KR101797837B1 - 에너지 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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알렉산더 빌친스키
에란 벤-슈무엘
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고지 엘티디.
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Abstract

부하를 조사하는 방법은 대응하는 주파수가 전달되는 동안 각각의 지속시간을 변경함으로써 서로 다른 주파수에서 서로 다른 양의 에너지를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 마이크로파 및/또는 RF 에너지를 사용하는 가온, 건조 및 해동을 포함하는 임의의 형태의 가열에 유용하다.

Description

에너지 제어 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING ENERGY}
본원은 2008년 11월 10일 출원된 미국 가출원번호 61/193,248 및 2009년 10월 22일 출원된 미국 가출원번호 61/253,893을 기초로 35 U.S.C. §119(e)의 우선권을 주장하고, 2009년 11월 10일 출원된 두 개의 PCT 출원 에이전트 참조번호 47408 및 47574에 관한 것이고, 개시된 내용은 여기에서 참조로 도입된다.
본 발명의 몇 가지 실시예는 일반적으로 부하에서의 전자기(EM) 에너지의 소산에 관한 것으로, 보다 구체적으로 해동, 가열 및/또는 조리를 위해, 마이크로파 또는 UHF 에너지를 사용하는 RF 가열에 관한 것이다.
고주파수 복사를 사용하여 물체를 가열하는 것은 널리 알려져 있으며, 흔히 사용되는 가정용 전자레인지뿐만 아니라, 주로 다른 가열 수단, 예컨대 스팀, 열기 및 적외선 가열요소와 결합된 MW 에너지를 사용하는 상업적인 오븐을 포함한다.
공지된 MW 오븐과 관련된 많은 문제점 중에는 가열의 균일성이 부족하다는 문제점이 있으며, 이는 종종 캐비티 내에서 정상파를 반사하는 열점 및 냉점을 유발한다. 그러한 장치의 균일성을 개선하기 위한 많은 시도에는 캐비티에서 모드의 수를 증가시키는 것이 포함된다(예컨대, 가열 중 부하를 흔들고/흔들거나 이동시키는 모드에 의함).
일부의 경우에서, 다수의 주파수가 사용되는 경우, 장치는 서로 다른 전달되는 주파수에서 캐비티에 전달되는 에너지의 효율을 측정하고, 그리고 나서 부하에 전달되는 에너지의 효율을 증가시키는 상대적으로 높은 효율을 갖는 주파수로만 집중하여 부하에 에너지를 전달하도록 구성되었다.
물체의 가열은 서로 다른 주파수에서 물체의 소산 특성을 변화시킨다. 예컨대, 가열 전 어떤 비율로 부하에서 소산되는 주파수는 부하의 가열 또는 이동 후 상이한 비율(더 빠르거나 더 느림)로 소산될 수 있다.
본 발명은 에너지 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
몇 가지 실시예에 따라, 주파수의 조사(irradiation) 스펙트럼으로 부하를 조사하는 장치 및 방법이 제공된다. 조사는 서로 다른 주파수로 서로 다른 양의 에너지를 전달함으로써 수행된다. 각각의 주파수에서 전달되는 에너지의 양은 대응하는 주파수가 전달되는 동안 적어도 각각의 지속시간을 변경시킴으로써 제어된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 부하를 조사하는 방법은, 서로 다른 에너지의 양이 대응하는 주파수가 전달되는 동안 각각의 지속시간이 변경됨으로써 서로 다른 주파수로 공급되어 제공된다. 따라서 많은 에너지의 주파수는 긴 시간 동안 전달되고, 적은 에너지의 주파수는 짧은 시간 동안 전달된다.
부하를 조사하는 것은 공진 캐비티 내에서 수행될 수 있다.
부하를 조사하는 것은 부하 내의 기결정된 에너지 소산 패턴을 획득하도록 제어될 수 있다.
부하를 조사하는 것은 고정된 전력 전달 레벨로 수행될 수 있다.
부하를 조사하는 것은 전달되는 주파수 각각에 대한 최대 전력 전달 레벨에서 수행될 수 있다. 설계된 최대 전력으로 증폭기 작동을 유지하는 것은 저렴한 증폭기가 사용되는 것을 허용한다.
부하를 조사하는 것은 서로 다른 주파수 각각에서 제공되는 최대 에너지의 양을 제한하도록 제어될 수 있다.
부하를 조사하는 것은 전달 주기 동안 서로 다른 주파수로 제공되는 전체 에너지의 양을 제한하도록 제어될 수 있다.
전달 주기는 전달 사이클 또는 듀티 사이클일 수 있다.
부하를 조사하는 것은 개별적인 주파수가 전달되는 동안 전체 지속시간을 제한하도록 제어될 수 있다.
부하를 조사하는 것은 전달되는 주파수 각각에서 가능한 전력을 최대화하도록 제어될 수 있다.
적어도 두 개의 주파수는 적어도 두 개의 서로 다른 비-제로(non-zero)의 전력으로 전달될 수 있다.
방법은:
주파수의 조사 스펙트럼으로 부하를 조사하는 단계;
발생한 RC 스펙트럼(reflected and coupled spectrum)을 측정하는 단계;
상기 RC 스펙트럼을 고려하여 상기 부하의 전류 소산 정보를 추측하는 단계; 및
상기 소산 정보에 따라 주파수의 조사 스펙트럼을 설정하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 설정하는 단계는 대응하는 주파수가 전달되는 동안 각각의 지속시간을 변경함으로써 서로 다른 주파수로 서로 다른 양의 에너지를 전달하는 단계를 포함한다.
방법은:
에너지가 부하에 의해 흡수되도록 주파수의 조사 스펙트럼으로 부하를 조사하는 단계;
발생한 RC 스펙트럼을 측정하는 단계;
측정된 상기 RC 스펙트럼을 고려하여 상기 부하의 전류 소산 정보를 추측하는 단계; 및
상기 소산 정보에 따라 주파수의 조사 스펙트럼을 수정하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 수정하는 단계는 대응하는 주파수가 전달되는 동안 각각의 지속시간을 변경함으로써 서로 다른 주파수로 서로 다른 양의 에너지를 전달하는 단계를 포함한다.
주파수는 듀티 사이클을 형성하도록 연속적으로 구성될 수 있다.
방법은 듀티 사이클을 반복적으로 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
주파수는 듀티 사이클로 변경될 수 있다.
방법은 부하를 조사하는 각각의 주파수에서 조사의 전체 지속시간을 변경하도록 듀티 사이클의 반복에 걸쳐 주파수를 차동적으로 온 또는 오프로 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.
방법에서, 차별적인 스위칭은 사이클의 일부에 대하여 주파수를 오프로 스위칭하거나 또는 사이클의 일부에 대하여 저 전력으로 스위칭함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 제 2 양태에 따르면, 주파수의 조사 스펙트럼으로 부하를 조사하는 방법이 제공되고, 상기 부하는 부하의 에너지 소산 사애의 함수로서 변경되는 소산 정보를 갖고, 상기 방법은 상기 소산 정보의 변경에 따라 주파수의 조사 스펙트럼을 수정하는 단계를 포함하고, 상기 수정하는 단계는 대응하는 주파수가 전달되는 동안 각각의 지속시간을 변경하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예의 제 3 양태에 따르면, 부하를 조사하는 장치가 제공되고, 상기 장치는:
a. 복수의 주파수 상기 부하에서 공진하기 위해 캐비티에 에너지를 전달하는 기능을 하는 에너지 피드; 및
b. 대응하는 주파수가 전달되는 동안 각각의 지속시간을 변경하는 기능을 하는 제어기를 포함한다.
일 실시예에서, 제어기는 상기 변경을 반복적으로 수행하도록 구성된다.
일 실시예에서, 제어기는 각각의 지속시간에 따라 주파수의 조사 스펙트럼으로 부하를 조사하고, 발생한 RC 스펙트럼을 측정하고, RC 스펙트럼을 고려하여 부하의 전류 소산 정보를 추측하고, 소산 정보에 따라 주파수의 조사 스펙트럼을 설정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 제어기는 주파수의 듀티 사이클의 반복에 걸쳐 주파수를 차동적으로 온 또는 오프로 스위칭하고, 그에 따라 부하를 조사하는 각각의 주파수의 전체 지속시간을 변경하도록 구성된다.
