KR102165578B1 - 가열 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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KR102165578B1
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송치영
이정철
김영국
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(주)쿠첸
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Abstract

본 개시는 가열 장치를 개시한다. 본 개시의 기술적 사상에 따른 가열 장치는, 제1 피가열체를 유도 가열하는 제1 발열체, 제2 피가열체를 유도 가열하는 제2 발열체, 제1 발열체에 전원을 제공하는 제1 구동부, 제2 발열체에 전원을 제공하는 제2 구동부, 제1 피가열체 및 제2 피가열체 각각의 출력 효율에 대한 정보를 표시하는 사용자 인터페이스, 및 제1 구동부, 제2 구동부 및 사용자 인터페이스를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 제1 피가열체 및 제2 피가열체가 감지되면, 제1 피가열체의 제1 공진 주파수 및 제2 피가열체의 제2 공진 주파수를 검출하고, 지정 주파수와 제2 공진 주파수의 차이 값이 기준 값을 초과하는 경우, 제2 피가열체에 대한 출력 효율 정보를 표시하도록 사용자 인터페이스를 제어한다.

Description

가열 장치 및 이의 제어 방법{HEATING DEVICE AND CONTROL METHODOF}
본 개시의 기술적 사상은 가열 장치 및 가열 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 복수의 발열체들이 동시 구동하는 가열 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
가정이나 식당에서 조리 또는 살균을 포함한 다양한 목적을 위해 다양한 방식의 가열 장치들이 사용되고 있다. 최근에는 전기를 이용하여 냄비, 프라이팬, 찜솥 또는 주전자와 같은 피가열체를 가열하는 가열 장치들의 보급이 이루어지고 있다.
전기를 이용한 가열 방식은 크게 저항 가열 방식 및 유도 가열(induction heating) 방식을 포함한다. 저항 가열 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열체에 직접적으로 전달함으로써 물체를 가열하는 방식으로, 하이라이트에 사용된다. 한편, 유도 가열 방식은 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자기장의 변화를 이용하여 피가열체에 유도 전류를 발생시켜 피가열체가 가열되도록 하는 방식으로 인덕션에 사용된다. 유도 가열 방식을 통해 다수의 발열체들이 동작 할 때 각각의 동작 주파수가 달라 소음이 발생하는 문제가 있었다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 복수의 발열체들이 동시에 동작할 경우, 발열체들에서 발생되는 소음이 감소된 가열 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 개시의 기술적 사상에 따른 가열 장치는, 제1 피가열체를 유도 가열하는 제1 발열체, 제2 피가열체를 유도 가열하는 제2 발열체, 제1 발열체에 전원을 제공하는 제1 구동부, 제2 발열체에 전원을 제공하는 제2 구동부, 제1 피가열체 및 제2 피가열체 각각의 출력 효율에 대한 정보를 표시하는 사용자 인터페이스, 및 제1 구동부, 제2 구동부 및 사용자 인터페이스를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 제1 피가열체 및 제2 피가열체가 감지되면, 제1 피가열체의 제1 공진 주파수 및 제2 피가열체의 제2 공진 주파수를 검출하고, 지정 주파수와 제2 공진 주파수의 차이 값이 기준 값을 초과하는 경우, 제2 피가열체에 대한 출력 효율 정보를 표시하도록 사용자 인터페이스를 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부는 지정 주파수의 전원을 제1 발열체 및 제2 발열체 각각에 제공하도록 제1 구동부 및 제2 구동부를 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부는 제2 피가열체에 대한 출력 효율 정보를 표시하도록 사용자 인터페이스를 제어한 후, 지정 주파수의 전원을 제1 발열체 및 제2 발열체 각각에 제공하도록 제1 구동부 및 제2 구동부를 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부는 제2 피가열체에 대한 출력 효율 정보를 표시하도록 사용자 인터페이스를 제어하는 동작 및, 지정 주파수의 전원을 제1 발열체 및 제2 발열체 각각에 제공하도록 제1 구동부 및 제2 구동부를 제어하는 동작을 서로 병렬적으로 수행할 수 있다.
일 실시 예에서, 서로 다른 피가열체들 각각의 공진 주파수에 대한 정보가 저장된 메모리를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부는 메모리에 저장된 상기 공진 주파수에 대한 정보에 기초하여 지정 주파수를 결정할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부는 메모리에 저장된 공진 주파수에 대한 정보에 기초하여, 지정 주파수와 가장 가까운 공진 주파수를 갖는 피가열체에 대한 정보를 표시할 수 있다.
