KR101260086B1 - 유도 장치의 수개의 유도 코일들에 전력을 공급하는 방법및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 유도 요리 호브 (11) 의 유도 코일들 (L1, L2) 을 가능하면 적은 잡음으로 동작시키기 위한 것이다. 이 목적은 유도 코일들 (L1, L2) 을 동일 주파수 f_g 에서 (동작 모드 a), 또는 약 18kHz 의 주파수 차이 △f 에서 (동작 모드 c), 특히 번갈아 일어나는 동작 동안, 동작시킴으로써 달성된다. 상기 동작 모드들 사이의 후방향 및 전방향으로의 변화는 방해되는 잡음이 발생되는 것을 방지하면서 유도 코일들 (L1, L2) 의 전력에 대한 소정 값들 (P₁, P₂) 이 평균 시간 값에 도달할 수 있게 한다.

유도 장치, 유도 코일, 핫플레이트, 유도 호브

Description

유도 장치의 수개의 유도 코일들에 전력을 공급하는 방법 및 장치{METHOD AND ARRANGEMENT FOR SUPPLYING POWER TO SEVERAL INDUCTION COILS IN AN INDUCTION APPARATUS}

적용 분야 및 종래 기술

본 발명은 전력을 유도 장치의 수개의 유도 코일들에 공급하는 방법 및 이 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.

유도 호브 (induction hob) 의 경우, 수개의 핫플레이트 (hotplate) 를 동작시킬 때 가청 잡음이 일어날 수 있다는 문제가 빈번히 발생한다. 이는 잡음 그 자체로서의 결과 뿐만 아니라, 유도 호브 불량이 존재한다고 추측되기 때문에, 오퍼레이터 (operator) 에게는 다소 불유쾌한 것으로 간주된다. 잡음감은 또한 사운드 레벨 강도 및 인간의 청력도와의 일치에 의존, 즉, 잡음 주파수의 함수로서 의존한다.

이러한 잡음의 원인은 여러 가지가 있다. 우선, 자계 제어 페라이트들이 유도 코일들 아래에 제공되고, 이들은 유도 코일 동작 주파수의 함수로서, 자기 변형, 즉 길이 변화를 받기 쉽다. 이는 부분적으로 중고 요리 기구에도 또한 적용된다. 유도 코일의 동작 주파수는 통상적으로 가청 범위보다 높지만, 다른 동작 중의 유도 코일과의 상호 변조의 결과로서, 잡음은 들릴 수 있게 된다. 가청 혼합 산물은 동작 주파수와 그들의 고조파들의 주파수 차이에서 기인할 수 있 다. 또한, 상호 변조는 유도 코일들에 대한 2 개의 주파수 변환기가 공통 공급 전압에 접속되면 발생될 수 있다. 이 경우, 제 2 주파수 변환기에 대한 공급 전압은 제 1 주파수 변환기에 의해 변조된다.

과제 및 해결 방안

본 발명의 과제는 종래 문제점들이 회피될 수 있고, 최소 잡음 발생으로 수개의 유도 코일들의 유리한 동작이 가능한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이러한 문제는 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 방법과 청구항 제 8 항의 특징을 갖는 장치에 의해 해결된다. 본 발명의 유리하고 바람직한 전개형태들은 그 외의 청구항들의 내용을 이루고, 이하 더 자세히 설명될 것이다. 명확한 참조에 의해 청구항들의 표현은 상세한 설명의 내용의 일부가 된다.

각각의 유도 코일은 그 자신의 주파수 변환기 또는 그 자신의 주파수 변환기 유닛을 통해 전력이 공급된다. 본 발명에 따르면, 수개의 코일들의 합동 동작의 경우, 개별 유도 코일들에 대한 주파수 변환기들의 주파수들 또는 동작 주파수들은 다음의 가능한 동작 모드들 중 하나에 따라, 주파수들 사이의 차이, 즉 주파수 차이에 대해 전력 필요 값들을 오퍼레이터에 의해 입력함으로써, 또는 소정 전력 레벨의 함수로서 설정된다.

a) 주파수 차이는 실질적으로 0 이고, 유리하게는 0 이다.

b) 주파수 차이는 1kHz 보다 작은, 즉 유리하게 존재하더라도 비교적 작다.

c) 주파수 차이는 15kHz 와 25kHz 사이이고, 더 이상 가청 범위에 있지 않다.

제 1 동작 모드 a) 에서, 주파수 차이는 발생할 수 없다. 따라서, 방해가 되는 상호변조는 없고, 들릴 수 있는 영향들은 없다.

