KR20040093159A - 유도 가열장치 - Google Patents

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KR20040093159A
KR20040093159A KR10-2004-7014652A KR20047014652A KR20040093159A KR 20040093159 A KR20040093159 A KR 20040093159A KR 20047014652 A KR20047014652 A KR 20047014652A KR 20040093159 A KR20040093159 A KR 20040093159A
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히로타이즈오
아이하라가쓰유키
마키오노부요시
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마쓰시타 덴키 산교 가부시끼 가이샤
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Abstract

누설전류가 인체에 흐르는 것을 방지하고, 정전 실드체가 그 기능을 충분히 발휘하지 않고 있을 때에도, 감전될 우려가 없는 안정성이 높은 유도 가열장치를 제공한다. 본 발명의 구동 장치는 피가열체와 유도 가열코일 사이에 정전 실드체를 설치한 유도 가열장치로서, 상기 정전 실드체의 통전상태를 검지하는 검지수단을 설치하고, 상기 검지수단의 검지에 의해 상기 유도 가열코일을 구동하는 구동수단을 제어한다.

Description

유도 가열장치 {INDUCTION HEATING DEVICE}
유도 가열을 응용하여 인버터를 이용한 유도 가열장치는 부하가 되는 조리용기 등의 근방에 온도검지소자 등을 탑재하여, 조리용기온도 등을 검지하고, 그에 따라 화력의 조절이나 조리시간의 조절을 행함으로써, 우수한 가열응답성 및 제어성을 가진다. 유도 가열장치는 섬세한 조리를 실현하는 동시에, 불꽃을 이용하지 않기 때문에 실내의 공기를 오염시키는 일이 적고, 열효율이 높고, 안전하고 또한 청결하게 하는 특성도 가진다. 근래, 이들 특성이 주목된 유도 가열장치의 수요가 급속히 신장되고 있다.
도 14를 이용하여 종래예1의 유도 가열장치를 설명한다. 종래예1의 유도 가열장치는 철과 같은 고투자율의(자성체의) 피가열체(또는 18-8 스테인리스강과 같은 저투자율인 고저항의 피가열체)와, 알루미늄 또는 구리와 같은 저투자율인(비자성체인) 저저항의 피가열체를 가열할 수 있다. 도 14는 종래예1의 유도 가열장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 14에 있어서, 참조부호 110은 피가열체(조리용기, 프라이팬 등의 금속제의 용기), 101은 고주파 자계를 발생하여 피가열체(110)를 가열하는 유도 가열코일, 127은 상용 교류 전원 입력, 108은 브리지(108a)와 평활 콘덴서(108b)로 구성되어 상용 교류 전원을 정류하는 정류 평활부, 1402는 정류 평활부(108)에 의해서 정류된 전원을 고주파 전력으로 변환하여 유도 가열코일(101)에 고주파 전류를 공급하는 인버터 회로, 105는 마이크로 컴퓨터, 1409는 조작부, 125는 케이스이다. 118은 케이스(125)의 상부에 배치되어 피가열체(110)를 탑재하는 세라믹제의 톱플레이트(top plate)이다.
마이크로 컴퓨터(105)는 제어부(104)를 가진다. 조작부(1409)는 설정입력부(113) 및 설정표시부(114)를 가진다. 설정입력부(113)는 복수의 키스위치(유도 가열장치의 목표출력을 정하는 출력단계의 설정명령을 입력하는 키스위치와, 유도 가열장치의 ON 명령을 입력하는 키스위치와, 유도 가열장치의 OFF 명령을 입력하는 키스위치를 포함함)를 가진다.
설정표시부(114)는 복수의 가시(可視) LED(Light Emitting Diode)를 가지고, 유도 가열장치의 설정 상태를 표시한다.
제어부(104)는 설정입력부(113)로부터 입력된 명령에 따라서 구동회로(111)를 구동한다. 구동회로(111)는 인버터 회로(102)의 출력을 제어한다. 제어부(104)는 저투자율인 저저항의 피가열체를 가열하는 경우와, 고투자율인 피가열체(또는 저투자율인 고저항의 피가열체)를 가열하는 경우, 릴레이(도시하지 않음)를 ON/OFF 제어하여, 인버터 회로(102)가 구동하는 유도 가열코일(101)의 턴 수를 전환하여 유도 가열코일(101)에 인가되는 전압을 전환한다. 저투자율인 저저항의 피가열체를 가열하는 경우가 고투자율의 피가열체(또는 저투자율인 고저항의 피가열체)를 가열하는 경우보다도, 유도 가열코일(101)의 턴 수가 많고, 유도 가열코일(101)에 인가되는 전압이 높다. 피가열체(110)가 저투자율이고 또한 저저항인 알루미늄이나 구리 등으로 이루어지는 조리용기일 때, 유도 가열코일(101)에 인가되는 전압이 1㎸ 이상이 된다.
유도 가열코일(101)과 피가열체(110) 사이에 부유(浮游)용량(등가용량)(1411)이 존재한다. 사용자가 피가열체(110)에 접촉하면, 부유용량(등가용량)(1411) 및 사용자의 신체의 내부저항(등가저항)(1412)을 통해 유도 가열코일(101)로부터 그라운드에 전류가 흐른다. 고압의 유도 가열코일(101)로부터 인체에 소정 이상의 전류가 누설되면 위험하다.
일본 특공평4-75634호 공보에, 고압의 유도 가열코일(101)로부터 인체에 전류가 누설되는 것을 방지하는 종래예2의 유도 가열조리기가 기재되어 있다. 도 15 및 도16을 이용하여, 종래예2의 유도 가열조리기를 설명한다. 도 15는 종래예2의 유도 가열조리기의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 15에서 종래예1(도 14)과 동일한 블록에는 동일한 부호를 부여하였다. 종래예2의 유도 가열조리기는 톱플레이트(118)의 하면에 도전성의 정전(靜電) 실드체(1512)와, 정전 실드체(1512)를 덮는 절연층(1513)을 설치하고 있는 점에서 종래예1과 상이하다. 정전 실드체(1512)는 정류 평활 회로(108)의 저전위부와 접속되어 있다. 그 이외의 점에서, 종래예2는 종래예1과 동일하다.
도 16은 종래예2의 유도 가열조리기의 톱플레이트(118)에 형성된 정전 실드체(1512)의 패턴을 도시한 도면이다. 이해를 용이하게 하기 위해, 도 16은 절연층(1513)을 제외하여, 정전 실드체(1512)의 패턴을 나타낸다. 정전 실드체(1512)는 톱플레이트(118)의 하면에 도포되고 소성 장착되어 있다. 정전 실드체(1512)는 환형의 형상을 가진다. 정류 평활 회로(108)의 저전위부에서의 접속선이 정전 실드체(1512)의 전극(1513)에 접속되어 있다.
유도 가열코일(101)과 정전 실드체(1512) 사이에 부유용량(등가용량)(1514)이 존재한다. 부유용량(등가용량)(1514) 및 정전 실드체(1512)의 내부저항(등가저항)(1515)을 통하여, 유도 가열코일(101)로부터 그라운드에 전류가 흐른다. 도전성의 정전 실드체(1512)의 내부저항(등가저항)(1515)의 임피던스는 부유용량(등가용량)(1514)의 임피던스와 비교하여 충분히 작다(유도 가열코일(101)을 흐르는 고주파 전류의 주파수는 20∼60㎑ 정도이다). 그러므로 정전 실드체(1512)에 유도되는 전압은 충분히 낮다.
정전 실드체(1512)와 피가열체(110) 사이에 부유용량(등가용량)(1516)이 존재한다. 사용자가 피가열체(110)에 접촉하면, 유도 가열코일(101)에 의해 정전 실드체(1512)에 유도된 전압에 의해 부유용량(등가용량)(1516) 및 사용자의 신체의 내부저항(등가저항)(1412)을 통하여, 누설전류가 그라운드에 흐른다. 정전 실드체(1512)에 유도된 전압은 충분히 낮아서 사용자의 신체의 내부저항(등가저항)(1412)을 통하여 그라운드에 흐르는 누설전류는 매우 작다.
다시 말하면, 정전 실드체(1512)와 그라운드 사이에, 정전 실드체(1512)의 내부저항(등가저항)(1515)과, 부유용량(등가용량)(1516) 및 사용자의 신체의 내부저항(등가저항)(1412)이 병렬로 접속된다. 정전 실드체(1512)의 내부저항(등가저항)(1515)의 임피던스는 부유용량(등가저항)(1516) 및 사용자의 신체의 내부저항(등가저항)(1412)의 임피던스와 비교하여 매우 작기 때문에 유도 가열코일(101)로부터의 누설전류는 대부분이 정전 실드체(1512)를 통해 그라운드로 흐른다. 사용자의 신체에는 거의 전류가 누설되지 않는다.
종래예2의 구성에 있어서, 피가열체(110)가 저투자율이고 저저항인 알루미늄이나 구리 등으로 이루어지는 조리용기인 경우, 유도 가열코일(101)의 턴 수가 증대된다. 이 때, 유도 가열코일에 인가되는 전압은 1㎸ 이상이 된다. 종래예2에서는 저전위부에 전기적으로 결합되어 있는 정전 실드체가 존재하고, 피가열체(110)와 정전 실드체(1512) 사이에는 대부분 전위차가 없다(양자 모두 그라운드 레벨에 가까운 전위임). 이로 인해, 피가열체(110)에 누설전류가 유도되는 일이 없다. 따라서, 피가열체(110)에 인체가 접촉하더라도 안전하다.
일본 특공소55-869호 공보에, 톱플레이트의 이면에 도전성의 도료에 의해 형성된 가느다란 패턴(톱플레이트의 균열 검지 회로)을 설치한 유도 가열장치가 개시되어 있다. 이 패턴에 직류전류를 흘린다. 톱플레이트가 균열되어 이 패턴을 흐르는 전류가 차단된 것에 따라서, 유도 가열코일을 정지시킨다.
일본 특개소62-278785호 공보 및 일본 특개소62-278786호 공보에, 톱플레이트에 도전성의 가느다란 패턴을 설치한 유도 가열조리기가 개시되어 있다. 유도 가열코일을 구동했을 때, 이 패턴에 누설전류가 흐른다. 누설전류가 유도 가열코일의 출력에 비례한 기준치보다 작아졌을 때, 유도 가열코일을 정지시킨다.
종래예2의 구성에 있어서, 정전 실드체가 충분히 그 기능을 해내고 있는 한은 피가열체에 인체가 접촉하더라도 안전하다. 그러나, 정전 실드체가 어떠한 원인에 의해, 예를 들면, 시간경과에 따른 변화에 의해 그 기능이 충분히 작용하지 않게 된 경우, 안전성이 반드시 충분히 보증되지 않는(사용자가 피가열체에 접촉하면, 소정 이상의 누설전류가 인체를 흐를 우려가 있음) 문제가 있었다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하는 것으로, 누설전류가 인체에 흐르는 것을 방지하고, 정전 실드체가 그 기능을 충분히 발휘하지 않고 있을 때에도, 감전될 우려가 없는 안정성이 높은 유도 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 피가열체와 유도 가열코일 사이에 실드체를 설치한 유도 가열장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 유도 가열장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 유도 가열장치의 정전 실드체 패턴의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 유도 가열장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 유도 가열장치의 제어 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 유도 가열장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 유도 가열장치의 제어 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예의 유도 가열장치의 제어 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예의 유도 가열장치의 주요부 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예의 유도 가열장치의 주요부 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예의 유도 가열장치의 주요부 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예의 유도 가열장치의 주요부 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제8 실시예의 유도 가열장치의 주요부 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제9 실시예의 유도 가열장치의 주요부 단면도이다.
