專利名稱：設(shè)有振蕩電路的用于感應(yīng)傳輸能量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)禾腰求1前序部分所述的能量傳輸單元。
背景技術(shù)：
設(shè)有初級側(cè)的能量傳輸單元是己知的，所述初級側(cè)用來以感應(yīng)方式將能量 傳輸?shù)娇梢詮某跫墏?cè)去耦合的次級側(cè)。此外，該能量傳輸單元還具有饋以交流 電的初級線圈。能量傳輸單元還設(shè)有逆變器以生成交流電，。在生成交流電時， 除了基波振蕩之外還將生成其它諧波振蕩，這些諧波振蕩同樣也將經(jīng)由交變場 進(jìn)行傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)問題尤其在于進(jìn)一步改m類能量傳輸單元，更具體地說尤 其是關(guān)于良好的應(yīng)用靈活性。
根據(jù)本發(fā)明，該技術(shù)問鵬過根據(jù)權(quán)利要求l的特征得以解決，而由從屬 權(quán)利要求對本發(fā)明的f錢方案和擴(kuò)展方案進(jìn)行了說明。
本發(fā)明從一禾中能量傳輸單元出發(fā)，該能量傳輸單元包括初級單元和振蕩生 成單元，所述初級單元具有傳輸器件用于借助傳輸振蕩將能量按照無線方式傳 輸?shù)酱渭墕卧稣袷幧蓡卧糜谏伤鰝鬏斦袷帯?br> 這里建議，所述振蕩生成單元具有去耦合裝置，所述去耦合裝置被設(shè)置用 于使至少一個屬于傳輸振蕩的諧波振蕩去耦合。于是就可以在應(yīng)用該能量傳輸
單元時達(dá)到高靈活性。例如，如果在使用中需要遵守如EMV標(biāo)準(zhǔn)的安全標(biāo)準(zhǔn)， 那么對于該應(yīng)用而言就可以通過該去耦合裝置充分利用寬泛的頻率范圍。傳輸 器件優(yōu)選具有傳輸范圍。在這種情況下，次級單元被布置成在所述傳輸范圍內(nèi) 與初級單元相互作用。此外按照有利方式，次級單元也可以偏離傳輸范圍。能 量傳輸單元例如可以被用于加熱次級單元。在這里，次級單元可以被實(shí)施為炊
具?？蛇x地或者附加地，能量傳輸單元可以被用于向次級單元供以電能，次級單元被構(gòu)造為電氣負(fù)載，例如電氣設(shè)備。此外，次級單元可以被構(gòu)造為電壓供 給單元，電壓供給單元自身用于向電氣負(fù)載供電，并且從初級單元的傳輸中獲 取電壓。此外按照有利方式，能量傳輸單元可以安裝在表面之下，例如安裝在 工作臺板內(nèi)、烹飪區(qū)內(nèi)或者一個裝置的工作面之下等。在這里，次級單元被布 置到表面上，以便與初級單元相互作用。屬于傳輸振蕩的"諧波振蕩"尤其可以 被理解為其頻率大于傳輸振蕩的頻率的這樣一種振蕩。尤其是，諧波振蕩可以 是傳輸振蕩的諧波。傳輸器件的"傳輸范圍"可以被理解為由傳輸器件發(fā)起的能 量傳輸?shù)淖饔梅秶?傳輸范圍"尤其是可以被理解為這樣一個范圍，其中次級
單元最好可以接收由傳輸器ff^供的能量中的至少70%，有利的是至少90%， 特別有利的是至少95%。用于去耦合振蕩的"去耦合裝置"尤其是可以被理解為 用于衰減振蕩的裝置和/或用于去耦合振蕩的裝置。此外，用于去耦合振蕩的"去 耦合裝置"還可以被理解為是這樣的裝置，該裝置被用于從頻譜中至少部分去除 振蕩。
按照有利方式設(shè)有傳輸器件，用于以感應(yīng)方式傳輸能量。于是可以采用一 般常見的成本低廉的傳輸器件。傳輸器件在這里優(yōu)選被構(gòu)造為線圈。例如，能 量傳輸單元被構(gòu)造為電感加熱裝置。其也可以被整合在感應(yīng)加熱裝置內(nèi)或者自 身被構(gòu)造為感應(yīng)加熱裝置。在這里，次級單元優(yōu)選被構(gòu)造為炊具，所述炊具被 布置在傳輸器件的傳輸范圍內(nèi)用于加熱菜肴。此外對于電感加熱裝置的應(yīng)用， 可以靈活應(yīng)用各種材質(zhì)的炊具。為此，電感加熱裝置具有第一加熱模式，第一 加熱模式被設(shè)置用于加熱鐵磁性材料制成的炊具。這里，通過振蕩生成單元可 以生成例如25kHz至50kHz之間的傳輸振蕩。電感加熱裝置還可以具有至少一 個第二加熱模式，第二加熱模式適于加熱例如鋁的非磁性材料制成的炊具。按 照優(yōu)選方式，為了實(shí)現(xiàn)短的加熱時間，可以生成具有更高頻率的傳輸振蕩。通 過去耦合裝置，可以充分利用最高至安全標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的頻率極限之內(nèi)的頻率范 圍，用以生成傳輸振蕩。例如，關(guān)于EMV標(biāo)準(zhǔn)EN55022可以生成這樣一種傳 輸振蕩，其用于傳輸頻率最高為150kHz的能量。