달리 정의되지 않더라도, 여기에서 사용된 모든 기술적인 용어 및 과학적인 용어는 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 같은 동일한 의미를 갖는다. 여기에서 제공된 물질, 방법 및 예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 발명의 범위를 제한하려 의도되지 않는다.
용어 "예시적인"은 "예, 사례 또는 실례를 제공함"의 의미로 여기에서 사용된다. "예시적인"으로 설명된 임의의 실시예는 필연적으로 다른 실시예보다 선호되거나 바람직하다고 해석되지 않고/않거나 다른 실시예로부터의 특징의 도입을 배제하지 않는다.
용어 "추가적으로"는 "몇 가지 실시예에서 제공되고, 다른 실시예에는 제공되지 않음"의 의미로 여기에서 사용된다. 본 발명의 임의의 특정 실시예는 복수의 "추가적인" 특정이 모순되지 않는다면 그 특징을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예의 방법 및/또는 시스템의 구현은 수동, 자동 또는 그 조합으로 선택되는 과제의 수행 및 완성하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로 이것은 마이크로파, 건조기와 같은 장치의 제어를 포함한다.더욱이, 본 발명의 방법 및/또는 시스템의 실시예의 실제적인 수단 및 장치에 따라, 몇몇 선택된 과제는 하드웨어에 의해, 소프트웨어에 의해, 펌웨어에 의해 또는 그 조합에 의해 구현될 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따라 선택된 과제를 수행하는 하드웨어는 칩 또는 회로로 구현될 수 있다. 소프트웨어도 마찬가지로, 본 발명의 실시예에 따라 선택되는 과제는 임의의 적절한 작동 시스템을 사용하는 컴퓨터에 의해 수행되는 복수의 소프트웨어 명령으로서 구현될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 여기에서 설명되는 방법 및/또는 시스템의 예시적인 실시예에 따른 하나 이상의 과제는 복수의 명령을 수행하기 위한 컴퓨터 플랫폼과 같은 데이터 프로세서에 의해 수행된다. 추가적으로, 데이터 프로세서는, 명령 또는 데이터를 저장하는 휘발성 메모리를 포함하거나, 명령 또는 데이터를 저장하기 위한 자기 하드디스크나 이동식 매체와 같은 비휘발성 스토리지를 포함한다. 추가적으로, 네트워크 연결도 제공된다. 추가적으로, 키보드 또는 마우스와 같은 사용자 입력 장치, 또는 디스플레이도 제공된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 여기에서 설명된다. 도면에 상세히 나타난 특정 참조와 함께, 명세서는 예로서, 단지 본 발명의 선호되는 실시예의 예시적인 설명을 위한 것이고, 본 발명의 이론적이고 개념적인 양태의 설명을 가장 유용하고 용이하게 제공하기 위해 존재한다. 이 점에 있어서, 본 발명의 기본적인 이해를 위해 필요한 것 이상으로 상세하게 발명의 구조적인 세부항목을 도시하려고 의도되지 않고, 설명은 본 발명의 몇 가지 형태가 실제로 어떻게 구체화될 수 있는지 통상의 실시자에게 명백하게 하는 도면과 함께 주어진다.
도 1a는 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 부하를 조사하는 방법을 단순화한 흐름도이다.
도 1b는 소산 정보가 부하의 에너지 상태에 따라 변경되는 부하에 제어된 에너지 조사를 제공하는 본 발명의 몇 가지 실시에에 따른 방법을 단순화한 흐름도이다.
도 1c는 각각의 주파수가 본 발명의 몇 가지 실시예에 따라 전달되는 주기의 변조를 통해 각각의 전달되는 주파수로 부하에 소산되는 에너지의 양을 제어하는 방법을 단순화한 흐름도이다.
도 2는 복수의 주파수 조사에 의한 에너지 전달 제어의 예시적인 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 예시적인 결정 함수에 대한 전력 대 주파수의 개략적인 그래프를 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 부하를 조사하는 듀티 사이클 제어의 예시적인 시나리오이다.
본 발명의 실시예는 각각의 전달되는 주파수에서 부하로 소산되는 UHF 또는 마이크로파 에너지의 양을 제어하는 장치 및 방법을 포함하고, 특히 각각의 주파수가 전달되는 주기의 변조를 통해, 바람직하게는 주파수의 듀티 사이클로 제어한다. 에너지의 소산은, 예컨대 에너지의 조사(irradiation)를 사용하는 임의의 가열 형태를 위해 사용되고, 때로는 온도의 증가 없이, 하나 이상의 해동, 녹임, 데움, 익힘, 건조 등을 포함한다.
2007년 8월 3일 공개된 Ben-Shmuel 등의 PCT 특허출원 국제공개번호 WO2007/096877('877) 및 WO2007/096878('878) 둘 모두는 전자기 가열 방법 및 장치를 개시하며, 여기에서 참조로 도입된다. 몇 가지 개시된 방법은 캐비티 내에 가열되는 물체를 배치하는 단계 및 복수의 공급장치를 통해 그리고 복수의 주파수로 캐비티 내에 UHF 및 마이크로파 에너지를 공급하는 단계를 포함한다.
2008년 8월 28일 공개된 Ben-Shmuel 등의 PCT 특허출원 국제공개번호 WO2008/102,360('360)은 특히 물체를 건조하는 방법을 개시하며, 여기에서 참조로 도입된다. 상기 방법은 요구되는 시간적인 온도 스케줄 및 요구되는 공간 프로파일로 물체를 유지시키는 제어 방식으로 캐비티 내의 물체에 광대역 RF 에너지를 적용하는 단계 및 적어도 요구되는 건조 레벨이 달성되었다고 평가되는 경우 건조가 종료되는 단계를 포함한다.
2007년 8월 28일 공개된 Ben Shmuel 등의 PCT 특허출원 국제공개번호 WO2008/102,334('233)은 특히 바디 또는 바디의 부분을 냉동하는 방법을 개시하며, 여기에서 참조로 도입된다. 상기 방법은, 바디의 냉동점 아래의 온도를 갖는 냉각제에 바디의 적어도 일부를 노출시키면서, 냉동점 위의 온도로 바디의 적어도 일부를 유지시키기 위해 전자기 가열장치를 작동시키는 단계; 및 적어도 일부의 바디를 냉동시키기 위해 전자기 가열을 감소시키는 단계를 포함한다. 전자기 가열장치는 공진기를 포함하고, 바디의 부분은 공진기 내에서 가열된다.
전술한 '877, '878 및 '233의 방법은 전달되는 각각의 주파수에서 소산률 및 상기 주파수에서 전달될 수 있는 최대 전력의 양을 고려한다. 상기 방법들은 때로는 요구되는 에너지의 양이 소산되도록 각각의 주파수에서 전달되는 에너지의 양을 추측하는 것을 목적으로 한다.