도 14는 종래예1의 유도 가열장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 15는 종래예2의 유도 가열장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 16은 종래예2의 유도 가열장치의 톱플레이트에 형성된 정전 실드체의 패턴을 나타내는 도면이다.
도면의 일부 또는 전부는 도시를 목적으로 한 개요적 표현에 의해 도시되어 있고, 나타낸 요소의 실제의 상대적 크기나 위치는 정확하게 묘사되어 있지 않다는 것을 이해하여야 한다.
상기 종래의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 유도 가열장치는 실드체의 통전상태(도통상태)를 검지하는 검지부를 설치하고, 검지부의 검지출력에 따라, 유도 가열코일을 구동하는 구동부(인버터 회로)를 제어하는 구성으로 했다. 이 구성에 의해, 실드체가 어떠한 원인으로 그 기능을 발휘할 수 없게 되었을 때, 검지부가 실드체의 도통상태가 악화된 것을 검지하여, 유도 가열코일의 출력을 저감 또는 정지시킬 수 있다. 정전 실드체가 그 기능을 충분히 발휘하지 않고 있을 때에도, 감전될 우려가 없는 안정성이 높은 유도 가열장치를 실현된다.
본원 발명의 신규 특징은 첨부한 청구범위에 특히 기재한 것이 분명하지만, 구성 및 내용의 쌍방에 관해서 본 발명은 다른 목적이나 특징과 함께, 도면과 공동으로 이해되는 바의 이하의 상세한 설명으로부터, 보다 잘 이해되어 평가될 것이다.
본 발명의 하나의 관점에 의한 유도 가열장치는 고주파 자계를 발생하여 피가열체를 가열하는 유도 가열코일과, 상기 유도 가열코일을 구동하는 인버터 회로와, 상기 피가열체와 상기 유도 가열코일 사이에 설치되고 저전위부에 전기적으로 접속된 도전성의 실드체와, 상기 유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압을 상기 실드체에 인가하여 상기 실드체의 도통상태를 검지하는 검지부와, 상기 도통상태에 따라서 상기 인버터 회로를 제어하는 제어부를 가진다.
본 발명의 다른 관점에 의한 유도 가열장치는 피가열체와 유도 가열코일 사이에 정전 실드체를 설치한 유도 가열장치로서, 상기 정전 실드체의 통전상태를 검지하는 검지수단을 설치하고, 상기 검지수단의 검지에 의해, 상기 유도 가열코일을 구동하는 구동수단을 제어한다.
일본 특공소55-869호 공보에 기재된 유도 가열조리기는 실드체를 설치함으로써 유도 가열코일로부터 피가열물을 통하여 인체에 누설전류가 흐르는 것을 방지한다. 그러나, 실드체가 그 기능을 발휘할 수 없게 되었을 때, 유도 가열코일로부터피가열물을 통하여 인체에 누설전류가 흐를 우려가 있었다.
일본 특개소62-278785호 공보, 일본 특개소62-278786호 공보 및 일본 특공소55-869호 공보에 기재된 유도 가열장치는 톱플레이트의 균열을 검지하여 유도 가열장치를 정지시킨다. 그러나, 톱플레이트에 설치된 패턴은 가늘고, 오로지 톱플레이트의 균열 검지용으로서, 유도 가열코일로부터 피가열체에의 누설전류를 방지하는 실드 효과는 거의 없었다. 이들 종래예의 발명은 누설전류를 방지한다고 하는 착상을 가지고 있지 않았다. 예를 들면 알루미늄 등의 저투자율인 저저항의 피가열체를 가열하기 위해, 유도 가열코일이 고압을 출력한 경우, 가느다란 도전 패턴은 누설전류를 방지하기 위해서는 불충분했다. 톱플레이트에 설치한 도전 패턴을 실드체(실드 효과가 있는 정도의 크기를 가짐)로 변경하는 것만으로는 실드체가 그 기능을 발휘할 수 없게 된 것을 검지하는 것은 곤란했다. 유도 가열코일과 피가열체 사이에 실드체를 설치하고, 실드체가 그 기능을 발휘할 수 없게 된 것을 검지하는 데에는 실시예에 기재한 바와 같이, 신호의 검지 방법에 새로운 아이디어를 적용할 필요가 있었다.
본 발명은 유도 가열코일과 피가열체 사이에 실드체를 설치하여 누설전류를 방지하고, 실드체가 어떠한 원인으로 그 기능을 발휘할 수 없게 되었을 때, 검지부가 실드체의 도통상태가 악화된 것을 검지하여, 제어부가 유도 가열코일의 출력을 저감시키거나 정지시키는 안정성이 높은 유도 가열장치를 실현했다. 실드체가 그 기능을 발휘할 수 없게 된 경우에도, 사람이 피가열체에 접촉되었을 때, 누설전류가 인체에 흘러 사용자가 감전될 우려가 없어진다.
「저전위부」는 유도 가열코일에 의해 피가열체로부터 인체에 흐르는 누설전류를 충분히 낮출 수 있는 전위이면, 어떠한 전위라도 좋다. 바람직하게는 저전위부는 그라운드선 또는 이것에 가까운 전위의 부분이다.
실드체와 저전위부를 접속선으로(직류성분 및 교류성분이 흐르도록) 접속할 수도 있고, 콘덴서로 교류적으로 접속할 수도 있다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 유도 가열장치는, 피가열체를 탑재하는 톱플레이트와, 상기 톱플레이트의 하방에 설치한 상기 피가열체를 유도 가열하는 유도 가열코일과, 상기 유도 가열코일을 구동하는 구동수단과, 상기 피가열체와 상기 유도 가열코일 사이에 설치된 정전 실드체와, 상기 정전 실드체의 통전상태를 검지하는 검지수단을 구비하고, 상기 검지수단은 검지한 값이 기준치 이하로 되면 상기 구도수단을 제어하여 출력저감 또는 출력정지를 행한다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기 유도 가열장치에서는, 상기 검지부는 상기 실드체의 임피던스가 소정의 임계값 이하인지 여부, 상기 실드체의 소정의 단자 사이의 전압이 소정의 임계값 이하인지 여부, 또는 상기 실드체를 흐르는 전류가 소정의 임계값 이상인지 여부를 판단하고, 상기 제어부는 상기 실드체의 임피던스가 소정의 임계값보다 크거나, 상기 실드체의 소정의 단자 사이의 전압이 소정의 임계값보다 높거나, 상기 실드체를 흐르는 전류가 소정의 임계값보다 작은 경우에, 상기 유도 가열코일의 출력을 저감 또는 정지시킨다.
이러한 구성에 의해, 실드체가 어떠한 원인으로 그 기능이 저하되었을 때(실드체의 도통상태가 악화되었을 때), 검지부는 실드체에 통전하는 것에 의해 그 기능 저하의 정도를 검지하고, 미리 정해진 기준값(임계값)을 넘으면, 유도 가열장치는 유도 가열코일의 출력을 저감 또는 정지시킬 수 있다. 실드체가 그 기능을 발휘할 수 없는 경우에도, 사람이 피가열체에 접촉된 경우에 누설전류가 인체를 흘러서 사용자가 감전될 우려가 없다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는, 상기 검지부는 상기 유도 가열코일이 정지하고 있을 때, 상기 유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압을 상기 실드체에 인가하여 상기 실드체의 도통상태를 검지하고, 상기 유도 가열코일이 통전되어 있을 때 상기 유도 가열코일이 상기 실드체에 유발하는 노이즈에 따라 상기 실드체의 도통상태를 검지한다.
유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압을 실드체에 인가함으로써, 유도 가열코일이 동작하지 않고 있을 때, 실드체의 도통이 악화된 것을 검지할 수 있다. 실드체의 도통이 악화된 경우, 예를 들면 유도 가열코일은 처음으로부터 동작하지 않도록 할 수 있어서(일단 유도 가열코일이 동작하여, 동작하여 처음으로 실드체의 도통상태가 악화된 것을 검지하고, 유도 가열코일을 정지시키는 것은 아님), 안정성이 높은 유도 가열장치가 실현된다.
유도 가열코일과 피가열체 사이에, 큰 면적을 가지는 실드체를 설치하면, 유도 가열코일의 동작 시에 실드체에는 큰 누설전류가 흐른다. 누설전류가 대단히 크고, 누설전류에 방해되어, 검지부가 실드체의 도통상태를 정확하게 검지할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우에도 본 발명에 의하면, 유도 가열코일이 동작하지 않고 있을 때 실드체의 도통상태를 검지하여, 검지부는 올바른 검지결과를 출력한다.
「유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압」은 유도 가열코일의 누설전압을 포함하지 않는다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는, 상기 제어부의 기능은 마이크로 컴퓨터의 소프트웨어 처리에 의해 실행되고 있고, 상기 유도 가열코일이 통전되어 있을 때, 상기 검지부가 상기 실드체의 도통상태가 악화된 것을 검지하면, 상기 마이크로 컴퓨터는 간섭 처리에 의해 유도 가열코일을 정지시킨다.
마이크로 컴퓨터의 소프트웨어 처리는 통상 처리 사이클 기간마다 실행된다. 따라서, 최악의 경우, 마이크로 컴퓨터의 응답이 처리 사이클 기간만큼 지연된다. 실드체의 도통상태가 악화된 경우, 유도 가열코일로부터 인체에 누설전류가 흐르는 것을 방지하기 위해, 신속하게 안전기능(유도 가열코일의 출력을 저감시키거나, 또는 정지시킴)이 작용하는 것이 중요하다. 본 발명에 의해, 간섭 처리에 의해 지연을 발생하지 않고, 안전기능을 발휘할 수 있다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치는 피가열체를 탑재하는 톱플레이트를 추가로 가지고, 상기 톱플레이트의 상면 또는 하면의 최소한 어느 한 쪽의 면에 상기 실드체가 설치되어 있다. 실드체를 피가열체의 근처에 안정적으로 설치할 수 있어, 유도 가열코일과 피가열체 사이를 확실하게 실드할 수 있다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치는 피가열체를 탑재하는 톱플레이트를 추가로 가지고, 상기 톱플레이트가 합판유리(laminated glass)로 형성되어 있고, 상기 합판유리의 유리와 유리 사이에 상기 실드체가 설치되어 있다.실드체를 피가열체의 근처에 안정적으로 설치할 수 있다. 실드체는 절연층을 설치하지 않고, 피가열체 및 유도 가열코일로부터 확실하게 절연된다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치는 피가열체를 탑재하는 톱플레이트와, 상기 톱플레이트와 상기 유도 가열코일 사이에 놓인 고정판을 추가로 가지고, 상기 실드체가 상기 고정판의 위, 중간 또는 아래에 설치되어 있다. 본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치는 유도 가열코일의 피가열체 측에 정전 실드체를 구비한 고정판을 설치한다.
고정판은 톱플레이트와 유도 가열코일 사이라면 임의의 위치에 둘 수 있다. 실드체를 가지는 범용성이 있는 고정판을 기종에 따라서 유도 가열장치가 적절한 위치에 설치함으로써, 기종마다 개별의 실드체를 설계할 필요가 없어진다.
「실드체가 고정판의 중간에 설치되어 있다」란, 예를 들면 고정판이 합판유리로 형성되어 있고, 합판유리의 유리와 유리 사이에 실드체가 설치되어 있는 것이다. 실드체가 고정판의 아래(유도 가열코일 측)에 설치되어 있는 경우는 바람직하게는, 실드체의 표면을 덮는 절연층을 설치하고, 절연층이 실드체와 유도 가열코일을 확실하게 절연한다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치는 상기 고정판과 유도 가열코일 사이에 공간을 형성한다. 이에 따라, 유도 가열코일의 표면의 방열성이 향상된다. 냉각풍이 고정판과 유도 가열코일의 공간에 흐르도록 함으로써, 또한 냉각성을 향상시킬 수 있다. 또, 이 공간에 의해, 실드체와 유도 가열코일 사이의 절연 내압(耐壓) 성능이 대폭 향상된다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치는 냉각팬을 추가로 가지고, 상기 냉각팬의 바람이 상기 고정판과 유도 가열코일 사이의 공간을 통과하는 구성으로 했다. 이에 따라, 냉각성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는 최소한 유도 가열코일에 통전하지 않고 있는 상태에 있어서, 상기 검지부가 상기 실드체의 도통상태를 검지한다.