替代地或者附加地，能量傳輸單元可以被用于在次級單元中感生電壓。在 這里，電壓可以被用作為工作電壓用于驅(qū)動與該次級單元相連接的電氣負(fù)載。
與此相關(guān)，次級單元，具有感應(yīng)接收元件，例如次級線圈，其中可以感生電 壓。在這里，初級單元的傳輸器件和次級單元的接收元件按照有利方式形成了互鵷。
最好，去耦^置具有電感。于是，就可以簡單有利iW借助傳輸振蕩而
振蕩的電流進(jìn)行平滑處理。通過切換處理的循環(huán)來生成借助傳輸振蕩而振蕩的 電流，這是特別有利的。如果設(shè)有作為傳輸電感的傳輸器件用于以感應(yīng)方式傳
輸能量，那么去耦^s的電感的倒雄小于傳輸電感的值。
在本發(fā)明的一個有利實(shí)施方式中建議，去耦合裝置具有諧振電路。于是就 可以簡單地借助少量構(gòu)件實(shí)現(xiàn)高頻的有效去耦合，例如通過短路或者截止這些 高頻。"高頻'這個概念與此相關(guān)尤其應(yīng)該被理解為這樣的頻率，即大于諧振電 路的諧振頻率的頻率。特別有利的是，該頻率至少為諧振頻率的幾倍、例如四 倍。
在這方面建議，將諧振電路構(gòu)造為串聯(lián)振蕩電路。由此可以實(shí)現(xiàn)去耦合裝 置的特別簡單且成本低廉的構(gòu)造方式。
此外還建議，諧振電路具有至少一個去耦合點(diǎn)，傳輸器件是連接在去耦合 點(diǎn)上的。于是在傳輸能量時，可以借助簡單的電路實(shí)施方式對傳輸振蕩的諧波 振蕩進(jìn)行特別有效的去耦合。諧振電路的"去耦合點(diǎn)"與此相關(guān)特別應(yīng)該被理解 為諧振電路的這樣一個點(diǎn)，其上可以連接有支路，在這里高頻可以在該支路中 去耦合。按照有利方式，諧振電路具有至少兩個去耦合點(diǎn)，它們將限定諧振電 路的部分，并且在它們之間可以以并聯(lián)于所述部分的方式布置一個支路。按照 優(yōu)選方式，傳輸器件是布置在所述支路內(nèi)的。按照適當(dāng)方式，所述部分用于高 頻表現(xiàn)為短路，于是可以在并聯(lián)支路中去耦合所述高頻。
在本發(fā)明的一個有利實(shí)施方式中建議，諧振電路具有電容器，并且所述去 耦合點(diǎn)被構(gòu)造為電容器接線端子。于是，可以簡單又有效地實(shí)現(xiàn)對高頻的去耦 合，這是因?yàn)殡娙萜鲗τ谶@些高頻來說具有特別小的電抗。尤其是電容器對于 高頻來說表現(xiàn)為短路。
最好，振蕩生成單元具有包括橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的橋式電路。于是，可以應(yīng)用 具有常見電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的振蕩生成單元。橋式電路可以具有半橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 在這里僅一個電橋臂包括開關(guān)器件，用以生成交流電。另選地，橋式電路可以 具有全橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中，開關(guān)器件將被布置在兩個電橋臂上。開關(guān)器件優(yōu)
選具有開關(guān)晶體管，它們例如被構(gòu)造為FET晶體管(場效應(yīng)晶體管)或者IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)。在這方面，當(dāng)去耦合裝置布置在橋式電路的電橋支路中時，去耦魏置可 以以低廉的成本M調(diào)整振蕩生成單元現(xiàn)有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而獲得。
