KR102306812B1 - 유도 가열 방식의 쿡탑 - Google Patents

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곽영환
조주형
손승호
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 케이스, 케이스의 상단에 결합되고 상면에 피가열 물체가 배치되는 상판부가 구비된 커버 플레이트, 상판부에 코팅되는 박막, 케이스 내부에 구비되는 제1 워킹 코일 및 제2 워킹 코일, 제1 워킹 코일과 연결되는 인버터, 제1 워킹 코일과 제2 워킹 코일 사이에 연결되는 제1 스위치를 포함할 수 있다. 제1 스위치는 제1 워킹 코일과 제2 워킹 코일의 직렬 연결 여부를 결정할 수 있다.

Description

유도 가열 방식의 쿡탑{INDUCTION HEATING TYPE COOKTOP}
본 개시는 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시는 박막이 코팅된 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것이다.
가정이나 식당에서 음식을 가열하기 위한 다양한 방식의 조리 기구들이 사용되고 있다. 종래에는 가스를 연료로 하는 가스 레인지가 널리 보급되어 사용되어 왔으나, 최근에는 가스를 이용하지 않고 전기를 이용하여 피가열 물체, 예컨대 냄비와 같은 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.
전기를 이용하여 피가열 물체를 가열하는 방식은 크게 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 나누어진다. 전기 저항 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열 물체(예를 들어, 조리 용기)에 전달함으로써 피가열 물체를 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 피가열 물체에 와전류(eddy current)를 발생시켜 피가열 물체 자체가 가열되도록 하는 방식이다.
최근에는 쿡탑(Cooktop)에 유도 가열 방식이 대부분 적용되고 있다.
한편, 유도 가열 방식의 쿡탑은 Dual Coil(예를 들어, Inner Coil과 Outer Coil의 결합)방식으로 구동될 수도 있다. 종래의 Dual Coil 구동 방식은 Inner Coil을 구동하는 인버터와 Outer Coil을 구동하는 인버터를 별도로 두어 Dual Coil의 출력을 정하게 된다.
이때, 각 Coil을 구동하는 별도의 인버터의 신호는 완전히 동기화 되어야 출력이 흔들리지 않게 쿡탑을 제어할 수 있다. 따라서, 종래의 워킹 코일 구동 방식은 출력을 제어하기 위해 인버터 신호를 동기화 하는 회로를 추가적으로 구성해야 하고, 이에 따라 회로 구성이 복잡해지는 문제점이 있었다.
한편, 각 Coil을 구동하는 별도의 인버터를 두지 않고 Inner Coil과 Outer Coil을 하나의 인버터로 구동하는 경우, 각 Coil을 선택적으로 구동 시킬 수 없는 문제가 있다. 따라서, 자성체 용기를 가열할 때, Inner Coil의 동작만으로 목표하는 가열 효과를 낼 수 있는 상황에서도 Outer Coil이 함께 동작하여 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
본 개시는 Dual Coil을 하나의 인버터로 구동하여도 자성체 용기에 대한 가열 효율이 떨어지는 문제를 최소화하는 장치를 제공하고자 한다.
본 개시는 자성체 및 비자성체를 모두 가열시킬 수 있는 유도 가열 방식의 쿡탑에 있어서 자성체 및 비자성체 각각에 대한 가열 효율이 떨어지는 문제를 최소화하고자 한다.
본 개시는 자성체 및 비자성체를 모두 가열시킬 수 있는 유도 가열 방식의 쿡탑에 있어서 피가열 물체의 종류를 센싱하지 않아도 자성체 및 비자성체 각각에 대한 가열 효율을 높일 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 복수의 워킹 코일들 사이에 연결되는 스위치부를 포함함으로써 하나의 인버터로 복수의 워킹 코일을 선택적으로 구동시킬 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 목표 파워와 출력 파워의 비교 결과에 따라 복수의 워킹 코일을 선택적으로 구동시킬 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 선택적으로 구동되는 복수의 워킹 코일에 의해 자기장 영역을 변경할 수 있다.
본 개시에 따르면, 복수의 워킹 코일을 구동하기 위해 복수의 인버터를 구비하지 않아도 가열 효율을 높일 수 있으므로, 제조 비용의 절감 및 구조의 단순화가 가능한 이점이 있다.
본 개시에 따르면, 하나의 인버터로 구동되는 복수의 워킹 코일을 선택적으로 구동하여 자기장을 박막 또는 자성체 용기로 집중시킬 수 있어, 자성체 및 비자성체 각각에 대한 가열 효율의 저하를 최소화함으로써 가열 성능을 높일 수 있는 이점이 있다.
본 개시에 따르면, 피가열 물체가 자성체인지 비자성체인지 감지하는 센서를 별도로 구비하지 않아도 가열 효율을 높일 수 있으므로, 제조 비용의 절감 및 구조의 단순화가 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑과 피가열 물체가 도시된 단면도이다.
도 3은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑과 피가열 물체가 도시된 단면도이다.
도 4 및 도 5는 박막의 두께와 스킨 뎁스(skin depth) 간 관계를 설명하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 피가열 물체의 종류에 따른 박막과 피가열 물체 간 임피던스 변화를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑의 회로도이다.
도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑의 박막의 형상이 도시된 예시 도면이다.
도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑의 워킹 코일부의 모습이 도시된 예시 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑의 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑이 동작하는 방법이 도시된 흐름도이다.
도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따라 제1 워킹 코일만 동작할 때 자기장의 결합 모습이 도시된 예시 도면이다.
도 15는 본 개시의 일 실시 예에 따라 제1 워킹 코일과 제2 워킹 코일이 모두 동작할 때 자기장의 결합 모습이 도시된 예시 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하도록 한다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다. 도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑과 피가열 물체가 도시된 단면도이다. 도 3은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑과 피가열 물체가 도시된 단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 케이스(25), 커버 플레이트(20), 워킹 코일부(WC), 박막(TL)을 포함할 수 있다.
케이스(25)에는 워킹 코일부(WC)가 설치될 수 있다.
