KR102526077B1 - 헤어케어 기기를 제어하는 방법 - Google Patents

헤어케어 기기를 제어하는 방법 Download PDF

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KR102526077B1 KR1020217009637A KR20217009637A KR102526077B1 KR 102526077 B1 KR102526077 B1 KR 102526077B1 KR 1020217009637 A KR1020217009637 A KR 1020217009637A KR 20217009637 A KR20217009637 A KR 20217009637A KR 102526077 B1 KR102526077 B1 KR 102526077B1
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Abstract

본 명세서에는 히터(14)를 포함하는 헤어케어 기기(10)를 제어하는 방법(100, 200)이 개시된다. 방법(100, 200)은 측정된 출력 공기 온도를 획득하도록 헤어케어 기기(10)의 출력 공기의 온도를 측정하는 단계(102, 202)를 포함한다. 방법(100, 200)은 측정된 출력 공기 온도를 원하는 출력 공기 온도와 비교하는 단계(104, 204)를 포함한다. 이러한 방법은, 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 단계(106, 206)를 포함한다. 이러한 방법은 예측된 히터 온도를 예측하는 단계(108, 210)를 포함한다. 이러한 방법은 예측된 히터 온도를 원하는 히터 온도와 비교하는 단계(110, 212)를 포함한다. 이러한 방법은, 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 단계(112, 214)를 포함한다.

Description

헤어케어 기기를 제어하는 방법
본 발명은 헤어케어 기기를 제어하는 방법에 관한 것이고, 특히 히터를 포함하는 헤어케어 기기를 제어하는 방법에 관한 것이다.
헤어케어 기기, 예를 들어 헤어 드라이어 또는 고온 스타일링 브러시는 통상적으로 기기를 통해 흐르는 공기를 가열하기 위한 히터를 포함한다. 기기에 의해 출력되는 공기의 온도가 원하는 레벨에서 유지되도록 헤어케어 기기의 히터를 제어하는 방법이 종래에 제안되어 왔다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 히터를 포함하는 헤어케어 기기를 제어하는 방법으로서, 측정된 출력 공기 온도를 획득하도록 상기 헤어케어 기기의 출력 공기의 온도를 측정하는 단계, 측정된 출력 공기 온도를 원하는 출력 공기 온도와 비교하는 단계, 상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 단계, 예측된 히터 온도를 예측하는 단계, 상기 예측된 히터 온도를 상기 원하는 히터 온도와 비교하는 단계, 및 상기 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 방법은 주로, 상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 단계, 예측된 히터 온도를 예측하는 단계, 상기 예측된 히터 온도를 상기 원하는 히터 온도와 비교하는 단계, 및 상기 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하기 때문에 유익할 수 있다.
특히, 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 출력 신호를 출력하면, 예를 들어 제어 신호가 측정된 출력 온도와 원하는 출력 온도의 비교에만 기반하여 출력되는 시스템보다 더 응답성이 높고 및/또는 더 정확한 시스템이 제공될 수 있다. 제어 신호가 측정된 출력 온도와 원하는 출력 온도의 비교에만 기반하여 출력되면, 히터의 컴포넌트의 열용량 때문에 큰 시간 지연이 존재할 수 있다. 시간 지연이 크면 원하는 온도의 큰 오버슈트가 초래될 수 있다. 히터 온도를 예측함으로써, 본 발명의 제 1 양태에 따른 방법은 임의의 시간 지연을 감소시킬 수 있고, 따라서 사용 시에 온도 오버슈트가 발생될 위험을 줄일 수 있다. 예측된 히터 온도를 예측하면, 히터 온도를 측정할 필요성이 없어질 수 있고, 그러면 추가적인 온도 센서를 사용할 필요성이 없어질 수 있으며, 최소의 추가 비용으로 또는 추가 비용이 없이 더 응답성이 높고 및/또는 더 정확한 시스템을 얻을 수 있다.
예측된 히터 온도를 예측하는 것은, 히터 파라미터의 미리 결정된 시뮬레이션 또는 맵 또는 룩업 테이블, 예를 들어 히터 컴포넌트 열계수 등의 미리 결정된 시뮬레이션 또는 맵 또는 룩업 테이블을 활용하는 것을 포함할 수 있다. 예측된 히터 온도를 예측하는 것은, 측정된 출력 공기 온도 대 예측된 히터 온도의 미리 저장된 룩업 테이블을 활용하는 것을 포함할 수 있다. 그러면, 헤어케어 기기의 제어기가 실시간 계산을 수행할 필요성이 없어져서, 임의의 지연을 감소시키고 온도 오버슈트의 위험을 감소시킬 수 있기 때문에 유익할 수 있다.
이러한 방법은 측정된 출력 공기 온도를 사용하여 예측된 히터 온도를 예측하는 것을 포함할 수 있다. 측정된 출력 공기 온도를 사용하여 예측된 히터 온도를 예측하면, 히터의 온도를 측정하기 위한 추가적 온도 센서를 활용할 필요성이 없어질 수 있고, 따라서 추가적인 온도 센서를 포함하는 추가적인 비용 및/또는 복잡성을 피할 수 있다. 이미 측정된 파라미터, 측정된 출력 공기 온도를 활용함으로써, 더 응답성이 높고 및/또는 더 정확한 시스템이 최소의 추가 비용으로 또는 추가 비용이 없이 얻어질 수 있다.
