KR100230786B1 - 전자 유도 가열 조리기의 부하판정 및 가열방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 유도 가열 조리기의 부하판정 및 가열방법에 관한 것으로, 종래에는 스텐레스 순수304계열로 구성된 조리용기의 경우는 임피던스 특성에서 저항은 자성과 비슷하고 투자율은 비자성과 비슷하여 자성과 비자성의 중간적 성질을 가지고 있어서 파워 가변범위를 만족시킬 수 없어서 사용자가 원하는 효과적인 가열이 불가능한 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 조리용기의 종류를 자성용기와, 비자성용기 및 자성과 비자성의 중간적 성질을 갖는 스텐레스 순수 304계열로 된 용기로 각각 판정하고 그 판정된 용기중 자성용기는 자성모드에서 저주파 제어로 가열하고, 비자성용기는 비자성모드에서 고주파 제어로 가열하고, 스텐레스 순수 304계열로 된 용기는 자성모드에서 고주파 제어로 가열하도록 함으로써, 모든 용기에 대해서 효율 좋게 가열할 수 있도록 한 것이다.

Description

전자 유도 가열 조리기의 부하판정 및 가열방법

본 발명은 철(Fe)이나 스텐레스 430계열로 이루어진 자성용기와, 알루미늄(AL)이나 스텐레스 304 3중바닥으로 된 비자성용기 및 자성과 비자성의 중간적 성질을 갖는 스텐레스 순수 304계열로 된 용기를 각각 구별하고 그 구별한 용기종류에 따라 최적의 조건으로 가열할 수 있도록 한 전자 유도 가열 조리기의 부하판정 및 가열방법에 관한 것으로, 특히 스텐레스 순수 304계열로 된 용기를 자성모드에서 고주파 제어로 가열하도록 함으로써 모든 용기에 대해 효율 좋게 가열할 수 있도록 한 전자 유도 가열 조리기의 부하판정 및 가열방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 전자 유도 가열 조리기의 가열장치에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 입력되는 교류전원(AC)에 대하여 정류하여 만들어진 직류전압을 출력하는 정류부(11)와, 상기 정류부(11)를 통해 정류된 직류전압을 입력받아 역률개선을 위해 필터링하는 쵸크코일(L)과 평활콘덴서(C)로 이루어진 필터부(12)와, 상기 정류부(11)에서 출력되는 직류전압에 공진시키고 그 공진전압에 의해 발생된 자장에 기인한 전자기 유도효과로 가열되어질 조리용기에 와전류를 유도시켜 그 조리용기의 음식물을 가열하도록 하는 두 개의 코일로 분리하여 만든 워킹코일(L1,L2)과, 상기 필터부(12)와 워킹코일(L1,L2) 사이에 위치하여 상기 필터부(12)를 통해 출력되는 직류전압을 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 상기 워킹코일(L1,L2)에 공진전압을 제공하는 인버터부(13)와, 입력 교류전원으로 정류부(11)로 흐르는 전류의 양을 검출하는 저주파 검출기(14)로 부터 전달받은 전류의 양에 비례하는 전압으로 검지하는 저주파전류 검지부(15)와, 상기 인버터부(13)의 스위칭소자가 스위칭하여 흐르는 전류를 검출하는 고주파 검출기(16)로 부터 전달받은 전류의 양에 비례하는 전압으로 검지하는 고주파전류 검지부(17)와, 상기 저주파전류 검지부(15)와 고주파전류 검지부(17)로 부터 각각 전압을 입력받아 조리용기가 자성용기인지 비자성용기인지를 판정하고 그에따른 출력전압을 결정하는 제어부(18)와, 상기 제어부(18)의 제어출력에 따른 제어전압을 설정하는 제어전압 설정부(19)와, 상기 제어전압 설정부(20)에서 설정한 제어전압에 따른 발진주파수를 제공하는 전압제어 발진기(21)와, 상기 전압제어 발진기(20)의 발진출력에 따른 인버터부(13)의 스위칭소자를 교번동작시켜 조리용기를 가열하도록 하는 인버터 구동부(21)로 구성된다.

이와같이 구성된 종래 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

입력되는 교류전원(AC)을 정류부(11)에 입력받아 정류하고 그 정류하여 만들어진 직류전압을 출력하면, 필터부(12)의 쵸크코일(L)과 평활콘덴서(C)를 이용하여 역률개선을 위하여 필터링한다.