제 2 동작 모드 b) 에서, 주파수들은 동작 시에 서로 매우 근접한다. 유리하게는 주파수 차이는 500Hz 이하이다. 유도 코일들의 설정된 주파수 또는 동작 주파수로부터 어떤 상호변조가 발생하더라도, 매우 작은 주파수 차이로 인해, 평균적인 인간의 귀가 비교적 둔감한 인간 청력도 범위에 존재하기 때문에 거의 감지되지 않는다.

제 3 동작 모드 c) 에서, 주파수 차이는 인간의 귀에 대해 매우 높은 범위에 있고, 더 이상 가청 범위가 아니다. 본 발명의 범위 내에서, 대략 18kHz 및 또한 24kHz 의 주파수 차이로 가청 잡음의 특히 양호한 억제가 가능하다는 사실이 또한 발견되었다.

따라서, 수개의 유도 코일들이 함께 동작하는데 대해 성가시게 들리지 않는 세 가지 가능성이 이용가능하다. 이들 세 가지 동작 모드들은, 각각의 개별 유도 코일에 대한 평균 전력과 총 평균 전력 양자 모두가 오퍼레이터에 의해 선택된 전력 단계에 대응하도록 유리하게 이용된다. 동작 모드 a) 또는 b) 중 하나로, 즉, 고정 및 불변의 주파수로 일정한 동작을 통해 이것이 가능하다면, 이는 수개의 유도 코일들에 대해 유리하게 선택된 동작 절차를 구성한다.

유리하게 이 방법으로 정확하게 2 개의 유도 코일들이 본 적용에서 설명된 바와 같이 동작된다. 특정 주파수 차이의 설정 및 동작 주파수들의 가능한 변화는 특히 만족스럽게 그리고 미리 알 수 있게 가능하다.

각각의 유도 핫플레이트가 단일 유도 코일을 갖는 것이 가능하다. 다르게는, 유도 핫플레이트는 수개의 부분 코일들을 포함하고/하거나 수개의 전력 발생기들 또는 주파수 변환기들에 의해 제어될 수 있는 유도 코일을 가질 수 있다. 이는 방사 열 장비와 함께 알려진 것과 같은 소위 다중회로 히터들에 대응한다.

유도 코일들, 특히 유도 오븐 또는 유도 호브와 같은 가정용 유도 코일들은 대략 16kHz 내지 100kHz 의 주파수 범위에서 유리하게 동작한다.

동작 모드 c) 를 이용하는 유리한 절차는 유도 코일들의 동작의 시작시마다, 즉 수개의 코일들이 동작되는 경우에, 각각의 유도 코일에 대해 오퍼레이터에 의해 제어 장치를 통해 입력된 필요 값들로 시스템의 최고 동작 주파수 또는 고주파수로 초기에 동작된다. 특히 유리하게 이는 소스팬 (saucepan) 검출 코일들로서의 기능으로 이끈다. 이는 가열에 적합한 요리 기구가 유도 코일 위에 위치되는지 여부를 판정하는 것을 가능하게 한다. 이어서, 2 이상의 유도 코일들이 동작되는 경우에, 주파수들은 주파수 변환기들에 의해 낮추어진다. 이는 유도 코일들의 총 전력이 개별 전력 레벨들에 대한 필요 값들의 총 전력에 대응할 때까지 일어난다. 동일 주파수에서 여전히 이렇게 일어나므로, 일반적으로, 즉, 전력 P 에 대한 상이한 필요 값들의 경우에, 하나의 유도 코일은 필요한 것보다 더 많은 전력으로 동작되고, 다른 것은 필요한 것보다 더 적은 전력으로 동작된다. 그 외에 동작은 동작 모드 a) 또는 b) 중 하나에 따라 일어날 것이다.

이 적절한 총 전력은 공통 주파수 f_g 로 일어난다. 증가된 전력으로 동작되는 유도 코일은 동작 모드 c) 에 따른 주파수 차이만큼 위로 이동된다. 다른 유도 코일들은 이전에 존재하던 주파수에 유지된다. 주파수 차이가 필요한 방식으로 설정되면, 이어서 모든 유도 코일들은 총 전력이 다시 필요 값들에 대응할 때까지 고정되어 유지되는 주파수 차이 △f 를 가지고 그들의 동작 주파수에서 아래로 이동한다.

필요 값들에 변화가 없다면 유도 코일들의 순환 또는 교대 동작이 뒤따른다. 이 동작은 특정 시간 t_g 에 대해 공통 주파수 f_g 로 일어나고, 이는

와 같이 계산되고, 또는 시간 t_v 에 대해 주파수 차이 △f 인 2 개의 상이한 주파수들로 동작하는 것이 뒤따르고, 여기서 t_g+t_v = T 이고, 동작은 2 개의 모드 사이에서 번갈아 일어난다.

