CN111669855A

CN111669855A - 用于控制感应线圈的方法以及感应线圈装置

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Publication number: CN111669855A
Application number: CN202010147340.2A
Authority: CN
Inventors: C.埃根特; R.格贝尔; E.赫维格
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2040-03-05
Also published as: CN111669855B; US11855462B2; EP3706510A1; US20200287421A1; DE102019202991A1; KR20200106853A

Abstract

一种用于控制感应炉上的感应线圈的方法涉及调节针对感应线圈上的初级功率的功率生成装置，该感应线圈用于向被放到感应线圈上方的盖上的耗电装置进行功率传输，该耗电装置具有接收器线圈和与其连接的电负载。该感应线圈与串联连接的电容形成初级侧谐振电路，并且感应线圈和接收器线圈以变压器的形式耦合，使得感应线圈中的电流在接收器线圈中感应出电压，其中具有电流流动并且在耗电装置的负载中生成次级功率。该控制部件可以尝试使用作为第二操纵变量的被有效地施加到初级侧谐振电路的电压的最大调制来将期望次级功率调节到稳态。在第一步骤中，借助于减小作为第二操纵变量的被有效地施加到初级侧谐振电路的电压，减小初级功率，然后在随后的第二步骤中，增加作为第一操纵变量的工作频率。

Description

用于控制感应线圈的方法以及感应线圈装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制感应线圈、特别是感应炉上的感应线圈的方法，以便能够调节针对感应线圈上的初级功率（primary power）的功率生成装置（powergeneration）。感应炉具有用于功率生成装置的控制部件，其中感应线圈与串联连接的电容形成初级侧谐振电路。感应线圈的控制部件具有至少两个操纵变量，它们借助于该操纵变量来更改所生成的初级功率，即，更改作为第一操纵变量的针对初级侧谐振电路的工作频率，以及更改作为第二操纵变量的被有效地施加到初级侧谐振电路的电压。

采用这种布置的感应线圈可以向被放到感应线圈上方的盖上的耗电装置（electrical consumer）执行功率传输，该耗电装置具有接收器线圈和与其连接的电负载。感应线圈和接收器线圈然后以变压器的形式耦合，使得感应线圈中的电流在接收器线圈中感应出电压，该电压进而引起电流流动，因此在耗电装置的负载中生成次级功率。例如借助于耗电装置顶部处的设置旋钮来针对感应线圈的控制部件规定与该耗电装置的负载上的期望次级功率有关的信息。

在过去近十年的市场研究中，想法已经转向了针对无电线（cordless）电器的解决方案，这些解决方案照原样可以简单地放在餐桌上或放到厨房工作台上、特别是放到感应炉上，并且来运行。连接线缆的不存在为用户提供了大大增加的灵活性，这是因为相同的空间既可以用于准备食物和烹饪食物，也可以用于运行各种各样的电气、厨房辅助装置或电器，以及用于除食物准备之外的自由使用。最重要的是，对于带有小厨房或厨房单元的超小型公寓而言，该优点是预期的。

基于针对向厨房电器进行感应性功率供给的开放标准来执行工作，该标准不仅是针对桌子中的上述应用来提供的，而且还是针对由特殊感应炉的感应线圈在该感应炉上进行的能量供给来提供的，那么，在所述炉上运行常规炊具和无电线厨房电器两者都是可能的。这些无电线厨房电器从根本上不仅被提供有接收器线圈，而且还被提供有控制智能，这是由于它们的控制元件位于该电器中，并且然后可以使用这些控制智能以便经由无线电连接等等来请求功率。集成无线电连接的优点在于，无电线厨房电器经由无线电来向加热板（hotplate）进行注册，并且在针对其的功率生成装置可以启动之前被标识。因此，在普通桌子顶部上的应用的情况下，只有在事先标识之后，功率生成装置才可以启动，这是由于常规的烹饪锅具（pot）必须在任何情况下都不会由于其底侧上的热量生成装置而在那里被加热，并且只允许运行合适的无电线电器。

当感应炉被用来在其中容纳感应线圈及其控制部件时，相同的感应线圈每次应该能够用于既对感应兼容的烹饪锅具进行加热，又向作为耗电装置的无电线电器提供功率或能量。在这两种情况下，感应线圈和烹饪锅具或接收器线圈以变压器的形式耦合，即，感应线圈中的电流在接收器线圈中感应出电压，该电压根据该耗电装置的负载中的次级功率导致了其中的电流流动，这进而导致感应线圈中的反向电压。

问题源于耗电装置上的负载改变或突然的负载改变，也就是说，例如，如果突然关闭耗电装置或者将耗电装置相对于感应线圈移动例如几厘米或将其完全移除的话。

发明内容

本发明基于以下目的：提供如在开始处记载的方法、以及一种适用于实行所述方法的感应线圈装置，该装置允许解决现有技术中的问题，并且特别地允许被放在感应线圈上方并且具有接收器线圈和与其连接的电负载的耗电装置有利地运行，优选地甚至在该耗电装置的突然负载改变或非常快速的移动的情况下有利地运行。

该目的通过具有权利要求1或权利要求9的特征的方法、以及通过具有权利要求16的特征的感应线圈装置来实现。本发明的有利的和优选的改进方案是进一步的权利要求的主题，并且在下面对其进行详细解释。在这种情况下，仅针对该方法或仅针对该感应线圈装置来描述特征中的一些。然而，无论如何，它们应该能够凭它们自己且彼此独立地应用于该方法和这种感应线圈装置两者。权利要求的用词通过明确的引用而成为说明书的内容。

