KR102231634B1 - 전자레인지 - Google Patents

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KR102231634B1
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electromagnetic element
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지오프로이 레로세이
마시아스 핑크
나데제 카이나
마티유 두프레
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상뜨르 나시오날 드 라 리쉐르쉐 샹띠피끄
유니베르시떼 빠리 디데롯- 빠리 7
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Abstract

가열을 위해 재료가 놓여질 수 있는 캐비티(3) 및 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론(14)을 포함하는 전자레인지가 개시된다. 상기 전자레인지는, 상기 마이크로웨이브들로 상기 캐비티와 상호작용하도록 되어 있는 전자기 요소(21) 및 가열 시간 동안 상기 전자기 요소의 임피던스를 변경하기 위해 제어 신호를 상기 전자기 요소에 제공하는 제어 유닛을 더 포함한다.

Description

전자레인지{A MICROWAVE OVEN}
본 발명은 전자레인지, 특히, 캐비티 내부에서 가열이 전기적으로 그리고 실질적으로 균일한 전자레인지에 관한 것이다.
본 발명은, 정확하게,
- 가열을 위해 재료가 위치할 수 있는 캐비티(cavity)(3)와;
- 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론(magnetron)(14)를 포함하고, 상기 마그네트론은, 상기 마이크로웨이브를 상기 마그네트론으로부터 상기 캐비티로 전파(propagation)하기 위해 상기 캐비티와 통신하는 전자레인지에 관한 것이다.
전자레인지는 때때로 재료를 불균일하게 가열하게 되는 데, 이는, 마이크로웨이브 방출이 상기 캐비티 내부에서 균일하게 분포되지 않기 때문이다. 상기 마이크로웨이브들은 상기 내부의 지속적인 전자기 웨이브들이다. 상기 캐비티 내의 전자기장은 그 세기에서 상당한 변화들을 갖고, 상기 전자기 에너지를 집중시키는 노드들 및 매우 작은 전기 에너지를 갖는 안티노드들을 형성한다. 이는 상기 캐비티 내부의 하나의 위치에서 다른 위치로의 열의 변화들을 발생시킨다.
전자레인지 내부에 놓여지는 재료의 균일한 가열을 위해, 다음의 솔루션들이 사용된다:
- 상기 캐비티 내부의 재료를 회전시키기 위한 턴테이블 디바이스의 사용; 특허 출원 US 2006/151491은 그와 같은 턴테이블 디바이스의 일 예를 제공함: 또는
- 소스 전자기장을 변화시켜 지속적인 마이크로웨이브들의 위치들을 변경하도록 도파관 내의 회전하는 안테나, 교반기의 사용; 특허 출원 US 2005/184067 및 US 2006/289534는 교반기를 갖는 그와 같은 전자레인지의 예들을 제공한다.
이러한 모든 솔루션들은 양호하지만, 계속해서 향상시킬 요구가 존재한다.
본 발명의 하나의 목적은, 상기 캐비티 내부에서 균일한 가열을 가질 수 있는 전자레인지를 제공하는 것이다.
이를 위해, 상기 전자레인지는:
상기 마이크로웨이브들로 상기 캐비티와 상호작용하도록 되어 있는 전자기 요소(21) - 상기 전자기 요소는 변경될 수 있는 임피던스를 갖고 - 와; 그리고
가열 시간 동안 상기 전자기 요소의 임피던스를 변경하기 위해 제어 신호를 상기 전자기 요소에 제공하는 제어 유닛(17)를 더 포함한다.
이러한 특징들로 인해, 상기 캐비티 내부의 지속적인 웨이브들은 변경될 수 있다. 상기 전기적인 필드 노드들 및 안티노드들의 캐비티 내의 위치들은 가열 시간동안 변할 수 있다. 가열 시간 후, 상기 캐비티 내부의 각각의 볼륨 요소는 전자기 파들에 대한 여러 노출의 구성들(여러 크기들)을 경험한다. 상기 재료의 가열은 더욱 균일하다. 상기 캐비티 내부의 어떤 볼륨 요소도 가열 시간의 전체 기간 동안 최소의 전자기 에너지에 노출되지 않도록, 안티노드들의 위치(최소 전자기 에너지에 대응함)는 시간에 걸쳐 상기 캐비티의 내부로 이동된다. 그때 재료는, 가열이 안되는 부분들을 포함하지 않는다.