전술한 '877, '878 및 '233의 방법은 부하에 주로 소산하는 대역에서만(또는 주로) 전달 전력의 옵션을 개시한다. 그러한 전달은, 예컨대 표면 전류 또는 다수의 피드 또는 안테나를 포함하는 안테나와 같은 피드들 사이에 소산을 방지하거나 크게 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 전달은, 예컨대 물체에 소산되는 전력이 모든 전달 주파수에 대해 실질적으로 일정(부하 내에 균질한 에너지 소산 패턴을 제공할 수 있음)하도록 수행될 수 있다. 그러한 전달은 부하의 조성 및/또는 구조에 관계없이 부하 내에 주파수 당 에너지의 소산이 필연적으로 동일하도록 하며, 동시에 전력 공급 및 에너지 전달의 효율성은 서로 다른 주파수에 대해 서로 달라질 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시예에 따르면, 방법은 주파수의 스펙트럼으로 부하를 조사하는 단계, 발생한 "RC 스펙트럼(reflected and coupled spectrum)"을 측정하는 단계, 부하의 스펙트럼 소산이 조사의 진행에 따라 수정됨으로써, RC 스펙트럼으로부터 추측하는 단계 및 소산 스펙트럼 변화에 응답하여 조사 스펙트럼을 수정하는 단계를 포함한다. 부하의 "스펙트럼 소산" 및 "소산 정보"는 부하 내의 복수의 전달 주파수의 소산률을 의미할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 조사를 수정하는 단계는 듀티 사이클 내의 각각의 전달되는 주파수에서 부하 내로 소산하는 에너지의 양을 제어하도록 하나 이상의 파라미터를 동적으로 조정함으로써 수행된다. 조정은 부하로부터 검색된 스펙트럼 정보를 기반으로 한다. 스펙트럼 정보는 하나 이상의 RC 스펙트럼, 장치의 최대 S 파라미터, 부하의 스펙트럼 소산, 부하 내에 전달되는 주파수의 소산률, 최대 소산과 관련된 Q 인자 및/또는 전달될 수 있는(각각의 주파수에서 캐비티 내로 전달됨) 최대 전력을 포함하고/포함하거나, 상기 값들로부터 유도된다. 가열을 제어하기 위한 그러한 파라미터는 각각의 주파수 당 할당된 시간 및/또는 각각의 주파수에 대해 할당된 전력일 수 있고, 포함할 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시예에 따르면, 각각의 주파수에 대한 전달 시간은 요구되는 에너지가 임의의 정해진 주파수로 부하에 소산되도록 조정된다. 그러한 프로토콜에서, 전달 시간은 상대적으로 저 에너지 소산률 및/또는 주파수에 대해 더 많은 시간을 할당함으로써 낮은 최대 전력 입력을 갖는 경우 보상하기 위해 사용될 수 있다(예컨대, 상대적으로 고 에너지 전달이 정해진 사이클에서 주파수에 대해 요구되는 경우). 요구되는 에너지는 부하 내의 요구되는 소산 패턴에 따르도록 정해진 주파수에서 부하 내에 소산된다. 따라서, 요구되는 에너지는, 예컨대 주파수 당 절대값 또는 상대값(다른 전달 주파수와 비교함) 또는 둘 모두의 조합일 수 있다. 또한 복수의 주파수 내에 그 주파수들 간의 패턴(상대적인 소산률)으로 소산되는 총 에너지의 양과 관련될 수도 있다. 부하 내의 소산 패턴은 각각의 주파수 또는 복수의 주파수로의 조사에 노출되는 부하 내에 소산이 요구되는 상대적 및/또는 절대적인 에너지의 양을 의미한다. 그 패턴은 주파수 관련(예컨대 주파수에 의해 정해진 또는 상대적인 소산) 및/또는 부위 관련(예컨대 부하 내의 부위에 정해진 또는 상대적인 양을 소산) 또는 스펙트럼 정보(가능하면 동작 대역 전체)의 또 다른 파라미터 또는 특징일 수 있다. 예컨대, 소산 패턴은 균질해질 수 있다(필연적으로 동일한 에너지의 양이 복수의 주파수 및/또는 복수의 부위에 의해 소산됨). 예컨대, 균질한 에너지 소산을 위해, 가열 사이클에서 각각의 주파수에 대해 소산되는 에너지 값의 전부 또는 거의 대부분(예컨대 51 % 이상, 60 % 이상, 80 % 이상 또는 심지어 95 % 이상)은 유사해야 한다(예컨대, 최대 차이는 평균 값의 40 %, 20 %, 10 %, 5 %보다 작아야 함). 다른 패턴에서, 서로 다른 관계가 존재할 수 있다. 예컨대, 해동하기 위해 사용될 수 있는 몇 가지 프로토콜에서, 상대적으로 작은 에너지의 양은 고 소산률을 갖는 주파수에 대해 소산되며, 동시에 상대적으로 큰 에너지의 양은 저 소산률을 갖는 주파수에 대해 소산된다. 에너지 소산 패턴은 (a) 부하 내의 균질한 에너지 소산, (b) 부하 내의 조절된 비균질 에너지 소산 또는 (c) 그 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 소산 패턴은 조사 사이클마다 선택될 수 있거나, 복수의 사이클 또는 심지어 전체 프로세스를 위해 선택될 수 있다.
시간 조정 방법은 각각의 주파수에서 전력 입력만을 조정(즉, 주파수마다 전달 시간이 고정됨)하는 것과 비교하여 고 전력 레벨이(적어도 몇몇 주파수에서) 가능해지기 때문에 전체 프로세스 타임을 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 최고 전력 레벨(주파수의 함수로서임)은 모든 주파수에서 전달되고, 에너지 소산률을 최대화하여(주어진 스펙트럼 상황 및 전력원에 대해서임) 시간을 최소화한다. 시간의 제어는 가열 중 한 번 이상, 예컨대 각각의 듀티 사이클 전 및/또는 복수의 듀티 사이클 전 수행되고, 캐비티 및/또는 부하로부터 검색되는 스펙트럼 정보 및 소산 정보를 기반으로 할 수 있다. 제어는, 예컨대 서로 다른 주파수를 통한 장치의 제어를 포함할 수 있고, 각각의 주파수는 필요한 전력 및 지속시간으로 전달되는 것을 확실히 하기 위한 것이지만, 때때로 제어는 또한, 예컨대 사이클 간의 전달 패턴의 변화 및 프로세스를 만드는 각각의 계산 및/또는 결정을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 각각의 전달되는 주파수에서 최대 가능한 전력이 그 주파수에 대해 전달되고, 동시에 그 주파수에 대한 전달의 시간을 제어한다. 그러한 전달은 부하에 정해진 주파수로 요구되는 에너지의 양을 소산하게 한다. 그러한 전달은 소산 전력(또는 부하에 전달되는 에너지 속도)이 증가 또는 심지어 최대화되도록 하고, 동시에 요구되는 에너지 소산 패턴을 달성하게 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 정해진 에너지 소산 패턴을 사용하여 임의의 정해진 에너지의 양을 소산하는데 필요한 시간의 감소 또는 최소화가 달성된다. 놀랍게도, 비록 하나의 주파수로 에너지를 전달하는 것은 결과적으로 전달되는 주파수의 부하에 영향을 줄 수 있더라도, 스펙트럼을 통해 신중히 선택된 주파수에서 최대 가능한 전력으로 전달되는 에너지는 물체에 손상을 유발하지 않는다.
본 발명의 몇 가지 실시예에 따르면, 각각의 주파수 전달에 할당된 시간은 듀티 사이클 내의 모든 전달 주파수에 대해 고정되고, 동시에 각각의 사이클에서 나타나는 주파수는 동적으로 선택되어, 많은 사이클을 통한 결과는 캐비티 및/또는 부하를 통해 검색되는 스펙트럼 정보 및/또는 소산 정보에 따라 요구되는 소산 패턴을 제공한다. 실시예는 도 5에서 더욱 자세히 도시된다.
본 발명의 몇 가지 실시예에 따르면, 각각의 주파수 전달에 할당된 시간은 듀티 사이클 내의 모든 전달 주파수에 대해 고정되고, 동시에 전력은 일련의 듀티 사이클을 통해 동적으로 조정되어, 요구되는 가열 패턴은 일련의 시리즈(프리셋 사이클의 그룹)를 통해 달성된다. 그러한 경우, 요구되는 에너지가 주파수에 의해 소산될 때까지 사이클의 그룹으로 사이클이 반복되어 각각의 주파수를 전달하는 것이 가능하다. 각각의 주파수에 대한 전달 전력은 사이클의 그룹으로 적어도 일부의 사이클에 대해 최대화되어, 요구되는 에너지의 양은 주파수에 의해 모두 소산될 수 있다. 때로는 이것은 주파수가 그룹 내의 몇몇 사이클 중 최대 전력으로 전달되고, 그룹 내의 하나 이상의 사이클에 대해 낮은 전력으로 전달(또는 심지어 전달되지 않음)됨을 의미한다. 전력의 제어는 캐비티 및/또는 부하로부터 검색되는 스펙트럼 정보 및/또는 소산 정보를 기반으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 장치 및 방법의 이론 및 작동은 첨부된 도면 및 발명의 상세한 설명을 참조하여 더 명확히 이해될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예가 상세히 설명되기 전에, 본 발명은 발명의 상세한 설명 및 도면에서 설명될 구성의 구조 및 장치의 세부 사항으로 본 발명이 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예 또는 다양한 방식으로 수행되거나 수행될 수 있다. 또한 여기에서 사용되는 표현 및 용어는 설명을 위한 것이며, 본 발명을 제한하려고 고려되지 않음이 이해되어야 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 제 1 실시예를 도시한 개략도이며, 주파수를 부하를 조사하는 방법의 절차를 나타낸다. 본 발명의 몇 가지 실시예에 따르면, 주파수가 전달되는 절차에서 각각의 주파수에 대한 전달 시간은, 요구되는 에너지가 정해진 주파수로 물체에 소산되도록 조정되는 방법이 제공된다. 각각의 주파수의 전달 시간은 스펙트럼 정보 및/또는 소산 정보를 기반으로, 스펙트럼 정보 및/또는 소산 정보가 업데이트 될 때마다, 각각의 듀티 사이클에서, 몇몇 듀티 사이클에서 또는 심지어 듀티 사이클 중에 추측된다(그리고 그에 따라 제어됨). 이제 부하에 전달되는 주파수가 제공되는 박스 2를 참조한다. 주파수는 때로는 기결정되고, 더욱 바람직하게는 조사 프로세스 중 동적으로 선택될 수 있다(예컨대 스펙트럼 정보 및/또는 소산 정보를 기반으로 함). 박스 4에서는 각각의 선택되는 주파수마다 전달 지속시간이 결정된다. 각각의 주파수의 전달 시간이 조정되어, 요구되는 에너지는 정해진 사이클(또는 복수의 사이클) 내의 임의의 정해진 주파수로 물체에 소산된다. 박스 6에서는 부하가 조사되어, 선택된 주파수의 각각의 주파수는 박스 2에서 설정되었던 지속시간 동안 전달된다.