이에 따라, 유도 가열을 사용하지 않고 있을 때에도 실드체의 통전상태(도통상태)를 확인할 수 있어, 유도 가열장치의 높은 안전성을 확보할 수 있다. 누설전류가 대단히 크고, 누설전류에 방해되어, 검지부가 실드체의 도통상태를 정확하게 검지할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우에도 본 발명에 의하면, 유도 가열코일이 동작하지 않고 있을 때 실드체의 도통상태를 검지하여, 검지부는 올바른 검지결과를 출력한다.
이러한 경우, 바람직하게는 검지부는 유도 가열코일이 동작하지 않고 있을 때, 유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압을 실드체에 인가하여 실드체의 도통상태를 검지하고, 유도 가열코일이 동작할 때, 유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압을 이용하여 실드체의 도통상태를 검지하지 않는다. 더욱 바람직하게는 유도 가열코일이 동작할 때, 다른 방법으로 실드체의 도통상태를 검지한다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는 상기 유도 가열코일에 통전하고 있는 상태에 있어서, 상기 검지부에 의한 상기 실드체의 도통상태의 검지를 실질적으로 금지하거나 상기 검지부의 검지결과를 무효화한다.
누설전류가 대단히 크고, 누설전류에 방해되어, 검지부가 실드체의 도통상태를 정확하게 검지할 수 없는 경우가 있다. 본 발명에 있어서, 검지부는 유도 가열코일이 동작하지 않고 있을 때, 유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압을 실드체에 인가하여 실드체의 도통상태를 정확하게 검지하여, 유도 가열코일이 동작할 때, 유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압을 이용하여 실드체의 도통상태의 검지를 실질적으로 행하지 않거나 그 검지결과가 사용되지 않는다. 잘못된 검지결과에 따라 유도 가열장치가 오동작하는 것을 방지할 수 있다. 유도 가열코일이 동작하지 않고 있을 때 얻은 올바른 검지결과를 이용하여, 적절하게 안전기능을 발휘할 수 있다.
유도 가열코일이 동작할 때, 검지부는 다른 방법(유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압을 이용하여 실드체의 도통상태를 검지하는 방법 이외의 방법)으로 실드체의 도통상태를 검지할 수도 있다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는 상기 검지부가 상기 실드체에 직류전류를 흘려, 그 도통상태를 검지한다. 이에 따라, 검지부는 실드체의 도통상태(통전상태)를 용이하게 또한 확실하게 검지할 수 있다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는 상기 검지부가 유도 가열코일에 통전 중의 소정 시간마다, 상기 실드체의 도통상태를 검지한다. 검지부가 검지하지 않을 때의 소비 전력을 낮게 함으로써, 검지부가 실드체의 도통상태를 검지하는 데 요하는 전력을 실질적으로 삭감하여, 불필요한 전력소비를 없앨 수 있다. 특히, 유도 가열장치를 사용하지 않고 있을 때의 대기전력을 줄일 수있다.
유전 가열코일이 통전되고 있을 때는 검지부가 실드체의 도통상태를 신속하게 검지하는 것이 바람직한 경우가 있다. 유전가열코일이 통전되고 있을 때는 검지부는 실시간으로(예를 들면 간섭 처리에 의해) 실드체의 도통상태를 체크하고, 유전 가열코일이 통전되어 있지 않을 때는 검지부는 소정 시간마다 실드체의 도통상태를 체크할 수도 있다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치는 표시부 및/또는 통지부를 추가로 가지고, 상기 실드체가 소정의 임계값보다 비도통이면, 상기 표시부에 이상 상태의 표시 및/또는 상기 통지부에서의 이상 상태 통지가 행하여진다. 본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치는 표시부 및/또는 통지부를 설치하고, 검지수단의 검지한 값이 기준치 이하로 되면 표시부에 이상 상태의 표시 및/또는 통지부에서의 이상 상태의 통지를 행한다.
이에 따라, 사용자에게 이상 상태를 정확하게 알릴 수 있다. 사용자는 유도 가열장치를 적절하게 수리할 수 있다.
「표시부」는 시각적으로 이상 상태(실드체의 도통이 악화되어 있는 상태)를 표시하는 부분이다. 표시부는 예를 들면 가시 LED 또는 액정 디스플레이이다.
「통지부」는 청각적으로 이상 상태를 표시하는 부분이다. 통지부는 예를 들면 압전 버저(buzzer) 또는 음성 가이던스(guidance)용 스피커이다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는 상기 실드체와 상기 검지부는 최소한 2개의 접속선으로 접속되고, 상기 검지부는 최소한 2개의 상기 접속선과 상기 실드체의 최소한 일부를 포함하는 경로의 도통상태를 검지한다. 본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는 정전 실드체에 최소한 2점의 접속부를 구비하고, 접속부 사이에 통전하고, 그 통전상태를 검지하는 검지수단을 설치한다.
검지부는 2개의 접속선과 실드체의 최소한 일부를 포함하는 경로의 도통상태를 검지함으로써, 실드체의 도통상태를 확실하게 검지할 수 있다. 실드체와 검지부를 2개 이상의 접속선으로 접속하는 구성에 의해, 하나의 접속선의 접속이 분리되어, 실드체와 저전위부 사이의 도통상태가 악화된 것을 검지부가 검지한 경우에도, 실드체와 저전위부 사이의 실질적인 도통을 확보할 수 있다. 이 경우에도, 유도 가열코일로부터 피가열체를 통하여 사용자에게 누설전류가 거의 흐르지 않는다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는 상기 실드체가 상기 유도 가열코일의 중심축을 내부에 포함하는 폐쇄루프가 그 위에 존재하지 않는 형상을 가진다. 이에 따라, 유도 가열코일에 의해 유도된 소용돌이 전류가 실드체에 흘러나가 실드체가 불필요한 에너지를 소비하는 것을 방지할 수 있다. 실드체의 발열을 작게 함으로써, 실드체의 수명을 연장시키는 것도 가능하다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는 상기 실드체가 상기 유도 가열코일과 동축으로 상기 유도 가열코일을 거의 덮는 대략 원호상의 형상을 가진다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는 정전 실드체의 형상을 대략 원호형으로 한다. 실드체는 불필요한 에너지를 소비하지 않고, 또한대략 원형의 유도 가열코일에 대하여 빈틈없게 실드를 실시할 수 있다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치는 나선형으로 감긴 상기 유도 가열코일의 외측 종료 단부의 전위가 내주 단부의 전위보다 낮은 구성을 가진다. 바닥면이 큰 피가열체(예를 들면 큰 직경을 가지는 조리용기)를 가열하는 경우, 실드체의 외주 측을 경유하고, 유도 가열코일과 피가열체를 접속하는 부유용량(등가용량)이 발생한다. 이 구성에서는 유도 가열코일의 외측 종료 단부의 전위가 낮기 때문에, 유도 가열코일과 피가열체를 접속하는 부유용량(등가용량)에 인가되는 전압은 대단히 낮다. 유도 가열코일로부터 피가열체를 통하여 사용자에게 누설전류가 거의 흐르지 않는다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치에서는 상기 유도 가열코일의 일단이 상기 인버터 회로의 그라운드선과 직접 접속되어 있다. 인버터 회로의 그라운드선과 직접 접속되어 있는 쪽으로부터 피가열체를 통하여 사용자에게 누설전류가 흐르지 않는다. 유도 가열코일의 타단 측으로부터 피가열체에 누설전류가 흐르지 않도록 실드를 하면 좋다. 이 구성에서는 유도 가열코일과 피가열체와의 실드가 용이하고, 보다 높은 실드 효과가 얻어진다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치는 상기 피가열체가 자성체이거나 비자성체로 고저항인 경우와, 비자성체로 저저항인 경우에 따라 상기 유도 가열코일에 상이한 전압을 인가하는 유도 가열장치로서, 상기 제어부는 상기 피가열체가 비자성체로 저저항인 경우에만, 상기 도통상태에 따라서 상기 인버터 회로를 제어한다.
유도 가열장치는 피가열체가 자성체이거나 비자성체로 고저항인 경우보다도, 비자성체로 저저항인 경우 쪽이 유도 가열코일에 높은 전압을 인가한다. 피가열체가 비자성체로 저저항인 경우에, 유도 가열코일로부터 피가열체를 통하여 사용자에게 누설전류가 흐르는 것이 특히 문제가 된다. 이 구성에서는 피가열체가 비자성체로 저저항이어서, 실드체의 도통이 악화된 경우에만, 예를 들면 유도 가열코일의 출력을 저감 또는 정지시킨다. 제어부는 필요한 최소한의 범위에서, 실드체의 도통상태에 따라서 인버터 회로를 제어한다. 실드체가 양호한 도통상태를 가지는 경우에 검지부가 오검지를 하여 사용자에게 해를 끼치는 일이 발생하기 어렵다. 본 발명은 적절하게 안전기능을 동작시키는 유도 가열장치를 실현한다.
본 발명의 별도의 관점에 의한 상기의 유도 가열장치는 표시부 및/또는 통지부를 추가로 가지고, 상기 실드체가 소정의 임계값보다 비도통이면, 피가열체가 비자성체로 저저항인 경우만 유도 가열장치를 사용할 수 없는 것을 상기 표시부에서의 표시 및/또는 상기 통지부에서의 통지를 행한다.
이에 따라, 피가열체가 비자성체로 저저항인 경우만 유도 가열장치를 사용할 수 없는 것을 사용자에게 정확하게 알릴 수 있다. 사용자는 유도 가열장치를 적절하게 사용하고, 수리할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1 실시예)
도 1∼4를 이용하여 본 발명의 제1 실시예의 유도 가열장치를 설명한다. 도 1은 제1 실시예의 유도 가열장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 제1실시예의 유도 가열장치의 회로 구성을 나타낸 도면이다. 제1 실시예의 유도 가열장치는 철과 같은 고투자율의(자성체의) 피가열체(또는 18-8 스테인리스강과 같은 저투자율인 고저항의 피가열체)와, 알루미늄 또는 구리와 같은 저투자율인(비자성체로) 저저항의 피가열체를 가열할 수 있다.
도 1 및 도 3에 있어서, 참조부호 110은 피가열체(조리용기, 프라이팬 등의 금속제 용기인 부하), 125는 케이스, 118은 케이스의 상면에 설치되어 피가열체(110)를 탑재하는 톱플레이트, 112는 톱플레이트 상에 설치된 정전 실드체, 117은 정전 실드체(112)를 피복하는 절연층, 101은 고주파 자계를 발생하여 피가열체(110)를 가열하는 유도 가열코일, 124는 유도 가열코일(101)을 상면에 탑재하는 유도 가열코일 유지부재, 127은 상용 교류 전원, 121은 상용 교류 전원을 입력하는 플러그, 126은 제어기판, 109는 조작부이다.
제어기판(126)은 상용 교류 전원을 정류하는 정류 평활부(108), 정류 평활부(108)에 의해서 정류된 전원을 고주파 전력으로 변환하여 유도 가열코일(101)에 고주파 전류를 공급하는 인버터 회로(102), 인버터 회로(102)의 구동회로(111), 검지부(103), 마이크로 컴퓨터(105), LED 구동회로(106), 압전 버저 구동회로(경고 버저 구동회로)(107), 설정표시부 구동회로(108)를 가진다. 제어기판(126) 상의 각 블록은 공통의 그라운드선(그라운드 패턴)을 가진다.
