KR20090077937A - 유도 다림질 시스템 - Google Patents

Abstract

다림질 시스템(500)은, 유도 가열 가능한 재료를 포함하는 밑판(512)을 구비한 다리미(510)를 포함한다. 다림질 시스템(500)은, 적어도 하나의 유도 코일(540) 및 디바이스(550)를 포함하는 유닛(520, 530)을 더 포함한다. 유도 코일(540)은 다리미(510)를 충전하고, 디바이스(550)는 유도 코일(540)을 통해 흐르는 전류의 변화를 감지하거나 또는 유도 코일(540) 양단의 전압의 변화를 감지함으로써 밑판(512)의 온도를 검출한다. 유도 코일(540)의 자기 인덕턴스가 온도의 함수로서 밑판(512)의 투자율과 함께 변할 때 전류 또는 전압이 변한다. 디바이스(550)는 검출된 온도에 따라 유도 코일(540)을 온 또는 오프로 스위칭한다.

다림질 시스템, 자기 인덕턴스, 와상 전류, 유도 코일, 유도 가능 가능한 재료, 퀴리 온도

Description

유도 다림질 시스템{Induction Ironing System}

본 발명은 다림질 시스템에 관한 것이며, 특히 유도 다림질 시스템에 관한 것이다.

유도 다림질 시스템(induction ironing system)들은 밑판들이 유도 코일로부터 전자기 방사(electromagnetic radiation)에 의해 가열되는 다리미들로 구성된다. 이 가열 방법은 밑판이 유도 코일에 아주 근접하게 있도록 요구한다. 다림질 시스템들은 일반적으로, 온도 센서(예를 들면, 서미스터(thermistor) 또는 서모스탯(thermostat))로부터의 입력에 기초하여, 밑판이 미리 설정된 온도에 이를 때 가열 수단(유도 코일)을 스위칭 온/오프하는 온도 조절 서브시스템을 포함한다. 그러나, 센서의 배치는 종종 매우 어렵고 유도 다림질 시스템의 기계적 구성에 대한 영향을 가진다. 또한, 센서의 응답 시간(공극, 습도 등으로 인해)은 온도 조절 서브시스템의 부정확성과 느린 기능을 유발하고, 그에 의해 다림질 성능을 저하시키는 폭넓은 밑판 온도 범위를 유발한다. 다리미 판 내부에 유도 코일이 배치되는 경우에는 다른 문제들이 발생한다. 다림질 동안 다리미의 역학(dynamics)으로 인해, 다리미가 센서 바로 위로 오고 밑판의 온도를 검출하기에 충분한 시간을 제공하게 될 가능성(probabilistic)이 있으므로, 센서를 임의의 위치에 배치하기 어렵다. 또한, 의복이 다리미 판과 다리미 사이에 배치될 때, 의복은 센서의 기능에 방해가 된다.

영국 특허 출원 GB2392171호에는 다리미 및 다수의 유도 코일들을 가진 다리미 판을 포함하는 유도 다림질 시스템을 개시하고 있다. 전자기장을 트리거하기 위하여, 다리미의 철판은 전자기 코일들에 의해 생성된 전자기장과 접촉해야 한다. 다리미의 가열 처리를 중단하기 위해서는, 다리미 판을 통과하는 전류를 스위칭 오프되도록 하거나 또는 다리미를 전자기장의 범위를 벗어날 때까지 위쪽으로 들어올려야 한다. 그러나, 이 시스템은 제어된 온도를 보장하지 않으며, 따라서 옷감을 태우게 될 수 있다.

