KR101816900B1 - 자성에 의해 용기 재질을 인식하는 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기 - Google Patents

자성에 의해 용기 재질을 인식하는 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기에 관한 것이다. 상기 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기는, 입력되는 교류 전원을 정류하여 직류로 제공하는 전원부(110); 상기 전원부(110)를 통해 제공된 직류 전원을 공진시키면서 공진전류에 의해 발생된 자장에 의한 전자기 유도효과로 용기 내부를 가열하는 유도가열부(120); 상기 유도가열부(120)에 연결되어 용기가 자성인지 비자성인지에 따라 회로를 절환하는 회로 절환부(130); 상기 전원부(110)에서 제공되는 직류를 스위칭하여 상기 유도가열부(120)에 공진전류를 제공하는 인버터 공진부(150); 상기 인버터 공진부(150)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 스위칭 제어신호를 출력하는 인버터 구동부(160); 상기 전원부(110)에서 공급되는 전류를 검출하는 입력전류 검출부(141); 상기 입력전류 검출부(141)에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하의 유무를 검지하는 부하유무 판단부(142); 상기 회로 절환부(130)와 연결되어 용기의 종류에 따른 스위칭 제어신호를 상기 인버터 구동부(160)로 발생하는 스위칭 제어부(170); 를 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 용기 재질을 판정하는 과정이 필요하지 않고, 유도가열부에서 고가의 고내압 릴레이를 사용하지 않아서 비용이 절감되고 PCB 사이즈를 줄일 수 있는 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기를 제공할 수 있다.

Description

자성에 의해 용기 재질을 인식하는 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기{Induction heating cooker combined with magnetic and non-magnetic containers to recognize the material of the container by magnetism}
본 발명은 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기에 관한 것이다.
인덕션 레인지(이하 "유도가열 조리기")는 피가열체 자체에 열을 유도시키는 간접적인 방식을 이용하여 에너지 효율과 안전성이 높은 장점이 있다.
그러나, 이러한 유도가열 조리기는 전기 자기장을 이용한 유도가열 방식을 이용하므로 자성을 띠는 금속 용기만 사용 가능하고, 뚝배기와 유리 등의 용기를 사용할 수 없는 단점이 있다.
최근에는 이러한 유도가열 조리기의 단점을 해결하여 자성 용기와 비자성 용기를 모두 사용할 수 있는 유도가열 조리기가 개발된 바 있다.
도 1은 종래의 유도가열 조리기의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1에서 인버터 공진부의 구성을 상세히 도시하는 도면이다.
상기 유도가열 조리기는 입력되는 교류 전원을 정류하여 직류전압으로 변화시키는 전원부(10)와, 이러한 전원부(10)에서 출력되는 전류를 공진시키고 그 공진전류로 발생된 자장에 의한 전자기 유도효과로 용기 내의 음식을 가열하는 유도가열부(20)와, 전원부(10)에서 공급되는 직류를 스위칭하여 유도가열부(20)에 공진전류를 제공하는 인버터 공진부(30)와, 이러한 인버터 공진부(30)의 스위칭소자를 구동하기 위한 스위칭 구동신호를 출력하는 인버터 구동부(50)와, 입력전류와 공진전류로부터 용기 특성을 판단하는 용기특성 판단부(40)와, 이러한 용기특성 판단부(40)에서 판정한 부하 종류에 따른 스위칭 주파수를 인버터 구동부(50)로 발생하는 스위칭 제어부(60)를 포함한다.
용기특성 판단부(40)는 전원부(10)에서 공급되는 전류를 검출하는 입력전류 검출부(41)와, 이러한 입력전류 검출부(41)에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하의 유무를 검지하는 부하유무 판단부(42)와, 유도가열부(20)에 흐르는 공진전류를 검출하는 공진전류 검출부(43)와, 이러한 공진전류 검출부(43)에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하 특성을 검지하는 부하특성 판단부(44)를 포함한다.