참조부호 119 및 120은 인버터 회로(102)와 유도 가열코일(101)을 접속하는 2개의 접속선이다. 122 및 123은 정전 실드체(112)와 제어기판(126)을 접속하는 2개의 접속선이다.
접속선(119)은 유도 가열코일(101)의 외측 종료 단부와 공진콘덴서(102g)의 일 단부를 접속하고, 접속선(120)은 유도 가열코일(101)의 내주 단부와 스위칭소자(102c)의 이미터 및 스위칭소자(102d)의 컬렉터를 접속한다. 나선형으로 감긴 유전가열코일(101)의 외측 종료 단부의 전위는 내주 단부의 전위보다 낮다.
마이크로 컴퓨터(105)는 제어부(104)를 갖는다. 제어부(104)의 기능은 소프트웨어에 의해 처리된다.
조작부(109)는 설정입력부(113), 설정표시부(114), 적색의 경고 LED(116), 압전 버저(경고 버저)(115)를 갖는다.
설정입력부(113)는 사용자가 가열출력 설정 명령, 또는 가열 개시나 정지 명령을 입력하기 위해 조작하는 복수의 입력키 스위치를 갖는다. 설정입력부(113)가 입력한 명령은 제어부(104)에 입력된다.
제어부(104)는 구동회로(111), LED 구동회로(106), 압전 버저 구동회로(107), 설정표시부 구동회로(108)를 구동한다. 구동회로(111)는 인버터회로(102)의 스위칭소자(102c 및 102d)를 구동한다. 설정표시부 구동회로(108)는 설정표시부(114)(복수의 가시 LED를 가짐)를 구동한다. 설정표시부(114)는 설정입력부(113)를 통해 설정된 가열출력 설정내용 등을 사용자에 대하여 표시한다.
제어부(104)는 설정입력부(113)로부터 입력된 여러 가지 명령, 출력검지부(도시하지 않음)의 출력신호(인버터 회로(102)의 전원전류에 따른 신호) 및 검지부(103)의 출력신호에 따라서 구동회로(111)를 통하여 인버터 회로(102)의 출력을 제어한다. 가열출력의 변동은 스위칭소자의 구동주파수를 제어함으로써 행하여진다.피가열체(110)가 알루미늄 또는 구리와 같은 저투자율인(비자성체인) 저저항의 재료로 되어 있는 경우에, 철과 같은 고투자율의(자성체의) 재료로 되어 있는 경우(또는 18-8 스테인리스강과 같은 저투자율인 고저항의 재료로 되어 있는 경우)와 비교하여, 유도 가열코일(101)은 높은 주파수로 또한 높은 전압으로 구동된다. 피가열체(110)가 저투자율인 저저항의 재료로 되어 있는 경우에, 릴레이(도시하지 않음)의 접점을 전환하여, 유도 가열코일의 턴 수를 많게 할 수도 있다.
상용전원(127)은 정류 평활부(108)에 입력된다. 정류 평활부(108)는 브리지다이오드로 구성되는 전체파형 정류기(108a)와, 그 직류출력단 사이에 접속된 제1 평활 콘덴서(108b)를 가진다.
제1 평활 콘덴서(108b)의 양단(정류 평활부(108)의 출력단자)에 인버터 회로(102)의 입력단자가 접속된다. 인버터 회로(102)의 출력단자에 유도 가열코일(101)이 접속된다. 인버터 회로(102)와 유도 가열코일(101)은 고주파 인버터를 구성한다. 인버터 회로(102)에는 제1 스위칭소자(102c)(본 실시예에서는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와, 제2 스위칭소자(102d)(본 실시예에서는 IGBT)의 직렬 접속체(「직렬 접속체(102c 및 102d)」라고 함)가 설치된다. 제1 다이오드(102e)가 제1 스위칭소자(102c)에 역방향 또한 병렬로, 제2 다이오드(102f)가 제2 스위칭소자(102d)에 역방향 또한 병렬로 접속되어 있다. 직렬 접속체(102c 및 102d)의 양단에는 제2 평활 콘덴서(102b)가 접속된다.
제1 스위칭소자(102c)와 제2 스위칭소자(102d)의 접속점(「직렬 접속체(102c 및 102d)의 중간점」이라고 함)과, 전체파형 정류기(108a)의 양극단자 사이에는 초크 코일(102a)이 접속된다. 직렬 접속체(102c 및 102d)의 저전위단자는 전체파형 정류기(108a)의 음극단자(실시예에서는 그라운드단자)에 접속된다. 직렬 접속체(102c 및 102d)의 중점과 전체파형 정류기(108a)의 음극단자 사이에는 유도 가열코일(101)과 공진콘덴서(102g)의 직렬 접속체가 접속된다.
제어부(104)는 구동회로(111)를 통하여 제1 스위칭소자(102c) 및 제2 스위칭소자(102d)를 구동한다.
이상과 같이 구성된 유도 가열조리기의 동작을 설명한다. 전체파형 정류기(108a)는 상용 교류 전원(127)을 정류한다. 제1 평활 콘덴서(108b)는 인버터 회로(102)와 유도 가열코일(101)을 가지는 고주파 인버터에 전원을 공급한다.
제2 스위칭소자(102d)가 ON인 경우에는 제2 스위칭소자(102d)(또는 제2 다이오드(102f))와, 유도 가열코일(101)과, 공진콘덴서(102g)를 포함하는 폐쇄회로에 공진전류가 흐르는 동시에, 초크 코일(102a)에 에너지가 축적된다. 축적된 에너지는 제2 스위칭소자(102d)가 OFF이면, 제1 다이오드(102e)를 통하여 제2 평활 콘덴서(102b)에 방출된다.
제2 스위칭소자(102d)가 OFF된 후, 제1 스위칭소자(102c)가 ON되고, 제1 스위칭소자(102c) 및 제1 다이오드(102e)에 전류가 흐른다. 제1 스위칭소자(102c)(또는 제1 다이오드(102e))와, 유도 가열코일(101)과, 공진콘덴서(102g)와, 제2 평활 콘덴서(102b)를 포함하는 폐쇄회로에 공진전류가 흐른다.
제1 스위칭소자(102c) 및 제2 스위칭소자(102d)의 구동주파수는 약 20㎑ 근방에서 가변된다. 자성체의 피가열체(전형적으로는 철제의 조리용기)를 가열하는경우, 유도 가열코일(101)에는 약 20㎑의 고주파 전류가 흐른다. 제1 스위칭소자(102c) 및 제2 스위칭소자(102d)의 구동시간 비율은 각각 약 1/2 근방에서 가변된다. 유도 가열코일(101)과 공진콘덴서(102g)의 임피던스는 지정의 재질(예를 들면 알루미늄 등의 고도전율의 비자성체)로 표준 크기(예를 들면 직경이 유도 가열코일의 직경 이상)의 피가열체(조리용기)(110)가 톱플레이트의 지정의 장소(예를 들면 가열부분으로서 나타내고 있는 장소)에 탑재된 경우, 그 공진주파수가 구동주파수의 약 3배가 되도록 설정되어 있다. 따라서 이 경우 공진주파수는 약 60㎑가 되도록 설정된다.
피가열체(110)가 알루미늄제이면 유도 가열코일(101)에는 통상보다 높은 주파수인 약 60㎑의 고주파 전류가 흐르기 때문에, 조리용기(110)를 효율적으로 가열할 수 있다. 본 실시예의 고주파 인버터는 제1 다이오드(102e), 제2 다이오드(102f)에 흐르는 회생전류가 제1 평활 콘덴서(108b)에 흐르지 않고, 제2 평활 콘덴서(102b)에 공급되기 때문에 가열효율이 높다.
제2 평활 콘덴서(102b)에 의해, 유도 가열코일(101)에 공급되는 고주파 전류의 포락선(envelope curve)이 종래의 유도 가열장치보다 평활화된다. 이에 따라, 가열 시에 조리용기(110) 등으로부터 진동음을 발생하는 원인이 되는, 유도 가열코일(101)에 흐르는 전류 IL의 상용주파수 성분이 저감된다.
정전 실드체(112)는 유도 가열코일(101)과 피가열체(110) 사이를 밀봉하여, 유도 가열코일(101)이 유발한 누설전류가 사용자의 신체에 흐르는 것을 방지한다.
도 2는 제1 실시예의 유도 가열장치의 톱플레이트(118)에 형성된 정전 실드체(118)의 패턴을 도시한 도면이다. 이해를 용이하게 하기 위해, 도 2는 절연층(117)을 제외하고, 정전 실드체(112)의 패턴을 나타낸다. 정전 실드체(112)는 톱플레이트(118)의 상면에 도전성의 카본 도료를 도포하여 소부시킴으로써 형성되어 있다. 정전 실드체(112)는 도전성의 임의의 재료로 형성된다. 예를 들어, 톱플레이트(118)의 상면에 알루미늄을 증착시킬 수 있다. 정전 실드체(112)는 유도 가열코일(101)과 거의 동일한 정도의 외경을 갖고, 슬릿(201)에 의해 분할되며, 유도 가열코일(101)과 동축으로 유도 가열코일(101)을 거의 덮는 대략 원호상의 형상을 갖는다. 정전 실드체(112)는 유도 가열코일(101)의 중심축을 내부에 포함하는 폐쇄루프가 존재하지 않는 형상을 갖는다. 정전 실드체(112)는 그 패턴의 양단에 2개의 접속부(202)를 갖는다. 접속부(202)에는 각각 접속선(122, 123)이 접속되어 있다. 접속선(122)의 타단은 검지부(103)의 그라운드에 접속된다. 접속선(123)의 타단은 검지부(103)의 입력단자(저항(103c)의 일단)에 접속된다.
검지부(103)는 정전 실드체(112)와 제어기판(126)의 도통상태를 검지한다. 검지부(103)는 트랜지스터(103a), 저항(103b, 103c, 103d)을 갖는다. 검지부(103)는 접속선(122, 123)을 통해 정전 실드체(112)에 직류전류(유도 가열코일(101)이 발생하는 전압과 상이한 전압)를 흘려서 그 도통상태를 검지한다.
검지부(103)는 정전 실드체(112)를 통하여 저전위부(실시예에서는 그라운드)에 전류를 흘린다.
통상, 정전 실드체(112)와 제어기판(126)과의 도통상태는 양호하다. 이 경우, +5V의 직류전원 전압으로부터, 저항(103b) 및 트랜지스터(103a), 저항(103c),접속선(123), 정전 실드체(112), 접속선(123)을 통하여 그라운드선에 직류전류가 흐른다. PNP 트랜지스터(103a)의 베이스전류가 흐르는 것에 의해, 트랜지스터(103a)는 도통된다. 트랜지스터(103a)의 이미터 및 컬렉터 사이에 전류가 흐르는 것에 의해, 트랜지스터(103a)의 컬렉터 전위(저항(103d)의 양단 전압)는 대략 +5V가 된다.
예를 들면, 접속선(122)의 일단의 접속이 분리되었으면(정전 실드체(112)와 제어기판(126)의 도통상태가 악화되었으면), +5V의 직류전원 전압으로부터, 저항(103b) 및 트랜지스터(103a), 저항(103c), 접속선(123), 정전 실드체(112), 접속선(123)을 통하여 그라운드선에 직류전류가 흐르지 않게 된다. PNP 트랜지스터(103a) 의 베이스전류가 흐르지 않게 되는 것에 의해, 트랜지스터(103a)는 차단된다. 트랜지스터(103a)의 이미터 및 컬렉터 사이에 전류가 흐르지 않게 되는 것에 의해, 트랜지스터(103a)의 컬렉터 전위(저항(103d)의 양단 전압)는 0V가 된다.