유도 코일들 중 하나에 대한 필요한 전력 값들 중 하나가 변화하면, 주파수 및 시간에 대해 값들을 결정하는 이 방법이 다시 수행된다.

공통 주파수 f_g 에서의 전력들의 합이 상이한 주파수들에서의 전력들의 합에 대응하고, 동시에 양 유도 코일들에 대한 필요한 총 전력과 동일하다.

메인에 대한 플리커 (flicker) 가 없는 공급이 이러한 동작으로 또한 가능하다. 그러나, 전술한 동작 모드들 중 임의의 것으로 필요 값들을 매칭시키는 설정을 발견할 수 없고, 주파수 차이가 지시된 프레임워크 내에서 이동한다면, 어떤 환경들에서 제한된 플리커를 갖는 어떤 시간 동작이 필요하거나 불가피하다. 경계 조건들의 제한은, 예를 들어, 주파수 변환기의 최소 동작 주파수, 주파수 변환기 전류의 최대 허용 폭, 주파수 변환기 공진 회로의 최소 허용 위상, 그리고 생성된 자계에 영향을 주기 위한 유도 코일들에 제공되는 페라이트의 포화 효과들일 수 있다.

예를 들어 18kHz 의 첫 번째로 낮은 주파수 차이의 조건을 충족시키기 위한 추가적인 가능한 시도가 초기에 이루어진다. 이것이 성공적이지 못하거나 의도된 알고리즘이 설정에 적절하지 않으면, 두 번째로, 대략 24kHz 의 조금 더 높은 주파수 차이로 시도가 이루어진다.

이들 및 추가적인 특징들은 청구범위, 상세한 설명, 도면을 통해 이해할 수 있고, 개별 특징들은 단독으로 또는 하위 조합들의 형태로 본 발명의 실시형태 및 다른 부분들에서 구현될 수 있으며, 유리하고 독립적으로 보호가능한 구성들을 나타내고, 이를 위해 여기서 보호가 주장된다. 본 출원의 개별 섹션들 및 부표제들로의 세분화는 그 하에서 이루어지는 진술들의 일반적인 유효성을 제한하지는 않는다.

도면의 간단한 설명

본 발명의 실시형태는 이하 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1 은 각각 주파수 변환기를 갖는 유도 호브의 2 개의 유도 코일의 구성의 회로도이다.

도 2 는 시간 t 에 대한 동작 주파수 f 의 그래프이다.

도 3 은 시간 t 에 대한 전력 P 의 그래프이다.

실시형태의 상세한 설명

도 1 은 유도 호브 (11) 의 단면을 나타낸다. 전력 설정을 위한 2 개의 회전 토글 (16, 17) 을 갖는 제어 장치 (15) 가 핫플레이트 (13) 상에 위치된다. 제어 장치의 표현은 매우 도식적이고, 모든 다른 제어 엘리먼트 유형들, 특히 접촉형 스위치들이 제공될 수 있다는 것은 자명하다.

제어 장치 (15) 는 제어기 (18) 에 접속되고, 회전 토글 (16, 17) 을 설정하여 제어 명령들을 제어기 (18) 로 송신한다. 한편, 제어기 (18) 는 제 1 주파수 변환기 (19) 에 접속되고, 이를 통해 주파수 f₁ 으로 제 1 유도 코일 (L1) 에 공급하고, 또한, 제어기 (18) 는 제 2 주파수 변환기 (20) 에 접속되고, 이를 통해 주파수 f₂ 로 제 2 유도 코일 (L2) 에 공급한다.

유도 코일 (L1 및 L2) 은 핫플레이트 (13) 아래에 공지의 방식으로 위치된다. 그 밑면에는 유도 코일들 (L) 에 의해 생성되는 자계에 영향을 주기 위해 공지의 방식으로 페라이트 (21) 가 제공된다. 유도 코일 (L1 및 L2) 위에는 요리 기구 (22, 23) 가 핫플레이트 (13) 상에 위치된다. 더 큰 요리 기구 (23) 는 더 높은 전력 결합이 일어나거나 희망된다는 것을 나타낸다. 이는 회전 토글 (17) 의 위치로부터도 알 수 있는데, 회전 토글 (17) 이 더 오른 쪽으로 설정되어 있어 좌측 회전 토글 (16) 보다 더 높은 전력 단계로 설정된다. 회전 토글 (16) 은 좌측 유도 코일 (L1) 에 의해 형성되는 유도 핫플레이트에 대한 전력 설정에 이용되고, 우측 회전 토글 (17) 은 우측 유도 코일 (L2) 에 의해 형성되는 유도 핫플레이트에 대한 전력 설정에 이용된다.