일 실시 예에서, 지정 주파수는 제1 공진 주파수와 동일할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 가열 장치는 각각의 발열체들의 동작 주파수가 일치되도록 제어함으로써 복수의 발열체들이 동시에 동작할 때 발생하는 소음을 감소시킬 수 있다. 또한, 사용자에게 출력 효율이 낮은 피가열체에 대한 정보를 제공하고 교체할 수 있도록 정보를 제공함으로써, 사용되는 피가열체의 출력 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가열 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치, 외부 전원 및 피가열체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치에 포함된 메모리에 저장된 피가열체 특성 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 개시의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 개시를 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 가열 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 가열 장치(100)는 플레이트 형상의 몸체를 포함할 수 있다. 몸체의 상부에는 복수의 발열체들(10_1~10_3) 및 사용자의 입력을 수신하고 복수의 발열체들(10_1~10_3)의 상태 정보를 표시하는 사용자 인터페이스(40)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 가열 장치(100)는 전기를 에너지원으로 하여 화구에 대응하는 복수의 발열체들(10_1~10_3)을 통해 피가열체를 가열하는 전기레인지일 수 있다.
가열 장치(100)는 복수의 발열체들(10_1~10_3)로 전력을 제공하여 복수의 발열체들(10_1~10_3)을 구동시키는 복수의 구동부들(20_1~20_3), 복수의 발열체들(10_1~10_3)로 제공되는 전력을 생성하는 전원부(30), 사용자 인터페이스(40), 온도 센서(50) 및 가열 장치(100)의 전반적인 동작들을 제어하는 제어부(60)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 가열 장치(100)는 3개의 발열체들, 즉, 제1 발열체(10_1), 제2 발열체(10_2) 및 제3 발열체(10_3)를 포함할 수 있고, 제1 발열체(10_1)에 전력을 공급하는 제1 구동부(20_1), 제2 발열체(10_2)에 전력을 공급하는 제2 구동부(20_2) 및 제3 발열체(10_3)에 전력을 공급하는 제3 구동부(20_3)를 포함할 수 있다. 다만, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 가열 장치(100)에 포함된 발열체의 개수는 다양하게 구성될 수 있다. 즉, 가열 장치(100)는 2개의 발열체를 포함하거나, 4개 이상의 발열체들을 포함할 수도 있다.
일 실시 예에서, 가열 장치(100)는 복수의 인덕션들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 발열체(10_1)는 및 제2 발열체(10_2)는 인덕션일 수 있다. 일 실시 예에서, 가열 장치(100)는 가열 방식이 서로 다른 발열체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 발열체(10_1)는 및 제2 발열체(10_2)는 인덕션일 수 있고, 제3 발열체(10_3)는 하이라이트일 수 있다.
제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2)에 각각 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)가 배치될 수 있다. 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)는 가열 장치(100)에 의해 가열되는 물체를 나타낼 수 있다. 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)는 냄비, 프라이팬, 찜솥, 주전자 및 티포트 등과 같은 피가열 용기들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 1에서는 가열 장치(100)에 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)가 배치된 것을 도시하였으나, 제3 피가열체가 제3 발열체(10_3) 상에 더 배치될 수도 있고, 가열 장치(100)가 제4 발열체를 더 포함하는 경우 제4 피가열체가 제4 발열체 상에 더 배치될 수도 있다.
일 실시 예에서, 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)는 인덕션인 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2)와 전자기적으로 결합(coupling)되는 부하 인덕터(inductor)와 부하 저항이 연결된 형태의 등가 회로로서 표현될 수 있다. 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)는 각각 부하 인덕터의 크기와 부하 저항의 크기가 다를 수 있고, 동일한 동작 주파수의 교류 전력으로 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)가 구동할 경우 출력 효율이 다를 수 있다.
전원부(30)는 외부 전원으로부터 복수의 구동부들(20_1~20_3) 각각으로 전원을 제공할 수 있다. 복수의 구동부들(20_1~20_3) 각각은 제어부(60)의 제어에 응답하여 대응하는 발열체를 구동시킬 수 있고, 전원부(30)로부터 제공된 전원을 이용하여 대응하는 발열체의 출력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 구동부(20_1)는 제어부(60)의 제어에 응답하여 제1 발열체(10_1)의 출력을 조절할 수 있고, 제2 구동부(20_2)는 제어부(60)의 제어에 응답하여 제2 발열체(10_2)의 출력을 조절할 수 있고, 제3 구동부(20_3)는 제어부(60)의 제어에 응답하여 제3 발열체(10_3)의 출력을 조절할 수 있다.
일 실시 예에서, 사용자 인터페이스(40)는 발열체들(10_1~10_3)의 일측에 구비될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 사용자 인터페이스(40)는 가열 장치(100)에 다양한 형상으로, 다양한 방식으로 구비될 수 있다.
사용자 인터페이스(40)는 사용자의 명령을 입력 받는 조작부 및 복수의 발열체들(10_1~10_3) 각각의 동작 상태에 관련된 정보를 표시하는 표시부를 제공할 수 있다. 사용자 인터페이스(40)는 사용자의 조작, 예를 들어, 구동시킬 복수의 발열체들(10_1~10_3)을 선택하거나, 선택된 발열체의 온/오프 동작, 구동 시간 조절 및 출력 조절 등에 대응되는 명령을 발생시켜서 제어부(60)로 출력할 수 있다.
