KR20200019457A - 피가열체의 온도 측정이 가능한 유도 가열 장치 - Google Patents

피가열체의 온도 측정이 가능한 유도 가열 장치 Download PDF

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KR20200019457A
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Abstract

본 발명은 피가열체와 접촉하는 패드와 가열 코일간의 공진을 이용하여 피가열체의 온도를 측정할 수 있는 유도 가열 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는 본체에 구비되어 자기장을 발생시키는 가열 코일, 상기 가열 코일에서 발생된 자기장에 의해 전류가 유기되는 공진 코일과, 상기 공진 코일과 연결된 가변 커패시터를 포함하는 공진 패드, 상기 가열 코일과 상기 공진 패드간의 공진 주파수를 검출하는 공진 검출부 및 상기 검출된 공진 주파수에 기초하여 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 산출하고, 상기 산출된 커패시턴스에 기초하여 상기 공진 패드의 온도를 검출하는 온도 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

피가열체의 온도 측정이 가능한 유도 가열 장치{INDUCTION HEATING DEVICE CAPABLE OF MEASURING TEMPERATURE OF THE HEATED BODY}
본 발명은 피가열체와 접촉하는 패드와 가열 코일간의 공진을 이용하여 피가열체의 온도를 측정할 수 있는 유도 가열 장치에 관한 것이다.
최근 잇따라 출시되고 있는 인덕션(유도 가열 장치)은 종래 가정이나 음식점 등에서 대중적으로 이용되었던 가스레인지를 대체하고 있다.
인덕션은 가스레인지와 달리 가스에 의해 발생하는 불꽃을 열원으로 이용하지 않고, 자기장에 의해 발생하는 유도전류를 열원으로 이용함으로써, 유해가스로부터 자유롭고, 화재로부터 안전하며, 화상의 위험이 적은 장점이 있어 그 시장 규모가 폭발적으로 증가하고 있다.
다만, 종래 가스레인지 사용에 익숙한 사용자들은 인덕션의 가열 성능에 익숙하지 않아 음식의 온도를 정확히 조절하지 못하고, 이에 따라, 음식이 충분히 조리되지 않거나, 음식이 탈 때까지 가열되는 시행착오가 발생하고 있다.
이러한 문제의식에 기초하여 인덕션에 의해 가열되는 음식의 온도를 정확히 파악하는 것이 중요한 과제로 떠오르고 있으며, 이를 위해 대표적으로 적외선 온도 측정 장치 또는 온도 측정 프로브가 이용되고 있다.
그러나, 적외선 온도 측정 장치는 비접촉으로 음식의 온도를 측정할 수 있다는 장점에도 불구하고, 외부의 다양한 요인에 의해 측정치가 변동될 수 있어 온도 측정의 신뢰도가 낮은 문제점이 있다. 또한, 온도 측정 프로브는 비교적 정밀한 온도 측정이 가능하다는 장점에도 불구하고, 음식에 직접 접촉해야 하므로 위생 문제가 발생할 수 있다는 단점이 있다.
본 발명은 가열 코일과 공진 패드간의 공진을 이용하여 피가열체의 온도를 측정할 수 있는 유도 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공진 패드가 가열 코일로부터 무선으로 전력을 공급받아 온도를 표시할 수 있도록 하는 유도 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 가열 코일과 공진 패드간의 공진 주파수를 검출하고, 검출된 공진 주파수에 기초하여 공진 패드 내 커패시터의 커패시턴스를 산출하고, 산출된 커패시턴스에 기초하여 공진 패드의 온도를 검출함으로써 피가열체의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 가열 코일에서 발생된 자기장에 의해 유기되는 전류를 전원으로 이용함으로써, 공진 패드가 무선으로 전력을 공급받아 온도를 표시할 수 있다.
본 발명은 가열 코일과 공진 패드간의 공진을 이용하여 피가열체의 온도를 측정함으로써, 별도의 배터리 없이 조리 대상의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 공진 패드가 가열 코일로부터 무선으로 전력을 공급받아 온도를 표시함으로써, 음식 조리에 대한 UX(User eXperience)를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 공진 패드의 내부 구성도.
도 3은 도 1에 도시된 유도 가열 장치의 외부 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 공진 패드의 외부 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 가변 커패시터의 커패시턴스가 온도에 따라 변하는 모습을 도시한 그래프.
도 6은 가열 코일과 공진 패드의 합성 임피던스를 설명하기 위한 도면.