상기 전자레인지의 여러 실시예들에서, 하기의 특징들 중 하나 그리고/또는 다른 하나는 선택적으로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 전자기 요소는 상기 캐비티의 내부 표면상에 위치되고, 상기 내부 표면은 상기 캐비티의 내부 벽 및 상기 캐비티를 닫는 문을 포함하는 리스트에서 선택된다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 전자기 요소는 상기 캐비티의 내부, 예를 들어, 선반 상에 위치된다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 전자기 요소는 평평하고, 그리고 5mm보다 작은 두께, 바람직하게는, 3mm보다 작은 두께를 갖는다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 전자기 요소는 다이오드를 포함하고, 상기 다이오드는 공진기 요소(resonator element)에 대해 제1 단부에서 연결되고 그리고 상기 제어 신호가 공급되는 입력 포트에 대해 제2 단부에서 연결된다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 마그네트론에 의해 발생되는 상기 마이크로웨이브는 작업 주파수를 가지고,
상기 전자기 요소는:
제1 주파수에서 공진(resonance)을 갖는 제1 공진기 요소 - 상기 제2 주파수는 상기 작업 주파수에 가까우며 - 와; 그리고
제2 주파수에서 공진을 갖는 제2 공진기 요소를 포함하고,
상기 제2 주파수는, 가변의 전자 컴포넌트에 의해, 상기 작업 주파수로부터 상기 작업 주파수에서 떨어진 주파수까지 조정가능하다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 가변 전자 컴포넌트는 다이오드 또는 커패시터 또는 트랜지스터이다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 제어 신호는 2진 신호이다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 제어 신호는 시간에 대해 랜덤한 특성을 갖는다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 제어 신호는, 랜덤 신호, 의사-랜덤 신호, 의사-랜덤 2진 신호를 포함하는 리스트에서 선택된다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 제어 신호는 시간에 대해 주기적인 신호이고, 상기 주기적인 신호는 가열 시간 동안 100개보다 많은 값들을 포함한다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 전자레인지는 상기 캐비티 내부의 센서를 더 포함하고, 상기 제어 신호는, 상기 센서에 의해 감지된 신호에 기초하여 상기 제어 유닛에 의해 결정된다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 센서는 열 센서이다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 전자레인지는, 상기 캐비티 내부의 복수의 센서들을 더 포함하고, 상기 제어 신호는, 상기 복수의 센서들에 의해 감지되고 전달되는 신호에 기초하여 상기 제어 유닛에 의해 결정된다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 전자레인지는 복수의 전자기 요소들을 포함하고, 상기 전자기 요소들 각각은 상기 캐비티 내부와 마이크로웨이브들로 상호작용하도록 되어있고 그리고 상기 전자기 요소들 각각은 변경될 수 있는 임피던스를 가지며, 그리고 상기 제어 유닛은 복수의 제어 신호들을 제공하고, 각 제어 신호는 상기 복수의 전자기 요소들 중 하나의 전자기 요소에 적용된다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 전자레인지는, 상기 캐비티의 제1 내부 표면에 위치되는 제1 전자기 요소 및 상기 캐비티의 제2 내부 표면에 위치되는 제2 전자기 요소를 포함하고, 상기 제1 내부 표면 및 상기 제2 내부 표면은, 상기 캐비티의 내부 벽 및 상기 캐비티를 닫는 문을 포함하는 리스트에서 선택되고, 상기 제2 내부 표면은 상기 제1 내부 표면과 서로 다르다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 복수의 전자기 요소들은 적어도 하나의 패널로 구성되고, 상기 패널은 상기 캐비티의 내부 표면상에 위치되며, 상기 내부 표면은, 상기 캐비티의 내부 벽 및 상기 캐비티를 닫는 문을 포함하는 리스트에서 선택된다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 패널은 실질적으로 직사각형의 플레이트(plate)이다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 패널은 전자기 요소들의 매트릭스 또는 격자를 포함한다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 복수의 전자기 요소들은, 모두 동일하고 그리고 상기 캐비티의 내부 표면들 상의 또는 상기 캐비티의 내부의 서로 다른 위치에 존재한다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 복수의 전자기 요소들 중 적어도 2개는, 서로 다르고 그리고 상기 캐비티의 내부 표면들 상의 또는 상기 캐비티의 내부의 서로 다른 위치에 존재한다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 복수의 제어 신호들은 서로에 대해 관련이 없다.
본 발명의 일 양상에서, 상기 캐비티 내부의 센서를 더 포함하고, 그리고 상기 제어 신호들은 상기 센서에 의해 감지된 신호에 기초하여 상기 제어 유닛에 의해 결정된다.
본 발명의 다른 피처들 및 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 예에 의해 주어진 실시예들 중 적어도 하나의 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
- 도 1은 전자레인지의 투시도이다.