이제 도 1b를 참조하면, 본 발명의 몇 가지 실시예에 따라 부하를 조사하는 에너지의 제어를 제공하는 방법 및 부하 및/또는 캐비티로부터의 피드백이 어떻게 다양한 주파수에 대한 전달 시간의 설정에 사용될 수 있는지를 나타낸 간단한 흐름도가 도시된다. 보통 부하는 고정되지 않고 부하의 전류 상태에 따라 변화하는 에너지 소산 정보를 갖는다. 박스 16에서, 캐비티는 주파수의 조사 스펙트럼으로 조사된다. 박스 17에서, 발생한 RC 스펙트럼이 측정된다. 박스 16 및 박스 17의 단계는 측정 시 부하에 큰 양의 에너지를 전달하지 않도록 수행될 수 있다. 이것은, 예컨대 가열 효과는 적거나 없지만 복사 스펙트럼을 획득하기 충분한 낮은 전력에서 일어날 수 있다. 대안적으로, 스펙트럼 정보(또는 소산 정보)는 높은 전력으로, 하지만 매우 짧은 시간동안(예컨대, 1, 10, 100 또는 심지어 100 msec)전달함으로써 측정될 수 있다. 반사 스펙트럼은 소산 정보, 특히 각각의 전달되는 주파수 및 전체 전달되는 스펙트럼을 나타낸다. 박스 18에서, 부하의 전류 소산 정보가 추측된다.
박스 19에서, 주파수의 조사 스펙트럼은 전 단계에서 추측된 소산 정보에 따라 설정된다. 이 설정하는 단계는 전달하는 주파수의 선택을 설정하는 단계 및/또는 소산 정보에 따라 전달 전력 및/또는 시간을 설정하는 단계를 포함할 수 있고, 소산 정보를 기반으로 그러한 파라미터를 설정하기 위해 요구되는 필수적인 계산을 포함할 수 있다. 모든 주파수가 설정된 지속시간 동안 전달된 경우, 하나의 듀티 사이클은 종료되고, 새로운 사이클이 시작된다. 그러한 듀티 사이클은 복수의 전달 사이클을 포함하는 것으로 간주될 수 있다.
그리고나서, 박스 19의 조사가 중단될 수 있고, 프로세스는 반복되어, 가열 중 RC 스펙트럼(또는 소산 스펙트럼)이 변경됨에 따라 전달 시간을 동적으로 재설정할 수 있다. 따라서 부하는 요구되는 소산 패턴이 달성되도록 조사될 수 있다. 서로 다른 주파수에서 전달되는 상대적인 에너지의 양은 대역 내의 각각의 주파수에서 각각의 소산률에 대응하여 조정될 수 있다. 대안적으로, 전달되는 상대적인 에너지의 양은 대역 내의 모든 주파수의 소산률의 함수 또는 유도에 대응하여 조정되어, 부하 내의 에너지 소산 패턴에 영향을 줄 수 있다.
이제 도 1c를 참조하면, 각각의 주파수가 전달되는 주기의 변조를 통해 각각의 전달되는 주파수로 부하에 소산하는 에너지의 양을 제어하는 방법에 대한 단순화된 흐름도가 도시된다. 박스 11에서, 부하는 듀티 사이클 내의 주파수 시퀀스를 사용하여 UHF 또는 마이크로파 복사에 의해 조사된다. 이것은 매우 적은 에너지를 전달하여 정보가 획득되도록(따라서, 소산 정보에 아주 적은 영향을 주거나 영향을 주지 않음) 매우 짧은 전달 시간 동안 상대적으로 저 전력 및/또는 고 전력으로 일어날 수 있다. 박스 12에서, 소산 정보는 부하로부터 획득된다. 박스 13에서, 에너지 레벨은 요구되는 에너지 전달 패턴을 기반으로 각각의 주파수에 대해 선택된다. 이것은, 예컨대 각각의 소산 레벨 및 부하를 위해 요구되는 전체 에너지를 기반으로 할 수 있다. 박스 14에서, 듀티 사이클은 대응하는 주파수가 전달되는 동안 적어도 듀티 사이클 각각의 지속시간을 선택하는 것에 의해 설정된다. 이 지속시간은 정해진 전력으로 전달되도록 선택된다. 일반적으로 정해진 전력은 주파수에서 및 주파수에 대해 목표로 하는 소산률에서 최대 가능한 전력이고, 에너지의 세트 양이 전달된다. 박스 15에서, 부하는 듀티 사이클에 따라 조사된다. 듀티 사이클 수정으로 새로운 사이클의 박스 11이 다시 뒤따라 올 수 있다. 최초 에너지 소산 정보(또는 실제로 전체 소산패턴)는 기결정된 에너지 소산 정보로부터 획득될 수 있고, 예컨대 달걀 또는 가열하는 물을 위해 소산 정보가 예측된다(예컨대, 유사한 부하를 사용하여 장치 또는 유사한 장치의 이전의 작동을 기반으로 함). 듀티 사이클은 대응하는 주파수가 전달되는 동안 적어도 듀티 사이클 내의 각각의 지속시간을 변경함으로써 수정된다. 듀티 사이클은 부하를 조사하기 위해 사용되는 주파수 및 대응하는 주파수에서 전달되는 전력을 포함할 수 있다. 주파수의 에너지는 사이클에 의해 제한될 수 있다. 제한은 사이클을 수행하기 위해 허용되는 각각의 주파수를 위한 최대 누적 시간 전력 조합 또는 허용되는 주파에 의한 최대 에너지를 기반으로 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 모든 전달되는 에너지가 실제로 부하에 의해 소산(또는 흡수)되는 것은 아니다. 부하에 의해 흡수되어 소산되는 에너지의 비율은 서로 다른 주파수 및 서로 다른 부하에 따라 달라진다. 과도하게 전달되는 에너지가 존재한다면, 피드에 다시 반사되거나 또 다른 피드에 결합될 수 있다.
도 2는 전달되는 에너지의 양의 제어에 대해 나타낸 예시적인 흐름도이다. 박스 21에서, 에너지 소산 패턴이 추가적으로 선택된다. 박스 22에서, 소산 정보는 부하로부터 획득된다(예컨대, 전술한 바와 같이 낮은 에너지 주파수 스윕 전달에 의함). 박스 23에서, 소산 정보가 분석된다. 박스 24에서, 전달되는 각각의 주파수마다, 주파수/시간/전력(FTP) 트리플릿은 선택된 프로파일을 수행하도록 선택된다. 트리플릿을 선택하기 위한 방법은 아래에서 더욱 자세히 설명된다. 하나 이상의 FTP 트리플릿은 모든 주파수 또는 복수의 주파수에 대해 고정될 수 있다. 박스 25에서, 에너지는 FTP 트리플릿에 따라 부하에 전달된다. 박스 21 내지 35에 설명된 프로세스는 새로운 정보 획득 및 분석 단계와 함께 또는 상기 단계 없이 반복될 수 있다. 박스 26은 종료 단계를 나타내며, 자동으로 종료될 수 있다. 자동 종료는 설정된 에너지의 양이 소산되거나 정해진 시간이 만료된 후 수행될 수 있거나, 습도, 온도, 부피, 또는 상변화 등일 수 있는 감지된 입력에 따라 수행될 수 있다. 또한 종료는 수동일 수 있다.