본 발명의 제 1 양태에 따라, 다림질 시스템은 밑판을 포함하는 다리미로서, 상기 밑판은 유도 가열 가능한 재료를 포함하는, 상기 다리미; 적어도 하나의 유도 코일 및 디바이스를 포함하는 유닛으로서, 상기 유도 코일은 상기 다리미를 충전하도록 구성되고, 상기 디바이스는 상기 유도 코일을 통해 흐르는 전류의 변화를 감지하거나 또는 상기 유도 코일 양단의 전압의 변화를 감지함으로써 상기 밑판의 온도를 검출하도록 구성되고, 상기 전류 또는 전압의 변화는 상기 유도 코일의 자기 인덕턴스(self inductance)의 변화에 의해 유발되고, 상기 자기 인덕턴스의 변화는 또한 온도의 함수로서 상기 밑판의 투자율(magnetic permeability)의 변화에 의해 유발되고, 상기 디바이스는 또한 상기 온도에 따라 상기 유도 코일을 온(on) 또는 오프(off)로 스위칭하도록 구성되는, 상기 유닛을 포함한다. 다리미는 유닛에 배치된 유도 코일로부터 다림질에 필요한 에너지를 수신한다. 유도 코일에 의해 생성된 교류 자계는 밑판에 와상 전류들(eddy currents)을 유발하고, 따라서, 밑판이 가열된다. 그 후에 다리미는 충전된다고 말한다. 유도 가열 가능한 재료들은 투자율(magnetic permeability)을 온도로 변경한다. 유도 코일의 자기 인덕턴스(self inductance) 및 그에 따른 유도 코일을 통과하는 전류는 투자율의 함수로 가변한다. 이것은 원하는 밑판 온도와 유도 코일을 통과하는 전류 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 유도 코일을 온(on) 또는 오프(off)로 스위칭하기 위한 트리거로서 사용된다. 이러한 방식으로, 밑판의 온도는 온도 센서를 필요로 하지 않고 결정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 디바이스는 상기 유도 코일에 접속된 전류/전압 감지 회로로서, 상기 유도 코일을 통한 전류의 변화를 감지하거나 상기 유도 코일 양단의 전압의 변화를 감지한다. 상기 디바이스는 또한, 상기 유도 코일을 온 또는 오프로 스위칭하는 전류 스위칭 회로를 포함한다. 상기 디바이스는 또한, 상기 전류/전압 감지 회로에 의해 감지된 상기 전류/전압에 따라 상기 전류 스위칭 회로를 제어하는 온도 제어 회로를 포함한다. 따라서, 디바이스는 감지할 수 있는 코일의 전류/전압에 기초하여 상기 유도 코일을 온 또는 오프로 스위칭할 수 있다(이 전류/전압은 시스템에서 미리 설정된 대로 및 프로그램된 대로 밑판 온도에 대한 관계를 갖는다). 따라서, 밑판의 온도는 종래의 온도 센서의 도움 없이 조절될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따라, 유도 가열 가능한 재료는 상기 다림질 온도에 실질적으로 근접한 퀴리 온도(Curie temperature)를 갖는 강자성 재료(ferro-magnetic material)이다. 피섬 합금들(Phytherm alloy)은 상업적으로 이용 가능한 재료들/합금들의 예들이다. 유도 가열 가능한 재료로서 피섬 230 또는 피섬 260이 이용될 수 있다. 밑판의 유도 가열 가능한 재료의 퀴리 온도는 100 내지 300℃의 범위에 있다. 상기 퀴리 온도를 가진 밑판은 100 내지 250℃의 범위의 온도들에서 다림질하기에 적당하다. 그러나, 다른 실시예에서, 실크와 같은 섬약한 의복들의 안전한 다림질을 보장하기 위하여, 50 내지 150℃의 온도들로 의복들의 섬세한 다림질 보장하기 위하여 슈(shoe)가 밑판에 탈착 가능하게 접속 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다림질 시스템의 디바이스의 개략도.

도 2는 온도 제어 회로의 출력을 도시한 도면.

도 3은 높은 값의 인덕턴스에 대해 스위치가 열릴 때의 유도 코일 양단의 응답.

도 4는 높은 값의 인덕턴스에 대해 전류/전압 감지 회로를 통하는 전류를 도시한 도면.

도 5는 높은 값의 인덕턴스에 대해 전류/전압 감지 회로 양단의 전압을 도시한 도면.

도 6은 낮은 값의 인덕턴스에 대해 스위치가 열릴 때의 유도 코일 양단의 응답.