- 도 2는 본 발명에 따른 전자레인지의 캐비티(cavity) 및 전자 컴파트먼트(electric compartment)의 투시도이다.
- 도 3는 도 2의 전자레인지에서 사용될 수 있는 전자기 요소의 제1 예의 투시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2의 전자레인지에서 사용될 수 있는 제2 예의 전자기 요소들의 상면 및 측면도이다.
여러 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 요소들을 나타내기 위해 사용된다.
도 1 및 도 2 상에서 도시된 것처럼, 전자레인지(1)는:
- 재료를 가열하기 위해 상기 캐비티에 놓여있는 상기 재료를 가열하는 캐비티(3) 및 상기 캐비티(3) 측면의 전자 컴파트먼트(4)를 갖는 케이스(2); 및
- 상기 캐비티를 열고 닫기 위해 케이스의 한 면에 여닫게 접속되어 있는 문(5)를 포함하고, 상기 문이 닫혀있을 때 사용자가 상기 캐비티 내부를 볼 수 있도록 상기 문은 경우에 따라 창문(6)을 포함한다.
상기 캐비티(3)는 일반적인 평행육면체 형태를 갖고 그리고 하부 벽(7), 상부 벽(8) 및 3개의 측면 벽들, 즉, 좌측면 벽(9), 우측면 벽(10) 및 후면 벽(11)을 포함한다. 이러한 모든 벽들은 상기 캐비티의 내벽들이다.
상기 하부 벽(7)은 가열하는 동안 상기 재료를 회전시키는 턴베이블 디바이스(12)를 선택적으로 장착할 수 있다.
전자 컴파트먼트(4)는:
- 전자레인지(1)를 제어하는 복수의 버튼들 및 경우에 따라 사용자에 정보들을 보여주는 디스플레이를 갖는 전면 패널(13);
- 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론(14);
- 상기 마그네트론(14)에 의해 발생된 마이크로웨이브를 상기 캐비티로 유도하는 도파관(15);
- 상기 마이크로웨이브들을 상기 캐비티 내부로 방사하기 위한 상기 도파관(15) 및 상기 캐비티(3) 사이의 개구부(16); 및
- 적어도 상기 가열 모드를 수용하기 위해 상기 전면 패널(13)에 연결되고 그리고 상기 재료의 가열을 제어하기 위해 상기 마그네트론(14)에 연결되는 제어 유닛(17)을 포함한다.
상기 전자레인지(1)는 또한 전자 에너지를 제어 유닛(17) 및 마그네트론(14)에 공급하는 전원을 포함한다.
상기 캐비티(13) 내부에 놓여있는 재료는, 마이크로웨이브들을 통해 가열될 수 있는 어떤 재료, 예를 들어, 음식, 물 등일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자레인지(1)는 마이크로웨이브로 상기 캐비티와 상호작용할 수 있는 적어도 하나의 전자기 요소(21)를 더 포함하고, 상기 전자기 요소(21)는 수정될 수 있는 전자기 임피던스를 갖는다.
상기 전자기 요소(21)는 마이크로웨이브들과 상호작용하도록 구성된다. 즉, 상기 마이크로웨이브를 반영하고 그리고/또는 전송하도록 구성된다. 전자기 임피던스의 수정은 (입사하는 마이크로웨이브에 관련된) 마이크로웨이브 진폭 및/또는 마이크로웨이브 위상을 변화시킨다.
추가적으로, 제어 유닛(17)은, 가열하는 동안 상기 전자기 요소의 전자기 임피던스를 수정하기 위해 전자기 요소(21)에 제어 신호를 제공한다.
가열 시간은, 제어 유닛(17)이 재료를 가열하기 위해 캐비티(3)의 내부의 마그네트론(14)에 의해 마이크로웨이브의 방출을 제어하는 동안, 제어 유닛(17)에 의해 제어되는 기간이다.
가열 시간동안 전자기 요소(21)의 임피던스 수정들로 인해, 상기 캐비티 내부의 전자기 경계 조건들은 수정되고, 전자기장 노드들 및 안티노드들의 캐비티 내의 위치들은 여러번 움직여질 수 있다.
지속적인 마이크로웨이브들은, 비교적 빠른 속도로, 즉, 몇 마이크로초도 안되는 짧은 기간에서 또는 심지어 1 마이크로초보다 짧은 기간에서 상기 캐비티 내에서 설정된다. 가열 시간동안, 예를 들어, 매 밀리초들 동안 전자기 요소(21)의 임피던스를 수정하는 것이 가능할 수 있다. 제어 신호는, 이러한 가열 시간동안, 1000보다 큰 값들, 또는 10,000보다 큰 값들을 포함할 수 있다. 상기 가열은, 이후, 더 일관되거나 또는 규일화된다.