제어부(104)(마이크로 컴퓨터(105))는 트랜지스터(103a)의 컬렉터 전위를 입력한다. 제어부(104)는 정전 실드체(112)와 제어기판(126)과의 도통상태가 악화된 경우에, 유도 가열코일(101)을 정지시키고, LED 구동회로(106)를 통하여 적색의 경고 LED(116)를 점등하고, 압전 버저 구동회로(107)를 통하여 압전 버저(115)를 울린다. 사용자는 정전 실드체(112)가 이상인 것을 용이하게 인식할 수 있다.
경고 LED(116) 대신 액정 디스플레이를 사용할 수도 있다. 압전 버저(115) 대신 음성 가이던스용 스피커를 사용할 수도 있다.
도 4는 제1 실시예의 유도 가열장치의 제어 방법을 나타내는 플로차트이다.도 4는 스텝 401∼409를 가진다. 최초에, 제어부(104)는 정전 실드체(112)의 도통상태가 양호한지 여부(트랜지스터(103a)의 컬렉터 전위가 +5V인가 또는 0V인가)를 체크한다(스텝 401). 도통상태가 양호하면 스텝 402로 진행되고, 도통상태가 나쁘면 스텝 407로 진행된다.
스텝 402에 있어서, 제어부(104)는 유도 가열코일(101)을 ON 하는 명령을 내리고 있는 지 여부를 체크한다. 유도 가열코일(101)을 ON 하는 명령을 내리고 있으면 스텝 404로 진행된다. 유도 가열코일(101)을 ON 하는 명령을 내리고 있지 않으면 스텝 403으로 진행되어, 인버터 회로(102)를 제어하여 유도 가열코일(101)을 정지시킨다. 그리고 스텝 405로 진행된다.
스텝 404)에 있어서(유도 가열코일을 ON 하는 명령을 내리고 있음), 제어부(104)는 인버터회로(102)를 제어하여 명령대로의 전력을 유도 가열코일(101)에 인가한다. 스텝 405에 있어서, 경고 LED(116)를 점등한다. 다음에, 경고 버저(압전 버저)(115)를 OFF 상태로 한다(스텝 406). 스텝 401로 되돌아가 상기의 처리를 반복한다.
스텝 407에서(도통상태가 나쁨), 제어부(104)는 인버터회로(102)를 제어하여 유도 가열코일(101)을 정지시킨다. 다음에, 스텝 408에서, 경고 LED(116)를 점등한다. 다음에, 경고 버저(압전 버저)(115)를 ON 상태로 한다(스텝 409). 스텝 401로 되돌아가 상기의 처리를 반복한다.
제1 실시예에서, 정전 실드체(112)와 유도 가열코일(101) 사이의 부유용량(등가용량)(1514)이 크면, 유도 가열코일(101)이 통전되어 있을 때 검지부(103)의입력전압은 커다란 노이즈를 동반하여, 검지부(103)는 정전 실드체(112)의 도통상태를 올바르게 검지할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우, 유도 가열코일(101)이 통전되어 있지 않을 때에만 검지부(103)는 정전 실드체(112)의 도통상태를 검지한다. 즉, 유도 가열코일(101)을 OFF로부터 ON으로 변화시키는 명령을 입력했을 때에 정전 실드체(112)의 도통상태가 악화되면, 제어부(104)는 유도 가열코일(101)을 도통시키지 않는다. 이로 인해, 검지부(103)는 정전 실드체(112)의 도통상태를 올바르게 검지할 수 있다. 일단, 유도 가열코일(101)이 동작상태(통전상태)로 된 후에는, 검지부(103)는 정전 실드체(112)의 도통상태를 체크하지 않는다.
인버터 회로(102)(구동부)를 구동하여 유도 가열코일(101)에 고주파 전류를 흘리면, 발생하는 고주파 자계에 의해 조리용기 등의 피가열체(110)에 소용돌이 전류가 발생한다. 피가열체(110)가 발열하여, 이것에 의해 조리가 행하여진다. 피가열체(110)가 철 등의 고투자율의 조리용기이면, 비교적 저주파수로 저전압을 유도 가열코일(101)에 인가함으로써 피가열체(110)를 가열할 수 있다. 그러나, 알루미늄이나 구리 등의 저투자율의 조리용기를 가열하기 위해서는 높은 주파수로 높은 전압을 유도 가열코일(101)에 인가할 필요가 있다. 이로 인해, 예를 들면 유도 가열코일(101)의 턴 수를 많이 하지 않으면 안 된다.
도 1에 있어서, 유도 가열코일(101)은 12턴 정도의 단층코일로서 기재되어 있다. 유도 가열코일(101)은 복층일 수도 있으며, 예를 들면 총 턴 수가 약 30~60턴 정도의 복수일 수도 있다. 이러한 턴 수의 유도 가열코일(101)의 양단 전압은 1㎸를 초과하는 고전압으로 된다. 종례예1의 유도 가열장치에서는 사용자가 피가열체(110)에 접촉하면 유도 가열코일(101)과 피가열체(110) 사이의 등가용량(1411)에 의해 피가열체(110)를 통해 인체에 누설전류가 흐를 위험이 있다. 본 실시예에서는 정전 실드체(112)를 설치하고, 이것을 저전위부에 접속함으로써 피가열체(110)의 전위를 낮추어 누설전류가 유발되지 않도록 하고 있다.
정전 실드체(112)의 상부에 절연층(117)을 설치하고 있다. 이것은 정전 실드체(112)에 유도된 누설전류가 피가열체(110)에 누설되는 것을 방지하는 동시에, 피가열체(110)의 이동 등에 의해 정전 실드체(112)가 손상되는 것을 방지하고 있다.
본 실시예는 정전 실드체(112)의 도통상태를 검지하는 것을 특징으로 하고 있다. 이 검지부(103)는 정전 실드체(112)의 도통상태를 검지함으로써, 정전 실드체(112)가 정상적인 상태인지 여부를 검지한다. 예를 들면, 정전 실드체(112) 또는 접속선(122, 123)이 냉열사이클 등의 열적인 자극, 또는 부식 등의 시간경과에 따른 열화에 기인하여, 전류가 흐르기 어렵게 되는 것 또는 단선에 의해 흐르지 않게 되는 것 등의 이상 상태가 발생한 경우, 이것을 검지하여 제어부(104)(구동부의 일부)에 전달한다. 제어부(104)는 인버터 회로(102)(구동부의 다른 일부)의 출력을 저감 또는 정지시킨다. 이렇게 하여 정전 실드체(112)의 이상에 의해, 전류누설 방지기능이 소실된 경우에도, 누설전류가 피가열체(110)를 통하여 사람에게 흐르는 것을 방지하고, 안전을 확보할 수 있다.
단선 등과 같이 이상 상태가 명확한 경우에는 도통상태가 양호한 지 여부의 판단은 용이하다. 열자극이나 시간의 경과에 따른 열화 등과 같이 도통상태가 서서히 악화되는 경우가 있다. 이 경우는 바람직하게는 미리 실험 등에 의해, 도통상태와 피가열체(110)에의 누설전류의 관계를 구하고, 안전을 보증할 수 있는 도통상태의 기준치를 정한다. 도통상태가 기준치 이하로 되었을 때 인버터 회로(102)의 출력저감 또는 출력 정지를 행한다.
정전 실드체(112)의 패턴의 크기를 유도 가열코일(101)과 대략 동일한 정도로 하고, 형상을 슬릿(201)으로 분할한 대략 원호형으로 하고 있다. 이 패턴의 양단의 접속부(202)에 각각 리드선(122, 123)을 접속하고 있다. 이에 따라, 대략 원형의 유도 가열코일(101)에 대하여 빈틈없이 정전 실드를 실시할 수 있는 동시에 유도 가열코일(101)로부터 발생하는 전계에 대하여도 안정된 실드 효과를 낼 수 있다. 검지부(103)가 접속부(202) 사이의 도통상태를 검지하기 때문에, 정전 실드체 자체가 손상 등으로 단선되더라도 정확하게 이상 상태를 검출할 수 있다.
검지부(103)는 본체의 전원 스위치(도시하지 않음)를 넣으면, 유도 가열코일(101)에 통전하지 않고 있는 상태에 있어서도 항상 정전 실드체(112)에 전류를 흘려, 그 도통상태의 검지를 행하고 있다. 유도 가열코일(101)에 통전하지 않고 있는 상태에 있어서 검지부(17)가 이상 상태를 검지한 경우는 사용자가 가열을 조작하기 전에 인버터 회로(102)의 출력을 정지시킬 수 있고, 보다 높은 안전성을 유지할 수 있다. 유도 가열코일(101)로부터의 누설전류가 있더라도 검지부(103)가 정전 실드체(112)의 도통상태를 검지할 수 있는 경우는 검지부(103)는 유도 가열코일(101)에 통전 중에도 동작한다.
이상 기술한 바와 같이, 본 실시예에서는 정전 실드체를 설치하고, 또한, 정전 실드체의 도통상태(통전상태)를 항상(유도 가열코일의 정지 시에도) 체크하여, 도통상태가 기준치 이하로 되면, 제어부는 인버터 회로를 제어하여, 그 출력을 저감 또는 정지시킨다. 이것에 의해 누설전류가 피가열체를 통해서 인체에 흐르는 일이 없어 안전하다.
제1 실시예의 유도 가열장치는 정전 실드체(112)의 도통이 악화된 것을 표시하는 표시부(경고 LED(116))와, 그것을 통지하는 통지부(압전 버저(경고 버저)(115))를 가졌다. 표시부 및 통지부 중 어느 한 쪽만을 가지고 있어도 된다.
유도 가열장치는 나선형으로 감긴 유도 가열코일(101)의 외측 종료 단부의 전위가 내주 단부의 전위보다 낮은 구성을 가진다. 바닥면이 큰 피가열체(110)(예를 들면 큰 직경을 가지는 조리용기)를 가열하는 경우, 실드체(112)의 외주 측을 경유하여, 유도 가열코일(101)과 피가열체(110)를 접속하는 부유용량(등가용량)이 발생한다. 이 구성에서는 유도 가열코일(101)의 외측 종료 단부의 전위가 낮기 때문에, 유도 가열코일(101)과 피가열체(110)를 접속하는 부유용량(등가용량)에 인가되는 전압은 대단히 낮다. 유도 가열코일(101)로부터 피가열체(110)를 통하여 사용자에게 누설전류가 거의 흐르지 않는다.
(제2 실시예)
도 5 및 도 6을 이용하여 본 발명의 제2 실시예의 유도 가열장치를 설명한다. 제2 실시예의 유도 가열장치의 개략적인 구성은 제1 실시예(도 1)와 동일하다. 도 5는 제2 실시예의 유도 가열장치의 회로 구성을 나타낸 도면이다. 제2 실시예의 유도 가열장치는 철과 같은 고투자율의(자성체의) 피가열체(또는 18-8 스테인리스강과 같은 저투자율인 고저항의 피가열체)와, 알루미늄 또는 구리와 같은 저투자율인(비자성체인) 저저항의 피가열체를 가열할 수 있다. 제2 실시예의 유도 가열장치는 검지부(503)의 회로 구성, 및 정전 실드체(112)의 도통상태의 검지에 관한 제어 방법에 있어서, 제1 실시예와 상이하다. 유도 가열코일(101)의 일단이 인버터 회로(102)의 그라운드선과 직접 접속되어 있는(공진콘덴서(1029)가 스위칭소자(102c)의 이미터 및 스위칭소자(102d)의 컬렉터와 유도 가열코일(101) 사이에 배치되어 있다. 이외의 점에서, 제2 실시예는 제1 실시예와 동일하다. 본 실시예의 기본구성은 제1 실시예와 동일하기 때문에 상이한 점을 중심으로 설명한다. 또, 제1 실시예와 동일한 기능에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
검지부(503)는 비교기(503a, 503b), 저항(503c, 503d, 503e, 503f, 503g, 503h, 503j, 503k, 503n), 트랜지스터(503i, 503m)를 가진다. 트랜지스터(503i, 503m), 저항(503j, 503k, 503n)은 검지부(503)에 전원을 공급하는 전원 스위치 회로를 구성한다. 제어부(104)는 이 전원 스위치 회로를 ON/OFF 제어한다(저항(503n)을 통하여 트랜지스터(503)의 베이스에 +5V를 입력하여 전원 스위치 회로를 ON하고, 0V를 입력하여 전원 스위치 회로를 OFF 한다). 제어부(104)는 시간 T0(예를 들면 T0=10초)마다 1회, 전원 스위치 회로를 ON 한다. 전원 스위치 회로가 OFF 상태일 때, 검지부(503)는 대부분 전력을 소비하지 않는다. 검지부(503)는 전원 스위치 회로가 ON이 되었을 때만, 정전 실드체(112)의 도통상태를 검지한다.