이렇게 필터링된 직류전압을 인버터부(13)로 제공한다.

이때 사용자가 임의의 용기를 올려놓은 후 시작키를 온하면 제어부(18)에서 인식하고, 먼저 릴레이 스위치(RY1)를 온시켜 워킹코일(L1)만 동작가능한 상태로 만든다음 소물판정 구동주파수를 발생시키기 위한 출력전압을 제어전압 설정부(19)로 출력한다.

그러면 상기 제어전압 설정부(19)는 제어부(18)로 부터 발생되는 출력전압에 대응하는 제어전압을 설정하여 전압제어 발진기(20)로 출력하고, 상기 전압제어 발진기(20)는 설정된 제어전압에 따른 주파수를 인버터 구동부(21)로 발생시킨다.

따라서 인버터 구동부(21)는 소물판정 구동주파수에 대응하는 주파수에 따라 인버터부(30)의 스위칭소자(S1,S2)를 교번동작시킨다.

이때 제어부(18)는 입력 교류전원라인으로 부터 정류부(11)로 흐르는 전류를 검출하는 저주파 검출기(14)로 부터 전류의 양을 입력받고 그 전류의 양에 대응하는 전압으로 검지하는 저주파전류 검지부(15)로 부터 전압값을 읽어들이고, 또한 인버터부(13)의 스위칭소자(S1,S2)가 스위칭함에 따라 워킹코일(L1,L2)로 흐르는 전류의 양을 검출하는 고주파 검출기(16)로 부터 전류의 양을 입력받고 그 전류의 양에 대응하는 전압으로 검지하는 고주파전류 검지부(17)로 부터 전압값을 읽어들인다.

이렇게 상기 저주파전류 검지부(15)와 고주파전류 검지부(17)로 부터 전압값을 읽어들인 제어부(18)는 미리 설정된 룩-업테이블의 기준값과 비교하여 조리용기가 자성용기인지 비자성용기인지를 판정한다.

판정 결과, 조리용기가 자성용기로 판정되면 릴레이 스위치(RY1)를 계속해서 온시켜 두 개로 분리된 워킹코일(L1,L2)중 L1워킹코일만 선택하고 전압제어 발진기(20)가 40~20KHz 주파수를 발생하도록 하는 전압값을 결정하여 제어전압 설정부(19)로 출력하고, 조리용기가 비자성용기로 판정되면 상기 릴레이 스위치(RY1)를 오프시켜 두 개로 부리된 워킹코일(L1,L2)을 모두 사용하도록 하고 전압제어 발진기(20)가 60~55KHz 주파수 이상을 발생하도록 하는 전압값을 결정하여 상기 제어전압 설정부(19)로 출력한다.

그러면 상기 제어전압 설정부(19)는 상기 제어부(18)의 제어출력에 따른 제어전압을 설정하고, 이 설정된 제어전압에 따라 전압제어 발진기(20)는 해당 주파수를 발생시켜 인버터 구동부(21)로 발생한다.

따라서 인버터 구동부(21)는 상기 전압제어 발진기(21)로 부터 발생되는 주파수에 따라 인버터부(13)의 스위칭소자(S1,S2)를 교번 동작시킨다.

그러면 인버터부(13)로 부터 출력되는 직류전압에 의해 워킹코일(L1,L2)과 공진콘덴서(C1,C2,C3)는 연속적으로 공진상태로 되어진다.

이에따라, 상기 워킹코일에는 큰 공진전류가 흐르고, 그 공진전류에 의해 워킹코일에는 자장이 발생하고, 그 자장에 의한 전자기 유도효과로 인해 가열되어질 조리용기에 와전류가 유도되어 조리용기가 가열되어 지고, 그 조리용기내의 음식물이 가열된다.

즉, 조리용기가 자성용기로 되어 있는 경우에는 가열코일의 턴수를 줄이고, 공진콘덴서를 늘이고, 동작주파수를 저주파수로 제어한다. 그리고 조리용기가 비자성용기로 되어 있는 경우에는 가열코일의 턴수를 늘이고, 공진콘덴서를 줄이고, 동작주파수를 고주파수로 제어하며 임피던스를 증가시켜 가열을 행한다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서 스텐레스 순수 304계열만으로 구성된 용기의 경우 임피던스 특성에서 저항은 자성과 비슷하고, 투자율은 비자성과 비슷하여 자성과 비자성의 중간적 성질을 가지고 있어서 자성모드와 비자성모드로 동작시킬 때 각각 문제점이 있다.