참고로, 케이스(25)에는 워킹 코일부(WC) 외에 워킹 코일의 구동과 관련된 각종 장치(예를 들어, 교류 전력을 제공하는 전원부, 전원부의 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류부, 정류부에 의해 정류된 직류 전력을 스위칭 동작을 통해 공진 전류로 변환하여 워킹 코일에 제공하는 인버터부, 유도 가열 방식의 쿡탑(1) 내 각종 장치의 동작을 제어하는 제어 모듈, 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하는 릴레이 또는 반도체 스위치 등)가 설치될 수 있으나, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
커버 플레이트(20)는 케이스(25)의 상단에 결합되고, 상면에 피가열 물체(미도시)가 배치되는 상판부(15)가 구비될 수 있다.
구체적으로, 커버 플레이트(20)는 조리 용기와 같은 피가열 물체를 올려놓기 위한 상판부(15)를 포함할 수 있다.
여기에서, 상판부(15)는 예를 들어, 유리 소재(예를 들어, 세라믹 글래스(ceramics glass))로 구성될 수 있다.
또한, 상판부(15)에는 사용자로부터 입력을 제공받아 입력 인터페이스용 제어 모듈(미도시)로 해당 입력을 전달하는 입력 인터페이스(미도시)가 구비될 수 있다. 물론, 입력 인터페이스는 상판부(15)가 아닌 다른 위치에 구비될 수도 있다.
참고로, 입력 인터페이스는 사용자가 원하는 가열 강도나 유도 가열 방식의 쿡탑(1)의 구동 시간 등을 입력하기 위한 모듈로서, 물리적인 버튼이나 터치 패널 등으로 다양하게 구현될 수 있다. 또한 입력 인터페이스에는 예를 들어, 전원 버튼, 잠금 버튼, 파워 레벨 조절 버튼(+, -), 타이머 조절 버튼(+, -), 충전 모드 버튼 등이 구비될 수 있다. 그리고, 입력 인터페이스는 입력 인터페이스용 제어 모듈(미도시)에 사용자로부터 제공받은 입력을 전달하고, 입력 인터페이스용 제어 모듈은 전술한 제어 모듈(즉, 인버터용 제어 모듈)로 상기 입력을 전달할 수 있다. 또한 전술한 제어 모듈은 입력 인터페이스용 제어 모듈로부터 제공받은 입력(즉, 사용자의 입력)을 토대로 각종 장치(예를 들어, 워킹 코일)의 동작을 제어할 수 있는바, 이에 대한 구체적인 내용은 생략하도록 한다.
한편, 상판부(15)에는 워킹 코일부(WC)의 구동 여부 및 가열 세기(즉, 화력)가 화구 모양으로 시각적으로 표시될 수 있다. 이러한 화구 모양은 케이스(25) 내에 구비된 복수개의 발광 소자(예를 들어, LED)로 구성된 인디케이터(미도시)에 의해 표시될 수 있다.
워킹 코일부(WC)는 피가열 물체를 가열하기 위해 케이스(25) 내부에 설치될 수 있다. 워킹 코일부(WC)는 내부에 배치된 제1 워킹 코일(WC-1, Inner Coil)과 외부에 배치된 제2 워킹 코일(WC-2, Outer Coil)을 포함할 수 있다.
워킹 코일부(WC)는 전술한 제어 모듈(미도시)에 의해 구동이 제어될 수 있으며, 피가열 물체가 상판부(15) 위에 배치된 경우, 제어 모듈에 의해 구동될 수 있다.
또한 워킹 코일부(WC)는 자성을 띄는 피가열 물체(즉, 자성체)를 직접 가열할 수 있고, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(즉, 비자성체)를 후술하는 박막(TL)을 통해 간접적으로 가열할 수 있다.
그리고, 워킹 코일부(WC)는 유도 가열 방식에 의해 피가열 물체를 가열할 수 있고, 박막(TL)과 세로 방향(즉, 수직 방향 또는 상하 방향)으로 오버랩되도록 구비될 수 있다.
참고로, 도 1에는 1개의 워킹 코일부(WC)가 케이스(25)에 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 1개 또는 3개 이상의 워킹 코일부(WC)가 케이스(25)에 설치될 수도 있으나, 설명의 편의를 위해 본 개시의 실시예에서는, 1개의 워킹 코일부(WC)가 케이스(25)에 설치되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
박막(TL)은 피가열 물체 중 비자성체를 가열하기 위해 상판부(15)에 코팅될 수 있다. 박막(TL)은 워킹 코일부(WC)에 의해 유도 가열될 수 있다.
박막(TL)은 상판부(15)의 상면 또는 하면에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 박막(TL)은 상판부(15)의 상면에 코팅되거나, 도 3에 도시된 바와 같이 박막(TL)은 상판부(15)의 하면에 코팅될 수 있다.
박막(TL)은 워킹 코일부(WC)와 세로 방향(즉, 수직 방향 또는 상하 방향)으로 오버랩되도록 구비될 수 있다. 이에 따라, 피가열 물체의 배치 위치 및 종류에 상관없이 해당 피가열 물체에 대한 가열이 가능하다.
또한, 박막(TL)은 자성 및 비자성 중 적어도 하나의 특성(즉, 자성, 비자성, 또는 자성과 비자성 둘다)을 갖출 수 있다.
그리고, 박막(TL)은 예를 들어, 전도성 물질(예를 들어, 알루미늄)으로 이루어질 수 있고, 도면에 도시된 바와 같이, 서로 다른 직경의 복수개의 링이 반복되는 형상으로 상판부(15)에 코팅될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 박막(TL)은 전도성 물질이 아닌 다른 재질로 이루어질 수도 있다. 그리고, 박막(TL)은 서로 다른 직경의 복수개의 링이 반복되는 형상이 아닌 다른 형상으로 형성될 수도 있다.
참고로, 도 2 및 도 3에는 1개의 박막(TL)이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 복수개의 박막이 코팅될 수도 있으나, 설명의 편의를 위해 1개의 박막(TL)이 코팅되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
박막(TL)에 대한 보다 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
이어서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 단열재(35), 차폐판(45), 지지부재(50), 냉각팬(55) 중 적어도 일부 또는 전부를 더 포함할 수 있다.
단열재(35)는 상판부(15)와 워킹 코일부(WC) 사이에 구비될 수 있다.
구체적으로, 단열재(35)는 상판부(15)의 아래에 장착될 수 있고, 그 아래에는 워킹 코일부(WC)가 배치될 수 있다.