도 7은 낮은 값의 인덕턴스에 대해 전류/전압 감지 회로를 통하는 전류를 도시한 도면.

도 8은 낮은 값의 인덕턴스에 대해 전류/전압 감지 회로 양단의 전압을 도시한 도면.

도 9는 다리미, 하나 이상의 유도 코일들을 갖는 다리미 판을 포함하는 본 발명의 한 실시예에 따른 다림질 시스템을 도시한 도면.

도 10은 다리미, 다리미 판 및 하나 이상의 유도 코일들을 갖는 충전 베이스를 포함하는 본 발명의 한 실시예에 따른 다림질 시스템을 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 다림질 슈를 구비한 다리미를 도시한 도면.

본 발명은 특정 실시예들에 대하여 특정 도면들을 참조하여 기술되지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니라, 단지 청구항들에 의해서만 한정된다. 청구항들에 있는 임의의 참조 부호들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 기술된 도면들은 도식적일 뿐 한정되지 않는다. 도면들에서, 일부 요소들의 크기는 예시의 목적으로 확대될 수 있으며, 크기 비례하여 도시하지 않았다. 용어 "포함(comprising)"이 본 명세서 및 청구항들에서 사용되고 있지만, 이것은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 불명확하거나 명확한 관사(예컨대 "a" 또는 "an", "the")가 단수 명사를 참조할 때 사용되었지만, 이것은 달리 특별히 언급되지 않는다면 복수 명사를 포함한다.

더욱이, 본원 명세서 및 청구항들에서의 용어들 제 1, 제 2, 제 3 등은 유사한 요소들을 구별하기 위해 사용되었으며, 반드시 순차적 또는 연대순으로 기술하 기 위해 사용된 것은 아니다. 그렇게 사용된 용어들은 적절한 상태에 따라 교체될 수 있고, 본 명세서에 기술된 발명의 실시예들은 본 명세서에 기술 또는 도시된 시퀀스와는 다른 시퀀스들로 동작할 수 있음을 알아야 한다.

더욱이, 용어들 상세한 설명 및 청구항들의 상부, 하부, ~위에, ~ 아래 등은 설명하기 위한 것일 뿐, 상대적인 위치들을 기술하는데 필수적인 것은 아니다. 그렇게 이용된 용어들은 적당한 환경 하에서 교환 가능하고, 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 기술되거나 예시된 방향과는 다른 방향으로 동작할 수 있음을 알아야 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 개략적으로 도시한 예이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 디바이스(130)는 유도 코일(120)에 접속된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 디바이스(130)는 전류/전압 감지 회로(150), 전류 스위칭 회로(140) 및 온도 제어 회로(160)를 포함한다. 전류/전압 감지 회로(150)는 스위치(151), 저항기(152) 및 신호 조정 디바이스(signal-conditioning device; 153)를 포함한다. 전류 스위칭 회로(140)는 브리지 정류기(141)를 포함하고, 공급 전압(142)에 접속된다. 유도 코일(120) 및 커패시터(121)는 함께 병렬 공진 회로(125)를 형성한다. 밑판(sole plate; 180)는 유도 코일(120)로부터 전자기 방사에 의해 가열된다.

다림질 동안 또는 쉬는 동안 다리미를 충전할 때, 유도 코일(120)에 의해 생성된 교류 자계는 밑판(180)에서 와상 전류들을 유발한다. 밑판(180)의 유도 가열 가능한 재료의 자성(magnetic property)들은 이들이 이용되는 온도에 의존한다. 이들 성질들은 점진적으로 감소되고, 최종적으로 특성 온도 너머로 사라진다. 이 온 도는 일반적으로 재료의 "퀴리 온도(Curie temperature)"라고 칭해진다.