이러한 지속적인 마이크로웨이브들은 축적된 에너지를 증가시키고 그리고 가열을 증가시킨다. 하지만, 상기 전자기 안티노드들은 전자기 에너지(세기)의 낮은 레벨을 누적하는 캐비티 내부에 특정 위치들을 야기한다. 이러한 특정 위치들, 상기 캐비티 내부의 다른 위치들과 비교하여 낮은 가열 특성들을 갖는다. 상기 재료의 가열은 상기 재료의 내부의 각 위치에서 전자기 에너지의 시간의 합에 연관된다. 그때, 전자기장 노드들 및 안티노드들을 움직이는 것은 재료의 균일한 가열을 갖는 것으로 인해 일반적으로 유익하다.
전자기 요소(21)는, 상기 위치에서, 전자기파장에 대한 하기의 조건
- 전자기 요소가 완전한 전기 도전체라면, 널(null)인 접선의 전기장,
- 전자기 요소가 높은 임피던스 요소라면, 널인 접선의 자기장, 또는
- 다른 어떤 전자기 조건 중 어느 하나를 구현할 수 있다.
상기 전자기 요소(21)는 임피던스를 수정하기 위한 여러 설계들에 따라 설계될 수 있다.
변형에 따라, 전자기 요소(21)는 가변의 커패시터를 포함할 수 있고, 상기 가변의 커패시터는 제어 신호를 통해 주어지는 제어 전기 포텐셜에 의해 제어가능하다.
변형에 따라, 전자기 요소(21)는, 공진기 요소에 연결되는 제1 단부 및 제어 신호가 공급되는 입력 포트에 연결되는 제2 단부를 다이오드를 포함할 수 있다.
변형에 따라, 전자기 요소(21)는 2개의 개별적인 공진기 요소들을 포함한다. 제1 공진기는 제1 주파수(f 1 )에서 공진을 시키고 그리고 제2 공진기는 제1 주파수와 상이한 제2 주파수(f 2 )에서 공진을 시키며, 상기 제2 주파수(f 2 )는 또한, 가변의 커패시터 또는 가변의 다이오드와 같은 가변의 전기 컴포넌트에 의해 조정가능하다. 그와 같은 전자기 요소(21)는, 상기 제2 주파수(f 2 )가 상기 제1 주파수(f 1 )가 가까운지 또는 먼지에 따라 양의 부호 또는 음의 부호를 갖는 입사하는 파(마이크로웨이브)를 반사하는 것이 가능하다.
변형에 따라, 전자기 요소(21)는 단일 분극 타입 또는 2개의 분극 타입들을 갖는다. 제2 경우에서, 전자기 요소(21)는 제1 및 제2 분극 타입들의 전자기 요소들을 포함한다. 상기 전자기 요소(21)는 그때 분극 타입에 대응하는 입사파와 상호작용할 수 있다.
변형에 따라, 전자기 요소(21)는, 단일 공진 주파수 또는 2개의 이상의 복수의 공진 주파수들을 갖는다. 전자기 요소(21)는 이후, 단일 주파수 범위 또는 단일 주파수 대역, 또는 다수의 경우들에서 주파수들의 근접성에 따른 복수의 주파수 대역들을 제어하는 것을 가능하게 한다. 전자기 요소(21)는 미리결정된 주파수 대역에 걸쳐 입사하는 파장과 상호작용할 수 있고, 상기 미리결정된 주파수 대역은, 공진기 요소들의 설정이 이러한 주파수 대역을 덮으면 넓은 주파수 대역일 수 있다.
변형에 따라, 전자기 요소(21)는 단지 2개의 서로 다른 상태들을 포함할 수 있다. 상기 전자기 요소(21)는 그 결과 2진 요소이다. 상기 2개의 상태들은 입사하는 파에 관련하여 수정된 파의 위상 변이일 수 있거나, 입사하는 파에 관련하여 수정된 파의 진폭 변이일 수 있다. 이러한 2개의 상태들로 인해, 전자기 요소(21)는 제어하기 매우 쉽다.
위상 변이들의 경우에서, 전자기 요소(21)는, 상기 입사파에 관련하여 위상 변이를 갖는 수정된 파로 상기 입사파를 반사하거나 또는 전송할 수 있고, 상기 위상 변이는 바람직하게 제1 상태(수정된 파는 수정된 위상을 갖지 않는 것을 의미함)에 대한 영인 라디안 및 제2 상태(수정된 파는 π 라디안의 변이된 위상을 갖는, 즉, 반대 파인 것을 의미함)에 대한 π 라디안들이다.