유도가열부(20) 위에 조리용기가 놓여지고 수 초가 경과한 후, 입력전류 검출부(41)가 인버터 공진부(30)에 공급되는 전류의 양을 검출하여 부하유무 판단부(42)에 제공하면, 부하유무 판단부(42)는 입력전류 검출부(41)로부터 제공되는 신호의 크기에 따라 비금속인지 금속용기인지를 판정하여 스위칭 제어부(60)로 알려준다.
이와 함께, 공진전류 검출부(43)가 유도가열부(20)에 흐르는 공진전류의 양을 검출하여 부하특성 판단부(44)에 제공하면, 부하특성 판단부(44)는 공진전류 검출부(43)로부터 제공되는 신호의 크기에 따라 자성 용기인지 비자성 용기인지를 판정하여 스위칭 제어부(60)로 알려준다. 스위칭 제어부(60)는 판정 결과에 따라 인버터 구동부(50)를 구동하게 된다.
도 2를 참조하면, 유도가열부(20)는 릴레이(RL1, RL2)의 선택적 연결에 따라 인덕터(L1) 단독으로 연결되거나, 또는 인덕터(L1), 인덕터(L2) 및 커패시터(C3)가 직렬로 연결되도록 구성된다. 즉, 릴레이(RL1)가 연결되고 릴레이(RL2)가 단락되면, 인덕터(L1) 단독으로 연결되고, 릴레이(RL1)가 단락되고 릴레이(RL2)가 연결되면, 인덕터(L1), 인덕터(L2) 및 커패시터(C3)가 직렬로 연결된다. 일반적으로, 비자성 용기를 가열할 때는 구동주파수가 높아야 하므로, 인덕터와 커패시터를 직렬로 연결하여 사용하게 된다.
이러한 종래의 유도가열 조리기에서는, 스위칭 제어부(60)가 인버터 구동부(50)를 구동하기 위해 유도가열부(20)에 흐르는 공진전류의 검출에 의해 용기 재질이 자성인지 비자성인지를 판정하는 과정이 반드시 필요하게 된다.
또한, 수 개의 인덕터가 직렬로 연결되는 경우, 구동주파수를 높이기 위해서 커패시터(C3)에 고압을 충전해야 되는데, 이 경우 고가의 고내압 릴레이(RL1)가 필요하게 된다.
또한, 고내압으로 인해 릴레이(RL1)의 갭이 커야 되므로, 3단자 접점이 제공되지 않아 2개의 릴레이를 사용할 수밖에 없어 비용이 증가되고, 2개의 릴레이를 사용하므로 PCB 사이즈가 증가되는 문제가 있다.
공개특허공보 제10-1999-002751호
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 용기 재질을 판정하는 과정이 필요하지 않고, 유도가열부에서 고가의 고내압 릴레이를 사용하지 않아서 비용이 절감되고 PCB 사이즈를 줄일 수 있는 자성에 의해 용기 재질을 인식하는 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기를 제공하고자 함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기는, 입력되는 교류 전원을 정류하여 직류로 제공하는 전원부(110); 상기 전원부(110)를 통해 제공된 직류 전원을 공진시키면서 공진전류에 의해 발생된 자장에 의한 전자기 유도효과로 용기 내부를 가열하는 유도가열부(120); 상기 유도가열부(120)에 연결되어 용기가 자성인지 비자성인지에 따라 회로를 절환하는 회로 절환부(130); 상기 전원부(110)에서 제공되는 직류를 스위칭하여 상기 유도가열부(120)에 공진전류를 제공하는 인버터 공진부(150); 상기 인버터 공진부(150)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 스위칭 제어신호를 출력하는 인버터 구동부(160); 상기 전원부(110)에서 공급되는 전류를 검출하는 입력전류 검출부(141); 상기 입력전류 검출부(141)에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하의 유무를 검지하는 부하유무 판단부(142); 상기 회로 절환부(130)와 연결되어 용기의 종류에 따른 스위칭 제어신호를 상기 인버터 구동부(160)로 발생하는 스위칭 제어부(170); 를 포함한다.
또한, 상기 회로 절환부(130)는 마그네트를 포함하고, 용기의 자성에 따라 상기 마그네트가 위치 이동됨으로써 회로가 절환된다.