도 7은 합성 임피던스가 주파수에 따라 변하는 모습을 도시한 그래프.
도 8은 공진 검출부가 공진 주파수를 펄스 형태로 출력하여 온도 검출부에 제공하는 모습을 도시한 도면.
도 9는 도 8에 도시된 공진 검출부의 회로를 도시한 도면.
도 10은 공진 검출부가 가열 코일에 주파수별 전압을 공급하여 공진 주파수를 검출하는 모습을 도시한 도면.
도 11은 공진 패드에 포함된 통신부 및 서브 디스플레이부가 공진 코일에 유기되는 전류에 의해 전원을 공급받는 모습을 도시한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 발명은 피가열체와 접촉하는 패드와 가열 코일간의 공진을 이용하여 피가열체의 온도를 측정할 수 있는 유도 가열 장치에 관한 것이다.
이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 공진 패드의 내부 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유도 가열 장치의 외부 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 공진 패드의 외부 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가변 커패시터의 커패시턴스가 온도에 따라 변하는 모습을 도시한 그래프이다.
도 6은 가열 코일과 공진 패드의 합성 임피던스를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 합성 임피던스가 주파수에 따라 변하는 모습을 도시한 그래프이다.
도 8은 공진 검출부가 공진 주파수를 펄스 형태로 출력하여 온도 검출부에 제공하는 모습을 도시한 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 공진 검출부의 회로를 도시한 도면이다.
도 10은 공진 검출부가 가열 코일에 주파수별 전압을 공급하여 공진 주파수를 검출하는 모습을 도시한 도면이다.
도 11은 공진 패드에 포함된 통신부 및 서브 디스플레이부가 공진 코일에 유기되는 전류에 의해 전원을 공급받는 모습을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 가열 코일(110), 공진 패드(120), 공진 검출부(130), 온도 검출부(140) 및 디스플레이부(150)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 유도 가열 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 공진 패드(120)는 공진 코일(121), 가변 커패시터(122), 통신부(123) 및 서브 디스플레이부(124)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 공진 패드(120)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 각 구성요소를 구체적으로 설명하기에 앞서, 도 3을 참조하여, 본 발명의 유도 가열 장치(100)의 전체적인 구조를 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 기본적으로 유도 가열 장치(100)는 본체(10), 본체(10)의 상부에 구비된 적어도 하나의 가열 코일(110), 가열 코일(110) 상에 구비된 가열 플레이트(11), 본체(10)의 전방에 구비된 디스플레이부(150) 및 적어도 하나의 노브 스위치(12)를 포함할 수 있다.
본체(10)는 유도 가열 장치(100)의 케이스로서, 다양한 형상을 가질 수 있고 도 3에 도시된 바와 같이 직육면체 형상을 가질 수 있다.
가열 코일(110)은 본체(10)의 상부에 구비되어 전열(electric heating) 동작을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 가열 코일(110)은 본체(10) 내부에 구비된 전원 공급원으로부터 전류를 공급받아 자기장을 발생시킬 수 있고, 자기장은 가열 코일(110)상에 위치한 피가열체(200)에 와류 전류를 발생시켜 피가열체(200)를 가열할 수 있다.
와류 전류에 의한 전열 동작의 효율성을 위해 피가열체(200)는 전도성 물질로 이루어짐이 바람직하다.
가열 플레이트(11)는 본체(10)의 상면에 전체적으로 구비되거나, 각각의 가열 코일(110) 상에 배치될 수 있다. 이러한 가열 플레이트(11)는 피가열체(200)에 대한 선택적인 가열을 위해 세라믹, 강화 유리 등의 열 전도도가 낮은 재질로 이루어질 수 있다.
디스플레이부(150)는 본체(10)의 전방에 구비되어 조리에 필요한 다양한 정보를 사용자에게 표시할 수 있고, 후술하는 바와 같이 피가열체(200)의 온도를 표시할 수도 있다.
각각의 노브(knob) 스위치(12)는 그 회전 정도에 따라 각 가열 코일(110)에 흐르는 전류의 양을 제어하여 가열 코일(110)에 의한 가열 정도를 각각 제어할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 유도 가열 장치(100)는 전술한 기본적인 구성 외에 공진 패드(120)를 더 포함할 수 있다.