대안으로, 상기 위상 변이는 제1 상태에 대한 알파 라디안들(알파는 영과 π사이의 각 값이다) 및 제2 상태에 대한 알파+ π 라디안들이다.
진폭 위상의 경우에서, 전자기 요소(21)는 입사파에 관련된 진폭 변이(증폭 계수)를 갖는 수정된 파로 입사파를 반사할 수 있거나 전송할 수 있고, 상기 진폭 변이는 바람직하게 제1 상태(수정된 파가 널임을 의미함)에 대하여 0이고, 제2 상태(상기 수정된 파가 입사파에 대해 동일한 것을 의미함)에 대하여 1인다.
추가적으로, 2개보다 많은 상태들은 또한 더욱 유연함을 갖는 것으로 사용될 수 있다.
전자기 요소(21)는, 예를 들어, 평면형을 갖는 전기 또는 전자 컴포넌트이다.
전자기 요소(21)는, 캐비티의 어떤 내부 표면에 위치될 수 있다(예를 들어, 전자기 요소(21)는 상기 표면의 일부 요소들에 고정되거나, 붙거나 또는 통합된다). 상기 내부 표면은, 상기 캐비티의 내부 벽, 예를 들어, 하부 벽(7), 상부 벽(8), 좌측면 벽(9), 우측면 벽(10) 및 후면 벽(11)일 수 있거나 또는 상기 전자레인지의 문(5)일 수 있다. 상기 전자기 요소(21)는, 투명할 수도 또는 아닐 수도 있다. 예를 들어, 상기 문 프레임은 상기 문(5) 내부에 위치하거나 또는 통합되는 상기 전자기 요소(21)를 마스킹할 수 있다.
경우에 따라, 상기 전자기 요소(21)는 상기 캐비티 자체 내부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자기 요소(21)는 상기 캐비티를 2개 이상의 컴파트먼트들로 분리하는 선반 내부에 또는 선반 상에 통합될 수 있다. 상기 전자기 요소는 작은 두께, 예를 들어, 5mm보다 작고, 바람직하게는 3mm보다 작은 두께를 갖는다.
제어 유닛(17)은, 시간에 대한 랜덤한 특성을 포함하는 전자기 요소(21)에 제어 신호를 제공할 수 있다. 이러한 신호는 시간에 대해 랜덤하게 변한다.
상기 제어 신호의 랜덤한 시간 변동은, 상기 전자기 요소(21)의 전자기 임피던스가 항상 가열 시간 동안 변화함을 명확하게 한다. 이러한 것들은, 시간이 흐르는 동안, 상기 캐비티(3) 내의 전자기장을 변화시키고, 따라서, 어떤 정상 상태(steady state)도 상기 캐비티 내에서 일어나지 않을 수 있다. 상기 캐비티(3) 내의 가열은 상기 캐비티의 체적 내부에서 더욱 균일하다.
유리하게, 상기 제어 신호는, 랜덤 신호, 의사-랜덤 신호 및 의사-랜덤 이진신호를 포함하는 리스트에서 선택된다.
선택적으로, 상기 제어 신호는 시간에 대해 주기적인 신호이다. 상기 제어 신호는 제어 유닛에 의해 기억된 1000개보다 많은 서로 다른 값들을 포함할 수 있다. 이러한 값들을 판독하기 위한 타임 레이트(time rate)는 또한 상기 제어 유닛에서 미리결정된다. 상기 값들 및 상기 타임 레이트는 상기 전자레인지 상에서 사용자에 의해 프로그래밍되는 가열 모드에 의존할 수 있다.
경우에 따라, 제어 신호는 단지 2개의 상태들을 갖는, 예를 들어, 0 볼트 상태 및 5 볼트 상태를 2진 신호이고, 그러한 2진 신호는, 예를 들어, 단순한 로직 회로 또는 마이크로제어기 또는 어떤 제어 유닛 회로를 통해 제공된다. 따라서, 본 발명의 제어된 전자기 요소는, 비용이 많이 들지 않거나 균일하게 가열하는 종래의 솔루션보다 덜 비용이 든다.
(도 2에 도시된 것처럼) 일 실시예에 따라, 전자레인지는 복수의 전자기 요소들(21)을 포함할 수 있고, 각 전자기 요소는 상기 캐비티 내부의 마이크로웨이브들과 상호 작용하도록 구성되며 그리고 각 전자기 요소는 변경될 수 있는 임피던스를 가진다. 제어 유닛(17)은 동일하거나 또는 바람직하게는 서로 다른 제어 신호를 복수의 전자기 신호들(21)의 각각에 제공한다.