提供了一种感应线圈，该感应线圈被设计成用于向被放到感应线圈上方的盖上的耗电装置进行功率传输，该耗电装置具有接收器线圈和与其连接的电负载，如在开始处描述的那样。适用的感应线圈装置有利地采用感应炉的形式，也就是说，在其上也应该能够进行烹饪的感应炉。然而，它也可以从根本上并入或集成在任何合适的家具（诸如，桌子、橱柜或梳妆台）中。

提供了一种用于功率生成装置的控制部件，其有利地具有功率开关，例如功率半导体开关。通常，感应线圈与串联连接的电容形成初级侧谐振电路。该初级谐振电路可以有利地由半桥或全桥来供给功率。在运行期间，感应线圈和接收器线圈以变压器的形式耦合，使得感应线圈中的电流在所生成的初级功率的基础上在接收器线圈中感应出电压。该电压进而引起电流的流动，并且因此在耗电装置的负载中生成次级功率，这进而导致感应线圈中的反向电压。在这里，有利地还提供了感应线圈的控制器，所述控制器被设计成实行前述方法。它可以特别地连接到控制部件或可以向所述控制部件提供信息。

针对感应线圈的控制部件来规定与耗电装置的负载上的期望次级功率有关的信息，其中感应线圈的控制部件具有至少两个操纵变量。它们可以借助于这两个操纵变量来更改所生成的初级功率。第一操纵变量是针对初级侧谐振电路的工作频率的更改。第二操纵变量是被有效地施加到初级侧谐振电路的电压的更改。该控制部件利用针对初级功率的传递函数P(f)来运行，该传递函数具有至少一个局部峰值，有时甚至只有单个峰值，围绕该峰值，工作方法有利地继续进行。原因是，如果耦合良好，则传递函数可以具有两个峰值，其中在这两个峰值之间有低谷。根据前述至少一个局部峰值，其函数或曲线在两侧上展平。在该传递函数P(f)的情况下，在该至少一个局部峰值的右边的工作频率中的减小导致更高的初级功率，而工作频率中的增加导致更低的初级功率。然后，所使用的范围就是所谓的感应性工作范围。在该至少一个局部峰值的左边，工作频率中的减小导致更低的初级功率，而工作频率中的增加导致更高的初级功率。因此，所使用的范围就是所谓的电容性工作范围。优选地，使用高于传递函数中的该局部峰值处的工作频率的工作频率来运行感应线圈，这意味着感应线圈处于感应性工作范围内。传递函数的一阶导数在这里为负，因为它在这里下降。局部峰值有利地处于15 kHz与50 kHz之间的工作频率的范围内，特别地有利地处于20kHz与36 kHz之间，并且在该范围内，它是针对初级功率的传递函数P(f)中的仅有峰值。

移动处于恒定工作频率处的锅具会更改感应线圈与接收器线圈之间的耦合，并且可能导致不再使用传递函数的优选的感应性工作范围，而是使用电容性工作范围。然后，可以做出尝试以转向回到该优选的感应性工作范围。

根据本发明，处于第一运行模式的控制部件始终尝试使用被有效地施加到初级侧谐振电路的电压的最大调制来将期望次级功率调节到稳态，该电压形成了上述第二操纵变量。这适用于以下情况：

o在期望次级功率中发生改变的情况下，或者

o在所测量的次级功率与期望次级功率之间存在差异的情况下。这可能是由感应线圈与接收器线圈之间的变压器式耦合中的改变和/或由电负载中的改变引起的，该电负载中的改变可能是由耗电装置中的集成开关部件带来的。

借助于控制部件减小作为第一操纵变量的工作频率，增加初级功率，特别是因为根据上述两种情况之一而需要更高的次级功率。

在第一步骤中，借助于控制部件减小作为第二操纵变量的被有效地施加到初级侧谐振电路的电压，减小初级功率，特别是因为根据上述两种情况之一而需要更低的次级功率。在随后的第二步骤中，然后增加作为第一操纵变量的工作频率。如果需要的话，两个步骤需要被重复多次，以便将电流和功率保持在期望的工作范围内。这样，传递函数P(f)的曲线上的工作点就可以恰好在如与新的物理条件相对应的不同曲线上再次被获得。特别地，由于移动所致的感应线圈与接收器线圈之间的变压器式耦合中的改变清楚地导致了新的曲线。

有利地，感应线圈和接收器线圈是“可互运行的”或彼此匹配的，这是上述开放标准的目的。这意味着，就性能类别而言，感应线圈和接收器线圈的直径和电感彼此匹配，以用于感应炉中的优选应用或在一件家具（例如，桌子或梳妆台）中的安装。这样，可以在功率传输期间传输分别定义的功率。

在该方法的一种改进方案中，如果耗电装置相对于感应线圈移动，并且因此变压器式耦合变得更低，并且初级侧谐振电路在短时间内、优选地在小于0.5秒的时间内或甚至在小于0.2秒的时间内被阻尼（damp），则控制部件可以以第一步骤中的恒定工作频率使初级侧电流在该耗电装置被移动之前的初级侧电流I_1的初始水平处保持近似恒定，其中变化范围为±5％。这是借助于控制部件减小作为第二操纵变量的被有效地施加到初级侧谐振电路的电压来实现的。这样，生成了与低于期望次级功率的次级功率相对应的初级功率。所得的工作点在针对各种可能的阻尼原因方面是鲁棒的，特别是如果朝向所述工作点的改变使得所得的工作点应当位于传递函数的上述电容性工作范围内的话，其中频率中的减小导致电流中的上升，这甚至可能损坏转换器。该第一步骤的缺点是，所得的工作点通常具有增加的损耗。在感应线圈上的最大有效电压情况下的更高工作频率处，损耗将会更低，即，效率将会更高。因此，随后步骤的目的是改变成具有较低损耗的这种工作点。