조작부는 정전식 터치 패널, 감압식 터치 패널, 적외선 방식의 터치 패널, 초음파 방식의 터치 패널, 물리적 버튼, 광학키, 키패드, (디지털)펜 센서, 및 음성 입력 장치 등과 같은 다양한 형태의 입력 장치들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 가열 장치(100)의 구현에 따라, 조작부는 표시부와 하나의 장치로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 표시부가 터치가 가능한 디스플레이부를 포함하는 경우, 표시부는 터치 입력 신호를 입력 받는 입력부의 기능도 수행할 수 있다.
사용자 인터페이스(40)의 표시부는 제어부(60)의 제어를 받아서, 발열체의 온/오프, 출력 단계, 구동 시간 및, 온도 등 가열 장치(100)의 동작 상태를 표시할 수 있다. 표시부는 시각적 방법, 청각적 방법 또는 다른 감각을 통한 방법에 의해 가열 장치(100)의 동작에 관한 다양한 정보를 제공할 수 있다. 이를 위해, 표시부는 디스플레이부 및/또는 스피커를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 가열 장치(100)는 사용자 인터페이스(40)의 표시부를 통해 사용자에게 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2) 각각의 출력 효율에 대한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2) 중 적어도 하나의 피가열체의 출력 효율이 기준 효율보다 낮은 경우에, 사용자 인터페이스(40)의 표시부는 사용자에게 상기 피가열체의 출력 효율에 대한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(40)의 표시부는 출력 효율이 상대적으로 낮은 피가열체가 배치된 발열체를 시각적인 방법 및/또는 청각적인 방법으로 표시할 수 있다.
온도 센서(50)는 피가열체의 온도를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)의 온도를 검출할 수 있고, 검출된 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2) 각각의 온도에 대응하는 신호를 제어부(60)로 전송할 수 있다. 일 실시 예예서, 온도 센서(50)는 비 접촉식으로 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)의 온도를 검출할 수 있고, 예를 들어, 온도 센서(50)는 적외선을 감지하여 온도를 검출하는 방식의 센서일 수 있다. 또는 일 실시 예에서, 온도 센서(50)는 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)에 접촉하여 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)의 온도를 검출할 수도 있다.
제어부(60)는 가열 장치(100) 내의 다양한 구성들의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 제어부(60)는 CPU(Central Processing Unit), 프로세서, 마이크로 프로세서, 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP), MCU(Micro Controller Unit), 마이컴(microcomputer), 또는 미니 컴퓨터 등과 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
제어부(60)는 복수의 구동부들(20_1~20_3) 각각을 제어함으로써, 복수의 발열체들(10_1~10_3) 각각의 출력을 제어할 수 있다. 제어부(60)는 사용자 인터페이스(40)를 통해 수신된 사용자의 설정에 기초하여, 복수의 발열체들(10_1~10_3) 각각의 출력을 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(60)는 하나의 피가열체가 플레이트 상에 배치되는 경우에는, 상기 피가열체의 공진 주파수를 검출할 수 있고, 복수의 구동부들(20_1~20_3) 중 하나를 제어함으로써, 상기 피가열체가 배치된 발열체로 공진 주파수의 전원을 제공할 수 있다.
반면, 일 실시 예에서, 복수의 피가열체들(예를 들어, 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2))가 복수의 발열체들 상에 배치되는 경우에는, 제어부(60)는 상기 발열체들의 동작 주파수를 지정 주파수로 일치시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2)가 인덕션인 경우, 제어부(60)는 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2)의 동작 주파수를 지정 주파수로 일치시키도록 제1 구동부(20_1) 및 제2 구동부(20_2)를 제어할 수 있다.
제1 발열체(10_1)의 제1 동작 주파수 및 제2 발열체(10_2)의 제2 동작 주파수가 서로 일치되지 않고, 제1 동작 주파수 및 제2 동작 주파수의 차이가 사람의 가청주파수 이내인 경우에는 소음이 발생될 수 있다. 따라서, 제어부(60)는 제1 동작 주파수 및 제2 동작 주파수를 지정 주파수로 서로 일치시킴으로써, 소음을 감소시킬 수 있다.
제어부(60)는 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2)가 각각 지정 주파수로 동작할 때, 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)의 출력 효율이 낮은 것으로 판단되면, 사용자에게 출력 효율이 낮은 피가열체를 안내하도록 사용자 인터페이스(40)를 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(60)는 지정 주파수를 제1 피가열체(200_1)의 제1 공진 주파수(예를 들어, 21kHz)와 비교하고, 지정 주파수를 제2 피가열체(200_2)의 제2 공진 주파수(예를 들어, 30kHz)와 비교함으로써, 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)의 출력 효율을 판단할 수 있다. 제어부(60)는 지정 주파수와 기준 값 초과의 차이가 나는 공진 주파수에 대응되는 피가열체를 출력 효율이 낮은 피가열체로 판단할 수 있고, 출력 효율이 낮은 피가열체를 시각적 및/또는 청각적으로 표시하도록 사용자 인터페이스(40)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 피가열체(200_2)의 제2 공진 주파수와 지정 주파수 사이의 차이 값이 기준 값을 초과하는 경우, 제어부(60)는 사용자에게 제2 피가열체(200_2)의 출력 효율이 낮음을 시각적 및/또는 청각적으로 표시하도록 사용자 인터페이스(40)를 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(60)는 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2)가 각각 지정 주파수로 동작할 때, 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)의 각각의 온도 정보에 기초하여 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)의 출력 효율을 판단할 수도 있다.