此外還建議，將振蕩生成單元構(gòu)造為變流器。于是就可以應(yīng)用廉價的現(xiàn)有 振蕩生成單元，例如將變流器構(gòu)造為逆變器。


由以下

得出其它優(yōu)點(diǎn)。在圖中示出本發(fā)明的實(shí)施例。附圖、說明 和權(quán)利要求包括相互組合的多個特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以按照適當(dāng)方式單獨(dú) 關(guān)注這些特征或者將它們組合為其它有意義的組合。
附圖中
圖1表示具有能量傳輸單元的感應(yīng)加熱裝置和鍋，所述能量傳輸單元包括 傳輸器件；
圖2表示能量傳輸單元的振蕩生成單元，所述能量傳輸單元具有傳輸器件 和去耦合裝置；
圖3表示流經(jīng)傳輸器件的交流電的時間變化曲線；以及 圖4表示該交流電的頻譜。
具體實(shí)施例方式
圖l示出具有烹飪區(qū)12的廚房工作臺板10，在烹飪區(qū)12內(nèi)整合有感應(yīng)力口 熱裝置14。感應(yīng)加熱裝置14具有能量傳輸單元20和包括上側(cè)板18的殼體16， 能量傳輸單元20包括傳輸器件26、帶有控制單元24的初級單元22、振蕩生成 單元28、識別單元30和操作元件32。操作元件32布置在殼體16正面，并被 用于打開和關(guān)斷感應(yīng)加熱裝置14并控制加熱^Jt。傳輸元件26被構(gòu)造為線圈 并被設(shè)置用于在上側(cè)板18上所標(biāo)識出的傳輸范圍34內(nèi)以感應(yīng)方式將能量傳遞 到布置在傳輸范圍34內(nèi)的次級單元36。在該實(shí)施例中，次級單元36被構(gòu)造為 鍋。通過線條37在上側(cè)板18上標(biāo)識出傳輸范圍34。在運(yùn)行中，利用被構(gòu)成為 逆變器的振蕩生成單元28將交流電38 (圖2)饋送到傳輸器件26。交流電38 具有傳輸振蕩f (圖3)，于是fflil傳輸器件26借助傳輸振蕩f生成交變磁場。 fflil振蕩生成單元28中的切換過程來生成交流電38，振蕩生成單元28由控制 單元24進(jìn)行控制。交變場通過磁感應(yīng)在被構(gòu)造為鍋的次級單元36的底部生成渦電流。于是底部就被加熱，同時在鍋內(nèi)的菜肴(未示出)也將被加熱。
首先假定，被構(gòu)造為鍋的次級單元36由鐵磁性材料制成。為了加熱鍋內(nèi) 菜肴而將育疆傳輸單元20設(shè)定至第一加熱模式，在第一加熱模式中借助振蕩生
成單元28以傳輸振蕩f = 25 kHz來生成交流電38。在該頻率情況下，傳輸器件 26所生成的交變場進(jìn)入到鐵磁性材料內(nèi)的穿透深度對應(yīng)于次級單元36的底部 厚度，于是可以實(shí)現(xiàn)菜肴的最優(yōu)加熱，尤其是可以實(shí)現(xiàn)很短的烹飪時間。現(xiàn)在 假定鍋是扭隨性材料制成，例如由鋁制成。能量傳輸單元20以傳輸振蕩f在 第一加熱模式的運(yùn)4于將會導(dǎo)致不利的很長的烹飪時間，這是因?yàn)閷τ谠擃l率而 言，傳輸器件26所生成的交變場進(jìn)入至蹈內(nèi)的穿透深度大于次級單元36的底 部厚度。在這里，被傳輸?shù)哪芰恐袃H一部分被轉(zhuǎn)換為底部中的熱量。識別單元 30可以識別出所放置的是由鋁制成的次級單元36，識別單元30將識別信號發(fā) 送到控制單元24。根據(jù)該識別信號，控制單元24可以切換至第二加熱模式，在 第二加熱模式將會生成傳輸振蕩f = 100 kHz的交流電38。另外，尤其是直到 150kHz極限值的更高頻率也是可以想到的。該極限值是由安全標(biāo)準(zhǔn)EMV EN55022所規(guī)定的。當(dāng)在第二加熱模式中運(yùn)行時，對該標(biāo)準(zhǔn)的遵守尤其是如此 實(shí)現(xiàn)的，即能量傳輸單元20設(shè)有去耦合裝置40 (圖2)，去耦合裝置40被設(shè)置 用于使傳輸振蕩f斷皆波振蕩分量去耦合。
