专利名称：感应炊具识别的制作方法
感应炊具识别
背景技术：
本说明书描述一种感应烹饪系统。一些常规烹饪系统例如通过燃气火焰或者电阻线圈来向烹饪器具(例如平底锅、壶、长柄锅等)递送热量。在这些烹饪系统中也加热位于热源与烹饪器具之间的任何材料(例如玻璃炉灶面)。感应烹饪系统工作方式不同。在感应烹饪系统中，在感应线圈中的交变电流产生与时间相关的如下磁场，该磁场在线圈附近的导电材料(比如感应烹饪器具的铁磁部件(或者靶材料))中感应涡流。当涡流在靶材料(target material)内流动时，它经由焦耳加热机制变热。通过烹饪器具的主体向食物表面传导靶中的热并且烹饪食物。不同于燃气或者电烹饪系统，感应烹饪系统不会直接加热放置于感应线圈与靶材料之间的非传导材料(比如玻璃炉灶面)。然而从热的靶材料散发的辐射、对流或者传导热可能间接加热放置于感应线圈与靶材料之间的任何这样的非传导材料。
发明内容
在一个方面中，一种用于与感应烹饪系统一起使用的烹饪物品，包括从铁素体芯片、无源共振电路、居里点在感应烹饪系统的操作温度范围中的材料和永磁体中选择的单元。该单元用于与感应烹饪系统共同作用以识别炊具物品。炊具物品可以包含铁素体芯片、 无源共振电路、居里点在感应烹饪系统的操作温度范围中的材料和用于与感应烹饪系统共同作用以识别炊具物品的永磁体中的多项。炊具的外表面温度可以在使用中明显低于炊具的内表面温度。在另一方面中，一种用于识别感应炊具的方法包括在炊具的材料性质方面提供在使用中炊具的外表面比炊具的内表面明显更低的指示。该方法还可以包括识别指示并且在线圈中传导电流以提供与时间相关的磁场，该磁场在炊具中感应涡流以加热炊具的表面。 识别指示可以由线圈进行。线圈中的电流可以与指示的存在或者不存在相关。提供指示的材料性质可以包括炊具的阻抗签名。识别指示可以包括在多个频率测量炊具单元的阻抗。 识别指示可以包括测量炊具中的无源共振电路的阻抗。识别指示可以包括通过测量次级线圈的电参数来测量炊具单元的阻抗。提供可以包括在炊具中插入无源共振电路。提供可以包括在炊具中包括居里点可变的材料以提供阻抗签名。提供可以包括在炊具中包括永磁体。提供可以包括在炊具中嵌入铁素体芯片。材料性质可以包括嵌入于炊具中的线圈的共振频率。材料性质可以包括炊具的电抗。在另一方面中，一种用于操作感应烹饪系统的过程，包括用于识别炊具物品的多种方法。用于识别炊具物品的多种方法可以包括用于识别炊具物品的第一种方法，该第一种方法包括下列其中之一向炊具物品中的无线网元发送RF辐射；测量炊具物品的电抗； 以及检测炊具单元中的永磁体的存在。用于识别炊具物品的多种方法可以包括用于识别炊具的第二种方法，该第二种方法包括下列其中之一向炊具单元中的射频识别(RFID)标签发送RF辐射；向炊具单元中的无线通信单元辐射RF辐射；测量炊具的阻抗；测量炊具的电抗；检测炊具物品中的永磁体的存在；以及检测炊具单元中的共振线圈的共振频率。
其它特征、目的和优点将根据在结合以下附图来阅读时的下文具体描述而变得清楚
图1是感应烹饪系统的示意图；图2是用于操作感应烹饪系统的过程的框图；图3、图4和图5A是感应烹饪系统的示意图；图5B是图5A的感应烹饪系统的电路图；图6是感应烹饪系统的示意图；图7A是图6的感应烹饪系统的部分示意图；图7B是图7A的视图的单元的视图；图7C和图7D是图7A的感应烹饪系统的一些单元的电路图；图7E是用于测量电抗的电路的电路图；以及图8是感应烹饪系统的框图。