따라서, 본 개시에 따른 가열 장치(100)는 사용자에게 출력 효율이 낮은 피가열체에 대한 정보를 제공할 수 있고, 사용자가 출력 효율이 높은 피가열체로 변경하여 사용하도록 안내할 수 있다. 본 개시에 따른 가열 장치(100)는 지정 주파수로 복수의 발열체들(예를 들어, 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2))을 함께 구동시킴으로써 동시에 구동할 때 발생할 수 있는 소음을 감소시키는 동시에 출력 효율이 낮은 피가열체에 대한 정보를 사용자에게 제공하여 출력 효율을 증가시킬 수 있다.
다만, 본 도면에서는 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2)가 인덕션인 경우에 대해 설명하였으나, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 가열 장치(100)가 3개 이상의 인덕션들을 포함하는 경우, 가열 장치(100)는 복수의 인덕션들 중 적어도 2개의 인덕션들의 구동 주파수를 지정 주파수로 일치시킬 수 있다. 또한, 인덕션에 배치된 피가열체의 공진 주파수와 지정 주파수가 기준 값을 초과하여 차이가 있는 경우, 상기 공진 주파수에 대응하는 피가열체를 사용자에게 안내할 수 있다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치, 외부 전원 및 피가열체를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치에 포함된 메모리에 저장된 피가열체 특성 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 가열 장치(100)는 외부 전원(300)으로부터 전력을 제공받을 수 있고, 외부 전원(300)으로부터 제공받은 전력을 이용해 가열 장치(100)의 제1 발열체(10_1) 상에 놓여진 제1 피가열체(200_1)를 가열할 수 있다. 도 3에서는 제1 피가열체(200_1)가 놓여진 제1 발열체(10_1)를 도시하지만, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며, 제2 피가열체(200_2)가 놓여진 제2 발열체(10_2) 또는 제3 피가열체가 놓여진 제3 발열체에도 동일한 설명이 적용될 수 있다. 또한, 도 3에서는 제1 발열체(10_1)를 구동하는 제1 구동부(20_1)에 도시하지만, 제2 발열체(10_2)를 구동하는 제2 구동부(20_2) 및 제3 발열체(10_3)를 구동하는 제3 구동부(20_3)에도 동일한 설명이 적용될 수 있다.
외부 전원(300)은 가열 장치(100)에 전력을 공급할 수 있다. 외부 전원(300)은 가열 장치(100)의 전력 입력 단자에 연결되는 상용 전원일 수 있다. 상용 전원은 사용하는 국가 및/또는 지역에 따라 110V 교류 전원, 220V 교류 전원, 380V 교류 전원 또는 그 외의 임의의 전압 레벨을 갖는 교류 전원을 포함할 수 있다.
직류 전원 생성부(30)는 외부 전원(300)으로부터 수신되는 교류 전압을 이용해 직류 전압을 생성해낼 수 있다. 직류 전원 생성부(30)는 다양한 형태의 정류 회로 또는 정류기 등을 이용해 구현될 수 있다.
제1 구동부(20_1)는 스위칭부(21) 및 적어도 하나의 커패시터(도 3의 C)를 포함할 수 있다. 스위칭부(21)는 직류 전원 생성부(30)에 의해 제공되는 직류 전압을 제어부(60)의 제어에 따라 교류 전압으로 바꾸는 역할을 수행할 수 있다. 필요에 따라 스위칭부(21)는 외부 전원(300)으로부터 수신되는 교류 전압보다 고주파의 교류 전압을 생성할 수 있다. 스위칭부(21)는 제어부(60)의 제어에 따라 특정 주파수를 갖는 교류 전원을 제1 발열체(10_1)에 제공할 수 있고, 유도 가열을 위한 고주파 자계를 발생시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 스위칭부(21)는 인버터(inverter) 등으로 구현될 수 있다. 스위칭부(21)는 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 제어부(60)의 제어에 따라 스위칭이 제어될 수 있다. 일 실시 예에서, 스위칭 소자는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT))를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 일 실시 예에 불과한 것으로서, 스위칭부(21)는 SCR(Silicon Controlled Rectifier), MOS-FET 또는 IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor) 등 다양한 종류의 스위칭 소자를 포함하여도 무방할 것이다.