圖2表示初級單元22的內(nèi)部電路的示意圖?？梢钥吹降挠斜粯?gòu)造為線 圈的傳輸器件26，振蕩生成單元28和用于控制振蕩生成單元28的控制單元24。 次級單元36同樣也被示意性示出。以一個純電阻阻抗來表示次級單元36底部 的純電阻阻抗，與此同時以一個電感 示該底部的電感。次級單元36可以離 開傳輸器件26的傳輸范圍34，這以箭頭表示。上側(cè)板18是Mil點(diǎn)劃線表示的。 傳輸器件26的傳輸范圍34也^I51點(diǎn)劃線來表示的。
振蕩生成單元28被構(gòu)造為逆變器。它具有兩條線路42，在這兩條線路之 間施以直流電壓V。此外，這些線路42與整流器(未示出)連接，該整流器將 電網(wǎng)供電的交流電壓整流皿流電壓V。振蕩生成單元28在這些線路42之間 具有橋式電路44。橋式電路44具有兩個電橋臂46、 48，這兩個電橋臂46、 48 是M電橋支路50相連接的。第一電橋臂46具有兩個電容器52，兩個電容器 52用于穩(wěn)定直流電壓V。第二電橋臂48包括兩個開關(guān)器件54，這兩個開關(guān)器 ft^別具有晶體管56和續(xù)流二極管(Freilau紐ode) 58。續(xù)流二極管58分別與晶體管56之一并聯(lián)連接。晶體管56分別被構(gòu)造為RET晶體管(FET: Feldeffekttransistor場效應(yīng)晶體管)。作為另選，也可以采用IGBT(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管)。橋式電路44具有全橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 的實(shí)施方式也是可以想到的，在所述全橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中電橋臂46也將設(shè)有開關(guān) 器件54。傳輸振蕩f將3I31開關(guān)器件54的切換處理來生成，控制單元24對切 換處理進(jìn)行控制。借助逆變器來生成交流電的工作原理是已知的，因而在本說 明書的范圍內(nèi)不再進(jìn)一步闡述。
此外，振蕩生成單元28具有去耦合裝置40。去耦M置40被布置在電橋 支路50內(nèi)。去耦M置40以串聯(lián)振蕩電路的形式被構(gòu)造為諧振電路60 (在圖 中以點(diǎn)劃線示出)，所述串聯(lián)振蕩電路具有電容器C和電感L。在這里電感L的 值小于傳輸器件26的電感值。按照有利方式，例如電感L的值比傳輸器件26 的電感值小10倍。諧振電路60具有諧振頻率A，諧振頻率厶是通過 厶=1 / 2;r VTF"給定的。例如，該諧振頻率厶具有50kHz的值。假定 供纟^1皆振電路60的頻率上升皿諧振頻率/R ，那么針對該頻率電感的感抗也將 上升，與此同時電容器C的容抗將會下降。對于伏選至少為諧振頻率厶的四倍 的高頻率而言，電容器C可以被看作為對該高頻率短路。因此，電容器C的接 線點(diǎn)就構(gòu)成了兩個去耦合點(diǎn)62，在這兩個去耦合點(diǎn)62之間可以量取電流信號， 在這里該高頻率就被去耦合了。如果諧振電路60在第二加熱模式中運(yùn)行并被供 給例如150kHz的傳輸振蕩f (150kHz的傳輸振蕩f是由EMV標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的極 限值)，那么該傳輸振蕩f附皆波振蕩分量將會是300kHz、 375kHz等，該諧波 振蕩將在連接至去耦合點(diǎn)62的功能構(gòu)件中被去耦合。傳輸器件26連接在諧振 電路60的去耦合點(diǎn)62上。因此，交流電38將會流經(jīng)傳輸器件26，交流電38 具有傳輸振蕩f，并且在這里傳輸振蕩f的諧波振蕩將被去耦合。這可以參考圖 3禾口4。
圖3示出流經(jīng)傳輸器件26的交流電38在一個時間周期中的變化過程，其 中，交流電38是關(guān)于時間t的函數(shù)。y軸表示交流電38的電流幅值I，單位為 安培。如該圖所示，交流電38是正弦曲線。交流電38是fflil與傳輸器件26串 聯(lián)連接的電流計來檢測的(未示出)。圖4表^$頁譜，該頻譜是itm交流電38
進(jìn)行傅里葉分析而得到的。x軸te^員段，其中一個頻m應(yīng)于傳輸振蕩f的一