在第二步骤中，增加作为第一操纵变量的工作频率，直到感应线圈中的电流已经改变不超过±10％，或直到初级功率与如下初级功率的值相差不超过±10％：在该初级功率下，实际次级功率与期望次级功率相对应。测量次级功率以便查看耗电装置已经从感应线圈请求的期望次级功率是否存在于负载上对于控制过程而言将花费过长时间，也就是说，这没有技术意义。随后，再次更改作为第二操纵变量的被有效地施加到初级侧谐振电路的电压，以使得初级侧电流已再次达到在耗电装置被移动、或期望次级功率改变、或负载改变之前的其初始水平I_1，或者直到已经获得负载上的期望次级功率为止。

然后，交替实行上述第一步骤和上述第二步骤，直到在负载上测量的次级功率小于或等于期望次级功率为止，或者直到达到作为第二操纵变量的被有效地施加到初级侧谐振电路的最大可能电压为止。在后一种情况下，这可能就不可能引起较高的次级功率；然后，需要以较低的次级功率来运行负载。

在本发明的一个有利的改进方案中，在上述第二步骤中，当增加作为第一操纵变量的工作频率时，针对感应线圈中的电流中的向上改变的阈值和/或针对初级功率中的向上改变（也就是说增加）的阈值低于针对向下改变（也就是说减小）的阈值。由此，其优选地可以向上改变不超过+5％，并且向下改变不超过-10％，特别地优选地，向上改变不超过+2％并且向下改变不超过-5％。因此，减小的可能性大于增加的可能性，这清楚地有助于保护电路组件。

有利地，针对控制部件规定了与耗电装置的负载上的期望次级功率有关的信息。特别地有利地，耗电装置将针对功率生成装置的规定值发送给功率生成装置。为此，所述耗电装置不仅可以具有传输器和控件或某种智能，而且还可以具有控制单元，用户可以使用该控制单元来调节耗电装置的运行，并且因此调节负载。这样，耗电装置可以是搅拌机（mixer），例如该搅拌机可以以不同的速度水平运行。因此，取决于用户例如借助于按钮或旋转开关在控制单元上设置了哪个水平，对该搅拌机的电动机存在变化的功率要求。该所选的速度水平由控件来评估，可能地除了针对控制单元的基本要求的功率之外，该控件据此还计算出电动机和耗电装置所需的期望次级功率。然后，该期望次级功率由耗电装置发送到感应线圈的控制部件，例如在具有适当接收器的感应炉中的感应线圈的控制部件。

期望次级功率可以首先是绝对值，例如“1500 W”。这样，耗电装置能够在不对次级功率进行集成测量的情况下来根据经验规定与期望的工作点相对应的期望功率。另一方面，如果耗电装置没有用于测量负载上的次级功率的器件，则接收器可以将所测量的次级功率中与期望次级功率的差异发送给感应线圈的控制部件，由于初级功率和次级功率在传输期间由于损耗而彼此不同，该效率是能够变化的。感应线圈只能针对其自身的值提供控制，这意味着次级功率的规定被用来确定期望初级功率。然后，该初级功率被用来运行感应线圈。

优选地，通过改变功率控制中用于半桥的开关部件的ON时段与OFF时段的比率来更改作为第二操纵变量的被有效地施加到初级侧谐振电路的电压，该比率也被称为占空比率（duty ratio）。如果在功率控制中提供了由两个半桥共同形成的全桥，则该两个半桥的控制信号之间的相位角会改变，这最终对应于上面已经描述的内容并且对应于有效施加的电压的更改。

在直流控制的半桥的情况下，50％的有利占空比率对应于在针对规定工作频率的有效电压的最大值处的工作点。然而，实际上存在替换的控制方法，在全桥的情况下，50％的占空比率对应于180°的相位角。当占空比率减小时，工作频率优选地保持恒定。

有利地，可以在作为第二操纵变量的被有效地施加到初级侧谐振电路的最大可能电压处持久地进行功率传输。在上升的工作频率处，将最大量值的有效电压施加到感应线圈。

可以提供的是，每次一旦初级功率中的所产生的改变达到±10％的阈值，就停止工作频率的改变、特别是停止改变初级功率。优选地在向上情况下比在向下情况下更低的上述阈值可以在这种情况中适用。它们也可以是+5％和-10％，特别地是+2％和-5％。

优选地，向耗电装置供给功率的感应线圈的持久运行可以在高于如下工作频率的工作频率处进行：在该工作频率处，传递函数P(f)的曲线在最大初级功率中具有其上述至少局部峰值，或者在高于该工作频率的工作频率中，传递函数P(f)的曲线具有负一阶导数（也就是说下降）。如前所提及，所使用的范围然后是传递函数P(f)的感应性范围。损耗在这里可以保持较低。