제1 발열체(10_1)는 전원 공급부(500)로부터 교류 전력을 공급받을 수 있고, 공급 받은 교류 전력에 의해 시간에 따라 변화하는 자기장(magnetic field)을 발생시킬 수 있다. 제1 발열체(10_1)에 의해 발생되는 자기장의 변화는 제1 피가열체(200_1) 주변의 자속의 변화를 야기할 수 있고, 자속의 변화로 인해 제1 피가열체(200_1)에 전류가 유도될 수 있다. 제1 발열체(10_1)는 워킹 코일이라 칭해질 수도 있다. 제1 발열체(10_1)는 제1 피가열체(200_1)의 인덕터(inductor)와 전자기적으로 결합(coupling)될 수 있다.
제1 피가열체(200_1)는 가열 장치(100)의 제1 발열체(10_1)와 전자기적으로 결합된 부하 인덕터와 부하 저항이 연결된 형태의 등가 회로로서 표현될 수 있다. 가열 장치(100)의 제1 발열체(10_1)에 교류 전원이 인가됨으로써 제1 발열체(10_1)와 전자기적으로 결합된 제1 피가열체(200_1)의 인덕터 주변의 자기장이 변하게 되고, 제1 피가열체(200_1)의 인덕터 및 부하 저항에는 전류가 유도될 수 있다. 부하 저항에 유도 전류가 흐름으로써 부하 저항은 열을 발생시킬 수 있고, 제1 피가열체(200_1)는 부하 저항에서 발생한 열에 의해 가열될 수 있다.
제1 노드(Nd1) 및 제2 노드(Nd2) 사이의 전자기적으로 결합된 제1 발열체(10_1) 및 제1 피가열체(200_1)는, 제1 노드(Nd1) 및 제2 노드(Nd2) 사이에 직렬 연결된 등가 인덕터 및 등가 저항을 포함하는 등가 임피던스의 등가 회로로서 표현될 수 있다. 따라서 제1 구동부(20_1)가 동일한 주파수의 동일한 듀티 비의 교류 전압을 공급한다고 하더라도, 제1 피가열체(200_1)의 인덕턴스 값(L_load), 부하 저항 값(R_load) 및 제1 발열체(10_1)와 제1 피가열체(200_1)의 인덕터의 결합 정도에 따라 제1 피가열체(200_1)에서 평균적으로 소모되는 전력 값은 달라질 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 피가열체(200_1)는 제1 발열체(10_1)에 제1 공진 주파수(예를 들어, 21kHz)의 전원이 제공될 때 최대 전력 효율로 동작할 수 있다. 즉, 제1 공진 주파수로부터 제1 발열체(10_1)의 동작 주파수가 멀어질수록 제1 피가열체(200_1)의 출력 효율이 낮아질 수 있다. 제1 공진 주파수는 제1 피가열체(200_1)의 인덕턴스 값(L_load), 부하 저항 값(R_load) 및 제1 발열체(10_1)와 제1 피가열체(200_1)의 인덕터의 결합 정도에 의해 결정될 수 있다.
반면, 도 1에 도시된 제2 피가열체(200_2)는 제2 발열체(10_2)에 제2 공진 주파수(예를 들어, 30kHz)의 전원이 제공될 때 최대 전력 효율로 동작할 수 있다. 즉, 제2 공진 주파수로부터 제2 발열체(10_2)의 동작 주파수가 멀어질수록 제2 피가열체(200_2)의 출력 효율이 낮아질 수 있다. 제2 공진 주파수는 제2 피가열체(200_2)의 인덕턴스 값, 부하 저항 값 및 제2 발열체(10_2)와 제2 피가열체(200_2)의 인덕터의 결합 정도에 의해 결정될 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 공진 주파수 및 제2 공진 주파수는 서로 상이한 값을 가질 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 메모리(70)에는 가열 장치(100)에 관한 정보 및 가열 장치(100)의 제어에 필요한 각종 정보가 저장될 수 있다. 예를 들어, 제어부(60)의 제어 동작에 필요한 각종 정보 및 알고리즘 등이 메모리(70)에 저장될 수 있다. 메모리(70)는 플래시 메모리, 자기 저항 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리 및 DRAM, SRAM 등과 같은 휘발성 메모리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 메모리(70)는 제어부(60)와 별도의 하드웨어로 구현될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 제어부(60)가 마이컴(microcomputer) 또는 미니컴퓨터 등으로 구현되는 경우, 메모리(70)는 제어부(60)와 하나의 하드웨어로서 구현될 수 있다.
일 실시 예에서, 메모리(70)에는 피가열체 특성 정보가 저장될 수 있다. 피가열체 특성 정보는 이전에 측정된 피가열체들(M1~Mn)의 공진 주파수들에 대한 정보를 포함할 수 있다.
제어부(60)는 사용되는 피가열체가 감지되면, 감지된 피가열체에 대한 공진 주파수를 측정하는 동작을 수행할 수 있고, 측정된 공진 주파수를 메모리(70)에 저장할 수 있다. 예를 들어, 제어부(60)는 제1 발열체(10_1)의 제1 공진 주파수를 검출할 수 있고, 검출된 제1 공진 주파수는 메모리(70)에 저장될 수 있다. 일 실시 예에서, 제어부(60)는 제1 발열체(10_1)에 흐르는 공진 전류의 파형을 분석하고 영 전압 스위칭(Zero Voltage Switching, ZVS) 제어를 통해 공진점을 추종할 수 있고, 추종 결과에 따라 스위칭부(21)를 제어함으로써, 제1 공진 주파수를 검출할 수 있다. 다만, 본 개시의 가열 장치(100)는 이에 한정되지 않고, 다양한 방법으로 제1 발열체(10_1)의 제1 공진 주파수 및 다른 발열체의 공진 주파수를 검출할 수 있다.