個諧波振蕩。y軸表示關(guān)于總電流幅值I的百分比。如該圖所示，交流電38僅包括一個分量，該分量對應(yīng)于傳輸振蕩f。交流電38的諧波振蕩分量;M31去 耦合，40進(jìn)行去耦合。附圖標(biāo)記
10廚房工作臺板
12烹飪區(qū)
14感應(yīng)加熱，
16殼體 18板
20能量傳輸單元 22初級單元 24控制單元 26傳輸器件 28振蕩生成單元 30識別單元 32操作元件 34傳輸范圍 36次級單元 37線 38交流電 40去耦合裝置 42導(dǎo)線 44橋式電路 46電橋臂 48電橋臂
52電容器 54開關(guān)器件 56晶體管 58續(xù)流二極管 60諧振電路 62去耦合點(diǎn) V直流電壓I電流幅值 f傳輸振蕩 /R諧振頻率 t時間
c電容器 L電感
權(quán)利要求
1. 能量傳輸單元，所述能量傳輸單元包括初級單元(22)和振蕩生成單元(28)，所述初級單元具有傳輸器件(26)用于借助傳輸振蕩(f)將能量以無線方式傳輸?shù)酱渭墕卧?36)，所述振蕩生成單元(28)用于生成所述傳輸振蕩(f)，其特征在于，所述振蕩生成單元(28)具有去耦合裝置(40)，所述去耦合裝置(40)被設(shè)置用于使至少一個屬于傳輸振蕩(f)的諧波振蕩去耦合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量傳輸單元，其特征在于， 所述傳輸器件(26)被設(shè)置用于以感應(yīng)方式傳輸能量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量傳輸單元，其特征在于， 所述去耦合裝置(40)具有電感(L)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的能量傳輸單元，其特征在于， 所述去耦合裝置(40)具有諧振電路(60)。
5. 根據(jù)權(quán)禾腰求4所述的能量傳輸單元，其特征在于， 所述諧振電路(60)被構(gòu)造為串聯(lián)振蕩電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的能量傳輸單元，其特征在于， 所述諧振電路(60)具有至少一個去耦合點(diǎn)(62)，所述傳輸器件(26)被連接在所述去耦合點(diǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的能量傳輸單元，其特征在于， 所述諧振電路(60)具有電容器(C)，并且所述去耦合點(diǎn)(62)被構(gòu)造為電容器接線端子。
8. 根據(jù)，權(quán)利要求之一所述的能量傳輸單元，其特征在于， 所述振蕩生成單元(28)具有橋式電路(44)，所述橋式電路具有橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的能量傳輸單元，其特征在于， 所述去耦合裝置(40)被布置在所述橋式電路(44)的電橋支路(50)內(nèi)。
10. 根據(jù)戰(zhàn)權(quán)利要求之一所述的能量傳輸單元，其特征在于， 所述振蕩生成單元(28)被構(gòu)造為變流器。
11. 感應(yīng)加熱裝置，所述感應(yīng)加熱裝置具有根據(jù)J^權(quán)利要求之一所述的 能量傳輸單元(20)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能量傳輸單元，該能量傳輸單元包括初級單元(22)和振蕩生成單元(28)，所述初級單元具有傳輸器件(26)用于借助傳輸振蕩(f)將能量按照無線方式傳輸?shù)酱渭墕卧?36)，所述振蕩生成單元(28)用于生成所述傳輸振蕩(f)。為了獲得良好的應(yīng)用靈活性而規(guī)定，所述振蕩生成單元(28)具有去耦合裝置(40)，所述去耦合裝置(40)被設(shè)置用于使至少一個屬于傳輸振蕩(f)的諧波振蕩去耦合。
文檔編號H05B6/12GK101422077SQ200780013754
公開日2009年4月29日 申請日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月18日
發(fā)明者T·科馬 申請人:Bsh博施及西門子家用器具有限公司