具体实施例方式尽管附图的若干视图的单元可以在框图中示出和描述为分立单元并且可以称为 “电路”，但是除非另有指明，否则单元可以实施为模拟电路、数字电路或者执行软件指令的一个或者多个微处理器中的一种或者组合。模拟电路或者如下微处理器执行软件可以进行运算，该微处理器执行软件进行与模拟运算等效的数学或者逻辑运算。图1示出了感应烹饪系统。功率电子器件电路2操作地耦合到初级感应线圈4、 系统控制电路6和炊具标识符电路8。炊具标识符电路8可以操作地耦合到包括炊具标识 (ID)列表的数据库10并且耦合到系统控制电路6。用户接口(UI) 12操作地耦合到系统控制电路6。炉灶面14使初级感应线圈4与炊具16接口连接。图1、图3、图4、图5A和图6 以逻辑形式示出了系统。在一种实际实现方式中，单元可以共享部件，并且执行块的活动的单元在物理上可以是分离的。例如，炊具标识符电路8可以包括功率电子器件电路2的单兀。炊具16可以是在通过整体引用结合于此的美国专利申请12/031，214、美国专利申请12/031，220中或者在美国专利12/031，226中描述的类型。这一类炊具的外壁，即使内壁处于足以烹饪食物的温度，仍然可以触摸起来相对冷。下文将这样的炊具称为“冷炊具”如果炊具16为非冷炊具，则外壁可能与内壁几乎一样热。如果用户将非冷炊具误认为冷炊具，则可能造成灼伤和/或损伤炊具放置于其上的表面。使用冷炊具允许炉灶面14的更大设计灵活性。炉灶面无需与常规感应烹饪表面的炉灶面一样耐热，这允许使用不同的炉灶面材料、炉灶面尺度和其它优点。炊具16具有识别特性，从而炊具识别电路8可以识别炊具。识别特性可以包括具体阻抗或者阻抗签名、可以对射频(RF)信号做出响应或者可以与无线网络交互的单元、特性电抗或者特性共振频率。下文将描述识别特性的更多具体示例。在图2中描述图1的系统的操作。在块18例如烹饪系统感测炊具16的存在或者用户通过用户接口 12输入向系统控制电路16传达的命令来启动过程。在块20，炊具标识符电路尝试识别炊具。在尝试识别炊具时，炊具标识符电路可以如在图1中的在炊具标识符电路8与炊具16之间的虚线所示与炊具交互。以下将描述交互的性质。在块22确定是否已经识别炊具。如果已经在块22识别炊具，则在块27确定炊具是否适合于如下文将描述的感应加热系统的全功能操作。如果在块22未识别炊具，则系统控制电路在块沈可以使系统以精简功能操作。如果在块27确定炊具不适合于全功能操作，则系统控制电路在块四可以使系统以精简功能操作。如果在块27确定炊具适合于全功能操作，则系统控制电路在块M通过向初级感应线圈4供应功率来指引功率电子器件电路全功能操作，该初级感应线圈产生在炊具16中引起涡流的磁场，这使炊具加热。“精简功能”可以包括以精简最大功率操作或者不向初级感应线圈提供功率、限制感应烹饪系统的一些特征或者向用户告警。在块沈提供的精简功能可以与在块四提供的精简功能相同或者不同。在一个实施例中，“被识别”意味着将炊具二元识别为冷炊具或者不是冷炊具。这一实施例(下文称为“二元识别实施例”)并不允许如下文描述的实施例那样精细的精简功能定制、但是可以与更简单的炊具标识符电路8 —起操作而无需炊具ID列表10。在另一实施例中，“被识别”意味着已经确定炊具的诸如具体产品代码、制造商、型号等的具体标识。如果已经确定炊具的具体标识，则可以比较炊具的具体标识与炊具标识列表10以确定炊具的特征。取而代之，该识别方案可以直接表明炊具的特征。例如，具体识别方案可以表明炊具物品为冷炊具并且也可以直接表明关于炊具的制造商、尺度和其它信息。这一实施例(下文称为“具体识别实施例”)允许全功能操作以包括更精细特征并且也允许在块四的精简功能操作的精细定制。例如，如果炊具并不适合于感应烹饪，则系统控制电路6可以使功率电子器件电路2不向感应线圈4提供功率并且提供炊具并不适合于感应烹饪的视觉和/或听觉指示；如果炊具适合于感应烹饪、但是并非冷炊具，则系统控制电路6可以限制功率电子器件电路2向线圈4提供的最大功率和/或提供炊具并非冷炊具的视觉或者听觉指示；或者如果炊具为冷炊具(这包括适于感应烹饪)，则系统控制电路6 可以向线圈4提供全最大功率。复杂和精细程度可变的许多其它实施例是可能的。例如除了炊具是否为冷炊具之外或者取而代之，一个二元识别实施例还可以进行二元分类。在一些情况下，二元分类类型可以应用于借助具体类型的传感器的测量。根据图1和图2的感应烹饪系统可以通过以下方式来防止或者减少灼伤或者损伤表面的风险通过完全防止常规炊具加热；通过减少供给初级感应线圈的、允许炊具加热但是未达到将引起严重灼伤的温度的最大功率；或者通过向用户警告炊具可能很热。