이하 함께 설명할 도 2 및 도 3 에서는, 어떻게 유도 코일 (L1 및 L2) 에 특정 공급 전압 주파수로 전력 P 가 공급되는지를 볼 수 있다. 코일 (L2) 에 대한 주파수 및 전력 경로는 점선으로 나타내어져 있다.

양 유도 코일 (L1 및 L2) 모두가 공통 주파수, 즉 소스팬 검출 기능의 면에서 f_max 로 동작되면서 동작이 시작한다. 이는 당업자에게 공지의 사항이며 추가적인 설명은 여기서 불필요하다. 양 유도 코일 (L1 및 L2) 에 관해서 적합한 요리 기구, 즉 요리기구 (22 및 23) 가 그 위에 위치되고, 그 결과, 동작이 가능하게 된다. 그 다음 제어기 (18) 및 주파수 변환기 (19 및 20) 에 의한 전력 공급이 뒤따른다.

주파수 변환기 (19 및 20) 에 의해 설정된 주파수들은 동일 값인 f_g 로 낮추어지고, 이는 양 유도 코일 (L1 및 L2) 이 동일 주파수 f_g 와 전력 레벨 P₁(f_g) 및 P₂(f_g) 로 동작되어야 한다는 지시에서 기인한다. 전력 P₁(f_g) 및 P₂(f_g) 은 회전 토글 (16 및 17) 을 이용하여 설정된 생성된 총 전력에 대한 소정 값 및 f_g 를 이용한 사전 설정에 기인한 것이다.

공통 주파수 f_g 의 제 1 동작 동안 유도 코일 (L1) 이 제공되는 평균 전력

보다 더 높은 전력 P₁(f_g) 으로 동작되는 것에 관한 검출이 일어난다. 유도 코일 (L2) 은 제공되는 평균 전력

보다 더 낮은 전력 P₂(f_g) 으로 작동된다. 동작 주파수 f₁ 에 대해 증가된 전력으로 동작하는 유도 코일 (L1) 은 주파수 차이 △f (본 경우에는 18kHz) 만큼 상승된다. 이 함수로서, 양자의 동작 주파수들은 고정 주파수 차이 △f 와 함께 낮추어진다. 동일한 정도로, 유도 코일 (L1 및 L2) 의 전력 레벨이 증가한다. 주파수 f_v1 및 f_v2 가 전력 레벨 P₁(f_v) 및 P₂(f_v) 와 도달할 때까지 낮추는 것이 일어나고, P₁(f_v) 와 P₂(f_v) 의 합은 P₁(f_g) 와 P₂(f_g) 의 합에 대응한다.

특정 시간 t_v 에 대해 f_v1 및 f_v2 또는 결과적인 주파수 차이 △f 에 대한 정확한 이들 값들로 동작이 발생한다. 그 다음, 전력이 P₁(f_g) 와 P₂(f_g) 인 공통 주파수 f_g 에서의 동작이 뒤따르는데, 즉 유도 코일 (L1) 은 증가된 전력으로 동작되고, 유도 코일 (L2) 은 감소된 전력으로 동작된다. 이 시간 주기 t_g 는 다음 공식에 따라 계산된다.

상기 시간 t_g 에 이어, 시간 t_v 동안 다시 한 번 주파수 f_v1 및 f_v2 로, t_g+t_v = T 관계로 전술한 동작이 반복된다.

동작은 유도 코일 (L1 및 L2) 에 대한 사전설정 전력값 (

및

) 이 오 퍼레이터에 의해 변화되지 않는 동안 여기서 번갈아 일어나고, 이는 계산된 시간 t_g 및 t_v 에 적용된다.

따라서, 여기서 전술한 동작 모드 a), 즉 시간 t_g 동안 및 동작 모드 c), 즉 시간 t_v 동안을 갖는 동작이 존재한다. 시간 t_g 동안 작용이 동일한 주파수로 일어나고, 결과적으로 상호변조가 발생하지 않기 때문에 잡음 발생은 없다.

시간 t_v 동안, 전술한 18kHz 의 주파수 차이가 동작 모드 c) 동안 발생하고, 이는 가청 잡음 발생이 거의 일어나지 않음을 의미한다.

따라서, 설명한 진보적인 방법의 결과로서, 잡음을 회피하거나 또는 크게 감소시키는 것이 가능하고, 동시에 유도 히터들은 필요한 전력을 적어도 평균적으로 생성하게 된다.