단위 시간 동안 정해진 소산률에 대해 정해진 주파수로 부하에 소산되도록 요구되는 전력의 양은 dpl(f)로 정의된다. 전력은 단위 시간 당 소산되는 에너지를 의미한다. 서로 다른 주파수에 대해 서로 다른 양의 에너지를 공급하는 것은, 예컨대 서로 다른 최대 전력, 서로 다른 듀티 사이클 및/또는 서로 다른 속도의 전달을 사용하여 수행될 수 있다. 예컨대 전력은 고정된 증폭기로 공급될 수 있지만, 서로 다른 속도 및/또는 서로 다른 주파수에 대한 펄스 사이의 지연으로 공급될 수도 있다.
전력 조정 가열에서, 각각의 주파수 전달에 할당된 시간은 사이클로 전달되는 모든 주파수에 대해 고정될 수 있지만, 전력은 주파수 간에 달라질 수 있다. 모든 주파수(또는 특정 주파수 범위)에서 균질한 전력의 소산을 갖는 것이 요구되는 경우, dpl(f)는 모든 전달되는 주파수에 대해 동일하게 선택될 수 있다. 그러한 경우, 서로 다른 전력은 각각의 주파수에서 필연적으로 소산되는 에너지의 균질한 양에 영향을 미치기 위해 서로 다른 소산률을 갖는 서로 다른 주파수에서 전달된다.
단위 시간에 부하에 소산될 수 있는 최대 전력의 양은(정해진 전력원, 예컨대 RF 전력 증폭기를 사용함) ep(f)로 정의되고, ep(f)는 주파수에서의 소산률(dr(f)) 및 주파수에서 전력원으로부터 가능한 최대 전력(P max )의 함수이다. 각각의 주파수 전달에 할당된 시간은 모든 전달되는 주파수에 대해 고정되기 때문에, 몇몇 주파수에 대해서는 시간 슬롯으로 요구되는 높은 에너지 양을 소산하는 것이 가능하지 않다(즉, ep(f) < dpl(f)인 경우). 낮은 dpl(f)를 선택하는 것은 소산되는 요구되는 에너지의 양(dpl)을 가질 수 있는 주파수의 수를 증가시킬 수 있고 (ep(f) ≥ dpl(f)), 그 결과 요구되는 에너지의 양은 부하의 더 많은 부분에서 소산된다. 하지만, 이것은 에너지 소산 속도의 손실을 가져올 수 있다. 높은 dpl을 선택하는 것은 더 많은 에너지가 정해진 시간 슬롯으로 소산되기 때문에 가열 속도는 증가시킬 수 있지만, 또한 선택된 에너지 소산 패턴으로부터 실제 에너지 소산의 높은 편차를 유발하는데, 이것은 더 많은 주파수가 ep(f) < dpl을 갖고, 따라서 환경 내의 주파수에 대해 dpl보다 낮은 최대 가능한 에너지만 수용될 수 있기 때문이다. 캐비티의 특성을 수정함으로써, 스펙트럼 정보 및/또는 소산 정보는 수정되어, 예컨대 정해진 dpl(f)는 더 많은 주파수의 수에서 전달이 가능할 수 있고, 그에 따라 정해진 균일한 레벨에서 가열 속도의 증가를 허용할 수 있다.
시간 조정 가열에서, 각각의 주파수 전달에 할당된 시간은 사이클로 전달되는 주파수 간에 달라질 수 있고, 추가적으로 전달 전력도 주파수 간에 달라질 수 있다. 모든 주파수 또는 몇몇 주파수에서, 균질한 전력의 소산 또는 필연적으로 균질한 전력의 소산을 갖는 것이 요구되는 경우, dpl(f)는 모든 전달되는 주파수에 대해 동일하게 선택된다. 이러한 방법을 사용함으로써, 서로 다른 시간은 서로 다른 주파수, 동일 및/또는 서로 다른 전달 전력으로 전달되기 위해 사용될 수 있지만, 서로 다른 소산률로 인해, 필연적으로 동일한 전력의 양이 부하에 소산된다.
시간 조정 가열에서, ep(f)의 차이를 보상하기 위해, 각각의 주파수 전달에 할당된 시간이 달라지기 때문에, 더 많은 주파수는 전력 조정 가열보다 정해진 dpl(f)에서 유용할 수 있다. 실제로 시간 조정 가열에서, 소산 패턴 및 시간은 전력 조정 가열과 유사한 조건 하에서 달성 가능한 것과 비교하여 사실상 제한된다. 여전히 다른 제한이 아래의 예에서 설명될 것과 같이 강제될 수 있고, 너무 높거나 너무 낮은 소산률 및/또는 ep(f)를 갖는 주파수의 사용을 방지할 수 있다. 따라서, 시간 조정 프로토콜에서, 예컨대 필드 조정 요소 및/또는 부하를 움직임으로써 캐비티의 특성을 수정하는 것은 또한 요구되는 소산 패턴에 영향을 주기 위해 사용될 수 있는 주파수의 수(또는 비율)을 수정하기 위해 사용될 수 있다.
몇 가지 실시예에 따르면, 임의의 정해진 전달 사이클로 부하에 소산되는 에너지의 요구되는 총 양은 미리 설정된다. 듀티 사이클이라고도 불리는 전달 사이클은 요구되는 에너지 소산 패턴에 따라, 한 번에 전달되거나, 절차 내에서 전달되는, 동작 대역에서 사용되는 모든 주파수를 포함하는 전달의 세트이다. 사이클에서, 주파수는 전술한 사이클의 그룹으로 한 번 이상 전달되어, 에너지 소산 패턴에 영향을 줄 수 있다. 사이클은, 예컨대 각각의 주파수가 한 번 전달되는 주파수 스윕 및/또는 복수의 주파수가 동시에 또는 임의의 공지된 다른 방법을 사용하여 전달되는 펄스로서 구현될 수 있다. 사이클은 전달 스펙트럼 파라미터의 재설정 단계 사이에서의 총 에너지의 전달일 수 있다. 하나의 가열 프로토콜은 하나의 전달 사이클(특히 요구되는 에너지 소산이 적은 경우) 또는 복수의 전달 사이클로 수행될 수 있다.
시간 조정 가열에 대한 몇 가지 실시예에 따르면, 하한 전달 전력은 예컨대, 50 % 이하, 20 % 이하, 10 % 이하, 심지어 3 % 이하, 최대 ep(f) 값 이하 또는 ep(f)가 프리셋 절대값 아래인 경우와 같이 상대적으로 낮은 ep(f)로 전달이 요구됨으로써 사이클의 과도한 연장을 방지하도록 선택될 수 있다. 여기에서 이러한 전력 제한은 bpl이라고 한다. tpl(f)는 정해진 주파수에서 dpl로 소산하는 장치에 의해 전달될 수 있는 파워를 나타낸다. 따라서, tpl(f)는 dpl의 함수이고, 전력의 최대 양은 정해진 주파수 및 주파수에서의 소산률(dr(f))로 장치에 의해 전달될 수 있다. tpl(f)가 낮다면, 소산되는 dpl(f)를 갖기 위해 요구되는 시간은 tpl(f)이 높은 경우 보다(동일한 dpl(f)를 위해서임) 길다. 따라서 tpl(f) < bpl인 경우, 가열 프로토콜은 주파수에서 소비되는 시간의 양을 제한하도록 조정될 수 있다. 예컨대, bpl보다 아래인 tpl(f)를 갖는 주파수는 무시될 수 있고, 다시 말하면 전혀 전달이 되지 않거나, 대안적으로 제한된 시간 동안 전달될 수 있다. 따라서 예컨대 가열 주기는 ep(f) = bpl이다.