또한, 상기 회로 절환부(130)는 상기 유도가열부(120)의 인덕터(L1)와 직렬로 연결되는 제1 접점과, 인덕터(L2) 및 커패시터(C3)와 직렬로 연결되는 제2 접점과, 상기 마그네트의 위치 이동에 따라 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 사이에서 이동되는 가동 접점을 포함한다.
또한, 상기 가동 접점은 자성용기인 경우 상기 제1 접점과 접속되고, 비자성용기인 경우 상기 제2 접점과 접속된다.
본 발명에 따르면, 용기 재질을 판정하는 과정이 필요하지 않고, 유도가열부에서 고가의 고내압 릴레이를 사용하지 않아서 비용이 절감되고 PCB 사이즈를 줄일 수 있는 자성에 의해 용기 재질을 인식하는 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 유도가열 조리기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에서 인버터 공진부의 구성을 상세히 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유도가열 조리기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3에서 인버터 공진부의 구성을 상세히 도시하는 도면이다.
도 5는 도 4에서 회로 절환부의 구성을 상세히 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5에서 회로 절환부의 가동 접점이 이동된 상태를 도시하는 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유도가열 조리기의 구성을 도시하는 도면이다. 도 4는 도 3에서 인버터 공진부의 구성을 상세히 도시하는 도면이다. 도 5는 도 4에서 회로 절환부의 구성을 상세히 도시하는 도면이다. 도 6은 도 5에서 회로 절환부의 가동 접점이 이동된 상태를 도시하는 도면이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 유도가열 조리기(100)는 전원부(110), 유도가열부(120), 회로 절환부(130), 인버터 공진부(150), 인버터 구동부(160), 입력전류 검출부(141), 부하유무 판단부(142), 스위칭 제어부(170) 등을 포함한다.
전원부(110)는 입력되는 교류 전원을 정류하여 직류로 제공한다.
유도가열부(120)는 전원부(110)를 통해 제공된 직류 전원을 공진시키면서 공진전류에 의해 발생된 자장에 의한 전자기 유도효과로 조리용기에 와전류를 유도시켜 용기 내부를 가열한다.
유도가열부(120)는 판 형상의 베이스플레이트(도시안됨)와, 이러한 베이스플레이트의 상부 쪽에 설치되어 유도가열을 위한 자기장을 발생시키는 코일을 포함한다.
회로 절환부(130)는 유도가열부(120)에 연결되어 용기가 자성인지 비자성인지에 따라 회로를 절환한다. 회로 절환부(130)는 마그네트(132)를 포함하고, 용기의 자성에 따라 마그네트(132)가 위치 이동됨으로써 회로가 절환될 수 있다.
인버터 공진부(150)는 전원부(110)에서 제공되는 직류를 스위칭하여 유도가열부(120)에 공진전류를 제공한다. 이러한 인버터 공진부(150)에 의해 유도가열부(120)로 공진전류가 공급되어 유도가열부(120)의 코일에서 자기장이 발생된다.
인버터 공진부(150)는 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 공진 콘덴서(C1, C2)와 한 쌍의 보조 공진 콘덴서(C3, C4)를 포함한다. 한 쌍의 공진 콘덴서(C1, C2)는 유도가열부(120)와 함께 고주파 전류에 의해 연속적인 공진상태를 유지하는 기능을 한다. 한 쌍의 보조 공진 콘덴서(C3, C4)는 인버터 공진부(150)의 스위칭 소자와 병렬로 연결되어 시스템 효율 향상과 스위칭 소자의 스트레스를 감소시키기 위해 영전압 스위칭 상태(zero voltage switching)를 유지하는 기능을 한다.
인버터 구동부(160)는 인버터 공진부(150)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 스위칭 제어신호를 출력한다.
입력전류 검출부(141)는 전원부(110)에서 인버터 공진부(150)에 공급되는 전류를 검출하여 부하유무 판단부(42)에 제공한다.