즉, 철(Fe)이나 스텐레스 403계열(STS 430)로 된 자성용기를 자성모드로 가열할 경우 도 2에서와 같이 초기에 200W로 시작해서 1200W까지의 조건을 만족해야 하나 스텐레스 순수 304계열(STS 304)된 용기를 자성모드로 가열할 경우 초기 제어주파수(약 40KHz)에서 파워가 높게 나와서 파워가변범위 200~1200W의 조건을 만족시킬 수 없고, 또한 알루미늄(AL)이나 스텐레스304 3중바닥으로 된 비자성용기를 비자성모드로 가열할 경우 도 3에서와 같이 초기에 1200W로 시작해서 200W까지의 조건을 만족해야 하나 스텐레스 순수 304계열(STS 304)된 용기를 비자성모드로 가열할 경우 초기 제어주파수(50KHz)에서 1200W를 낼 수 없어서 또한 가변범위를 만족시킬 수 없는 문제점이 있다.

따라서 상기에서와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 스텐레스 순수 304계열(STS 304)된 용기를 자성모드에서 고주파 제어로 가열하도록 함으로써 최적의 효율을 얻도록 한 전자 유도 가열 조리기의 부하판정 및 가열방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 자성용기는 자성모드에서 저주파 제어로, 비자성용기는 비자성모드에서 고주파 제어로, 자성과 비자성의 중간적 성질을 갖는 스텐레스 순수 304계열로 된 용기는 자성모드에서 고주파 제어로 가열하도록 함으로써 모든 용기에 대해서 효율적으로 가열하고, 안전하게 동작할 수 있도록 한 전자 유도 가열 조리기의 부하판정 및 가열방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 전자 유도 가열 조리기의 가열장치에 대한 회로 구성도.

도 2는 도 1에서, 자성용기와 스텐레스 304계열로 된 용기를 자성모드로 가열할 경우의 주파수에 대한 파워분포 특성도.

도 3은 도 1에서, 비자성용기와 스텐레스 304계열로 된 용기를 비자성모드로 가열할 경우의 주파수에 대한 파워분포 특성도.

도 4는 도 1에서, 인버터부와 부하가 워킹코일과 결합된 형태를 보여주는 등가회로도.

도 5는 도 4의 등가회로에서 주파수에 대한 임피던스를 변화시켜 얻을 수 있는 자성모드 및 비자성모드로 가열할 경우의 주파수에 대한 파워분포 특성도.

도 6은 자성모드에서 56KHz 주파수를 부여할 경우 부하판정 기준을 보여주는 주파수에 따른 파워 분포 특성도.

도 7은 임피던스 특성에 의한 재질 분류를 보여주는 특성도.

도 8은 본 발명 전자 유도 가열 조리기의 부하판정 및 가열방법에 대한 동작 과정도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