이러한 단열재(35)는 워킹 코일부(WC)의 구동에 의해 박막(TL) 또는 피가열 물체(HO)가 가열되면서 발생된 열이 워킹 코일부(WC)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
즉, 워킹 코일부(WC)의 전자기 유도에 의해 박막(TL) 또는 피가열 물체(HO)가 가열되면, 박막(TL) 또는 피가열 물체(HO)의 열이 상판부(15)로 전달되고, 상판부(15)의 열이 다시 워킹 코일부(WC)로 전달되어 워킹 코일부(WC)이 손상될 수 있다.
단열재(35)는 이와 같이, 워킹 코일부(WC)로 전달되는 열을 차단함으로써, 워킹 코일부(WC)가 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있고, 나아가 워킹 코일부(WC)의 가열 성능이 저하되는 것도 방지할 수 있다.
참고로, 필수적인 구성 요소는 아니지만, 스페이서(미도시)가 워킹 코일부(WC)와 단열재(35) 사이에 설치될 수도 있다.
구체적으로, 스페이서(미도시)는 워킹 코일부(WC)와 단열재(35)가 직접 접촉하지 않도록 워킹 코일부(WC)와 단열재(35) 사이에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 스페이서(미도시)는 워킹 코일부(WC)의 구동에 의해 박막(TL) 또는 피가열 물체(HO)가 가열되면서 발생된 열이 단열재(35)를 통해 워킹 코일부(WC)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
즉, 스페이서(미도시)가 단열재(35)의 역할을 일부 분담할 수 있는바, 단열재(35)의 두께를 최소화할 수 있고, 이를 통해 피가열 물체(HO)와 워킹 코일부(WC) 사이의 간격을 최소화할 수 있다.
또한 스페이서(미도시)는 복수개가 구비될 수 있고, 복수개의 스페이서는 워킹 코일부(WC)와 단열재(35) 사이에 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 후술하는 냉각팬(55)에 의해 케이스(25) 내부로 흡입된 공기는 스페이서에 의해 워킹 코일부(WC)로 안내될 수 있다.
즉, 스페이서는 냉각팬(55)에 의해 케이스(25) 내부로 유입된 공기가 워킹 코일부(WC)로 적절하게 전달될 수 있도록 안내함으로써 워킹 코일부(WC)의 냉각 효율을 개선할 수 있다.
차폐판(45)은 워킹 코일부(WC)의 하면에 장착되어 워킹 코일부(WC)의 구동시 하방으로 발생되는 자기장을 차단할 수 있다.
구체적으로, 차폐판(45)은 워킹 코일부(WC)의 구동시 하방으로 발생되는 자기장을 차단할 수 있고, 지지부재(50)에 의해 상방으로 지지될 수 있다.
지지부재(50)는 차폐판(45)의 하면과 케이스(25)의 하판 사이에 설치되어 차폐판(45)을 상방으로 지지할 수 있다.
구체적으로, 지지부재(50)는 차폐판(45)을 상방으로 지지함으로써, 단열재(35)와 워킹 코일부(WC)를 상방으로 간접적으로 지지할 수 있고, 이를 통해, 단열재(35)가 상판부(15)에 밀착되도록 할 수 있다.
그 결과, 워킹 코일부(WC)와 피가열 물체(HO) 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있다.
참고로, 지지부재(50)는 예를 들어, 차폐판(45)을 상방으로 지지하기 위한 탄성체(예를 들어, 스프링)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 지지부재(50)는 필수적인 구성요소가 아닌 바, 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에서 생략될 수 있다.
냉각팬(55)은 워킹 코일부(WC)를 냉각하기 위해 케이스(25) 내부에 설치될 수 있다.
구체적으로, 냉각팬(55)은 전술한 제어 모듈에 의해 구동이 제어될 수 있고, 케이스(25)의 측벽에 설치될 수 있다. 물론, 냉각팬(55)은 케이스(25)의 측벽이 아닌 다른 위치에 설치될 수도 있으나, 본 개시의 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해, 냉각팬(55)이 케이스(25)의 측벽에 설치되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한 냉각팬(55)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(25) 외부의 공기를 흡입하여 워킹 코일부(WC)로 전달하거나 케이스(25) 내부의 공기(특히, 열기)를 흡입하여 케이스(25) 외부로 배출할 수 있다.
이를 통해, 케이스(25) 내부의 구성 요소들(특히, 워킹 코일부(WC))의 효율적인 냉각이 가능하다.
또한 전술한 바와 같이, 냉각팬(55)에 의해 워킹 코일부(WC)로 전달된 케이스(25) 외부의 공기는 스페이서에 의해 워킹 코일부(WC)로 안내될 수 있다. 이에 따라, 워킹 코일부(WC)에 대한 직접적이고 효율적인 냉각이 가능해져 워킹 코일부(WC)의 내구성 개선(즉, 열 손상 방지에 따른 내구성 개선)이 가능하다.
이와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 전술한 특징 및 구성을 가질 수 있는바, 이하에서는, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 전술한 박막의 특징 및 구성을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4 및 도 5는 박막의 두께와 스킨 뎁스(skin depth) 간 관계를 설명하는 도면이다. 도 6 및 도 7은 피가열 물체의 종류에 따른 박막과 피가열 물체 간 임피던스 변화를 설명하는 도면이다.
박막(TL)은 낮은 비투자율(relative permeability)을 가진 재질로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 박막(TL)의 비투자율이 낮은 바, 박막(TL)의 스킨 뎁스는 깊을 수 있다. 여기에서, 스킨 뎁스는 재질 표면으로부터의 전류 침투 깊이를 의미하고, 비투자율은 스킨 뎁스(skin depth)와 반비례 관계일 수 있다. 이에 따라, 박막(TL)의 비투자율이 낮을수록 박막(TL)의 스킨 뎁스는 깊어지는 것이다.
또한, 박막(TL)의 스킨 뎁스는 박막(TL)의 두께 보다 두꺼울 수 있다. 즉, 박막(TL)은 얇은 두께(예를 들어, 0.1um~1,000um 두께)를 가지고, 박막(TL)의 스킨 뎁스는 박막(TL)의 두께보다 깊은 바, 워킹 코일부(WC)에 의해 발생된 자기장이 박막(TL)을 통과하여 피가열 물체(HO)까지 전달됨으로써 피가열 물체(HO)에 와전류가 유도될 수 있는 것이다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 박막(TL)의 스킨 뎁스가 박막(TL)의 두께 보다 얕은 경우에는, 워킹 코일부(WC)에 의해 발생된 자기장이 피가열 물체(HO)에 도달하기 어려울 수 있다.