몇 가지 실시예에 따라, 최대 전달되는 전력의 양은, 예컨대 장치의 손상을방지하도록 제한된다. 제한은 tpl(f)에 최대 한계를 설정함으로써 수행된다. 이 제한은 전달되는 전력의 일부가 부하가 큰 부분에 소산되지 않는 낮은 소산률 주파수에서 큰 중요성을 가질 수 있다. 이 제한의 영향은 반사되는 전력 부하의 냉각 수단과 같은 장치의 서로 다른 부분에 보호 측정장치를 부가함으로써 감소될 수 있다. 제어기는 미리 정의된 상한을 넘는 것으로부터 반사되는 전력 부하에 소산되는 전력을 방지하도록 구성될 수 있다. 그러한 구성은 되돌아오는 에너지 및 결합된 에너지를 계산함으로써, 온도를 측정함으로써 또는 임의의 다른 공지된 다른 수단으로 달성될 수 있다.
몇 가지 실시예에 따르면, 상한은 임의의 목적, 예컨대 장치의 손상 방지 및 장치로부터 과도한 방출의 방지를 위해 캐비티에 소산되도록 허용되는 전력 레벨을 제한할 수 있다. 그러한 한계를 utpl이라 한다. 그러한 한계에 따른 전달(tpl'(f))은 [수학식 1]에 나타난다.
Figure 112015111723768-pat00001
몇 가지 실시예에 따르면, 상한은 부하 및/또는 장치의 손상 방지 및/또는 장치로부터 과도한 방출 방지 또는 임의의 다른 이유를 위해, 부하에 소산되도록 허용되는 전력 레벨을 제한할 수 있다. 그러한 경우에서 상한은 여기에서 upl이라고 한다. 한계는 [수학식 2]에 나타나며, gl(f)는 upl을 고려하지 않은 각각의 주파수에서 부하로 소산되는 전력의 양을 의미하고, gl'(f)는 upl이 고려되는 경우 각각의 주파수에서 부하에 소산되는 전력의 양을 의미한다.
Figure 112015111723768-pat00002
마지막으로, 때로는 upl, utpl 및 bpl 중 둘 이상이 사용될 수 있다.
FPT를 설정하는 예시적인 방법
정해진 주파수에서의 소산률인 dr(f)는 0과 1 사이의 포텐셜 값을 갖고, 측정된 전력을 기반으로 하고, 측정된 S-파라미터를 사용하여, [수학식 3]에 나타난 바와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112015111723768-pat00003
각각의 주파수에서 부하에 소산될 수 있는 최대 전력은 아래와 같이 계산되고, P maximumj,watt 는 각각의 주파수에서 증폭기로부터 가능한 최대 파워이다.
Figure 112015111723768-pat00004
임의의 정해진 소산 사이클에서, gl(f)는 각각의 주파수에서 부하에 소산되는 전력을 의미한다. dpl(f)는 정해진 주파수에서 부하에 소산되는 것이 요구되는 전력의 양으로 정의되고, 그에 따른 소산은 [수학식 5]에 나타난 바와 같다.
Figure 112015111723768-pat00005
여기에서, gl(f)(및 ep(f) 및 dpl(f))는 부하에 소산되는 전력이고, 각각의 주파수에서 장치에 의해 소산되는 전력(tpl(f))은 [수학식 6]에 나타난 바와 같이 gl(f) 및 dr(f)의 함수이다.
Figure 112015111723768-pat00006
전달이 bpl보다 낮은 tpl(f) 값을 방지하도록 bpl이 적용되는 경우, 실제 전달(ttl'(f))은 [수학식 7]에 나타난 바와 같다.
Figure 112015111723768-pat00007
전달 시간 계산
본 발명의 몇 가지 예시적인 실시예에서, 기본 시간 단계가 선택된다(이후 bts라 함(예컨대, 10 nsec)). 기본 시간 단계는 보통 각각의 주파수의 전달을 위한 시간을 제어하고, 전달되는 주파수 간의 단위 시간에서 최대 분해능을 정의하는 제어기의 특징이다. ttd(f)는 단위 bts에서 측정됨으로써, tpl(f)를 전달하는데 필요한 시간을 정의하는 수치이다. ttd(f)는 아래의 [수학식 8]과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112015111723768-pat00008
따라서, 최소 전달 시간은 ttd(f) 및 bts의 함수로서 계산될 수 있다. 때로는, 사이클 시간은 적어도 유효한 에너지의 양을 전달하도록 강제되는 것이 요구될 수 있고, 사이클 시간은 임의의 다른 목적을 위해 매우 짧지 않은 것이 요구될 수 있다. 따라서 시간 연장 상수(tsc)는 전술한 최소값 이상으로 사이클 시간을 증가시키도록 도입될 수 있고, 그에 따라 아래의 [수학식 9]와 같이, 각각의 주파수에 대한 실제 전달 시간(att(f))을 계산할 수 있다.
Figure 112015111723768-pat00009
aatsc는 사이클 지속시간을 증가/감소시키기 위해 사용될 수 있다. 이것은 장치를 위해 고정된 값일 수 있거나, 또는 서로 다른 고정된 값들은 장치의 서로 다른 작동 프로토콜을 위해 설정될 수 있거나, 부하의 특성을 기반으로 할 수 있거나, 또는 작동 사이클 중 시간마다 조정될 수 있다(예컨대, 총 에너지의 양이 사이클마다 전달되기 위한 한계를 기반으로 함). 실제로, 때때로 tsc 값을 증가시키는 것은 낮은 dpl(f) 값을 전달하기 위해 사용될 수 있고, 에너지 전달 프로세스의 전체 지속시간을 증가시키지만 요구되는 소산 패턴을 더 정확하게 제공할 수 있다.
정해진 총 전달 시간의 양(att(f))은 각각의 주파수에 할당되어, 이 주기 동안 연속적으로 전달이 요구되지 않음을 유념해야 한다. 차라리, 전달 사이클은 복수의 사이클로 나누어질 수 있어서, 전달되는 주파수의 일부 또는 전부는 att(f)보다 짧은 주기 동안 전달되고, 동시에 각각의 주파수에 대한 총 전달 시간은 att(f)로 유지된다.
시간 감소의 증명
예시적인 설명은 두 개의 전달 주파수(f 1 및 f 2 )와 장치의 최대 전달 전력 (P maximum = P 1 > P 2 )를 기반으로 한다. 전달되는 전력의 조정을 기반으로 선택된 전력 전달 프로토콜에 따르면, 시간(t)의 각각 고정된 주기 동안 P 1 은 f 1 로, P 2 는 f 2 로 전달된다. 그러한 경우에서, E 1 및 E 2 를 전달하기 위해 사용되는 총 시간은 2t이다.
Figure 112015111723768-pat00010
에너지가 전달되는 동안 시간의 조정을 기반으로 선택된 전력 전달 프로토콜에 따르면, P maximum 은 f 1 및 f 2 둘 모두에서 전달된다. 그러한 경우에서, E 1 및 E 2 를 전달하기 위해 사용되는 총 시간은 아래와 같이 계산된다.
Figure 112015111723768-pat00011
P maximum = P 1 이므로, t 1 은 t와 반드시 동일할 것이다. 하지만, P maximum > P 2 이므로, t 2 는 반드시 t보다 작을 것이다.
Figure 112015111723768-pat00012
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 장치(10)를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 장치(10)는 캐비티(11)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 캐비티(11)는 전도체, 예컨대 알루미늄과 같은 금속으로 만들어진 실린더형 캐비티이다. 하지만, 본 발명의 일반적인 방법론은 임의의 특정 공진기 캐비티 형상에 제한되지 않음이 이해될 것이다. 캐비티(11) 또는 전도체로 만들어진 임의의 다른 캐비티는 전자기파를 위한 공진기로 작동하되, 상기 전자기파는 다른 것들 중에서 캐비티의 형상에 의존할 수 있는 컷오프 주파수(예컨대, 500 MHz) 이상의 주파수를 갖는다. 형상을 기반으로 컷오프 주파수를 결정하는 방법은 통상의 기술로 알려져 있고, 사용될 수 있다.