전원 스위치 회로를 ON으로 한 경우의 검지부(503)의 동작을 설명한다. 직류전압(15V)(유도 가열코일(101)이 발생하는 전압과 별개의 전원 전압)이 저항(503f 및 503e)을 통하여 정전 실드체(112)에 인가된다. 정전 실드체(112)에 직류전류가 흐른다. 저항(503f 및 503e)의 접속점의 전위가 비교기(503a)의 비반전 입력단자 및 비교기(503b)의 반전 입력단자에 입력된다. 비교기(503a)의 반전 입력단자에 제1 기준전압(Vref1)이 입력되고, 비교기(503b)의 비반전 입력단자에 제2 기준전압(Vref2)이 입력된다. 제2 실시예에 있어서, 제1 기준전압(Vref1)<제2 기준전압(Vref2)이다. 제어부(104)는 비교기(503a, 503b)의 출력신호를 입력한다.
유도 가열코일(101)이 정지하고 있을 때, 제어부(104)는 비교기(503b)의 출력신호를 입력하여 체크하고, 비교기(503a)의 출력신호를 체크하지 않는다. 도통상태가 양호한 정전 실드체(112)의 임피던스는 낮고, 비교기(503b)의 반전 입력단자의 전위는 임계값(제2 기준전압(Vref2))보다 낮다. 도통상태가 악화된 정전 실드체(112)의 임피던스는 높아져서, 비교기(403b)의 반전 입력단자의 전위는 임계값(제2 기준전압(Vref2))보다 높아진다. 유도 가열코일(101)이 정지되어 있을 때, 제어부(104)는 비교기(503b)의 출력신호가 하이레벨(+5V)이면 정전 실드체(112)의 도통상태가 양호하다고 판단하고, 유도 가열코일(101)의 통전을 허가한다. 제어부(104)는 비교기(503b)의 출력신호가 로우레벨(0V)이면 정전 실드체(112)의 도통상태가 악화되었다고 판단하고, 유도 가열코일(101)을 정지상태로 유지한다(통전을 허가하지 않음).
유도 가열코일(101)이 동작하고 있을 때(통전 시), 제어부(104)는 비교기(503a)의 출력신호를 입력하여 체크하고, 비교기(503b)의 출력신호를 체크하지 않는다. 통전상태에서, 유도 가열코일(101)로부터 누설전류(동작주파수 성분)가 커다란 노이즈로서 정전 실드체(112)로 흐른다. 제2 실시예에서, 유도 가열코일(101)이 동작하면, 그 누설전류(동작주파수 성분)의 커다란 노이즈에 기인하여 비교기(503b)는 정전 실드체(112)의 도통상태가 양호한 경우에도 로우레벨을 출력한다. 따라서 유도 가열코일(101)의 동작 시에는 비교기(503b)의 출력신호는 정전 실드체(112)의 도통상태를 판정하기 위한 데이터로서 도움이 되지 않는다.
통전 시에는, 제어부(104)는 비교기(503a)의 출력신호를 이용한다. 정전 실드체(112)의 도통상태가 양호한 경우에는 유도 가열코일(101)로부터 큰 누설전류가 노이즈로서 정전 실드체에 흐른다. 따라서, 비교기(503a)의 비반전 입력단자의 전위는 임계값(제1 기준전압(Vref1))보다 높아진다. 예를 들면 정전 실드체(112)가 파손된 경우에는 유도 가열코일(101)로부터 정전 실드체에 흐르는 누설전류(노이즈)가 작아진다. 따라서, 비교기(503a)의 비반전 입력단자의 전위는 임계값(제1 기준전압(Vref1))보다 낮아진다. 비교기(503a)는 정전 실드체(112)의 도통상태가 양호한 경우, 하이레벨을 출력한다. 유도 가열코일(101)이 동작하고 있을 때(통전 시), 제어부(104)는 비교기(503a)의 출력신호가 하이레벨(+5V)이면, 정전 실드체(112)의 도통상태는 양호하다고 판단하여, 유도 가열코일(101)의 통전을 계속한다. 제어부(104)는 비교기(503a)의 출력신호가 로우레벨(0V)이면, 정전 실드체(112)의 도통상태는 악화되어 있다고 판단하여, 유도 가열코일(101)을 정지시킨다. 큰 면적을 가지는 정전 실드체(112)에 흐르는 누설전류는 큰 레벨이 안정하지 않다(노이즈와 같은 것이다). 이러한 경우, 누설전류에 따른 검출전압을 유도 가열코일의 출력레벨에 비례한 기준전압과 비교한 것 보다(예를 들면 일본 특개소62-278785),일정한 임계값과 비교한 쪽이 검지부(503)는 안정적으로 동작한다.
상기의 구성에 의해, 유도 가열코일이 정지 중이나 동작 중에도, 각각 적절한 방법에 의해 정전 실드체의 도통상태를 검지하고, 유도 가열코일을 적절하게 제어할 수 있어서 안전한 유도 가열장치가 실현된다.
마이크로 컴퓨터(105)는 소프트웨어 처리에 의해 제어부(104)의 기능을 실행한다. 소프트웨어 처리에서는 신호를 입력한 후 그 처리 결과를 출력할 때까지, 최대로 처리 사이클 기간의 지연이 발생한다. 유도 가열코일(101)에 통전하고 있을 때, 예를 들면 톱플레이트가 균열되었으면(이 경우, 정전 실드체(112)의 도통상태가 악화된다. 될 수 있는 한 빨리 유도 가열코일(101)을 정지시키는 것이 바람직하다. 제2 실시예에 있어서, 유도 가열코일(101)에 통전하고 있을 때, 마이크로 컴퓨터(105)는 비교기(503a)의 출력신호(유도 가열코일(101)의 동작 시의 검지출력)를 외부 간섭단자에 입력한다. 비교기(503a)의 출력신호가 하이레벨로부터 로우레벨로 변화되면 마이크로 컴퓨터(105)는 즉시 간섭 처리를 실행하여, 유도 가열코일(101)을 정지시킨다. 이에 따라, 높은 안전성을 실현하고 있다. 마이크로 컴퓨터(105)는 비교기(503b)의 출력신호(유도 가열코일(101)의 정지 시의 검출출력)를 통상의 입력단자에 입력하고, 처리 사이클 기간마다 처리하고 있다.
도 6은 제2 실시예의 유도 가열장치의 제어방법을 나타내는 플로차트이다. 도 6은 스텝 601~616을 포함한다. 최초에, 시간 t=T0(제2 실시예에서 T0=10초)으로 한다(스텝 601). 다음에, 제어부(104)는 정전 실드체(112)의 도통상태가 양호한지 여부(유도 가열코일(101)이 정지상태에서 비교기(503b)의 출력이 +5V인지 또는 0V인지, 유도 가열코일(101)이 동작상태에서 비교기(503a)의 출력이 +5V인지 또는 0V인지)를 체크한다(스텝 602). 스텝 602에서만 검지부(503)는 전력을 소비한다. 도통상태가 양호하면 스텝 606으로 진행하여 실드플래그(shield flag)를 0으로 한다. 도통상태가 나쁘면 스텝 603으로 진행하고 실드플래그를 1로 한다. 스텝 607로 진행한다.
스텝 607에서, 제어부(104)는 유도 가열코일(101)의 ON 명령을 입력하고 있는지 여부를 체크한다. 유도 가열코일(101)의 ON 명령을 입력하고 있으면(OFF 명령을 입력하고 있으면), 유도 가열코일(101)을 정지시킨다(스텝 613). 스텝 610으로 진행한다. 유도 가열코일(101)의 ON 명령을 입력하고 있으면(스텝 607), 실드플래그가 1인지 여부를 체크한다(스텝 608). 실드플래그가 1이면(도통상태가 나쁘면), 유도 가열코일(101)에 인가하는 전압을 소정의 레벨 이하로 내린다(스텝 614). 제2 실시예에서는 유도 가열코일(101)을 정지시키고 있다. 유도 가열코일(101)에 작은 전력을 인가할 수도 있다. 실드플래그가 0이면(도통상태가 좋으면), 제어부(104)는 인버터 회로(102)가 유도 가열코일(101)에 명령대로의 전력을 인가하도록 제어한다(스텝 609). 스텝 610으로 진행한다.
스텝 610에서, 실드플래그가 1인지 여부를 체크한다. 실드플래그가 1이면(도통상태가 나쁘면), 경고 LED(116)를 점등하고(스텝 615), 경고 버저(115)를 ON한다(스텝 616). 스텝 604로 진행한다. 실드플래그가 0이면(도통상태가 좋으면), 경고 LED(116)를 소등하고(스텝 611), 경고 버저(115)를 OFF한다(스텝 612). 스텝 604로 진행한다.
스텝 604에서, t=0인지 여부를 체크한다(실제로는 스텝 604, 605는 소정 시간마다 실행된다). t=O이면 스텝 601에 진행하여, 상기의 처리를 반복한다. t가 0이 아니면, t의 값을 감분(decrement)한다(스텝 605). 스텝 607로 진행하여, 상기의 처리를 반복한다.
검지부가 정전 실드체(112)의 도통상태를 소정 시간마다 체크하도록 하여, 체크 시 이외일 때에는 검지부(503)에의 전력공급을 정지함으로써, 유도 가열장치의 평균소비 전력을 저감시킬 수 있다.
검지부는 부하검지에 따라서 정전 실드체의 도통상태를 실시간으로 검지하는 것과, 간헐적으로 검지하는 것을 전환할 수도 있다. 이것에 의해 노이즈의 영향을 받기 어렵게 되고, 안정되게 정확한 검지결과를 출력할 수 있다.
유전 가열코일(101)이 통전되어 있을 때는 검지부(503)는 정전 실드체(112)의 도통상태를 신속하게 검지하는 것이 바람직한 경우가 있다. 유전 가열코일(101)이 통전되어 있을 때는 검지부(503)는 실시간으로(예를 들면 간섭 처리에 의해) 정전 실드체(112)의 도통상태를 체크하고, 유전 가열코일(101)이 통전되어 있지 않을 때는 검지부(503)는 소정 시간마다 정전 실드체(112)의 도통상태를 체크할 수도 있다.
제2 실시예에서, 검지부(503)는 유도 가열코일에 통전 중 및 정지 중의 소정 시간 T0마다, 정전 실드체(112)의 도통상태를 검지했다. 검지부(503)는 유도 가열코일을 OFF에서 ON으로 할 때, 및 유도 가열코일에 통전 중의 소정시간 T0마다, 정전 실드체(112)의 도통상태를 검지할 수도 있다.