제어 신호는 히터에 공급되는 파워를 조절하기 위한 파워 제어 신호를 포함할 수 있다. 제어 신호는 히터 타이밍 파라미터, 예를 들어 파워가 언제 및/또는 얼마나 오랫동안 히터에 공급되는지를 규정하는 파라미터를 포함할 수 있다. 제어 신호는 듀티 사이클, 예를 들어 그 위에서 파워가 히터로 공급되는 파워 서플라이의 파형의 사이클의 퍼센티지를 포함할 수 있다. 제어 신호는 위상각, 예를 들어 히터의 스위치가 히터에 파워를 통전시키기 시작하는 파워 서플라이의 파형의 각도를 포함할 수 있다. 제어 신호는 히터의 스위치, 예를 들어 TRIAC을 제어할 수 있다.
이러한 방법은, 상기 예측된 히터 온도가 상기 원하는 히터 온도보다 낮은 경우에 상기 히터에 공급되는 파워를 증가시키고 및/또는 상기 예측된 히터 온도가 상기 원하는 히터 온도보다 높은 경우에 상기 히터에 공급되는 파워를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 단계는, 상기 측정된 출력 공기 온도와 상기 원하는 출력 공기 온도 사이의 차이에 대응하는 오차 값을 계산하는 것, 및 상기 오차 값을 상쇄하도록(offset), 원하는 히터 온도를 계산하는 것을 포함할 수 있다. 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 것은, 제 1 제어 보상기, 예를 들어 제 1 PI(비례하는 적분) 제어기를 활용하는 것을 포함할 수 있다. 제 1 제어 보상기는, 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도 사이의 차이인 오차 값에 대응하는 입력을 포함할 수 있고, 제 1 제어 보상기는 오차 값을 상쇄(offset)하기 위한 원하는 히터 온도를 계산할 수 있다.
예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 단계는, 상기 예측된 히터 온도와 상기 원하는 히터 온도 사이의 차이에 대응하는 오차 값을 계산하는 것, 및 상기 오차 값을 상쇄하기 위한 제어 신호를 계산하는 것을 포함할 수 있다. 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 것은, 제 2 제어 보상기, 예를 들어 제 2 PI 제어기를 활용하는 것을 포함할 수 있다. 제 2 제어 보상기는 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도 사이의 차이인 오차 값에 대응하는 입력을 포함할 수 있고, 제 2 제어 보상기는 오차 값을 상쇄하기 위한 제어 신호를 계산할 수 있다.
제 1 제어 보상기의 출력은 제 2 제어 보상기의 입력을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 제어 보상기는 캐스케이딩된 제어 시스템, 예를 들어 케스케이딩된 PI 제어 시스템을 포함할 수 있다.
이러한 방법은 제 1 제어 루프 및 제 2 제어 루프를 포함할 수 있고, 상기 제 1 제어 루프는, 측정된 출력 공기 온도를 획득하도록 상기 헤어케어 기기의 출력 공기의 온도를 측정하는 것, 상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도를 비교하는 것, 및 상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 것을 포함하고, 상기 제 2 제어 루프는, 히터 온도를 예측하는 것, 상기 예측된 히터 온도를 상기 원하는 히터 온도와 비교하는 것, 및 상기 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 것을 포함한다.
제 1 제어 루프는 외부 제어 루프를 포함할 수 있고, 제 2 제어 루프는 내부 제어 루프를 포함할 수 있다. 제 1 제어 루프는 제 2 제어 루프보다 느릴 수 있다.
히터는 히터 트레이스를 포함할 수 있고, 상기 방법은, 상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 트레이스 온도를 결정하는 단계, 예측된 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계, 상기 예측된 히터 트레이스 온도를 상기 원하는 히터 트레이스 온도와 비교하는 단계, 및 상기 예측된 히터 트레이스 온도와 원하는 히터 트레이스 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어 절연 요구 사항 및 제조가능성 때문에 히터 트레이스 상에 또는 히터 트레이스에 가깝게 온도 센서를 배치하는 것이 어려울 수 있기 때문에 이것은 유익할 수 있다. 따라서, 예측된 히터 트레이스 온도를 예측함으로써, 히터 트레이스 위에 또는 히터 트레이스에 가깝게 온도 센서를 배치할 필요성이 없어질 수 있다.
예측된 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계는, 상기 측정된 출력 공기 온도를 사용하여 예측된 히터 트레이스 온도를 예측하는 것을 포함할 수 있다. 그러면 예측된 히터 트레이스 온도를 예측하기 위해서 추가적인 온도 센서를 도입할 필요성이 없어질 수 있어서 유익할 수 있다.