각각의 제어 신호(각 전자기 요소에 대한 하나의 제어 신호)는, 상기에서 서술된 것처럼 시간에 대해 그리고 상기 복수의 전자기 요소들에 대해 유리하게 랜덤 또는 주기적 신호이다.
상기 캐비티 내부의 전자기장은 가열 시간 동안 많이 변화된다. 예를 들어, 전자기장(전자기 장 노드들 및 안티노드들의 위치들)은 가열 시간 동안 100번 이상, 경우에 따라서는 1000번 이상 변화된다. 이후, 상기 전자기 에너지는 상기 캐비티의 체적 내부에 더 균일하게 확산되고(균질화됨), 그리고 그때, 상기 재료의 가열은 더욱 균일하다.
각 전자기 요소(21)의 임피던스가 복수의 전자기 요소들 중 다른 전자기 요소에 대해 독립적으로 변경될 수 있도록 상기 제어 신호들은 유리하게 상관없는 신호들이다. 이후, 상기 캐비티 내부에서의 가열의 균일성이 향상된다.
예를 들어, 상기 전자레인지는:
- 상기 캐비티의 제1 내부 표면상에 위치되는 제1 전자기 요소(21a)(상기 언급된 리스트 중 어느 하나), 그리고
- 상기 캐비티의 제2 내부 표면상에 위치되는 제2 전자기 요소(21b)를 포함할 수 있고, 상기 제2 내부 표면은 상기 제1 내부 표면과 다르다.
내부 표면(또는 내부 벽) 상에 위치되는 전자기 요소들(전자기 요소들의 그룹)은 하나의 패널(20a)에 조직화될 수 있고, 상기 패널(20a)은 상기 캐비티(3)의 내부 표면상에 위치된다. 이후, 상기 그룹 또는 복수의 전자기 요소들(21)의 설치는 용이하게 된다.
예를 들어, (도 2에서 도시된 것처럼), 전자레인지(1)는 제1 패널(20a) 및 제2 패널(20b)을 포함할 수 있고 그리고 각각은 복수의 전자기 요소(21)로 구성된다. 모든 전자기 요소들(21)은 제어 신호에 의해 제어 유닛(17)에 의해 제어된다. 상기 제어 신호들은 병렬로 또는 직렬로 설정될 수 있고 그리고 멀티플렉싱될 수 있다.
패널들(20a, 20b)은 전자레인지(1)의 제어 유닛(17)에 접속되고 그리고 상기 제어 유닛(17)에 의해 제어되는 전자기 활성 표면 컴포넌트(20)를 형성한다.
각 패널(20a, 20b)은 예를 들어, 실질적으로 직사각형 평면이다.
각 패널(20a, 20b)는 전자기 요소들(21)의 매트릭스를 포함할 수 있고, 상기 매트릭스는 로우들(rows) 및 컬럼들(colomns)로 구성된다. 경우에 따라서는, 상기 패널들은 정의된 패턴에 따라 조직화된 전자기 요소들(21)의 격자를 포함한다. 많이 알려진 패턴들이 존재한다.
또한, 상기 전자레인지는 상기 캐비티 내부에 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 제어 신호(들)은 상기 센서에 의해 감지된 신호에 기초하여 상기 제어 유닛(17)에 의해 결정된다. 상기 센서는 열 또는 전자기 센서일 수 있다. 경우에 따라, 상기 제어 신호들을 결정하기 위한 복수의 센서들을 포함할 수 있다. 상기 제어 유닛(17)에 의해 구현되는 알고리즘은, 상기 감지된 신호(들)에 대한 어떤 최적(최대) 알고리즘일 수 있다.
도 3은 전자레인지의 내부에서 사용될 수 있는 전자기 요소(21)의 설계의 일 예를 도시한다.
전자기 요소(21)는 예를 들어, 평면형 공진기이고 그리고 제어가능한 위상 변이를 갖는 상기 웨이브들을 반사할 수 있다. 전자기 요소(21)는 접지 평면상에 위치되는 공진기들을 포함할 수 있는바, 이는 공진기들이 어떤 방식으로 벽들(열악한 것일지라도 접지 평면들일 수 있음)상에 위치될 것이기 때문이다. 간략화를 위해, 이전 위상 변형의 가장 간단한 형태, 즉, 상기 웨이브들을 양으로 또는 음으로 반사하는 2 상태 공진기를 선택한다.