此外， 如果炊具为非冷炊具，则烹饪系统可以限制或者取消一些特征。图3具体示出了具有炊具标识符电路8的图1的感应烹饪系统的实现方式。炊具标识符电路8包括阻抗检测器28。炊具16可以包括无源共振电路36，并且炊具标识符电路可以包括次级线圈30、也就是除了初级感应线圈之外的如下线圈，该线圈具有除了产生如下磁场之外的功能，该磁场在线圈附近的导电材料中引起涡流。在烹饪系统的一种实现方式中，阻抗检测器通过在某一频率测量在初级感应线圈4两端的电压和经过初级感应线圈4的电流来确定炊具16的阻抗。在一种变化中，阻抗检测器通过在多个频率测量阻抗来确定阻抗签名。在另一变化中，阻抗检测器测量可选无源共振电路36的阻抗。在另一变化中，阻抗检测器在多个温度检测阻抗。在另一变化中，阻抗检测器通过测量经过次级线圈30的电流和在次级线圈30两端的电压来测量阻抗。可以组合这些变化；例如阻抗检测器可以在多个频率测量经过次级线圈的电流和在次级线圈两端的电压以确定无源共振电路的阻抗以确定炊具的阻抗签名；或者阻抗检测器可以在多个频率和在多个温度测量阻抗。通过在单个频率测量在初级感应线圈4的电流和在初级感应线圈4两端的电压，来测量阻抗需要最少部件和最简单电路。这些变化可能需要更多部件和更复杂电路、但是允许更精细识别方案。可以更改炊具的阻抗用多种方式产生唯一阻抗或者阻抗签名。可以修改炊具的尺度和几何形状；可以变化炊具的材料；可以在炊具中嵌入铁素体芯片；以及以其它方式、比如在炊具中插入共振电路。修改炊具的几何形状的示例是构造炊具使得在感应靶与炉灶面之间有间隙。变化炊具的材料的示例包括在炊具中使用电介质材料层和使用居里点可变的材料(例如镍、铬和铁的合金)。居里点是铁磁材料失去它的铁磁性质时所在的温度。失去铁磁性质造成失去支持低频O0-30kHz)感应加热的能力从而导致系统阻抗剧变。铁素体芯片(例如低温铁素体)可以例如通过将它们粘附到炊具的靶部分的底部来并入于炊具中。低温铁素体具有低居里温度，这造成特性低温阻抗响应。在图3的实现方式中，如果系统包括炊具ID列表，则可以根据阻抗或者阻抗签名对炊具ID的条目编目录。图3的实现方式适合于如上文限定的具体识别实施例、但是尤其适合于如上文限定的二元识别实施例。可以使用具有其它功能(比如提供与时间相关的如下磁场，该磁场在线圈附近的导电材料中感应涡流)的单元(例如线圈4)来相对简单地测量阻抗。由于二元识别实施例无需传送大量数据，所以可以使用相对简单编码方案，从而炊具的材料性质(比如阻抗或者阻抗签名)可以用来传送除了材料性质本身之外的其它信息。换而言之，材料性质(比如阻抗或者阻抗签名)可以用来对独立于材料性质的信息进行编码。例如，具体阻抗分布图可以表明炊具是否为冷炊具。常规感应烹饪炊具检测与材料性质直接有关的关于材料性质的信息。例如，一些常规感应烹饪系统测量炊具的阻抗签名以确定炊具是否包括磁材料。在这一情况下，阻抗签名是炊具是否包含磁材料的直接指示符。图4示出了图1的感应烹饪系统的另一实现方式。在图4的实现方式中，炊具标识符电路包括RF器件32。炊具16包括可以与RF器件共同作用以识别炊具的标识符34。在图4的实现方式的一种形式中，RF器件32为RFID应答器，而标识符34为RFID 标签。在图4的实现方式的另一形式中，RF器件32和标识符34均为无线通信系统的单元，例如“蓝牙”系统(url www, bluetooth. orR 或者 www, bluetooth. orR)或者 Zigbee 系统(Advantage Electronics Product Development, Inc. of Broomfield, Colorado, USA www, advantage-dev. com)。一种并入无线通信系统的RFID器件或者单元的实现方式也适用于二元识别实施例、但是特别适用于具体识别实施例，因为RFID或者无线通信网络的更广泛通信能力允许高效发送比更简单方案(比如测量阻抗签名)更大量的信息。在图4的实现方式的另一形式中，RF器件32可以是接收器、天线或者是检测来自标识符34的电磁辐射的某一其它器件。在图5A中示出了具有其它单元的这一形式的实现方式的示例。