공진 패드(120)는 유도 가열 장치(100)의 본체(10)와 분리되는 구성으로서, 적어도 하나의 가열 코일(110) 상에 배치될 수 있고, 후술하는 바와 같이 가열 코일(110)과의 공진을 통해 가열될 수 있다.
피가열체(200)는 공진 패드(120)상에 위치할 수 있고, 공진 패드(120)에서 발생한 열에 의해 가열될 수 있다. 피가열체(200)에 열을 효율적으로 전달하기 위해 공진 패드(120)는 실리콘 등의 열 전도도가 높은 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 피가열체(200)에 열을 효율적으로 전달하기 위해 공진 패드(120)는 가열 코일(110)에 대응되는 위치에서 탈부착될 수 있다.
이를 위해, 도면에는 도시되지 않았으나 가열 코일(110)이 구비된 본체(10)의 상부에는 적어도 하나의 제1 자성체가 구비되고, 공진 패드(120)의 하부에는 제1 자성체와 반대 극성을 갖는 적어도 하나의 제2 자성체가 구비될 수 있다.
보다 구체적으로, 본체(10)의 상부 또는 본체(10)의 상부에 구비된 가열 플레이트(11)에는 적어도 하나의 제1 자성체가 구비될 수 있다. 제1 자성체는 본체(10)와 공진 패드(120)를 고정 부착하기 위해 복수개로 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 가열 코일(110)과 접하는 공진 패드(120)의 하면에는 제1 자성체와 반대 극성을 가짐으로써, 제1 자성체와 인력을 형성하는 제2 자성체가 구비될 수 있다. 제2 자성체는 제1 자성체의 개수와 대응되도록 구비될 수 있다.
제1 자성체와 제2 자성체의 위치는 제한되지 않으나, 공진 패드(120)는 제1 자성체와 제2 자성체의 인력에 의해 가열 코일(110)에 대응되는 위치에서 부착될 수 있다.
한편, 공진 패드(120)는 가열 코일(110)에서 발생된 자기장에 의해 전류가 유기되는 공진 코일(121)과, 공진 코일(121)과 연결된 가변 커패시터(122)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공진 패드(120) 내의 공진 코일(121)은 도 3에 도시된 가열 코일(110)과 같이 연속되는 링 형상을 가질 수 있다. 이 때, 가변 커패시터(122)는 공진 코일(121)의 일단 및 타단에 각각 연결될 수 있다.
이러한 가변 커패시터(122)는 온도에 따라 변하는 커패시턴스(capacitance, [F])를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5를 참조하면, 일 예시에 따른 가변 커패시터(122)의 커패시턴스는 온도가 증가함에 따라 증가하다가 특정 온도를 초과하면 다시 감소할 수 있다.
도 5에 도시된 그래프는 온도에 따라 변화하는 커패시턴스를 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐이고, 본 발명에서 설명되는 커패시턴스는 도 5에 도시된 특성에 한정되지 않음은 당연하다.
한편, 가변 커패시터(122)는 공진 코일(121)의 일단 및 타단에 각각 연결됨에 따라 공진 코일(121) 및 가변 커패시터(122)는 LC 공진회로를 구성하며, 공진 코일(121)와 가변 커패시터(122) 간에 전기적 에너지가 교환되면서 LC 공진이 발생할 수 있다.
다시 말해, 공진 코일(121) 및 가변 커패시터(122)로 구성된 LC 공진회로는 공진 코일(121)의 인덕턴스([H])와 가변 커패시터(122)의 커패시턴스([F])에 따라 주파수 선택적 특성을 가질 수 있다.
한편, 가열 코일(110)과 공진 패드(120) 내 공진 코일(121)은 특정 결합계수(k)로 유도 결합될 수 있고, 공진 패드(120)의 LC 공진에 따라 가열 코일(110)의 입력단에서도 주파수 선택적 특성이 발생할 수 있다.
도 6을 참조하면, 가열 코일(110)과 공진 코일(121)이 특정 결합계수(k)로 유도 결합되었을 때, 가열 코일(110)의 입력단에서 바라본 주파수별 합성 임피던스의 크기(|Z|)는 도 7에 도시된 그래프와 같을 수 있다.