그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 박막(TL)의 스킨 뎁스가 박막(TL)의 두께 보다 깊은 경우에는 워킹 코일부(WC)에 의해 발생된 자기장이 피가열 물체(HO)에 도달할 수 있다. 즉, 본 개시의 실시 예에서는 박막(TL)의 스킨 뎁스가 박막(TL)의 두께 보다 깊은 바, 워킹 코일부(WC)에 의해 발생된 자기장이 박막(TL)을 통과하여 피가열 물체(HO)에 대부분 전달되어 소진되고, 이를 통해, 피가열 물체(HO)가 주로 가열될 수 있다.
한편, 박막(TL)은 전술한 바와 같이 얇은 두께를 가지는 바, 워킹 코일부(WC)에 의해 가열될 수 있는 저항값을 가질 수 있다.
구체적으로, 박막(TL)의 두께는 박막(TL)의 저항값(즉, 표면 저항값)과 반비례 관계일 수 있다. 즉, 상판부(15)에 코팅되는 박막(TL)의 두께가 얇을수록 박막(TL)의 저항값(즉, 표면 저항값)이 커지는 바, 박막(TL)은 상판부(15)에 얇게 코팅됨으로써 가열 가능한 부하로 특성 변화될 수 있다.
참고로, 박막(TL)은 예를 들어, 0.1um 내지 1,000um 사이의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 특징을 가지는 박막(TL)은 비자성체를 가열하기 위해 존재하는 바, 박막(TL)과 피가열 물체(HO) 간 임피던스 특성은 상판부(15)에 배치되는 피가열 물체(HO)가 자성체인지 또는 비자성체인지에 따라 변화될 수 있다.
먼저, 피가열 물체(HO)가 자성체인 경우를 설명하면 다음과 같다.
자성의 띄는 피가열 물체(HO)가 상판부(15)에 배치되고, 워킹 코일부(WC)가 구동되는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 자성을 띄는 피가열 물체(HO)의 저항 성분(R1) 및 인덕터 성분(L1)이 박막(TL)의 저항 성분(R2) 및 인덕터 성분(L2)과 등가회로를 형성할 수 있다.
이 경우, 등가회로에서 자성을 띄는 피가열 물체(HO)의 임피던스(impedance)(즉, R1과 L1으로 구성된 임피던스)는 박막(TL)의 임피던스(즉, R2와 L2)로 구성된 임피던스) 보다 작을 수 있다.
이에 따라, 전술한 바와 같은 등가회로가 형성되는 경우, 자성을 띄는 피가열 물체(HO)로 인가된 와전류(I1)의 크기는 박막(TL)으로 인가된 와전류(I2)의 크기 보다 클 수 있다. 이에 따라, 워킹 코일부(WC)에 의해 발생한 대부분의 와전류가 피가열 물체(HO)로 인가되어, 피가열 물체(HO)가 가열될 수 있다.
즉, 피가열 물체(HO)가 자성체인 경우, 전술한 등가회로가 형성되어 대부분의 와전류가 피가열 물체(HO)로 인가되는 바, 워킹 코일부(WC)는 피가열 물체(HO)를 직접 가열할 수 있다.
물론, 박막(TL)에도 일부 와전류가 인가되어 박막(TL)이 약간 가열되는 바, 피가열 물체(HO)는 박막(TL)에 의해 간접적으로 약간 가열될 수 있다. 이 경우, 워킹 코일부(WC)가 주 가열원이고, 박막(TL)은 부 가열원일 수 있다. 다만, 워킹 코일부(WC)에 의해 피가열 물체(HO)가 직접 가열되는 정도와 비교하였을 때, 박막(TL)에 의해 피가열 물체(HO)가 간접적으로 가열되는 정도는 유의미하다고 할 수 없다.
다음으로, 피가열 물체가 비자성체인 경우를 설명하면 다음과 같다.
자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)가 상판부(15)에 배치되고, 워킹 코일부(WC)가 구동되는 경우, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)에는 임피던스가 존재하지 않고, 박막(TL)에는 임피던스가 존재할 수 있다. 즉, 박막(TL)에만 저항 성분(R) 및 인덕터 성분(L)이 존재할 수 있다.
따라서, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)가 상판부(15)에 배치되고, 워킹 코일부(WC)가 구동되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 박막(TL)의 저항 성분(R) 및 인덕터 성분(L)이 등가회로를 형성할 수 있다.
이에 따라, 박막(TL)에만 와전류(I)가 인가되고, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)에는 와전류가 인가되지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 워킹 코일부(WC)에 의해 발생한 와전류(I)가 박막(TL)에만 인가되어, 박막(TL)이 가열될 수 있다.
즉, 피가열 물체(HO)가 비자성체인 경우, 전술한 바와 같이, 와전류(I)가 박막(TL)으로 인가되어 박막(TL)이 가열되는 바, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)는 워킹 코일부(WC)에 의해 가열된 박막(TL)에 의해 간접적으로 가열될 수 있다. 이 경우, 박막(TL)은 주 가열원일 수 있다.
정리하자면, 피가열 물체(HO)가 자성체인지 또는 비자성체인지 여부와 상관없이 워킹 코일부(WC)라는 하나의 열원에 의해 피가열 물체(HO)가 직간접적으로 가열될 수 있다. 즉, 피가열 물체(HO)가 자성체인 경우, 워킹 코일부(WC)가 직접 피가열 물체(HO)를 가열하고, 피가열 물체(HO)가 비자성체인 경우, 워킹 코일부(WC)에 의해 가열된 박막(TL)이 피가열 물체(HO)를 간접적으로 가열할 수 있는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 자성체와 비자성체 모두를 가열할 수 있는바, 피가열 물체(HO)의 배치 위치 및 종류에 상관없이 해당 피가열 물체를 가열할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 피가열 물체(HO)가 자성체인지 비자성체인지 여부를 파악할 필요 없이 상판부(15) 상의 임의의 가열 영역에 피가열 물체를 올려놓아도 되는바, 사용 편의성이 개선될 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 동일 열원으로 피가열 물체를 직간접적으로 가열할 수 있는바, 별도의 가열판 또는 라디언트 히터를 구비할 필요가 없다. 이에 따라, 가열 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 재료비를 절감할 수 있다.