히터는 히트 싱크를 포함할 수 있고, 예측된 히터 트레이스 온도를 예측하는 것은 측정된 히트 싱크 온도를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 공기흐름이 온도 측정의 정확도에 영향을 줄 수 있기 때문에, 이것은 예를 들어 측정된 출력 공기 온도를 사용하는 것보다 유익할 수 있고, 따라서 측정된 히트 싱크 온도를 사용하면 더 정확한 예측된 히터 트레이스 온도가 제공될 수 있다.
히터는 상기 히터 트레이스가 부착된 세라믹 플레이트를 포함할 수 있고, 상기 예측된 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계는, 측정된 세라믹 플레이트 온도를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 공기흐름이 온도 측정의 정확도에 영향을 줄 수 있기 때문에, 이것은 예를 들어 측정된 공기 출력 온도를 사용하는 것보다 유익할 수 있고, 따라서 측정된 세라믹 플레이트 온도를 사용하면 더 정확한 예측된 히터 트레이스 온도가 제공될 수 있다. 더욱이, 세라믹 플레이트는, 예를 들어 열안전의 이유 때문에 기존의 온도 센서를 포함할 수 있고, 따라서 측정된 세라믹 플레이트 온도를 사용하면 추가적인 온도 센서의 비용 및/또는 복잡도를 유발하지 않으면서 더 정확한 예측된 히터 트레이스 온도가 제공될 수 있다.
히터는 복수 개의 히터 트레이스를 포함할 수 있고, 상기 방법은, 상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 평균 히터 트레이스 온도를 결정하는 단계, 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계, 상기 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 상기 원하는 평균 히터 트레이스 온도와 비교하는 단계, 및 상기 예측된 평균 히터 트레이스 온도와 원하는 평균 히터 트레이스 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하면, 예를 들어 각각의 히터 트레이스에 하나씩 다수의 개별적인 온도 센서를 사용할 필요성이 없어질 수 있기 때문에 유익할 수 있다. 그러면 각각의 히터 트레이스를 위한 온도 센서를 요구하는 구조에 비하여 비용이 감소될 수 있다.
예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계는, 상기 측정된 출력 공기 온도를 사용하여 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하는 것을 포함할 수 있다. 그러면 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하기 위해서 추가적인 온도 센서를 도입할 필요성이 없어질 수 있어서 유익할 수 있다.
히터는 히트 싱크를 포함할 수 있고, 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하는 것은 측정된 히트 싱크 온도를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 공기흐름이 온도 측정의 정확도에 영향을 줄 수 있기 때문에, 이것은 예를 들어 측정된 공기 출력 온도를 사용하는 것보다 유익할 수 있고, 따라서 측정된 히트 싱크 온도를 사용하면 더 정확한 예측된 평균 히터 트레이스 온도가 제공될 수 있다.
히터는 상기 히터 트레이스가 부착된 세라믹 플레이트를 포함할 수 있고, 상기 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계는, 측정된 세라믹 플레이트 온도를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 공기흐름이 온도 측정의 정확도에 영향을 줄 수 있기 때문에, 이것은 예를 들어 측정된 공기 출력 온도를 사용하는 것보다 유익할 수 있고, 따라서 측정된 세라믹 플레이트 온도를 사용하면 더 정확한 예측된 평균 히터 트레이스 온도가 제공될 수 있다. 더욱이, 세라믹 플레이트는, 예를 들어 열안전의 이유 때문에 기존의 온도 센서를 포함할 수 있고, 따라서 측정된 세라믹 플레이트 온도를 사용하면 추가적인 온도 센서의 비용 및/또는 복잡도를 유발하지 않으면서 더 정확한 예측된 평균 히터 트레이스 온도가 제공될 수 있다.
제어 신호는 히터 트레이스에 공급되는 파워를 조절하기 위한 파워 제어 신호를 포함할 수 극미량 있다. 제어 신호는, 각각의 히터 트레이스에 공급되는 파워가 실질적으로 균일한 방식으로 조절되도록 각각의 히터 트레이스에 공급되는 파워를 조절할 수 있고, 예를 들어 각각의 히터 트레이스에 공급되는 파워는 실질적으로 균일한 양만큼 증가되거나 감소된다.
본 발명의 추가적인 양태에 따르면, 헤어케어 기기의 제어기의 하나 이상의 프로세서의 동작을 위한 머신 판독가능 명령이 포함된 데이터 캐리어로서, 상기 동작은, 측정된 출력 공기 온도를 획득하도록 상기 헤어케어 기기의 출력 공기의 온도를 측정하는 것, 측정된 출력 공기 온도를 원하는 출력 공기 온도와 비교하는 것, 상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 것, 예측된 히터 온도를 예측하는 것, 상기 예측된 히터 온도를 상기 원하는 히터 온도와 비교하는 것, 및 상기 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 것인, 데이터 캐리어가 제공된다.
본 발명의 추가적인 양태에 따르면, 히터, 헤어케어 기기의 출력 공기의 온도를 측정하기 위한 온도 센서, 및 제어기를 포함하는 헤어케어 기기로서, 상기 제어기는, 측정된 출력 공기 온도를 획득하도록 상기 헤어케어 기기의 출력 공기의 온도를 측정하고, 측정된 출력 공기 온도를 원하는 출력 공기 온도와 비교하며, 상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하고, 예측된 히터 온도를 예측하며, 상기 예측된 히터 온도를 상기 원하는 히터 온도와 비교하고, 상기 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 헤어케어 기기가 제공된다.