在根据权利要求1的前序部分的方法中，进行对通过感应线圈的电流的动态限制以便保护该装置，而且还以便保护耗电装置，其中限制是当前电流值的±10％，特别是±5％。该动态限制限制了电流，并且因此限制了磁场，该磁场作为负载中的电流源可能会损坏或甚至破坏该负载。为了保护初级侧装置，将那里的电流限制成如下绝对值是足够的：在该绝对值处，所述装置一定不会被破坏。该限制不可以被超过达多于1秒、优选地多于0.1秒或甚至仅多于0.02秒的时段。否则，将感应线圈上的功率生成装置关闭，或者将电流减小到比当前电流值低至少25％或甚至50％的值，该电流是借助于减小作为第二操纵变量的被有效地施加到初级侧谐振电路的电压而被减小的。

优选地，可以每8毫秒至500毫秒来定期地校正上述限制。特别地，每16.6毫秒至20毫秒来校正它，使得可以检查每一个第二半周期。这可以被用于工作点之间的转变过程，以便连续地针对已经被放上的耗电装置中的突然负载改变（特别是甩负载（shed load））来提供保护。

有利地，可以借助于比较器来测量通过感应线圈的电流，该比较器直接影响作为感应线圈的控制部件的用于功率半导体的驱动器。这实现了具有尽可能小的对错误的敏感性的配置。

在本发明的一个改进方案中，具有用于感应线圈的半桥电路的功率生成装置可以涉及作为电流来测量电流峰值，该电流峰值由半桥电路的一个功率开关精确地生成。与其他功率开关相比，该功率开关具有较短的ON时间。

优选地，使用该方法来控制作为可能的感应线圈装置的感应炉中的多个感应线圈，特别地优选地，针对已经被放上的具有电负载的耗电装置，以特定的模式进行控制。这些感应线圈然后仍可以以另一种正常模式被用于对锅具的标准感应性加热。在这种情况下，用于增加感应线圈之一的初级功率的工作频率不是连续减小的，而是逐步地或逐阶段地减小的。优选地，感应线圈的工作频率中的改变与当前正在运行的其他感应线圈的工作频率中的改变是一起同步的。

在第一种情况下，本发明特别地涉及处置已经被放上的耗电装置的期望次级功率中的改变，特别地，还有在功率要求中的急剧改变的情况下。类似地，例如在移动的情况下，它处理感应线圈与接收器线圈之间的变压器式耦合中的改变。如果接收器线圈没有被居中放置在感应线圈上方，则感应线圈与接收器线圈之间的变压器式耦合或磁耦合会变得更低。即使在接收器线圈被移动时，也应当承认有可能传输最大设想的功率，只要在感应线圈和接收器线圈中不超过可允许的电流和电压即可。当耦合减小时，感应线圈中通常需要更多的电流来转变或感应出相同的次级功率，然而，电流和功率特别地高度取决于感应线圈的工作频率f，这是由于整个布置的阻抗也随该频率急剧改变。如果接收器线圈从感应线圈向下移动，因此耦合变得更低，则在其处传输最大功率的点将偏移至更高的工作频率。最大功率传输的该点对应于在阻抗的至少局部最小值的情况下的谐振点。对于恒定的工作频率，较低的阻抗会增加感应线圈中的电流I和接收线圈中的电压U_load。如果然后由针对感应线圈的功率生成装置来增加工作频率，则存在以下风险：如果功率生成装置不能比耦合变得更低或者比耗电装置被移动更快地增加工作频率，则感应线圈中的电流和接收线圈中的电压会上升。如果这导致超过了接收器线圈中和感应线圈中的限制，则这可能导致感应线圈和/或接收器线圈或其相应控件的损坏或甚至失效。如果工作点由于较低的耦合而从传递函数的上述优选的感应性范围改变至传递函数的电容性范围，则该风险是特别大的，在感应性范围中，频率中的增加导致更高的阻抗，即电流和电压因此而减小，在电容性范围中，频率中的增加导致更低的阻抗，即电流和电压随着频率上升而增加。因此，如果为了限制感应线圈中的电流或接收器线圈中的电压而增加工作频率，这是不利的。

有利地，具有半桥的感应线圈的功率生成装置涉及根据相对于整个周期时段具有较短ON时间的功率开关的ON比率来降低占空比率或占空比，或者具有全桥的感应线圈的功率生成装置涉及减小两个桥的控制之间的相位角。另一方面，在接近50％的最大占空比率或占空比下的工作点或在180°相位角下的运行导致了功率生成装置的转换器中的最低损耗，使得频率控制导致更高的效率。

在第二种情况下，本发明特别地涉及处置另外的具体风险，即，当耗电装置具有可以将其负载与接收器线圈隔离的部件时，这是由于如果将耗电装置放到常规感应烹饪区域上，可能会毁坏该耗电装置，该常规感应烹饪区域的锅具检测无法将该耗电装置与普通的感应兼容锅具进行区分。这些部件有利地是继电器。由于缺乏从耗电装置至常规的感应烹饪区域的通信（在这种情况下，也就是说至感应炉的通信），因此在适用的感应线圈的运行期间，该常规的感应烹饪区域可能会超出该耗电装置的可允许的限制，并且可能损坏或甚至毁坏所述耗电装置，可能地甚至引起火灾。还可设想到的是，耗电装置具有多个负载，例如一个或多个可单独断开的加热电阻器和基于电动机的负载，诸如风扇或搅拌器。这些需要能够单独地运行。