전류/전압 감지 회로(150)는 밑판(180)의 온도가 퀴리 온도보다 아래일 때 온도 제어 회로(160)가 전류 스위칭 회로(140)를 활성화하도록 할 수 있다. 유도 코일(120)의 자기 인덕턴스는 밑판(180)의 온도가 퀴리 온도를 초과할 때 변한다. 이것은 온도가 퀴리 온도를 넘어설 때 밑판(180)의 재료의 투자율이 낮은 값 접근 단일체(low value approaching unity)로 떨어지기 때문이다. 이것은 전류/전압 감지 회로(150)에 의해 측정될 것이고 온도 제어 회로(160)가 디스에이블될 것이다. 전류 스위칭 회로(140)는 비활성이 되고, 유도 코일(120)은 스위칭 오프된다. 밑판(180)은 냉각된다. 밑판(180)의 자력은 밑판(180)의 온도가 퀴리 온도 아래로 떨어질 때 다시 살아난다.

유도 코일(120)을 통하는 전류는 수학식을 이용하여 계산될 수 있다:

(1)

여기서 i는 유도 코일(120)을 통하는 전류이고, L은 유도 코일(120)의 자기 인덕턴스이고, u는 유도 전압이고, t는 시간이다. 자기 인덕턴스 L은 투자율 μ의 함수이고 투자율 μ은 온도 T의 함수이다. 강자기 재료들에 대해, μ는 온도 T가 퀴리 온도를 초과할 때 온도와 함께 급속히 변한다. 따라서 밑판(180)의 투자율 μ이 그 온도 T의 함수로서 가변함에 따라 자기 인덕턴스 L이 가변한다. 수학식 (1)에 따라, 유도 코일(120)을 통하는 전류 i는 유도 코일(120)의 자기 인덕턴스 L의 변화들과 함께 가변한다.

유도 코일(120)을 통하는 전류 i는 저항기(152)에 의해 측정된다. 유도 코일(120) 및 커패시터(121)에 의해 형성되는 병렬 공진 회로(125)는 스위치(151)를 통해 공급 전압(142)에 접속된다. 스위치(151)가 닫힐 때, 선형으로 증가하는 전류는 병렬 공진 회로(125), 스위치(151) 및 저항기(152)를 통해 흐른다. 이 전류 i는 저항기(152) 양단의 전압 u로 이전되고 신호 조정 디바이스(153)를 통해 온도 제어 회로(160)로 피드백된다. 신호 조정 디바이스(153)는 저항기(152) 양단의 전압 u에 대한 신호 조정(예를 들면, 저역 필터링 및 증폭)을 제공한다. 온도 제어 회로(160)는 구형파 신호를 스위치(151)에 제공한다. 이 제어 신호의 듀티 사이클은 전력 조정을 가능하게 하도록 가변한다. 전력 제어가 불필요한 경우에는 고정된 듀티 사이클(예를 들면 50%)이 될 수 있다. 이것은 간단한 전력 온/오프 제어이다. 스위치(151)는 도 2에 도시된 바와 같이 구형파를 통해 제어된다. 이것은 스위치(151)를 제어하는데 이용되는 온도 제어 회로(160)의 출력의 표현이다. 높은 신호 레벨에서 스위치(151)가 닫힌다. 스위치(151)가 닫히는 순간, 전류 i는 유도 코일(120), 코일(121)에 병렬인 커패시터, 스위치(151) 및 저항기(152)를 통해 흐른다. 이 단계 동안, 에너지는 유도 코일(120)에 저장된다. 스위치(151)가 열리면, 에너지가 해제되어 코일(120) 양단의 (유도) 전압 응답을 유발한다. 이 응답의 주파수는 코일(120)의 자기 인덕턴스 L과 커패시터(121)의 용량에 의해 결정된다. 유도 코일(120)의 높은 값의 자기 인덕턴스 L에 대한 유도 코일(120) 양단의 전압 응답은 스위치(151)가 열릴 때 도 3에 도시되어 있다. 낮은 값의 자기 인덕턴스 L에 대한 유도 코일(120) 양단의 응답은 도 6에 도시되어 있다. 도 4 및 도 5는 유도 코일(120)의 높은 값의 자기 인덕턴스 L에 대한 저항기(152)를 통하는 전류 i 및 그 양단의 전압 u를 도시하고, 도 7 및 도 8은 유도 코일(120)의 낮은 값의 자기 인덕턴스 L에 대한 저항기(152)를 통하는 전류 i 및 그 양단의 전압 u를 도시한다.