헤어케어 기기는, 예를 들어 헤어 드라이어 또는 고온 스타일링 브러시를 포함할 수 있다.
본 발명의 양태들의 선호되는 특징들은 적절하다면 본 발명의 다른 양태에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명을 잘 이해하고, 본 발명이 어떻게 작용하는지를 더 명확하게 보여주기 위하여, 본 발명은 이제 일 예로서, 후속하는 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 헤어케어 기기의 개략적인 단면도이다;
도 2는 도 1의 헤어케어 기기의 히터의 개략도이다;
도 3은 본 발명에 따른 헤어케어 기기의 제어 방법의 제 1 실시형태를 예시하는 흐름도이다;
도 4는 도 2의 개략적인 히터 표현의 제 1 단순화된 버전이다;
도 5a는 세 가지 흐름 레이트에 대한, 평균 출력 공기흐름 온도 대 열전도 계수의 그래프이다;
도 5b는 도 5a의 그래프의 곡선 근사화의 그래프이다;
도 6a는 도 3의 방법의 부분적인 제어 블록도이다;
도 6b는 도 6a의 부분적인 제어 블록도의 단순화된 버전이다;
도 7은 도 3의 방법의 제 1 제어 블록도이다;
도 8은 본 발명에 따른 헤어케어 기기의 제어 방법의 제 2 실시형태를 예시하는 흐름도이다;
도 9는 도 2의 개략적인 히터 표현의 제 2 단순화된 버전이다; 그리고
도 10은 도 8의 방법의 제 1 제어 블록도이다.
헤어 드라이어의 형태이고 총괄적으로 10으로 지정되는 헤어케어 기기가 도 1에 개략적으로 도시된다. 헤어 드라이어(10)는 모터(12), 히터(14), 및 제어기(16)를 포함한다. 모터(12)의 세부 사항은 본 발명과 관련이 없고, 모터(12)가 사용 시에 헤어 드라이어(10)를 통과하는 공기흐름을 생성한다는 것을 제외하고는, 간결함을 위해 본 명세서에 포함되지 않을 것이다. 적절한 모터(12)는, 예를 들어 공개된 PCT 특허 출원 WO2017/098200에 개시된 모터일 수 있다.
히터(14)는 도 2에 분리하여 개략적으로 도시되고, 세 개의 히터 트레이스(18, 20, 22), 세라믹 히터 플레이트(24), 저항 온도 검출기(RTD)(26), 및 히트 싱크(28)를 포함한다. 세 개의 히터 트레이스(18, 20, 22)는 텅스텐으로 형성되고, 세라믹 히터 플레이트(24) 상에 안착된다. RTD(26)는 세라믹 히터 플레이트(24)에 연결되어, RTD(26)가 사용 중인 세라믹 히터 플레이트(24)의 온도의 측정치를 제공할 수 있게 한다. RTD(26)는 열안전 시스템의 일부로서 사용될 수도 있다. 비록 본 명세서에서는 RTD로서 도시되지만, 당업자는 임의의 적절한 온도 센서가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 히트 싱크(28)는 세라믹 히터 플레이트(24)에 연결된다.
히터(14)의 열구조(thermal structure)는 도 2 에서도 개략적으로 관찰될 수 있다. 각각의 히터 트레이스(18, 20, 22)는 열용량 m0를 가지고, 세라믹 히터 플레이트(24)는 열용량 m1을 가지며, 히트 싱크(28)는 열용량 m2를 가진다. 각각의 히터 트레이스(18, 20, 22) 및 세라믹 히터 플레이트(24) 사이의 열전도 계수는 k1으로 표시되고, 세라믹 히터 플레이트(24) 및 히트 싱크(26) 사이의 열전도 계수는 k2로 표시되며, 히트 싱크(26) 및 출력 공기흐름(30) 사이의 열전도 계수는 k3로 표시된다. 서미스터(32)는 출력 공기흐름(30)의 온도를 측정하기 위해서 헤어 드라이어(10)의 출구 근처에 위치된다.
제어기(16)는 임의의 적절한 제어기일 수 있다. 제어기(16)에 의해 수행되는 제어의 세부사항은 이제부터 더 상세하게 설명된다. 제어기(16)는 헤어 드라이어(10)의 본체 내에 배치된다.