通常，应当有利地借助于无线电通过下述方式来使用集成在系统中的通信设备：耗电装置首先促使感应线圈关闭所传输的功率，或者在其使负载隔离或断开之前至少将该功率减小到耗电装置的非临界（noncritical）水平。如果在运行过程中发生突然的负载改变，则阻抗会突然改变，这在大多数情况下会导致感应线圈中的电流中的突然上升，并且因此还导致接收器线圈中的电压U_load中的突然上升。感应线圈可以通过在毁坏之前将电流限制到其最大可允许的值来保护自己，只要提供对突然负载改变的足够快的检测、以及提供减小的器件即可。有利地，这可以借助于感应线圈减小DC控制器中的占空比或减小相位角来实现。只要电流在初级侧上的感应线圈中流动，所述电流就充当耗电装置的电流源，即，即使按照推测加热电路已关闭，但只要电流找到了某个路径，该电流也将在耗电装置中流动，在这种情况下，这可能会损坏耗电装置。

优选地在功率生成装置中的转换器的最高可能工作频率处开始感应线圈的运行是可能的，这是由于在那里通常可以预期更高的阻抗，这可以具有电流限制的效果。由于耗电装置（诸如，上述搅拌机、要不然是烤面包机、厨房机器等等）在初级侧和次级侧两者上均具有谐振电路，因此在高度耦合系统的情况下，特别有可能出现两个局部谐振点。所述谐振点之一也可以在转换器的最高工作频率处。因此，感应线圈的运行应当始终以尽可能最低的占空比或相位角而开始。

从相对的视角来看，如果例如2W至200W的较低功率应当被传输到耗电装置，例如如果只有所述耗电装置的控制单元或用于所述耗电装置中的加热电路的开关部件应该被接通并运行，则该功率通常要比针对功率生成装置中的半桥在最低可允许占空比或占空比率的情况下并且以最高工作频率可以传输的功率更少。理论上，针对功率生成装置中的全桥的相位角几乎可以减小到零，这意味着也有可能实现极低的功率。在这种情况下，在短周期（通常在1到10秒）内使用电源半周期（mains half-cycle）的ON时间的感应炉的标准方法则不适用于功率传输，这是因为这可能既会导致对耗电装置的功率供给中的间隙，又会导致在耗电装置中已经出现不许可的峰值。因此，作为一个选项，通过对每个电源半周期进行门控（gating）、优选地在电源半周期的上升和下降部分中对称地进行门控，实现了该运行情况。在这种情况下，允许进行相位门控，这是因为由于对高工作频率和低占空比率的合适选择，最大短期功率已经具有很高的功率限制效果。替换地，HF控制可以以脉冲频率模式运行，其中，根据来自半桥的一个或两个开关的脉冲，HF ON时间在最低允许值处保持恒定。这与最高工作频率处的最小占空比率一致。同时，然后减小工作频率，即，更稀少地实行振荡。如果在合适的频率处激活感应炉中常用的锅具检测脉冲，则可以获得相当的结果。如果这涉及使用所描述的方法之一对功率进行门控，则在计算有效功率时需要对产生的间隙进行评定，并且去除该间隙，以便防止功率调节中的较大容差。

这些特征和进一步的特征不仅从权利要求书中而且还从说明书和附图中得出，各个特征均以其自身或多个地以本发明和其他领域中的实施例的子组合的形式来实现，并且能够表示有利的实施例，这些有利的实施例本身有资格获得保护并且在此声明了针对它们的保护。将本申请划分为中间标题和各个部分并不限制在所述中间标题下进行的陈述的一般性。

附图说明

在附图中示意性地描绘了本发明的示例性实施例，并且在下面对其进行更详细的解释。在附图中：

图1示出了根据本发明的感应线圈装置与搅拌机的示意性描绘，该搅拌机作为耗电装置而被放上，

图2至图4示出了针对感应线圈的功率生成装置的各种流程图，以及

图5示出了在所示出的控制下的作为频率函数P(f)的针对功率的传递函数。

具体实施方式

图1描绘了根据本发明的作为感应炉11的感应线圈装置，在其底侧具有炉顶12和感应线圈14。针对感应线圈14，提供了固有的标准功率生成装置16，如根据现有技术也被安装在普通感应炉中那样，即，具有转换器。该功率生成装置16具有第一初级侧谐振电路电容18和功率开关19，它们可以采用半桥形式或采用全桥形式。还提供了散热器21。该功率生成装置16可以向感应炉11的多个感应线圈供给功率或控制该多个感应线圈，没有在此描绘所述感应线圈。

感应炉11的控制器23控制功率生成装置16。所述控制器具有天线24，以便通过无线电获得信息并且还有可能发送信息。控制器23连接到显示控制单元26，该显示控制单元也可以是属于标准设计的。所述显示控制单元有利地具有显示元件（优选地为LED）、以及控制元件（优选地为触摸开关）。还可以提供作为触摸屏的组合。该组合可以像通常一样利用其常规功能来控制感应炉。此外，它也可以用于应用本发明的一部分。

作为搅拌机的耗电装置30已经被放到感应线圈14上方的炉顶12上。该搅拌机具有搅拌机容器32与其中的搅拌机刀片33、以及用于驱动所述刀片的电动机35。壳体37包含用于功率供给的重要单元，即，接收器线圈39连同针对其的开关部件41。如在开始处解释的，接收器线圈39以变压器的形式耦合到感应线圈14，这在这里是清楚地可观察到且可想象的。感应线圈14中的与所生成的初级功率相对应的电流以变压器的形式在接收器线圈39中感应出电压，所述电压导致电流流动，并且因此在耗电装置30的负载中（即，在电动机35中）生成次级功率。开关部件41有利地采用保险丝等等的形式，而不是作为用于控制电动机35的传统开关。这是借助于控制感应线圈14的功率供给来进行的。仅针对紧急情况提供保险丝，例如根据可溶链接（fusible link）来提供。还提供了功率测量装置42，其可以精确地记录多少功率到达接收器线圈39或替代地到达电动机35。如根据现有技术已知的那样来设计功率测量装置42。