스위치(151)가 닫힐 때, 전류 i는 저항기(152)를 통해 흐르고 저항기(152) 양단의 전압 u를 유발한다. 전압 u의 진폭은 온도 제어 회로(160)를 온 또는 오프로 스위칭하는데 이용된다. 전류 i의 진폭은 온도 제어 회로(160)에 대한 트리거 지점을 결정한다. 유도 코일(120)의 자기 인덕턴스 L은 가열될 밑판의 μ에 의해 주로 결정되는 것이 분명하다. 밑판이 퀴리 온도까지 가열될 때, 밑판의 μ는 상당히 떨어지고 낮아진 자기 인덕턴스 L을 유발한다. 그것은 또한, 유도 코일(120)의 자기 인덕턴스 L이 감소할 때, 스위치(151) 및 저항기(152)를 통하는 전류 i는 증가한다. 스위치(151)가 해제될 때 유도 코일(120) 양단에 더 높은 응답 전압과 저항기(152) 양단에 더 높은 전압 u를 유발한다. 둘다 온도 제어 회로(160)를 트리거하는데 이용될 수 있다.

퀴리 온도가 커스터마이즈(customize)될 수 있는 피섬 230 또는 피섬 260과 같은 상업용 합금들이 이용될 수 있다. 피섬 230은 50wt% Ni, 10wt% Cr 및 나머지 Fe의 구성을 가진다. 퀴리 온도는 230℃이다. 피섬 260은 50wt% Ni, 9wt% Cr 및 나머지 Fe의 구성을 가진다. 퀴리 온도는 260℃이다.

도 9는 다림질 시스템(200)의 실시예를 도시한다. 도 9에 도시된 다림질 시스템(200)은 다리미(210) 및 다리미 판(230)을 포함한다. 다리미(210)는 유도 가열 가능한 재료를 포함하는 밑판(212)이 구비되어 있다. 다리미 판(230)은 소형 판 또 는 보통 크기의 판이 될 수 있다. 전체 다리미 판 내에 배치된 하나 이상의 유도 코일들(220)은 다림질 동안 연속적으로 다리미(210)를 충전할 수 있다.

도 10은 다리미(510) 및 다리미 판(530) 및 하나 이상의 유도 코일들(540)을 구비한 충전 베이스(520)를 포함하는 다림질 시스템(500)을 도시한다. 다리미는 퀴리 온도가 다림질 온도에 실질적으로 가까운, 즉 100 내지 300℃의 범위에 있는 재료로부터 만들어진 밑판(512)을 가진다. 다리미(510)는 충전하기 위한 충전 베이스(520)에 복귀해야 한다. 유도 코일(540)에 의해 생성된 교류 자계는 밑판(512)에 와상 전류를 포함하고, 밑판(512)은 가열된다. 밑판의 온도가 퀴리 온도를 초과할 때, 디바이스(550)는 유도 코일(540)을 오프로 스위칭하고 다리미(510)는 이용할 준비가 된다.

도 11은 다림질 슈(ironing shoe; 620)를 구비한 다리미(610)를 도시한다. 밑판(612)은 다림질 슈(620)가 삽입되는 천공이 장착되어 있다. 모든 상술된 실시예들은 단일 온도 다림질에 적당하며, 특히 특정 재료가 다리미의 밑판으로 선택되는 경우에, 퀴리 온도는 고정되고, 다리미가 이용될 수 있는 온도 범위가 고정된다. 선택된 온도가 높다면, 실크와 같은 섬약한 의복들은 다림질될 수 없다. 다림질 슈(620)는 섬약한 의복들을 위해 낮은 온도 다림질을 가능하게 한다.