본 발명에 따른, 헤어 드라이어(10)를 제어하는 방법(100)의 제 1 실시형태는 도 3의 흐름도로부터 개략적으로 관찰될 수 있다. 방법(100)은 측정된 출력 공기흐름 온도를 획득하도록 헤어 드라이어(10)의 출력 공기흐름(30)의 온도를 측정하는 것(102)을 포함한다. 측정된 출력 공기흐름 온도는 원하는 출력 공기흐름 온도와 비교되는데(104), 이것은 예를 들어 사용자 가열 설정과 같이 헤어 드라이어(10)의 동작 모드를 선택하는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 이러한 비교에 기반하여, 제어기(16)는 측정된 출력 공기흐름 온도와 원하는 출력 공기흐름 온도 사이의 임의의 차이를 고려하기 위한 원하는 히터 트레이스 온도를 결정하고(106), 제어기(16)는 측정된 출력 공기흐름 온도에 기반하여 히터 트레이스 온도를 예측한다(108). 제어기(16)는 예측된 히터 트레이스 온도를 원하는 히터 트레이스 온도와 비교하고(110), 제어 히터 트레이스(18, 20, 22)에 공급되는 파워를 제어하기 위한 제어 신호를 히터(14)의 TRIAC(미도시)으로 출력한다(112). 이러한 방식으로, 방법(100)은, 측정된 출력 공기흐름 온도에 의해 결정된 예측된 히터 트레이스 온도에 기반하여, 히터 온도의 근접 제어를 통하여 출력 공기흐름 온도를 가까이 제어할 수 있다. 따라서, 방법(100)은 두 개의 닫힌 피드백 루프를 포함하는데, 외부 피드백 루프는 출력 공기흐름 온도를 제어하고, 내부 피드백 루프는 히터 트레이스 온도를 제어한다.
전술된 방법(100)은 측정된 출력 공기흐름 온도를 사용하여 히터 트레이스 온도를 예측할 수 있다는 사실에 의존한다. 이것은 도 2의 개략적인 히터 구조체의 단순화를 통해서 달성되는데, 이러한 단순화는 도 4에 도시된다. 특히, 계산 유체 역학(computational fluid dynamics; CFD) 시뮬레이션 데이터를 사용하면, 출력 공기흐름(30) 및 세라믹 히터 플레이트(24) 사이의 직접적인 관계를 얻는 것이 가능해지는데, 그러면 세라믹 히터 플레이트(24) 및 출력 공기흐름(30) 사이의 열전도 계수 kc2a가 측정된 출력 공기흐름 온도 및 출력 공기흐름 레이트의 함수로서 측정될 수 있게 된다.
시스템 내에 에너지 손실이 없다고 가정하면, kc2a는 다음과 같이 규정될 수 있다:
Figure 112021038026657-pct00001
여기에서 Tceramic은 세라믹 히터 플레이트(24)의 온도이고, 및 Tavgairflow는 평균 출력 공기흐름 온도이다(양자 모두는 oC 단위로 측정됨).
세 개의 상이한 공기흐름 레이트에 대한 kc2a 대 Tavgairflow의 그래프가 도 5a에 도시된다. 각각의 흐름 레이트에 곡선 근사화를 적용하면, 즉, kc2a=k11. Tavgairflow + k12를 적용하면, 다음 수학식들이 얻어진다:
Figure 112021038026657-pct00002
Figure 112021038026657-pct00003
Figure 112021038026657-pct00004
이러한 근사화된 곡선이 도 5b에 도시된다.
수학식 kc2a=k11. Tavgairflow + k12에 대해서 곡선 근사화를 수행하면, 계수 k11 및 k12가 다음과 같이 결정될 수 있다:
Figure 112021038026657-pct00005
Figure 112021038026657-pct00006
여기에서 Q는 초당 리터 단위인 공기흐름 레이트이다.
그러면, 세라믹 히터 플레이트(24) 및 출력 공기흐름(30) 사이의 열전도 계수 kc2a에 대한 후속하는 관계가 측정된 출력 공기흐름 온도 및 출력 공기흐름 레이트의 함수로서 주어진다:
Figure 112021038026657-pct00007
출력 공기흐름 온도 Tairflow 및 히터 트레이스 온도 Ttrace는 도 6a에서 주파수 도메인에서의 제어 블록도 안에서 관찰될 수 있다. 이러한 관계는 세라믹 히터 플레이트(24) 및 출력 공기흐름(30) 사이의 열전도 계수 kc2a, 및 히터 트레이스(18, 20, 22) 및 세라믹 히터 플레이트(24) 사이의 열전도 계수 k1 양자 모두에 의존한다. 또한, 이러한 관계는 히터 트레이스(18, 20, 22)의 열용량 m0, 세라믹 히터 플레이트(24)의 열용량 m1, 및 출력 공기흐름(30)의 열용량 mair에 의존한다.
이러한 관계는 히터 트레이스(18, 20, 22) 및 출력 공기흐름(30) 사이의 등가 열전도 계수 kequ의 도입과 히터 트레이스(18, 20, 22) 및 세라믹 히터 플레이트(24)의 등가 열용량 mequ의 도입을 통해서, 도 6b에서 주파수 도메인에서의 제어 블록도로 도시된 바와 같이 단순화될 수 있다. 이러한 경우에 등가 열용량 mequ는 3m0로, 즉 개별적인 히터 트레이스(18, 20, 22)의 열용량의 세 배로 설정되지만, 필요하다면 조절될 수 있다.