在图5A的示例中，图4的标识符34嵌入于或者附着到炊具的共振电路34’、例如共振线圈。图4的RF器件32可以是接收器线圈32’。共振电路34’是以具有并联电容的线圈这一形式。线圈具有一般由其平均直径和匝数限定的特征电感。线圈的电感与电容并
联的合成电路具有理论共振频率f，为/ =其中共振频率以Hz为单位来表达，电感
L以亨利来表达，而电容C以法拉为单位来表达。实际示例的共振频率由于非理论行为和公差的不同而可以略微不同。在一个示例中，L为6yH，C为IOOOpF,而线圈具有直径约为 11.4cm(4.5英寸)的五匝，从而f近似为2MHz。在另一示例中，L为2. 5 μ H，C为IOOpF, M 线圈具有直径约为8. 9cm(3. 5英寸)的四匝，从而f近似为10MHz。图5B是图5A的系统的一些单元的示意图。一些标号识别图5A的对应单元。电感48代表图5A的炊具16的靶材料的电感。图5A的共振电路34’在图5B中表示为电感 41和电容43。图5A的接收器线圈32’表示为电感33、噪声滤波器35和放大器37。在操作中，在很低功率电平向感应线圈4供电，从而线圈4在基频(例如30kHz) 辐射并且也辐射谐波和噪声频谱。通常，接收器线圈32’在输出端子47检测约-60dB的参考信号电平。然而在共振电路34’的共振频率处的噪声使共振电路34’在共振频率(在这一示例中为IMHz)辐射(量值是在该频率的噪声量值的许多倍)。因而在1MHz，接收器线圈32’在输出端子47检测-30dB的参考信号从而提供炊具4的二元识别。可以通过向附加共振电路提供不同共振频率来开发具体识别方案(或者更稳健的二元识别系统)。使用一种包括标识符34或者34’ (比如RFID标签或者共振线圈)的识别方法特别适合与冷炊具一起使用。标识符的耐热性无需考虑，并且标识符可以定位于冷表面上的任何处。例如，标识符可以居中于炊具的底表面上。当与常规感应烹饪一起使用时，标识符将需要耐热或者将需要放置于在使用中为冷的位置、例如在手柄中。并不希望将标识符放置于手柄中，因为手柄通常与炉灶面并且因此与识别电路相距若干厘米并且因为手柄在使用中可以处于相对于识别电路的不同定向。在图6的实现方式中，炊具标识符电路8包括电抗(电容阻抗)检测器42。电抗检测器42如线140所示操作地耦合到炊具16。如在美国专利申请12/031，214、美国专利申请12/031,220中或者在美国专利 12/031，226中所述，配备成使用冷炊具的感应烹饪系统可以具有与未配备成使用冷炊具的感应烹饪系统不同的若干物理特性。物理特性可以使电容阻抗(下文称为“电抗”)不同于常规感应烹饪系统。冷炊具可以具有非传导外表面，该表面包括电介质材料、比如玻璃陶瓷、玻璃或者塑料。冷炊具可以包括在外表面44与炊具传导层之间的真空或者惰性气体层。炉灶面可以由与常规感应烹饪系统的炉灶面不同的材料制成并且可以具有与常规感应烹饪系统的炉灶面不同的尺度，因为设计用于与冷炊具一起使用的炉灶面无需与设计用于与常规炊具一起使用的炉灶面一样耐热。非传导层(可以包括真空或者惰性气体层)的组合效果可以意味着炊具的传导层比常规感应烹饪炊具更远离感应线圈，这也影响电抗。冷炊具系统部件的不同电抗允许如图6中所示感应烹饪系统使用电抗检测器42作为炊具标识符。图7A具体示出了图6的一些单元的示意剖视图。炊具具有材料适合于感应烹饪的传导层46并且可以具有电介质材料的外层44。如在美国专利申请12/031，214、美国专利申请12/031，220中或者在美国专利12/031，226中所述，炊具可以具有层48所代表的居间层、例如真空层、惰性气体层和反射层。包括电抗检测器42、电抗感测靶38A和38B、电抗防护环39A和39B以及电抗检测器引线40A和40B的电抗检测电路可以定位成使得炉灶面 14在电抗感测靶与传导层46之间。