주파수(f)별 합성 임피던스의 크기(|Z|)는 f1에서 최대 크기를 가지고 f2에서 최소 크기를 갖도록 두 개의 변곡점을 가질 수 있다. 이 때, f1과 f2는 각각 하기 [수학식 1] 및 [수학식 2]로 표현될 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
(k는 가열 코일(110)과 공진 코일(121)간의 결합계수, C는 가변 커패시터(122)의 커패시턴스, L1은 가열 코일(110)의 인덕턴스, L2는 공진 코일(121)의 인덕턴스)
한편, 가열 코일(110)과 공진 코일(121)간의 결합계수(k)가 0에 근사하는 경우 변곡점(f1, f2)이 발생하지 않으므로, 결합계수(k)는 0.2를 초과하여 설정됨이 바람직하다.
공진 주파수는 가열 코일(110)과 공진 패드(120)의 주파수별 합성 임피던스의 변곡점에 대응하는 주파수일 수 있다.
보다 구체적으로, 공진 패드(120) 내의 공진 코일(121) 및 가변 커패시터(122)가 LC 공진할 때, 가열 코일(110)의 입력단에서는 합성 임피던스의 변곡점에서 주파수 선택적 특성이 발생할 수 있다. 이 때, 합성 임피던스의 변곡점에 대응하는 f1 및 f2가 공진 주파수로 정의될 수 있다.
이하에서는 전술한 공진 주파수를 검출하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
공진 검출부(130)는 가열 코일(110)과 공진 패드(120)간의 공진 주파수를 검출할 수 있다.
보다 구체적으로, 공진 검출부(130)는 가열 코일(110)의 입력단에 연결되어, 가열 코일(110)과 공진 패드(120) 간의 주파수 선택적 특성을 감지함으로써 공진 주파수를 검출할 수 있다.
공진 주파수가 검출되면 공진 검출부(130)는 공진 주파수 정보를 포함하는 신호를 출력할 수 있다.
도 8을 참조하면, 일 예에서 공진 검출부(130)는 공진 주파수를 갖는 펄스를 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 공진 검출부(130)는 공진 주파수 정보를 포함하는 신호로서, 공진 주파수와 동일한 주파수를 갖는 펄스를 출력할 수 있다.
공진 검출부(130)에서 출력된 펄스는 후술하는 온도 검출부(140)에 제공될 수 있고, 온도 검출부(140)는 펄스의 주파수를 검출하여 공진 주파수를 식별할 수 있다.
상술한 동작을 위해, 공진 검출부(130)는 두 입력 단자에 가열 코일(110)이 병렬로 연결된 오피엠프(Op-Amp, 131)를 포함할 수 있다. 이 때, 오피엠프(131)는 공진 주파수를 갖는 펄스를 출력 단자를 통해 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, 오피앰프는 도 7을 참조하여 설명한 공진 주파수 중 f1의 주파수를 갖는 펄스를 출력 단자를 통해 출력할 수도 있고, f2의 주파수를 갖는 펄스를 출력 단자를 통해 출력할 수도 있다.
다만, 전술한 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 참조하면, f2는 결합계수(k)에 영향을 받고, 결합계수(k)는 가열 코일(110)상에 구비되는 공진 패드(120)의 위치에 따라 달라지는 바, 보다 바람직한 실시예에서 오피엠프(131)는 f1의 주파수를 갖는 펄스를 출력할 수 있다.
다시 말해, 오피엠프(131)는 전술한 합성 임피던스의 기울기가 상승한 이후 하강하는 시점의 주파수를 갖는 펄스를 출력할 수 있다.
도 9를 참조하면, 오피엠프(131)의 (+) 입력 단자와 (-) 입력 단자 사이에는 가열 코일(110)이 병렬로 연결될 수 있고, 오피엠프(131)의 출력 단자는 (+) 입력 단자와 연결될 수 있다.
또한, 오피엠프(131)의 (-) 입력 단자에는 전원 전압(Vs)과 전압 분배 저항(R1, R2)에 의해 결정되는 기준 전압(Vref)이 인가될 수 있다. 이에 따라, 오피엠프(131)의 (+) 입력 단자에는, 기준 전압(Vref)에서 가열 코일(110) 양단에 인가되는 전압만큼 증감된 전압이 인가될 수 있다.
공진 검출부(130)가 이러한 구성을 가짐으로써 공진 검출부(130)는 LC 발진기(LC oscillator)의 기능을 수행할 수 있으며, 출력 단자를 통해 LC 병렬 공진에 대한 공진 주파수를 출력할 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 합성 임피던스는 f1의 공진 주파수에서 LC 병렬 공진의 주파수 선택적 특성을 가질 수 있고, f2의 공진 주파수에서 LC 직렬 공진의 주파수 선택적 특성을 가질 수 있다.