한편, 종래의 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에서는 제1 워킹 코일(WC-1, Inner Coil)과 제2 워킹 코일(WC-2, Outer Coil)을 구동하기 위해 두 코일 각각에 별도의 인버터를 구비하는 방식을 취하고 있다. 이때, 별도의 인버터에 구동 신호를 인가함에 있어서, 인버터 구동 신호가 완전히 동기화 되어야 하고, 인버터 구동 신호를 완전히 동기화 하기 위해서는 제어가 불편한 문제점이 있었다. 또한, 인버터 구동 신호가 완전히 동기화 되지 않으면 출력이 흔들려 제어가 어려워지는 문제점이 있었다.
상술한 문제점을 해결하기 위해서, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 하나의 인버터를 통해 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)을 제어하고자 한다. 또한, 실시 예에 따라 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)을 선택적으로 구동하여 자기장 영역을 제어함으로써 용기의 종류와 관계없이 가열 성능을 향상시키고자 한다.
먼저, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)의 제어 회로에 대해 설명한다.
도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑의 제어 회로이다.
제어 회로는 교류 전원을 제공하는 전원부(V), 전원부의 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 브릿지 다이오드(BD), 정류된 직류 전원을 평활화 하는 DC 링크 커패시터(C1), 정류된 직류 전원을 스위칭 동작을 통해 공진 전류로 변환하여 워킹 코일부(WC)에 제공하는 인버터(60), 공진 전류로 인해 자기장을 형성하는 워킹 코일부(WC), 워킹 코일부(WC)의 직렬 연결 여부를 결정하는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 포함하는 스위치부(SW) 및 공진 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.
인버터(60)는 적어도 두 개 이상의 스위칭 소자(60-1, 60-2)를 포함할 수 있다. 스위칭 소자(60-1, 60-2)는 고주파 반도체 소자일 수 있다. 예를 들어, 스위칭 소자는 IGBT, BJT, MOSFET등을 포함할 수 있다. 인버터(60)의 구동 방식은 공지된 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
워킹 코일부(WC)는 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)을 포함할 수 있다.
제1 워킹 코일(WC-1)의 일단은 인버터(60)의 스위칭 소자(60-1, 60-2) 사이에 연결되고, 타단은 제1 스위치(SW1) 또는 제2 스위치(SW2) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 제1 워킹 코일(WC-1)은 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 동작에 따라 공진 커패시터(C2)와 직접적으로 연결되거나, 제2 워킹 코일(WC2)과 직렬 연결되어 공진 커패시터(C2)와 연결될 수 있다.
제2 워킹 코일(WC-2)의 일단은 제1 스위치(SW1)와 연결되고, 타단은 공진 커패시터(C2-1, C2-2) 사이에 연결될 수 있다. 도면에 도시된 바와 다르게, 제2 워킹 코일(WC-2)의 일단은 제1 워킹 코일(WC-1)과 연결되고, 타단은 제1 스위치(SW1)와 연결될 수 있다. 즉, 도면에 도시된 제1 스위치(SW1)와 제2 워킹 코일(WC-2)의 위치는 서로 변경될 수 있다. 따라서, 제1 스위치(SW1)는 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)의 사이에 위치할 수 있고, 제2 워킹 코일(WC-2)과 공진 커패시터(C2-1, C2-2) 사이에 위치할 수도 있다.
제1 스위치(SW1)는 온인지 오프인지 여부에 따라 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)의 직렬 연결 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SW1)가 온인 경우, 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)은 직렬 연결될 수 있다. 반면에, 제1 스위치(SW1)가 오프인 경우, 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)의 직렬 연결은 끊어질 수 있다.
제2 스위치(SW2)는 제1 스위치(SW1)의 동작과 연동되어 동작할 수 있다. 제1 스위치(SW1)가 온인 경우 제2 스위치(SW2)는 오프되고, 제1 스위치(SW1)가 오프인 경우 제2 스위치(SW2)는 온될 수 있다.
예를 들어, 제1 스위치(SW1)가 온인 경우, 제2 스위치(SW2)는 오프되어 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)은 직렬 연결될 수 있다. 이 때, 인버터(60)에 의해 제1 워킹 코일(WC-1) 및 제2 워킹 코일(WC-2)에 전류가 인가될 수 있다.
또한, 제1 스위치(SW1)가 오프인 경우, 제2 스위치(SW2)는 온되어 제1 워킹 코일(WC-1)은 공진 커패시터(C2)와 연결될 수 있다. 이 때, 인버터(60)에 의해 제1 워킹 코일(WC-1)에만 전류가 인가될 수 있다.
제2 워킹 코일(WC-2)은 제1 스위치(SW1)의 온/오프에 따라 제1 워킹 코일(WC-1)에 선택적으로 연결될 수 있다. 제1 워킹 코일(WC-1)에는 제1 스위치(SW1)의 온/오프와 관계없이 전류가 인가되고, 제2 워킹 코일(WC-2)에는 제1 스위치(SW1)가 온일 때만 전류가 인가될 수 있다.
상술한 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 구동 방식은 예시에 불과하다. 본 명세서에서는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)로 2개의 스위치를 이용하여 설명하였지만, 스위치의 종류에 따라 1개의 스위치를 이용하여 인버터(60)에 의해 제1 워킹 코일(WC-1)만 구동하거나 제1 워킹 코일(WC-1) 및 제2 워킹 코일(WC-2)이 구동될 수 있다.
다음으로, 도 9 내지 도 11을 통해 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑에서 박막의 형상 및 워킹 코일부의 형상에 대해 설명한다.
도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑에서 박막의 형상이 도시된 예시 도면이며, 도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑에서 워킹 코일부의 형상이 도시된 예시 도면이며, 도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑을 설명하는 도면이다.
본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)에서, 박막(TL)은 중심에 개구부(TL-I)가 형성될 수 있다. 개구부(TL-I)는 개구부의 중심(TL-C)을 포함하여 소정 거리까지의 영역을 포함할 수 있다. 박막의 개구부(TL-I)는 박막(TL)이 코팅되지 않은 부분으로, 상판부(15)의 온도 감지를 위해 개방된 영역일 수 있다. 또한, 박막의 개구부(TL-I)는 워킹 코일부(WC)에서 유도된 자기장이 통과하는 영역일 수 있다.