在感测靶38A和38B与传导层46之间的层(在这一视图中为炉灶面14、外层44和居间层48)在下图7D中统称为集体层50。下文将在图7E中示出电抗检测器与电抗防护环39A和39B的耦合。图7B示出了如在图7A的指示符51所示方向上查看的电抗感测靶38A或者38B 和防护环39A或者39B的示意图。防护环39A或者39B包围感测靶38A或者38B以消除杂散电容以保证电抗测量沿着图7A的路径52。图7C示出了图7A的布置的等效电路。具有“‘”(单引号)指示符的标号指代图7A和7B的类似编号单元的电性等效单元。电路等效于各自具有电容C5tl,的两个串联电容器。如图7D中所示，两个串联电容器可以由单个电容M代表而电容Cp，为
权利要求
1.一种用于与感应烹饪系统一起使用的炊具物品，包括从包括铁素体芯片、无源共振电路、居里点在所述感应烹饪系统的操作温度范围中的材料和永磁体的组中选择的单元， 所述单元用于与所述感应烹饪系统共同作用以识别所述炊具物品。
2.根据权利要求1所述的炊具物品，包含铁素体芯片、无源共振电路、居里点在所述感应烹饪系统的操作温度范围中的材料和用于与所述感应烹饪系统共同作用以识别所述炊具物品的永磁体中的多项。
3.根据权利要求1所述的炊具物品，其中所述炊具的外表面温度在使用中明显低于所述炊具的内表面温度。
4.一种用于识别感应炊具的方法，包括在所述炊具的材料性质方面提供在使用中所述炊具的外表面比所述炊具的内表面明显更低的指示。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括识别所述指示；并且在所述线圈中传导电流以提供与时间相关的磁场，所述磁场在所述炊具中感应涡流以加热所述炊具的表面。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述识别所述指示由线圈进行。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述线圈中的电流与所述指示的存在或者不存在相关。
8.根据权利要求4所述的方法，其中提供所述指示的所述材料性质包括所述炊具的阻抗签名。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述识别所述指示包括在多个频率处测量炊具单元的阻抗。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述识别所述指示包括测量所述炊具中的无源共振电路的阻抗。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述识别所述指示包括通过测量次级线圈的电参数来测量炊具单元的阻抗。
12.根据权利要求4所述的方法，其中所述提供包括在所述炊具中插入无源共振电路。
13.根据权利要求4所述的方法，其中所述提供包括在所述炊具中包括居里点可变的材料以提供阻抗签名。
14.根据权利要求4所述的方法，其中所述提供包括在所述炊具中包括永磁体。
15.根据权利要求4所述的方法，其中所述提供包括在所述炊具中嵌入铁素体芯片。
16.根据权利要求4所述的方法，其中所述材料性质包括嵌入于所述炊具中的线圈的共振频率。
17.根据权利要求4所述的方法，其中所述材料性质包括所述炊具的电抗。
全文摘要
一种感应烹饪系统包括用于识别炊具物品的一种或者多种方法或者装置。识别可以包括识别炊具单元的外表面温度在使用中是否明显低于内表面温度。方法可以包括测量阻抗、通过RF辐射传达信息或者测量电抗中的一种或者多种方法。
文档编号H05B6/06GK102281801SQ200980154586
公开日2011年12月14日 申请日期2009年12月2日 优先权日2008年12月16日
发明者A·C·布罗德斯, A·G·吉奥姆贝蒂, A·G·埃斯波希托, C·R·巴克, J·M·小基丘拉, L·J·施罗伊德, M·纽斯鲍姆, R·O·恩格拉德 申请人:伯斯有限公司