등가 열전도 계수 kequ는 다음과 같이 계산될 수 있다. 히터 트레이스 온도 Ttrace 및 출력 공기흐름 온도 Tairflow의 온도 관계가 아래에 표시된다:
Figure 112021038026657-pct00008
Figure 112021038026657-pct00009
여기에서 s는 미분 연산자, 예를 들어 d/dt이고, Pin은 입력 파워이다.
이러한 두 개의 온도 관계를 결합하면 다음이 된다:
Figure 112021038026657-pct00010
미분항을 제로로 취급하면 다음이 된다:
Figure 112021038026657-pct00011
따라서, 등가 열전도 계수를 다음과 같이 유도할 수 있고
Figure 112021038026657-pct00012
출력 공기흐름 온도 Tairflow 및 히터 트레이스 온도 Ttrace 사이의 관계가 도 6b에 도시된 바와 같이 단순화될 수 있다.
이제 Tairflow 및 Ttrace 사이에는 다음의 관계가 있다:
Figure 112021038026657-pct00013
역방향 오일러 방법 s=(1-z-1)/t를 사용하면, Ttrace가 다음 수학식을 사용하여 모든 샘플링 시간에 계산될 수 있다:
Figure 112021038026657-pct00014
여기에서 X(i)는 i번째 순간에서의 변수 값이고, tsampling은 알고리즘 샘플링 시간이다.
예측된 히터 트레이스 온도와 원하는 히터 트레이스 온도의 비교에 기반하여 출력 신호를 출력하면(112), 예를 들어 제어 신호가 측정된 출력 공기흐름 온도와 원하는 출력 공기흐름 온도의 비교에만 기반하여 출력되는 시스템보다 더 응답성이 높고 및/또는 더 정확한 시스템이 제공될 수 있다. 측정된 출력 공기흐름 온도를 사용하여 히터 트레이스 온도를 예측함으로써, 히터 트레이스(18, 20, 22)의 온도를 직접적으로 측정하기 위한 추가적 온도 센서에 대한 필요성이 없어질 수 있다. 따라서, 추가 비용이 거의 없이 또는 아예 없이 더 양호한 히터 제어가 얻어질 수 있다. 더욱이, 개별 온도 센서를 각각의 히터 트레이스(18, 20, 22)에 장착하는 것은 어려울 수 있고, 따라서 측정된 출력 공기흐름 온도를 사용하여 히터 트레이스 온도를 예측하면 추가적인 제조 복잡도가 생기는 것을 피할 수 있다.
제어 구조체는 도 7에서 개략적으로 좀 더 상세하게 관찰될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 원하는 출력 공기흐름 온도 Tref 및 측정된 출력 공기흐름 온도 Tairflow는 제 1 비교기(34)로 공급되고, 이것은 제 1 PI 제어기(36)에 신호를 출력한다. 제 1 PI 제어기(36)는 원하는 히터 트레이스 온도 Ttraceref를 제 2 비교기(38)로 출력한다. 또한, 출력 공기흐름 온도 Tairflow는 TRIAC의 측정된 입력 파워 Pin과 함께 관찰기(40)로 공급되고, 및 관찰기(40)는 Ttrace(i)에 대한 전술된 수학식을 사용하여, 예측된 히터 트레이스 온도 Ttrace_est를 제 2 비교기(38)로 출력한다. 제 2 비교기(38)는 신호를 제 2 PI 제어기(42)로 출력하고, 이것은 이제 파워 제어 신호를 TRIAC에게 출력함으로써, 히터 트레이스(18, 20, 22)에 공급되는 파워를 제어한다.
본 발명에 따른 방법(200)의 대안적 실시형태가 도 8의 흐름도로부터 개략적으로 관찰될 수 있다. 방법(200)은 측정된 출력 공기흐름 온도를 획득하도록 헤어 드라이어(10)의 출력 공기흐름(30)의 온도를 측정하는 것(202)을 포함한다. 측정된 출력 공기흐름 온도는 원하는 출력 공기흐름 온도와 비교되는데(204), 이것은 예를 들어 사용자 가열 설정과 같이 헤어 드라이어(10)의 동작 모드를 선택하는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 이러한 비교에 기반하여, 제어기(16)는 측정된 출력 공기흐름 온도와 원하는 출력 공기흐름 온도 사이의 임의의 차이를 고려하기 위한 원하는 히터 트레이스 온도를 결정한다(206).
방법(200)은, 예를 들어 RTD(26)를 사용하여 세라믹 히터 플레이트(24)의 온도를 측정하고(208), 측정된 세라믹 히터 플레이트 온도를 사용하여, 예측된 히터 트레이스 온도를 예측하는 것(210)을 포함한다. 제어기(16)는 예측된 히터 트레이스 온도를 원하는 히터 트레이스 온도와 비교하고(212), 제어 히터 트레이스(18, 20, 22)에 공급되는 파워를 제어하기 위한 제어 신호를 히터(14)의 TRIAC(미도시)으로 출력한다(214). 이러한 방식으로, 방법(200)은, 측정된 세라믹 플레이트 온도에 의해 결정된 예측된 히터 트레이스 온도에 기반하여, 히터 온도의 근접 제어를 통하여 출력 공기흐름 온도를 가까이 제어할 수 있다. 따라서, 방법(200)은 두 개의 닫힌 피드백 루프를 포함하는데, 외부 피드백 루프는 출력 공기흐름 온도를 제어하고, 내부 피드백 루프는 히터 트레이스 온도를 제어한다.