도 2 및 도 3 에 나타낸 번갈아 일어나는 전력 레벨들의 동작 동안, 유도 코일들 (L) 의 전력

및

에 대한 사전 정의된 값들에 대한 변화가 발생하면, 예를 들어, 회전 토글 (16 또는 17) 의 조정으로 인해, 계산 및 설정이 새로이 일어나고, 전술한 동작 상태들의 하나가 뒤따르게 된다.

Claims (11)

1. 유도 장치 (11) 에서의 수개의 유도 코일들 (L1, L2) 에 전력을 공급하는 방법으로서,

   각각의 유도 코일 (L1, L2) 에는 그 자신의 주파수 변환기 (19, 20) 에 의해 전력이 공급되며,

   상기 수개의 유도 코일들의 공통 동작 동안, 상기 주어진 주파수 변환기 (19, 20) 의 주파수들이,

   (a) 주파수 차이가 0 과 동등한 동작 모드,

   (b) 주파수 차이가 1kHz 보다 더 작은 동작 모드,

   (c) 주파수 차이가 15kHz 와 25kHz 사이인 동작 모드

   중 하나의 동작 모드에 따른 주파수 차이 (△f) 에 대해 제공되는 전력의 함수로서 설정되는 것을 특징으로 하는 수개의 유도 코일들에 전력을 공급하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   정확히 2 개의 유도 코일들 (L1, L2) 이 상기 동작 모드 (a) 내지 (c) 중 하나의 동작 모드에 따라 동작되는 것을 특징으로 하는 수개의 유도 코일들에 전력을 공급하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유도 코일들 (L1, L2) 은 16kHz 내지 100kHz 의 주파수 범위에서 동작되는 것을 특징으로 하는 수개의 유도 코일들에 전력을 공급하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   동작의 시작시에, 상기 유도 코일들 (L1, L2) 은, 초기에 고주파수로, 상기 유도 장치 (11) 의 총 전력 및 개별 전력 레벨들에 대한 필요 값들로 동작되고, 이어서, 주파수의 감소 및 전력의 상승이 수반되어, 상기 유도 코일들에 대한 총 전력이 필요 값으로 설정되며, 하나의 유도 코일 (L1) 은 필요 전력보다 더 큰 전력 (P₁(f_g)) 을 가지고, 다른 유도 코일 (L2) 은 필요 전력보다 더 작은 전력 (P₂(f_g)) 을 가지며, 상기 유도 코일들은, 하나의 유도 코일 (L1) 은 필요 전력보다 더 큰 전력 (P1(fg)) 을 가지고, 다른 유도 코일 (L2) 은 필요 전력보다 더 작은 전력 (P2(fg)) 을 가지는 동안, 동일한 공통 주파수 (f_g) 를 가지며, 이어서, 증가된 전력을 갖는 유도 코일 (L1) 은 상기 동작 모드 (c) 에 따른 주파수 차이만큼 주파수가 위로 이동되고, 그 후, 고정된 상호 주파수 차이 (△f) 를 갖는 상기 유도 코일들의 주파수들은 상기 유도 코일들의 총 전력이 총 전력에 대한 필요 값

   

   에 대응하는 정도까지 낮추어지고, 상기

   

   은 상기 유도 코일 (L1) 의 평균 전력이고, 상기

   

   는 상기 유도 코일 (L2) 의 평균 전력인 것을 특징으로 하는 수개의 유도 코일들에 전력을 공급하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 동작의 시작시에, 상기 유도 코일들 (L1, L2) 은, 소스팬 검출 코일들로서, 고주파수로 동작되는, 수개의 유도 코일들에 전력을 공급하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 동작 모드 (b) 에 대한 상기 주파수 차이 (△f) 는 최대 500Hz 인 것을 특징으로 하는 수개의 유도 코일들에 전력을 공급하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 동작 모드 (c) 에 대한 상기 주파수 차이 (△f) 는 18kHz 인 것을 특징으로 하는 수개의 유도 코일들에 전력을 공급하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 수개의 유도 코일들에 전력을 공급하는 방법을 수행하는 장치로서,

   2 이상의 유도 핫플레이트들을 갖는 유도 요리기구인 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   각각의 유도 핫플레이트는 단일 유도 코일 (L1, L2) 을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 8 항에 있어서,

    하나의 유도 핫플레이트는, 수개의 부분 코일들을 포함하고/하거나 수개의 전력 발생기들 또는 주파수 변환기들에 의해 제어가능한 유도 코일을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 유도 요리기구는 유도 호브 (11) 인 것을 특징으로 하는 장치.

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