부하(12)는 패러데이 상자(Faraday cage)인 캐비티 내에 배치되고, 추가적으로 지지 부재(13)(예컨대, 종래의 전자레인지 플레이트) 상에 배치된다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 캐비티(11)는 하나 이상의 피드(14)를 포함하되, 상기 피드(14)는 주파수의 절차에서 부하에서 공진하기 위해 캐비티 내에 에너지를 전달하는데 사용될 수 있다. 에너지는, 예컨대 솔리드 스테이트 증폭기의 사용을 포함하는 통상의 기술로 알려진 임의의 방법 및 수단을 사용하여 전달된다. 또한, 하나 이상의 피드(14), 때로는 모든 피드(14)는 RF 주파수의 정해진 대역에서 캐비티의 스펙트럼 정보 및/또는 부하의 소산 정보를 획득하기 위해 작동 중 한 번 이상 사용되어, 동작 대역에서 주파수의 함수로 캐비티의 스펙트럼 정보, 예컨대 부하의 소산 정보를 결정할 수 있다. 아래에서 설명될 것과 같이, 이 정보는 제어기(17)에 의해 수집되고 처리된다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 또한 캐비티(11)는 하나 이상의 센서(15)를 포함할 수 있다. 이 센서는 제어기(17)에 추가적인 정보를 제공할 수 있는데, 그 정보는 예컨대 하나 이상의 IR 센서, 광섬유 또는 전기 센서에 의해 검출되는 온도, 습도, 무게 등을 포함한다. 다른 옵션은 부하에 내장되거나 부착된 하나 이상의 내부 센서(예컨대, 광섬유 또는 WO07/096878에 개시된 TTT)를 사용하는 것이다.
대안적으로 또는 추가적으로, 캐비티(11)는 하나 이상의 필드 조정 요소(FAE)(16)를 포함할 수 있다. FAE는 캐비티의 스펙트럼 정보(또는 소산 정보 또는 RC 스펙트럼) 또는 그로부터 유도될 수 있는 정보에 영향을 줄 수 있는 캐비티 내의 임의의 요소이다. 따라서 FAE(16)는, 예컨대 캐비티(11) 내의 임의의 부하일 수 있는데, 임의의 부하에는 캐비티 내의 하나 이상의 금속 구성요소, 피드(14), 지지 부재(13) 및 심지어 부하(12)도 포함된다. FAE(16)의 위치, 방향, 형상 및/또는 온도는 제어기(1)에 의해 추가적으로 제어된다. 본 발명의 몇 가지 실시예에서, 제어기(17)는 여러 번의 연속적인 스윕을 수행하도록 구성된다. 각각의 스윕은 서로 다른 FAE 특성(예컨대, 하나 이상의 FAE 위치 또는 방향의 변화)에 따라 수행되어, 서로 다른 스펙트럼 정보가 추측될 수 있다. 그리하여, 제어기(17)는 획득된 스펙트럼 정보를 기반으로 FAE 특성을 선택할 수 있다. 그러한 스윕은 캐비티 내로 RF 에너지를 전달하기 전에 수행될 수 있고, 작동 중 캐비티 내에 발생하는 변화에 따라 전달되는 전력 및 주파수(그리고 또한 때때로 FAE 특성)를 조정하기 위해, 스윕은 장치(10)의 작동 중 여러 번 수행될 수 있다.
때로는 FAE는 제어되고/제어되거나, 부하는 회전되거나 움직여서, 보다 유용한 스펙트럼 정보는 선택적인 조사 및/또는 예컨대 아래에서 설명될, dpl(및 여기에서 정의된 임의의 다른 복사 파라미터)과 같은 복사 파라미터를 설정하기 위해 획득될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 부하 및/또는 FAE는 주기적으로 조작하고/조작하거나, 획득된 스펙트럼 정보의 퀄리티 또는 다른 특성을 기반으로 한다. 추가적으로, 설정은 가장 높은 dpl(f)이 선택되도록 선택된다.
제어기로의 예시적인 정보의 전달은 점선으로 도시된다. 실선은 제어기(17)에 의해 행해지는 제어의 예를 나타낸다(예컨대, 피드(14)에 의해 전달되는 전력 및 주파수 및/또는 FAE(16)의 특성을 나타내는 전력 및 주파수). 정보/제어는 유선통신 및 무선통신을 포함하는 통상의 기술로 알려진 임의의 수단에 의해 전달될 수 있다.
또한, 제어기(17)는 대응하는 주파수가 전달되는 동안 각각의 지속시간이 달라지게 함으로써, 주파수마다 에너지를 조절하기 위해 사용될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 복수의 주파수에서 동일한 에너지의 양을 소산하기 위해, 듀티 사이클을 수행하기 전에 파라미터를 조정하는 것의 두 가지 예를 나타낸 예시적인 그래프를 도시한다. 도 4a는 전력 조정 방법을 나타내고, 도 4b는 시간 조정 방법을 나타낸다. 이러한 실시예에서, 시간 조정 방법은 각각의 주파수마다 할당되는 시간의 양이 듀티 사이클을 수행하기 전에 조정되면서, 각각의 전달되는 주파수마다 고정된 전력의 양을 유지시키고, 시간 조정 방법은 각각의 주파수마다 전력의 양이 듀티 사이클을 수행하기 전에 조정되면서, 고정된 각각의 주파수마다 할당되는 시간을 유지시킨다.
도 4a 및 도 4b에서의 점선은 각각의 주파수에서 부하에 소산될 수 있는 최대 전력(ep(f))을 각각 나타낸다. 도시된 바와 같이, 최대 소산 전력(ep(f))은 두 도면 모두 동일하다. 두 도면에서, mpl이라는 한계 인자가 도입되고, mpl 이상에서는 소산이 방지되는 최대 전력 레벨을 의미한다. 도 4a에서, 각각의 주파수 전달 시간은 고정되고, 각각의 주파수에서 소산되도록 선택된 전력은 동일하고, dpl이 되도록 선택된다(예컨대, 고 전력으로의 가열과 적어도 dpl과 동일한 ep(f)를 갖는 많은 주파수의 사용 간의 상관관계를 기반으로 함). 도시된 바와 같이, ep(f) < dpl을 갖는 몇몇 주파수는 전달되지 않고, 몇몇 주파수는 그 주파수의 ep(f) 이하로 전달된다. 시간 조정 방법을 나타내는 도 4b에서, ep(f) > mpl을 갖는 경우를 제외한 대부분의 주파수는 각각의 ep(f)로 전달된다. 도 4b에서 dpl에 표시된 선은 도 4a에 나타난 dpl 선과 동일하고, 단지 두 그래프 사이에 비교를 위해 제공된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 각각의 사이클에서 출현하는 주파수를 선택하는 예시적인 시나리오이다. 이 예에서, 각각의 주파수마다 할당된 시간은 각각의 듀티 사이클에서 고정되고, 조정은 듀티 사이클에서 출현하는 주파수를 결정함으로써 달성된다. 그러한 조정은 각각의 주파수에서 전달되는 요구되는 에너지의 퍼센트를 고려한다. 특정 주파수는 모든 듀티 사이클에서 출현하여, 그 주파수의 최대 에너지의 100 %를 제공할 수 있고, 동시에 다른 주파수는 복수의 듀티 사이클 중 하나(예컨대, 셋 중 하나)에서 출현하여, 그 주파수의 최대 에너지 입력의 일부(전술한 예)를 달성할 수 있다. 증가된 분해능은 주파수가 전달되지 않도록 선택되거나, 몇몇 사이클에 대해 최대 전력 이하로 전달되면 달성될 수 있다. 박스 51에서, 부하는 듀티 사이클에서 주파수의 절차를 사용하여, UHF 또는 마이크로파 복사에 의해 조사된다. 박스 52에서, 소산 정보가 부하로부터 획득된다. 박스 53에서, 에너지 레벨은 부하에 대한 각각의 소산 레벨 및 요구되는 에너지 소산을 기반으로 전류 듀티 사이클에서 관여하는 각각의 주파수에 대해 선택된다. 박스 54에서, 듀티 사이클은 듀티 사이클에서 일어나는 주파수의 변화에 의해 수정된다. 박스 55에서, 부하는 수정된 듀티 사이클에 따라 조사되고, 그리고나서 듀티 사이클 수정으로 새로운 사이클의 박스 51이 다시 뒤따라 올 수 있다. 요구되는 에너지 소산은 미리 선택된 에너지 소산 정보로부터 획득된다.