전술된 방법(200)은 측정된 세라믹 히터 플레이트 온도를 사용하여 히터 트레이스 온도를 예측할 수 있다는 사실에 의존한다. 이것은 도 2의 개략적인 히터 구조체의 단순화를 통해서 달성되는데, 이러한 단순화는 도 9에 도시된다. 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 알아야 하는 파라미터는 히터 트레이스(18, 20, 22)의 열용량 m0, 세라믹 히터 플레이트(24)의 열용량 m1, 및 히터 트레이스(18, 20, 22) 및 세라믹 히터 플레이트(24) 사이의 열전도 계수 k1이다.
그러면, 측정된 출력 공기흐름 온도로부터 히터 트레이스 온도를 계산하기 위한 전술된 방식과 유사하게, 히터 트레이스 온도가 다음 수학식을 사용하여 계산될 수 있다:
Figure 112021038026657-pct00015
역방향 오일러 방법 s=(1-z-1)/t를 사용하면, Ttrace가 다음 수학식을 사용하여 모든 샘플링 시간에 계산될 수 있다:
Figure 112021038026657-pct00016
여기에서 X(i)는 i번째 순간에서의 변수 값이고, tsampling은 알고리즘 샘플링 시간이다.
예측된 히터 트레이스 온도와 원하는 히터 트레이스 온도의 비교에 기반하여 출력 신호를 출력하면(214), 예를 들어 제어 신호가 측정된 출력 공기흐름 온도와 원하는 출력 공기흐름 온도의 비교에만 기반하여 출력되는 시스템보다 더 응답성이 높고 및/또는 더 정확한 시스템이 제공될 수 있다. 측정된 세라믹 플레이트 온도를 사용하여 히터 트레이스 온도를 예측함으로써, 히터 트레이스(18, 20, 22)의 온도를 직접적으로 측정하기 위한 추가적 온도 센서에 대한 필요성이 없어질 수 있다. 따라서, 추가 비용이 거의 없이 또는 아예 없이 더 양호한 히터 제어가 얻어질 수 있다. 더욱이, 개별 온도 센서를 각각의 히터 트레이스(18, 20, 22)에 장착하는 것은 어려울 수 있고, 따라서 측정된 출력 공기흐름 온도를 사용하여 히터 트레이스 온도를 예측하면 추가적인 제조 복잡도가 생기는 것을 피할 수 있다.
측정된 세라믹 히터 플레이트 온도를 사용하여 히터 트레이스 온도를 예측하는 것은, 측정된 출력 공기흐름 온도를 사용하여 히터 트레이스 온도를 예측하는 것보다 유익할 수 있는데, 그 이유는 측정된 세라믹 히터 플레이트 온도가, 측정된 출력 공기흐름 온도에 영향을 줄 수 있는 공기흐름 특성에 의해서 영향을 받지 않을 수도 있기 때문이다. 따라서, 측정된 세라믹 히터 플레이트 온도를 사용하여 히터 트레이스 온도를 예측하면, 측정된 출력 공기흐름 온도를 사용하여 히터 트레이스 온도를 예측하는 것보다 더 정확한 히터 트레이스 온도의 예측이 제공될 수 있다.
제어 구조체는 도 10에서 개략적으로 좀 더 상세하게 관찰될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 원하는 출력 공기흐름 온도 Tref 및 측정된 출력 공기흐름 온도 Tairflow는 제 1 비교기(34)로 공급되고, 이것은 제 1 PI 제어기(36)에 신호를 출력한다. 제 1 PI 제어기(36)는 원하는 히터 트레이스 온도 Ttraceref를 제 2 비교기(38)로 출력한다. 측정된 세라믹 플레이트 온도는 TRIACS의 측정된 입력 파워 Pin과 함께 관찰기(40)로 공급되고, 관찰기(40)는 Ttrace(i)에 대한 전술된 수학식을 사용하여 예측된 히터 트레이스 온도 Ttrace_est를 제 2 비교기(38)로 출력한다. 제 2 비교기(38)는 신호를 제 2 PI 제어기(42)로 출력하고, 이것은 이제 파워 제어 신호를 TRIAC에게 출력함으로써, 히터 트레이스(18, 20, 22)에 공급되는 파워를 제어한다.