Claims (11)

1. 다림질 시스템에 있어서:

   밑판을 포함하는 다리미로서, 상기 밑판은 유도 가열 가능한 재료를 포함하는, 상기 다리미;

   적어도 하나의 유도 코일 및 디바이스를 포함하는 유닛으로서, 상기 유도 코일은 상기 다리미를 충전하도록 구성되고, 상기 디바이스는 상기 유도 코일을 통해 흐르는 전류의 변화를 감지하거나 또는 상기 유도 코일 양단의 전압의 변화를 감지함으로써 상기 밑판의 온도를 검출하도록 구성되고, 상기 전류 또는 전압의 변화는 상기 유도 코일의 자기 인덕턴스(self inductance)의 변화에 의해 유발되고, 상기 자기 인덕턴스의 변화는 또한 온도의 함수로서 상기 밑판의 투자율(magnetic permeability)의 변화에 의해 유발되고, 상기 디바이스는 또한 상기 온도에 따라 상기 유도 코일을 온(on) 또는 오프(off)로 스위칭하도록 구성되는, 상기 유닛을 포함하는, 다림질 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 디바이스는:

   상기 유도 코일에 접속된 전류/전압 감지 회로로서, 상기 유도 코일을 통한 전류의 변화를 감지하거나 상기 유도 코일 양단의 전압의 변화를 감지하는, 상기 전류/전압 감지 회로;

   상기 유도 코일을 온 또는 오프로 스위칭하는 전류 스위칭 회로; 및

   상기 전류/전압 감지 회로에 의해 감지된 상기 전류/전압에 따라 상기 전류 스위칭 회로를 제어하는 온도 제어 회로를 포함하는, 다림질 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유도 가열 가능한 재료는 상기 다림질 온도에 실질적으로 근접한 퀴리 온도(Curie temperature)를 갖는 강자성 재료(ferro-magnetic material)인, 다림질 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 강자성 재료는 피섬(Phytherm) 230 또는 피섬 260이 될 수 있는, 다림질 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 유도 가열 가능한 재료의 상기 퀴리 온도는 100 내지 300℃의 범위에 있는, 다림질 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 퀴리 온도를 가진 상기 밑판은 100 내지 250℃의 범위의 온도들에서 다림질하기에 적당한, 다림질 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,

   슈(shoe)가 상기 밑판에 탈착 가능하게 접속 가능한, 다림질 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,

   적어도 하나의 유도 코일 및 상기 디바이스를 포함하는 상기 유닛은 다리미 판 및/또는 충전 베이스를 포함하는, 다림질 시스템.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 시스템과 함께 사용하는, 적어도 하나의 유도 코일 및 디바이스를 포함하는 유닛으로서, 상기 유도 코일은 상기 다리미를 충전하도록 구성되고, 상기 디바이스는 상기 유도 코일을 통해 흐르는 전류의 변화를 감지하거나 또는 상기 유도 코일 양단의 전압의 변화를 감지함으로써 상기 밑판의 온도를 검출하도록 구성되고, 상기 전류 또는 전압의 변화는 상기 유도 코일의 자기 인덕턴스의 변화에 의해 유발되고, 상기 자기 인덕턴스의 변화는 또한 온도의 함수로서 상기 밑판의 투자율의 변화에 의해 유발되고, 상기 디바이스는 또한 상기 온도에 따라 상기 유도 코일을 온 또는 오프로 스위칭하도로 구성되는, 유닛.
10. 제 9 항에 따른 유닛과 함께 사용하기 위한 디바이스로서,

    상기 유도 코일에 접속된 전류/전압 감지 회로로서, 상기 유도 코일을 통한 전류의 변화를 감지하거나 상기 유도 코일 양단의 전압의 변화를 감지하는, 상기 전류/전압 감지 회로;

    상기 유도 코일을 온 또는 오프로 스위칭하는 전류 스위칭 회로; 및

    상기 전류/전압 감지 회로에 의해 감지된 상기 전류/전압에 따라 상기 전류 스위칭 회로를 제어하는 온도 제어 회로를 포함하는, 디바이스.
11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 시스템과 함께 사용하기 위한 다리미로서, 상기 다리미는 밑판을 포함하고, 상기 밑판은 다림질 온도에 실질적으로 근접한 퀴리 온도를 갖는 강자성 재료를 포함하는 유도 가열 가능한 재료를 포함하는, 다리미.

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