부하유무 판단부(142)는 입력전류 검출부(141)에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하의 유무를 검지한다. 부하유무 판단부(142)는 입력전류 검출부(141)로부터 제공되는 신호의 크기에 따라 비금속인지 금속용기인지를 판정하여 스위칭 제어부(170)로 알려준다. 부하유무 판단부(142)에서 판정한 결과가 비금속이면 스위칭 제어부(170)는 주파수를 발생시키지 않도록 인버터 구동부(160)를 제어한다.
스위칭 제어부(170)는 회로 절환부(130)와 연결되어 용기의 종류에 따른 스위칭 제어신호를 인버터 구동부(160)로 발생한다.
스위칭 제어부(170)는 자성용기일 경우 예를 들어, 20kHz 근방의 낮은 주파수 신호를, 비자성 용기일 경우 60KHz 근방의 높은 주파수 신호를 인버터 구동부(160)에 발생하여, 인버터 구동부(160)가 인버터 공진부(150)의 스위칭 소자를 구동하도록 한다.
본 발명에서는 마그네트(132)에 의해 용기의 재질을 구분하면서 회로를 절환하고, 스위칭 제어부(170)는 미리 정해져 있는 특정 주파수의 공진전류가 유도가열부(120)에 흐르도록 하여 용기 내의 음식물을 조리한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 회로 절환부(130)는 본체(131), 마그네트(132), 샤프트(133), 스프링(134), 제1 및 제2 스토퍼(135a, 135b), 가동접점(136), 스냅 스프링(137), 제1 접점(139), 제2 접점(138)을 포함한다.
본체(131)는 내부에 수용공간을 갖는다. 마그네트(132)는 본체의 외부에 위치되어, 용기의 자성에 의해 용기 쪽으로 이동한다.
샤프트(133)는 마그네트(132)와 연결되고 본체(131)를 통해 연장될 수 있다. 샤프트(133)에는 제1 및 제2 스토퍼(135a, 135b)가 부착되고, 제1 스토퍼(135a)와 본체(131)의 상부면 사이에는 스프링(134)이 위치된다.
스프링(134)은 마그네트(132)를 본체(131) 쪽으로 가압하고, 용기의 자성은 마그네트(132)가 스프링(134)의 탄성력을 극복하여 본체(131)와 이격되는 쪽으로 이동되게 한다.
제1 스토퍼(135a)는 본체(131)의 상단과 접촉되어 마그네트(132)의 상향 이동을 제한하고, 제2 스토퍼(135b)는 본체(131)의 하단과 접촉되어 마그네트(132)의 하향 이동을 제한한다.
가동접점(136)은 샤프트(133)에 부착되고, 스냅 스프링(137)은 가동접점(136)과 샤프트(133) 사이에 연결된다. 마그네트(132)의 이동에 의해 샤프트(133)가 이동할 때, 스냅 스프링(137)은 가동접점(136)이 제1 접점(139)과 제2 접점(138) 사이에서 이동되어 선택적으로 접속될 수 있게 한다.
제1 접점(139)은 유도가열부(120)의 인덕터(L1)와 직렬로 연결되고, 제2 접점(138)은 인덕터(L2) 및 커패시터(C3)와 직렬로 연결된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 용기가 비자성 용기인 경우, 스프링(134)은 마그네트(132) 및 샤프트(133)를 아래로 가압하고, 그에 따라 스냅 스프링(137)은 가동접점(136)이 제2 접점(138)과 접속되게 한다. 이때, 인덕터(L1), 인덕터(L2) 및 커패시터(C3)는 직렬로 연결된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 용기가 자성 용기인 경우, 마그네트(132)는 스프링(134)의 탄성력을 극복하여 본체(131)에서 이격되게 위로 이동하고, 그에 따라 샤프트(133)가 위로 이동하면서 스냅 스프링(137)은 가동접점(136)이 제1 접점(139)과 접속되게 한다. 이때는 인덕터(L1)만 연결되고, 인덕터(L2)와 커패시터(C3)는 접속이 끊어지게 된다.