제어부(60)는 스위칭부(21)의 스위칭 동작을 제어하여, 스위칭부(21)로부터 출력되는 교류 전원의 주파수 및/또는 듀티비를 조절할 수 있다. 제어부(60)는 스위칭부(21)의 스위칭 동작을 제어하여 제1 발열체(10_1)의 동작 주파수를 조절할 수 있고, 동작 주파수가 제어됨에 따라 제1 발열체(10_1)의 유도 가열 출력이 조절될 수 있다.
제어부(60)는 지정 주파수를 갖는 교류 전원이 제1 발열체(10_1)로 제공되도록 스위칭부(21)를 제어할 수 있다. 지정 주파수는 메모리(70)에 저장된 피가열체 특성 정보에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 일 실시 예에서, 제어부(60)는 메모리(70)에 저장된 피가열체들(M1~Mn)의 공진 주파수들의 중간 값을 추출하여 지정 주파수로 결정할 수 있다. 또는, 일 실시 예에서, 제어부(60)는 메모리(70)에 저장된 피가열체들(M1~Mn)의 공진 주파수들 중 최빈값을 추출하여 지정 주파수로 결정할 수 있다. 또는, 일 실시 예에서, 지정 주파수는 특정 값으로 미리 결정된 주파수일 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(60)는 제1 발열체(10_1)의 제1 공진 주파수와 지정 주파수를 비교함으로써, 제1 발열체(10_1) 상에 배치된 제1 피가열체(200_1)의 출력 효율을 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(60)는 제1 발열체(10_1)의 제1 공진 주파수와 지정 주파수 사이의 차이 값이 기준 값 이상인 경우에는 제1 피가열체(200_1)의 출력 효율이 낮은 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 발열체(10_1)가 지정 주파수로 동작 시에, 제어부(60)는 온도 센서(50)로부터 제1 피가열체(200_1)의 온도에 대응하는 온도 정보를 수신할 수 있다. 제어부(60)는 온도 정보에 기초하여 제1 발열체(10_1)의 출력 효율을 판단할 수 있다. 예를 들어, 일정 시간 후에 제1 피가열체(200_1)의 온도가 사용자가 설정한 설정 출력에 대응되는 온도에 도달하지 못한 경우 제1 발열체(10_1)의 출력 효율이 낮은 것으로 판단할 수 있다.
제어부(60)는 제1 피가열체(200_1)의 출력 효율이 낮은 것으로 판단되면, 제1 피가열체(200_1)의 출력 효율이 낮다는 정보를 시각적 및/또는 청각적으로 제공하기 위해 사용자 인터페이스(40)를 제어할 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, S10 단계에서, 가열 장치(100)는 플레이트 상에 배치된 복수의 피가열체들을 감지할 수 있다. 예를 들어, 제1 피가열체(200_1) 및 제2 피가열체(200_2)가 각각 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2) 상에 배치될 수 있고, 가열 장치(100)는 이를 감지할 수 있다. 이 때, 제1 피가열체(200_1)는 제1 공진 주파수(예를 들어, 21kHz)를 갖는 용기일 수 있고 제2 피가열체(200_2)는 제2 공진 주파수(예를 들어, 30kHz)를 갖는 용기일 수 있다.
S20 단계에서, 가열 장치(100)는 감지된 복수의 피가열체들 각각의 공진 주파수를 검출할 수 있다. 예를 들어, 가열 장치(100)는 제1 피가열체(200_1)의 제1 공진 주파수 및 제2 피가열체(200_2)의 제2 공진 주파수를 검출할 수 있다. 피가열체들 각각의 인덕턴스 값, 부하 저항 값 및 발열체와의 인덕터의 결합 정도에 따라 달라지는 피가열체 각각의 공진 주파수를 검출하는 방법은 다양하게 구성될 수 있다. 가열 장치(100)는 검출된 제1 공진 주파수 및 제2 공진 주파수를 메모리(예를 들어, 도 4의 메모리(70))에 저장할 수 있다.
S30 단계에서, 가열 장치(100)는 복수의 피가열체들 각각의 공진 주파수를 지정 주파수와 비교할 수 있고, 복수의 피가열체들 각각의 공진 주파수와 지정 주파수의 차이 값이 기준 값을 초과하는 지 판단할 수 있다. 예를 들어, 가열 장치(100)는 제1 피가열체(200_1)의 제1 공진 주파수 및 제2 피가열체(200_2)의 제2 공진 주파수를 지정 주파수와 비교할 수 있다. 이 때, 기준 값은 미리 정해진 값일 수 있다.
