的次级线圈6，其上连接了至少一个加热元件7，其中次级线圈6通过浇注剂10″浇注在线圈体8″中，并且绝缘的浇注剂10″的热膨胀系数基本上相应于线圈体8″的热膨胀系数。用于将能量传递到装置2中以借助于感应加热食物的装置1用一个由导电体成形的并且与一个电源连接的初级线圈5构成，该初级线圈通过浇注剂10′浇注在线圈体8′中，其中绝缘浇注剂10′的热膨胀系数基本上相应于线圈体8′的热膨胀系数。与所示实施方式的区别仅仅在于，浇注剂10′、10″的热膨胀系数相应于线圈体8′、8″的热膨胀系数。根据所示的实施例保护层11′、11″在此并不设置在线圈体8′、8″上。其余的结构方案、尤其是线圈体8′、8″、浇注剂10′、10″、初级和次级线圈5、6以及加热元件7的结构方案相应于所示的装置1、2，从而为了避免重复，仅仅参考其说明。
另外对于用于食物加热的装置2以及用于传递能量的装置1，初级和次级线圈5、6设置在一个线圈体8′、8″中，其中在线圈体8′、8″上设置了一个具有微小厚度的不导电的保护层11′、11″，该保护层的热膨胀系数基本上相应于线圈体8′、8″的热膨胀系数。该实施方式的特征在于，仅仅保护层11′、11″的热膨胀系数、而不是浇注剂10′、10″的热膨胀系数基本上相应于由铁氧体制成的线圈体8′、8″的热膨胀系数。关于装置1、2的其它结构参考上述根据图1和2的实施方式。
附图标记列表1 用于传递能量的装置，加热板2 食物可以在其中加热的装置，容器3 框架4 框架5 初级线圈6 次级线圈7 加热元件8′ 线圈体8″ 线圈体9′ 空隙9″ 空隙10′浇注剂10″浇注剂11′保护层11″保护层
权利要求
1.装置(2)，食物可在该装置中借助于感应耦合加热，该装置(2)具有至少一个由导电体成形的次级线圈(6)，在该次级线圈上连接了至少一个加热元件(7)，其特征在于所述次级线圈(6)在线圈体(8″)中通过一种浇注剂(10″)浇注，并且所述绝缘浇注剂(10″)的热膨胀系数基本上相应于线圈体(8″)的热膨胀系数。
2.用于将能量传递到装置(2)中以用于借助于感应加热食物的装置(1)，该装置具有一个由导电体成形的并且与电源连接的初级线圈(5)，其特征在于所述初级线圈(5)在线圈体(8′)中通过一种浇注剂(10′)浇注，并且所述绝缘浇注剂(10′)的热膨胀系数基本上相应于线圈体(8)′的热膨胀系数。
3.按权利要求1或者2所述的装置(1、2)，其特征在于在所述线圈体(8′、8″)上设置了一个具有微小厚度的不导电的保护层(11′、11″)，保护层的热膨胀系数基本上相应于线圈体(8′、8″)的热膨胀系数。
4.装置(2)，食物可以在该装置中借助于感应耦合加热，该装置(2)具有至少一个由导电体成形的次级线圈(6)，在该次级线圈上连接了至少一个加热元件(7)，其特征在于所述次级线圈(6)设置在一个线圈体(8″)中，并且在该线圈体(8″)上设置了一个具有微小厚度的不导电的保护层(11′)，该保护层的热膨胀系数基本上相应于线圈体(8″)的热膨胀系数。
5.用于将能量传递到装置(2)中以用于借助于感应加热食物的装置(1)，该装置具有一个由导电体成形的并且与电源连接的初级线圈(5)，其特征在于所述初级线圈(5)设置在线圈体(8′)中，并且在该线圈体(8′)上设置了一个具有微小厚度的不导电的保护层(11′)，该保护层的热膨胀系数基本上相应于线圈体(8)′的热膨胀系数。
6.按前述权利要求中任一项所述的装置(1、2)，其特征在于所述线圈体(8′、8″)由铁氧体制成。
7.按前述权利要求中任一项所述的装置(1、2)，其特征在于所述保护层(11′、11″)和/或所述浇注剂(10′、10″)的热膨胀系数在20℃至150℃的温度范围内都与线圈体(8′、8″)的热膨胀系数相匹配。
8.按前述权利要求中任一项所述的装置(1、2)，其特征在于所述线圈体(8′、8″)构造有一个空隙(9′、9″)，其中设置了初级或者次级线圈(5、6)。
9.按前述权利要求中任一项所述的装置(1、2)，其特征在于所述线圈体(8′、8″)是旋转对称的。
10.按前述权利要求中任一项所述的装置(1、2)，其特征在于所述保护层(11′、11″)具有高材料硬度。
11.按前述权利要求中任一项所述的装置(1、2)，其特征在于所述保护层(11′、11″)是无定形碳氢化合物层。
12.按前述权利要求中任一项所述的装置(1、2)，其特征在于所述保护层(11′、11″)的厚度最大为500μm。
13.按前述权利要求中任一项所述的装置(1、2)，其特征在于所述浇注剂(10′、10″)包括环氧树脂或者聚酰胺。
14.按前述权利要求中任一项所述的装置(1、2)，其特征在于所述浇注剂(10′、10″)具有尤其是由陶瓷制成的填充材料。
15.按前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其特征在于所述加热元件(7)具有至少一个热导体，该热导体具有蜿蜒形的或者双螺旋线形的走向。
16.按前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其特征在于在所述次级线圈(6)和加热元件(7)之间设置了一个隔热件。
17.按权利要求16所述的装置(2)，其特征在于所述隔热件具有蛭石。
18.按前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其特征在于所述保护层(11″)是薄膜，其设置在线圈体(8″)上。
19.按前述权利要求中任一项所述的装置(2)，其特征在于所述保护层(11″)由陶瓷或者聚四氟乙烯(PTFE)制成。
全文摘要
本发明涉及一种装置(2)，食物可在该装置中借助于感应加热，该装置(2)具有至少一个由导电体成形的次级线圈(6)。此外本发明还涉及一种用于将能量传递到装置(2)中以用于借助于感应加热食物的装置(1)，该装置具有一个由导电体成形的并且与一个电源连接的初级线圈(5)。根据本发明，所述初级和次级线圈(5、6)在线圈体(8′、8″)中通过浇注剂(10′、10″)浇注，并且所述绝缘浇注剂(10′、10″)的热膨胀系数基本上相应于线圈体(8′、8″)的热膨胀系数。
文档编号H05B6/36GK1910959SQ200580002924
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月13日 优先权日2004年1月21日
发明者W·埃克哈德, D·诺伊迈尔, W·施内尔, G·茨绍 申请人:Bsh博施及西门子家用器具有限公司