즉, 박막의 개구부(TL-I)는 워킹 코일부(WC)에서 발생한 자기장이 피가열 물체(HO)와 결합되도록 자기장을 통과시키는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 개구부(TL-I)의 지름(TL-Id)은 제1 워킹 코일(WC-1)의 지름(WC-1d)과 같거나 제1 워킹 코일(WC-1)의 지름(WC-1d)보다 작을 수 있다.
개구부(TL-I)의 지름(TL-Id)이 제1 워킹 코일(WC-1)의 지름(WC-1d)과 같거나 제1 워킹 코일(WC-1)의 지름(WC-1d)보다 작고, 제1 워킹 코일(WC-1)만 동작할 경우, 제1 워킹 코일(WC-1)에서 발생한 자기장의 대부분은 개구부(TL-1)를 통과하여 피가열 물체(HO)와 결합되므로, 박막(TL)과 결합되는 자기장이 최소로 된다. 따라서, 자성체인 피가열 물체(HO)에 대한 가열 효율이 최대화되는 이점이 있다.
도 10과 같이, 워킹 코일부(WC)에서 제2 워킹 코일(WC-2)의 지름(WC-2d)은 제1 워킹 코일(WC-1)의 지름(WC-1d)보다 크고, 제2 워킹 코일(WC-2)의 내부에는 제1 워킹 코일(WC-1)의 지름(WC-1d)보다 크거나 같은 홀(WC-2h)이 형성될 수 있다.
따라서, 제1 워킹 코일(WC-1)은 제2 워킹 코일(WC-2)의 내부에 배치될 수 있다.
도 11과 같이, 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑(1)에서 박막(TL)의 개구부(TL-I)의 중심(TL-C)은 워킹 코일부의 중심(WC-C)과 수직 방향으로 오버랩 될 수 있다.
개구부(TL-I)와 제1 워킹 코일(WC-1)은 적어도 일부가 수직 방향으로 오버랩 될 수 있다. 또한, 제2 워킹 코일(WC-2)과 박막(TL)은 적어도 일부가 수직 방향으로 오버랩 될 수 있다.
도 11과 같이 배치될 경우 제1 워킹 코일(WC-1)만 동작하는 경우와 제1 워킹 코일(WC-1) 및 제2 워킹 코일(WC-2)이 모두 동작하는 경우 자성체 및 비자성체 각각에 대한 가열 효율의 저하가 최소화될 수 있다.
예를 들어, 피가열 물체(HO)가 자성체이고, 제1 워킹 코일(WC-1)만 동작하는 경우에 제1 워킹 코일(WC-1)에 유도되는 자기장이 박막의 개구부(TL-I)를 통과하여 피가열 물체(HO)로 전달되도록 하여 가열 효율이 크게 증가할 수 있다.
또한, 피가열 물체(HO)가 비자성체인 경우, 제1 워킹 코일(WC-1) 및 제2 워킹 코일(WC2)에 유도되는 자기장은 박막(TL)과 먼저 결합하기 때문에, 피가열 물체(HO)가 비자성체인 경우에도 가열 효율이 감소하지 않을 수 있다.
따라서, 도 11과 같이 배치되는 경우 피가열 물체(HO)가 자성체 및 비자성체 모두의 경우에서 가열 효율의 저하가 최소화될 수 있는 이점이 있다.
다음으로, 도 12 내지 도 13을 통해 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑의 제어 방법을 설명한다.
도 12는 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑의 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 12를 참조하면, 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 인버터(60), 제어부(70), 입력 인터페이스용 제어 모듈(40) 및 스위치부(SW)를 포함할 수 있다.
입력 인터페이스용 제어 모듈(40)은 인터페이스부(미도시)로부터 입력 받은 가열 강도나 구동 시간 등의 입력 정보를 전달받아 제어부(70)로 전달할 수 있다. 제어부(70)가 입력 인터페이스용 제어 모듈(40)을 통해 전달받는 입력 정보는 목표 파워에 대한 정보를 포함할 수 있다.
인버터(60)는 스위칭 동작을 통해 공진 전류를 워킹 코일부(WC)에 제공할 수 있다. 인버터 (60)의 스위칭 동작은 제어부(70)의 스위칭 동작 제어 신호에 의해 수행될 수 있다.
인버터(60)는 실시 예에 따라, 제1 워킹 코일(WC-1)만을 구동시킬 수 있고, 혹은 제1 워킹 코일(WC-1) 및 제2 워킹 코일(WC-2)을 함께 구동시킬 수 있다.
스위치(SW)는 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2) 사이에 연결되는 제1 스위치(SW1)와 제1 워킹 코일(WC-1)과 공진 커패시터(C2-1, C2-2) 사이에 연결되는 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 스위치(SW)는 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)의 직렬 연결 여부를 제어하기 위해 구동될 수 있다.
제어부(70)는 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)의 직렬 연결 여부를 제어하기 위해 제1 스위치(SW1)를 온 또는 오프 시키거나, 제2 스위치(SW2)를 오프 또는 온 시키도록 스위치(SW)를 제어할 수 있다.
제어부(70)는 목표 파워와 출력 파워의 일치 여부에 따라 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 온 또는 오프 시키도록 제어할 수 있다.
이외에, 제어부(70)는 유도 가열 방식의 쿡탑(1)내의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
한편, 도 12에 도시된 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 본 개시의 일 실시 예에 불과하므로, 도시된 구성요소들 중 일부는 실제 구현되는 유도 가열 방식의 쿡탑(1)의 사양에 따라 통합, 추가, 또는 생략될 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 피가열 물체(HO)가 자성체인지 비자성체인지 구별하는 용기 구별 센서를 구비하지 않아도 목표 파워와 출력 파워의 일치 여부에 따라 워킹 코일부(WC)를 선택적으로 구동하여 가열 효율을 높일 수 있다.
도 13을 참조하여, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)의 제어부(70)가 목표 파워와 출력 파워의 일치 여부에 따라 워킹 코일부(WC)를 선택적으로 제어하는 방법에 대해 설명한다.
도 13은 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑이 동작하는 방법이 도시된 흐름도이다.
제어부(70)는 입력 인터페이스용 제어 모듈(40)을 통해 목표 파워를 입력 받을 수 있다(S10). 목표 파워란, 워킹 코일부(WC)를 구동하는 전원부(V)에서 출력하도록 요구되는 파워일 수 있다. 목표 파워는 사용자가 원하는 가열 강도 등에 따라 달라질 수 있다.