이러한 본 발명의 유도가열 조리기에서는, 회로 절환부(130)에서 마그네트(132)와 용기 사이에서 작용하는 자력에 의해 가동접점(136)이 제1 접점(139)과 제2 접점(138) 사이에서 자동으로 이동하도록 구성된다. 이는 종래에 유도가열부에 흐르는 공진전류를 검출하여 용기가 자성 용기인지 비자성 용기인지 판단하는 과정이 필요하지 않게 한다.
또한, 유도가열부에서 고가의 고내압 릴레이를 사용하지 않아서 비용이 절감되고, 2개의 릴레이 대신에 소형의 회로 절환부(130)를 사용하므로 PCB 사이즈를 줄일 수 있다.
이하에서는, 인덕션 플레이트와 인쇄회로기판 사이의 배선 연결이 간단한 본 발명의 유도가열 조리기를 설명하기로 한다.
종래의 유도가열 조리기에서, 인덕션 플레이트에는 L1, L2가 위치되고, 인쇄회로기판(PCB)에는 C3, RL1, RL2가 위치된다. 인덕션 플레이트의 L1에서 2가닥, L2에서 2가닥으로 전체 4가닥의 배선이 나와서 인쇄회로기판과 연결된다.
이에 반해, 본 발명의 유도가열 조리기에서는, 인덕션 플레이트에 마그네트(132)를 갖는 회로 절환부(130)와 C3가 함께 배치되므로, 인덕션 플레이트의 L1에서 한 가닥, L2로부터 한 가닥으로 전체 2가닥의 배선이 나와서 인쇄회로기판과 연결된다. 그에 따라, 인덕션 플레이트와 인쇄회로기판 사이의 배선 작업이 훨씬 간단해져 조립공수가 줄어드는 이점이 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 유도가열 조리기
110 : 전원부
120 : 유도가열부
130 : 회로 절환부
131 : 본체
132 : 마그네트
133 : 샤프트
134 : 스프링
135a : 제1 스토퍼
135b : 제2 스토퍼
136 : 가동접점
137 : 스냅 스프링
138 : 제2 접점
139 : 제1 접점
141 : 입력전류 검출부
142 : 부하유무 판단부
150 : 인버터 공진부
160 : 인버터 구동부
170 : 스위칭 제어부

Claims (4)

  1. 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기에 있어서,
    입력되는 교류 전원을 정류하여 직류로 제공하는 전원부(110);
    상기 전원부(110)를 통해 제공된 직류 전원을 공진시키면서 공진전류에 의해 발생된 자장에 의한 전자기 유도효과로 용기 내부를 가열하는 유도가열부(120);
    상기 유도가열부(120)에 연결되어 용기가 자성인지 비자성인지에 따라 회로를 절환하는 회로 절환부(130);
    상기 전원부(110)에서 제공되는 직류를 스위칭하여 상기 유도가열부(120)에 공진전류를 제공하는 인버터 공진부(150);
    상기 인버터 공진부(150)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 스위칭 제어신호를 출력하는 인버터 구동부(160);
    상기 전원부(110)에서 공급되는 전류를 검출하는 입력전류 검출부(141);
    상기 입력전류 검출부(141)에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하의 유무를 검지하는 부하유무 판단부(142);
    상기 회로 절환부(130)와 연결되어 용기의 종류에 따른 스위칭 제어신호를 상기 인버터 구동부(160)로 발생하는 스위칭 제어부(170);
    를 포함하고,
    상기 회로 절환부(130)는 마그네트를 포함하고, 용기의 자성에 따라 상기 마그네트가 위치 이동됨으로써 회로가 절환되고,
    상기 회로 절환부(130)는 상기 유도가열부(120)의 인덕터(L1)와 직렬로 연결되는 제1 접점과, 인덕터(L2) 및 커패시터(C3)와 직렬로 연결되는 제2 접점과, 상기 마그네트와 연결되어 상기 마그네트의 위치 이동에 따라 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 사이에서 이동되는 가동 접점을 포함하고,
    상기 가동 접점은 자성용기인 경우 상기 제1 접점과 접속되고, 비자성용기인 경우 상기 제2 접점과 접속되는 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013196874A (ja) * 2012-03-19 2013-09-30 Mitsubishi Electric Corp 誘導加熱調理器

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