이를 위해, 상기 전자기 요소(21)는, 예를 들어, 전자 회로를 사용하여 변이될 수 있는 공진 주파수(f ref )를 나타내는 공진기를 포함한다. 상기 공진 주파수(f ref )가 작업 주파수(f 0 )에 대응하는 것으로 설정되면, 상기 공진기는 π 위상 변이를 갖는 이러한 주파수에서 상기 파들을 반사한다. 공진 주파수가 f 0 에서 멀어지도록 변이되면, 공진기는 투과적이고 상기 접지 평면은 0 위상 변이를 갖는 파들을 반사한다. 본 경우에서, 동작 주파수는 f 0 = 2.47 GHz 근처이다. 즉, 6cm이다.
도 3 상에서, 상기 설계는, 덜 복잡하고, 그리고 2개가 강력하게 결합되거나 또는 혼합된 공진기들로 구성된다. 제1 공진기(21a)는 반사 공진기로 언급되고, 그리고 공진 주파수(f ref )가 작업 주파수(f 0 )로 설정되는 짧은 축을 따라 극성화되는 반면 제2 공진기(21b)는 기생 스트립 공진기로서, 공진 주파수(f par )가 다이오드(21c)를 사용하여 작업 주파수(f 0 )로부터 고주파수(f 1 )로 전기적으로 조정될 수 있다. 그렇게 함으로써, 공진 주파수(f par )가 고주파수(f 1 )로 설정될 때, 상기 반사기 공진 주파수(f par )는 변경되지 않고 그리고 반사기는 π 위상 변이(π-상태)를 갖는 파들을 반사한다. 반대로, 상기 공진 주파수(f par )가 작업 주파수(f 0 )로 변이될 때, 2개의 공진기들은 혼합되고 그리고 f 0 주변의 2개의 공진 주파수들 f- 및 f+를 나타내는 조광기가 생성된다. 이러한 상태에서, 작업 주파수(f 0 )에서, 상기 조광기는 또한 투과적이고 그리고 상기 파들은 0 위상 변이(0-상태)를 갖고 접지에 의해 반사된다.
이러한 설계는 주목할만한 장점들을 가진다: 상기 전자기 요소(21)의 반사 특성들은, 전자기 컴포넌트들의 손실들 및 임피던스 변화들 모두에 민감하지 않고 그리고 기생 공진기에만 배치되는 땜납에도 민감하지 않다.
도 4a 및 도 4b는, 상기 전자레인지 내부에서 사용될 수 있는 전자기 요소(21)의 설계의 제2 예이다. 상기 도 4a 및 도 4b는, 전자기 요소들(21)의 매트릭스 또는 격자를 갖는 패널(20a)을 도시한다. 이러한 종류의 패널은 높은 임피던스 표면으로 알려진다. 상기 전자기 요소들(21)은 도전성 표면(21a)(접지 표면) 위에 설정되고 그리고 표편파들의 전파(propagation)를 수정한다.
상기의 예에서, 머시룸(mushroom)을 갖는 상기 전자기 요소들(21)의 각각은, 도전성 표면(21a)으로부터 연장하여 형성되고, 플레이트(plate)(21a)를 지지하는 실질적으로 수직인 필러(21d)를 포함한다. 상기 필러(21d)는 인덕터로서 동작하는 반면에 이웃하는 플레이트들은 커패시터로서 동작하여, 각 전자기 요소(21)는 이웃하는 것과 결합되는 공진 LC 회로로서 동작한다.
도 4b상에서 도시된 것처럼, 각 전자기 요소(21)는(상부 플레이트(21e)의 단부)는, 예를 들어, 상기 전자기 요소(21)의 임피던스를 변화시키도록 도전성 플레이트(21a) 또는 어떤 가변의 전자 컴포넌트(다이오드, 트랜지스터, 커패시터)를 통해 도전성 표면(21a)에 연결된다. 입력 포트 V에 의해 제어되는 가변의 전자 컴포넌트의 도전성에 따라, 상기 전자기 요소(21)는, 여러 상태들, 예를 들어, 완전한 전자 컨덕터(PEC) 행위로부터 완전한 자기 컨덕터(PMC) 행위로 스위칭될 수 있다.