壳体39的右手侧被提供有控件43，该控件43具有控制器45连同天线46和控制元件48，有利地还有用于用户的显示器。控制器45和控制器23可以借助于天线46和24彼此通信或交换信息；特别地，控制器45可以向控制器23发送期望的功率，作为用户已经使用控制元件48输入的期望次级功率。

在根据本发明的方法中，用户可以借助于控制元件48输入例如功率水平3作为搅拌机的高功率，其被认为是期望次级功率，并且因此被发送到控制器23。为此，通常可以在控件43中提供采用蓄电池形式的电源供给。然后，控制器23使用功率生成装置16来将期望次级功率转换成要例如在经验值的基础上或通过计算生成的初级功率。感应线圈14因此以具体的初级功率运行，该初级功率本身应当至少近似地引起期望次级功率，并且以变压器的形式将该功率传输到接收器线圈39。该传输的功率用于运行该控件43，并且最重要的是主要用于运行驱动电动机35，以便驱动搅拌机。借助于功率测量装置42来测量接收到的次级功率，并且如果它由于过低而尚未与根据所选功率水平3的期望次级功率相对应，则控制器45将信息发送给控制器23，该信息指示需要生成更多的初级功率。在开始处记载的感应线圈14与接收器线圈39之间的磁耦合在这里也可能是显著的，这是由于如果它小于最优值，则它会削弱功率传输，这最主要的是因为感应线圈14和接收器线圈39并非完全同心等等。

在从耗电装置30发送的信息的基础上，控制器使用功率生成装置16来改变所生成的初级功率，直到实际次级功率与期望次级功率相对应的信息到达为止。然后继续生成该初级功率，并且耗电装置或搅拌机30使用它。

在图2的流程图中描绘了当耗电装置30启动时的该第一调节。在这种情况下，P_setpoint对应于期望次级功率，该功率应该在连续运行期间可用于搅拌机处。具有转换器的功率生成装置16以初始频率f_0和被有效地施加到感应线圈14的初级电路的初始电压U_0而开始。这些是被有利地挑选的，使得实际次级功率很可能低于期望次级功率P_setpoint。然后增加感应线圈14的电压U，以便增加初级功率。然后进行测量以确定所得的所测量的次级功率P_actual是否已经与期望次级功率P_setpoint相对应。如果是这种情况，则已经达到稳态或持久工作点。如果还不是这种情况，则实行检查以确定所施加的电压U是否与最大可允许电压U_max相对应。如果还不是这种情况，则利用如上面解释的流程再次增加电压U。一旦达到了最大可允许电压U_max，但还没有达到期望次级功率P_setpoint，就减小工作频率f。

如果工作频率f的第一次减小能够实现所测量的次级功率P_actual与期望次级功率P_setpoint相对应的效果，则前述稳态工作点已再次达到。如果还不是这种情况，则减小工作频率，直到达到期望的条件为止。

图3中的流程图描绘了如何在考虑了先前描述的动态电流限制的情况下调节或校正稳态工作点。假设稳态工作点像上面描述的那样，则感应线圈14中的实际电流I_actual现在立即变得更大。如果其变得比预先流动的电流I_1大得少于5％，或者如果它根本不改变，则实行检查来确定所测量的次级功率P_actual是否仍与期望次级功率P_setpoint相对应。当然，因为例如由于温度影响而引起的电参数中的小的改变，针对耗电装置30的期望功率可能已经改变。如果所测量的次级功率P_actual仍与期望次级功率P_setpoint相对应，则工作点与之前保持相同。

然而，如果所测量的次级功率P_actual不再与期望次级功率P_setpoint相对应，则仅使用单个操纵变量来提供相反的控制，特别是直到所测量的次级功率P_actual再次与期望次级功率P_setpoint相对应为止。然后，再次达到工作点。

然而，如果现在感应线圈14中的实际电流I_actual比预先流动的电流I_1多至少5％，那么就假设耗电装置30中有突然的负载改变，例如，因为用户现在针对搅拌机的运行已经选择了不同功率水平或运行水平，并且然而关于这一点的信息可能尚未到达控制器23。然后，立即关闭转换器或功率生成装置16，以便尽可能快地关闭电流，以使得不再向该耗电装置提供附加的能量。然后等待新的期望次级功率P_setpoint的规定。在已经接收到该规定时，那么因此有可能按照图2来以该工作点为目标。

结合图5的图4描绘了如何进行从先前的工作点到新的工作点的传输。按照图2获得的稳态工作点在通过感应线圈14的电流I_actual的情况下存在，该电流I_actual与已存在的电流I_1相对应。功率P_p＃1为2200 W，并且耦合因子k为0.75。在这种情况下，这应该对应于感应线圈14与耗电装置30或接收器线圈39之间的相对良好的耦合，有利地如同心布置的那样。然后，由于耗电装置30相对于感应线圈14被移动了例如达3cm与5cm之间，因此针对期望次级功率的功率要求可能例如急剧地改变，或者变压器式耦合如先前所述的那样改变。