또 다른 예에서, 전력은 복수의 주파수에서 전력을 포함하는 각각의 펄스를 갖는 다수의 주파수 펄스로서 제공된다. 각각의 펄스에서 주파수 및/또는 주파수에 대한 전력의 진폭은 요구되는 평균 전력을 적용하도록 선택될 수 있다.
예시적인 적용
아래의 예에서, 사용되는 장치는 전술한 WO07/096878('878)의 실시예에 따라 기본적으로 조립되고 작동되며, 800 내지 100 MHz 동작 대역을 갖는 900 와트 장치이다.
1. 가온(warming) 알고리즘
수돗물(500 gr)은 부하의 모든 부분에 본질적으로 동일한 에너지의 양을 제공하기에 적절한 프로토콜에 의해 가열되었다. 총 60 kJ이 각각의 실험에서 부하(물 및 물이 담긴 그릇)에 전달되었다.
제 1 가온 실험에서, 서로 다른 에너지의 양은 '878의 실시예에 따라 동일하게 고정된 시간 동안 각각의 주파수에 전달하면서 전달 주기를 달리함으로써, 서로 다른 주파수로 전달되었다. 이 예에서, 물은 2 시간 25 분 동안 약 22 ℃ 부터 약 38 ℃ 까지(16 ℃ 증가) 가열되었다.
제 2 가온 실험에서, 서로 다른 에너지의 양은 본 발명의 실시예에 따라 최대 가능한 전력에서 각각의 주파수를 전달하고 전달 시간을 달리함으로써, 서로 다른 주파수로 전달되었다. 물은 1 시간 58 분 동안(제 1 가온 실험에서 요구되는 시간의 약 80 %) 약 21 ℃로부터 약 38℃까지(17 ℃ 증가) 가열되었다.
온도 증가의 차이는, 예컨대 온도계의 정확성 및/또는 RF 에너지의 흡광도를 달라지게 할 수 있는 그릇들 간의 근소한 차이에 의한 것일 수 있다.
2. 해동 알고리즘
US61/193,248 및 동시에 변호사 도켓번호 47408을 갖는 PCT 국제특허출원에 출원된 실시예에 따라, 냉동 닭가슴살(뼈가 없고 껍질이 없음; 얼리기 전에 함께 합쳐짐)은 약 - 18 ℃로 종래의 레스토랑 냉동고에서 꺼내지고, 해동하는 프로토콜을 사용하여 가열되었고, 서로 다른 에너지의 양이 서로 다른 주파수로 전달되었다.
제 1 해동 실험에서, 서로 다른 에너지의 양은 '878의 실시예에 따라 동일하게 고정된 시간 동안 각각의 주파수를 전달하면서 전달 주기를 달리함으로써, 서로 다른 주파수로 전달되었다. 1500 gr의 닭가슴살은 36 분 동안 0 내지 5 ℃로 가열되었다(닭가슴살의 서로 다른 부위에서 측정됨).
제 2 해동 실험에서, 서로 다른 에너지의 양은 본 발명의 실시예에 따라 최대 가능한 전력에서 각각의 주파수를 전달하고 전달 시간을 달리함으로써, 서로 다른 주파수로 전달되었다. 1715 gr의 닭가슴살은 20 분 동안 0 내지 5 ℃로 가열되었다(닭가슴살의 서로 다른 부위에서 측정됨). 그리하여 제 2 해동 실험에서는 제 1 해동 실험에서 큰 부하를 충분히 해동하기 위해 요구되는 시간의 약 56 %만 필요한 것이 관찰되었다.
개별적인 실시예의 문맥에서 명확함을 위해 설명된 본 발명의 특정 특징은 하나의 실시예에서 조합으로 제공될 수도 있음이 인식된다. 반대로, 하나의 실시예의 문맥에서 간략화를 위해 설명된 본 발명의 다양한 특징은 개별적으로 또는 임의의 적절한 부-조합(sub-combination)으로 제공될 수도 있다.
비록 본 발명은 특정 실시예의 결합으로 설명되고 있지만, 많은 대안, 수정 및 변경은 통상의 기술자에게 명백할 것임이 분명하다. 따라서, 첨부된 청구항의 사상 및 넓은 범위에 따라 그러한 모든 대안, 수정 및 변경을 포함하도록 의도된다. 모든 본 명세서에서 언급된 모든 공개공보, 특허 및 특허출원은, 각각의 개별적인 공개공보, 특허 또는 특허출원이 명확하게 그리고 개별적으로 참조로써 전체적으로 여기에 도입된다. 게다가, 본원에서의 임의의 참조의 인용 및 증거는, 그러한 참조가 본 발명의 선행기술로서 인용될 수 있는 것으로 받아들인다고 해석되지 않는다.
10: 장치 11: 캐비티
12: 부하 13: 지지 부재
14: 피드 15: 센서
16: 필드 조정 요소(FAE) 17: 제어기

Claims (12)

  1. UHF 또는 마이크로파 방사로 부하를 조사하는 장치로서, 상기 장치는;
    부하를 수용하는 캐비티;
    복수의 UHF 또는 마이크로파 주파수에서 캐비티에 에너지를 전달하는 피드; 및
    제어기;를 포함하고, 상기 제어기는,
    듀티 사이클에 따라 복수의 주파수에서 반복적으로 캐비티에 에너지가 전달되게 하고, 복수의 주파수 각각에 대해 할당된 전송 시간이 각 듀티 사이클에 고정되어 있고,
    듀티 사이클의 각 반복에서, 각 주파수에서 에너지 전송을 차동적으로 온 또는 오프로 스위칭하여, 듀티 사이클의 반복 기간들에 걸쳐 각 주파수에서 에너지가 전송되는 지속시간을 가변하는, 부하를 조사하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하는 상기 듀티 사이클 내의 주파수 시퀀스를 사용하여 UHF 또는 마이크로파 복사에 의해 조사되는 부하를 조사하는 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    제어기는, 각 주파수에서 전송되는 에너지의 상대적인 양에 기초하여, 각 주파수에서의 에너지 전달을 차동적으로 온 또는 오프로 스위칭하도록 구성되는, 부하를 조사하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제어기는, 각 주파수에서 설정된 에너지양을 소산하기 위한 소산 정보에 따라, 각 주파수에서 지속시간을 설정하도록 구성되는, 부하를 조사하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제어기는, 소산 정보에 따라 각 주파수에서 소산되도록 설정되는 에너지를 설정하고, 각 주파수에서 소산되도록 설정되는 에너지에 따라 각 주파수에서 지속시간을 설정하도록 구성되는, 부하를 조사하는 장치.
  7. 캐비티 내 부하를 복수의 주파수의 마이크로파 방사 또는 UHF로 조사하는 방법으로서,
    듀티 사이클에 따라 복수의 주파수에서 반복적으로 캐비티에 에너지가 전달되게 하고, 복수의 주파수 각각에 대해 할당된 전송 시간이 각 듀티 사이클에 고정되도록, 반복적으로 에너지가 전달되게 하는 단계; 및
    듀티 사이클의 각 반복에서, 각 주파수에서 에너지 전송을 차동적으로 온 또는 오프로 스위칭하여, 듀티 사이클의 반복 기간들에 걸쳐 각 주파수에서 에너지가 전송되는 지속시간을 가변하는 단계; 를 포함하는
    부하를 조사하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 부하는 상기 듀티 사이클 내의 주파수 시퀀스를 사용하여 UHF 또는 마이크로파 복사에 의해 조사되는, 부하를 조사하는 방법.
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    각 주파수에서 전송되는 에너지의 상대적인 양에 기초하여, 각 주파수에서의 에너지 전달을 차동적으로 온 또는 오프로 스위칭하는, 부하를 조사하는 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    각 주파수에서 설정된 에너지양을 소산하기 위해 소산 정보에 따라, 각 주파수에서 지속시간을 설정하는 단계를 포함하는, 부하를 조사하는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    소산 정보에 따라 각 주파수에서 소산되도록 설정되는 에너지를 설정하는 단계, 및 각 주파수에서 소산되도록 설정되는 에너지에 따라 각 주파수에서 지속시간을 설정하는 단계를 포함하는, 부하를 조사하는 방법.
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