비교기(503b)가 정전 실드체(112)의 임피던스가 소정의 임계값 이하인지 여부를 판정하고, 제어부(104)가 정전 실드체(112)의 임피던스가 소정의 임계값보다 큰 경우에, 유도 가열코일(101)의 출력을 저감 또는 정지시킬 수도 있다.
비교기(503b)가 정전 실드체(112)의 양단 전압이 소정의 임계값 이하인지 여부를 판정하고, 제어부(104)가 정전 실드체(112)의 양단 전압이 소정의 임계값보다 큰 경우에, 유도 가열코일(101)의 출력을 저감 또는 정지시킬 수도 있다.
비교기(503b)가 정전 실드체(112)를 흐르는 전류가 소정의 임계값 이상인지 여부를 판정하고, 제어부(104)가 정전 실드체(112)를 흐르는 전류가 소정의 임계값보다 작은 경우에, 유도 가열코일(101)의 출력을 저감 또는 정지시킬 수도 있다.
본 실시예에서는 유도 가열코일(101)의 일단이 인버터 회로(102)의 그라운드선과 직접 접속되어 있다. 유도 가열코일(101)의 그라운드선과 직접 접속되어 있는 쪽으로부터 피가열체(110)를 통하여 사용자에게 누설전류가 흐르지 않는다. 유도 가열코일(101)의 타단 측으로부터 피가열체(110)에 누설전류가 흐르지 않도록 실드를 하면 좋다. 이 구성에서는 유도 가열코일(101)과 피가열체(110)의 실드가 용이하고, 보다 높은 실드 효과가 얻어진다.
(제3 실시예)
도 7을 이용하여 본 발명의 제3 실시예의 유도 가열장치를 설명한다. 제3 실시예의 유도 가열장치의 개략적인 구성(도 1) 및 회로 구성(도 3)은 제1 실시예와 동일하다. 제3 실시예의 유도 가열장치는 철과 같은 고투자율의(자성체의) 피가열체(또는 18-8 스테인리스강과 같은 저투자율인 고저항의 피가열체)와, 알루미늄 또는 구리와 같은 저투자율인(비자성체인) 저저항의 피가열체를 가열할 수 있다. 제3 실시예의 유도 가열장치는 정전 실드체(112)의 도통상태의 검지에 관한 제어 방법에 있어서만 제1 실시예와 상이하다. 그 이외의 점에서, 제3 실시예는 제1 실시예와 동일하다. 본 실시예의 기본구성은 제1 실시예와 동일하기 때문에 상이한 점을 중심으로 설명한다. 또, 제1 실시예와 동일한 기능에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
도 7은 제3 실시예의 유도 가열장치의 제어 방법을 나타내는 플로차트이다. 도 7은 스텝 701∼709를 포함한다. 처음에, 제어부(104)는 정전 실드체(112)의 도통상태가 양호지 여부(트랜지스터(103a)의 컬렉터 전위가 +5V인지 또는 0V인지)를 체크한다(스텝 701). 도통상태가 양호하면 경고 LED(116)를 소등하고(스텝 703), 도통상태가 나쁘면 경고 LED(116)를 점등한다(스텝 702). 스텝 704로 진행한다.
스텝 704에서, 제어부(104)는 유도 가열코일(101)을 ON하는 명령을 내리고 있는지 여부를 체크한다. 유도 가열코일(101)을 ON하는 명령을 내리고 있으면 스텝 705로 진행한다. 유도 가열코일(101)을 ON하는 명령을 내리고 있지 않으면 스텝 708로 진행한다.
스텝 708에서, 유도 가열코일(101)을 정지시킨다. 스텝 701로 되돌아가 상기의 처리를 반복한다.
스텝 705에서, 제어부(104)는 유도 가열코일(101)의 부하(피가열체(110))가 자성체(EH는 저투자율인 고저항의 피가열체)인지 여부를 체크한다. 부하(피가열체(110))가 자성체(또는 저투자율인 고저항의 피가열체)이면, 스텝 709로 진행하고,부하(피가열체(110))가 자성체(또는 저투자율인 고저항의 피가열체)가 아니면(저투자율인(비자성체인) 저저항의 피가열체이면), 스텝 706으로 진행한다.
스텝 706에서, 제어부(104)는 검지부(103)의 출력에 따라, 정전 실드체(112)의 도통이 양호한지 여부를 체크한다. 정전 실드체(112)의 도통이 양호하면 스텝 709로 진행하고, 명령대로의 전력을 유도 가열코일(101)에 인가한다. 스텝 701로 되돌아가 상기의 처리를 반복한다.
스텝 706에서, 정전 실드체(112)의 도통이 악화되어 있으면 스텝 707로 진행하고, 유도 가열코일(101)을 정지시키거나 그 인가전력을 낮춘다. 스텝 701로 되돌아가 상기의 처리를 반복한다.
피가열체가 비자성체의 저저항인 경우에, 유도 가열코일(101)로부터 피가열체(110)를 통해 사용자에 누설전류가 흐르는 것이 특히 문제가 된다. 본 구성에서는 피가열체(110)가 비자성체의 저저항이어서, 정전 실드체(112)의 도통이 악화된 경우에만, 예를 들면 유도 가열코일(101)의 출력을 저감 또는 정지시킨다. 정전 실드체(112)가 양호한 도통상태를 가지는 경우에 검지부(103)가 오검지를 하여 사용자에게 문제를 일으키는 일이 발생하기 어렵다. 따라서 적절하게 안전기능을 동작시키는 유도 가열장치를 실현한다.
제3 실시예에서는 경고 LED(116) 및 경고 버저(115)의 동작은 제1 실시예와 동일하였다. 이것 대신, 정전 실드체(112)의 도통상태가 악화되고 또한 피가열체(110)가 비자성체의 저저항인 경우에만, 유도 가열장치를 사용할 수 없다는 것의 경고 LED(116)의 점등에 의한 표시 및/또는 경고 버저(115)의 ON에 의한 통지를 할수도 있다. 피가열체가 비자성체로 저저항인 경우만 유도 가열장치를 사용할 수 없는 것을 사용자에게 정확하게 알릴 수 있다. 사용자는 유도 가열장치를 적절하게 사용하고, 수리할 수 있다.
(제4 실시예)
도 8을 이용하여 본 발명의 제4 실시예의 유도 가열장치를 설명한다. 제4 실시예의 유도 가열장치는 정전 실드체(112)의 장착 방법에 있어서만, 제1 실시예와 상이하다. 그 이외의 점에서, 제4 실시예는 제1 실시예와 동일하다. 본 실시예의 기본 구성은 제1 실시예와 동일하기 때문에 상이한 점을 중심으로 설명한다. 또, 제1 실시예와 동일한 기능에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
도 8은 제4 실시예의 유도 가열장치의 주요부 단면도(정전 실드체(11)를 나타냄)이다. 도 8에 있어서, 정전 실드체(112)는 톱플레이트(118)의 하면에 설치되어 있다. 정전 실드체(112)와 유도 가열코일(101) 사이의 공간이 충분히 있으면, 정전 실드체(112)를 덮는 절연층(117)을 반드시 설치할 필요는 없다.
실드체를 피가열체의 근처에 안정되게 설치할 수 있고, 유도 가열코일과 피가열체 사이를 확실히 실드할 수 있다.
정전 실드체(112)를 톱플레이트(118)의 상면 및 하면에 설치할 수도 있다.
(제5 실시예)
도 9를 이용하여 본 발명의 제5 실시예의 유도 가열장치를 설명한다. 제5 실시예의 유도 가열장치는 톱플레이트(118) 대신, 합판유리로 형성된 톱플레이트(918)를 가지고, 정전 실드체(112)의 장착 방법이 제1 실시예와 상이하다. 그 이외의 점에서, 제5 실시예는 제1 실시예와 동일하다. 본 실시예의 기본 구성은 제1 실시예와 동일하기 때문에 상이한 점을 중심으로 설명한다. 또, 제1 실시예와 동일한 기능에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
도 9는 제5 실시예의 유도 가열장치의 주요부 단면도(정전 실드체(112)의 장착 장소 근방만을 나타낸다. 이다. 도 9에 있어서, 정전 실드체(112)는 합판유리의 톱플레이트(918)의 유리와 유리 사이에 설치되어 있다. 정전 실드체(112)는 합판유리에 의해서 확실하게 유지된다. 정전 실드체(112)의 두께는 대단히 얇고, 2매의 유리의 사이에 실질적으로 간극은 없다. 실드체를 피가열체의 근처에 안정적으로 설치할 수 있다. 실드체는 절연층을 설치하지 않고, 피가열체 및 유도 가열코일로부터 확실하게 절연된다.
(제6 실시예)
도 10을 이용하여 본 발명의 제6 실시예의 유도 가열장치를 설명한다. 제6 실시예의 유도 가열장치는 유도 가열코일(101)과 피가열체(110) 사이에 고정판(1001)을 가지고, 고정판(1001)의 상면에 정전 실드체(112)를 설치하고 있다. 이외의 점에서, 제6 실시예는 제1 실시예와 동일하다. 본 실시예의 기본 구성은 제1 실시예와 동일하기 때문에 상이한 점을 중심으로 설명한다. 또, 제1 실시예와 동일한 기능에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
도 10은 제6 실시예의 유도 가열장치의 주요부 단면도(고정판(1001) 및 정전 실드체(112)의 장착 장소 근방만을 나타냄)이다. 도 10에 있어서, 고정판(1001)은 내열내절연성의 유리, 자기, 마이카(mica) 또는 내열수지 등으로 이루어지고, 상면에 정전 실드체(112)를 설치하고 있다. 고정판(1001)은 유도 가열코일(101)에 탑재되어 있다. 고정판(1001)은 내열내절연성의 재료로 제작되어 있기 때문에, 장기간의 사용에 의해 열에 의해 열화될 우려는 없다.
고정판(1001)과 톱플레이트(118) 사이에 공간이 설치되어 있다. 냉각팬(1002)에 의해서 발생한 바람이 직접 또는 에어가이드에 의해서 안내되어, 이 공간을 통해 나간다. 이에 따라, 유도 가열코일(101)을 냉각할 수 있다.
상면에 정전 실드체(112)를 설치한 표준의 고정판(1001)을 만들어, 유도 가열장치의 각 기종마다, 각각 임의의 적절한 위치에 표준의 고정판을 가능하게 설치할 수 있다. 기종마다 고정판의 장착 위치를 결정할 수 있고, 제품설계의 표준화를 도모할 수 있다. 개발의 노동력 및 기간을 삭감할 수 있다.
(제7 실시예)
도 11을 이용하여 본 발명의 제7 실시예의 유도 가열장치를 설명한다. 제7 실시예의 유도 가열장치는 고정판(1001)과 유도 가열코일(101) 사이에 공간이 형성되어 있다. 이외의 점에서, 제7 실시예는 제6 실시예와 동일하다.
도 11은 제7 실시예의 유도 가열장치의 주요부 단면도(고정판(1001) 및 정전 실드체(112)의 장착 장소 근방만을 나타냄)이다. 도 11에서, 고정판(1001)과 유도 가열코일(101) 사이에 공간이 형성되어 있으므로, 제6 실시예와 비교하여 고정판(1001)은 절연성능이 낮아도 된다. 고정판(1001)을 저가인 절연재료로 형성할 수 있다.
제6 실시예와 비교하여, 제7 실시예의 유도 가열코일(101)의 표면의 방열성은 높다. 냉각팬(1002)에 의해서 발생한 바람이 직접 또는 에어가이드에 의해서 안내되어, 고정판(1001)과 유도 가열코일(101) 사이의 공간을 통해 나간다. 이에 따라, 추가로 유도 가열코일(101)을 냉각할 수 있다.