11 : 정류부 12 : 필터부

13 : 인버터부 14 : 저주파전류 검출기

15 : 저주파 검지부 16 : 고주파전류 검출기

17 : 고주파 검지부 18 : 제어부

19 : 제어전압 설정부 20 : 전압제어 발진기

21 : 인버터 구동부 L1,L2 : 워킹코일

C1,C2,C3 : 공진콘덴서 RY1 : 릴레이 스위치

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가열시작되면 부하판정을 위해 자성모드에서 초기 저주파값을 세팅하는 제1단계와, 용기의 재질을 판정하기 위하여 임피던스 측정을 위한 고주파 전류 검출기와 현재 파워상태를 나타내는 저주파 전류 검출기의 값을 읽어들이는 제3단계와, 상기 제3단계에서 읽어들인 저주파 전류 검출기의 값이 소정값(α1) 이상이면 스텐레스 순수304 계열로 된 용기로 판정하여 자성모드에 고주파 제어를 행하여 가열하는 제4단계와, 상기 제3단계에서 저주파 전류 검출기의 값이 소정값(α1) 이하면 다시 소정의 값 α2 이상인지를 판정하여 이상이면 자성용기로 판정하여 자성모드에 저주파 제어를 행하여 가열하는 제5단계와, 상기 제5단계에서 소정의 값 α2 이하이면 다시 고주파 전류 검출기의 값이 소정의 값 α3 이상이면 소물부하로 판정하여 가열을 중지하고 소정의 값 α3 이하이면 비자성용기로 판정하여 비자성모드에 고주파 제어를 행하여 가열하는 제6단계를 수행하도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 ?은 본 발명 전자 유도 가열 조리기의 부하판정 및 가열방법에 대한 동작과정도로서, 이에 도시한 바와 같이, 가열시작되면 부하판정을 위해 자성모드에서 초기 저주파값을 세팅하는 제1단계와, 용기의 재질을 판정하기 위하여 임피던스 측정을 위한 고주파 전류 검출기와 현재 파워상태를 나타내는 저주파 전류 검출기의 값을 읽어들이는 제3단계와, 상기 제3단계에서 읽어들인 저주파 전류 검출기의 값이 소정값(α1) 이상이면 스텐레스 순수304 계열로 된 용기로 판정하여 자성모드에 고주파 제어를 행하여 가열하는 제4단계와, 상기 제3단계에서 저주파 전류 검출기의 값이 소정값(α1) 이하면 다시 소정의 값 α2 이상인지를 판정하여 이상이면 자성용기로 판정하여 자성모드에 저주파 제어를 행하여 가열하는 제5단계와, 상기 제5단계에서 소정의 값 α2 이하이면 다시 고주파 전류 검출기의 값이 소정의 값 α3 이상이면 소물부하로 판정하여 가열을 중지하고 소정의 값 α3 이하이면 비자성용기로 판정하여 비자성모드에 고주파 제어를 행하여 가열하는 제6단계로 이루어진다.

이와같이 각 단계로 이루어진 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

철(Fe)과 스텐레스 430계열로 된 자성체는 고저항, 고인덕턴스의 특징을 가지고, 알루미늄과 같은 비자성체는 저저항, 저인덕턴스로 낮은 임피던스를 가지며, 또한 스텐레스 순수 304계열로 된 재질은 자성체와 비자성체의 중간적 임피던스 특성을 가지는 비자성체이다.

도 1에서 인버터부(13)와 부하가 워킹코일과 결합된 형태를 도 4에서와 같이 등가회로로 만들 수 있다.

이 등가회로에서의 파워 특성은 다음과 같이 결정할 수 있다.

Rin=R₁+R_oven,

여기에서 P는 용기에서의 파워이고, R₁은 워킹코일의 고유저항, R_oven은 워킹코일과 용기가 결합된 저항이다.

상기 식(1)에 의해서 주파수에 대한 임피던스 Z_in이 변화함을 알 수 있다.

따라서, 스텐레스 순수 304계열로 된 용기를 가열하기 위해서는 임피던스를 맞출 수 있는 조건이 자성모드에서 주파수를 높이거나 비자성모드에서 주파수를 낮추는 방법이 있다.

그러나 비자성재질의 경우 저임피던스로 주파수에 대한 파워 변화가 매우 급격하므로 주파수를 확장하는 것은 시스템의 안전에 문제가 될 수 있으므로, 본 발명에서는 자성모드에서 주파수를 높이는 것을 사용한다.

따라서, 스텐레스 순수 304계열로 된 용기에 대하여는 자성모드에서 고주파 제어로 가열하도록 한다.

그러면 본 발명에서 자성용기와, 비자성용기 및 스텐레스 순수 304계열로 된 용기를 검출하여 해당모드로 가열하여야 하는데, 이에 대하여 도 8에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 부하(조리용기)를 판정하기 위하여는 부하 재질간의 특성차이가 가장 뚜렷한 구간을 결정해야 하는데, 본 발명에서는 초기 조건을 자성모드에서 초기 주파수 56KHz를 부여한다. 여기서 초기 주파수 56KHz 주파수를 부여하는 이유는 도 6에서와 같이 자성, 비자성 및 스텐레스 304계열을 구분할 수 있기 때문이다.

상기에서와 같은 초기 조건을 부여한 결과, 도 7에서와 같이 임피던스 특성에 의한 분류로 검출가능함을 알 수 있다.