首先实行检查来确定所测量的初级功率P_actual是否低于与期望次级功率相对应的期望功率P_setpoint，也就是说，耗电装置30上的功率是否应该变得更高，例如，这是因为用户已经在那里增加了该期望功率。如果是这种情况，则减小感应线圈14的功率生成装置16的工作频率。根据图5，可以看出的是，作为结果，初级功率P如何在曲线P＃1上上升，这是因为工作点在传递函数P(f)上向左移动。对此进行检查并且减小工作频率，直到所测量的次级功率P_actual与期望功率P_setpoint相对应为止。然后，稳态工作点在这种非常的功率下已再次被找到，实际测量的电流I_actual流经感应线圈14并且在其中引起对应的初级功率。

如果所测量的次级功率P_actual不低于期望功率P_setpoint，而是很可能高于期望功率P_setpoint，则开始针对新的工作点进行搜索，但是要根据图5中的锯齿曲线。首先，减小感应线圈14上的有效电压，直到通过感应线圈14的电流I_actual不大于预先流动的电流I_1，或者甚至与设定点功率减小成比例地变小。然后在功率生成装置16中再次减小被施加到感应线圈14的有效电压。当然，实际功率P_actual应该也被减小，也就是说，期望在图5中的传递函数P(f)上的向右移动。作为电压中的减小的结果，该功率针对恒定的工作频率而改变，从而变得更低。

如果通过感应线圈14的电流I_actual小于或等于预先流动的电流I_1，则增加工作频率f，如在开始处解释的那样，例如增加0.2 kHz至1 kHz或2 kHz之间。如果达到最大电压U_max，或者如果所测量的功率P_actual与期望功率P_setpoint相对应，则该流程图流动到左边，并且获得上面解释的新的稳态工作点。如果尚未满足该条件，则实行检查以确定所测量的次级功率P_actual与期望功率P_setpoint的比率是否在具体的带宽内，在此由+5％/-10％指示。如果不是这种情况，则存在急剧的改变，并且需要再次实行先前所解释的增加工作频率的步骤。

另一方面，如果满足该条件，则该环路向右返回至顶部，以减小有效电压。在这种情况下，这导致了从左到右的锯齿线。如果最初期望2200W的功率P_setpoint，以便在近似24.2 kHz的工作频率处运行耗电装置30，则具有该次级功率的新的工作点会处于近似28.6kHz的工作频率处。

如图5中所示，移动会使变压器式耦合变差，耦合因子k现在仅为0.43。然后，传递函数从P＃1的函数变为P＃2的函数，也就是说，这与处于不同且稍微更高的工作频率处的局部峰值明显不同。在第一个瞬间处，感应线圈14上的电流和初级功率将针对恒定的工作频率f而急剧上升，以便仍然能够生成期望的功率，该期望功率会在功率生成装置中被阻止，这是由于否则可能会发生损坏，如先前所描述的那样。使电压急剧降低，直到电流和功率再次采取先前的值并且该期望功率将根据先前的传递函数P＃1而被实际施加，并且然后略微增加工作频率（例如，增加0.2 kHz），因此初级功率在最初再次上升，这是由于现在正在使用新的传递函数P＃2的左手侧或电容性分支。工作频率中的增加最重要的是用于改善效率。在工作频率中的第二次增加期间，会遇到局部峰值，并且工作改变成右手侧的感应性范围。因此，工作频率中的增加现在导致了初级功率中的下降，并且因此导致所测量的功率中的下降。因此，上述锯齿特性被足够频繁地实现，直到在每次电压中的增加（由长虚线描绘）之后、在工作频率f_op增加之后生成该初级功率P为止，在该初级功率P处，耗电装置30上存在2200 W的期望功率P_setpoint。根据传递函数P＃2，这是针对在近似28.6 kHz的工作频率处的特定初级功率的情况。

即使不是由于移动而使得变压器式耦合改变，而是例如因为用户针对该搅拌机选择了不同的功率水平而使得耗电装置上的期望次级功率改变，这些过程和特性也将是类似的。

Claims

1.一种用于控制感应线圈、特别是感应炉上的感应线圈以便调节针对所述感应线圈上的初级功率的功率生成装置的方法，其中：

- 所述感应线圈被设计成用于向被放到所述感应线圈上方的盖上的耗电装置进行功率传输，该耗电装置具有接收器线圈和与其连接的电负载，

- 提供了用于所述功率生成装置的控制部件，

- 所述感应线圈与串联连接的电容形成初级侧谐振电路，

- 所述感应线圈和所述接收器线圈以变压器的形式耦合，使得所述感应线圈中的电流在所述接收器线圈中感应出电压，所述电压引起电流流动，并且因此在所述耗电装置的负载中生成次级功率，

- 针对所述感应线圈的控制部件来规定与所述耗电装置的负载上的期望次级功率有关的信息，

- 所述感应线圈的控制部件具有至少两个操纵变量，它们借助于所述操纵变量来更改所生成的初级功率，即，更改作为第一操纵变量的针对所述初级侧谐振电路的工作频率，以及更改作为第二操纵变量的被有效地施加到所述初级侧谐振电路的电压，

- 所述感应线圈的控制部件利用传递函数P(f)来运行，所述传递函数P(f)至少具有一个局部峰值，并且所述传递函数至少局部地使得减小所述工作频率会导致更高的初级功率，而增加所述工作频率会导致更低的初级功率，