(제8 실시예)
도 12를 이용하여 본 발명의 제8 실시예의 유도 가열장치를 설명한다. 제8 실시예의 유도 가열장치는 고정판 l(001)대신 고정판(1201)을 가지는 것과, 정전 실드체(112)의 장착 방법이 제7 실시예와 상이하다. 그 이외의 점에서, 제8 실시예는 제7 실시예와 동일하다.
도 12는 제8 실시예의 유도 가열장치의 주요부 단면도(고정판(1201) 및 정전 실드체(112)의 장착 장소 근방만을 나타냄)이다. 도 12에 있어서, 고정판(1201)은 2매의 내열내절연성의 유리, 자기, 마이카 또는 내열수지 등으로 이루어지는 박판을 붙여 형성되어 있다. 2매의 박판의 사이에 정전 실드체(112)를 설치하고 있다.
(제9 실시예)
도 13을 이용하여 본 발명의 제9 실시예의 유도 가열장치를 설명한다. 제9 실시예의 유도 가열장치는 고정판(1001)의 하면에 정전 실드체(112)와, 정전 실드체(112)를 덮는 절연층(117)을 가진다. 이외의 점에서, 제9 실시예는 제7 실시예와 동일하다. 제9 실시예에서는 절연층(117)을 설치하고 있지만, 고정판(1001)과 유도 가열코일(101)과의 공간 거리가 충분히 이격되는 경우에는 정전 실드체(112)를 덮는 절연층(117)을 삭제할 수도 있다.
상기의 실시예에서는 피가열체를 톱플레이트 상에 탑재하는 유도 가열장치에대하여 설명했다. 이것에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 피가열체를 공중에 유지하는 유도 가열장치, 유도 가열코일 상에 합성 수지, 자기 또는 유리 등의 절연성의 내열재료로 이루어지는 삼발이(trivet) 또는 커버 등을 설치하여 그 위에 피가열체를 탑재하는 유도 가열장치, 또는 절연성의 내열재료에 구멍을 형성하고, 그 구멍에 피가열체를 끼워 넣도록 한 유도 가열장치에도, 본 발명을 적용할 수 있다. 이들 구성의 유도 가열장치에서는 유도 가열코일과 피가열체와의 거리를 짧게 하여, 가열효율을 높일 수 있다.
본 실시예의 정전 실드체(112)의 패턴은 크기를 유도 가열코일(101)과 대략 동일한 정도로 하여, 형상을 슬릿(201)으로 분할한 대략 원호형으로 했다. 이러한 형상이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 정전 실드체, 유도 가열코일(101)의 고전압부를 덮는 크기를 가지는 임의의 형상일 수도 있다. 예를 들면 그 형상은 직사각형 또는 환형이라도 좋다.
본 실시예의 정전 실드체(112)는 패턴 양단에 각각 접속부(202)를 가진다. 각각의 접속부(202)는 리드선(122, 123)을 통하여 검지부(103)와 접속되어 있다. 2군데 이상의 접속부를 설치하고, 검지부로부터 접속부 사이에 통전하고, 정전 실드체의 도통상태를 검지하는 구성이면, 다른 임의의 구성이어도 좋다. 2군데 이상의 접속부를 설치함으로써, 검지부가 정전 실드체의 도통상태를 검지하는 것이 용이할 뿐만 아니라, 하나의 선의 도통이 악화된 경우에도, 정전 실드체는 실드 효과를 발휘할 수 있다.
정전 실드체와 저전위부를 실시예와 같이 접속선으로(직류성분 및 교류성분이 흐르도록) 접속할 수도 있고, 콘덴서로 교류적으로 접속할 수도 있다. 정전 실드체와 저전위부를 콘덴서로 접속한 경우에는 검지부는 유도 가열코일을 정지시키고 있을 때, 예를 들면 검지부가 내장하는 발진회로가 출력하는 교류전압(유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압)을 정전 실드체에 인가하여, 정전 실드체의 도통상태를 검지한다.
본 발명에 의하면, 정전 실드체가 그 기능을 충분히 발휘하지 않고 있을 때라도, 감전할 우려가 없는 안정성이 높은 것이 가능하다.
발명을 어느 정도 상세하게 바람직한 형태에 대하여 설명했지만, 이 바람직한 형태의 상기 개시 내용은 구성의 세부에 있어서 변경이 가능하며, 각 요소의 조합이나 순서의 변경은 청구된 발명의 범위 및 사상을 일탈하지 않고 실현할 수 있는 것이다.
본 발명은 유도 가열조리기 등의 유도 가열장치에 적용 가능하다.

Claims (32)

  1. 고주파 자계를 발생하여 피가열체를 가열하는 유도 가열코일,
    상기 유도 가열코일을 구동하는 인버터 회로,
    상기 피가열체와 상기 유도 가열코일 사이에 설치되고, 저전위부에 전기적으로 접속된 도전성의 실드체,
    상기 유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압을 상기 실드체에 인가하여 상기 실드체의 도통상태를 검지하는 검지부, 및
    상기 도통상태에 따라서 상기 인버터 회로를 제어하는 제어부
    를 구비하는 유도 가열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검지부는 상기 실드체의 임피던스가 소정의 임계값 이하인지 여부, 상기 실드체의 소정의 단자 사이의 전압이 소정의 임계값 이하인지 여부, 또는 상기 실드체를 흐르는 전류가 소정의 임계값 이상인지 여부를 판정하고,
    상기 제어부는 상기 실드체의 임피던스가 소정의 임계값보다 크고, 상기 실드체의 소정의 단자 사이의 전압이 소정의 임계값보다 높거나, 또는 상기 실드체를 흐르는 전류가 소정의 임계값보다 작은 경우에, 상기 유도 가열코일의 출력을 저감 또는 정지시키는
    것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검지부는 상기 유도 가열코일이 정지하고 있을 때, 상기 유도 가열코일이 발생하는 전압과 상이한 전압을 상기 실드체에 인가하여 상기 실드체의 도통상태를 검지하고, 상기 유도 가열코일이 통전되어 있을 때, 상기 유도 가열코일이 상기 실드체에 유발하는 노이즈에 따라, 상기 실드체의 도통상태를 검지하는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부의 기능은 마이크로 컴퓨터의 소프트웨어 처리에 의해 실행되고, 상기 유도 가열코일이 통전되어 있을 때, 상기 검지부가 상기 실드체의 도통상태가 악화된 것을 검지하면, 상기 마이크로 컴퓨터는 중단 처리에 의해 유도 가열코일을 정지시키는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  5. 제1항에 있어서,
    피가열체를 탑재하는 톱플레이트를 추가로 구비하고,
    상기 톱플레이트의 상면 또는 하면의 최소한 어느 한 쪽 면에 상기 실드체가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  6. 제1항에 있어서,
    피가열체를 탑재하는 톱플레이트를 추가로 구비하고,
    상기 톱플레이트는 합판유리(laminated glass)로 형성되어 있고,
    상기 합판유리의 유리와 유리 사이에 상기 실드체가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  7. 제1항에 있어서,
    피가열체를 탑재하는 톱플레이트, 및 상기 톱플레이트와 상기 유도 가열코일 사이에 놓인 고정판을 추가로 구비하고, 상기 실드체가 상기 고정판의 위, 중간 또는 아래에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고정판과 유도 가열코일 사이에 공간을 형성하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  9. 제8항에 있어서,
    냉각팬을 추가로 구비하고, 상기 냉각팬의 바람이 상기 고정판과 유도 가열코일 사이의 공간을 통과하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  10. 제1항에 있어서,
    최소한 유도 가열코일에 통전하지 않고 있는 상태에서 상기 검지부가 상기실드체의 도통상태를 검지하는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열코일에 통전하고 있는 상태에서 상기 검지부에 의한 상기 실드체의 도통상태의 검지를 실질적으로 금지시키거나 상기 검지부의 검지결과를 무효화하는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 검지부가 상기 실드체에 직류전류를 흘려, 그 도통상태를 검지하는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 검지부가 유도 가열코일에 통전 중의 소정 시간마다 상기 실드체의 도통상태를 검지하는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  14. 제1항에 있어서,
    표시부 및/또는 통지부를 추가로 구비하고,
    상기 실드체가 소정의 임계값보다 비도통이면, 상기 표시부에서의 이상 상태 표시 및/또는 상기 통지부에서의 이상 상태 통지가 이루어지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 실드체와 상기 검지부는 최소한 2개의 접속선으로 접속되고, 상기 검지부는 최소한 2개의 상기 접속선과 상기 실드체의 최소한 일부를 포함하는 경로의 도통상태를 검지하는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 실드체는 상기 유도 가열코일의 중심축을 내부에 포함하는 폐쇄루프가 상기 실드체 상에 존재하지 않는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 실드체는 상기 유도 가열코일과 동축으로 상기 유도 가열코일을 거의 덮는 대략 원호상의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  18. 제1항에 있어서,
    나선형으로 감긴 상기 유도 가열코일의 외측 종료 단부의 전위가 내주 단부의 전위보다 낮은 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열코일의 일단이 상기 인버터 회로의 그라운드선과 직접 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 피가열체가 자성체이거나 비자성체의 고저항인 경우와, 비자성체의 저저항인 경우에 따라서 상기 유도 가열코일에 상이한 전압을 인가하는 유도 가열장치로서, 상기 제어부는 상기 피가열체가 비자성체의 저저항인 경우에만 상기 도통상태에 따라서 상기 인버터 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  21. 제20항에 있어서,
    표시부 및/또는 통지부를 추가로 구비하고,
    상기 실드체가 소정의 임계값보다 비도통이면, 피가열체가 비자성체의 저저항인 경우에만 유도 가열장치를 사용할 수 없는 것을 상기 표시부가 표시 및/또는 상기 통지부가 통지하는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  22. 피가열체와 유도 가열코일 사이에 정전 실드체를 설치한 유도 가열장치로서, 상기 정전 실드체의 통전상태를 검지하는 검지수단을 설치하고, 상기 검지수단의 검지에 의해 상기 유도 가열코일을 구동하는 구동수단을 제어하는 구성으로 한 유도 가열장치.
  23. 피가열체를 탑재하는 톱플레이트와 상기 톱플레이트의 하방에 설치한 상기 피가열체를 유도 가열하는 유도 가열코일, 상기 유도 가열코일을 구동하는 구동수단, 상기 피가열체와 상기 유도 가열코일 사이에 설치한 정전 실드체, 및 상기 정전 실드체의 통전상태를 검지하는 검지수단을 구비하고, 상기 검지수단은 검지한 값이 기준치 이하로 되면 상기 구동수단을 제어하여 출력 저감 또는 출력 정지를 행하는 구성으로 한 유도 가열장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 톱플레이트의 상면 또는 하면의 최소한 어느 한 쪽 면에 정전 실드체를 설치하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 톱플레이트에 합판유리를 이용하여 유리와 유리 사이에 정전 실드체를 설치하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 유도 가열코일의 피가열체 측에 정전 실드체를 구비한 고정판을 설치하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 고정판과 상기 유도 가열코일 사이에 공간을 형성하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  28. 제22항에 있어서,
    최소한 상기 유도 가열코일에 통전하지 않고 있는 상태에서 상기 정전 실드체의 통전상태를 검지하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  29. 제22항에 있어서,
    상기 유도 가열코일에 통전 중의 소정 시간마다 상기 정전 실드체의 통전상태를 검지하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  30. 제22항에 있어서,
    표시부 및/또는 통지부를 설치하고, 검지수단이 검지한 값이 기준치 이하로 되면 상기 표시부에서의 이상 상태 표시 및/또는 통지부에서의 이상 상태 통지가 이루어지는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  31. 제22항에 있어서,
    상기 정전 실드체에 최소한 2군데의 접속부를 구비하고, 접속부 사이에 통전하여, 그 통전상태를 검지하는 검지수단을 설치한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
  32. 제22항에 있어서,
    상기 정전 실드체의 형상을 대략 원호형으로 한 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
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