Claims (23)

  1. 전자레인지로서,
    가열을 위해 재료가 위치할 수 있는 캐비티(cavity)(3)와;
    마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론(magnetron)(14)를 포함하고,
    상기 마그네트론은, 상기 마이크로웨이브를 상기 마그네트론으로부터 상기 캐비티로 전파(propagation)하기 위해 상기 캐비티와 통신하며,
    상기 전자레인지는:
    상기 캐비티의 내부에 배치되고 그리고 상기 마이크로웨이브들로 상기 캐비티와 상호작용하도록 되어 있는 전자기 요소(21) - 상기 전자기 요소는 변경될 수 있는 임피던스를 갖고 - 와; 그리고
    가열 시간 동안 상기 전자기 요소의 임피던스를 변경하기 위해 제어 신호를 상기 전자기 요소에 제공하는 제어 유닛(17)를 더 포함하는 것을 특징으로하는
    전자레인지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 요소는 상기 캐비티의 내부 표면상에 위치되고, 상기 내부 표면은 상기 캐비티의 내부 벽 및 상기 캐비티를 닫는 문을 포함하는 리스트에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 요소(21)는 상기 캐비티의 내부의 선반(shelf) 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 요소(21)는 평평하고, 그리고 5mm보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 요소(21)는 다이오드를 포함하고, 상기 다이오드는 공진기 요소(resonator element)에 대해 제1 단부에서 연결되고 그리고 상기 제어 신호가 공급되는 입력 포트에 대해 제2 단부에서 연결되는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트론에 의해 발생되는 상기 마이크로웨이브는 작업 주파수(working frequency)(f0 )를 가지고,
    상기 전자기 요소(21)는:
    제1 주파수(f1 )에서 공진(resonance)을 갖는 제1 공진기 요소 - 상기 제1 주파수는 상기 작업 주파수에 가까우며 - 와; 그리고
    제2 주파수(f2 )에서 공진을 갖는 제2 공진기 요소를 포함하고,
    상기 제2 주파수는, 가변의 전자 컴포넌트에 의해, 상기 작업 주파수로부터 상기 작업 주파수에서 떨어진 주파수까지 조정가능한 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가변의 전자 컴포넌트는 다이오드 또는 커패시터 또는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호는 2진 신호인 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호는 시간에 대해 랜덤한 특성을 갖는 신호인 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 신호는, 랜덤 신호, 의사-랜덤 신호, 의사-랜덤 2진 신호를 포함하는 리스트에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호는 시간에 대해 주기적인 신호이고, 상기 주기적인 신호는 가열 시간 동안 100개보다 많은 값들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티 내부의 센서를 더 포함하고, 상기 제어 신호는, 상기 센서에 의해 감지된 신호에 기초하여 상기 제어 유닛(17)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 센서는 열 센서인 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티 내부의 복수의 센서들을 더 포함하고, 상기 제어 신호는, 상기 복수의 센서들에 의해 감지되고 전달되는 신호에 기초하여 상기 제어 유닛(17)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전자레인지는 복수의 전자기 요소들(21)을 포함하고, 상기 전자기 요소들(21) 각각은 상기 캐비티 내부와 마이크로웨이브들로 상호작용하도록 되어있고 그리고 상기 전자기 요소들(21) 각각은 변경될 수 있는 임피던스를 가지며, 그리고 상기 제어 유닛(17)은 복수의 제어 신호들을 제공하고, 각 제어 신호는 상기 복수의 전자기 요소들(21) 중 하나의 전자기 요소에 적용되는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전자레인지는, 상기 캐비티의 제1 내부 표면에 위치되는 제1 전자기 요소(21a) 및 상기 캐비티의 제2 내부 표면에 위치되는 제2 전자기 요소(21b)를 포함하고, 상기 제1 내부 표면 및 상기 제2 내부 표면은, 상기 캐비티의 내부 벽 및 상기 캐비티를 닫는 문을 포함하는 리스트에서 선택되고, 상기 제2 내부 표면은 상기 제1 내부 표면과 서로 다른 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 전자기 요소들은 적어도 하나의 패널로 구성되고, 상기 패널은 상기 캐비티의 내부 표면상에 위치되며, 상기 내부 표면은, 상기 캐비티의 내부 벽 및 상기 캐비티를 닫는 문을 포함하는 리스트에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 패널은 실질적으로 직사각형의 플레이트(plate)인 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 패널은 전자기 요소들의 매트릭스 또는 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 전자기 요소들은, 모두 동일하고 그리고 상기 캐비티의 내부 표면들 상의 또는 상기 캐비티의 내부의 서로 다른 위치에 존재하는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 전자기 요소들 중 적어도 2개는, 서로 다르고 그리고 상기 캐비티의 내부 표면들 상의 또는 상기 캐비티의 내부의 서로 다른 위치에 존재하는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 제어 신호들은 서로에 대해 관련이 없는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 캐비티 내부의 센서를 더 포함하고, 그리고 상기 제어 신호들은 상기 센서에 의해 감지된 신호에 기초하여 상기 제어 유닛(17)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전자레인지.
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