지정 주파수는 메모리(예를 들어, 도 4의 70)에 저장된 값일 수 있다. 지정 주파수는 일반적으로 널리 통용되는 용기의 알려진 주파수일 수 있고, 또는, 메모리(70)에 저장된 피가열체들의 공진 주파수들에 대한 정보에 기초하여 선택된 주파수일 수 있다. 예를 들어, 피가열체들(M1~Mn)의 공진 주파수들 중 가장 높은 빈도의 공진 주파수가 지정 주파수로 선택될 수 있고, 또는, 피가열체들(M1~Mn)의 공진 주파수들의 평균 값이 지정 주파수로 선택될 수도 있다. 예를 들어, 21kHz가 지정 주파수로 선택될 수 있다.
복수의 피가열체들 각각의 공진 주파수 중 적어도 하나와 지정 주파수의 차이 값이 기준 값을 초과할 수 있다. 예를 들어, 제2 피가열체(200_2)의 제2 공진 주파수와 지정 주파수의 차이 값이 기준 값을 초과할 수 있다. S40 단계에서, 가열 장치(100)는 사용자에게 제2 피가열체(200_2)의 출력 효율이 낮음을 시각적 및/또는 청각적으로 알릴 수 있다.
또는, 가열 장치(100)는 도 4의 메모리(70)에 저장된 피가열체들의 공진 주파수들에 대한 정보에 기초하여, 지정 주파수와 가까운 공진 주파수를 갖는 피가열체를 사용자에게 시각적 및/또는 청각적으로 알릴 수 있다. 예를 들어, 가열 장치(100)는 도 4의 메모리(70)에 저장된 피가열체들 중 공진 주파수가 21kHz인 피가열체들(M1, M3)에 대한 정보를 사용자에게 시각적 및/또는 청각적으로 알릴 수 있다. 따라서, 사용자가 제2 피가열체(200_2) 대신 다른 피가열체들(M1, M3)을 사용할 수 있도록 사용자에게 시각적 및/또는 청각적으로 알릴 수 있다.
S50 단계에서, 가열 장치(100)는 지정 주파수로 복수의 발열체들, 예를 들어, 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2)를 동작시킬 수 있다. 즉, 지정 주파수의 스위칭 신호를 생성하여 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2) 각각에 지정 주파수의 교류 전원을 제공할 수 있다.
가열 장치(100)는 S40 단계를 수행한 후 S50 단계를 수행할 수 있다. 또는, 가열 장치(100)는 S40 단계 및 S50를 서로 병렬적으로 수행할 수도 있다. 또는, 가열 장치(100)는 복수의 발열체들 각각에 지정 주파수의 교류 전원을 제공함으로써 피가열체들을 가열한 후 온도 센서로부터 피가열체들의 온도 정보를 수신하여 피가열체들 각각의 출력 효율을 판단할 수 있으며, 판단된 출력 효율을 사용자에게 제공할 수도 있다.
본 개시에 따른 가열 장치(100)는 동일한 주파수로 복수의 발열체들을 동작시킴으로써, 복수의 발열체들이 동시에 동작 할 때 발생할 수 있는 소음이 감소될 수 있다. 또한, 가열 장치(100)는 상대적으로 출력 효율이 낮은 피가열체에 대한 정보를 사용자에게 제공함으로써, 사용자가 출력 효율이 높은 피가열체를 사용할 수 있도록 할 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, S10 단계에서, 가열 장치(100)는 배치된 복수의 피가열체들을 감지할 수 있다. S20단계에서, 가열 장치(100)는 감지된 복수의 피가열체들 각각의 공진 주파수를 검출할 수 있다. 예를 들어, 가열 장치(100)는 제1 피가열체(200_1)의 제1 공진 주파수(예를 들어, 21kHz) 및 제2 피가열체(200_2)의 제2 공진 주파수(예를 들어, 30kHz)를 검출할 수 있다.
S25 단계에서, 가열 장치(100)는 검출된 공진 주파수들 중 하나를 지정 주파수로 결정할 수 있다. 예를 들어, 가열 장치(100)는 제1 피가열체(200_1)의 제1 공진 주파수 및 제2 피가열체(200_2)의 제2 공진 주파수 중 제1 공진 주파수를 지정 주파수로 결정할 수 있다.
S30 단계에서, 가열 장치(100)는 복수의 피가열체들 각각의 공진 주파수를 지정 주파수와 비교할 수 있고, 복수의 피가열체들 각각의 공진 주파수와 지정 주파수의 차이 값이 기준 값을 초과하는 지 판단할 수 있다. 예를 들어, 가열 장치(100)는 제2 피가열체(200_2)의 제2 공진 주파수를 지정 주파수, 즉, 제1 공진 주파수와 비교할 수 있고, 제2 공진 주파수와 지정 주파수의 차이 값이 기준 값을 초과할 수 있다. S40 단계에서, 가열 장치(100)는 사용자에게 제2 피가열체(200_2)의 출력 효율이 낮음을 시각적 및/또는 청각적으로 알릴 수 있다.