其中，

- 在以下情况中，处于第一运行模式的控制部件始终尝试使用作为第二操纵变量的被有效地施加到所述初级侧谐振电路的电压的最大调制来将所述期望次级功率调节到稳态：

o 在所述期望次级功率中发生改变的情况下，或者

o 在所测量的次级功率与所述期望次级功率之间存在差异的情况下，所述差异是由所述感应线圈与所述接收器线圈之间的变压器式耦合中的改变、和/或由所述耗电装置中的集成开关部件带来的电负载中的改变所引起的，

- 借助于所述控制部件减小作为第一操纵变量的所述工作频率，增加初级功率，

- 在第一步骤中，借助于减小作为第二操纵变量的被有效地施加到所述初级侧谐振电路的电压，减小初级功率，然后在随后的第二步骤中，增加作为第一操纵变量的所述工作频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

- 如果所述耗电装置被移动，并且因此所述变压器式耦合变得更低，并且所述初级侧谐振电路在短时间内被阻尼，则所述控制部件以第一步骤中的恒定工作频率使初级侧电流在所述耗电装置被移动之前的初级侧电流I_1的初始水平处保持近似恒定，其中变化范围为±5％，其中这是通过减小作为第二操纵变量的被有效地施加到所述初级侧谐振电路的电压来实现的，其中这导致生成了低于所述期望次级功率的次级功率，

- 然后在第二步骤中，增加作为第一操纵变量的所述工作频率，直到所述感应线圈中的电流已改变不超过±10％，或直到初级功率与如下初级功率的值相差不超过10％：在所述初级功率下，次级功率与所述期望次级功率相对应，

- 随后再次更改作为第二操纵变量的被有效地施加到所述初级侧谐振电路的电压，以使得所述初级侧电流已再次达到在所述耗电装置被移动之前的其初始水平I_1，或者所述期望次级功率已被获得，

- 然后交替实行上述第一步骤和上述第二步骤，直到所测量的次级功率小于或等于所述期望次级功率，或者直到达到作为第二操纵变量的被有效地施加到所述初级侧谐振电路的最大可能电压为止。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在第二步骤中，当增加作为第一操纵变量的所述工作频率时，针对所述感应线圈中的电流中的向上改变的阈值或针对初级功率中的向上改变的阈值低于针对向下改变的阈值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中针对所述控制部件来规定与所述耗电装置的负载上的期望次级功率有关的信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述耗电装置将针对所述功率生成装置的规定值发送到所述功率生成装置。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在作为第二操纵变量的被有效地施加到所述初级侧谐振电路的最大可能电压处持久地进行所述功率传输，其中在作为第一操纵变量的上升的工作频率处，将最大量值的有效电压施加到所述感应线圈。

7.根据权利要求1所述的方法，其中每次一旦初级功率中的所产生的改变达到+/-10％的阈值，就停止所述工作频率的增加。

8.根据权利要求2所述的方法，其中向所述耗电装置供给功率的所述感应线圈的持久运行在如下工作频率处进行：在所述工作频率处，所述传递函数P(f)的曲线在所述工作频率以上具有负一阶导数。

9.一种用于控制感应线圈、特别是感应炉上的感应线圈以便调节针对所述感应线圈上的初级功率的功率生成装置的方法，其中：

- 提供了用于所述功率生成装置的控制部件，

- 所述感应线圈与串联连接的电容形成初级侧谐振电路，

其中，

- 进行对通过所述感应线圈的电流的动态限制，

- 限制是当前电流值的+10％，其中该限制不得被超过达多于1秒的时段，并且否则将所述感应线圈上的功率生成装置关闭，或者将所述电流减小到比当前电流值低至少50％的值，

- 所述电流是借助于减小作为第二操纵变量的被有效地施加到所述初级侧谐振电路的电压而被减小的。

10.根据权利要求9所述的方法，其中每8 毫秒至500 毫秒来定期地校正该限制。

11.根据权利要求9所述的方法，其中借助于比较器来测量通过所述感应线圈的电流，所述比较器直接影响作为所述感应线圈的控制部件的用于功率半导体的驱动器。

12.根据权利要求9所述的方法，其中具有用于所述感应线圈的半桥电路的功率生成装置涉及作为电流来测量电流峰值，该电流峰值由所述半桥电路的一个功率开关精确地生成，与其他功率开关相比，该功率开关具有较短的ON时间。

13.根据权利要求1或9所述的方法，其中使用该方法来控制感应炉中的多个感应线圈，其中用于增加所述感应线圈之一的初级功率的工作频率不是连续减小的，而是逐步地或逐阶段地减小的。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述感应线圈的工作频率中的改变与其他感应线圈的工作频率中的改变是一起同步的。

15.根据权利要求1或9所述的方法，其中使用高于如下工作频率的工作频率：在所述工作频率处，所述传递函数P(f)具有其局部峰值。

16.一种具有至少一个感应线圈的感应线圈装置，所述感应线圈被设计成用于向被放到所述感应线圈上方的盖上的耗电装置进行功率传输，该耗电装置具有接收器线圈和与其连接的电负载，其中所述感应线圈装置：

- 具有针对所述感应线圈上的初级功率的功率生成装置的控制部件，

- 具有与所述感应线圈串联连接并且形成初级侧谐振电路的电容，

- 具有被设计成实行根据权利要求1或9所述的方法的控制器，

其中：

- 所述感应线圈的控制部件被设计成使得它们利用传递函数P(f)来运行，所述传递函数P(f)至少具有一个局部峰值，并且所述传递函数至少局部地使得减小所述工作频率会导致更高的初级功率，而增加所述工作频率会导致更低的初级功率。