Claims (21)

  1. 히터를 포함하는 헤어케어 기기를 제어하는 방법으로서,
    측정된 출력 공기 온도를 획득하도록 상기 헤어케어 기기의 출력 공기의 온도를 측정하는 단계,
    측정된 출력 공기 온도를 원하는 출력 공기 온도와 비교하는 단계,
    상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 단계,
    예측된 히터 온도를 예측하는 단계,
    상기 예측된 히터 온도를 상기 원하는 히터 온도와 비교하는 단계, 및
    상기 예측된 히터 온도와 상기 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 신호는, 상기 히터에 공급되는 파워를 조절하기 위한 파워 제어 신호를 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 예측된 히터 온도가 상기 원하는 히터 온도보다 낮은 경우에 상기 히터에 공급되는 파워를 증가시키고 및/또는 상기 예측된 히터 온도가 상기 원하는 히터 온도보다 높은 경우에 상기 히터에 공급되는 파워를 감소시키는 단계를 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 단계는,
    상기 측정된 출력 공기 온도와 상기 원하는 출력 공기 온도 사이의 차이에 대응하는 오차 값을 계산하는 것, 및
    상기 오차 값을 상쇄하도록(offset), 원하는 히터 온도를 계산하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 단계는,
    제 1 제어 보상기를 활용하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 단계는,
    상기 예측된 히터 온도와 상기 원하는 히터 온도 사이의 차이에 대응하는 오차 값을 계산하는 것, 및
    상기 오차 값을 상쇄하기 위한 제어 신호를 계산하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 단계는,
    제 2 제어 보상기를 활용하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 제 1 제어 루프 및 제 2 제어 루프를 포함하고,
    상기 제 1 제어 루프는,
    측정된 출력 공기 온도를 획득하도록 상기 헤어케어 기기의 출력 공기의 온도를 측정하는 것,
    상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도를 비교하는 것, 및
    상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 것을 포함하며,
    상기 제 2 제어 루프는,
    예측된 히터 온도를 예측하는 것,
    상기 예측된 히터 온도를 상기 원하는 히터 온도와 비교하는 것, 및
    상기 예측된 히터 온도와 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 루프는 외부 제어 루프를 포함하고,
    상기 제 2 제어 루프는 내부 제어 루프를 포함하며,
    상기 제 1 제어 루프는 상기 제 2 제어 루프보다 느린, 헤어케어 기기 제어 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예측된 히터 온도를 예측하는 단계는,
    상기 측정된 출력 공기 온도를 사용하여 예측된 히터 온도를 결정하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는 히터 트레이스를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 트레이스 온도를 결정하는 단계,
    예측된 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계,
    상기 예측된 히터 트레이스 온도를 상기 원하는 히터 트레이스 온도와 비교하는 단계, 및
    상기 예측된 히터 트레이스 온도와 원하는 히터 트레이스 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 예측된 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계는,
    상기 측정된 출력 공기 온도를 사용하여 예측된 히터 트레이스 온도를 예측하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 히터는 히트 싱크를 포함하고,
    상기 예측된 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계는,
    측정된 히트 싱크 온도를 사용하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 히터 트레이스가 부착된 세라믹 플레이트를 포함하고,
    상기 예측된 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계는,
    측정된 세라믹 플레이트 온도를 사용하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는 복수 개의 히터 트레이스를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 평균 히터 트레이스 온도를 결정하는 단계,
    예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계,
    상기 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 상기 원하는 평균 히터 트레이스 온도와 비교하는 단계, 및
    상기 예측된 평균 히터 트레이스 온도와 원하는 평균 히터 트레이스 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계는,
    상기 측정된 출력 공기 온도를 사용하여 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 히터는 히트 싱크를 포함하고,
    상기 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계는,
    측정된 히트 싱크 온도를 사용하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 히터 트레이스가 부착된 세라믹 플레이트를 포함하고,
    상기 예측된 평균 히터 트레이스 온도를 예측하는 단계는,
    측정된 세라믹 플레이트 온도를 사용하는 것을 포함하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어 신호는, 각각의 히터 트레이스에 공급되는 파워가 균일한 방식으로 조절되도록, 각각의 히터 트레이스에 공급되는 파워를 조절하는, 헤어케어 기기 제어 방법.
  20. 헤어케어 기기의 제어기의 하나 이상의 프로세서의 동작을 위한 머신 판독가능 명령이 포함된 데이터 캐리어로서,
    상기 동작은,
    측정된 출력 공기 온도를 획득하도록 상기 헤어케어 기기의 출력 공기의 온도를 측정하는 것,
    측정된 출력 공기 온도를 원하는 출력 공기 온도와 비교하는 것,
    상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하는 것,
    예측된 히터 온도를 예측하는 것,
    상기 예측된 히터 온도를 상기 원하는 히터 온도와 비교하는 것, 및
    상기 예측된 히터 온도와 상기 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하는 것인, 데이터 캐리어.
  21. 히터, 헤어케어 기기의 출력 공기의 온도를 측정하기 위한 온도 센서, 및 제어기를 포함하는 헤어케어 기기로서,
    상기 제어기는,
    측정된 출력 공기 온도를 획득하도록 상기 헤어케어 기기의 출력 공기의 온도를 측정하고,
    측정된 출력 공기 온도를 원하는 출력 공기 온도와 비교하며,
    상기 측정된 출력 공기 온도와 원하는 출력 공기 온도의 비교에 기반하여 원하는 히터 온도를 결정하고,
    예측된 히터 온도를 예측하며,
    상기 예측된 히터 온도를 상기 원하는 히터 온도와 비교하고,
    상기 예측된 히터 온도와 상기 원하는 히터 온도의 비교에 기반하여 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 헤어케어 기기.
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