또는, 가열 장치(100)는 도 4의 메모리(70)에 저장된 피가열체들의 공진 주파수들에 대한 정보에 기초하여, 지정 주파수와 가까운 공진 주파수를 갖는 피가열체를 사용자에게 시각적 및/또는 청각적으로 알릴 수 있다. 예를 들어, 가열 장치(100)는 도 4의 메모리(70)에 저장된 피가열체들 중 공진 주파수가 21kHz인 피가열체들(M1, M3)에 대한 정보를 사용자에게 시각적 및/또는 청각적으로 알릴 수 있다. 따라서, 사용자가 제2 피가열체(200_2) 대신 다른 피가열체들(M1, M3)을 사용할 수 있도록 사용자에게 시각적 및/또는 청각적으로 알릴 수 있다.
S50 단계에서, 가열 장치(100)는 지정 주파수인 제1 공진 주파수로 복수의 발열체들, 예를 들어, 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2)를 동작시킬 수 있다. 즉, 지정 주파수의 스위칭 신호를 생성하여 제1 발열체(10_1) 및 제2 발열체(10_2) 각각에 지정 주파수의 교류 전원을 제공할 수 있다.
가열 장치(100)는 S40 단계를 수행한 후 S50 단계를 수행할 수 있다. 또는, 가열 장치(100)는 S40 단계 및 S50를 서로 병렬적으로 수행할 수도 있다. 또는, 가열 장치(100)는 복수의 발열체들 각각에 지정 주파수의 교류 전원을 제공함으로써 피가열체들을 가열한 후, 온도 센서로부터 피가열체들의 온도 정보를 수신하여 피가열체들 각각의 출력 효율을 판단할 수 있으며, 판단된 출력 효율을 사용자에게 제공할 수도 있다.
본 개시에 따른 가열 장치(100)는 동일한 주파수로 복수의 발열체들을 동작시킴으로써, 복수의 발열체들이 동시에 동작 할 때 발생할 수 있는 소음이 감소될 수 있다. 또한, 가열 장치(100)는 상대적으로 출력 효율이 낮은 피가열체에 대한 정보를 사용자에게 제공함으로써, 사용자가 출력 효율이 높은 피가열체를 사용할 수 있도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 개시의 기술적 사상은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되지 않는다. 또한 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 가열 장치
10_1~10_3: 복수의 발열체들
20_1~20_3: 복수의 구동부들
30: 전원부
40: 사용자 인터페이스
50: 온도 센서
60: 제어부
70: 메모리

Claims (8)

  1. 제1 피가열체를 유도 가열하는 제1 발열체;
    상기 제1 피가열체와 상이한 제2 피가열체를 유도 가열하는 제2 발열체;
    상기 제1 발열체에 전원을 제공하는 제1 구동부;
    상기 제2 발열체에 전원을 제공하는 제2 구동부;
    상기 제1 피가열체 및 상기 제2 피가열체 각각의 출력 효율에 대한 정보를 포함하는 가열 장치의 동작에 관한 정보를 표시하는 사용자 인터페이스;
    서로 다른 피가열체들 각각의 공진 주파수에 대한 정보가 저장된 메모리; 및
    상기 제1 구동부, 상기 제2 구동부 및 상기 사용자 인터페이스를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 피가열체 및 상기 제2 피가열체가 감지되면, 상기 제1 피가열체의 제1 공진 주파수 및 상기 제2 피가열체의 제2 공진 주파수를 검출하고,
    상기 제어부는 지정 주파수와 상기 제2 공진 주파수의 차이 값이 기준 값을 초과하는 경우,
    상기 제2 피가열체에 대한 출력 효율이 낮음을 표시하도록 상기 사용자 인터페이스를 제어하고,
    상기 메모리에 저장된 상기 공진 주파수에 대한 정보에 기초하여, 상기 제2 피가열체 대신에 상기 지정 주파수와 가장 가까운 공진 주파수를 갖는 피가열체를 사용자에게 추천하도록 상기 사용자 인터페이스를 제어하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 지정 주파수의 전원을 상기 제1 발열체 및 상기 제2 발열체 각각에 제공하도록 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 피가열체에 대한 출력 효율 정보를 표시하도록 상기 사용자 인터페이스를 제어한 후, 상기 지정 주파수의 전원을 상기 제1 발열체 및 상기 제2 발열체 각각에 제공하도록 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 피가열체에 대한 출력 효율 정보를 표시하도록 상기 사용자 인터페이스를 제어하는 동작 및, 상기 지정 주파수의 전원을 상기 제1 발열체 및 상기 제2 발열체 각각에 제공하도록 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부를 제어하는 동작을 서로 병렬적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 메모리에 저장된 상기 공진 주파수에 대한 정보에 기초하여 상기 지정 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 지정 주파수는 상기 제1 공진 주파수와 동일한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
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JP5844017B1 (ja) * 2014-04-16 2016-01-13 三菱電機株式会社 誘導加熱調理器およびその制御方法

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