제어부(70)는 제1 워킹 코일(WC-1)만 동작하도록 제어할 수 있다(S12). 제어부(70)는 제1 워킹 코일(WC-1)만 동작하도록 제어하기 위해 제1 스위치(SW1)를 오프 시킬 수 있다. 제1 스위치(SW1)가 오프인 경우, 인버터(60)에 의해 제1 워킹 코일(WC-1)에만 전류가 인가되어 제1 워킹 코일(WC-1)만 동작할 수 있다.
제어부(70)는 제1 워킹 코일(WC-1)만 동작하도록 제어하고, 목표 파워와 출력 파워가 일치하는지 판단할 수 있다(S12). 출력 파워는 워킹 코일부(WC)를 구동하는 전원부(V)에서의 전압과 전류를 곱한 값으로, 제어부(70)는 전원부(V)의 출력 파워를 센싱하여 목표 파워와 일치하는지 판단할 수 있다.
제1 워킹 코일(WC-1)만 동작하는 경우에는 박막(TL)의 개구부(TL-I)를 통과하는 자기장이 피가열 물체(HO)와 결합하여 피가열 물체(HO)를 가열시킬 수 있다. 이때, 피가열 물체(HO)와 결합하는 자기장의 세기에 비해 박막(TL)에 결합하는 자기장의 세기는 약하므로, 제1 워킹 코일(WC-1)만 동작하는 경우는 피가열 물체(HO)가 자성체일 때 적합한 모드일 수 있다.
제어부(70)는 목표 파워와 출력 파워가 일치하면 현재 출력을 유지할 수 있다(S13).
제1 워킹 코일(WC-1)만 동작하는 경우에 목표 파워와 출력 파워가 일치한다는 것은, 피가열 물체(HO)가 목표 출력으로 적절하게 가열되고 있음을 의미할 수 있다.
따라서, 제어부(70)는 목표 파워와 출력 파워가 일치하면 현재 출력을 유지할 수 있다(S13).
이와 반대로, 제어부(70)는 목표 파워와 출력 파워가 일치하지 않으면 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)이 모두 동작하도록 제어할 수 있다(S14).
제어부(70)는 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)이 모두 동작하도록 제어하기 위해 제1 스위치(SW1)를 온 시킬 수 있다. 제1 스위치(SW1)가 온인 경우, 제2 스위치(SW2)는 오프 되어 인버터(60)에 의해 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2) 모두에 전류가 인가될 수 있다. 이 경우, 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)이 모두 동작할 수 있다.
제1 워킹 코일(WC-1)만 동작할 때 목표 파워와 출력 파워가 일치하지 않는다는 것은, 피가열 물체(HO)가 자성체인 경우에는 목표 파워가 높아 제1 워킹 코일(WC-1)의 동작만으로 출력 파워를 만족하기 어려운 경우를 의미할 수 있다.
또는, 피가열 물체(HO)가 비자성체인 경우에도 제1 워킹 코일(WC-1)만 동작할 때 목표 파워와 출력 파워가 일치하지 않을 수 있다. 이는 박막(TL)에 결합하는 자기장의 세기가 약해 비자성체인 피가열 물체(HO)가 적절하게 가열되지 않을 수 있기 때문이다.
제어부(70)는 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)이 모두 동작하도록 제어한 후 목표 파워와 출력 파워가 일치하는지 판단한다(S15).
제어부(70)는 목표 파워와 출력 파워가 일치하면 현재 출력을 유지할 수 있다(S16). 즉, 제어부(70)는 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)이 모두 동작하도록 제어하여 목표 파워와 출력 파워가 일치하면 현재 출력을 유지할 수 있다.
반면에, 제어부(70)는 목표 파워와 출력 파워가 일치하지 않으면, 가능한 출력까지 출력 파워를 제어하고, 목표 파워와 출력 파워가 일치하면 출력을 유지할 수 있다(S17).
제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)이 모두 동작하도록 제어한 후 목표 파워와 출력 파워가 일치하지 않는다는 것은 피가열 물체(HO)가 목표 출력으로 가열되고 있지 않음을 의미할 수 있다.
따라서, 제어부(70)는 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)이 모두 동작하도록 제어한 상태에서 목표 파워와 출력 파워가 일치하지 않으면 인가 전압을 증가시키거나 감소시켜 목표 파워에 도달할 때까지 출력을 제어하고, 목표 파워와 출력 파워가 일치하는 경우 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)의 동작으로 가능한 출력을 유지할 수 있다.
이러한 흐름도에 따라 쿡탑(1)을 제어하는 경우, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 피가열 물체(HO)가 자성체인지 비자성체인지 감지하는 센서를 별도로 구비하지 않아도 효율적으로 피가열 물체(HO)를 가열할 수 있는 이점이 있다.
자성체인 피가열 물체(HO)의 경우, 목표 파워가 높지 않으면 제1 워킹 코일(WC-1)의 동작만으로 가열할 수 있고, 피가열 물체(HO)가 비자성체이거나 높은 목표 파워가 입력된 자성체인 경우에만 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)을 구동시켜 피가열 물체(HO)를 효율적으로 가열할 수 있기 때문이다.
즉, 자성을 띄는 피가열 물체(HO)가 상판부(15)의 상면에 배치되는 경우, 자성을 띄는 피가열 물체(HO)는 목표 파워에 따라 제1 워킹 코일(WC-1)에 의해 직접 가열되거나, 제1 워킹 코일(WC-1) 및 제2 워킹 코일(WC-2)에 의해 가열될 수 있다.
예를 들어, 자성을 띄는 피가열 물체(HO)는 제1 스위치(SW1)가 오프인 상태에서 목표 파워와 출력 파워가 일치하는 경우, 제1 워킹 코일(WC-1)에 의해 직접 가열되고, 제1 스위치(SW1)가 오프인 상태에서 목표 파워와 출력 파워가 일치하지 않는 경우 제1 스위치(SW1)가 온인 상태로 변경되어 제1 워킹 코일(WC-1) 및 제2 워킹 코일(WC-2)에 의해 가열될 수 있다.
반면에 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)가 상판부(15)의 상면에 배치되는 경우, 자성을 띄지 않는 피가열 물체(HO)는 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)에 의해 가열된 박막(TL)에 의해 가열될 수 있다.
다음으로, 도 14 내지 도 15를 참조하여 유도 가열 방식의 쿡탑(1)이 피가열 물체(HO)를 제1 워킹 코일(WC-1)만을 이용하여 가열하거나, 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)을 모두 이용하여 가열하는 방법을 설명한다.