따라서, 가열이 시작되면 제어부(18)는 부하판정조건인 자성모드 즉, 도 1에서 릴레이스위치(RY1)를 온한 상태에서 56KHz 주파수를 제어전압 설정부(19), 전압제어 발진기(20), 인버터 구동부(21)를 거쳐 인버터부(13)로 제공하여 스위칭소자(S1,S2)를 스위칭시킨다.(S10)

이후에 재질별 임피던스를 측정하는 고주파전류 검출기(16)와 현재 파워상태를 나타내는 저주파전류 검출기(14)로 부터 전압값을 읽어들인다.(S102)

상기에서 읽어들인 저주파전류 검출기(14)의 값이 소정의 값 α1 이상인지를 판단한다.(S103)

판단 결과, 상기 저주파전류 검출기(14)의 값이 α1 이상이 되면 스텐레스 순수 304계열로 된 용기로 판정하여 계속해서 릴레이스위치(RY1)를 온시키고 상기 인버터부(13)로 60KHz주파수를 제공하여 가열하도록 한다.(S104)

즉, 스텐레스 순수 304계열로 된 용기의 경우 자성모드에 고주파 제어로 용기를 가열하도록 한다.

그리고, 상기 S103단계에서 읽어들인 저주파전류 검출기(14)의 값이 소정의 값α1 이하이면 다시 소정의 값 α2 이상인지를 판단한다.(S105)

판단결과 α2 이상이면 철과 같은 자성용기로 판정하여 상기 릴레이스위치(RY1)를 계속해서 온시키고 제어전압 설정부(19), 전압제어 발진기(20), 인버터 구동부(21)를 통해 인버터부(13)로 40KHz 주파수를 제공하여 가열하도록 한다.(S106)

즉, 자성용기의 경우 자성모드에 저주파 제어를 행하여 용기를 가열하도록 한다.

그리고, 상기 S105단계에서 소정의 값 α2 이하이면 비자성용기 또는 소물부하이므로 다시 안전성을 위해서 고주파전류 검출기(16)의 값이 소정의 값 α3 이상인지를 판단한다.(S107)

판단 결과, 상기 고주파전류 검출기(16)의 값이 소정의 값 α3 이상이면 소물부하로 판정하여 가열을 중지시키고(S108), 상기 소정의 값 α3 이하이면 비자성용기로 판정하여 릴레이스위치(RY1)를 오프시키고 제어전압 설정부(19), 전압제어 발진기(20), 인버터 구동부(21)를 통해 인버터부(13)로 60KHz 주파수를 제공하여 가열하도록 한다.(S109)

즉, 비자성용기의 경우 비자성모드에 고주파 제어를 행하여 용기를 가열하도록 한다.

이상에서와 같이 모든 용기에 대하여 효율적으로 가열할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 조리용기의 종류를 자성용기와, 비자성용기 및 자성과 비자성의 중간적 성질을 갖는 스텐레스 순수 304계열로 된 용기로 각각 판정하고 그 판정된 용기중 자성용기는 자성모드에서 저주파 제어로 가열하고, 비자성용기는 비자성모드에서 고주파 제어로 가열하고, 스텐레스 순수 304계열로 된 용기는 자성모드에서 고주파 제어로 가열하도록 함으로써, 모든 용기에 대해서 효율 좋게 가열할 수 있도록 하고, 안전하게 동작을 진행시킬 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 가열시작되면 부하판정을 위해 자성모드에서 초기 저주파값을 세팅하는 제1단계와, 용기의 재질을 판정하기 위하여 임피던스 측정을 위한 고주파 전류 검출기와 현재 파워상태를 나타내는 저주파 전류 검출기의 값을 읽어들이는 제2단계와, 상기 제2단계에서 읽어들인 저주파 전류 검출기의 값이 소정값α1 이상이면 스텐레스 순수304 계열로 된 용기로 판정하여 자성모드에 고주파 제어를 행하여 가열하는 제3단계와, 상기 제2단계에서 저주파 전류 검출기의 값이 소정값α1 이하면 다시 소정의 값 α2 이상인지를 판정하여 이상이면 자성용기로 판정하여 자성모드에 저주파 제어를 행하여 가열하는 제4단계와, 상기 제4단계에서 소정의 값 α2 이하이면 다시 고주파 전류 검출기의 값이 소정의 값 α3 이상이면 소물부하로 판정하여 가열을 중지하고 소정의 값 α3 이하이면 비자성용기로 판정하여 비자성모드에 고주파 제어를 행하여 가열하는 제5단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자 유도 가열 조리기의 부하판정 및 가열방법.
2. 제1항에 있어서, 초기가열시 초기 저주파값은 56KHz로 세팅하도록 한 것을 특징으로 하는 전자 유도 가열 조리기의 부하판정 및 가열방법.

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