도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따라 제1 워킹 코일만 동작할 때 자기장의 결합 모습이 도시된 예시 도면이다.
본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑(1)을 측면에서 바라봤을 때, 워킹 코일부(WC)의 내측에는 제1 워킹 코일(WC-1)이 위치하고, 외측에는 제2 워킹 코일(WC-2)이 위치할 수 있다.
상술한 것처럼 실시 예에 따라, 유도 가열 방식의 쿡탑(1)은 제1 워킹 코일(WC-1)만 동작할 수 있다.
도 14에 도시된 화살표는 제1 워킹 코일(WC-1)에서 발생한 자기장을 의미할 수 있다.
즉, 제1 워킹 코일(WC-1)에서만 자기장이 발생하면, 자기장은 워킹 코일부(WC)의 내측에 집중되는 것을 확인할 수 있다.
제1 워킹 코일(WC-1)에 유도된 자기장은 제1 워킹 코일(WC-1)과 수직으로 오버랩 된 박막의 개구부(TL-I)를 통과하여 피가열 물체(HO)에 와전류를 일으켜 피가열 물체(HO)를 가열시킬 수 있다.
이와 같이, 제1 워킹 코일(WC-1)에 집중된 자기장은 박막의 개구부(TL-I)를 통과하여 피가열 물체(HO)에 결합할 확률이 높으므로, 박막(TL)에 흐르는 와전류를 최소화할 수 있다.
이러한 실시 예는 제1 워킹 코일(WC-1)의 구동만으로 출력 파워가 목표 파워와 일치하는 경우에 적합한 실시 예일 수 있다.
도 15는 본 개시의 일 실시 예에 따라 제1 워킹 코일과 제2 워킹 코일이 모두 동작할 때 자기장의 결합 모습이 도시된 예시 도면이다.
상술한 것처럼, 제1 워킹 코일(WC-1)의 구동만으로 출력 파워가 목표 파워에 도달하지 않는 경우, 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)이 모두 동작할 수 있다.
도 15에 도시된 화살표는 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)에서 발생한 자기장을 의미할 수 있다.
제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)에 유도된 자기장에 의해 피가열 물체(HO) 또는 박막(TL)에 인가되는 와전류는 상술한 것처럼 피가열 물체(HO)와 박막(TL) 간의 임피던스에 따라 달라질 수 있다. 이에 대해서는 도 5 내지 도 7에서 자세히 설명한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
도 15와 같이 제1 워킹 코일(WC-1)과 제2 워킹 코일(WC-2)이 모두 동작하는 경우는 제1 워킹 코일(WC-1)의 구동만으로 출력 파워가 목표 파워와 일치하지 않는 경우에 적합한 실시 예일 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 개시에 개시된 실시 예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 유도 가열 방식의 쿡탑 25: 케이스
20: 커버 플레이트 15: 상판부
TL: 박막 WC: 워킹 코일부
TL-I: 박막의 개구부 WC-1, WC-2: 제1, 제2 워킹 코일
60: 인버터 SW: 스위치부

Claims (14)

  1. 케이스;
    상기 케이스의 상단에 결합되고, 상면에 피가열 물체가 배치되는 상판부가 구비된 커버 플레이트;
    상기 상판부에 코팅되는 박막;
    상기 케이스 내부에 구비되는 제1 워킹 코일 및 제2 워킹 코일;
    상기 제1 워킹 코일과 연결되는 인버터;
    상기 제1 워킹 코일과 상기 제2 워킹 코일 사이에 연결되는 제1 스위치; 및
    목표 파워와 출력 파워의 일치 여부에 따라 상기 제1 스위치를 온 또는 오프시키는 제어부를 포함하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치는
    상기 제1 워킹 코일과 상기 제2 워킹 코일의 직렬 연결 여부를 결정하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 워킹 코일과 공진 커패시터 사이에 연결되는 제2 스위치를 더 포함하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스위치가 온인 경우 상기 제2 스위치는 오프되고,
    상기 제1 스위치가 오프인 경우 상기 제2 스위치는 온되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 박막의 중심에 개구부가 형성되고, 상기 개구부의 중심은 상기 제1 워킹 코일의 중심과 수직방향으로 오버랩되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 개구부의 지름은 상기 제1 워킹 코일의 지름과 같거나 상기 제1 워킹 코일의 지름보다 작은
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 워킹 코일의 지름은 상기 제1 워킹 코일의 지름 보다 크고,
    상기 제2 워킹 코일의 내부에는 상기 제1 워킹 코일의 지름 보다 크거나 같은 홀이 형성되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 워킹 코일은 상기 제2 워킹 코일의 내부에 배치되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치가 온인 경우, 상기 인버터에 의해 상기 제1 워킹 코일 및 상기 제2 워킹 코일에 전류가 인가되고,
    상기 제1 스위치가 오프인 경우, 상기 인버터에 의해 상기 제1 워킹 코일에 전류가 인가되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 스위치를 오프 시킨 후 목표 파워와 출력 파워가 일치하는지 여부를 판단하고,
    상기 목표 파워와 상기 출력 파워가 일치하지 않는 경우 상기 제1 스위치를 온 시키는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  13. 제1항에 있어서,
    자성을 띄는 피가열 물체가 상기 상판부의 상면에 배치되는 경우, 상기 자성을 띄는 피가열 물체는 목표 파워에 따라 상기 제1 워킹 코일에 의해 직접 가열되거나 상기 제1 워킹 코일 및 상기 제2 워킹 코일에 의해 가열되고,
    자성을 띄지 않는 피가열 물체가 상기 상판부의 상면에 배치되는 경우, 상기 자성을 띄지 않는 피가열 물체는 상기 제1 워킹 코일과 상기 제2 워킹 코일에 의해 가열된 상기 박막에 의해 가열되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 자성을 띄는 피가열 물체는 상기 제1 스위치가 오프인 상태에서 목표 파워와 출력 파워가 일치하는 경우, 상기 제1 워킹 코일에 의해 직접 가열되고,
    상기 제1 스위치가 오프인 상태에서 목표 파워와 출력 파워가 일치하지 않는 경우, 상기 제1 스위치가 온인 상태로 변경되어 상기 제1 워킹 코일 및 상기 제2 워킹 코일에 의해 가열되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
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