도 9에 도시된 공진 검출부(130)는 LC 병렬 공진에 대한 공진 주파수를 출력하는 LC 발진기로서 동작하므로, f1 및 f2의 주파수 중에서 f1의 주파수를 갖는 펄스를 출력할 수 있다. 전술한 방법에 의해 출력된 펄스는 온도 검출부(140)에 제공될 수 있다.
도 9는 LC 발진기의 일 예를 도시한 도면일 뿐, LC 발진기는 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 공진 검출부(130)는 f1 주파수의 펄스를 출력할 수 있는 임의의 회로를 포함할 수 있다.
다른 예에서 공진 검출부(130)는 가열 코일(110)에 주파수별 전압을 공급하고, 가열 코일(110)로부터 출력되는 신호에 기초하여 주파수별 합성 임피던스를 산출하고, 주파수별 합성 임피던스의 변곡점에 대응하는 주파수를 공진 주파수로 검출할 수 있다.
도 10을 참조하면, 공진 검출부(130)는 MCU(Micro Controller Unit)을 포함할 수 있고, MCU는 가열 코일(110)에 주파수를 달리한 전압(Vf1 ~ Vfn)을 순차적으로 인가할 수 있다. 이에 따라, 가열 코일(110)은 주파수별 전압(Vf1 ~ Vfn)에 따른 주파수별 전류(im1 ~ imn)를 출력할 수 있다.
MCU는 션트 저항(Rs)에 안가되는 전압(Vm1 ~ Vmn)을 측정함으로써, 가열 코일(110)로부터 출력되는 주파수별 전류(im1 ~ imn)를 검출할 수 있다.
MCU는 션트 저항(Rs)에 인가되는 전압 및 주파수별 전류를 이용하여 가열 코일(110)의 입력단에서 바라본 주파수별 합성 임피던스를 산출할 수 있고, 이와 같이 산출된 합성 임피던스는 도 7에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.
MCU는 주파수별 합성 임피던스의 변곡점에 대응하는 주파수를 공진 주파수로 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, MCU는 합성 임피던스가 최대가 되는 주파수를 식별하여 f1을 검출할 수 있고, 합성 임피던스가 최소가 되는 주파수를 식별하여 f2를 검출할 수 있다. 이와 같이 식별된 주파수에 대한 정보는 디지털 신호로 변환되어 온도 검출부(140)에 제공될 수 있다.
이하에서는 공진 검출부(130)에서 검출된 공진 주파수에 기초하여 공진 패드(120)의 온도를 검출하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
온도 검출부(140)는 전술한 방법에 의해 검출된 공진 주파수에 기초하여 가변 커패시터(122)의 커패시턴스를 산출하고, 산출된 커패시턴스에 기초하여 공진 패드(120)의 온도를 검출할 수 있다.
보다 구체적으로, 온도 검출부(140)는 공진 검출부(130)로부터 공진 주파수에 대한 신호를 제공받고, 제공된 신호에 기초하여 가변 커패시터(122)의 커패시턴스를 산출할 수 있다.
일 예에서, 온도 검출부(140)가 공진 검출부(130)로부터 공진 주파수를 갖는 펄스를 제공받은 경우, 온도 검출부(140)는 펄스의 주파수를 검출하여 공진 주파수를 식별할 수 있다.
식별된 공진 주파수가 도 7에 도시된 f1이면, 온도 검출부(140)는 전술한 [수학식 1]을 이용하여 커패시턴스(C)를 산출할 수 있다. 이를 위해, 온도 검출부(140)에는 공진 코일(121)의 인덕턴스(L2)가 미리 저장될 수 있다.
한편, 식별된 공진 주파수가 도 7에 도시된 f2이면, 온도 검출부(140)는 전술한 [수학식 2]를 이용하여 커패시턴스(C)를 산출할 수 있다. 이를 위해, 온도 검출부(140)에는 공진 코일(121)의 인덕턴스(L2)뿐만 아니라 결합계수(k)가 미리 저장될 수 있다.
다만, 전술한 바와 같이 가열 코일(110)과 공진 코일(121)간의 결합 계수(k)는 가열 코일(110)상에 구비되는 공진 패드(120)의 위치에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라, 온도 검출부(140)에 저장되는 결합계수(k)는, 전술한 자성체에 의해 공진 패드(120)가 가열 코일(110)에 대응되는 위치에 부착된 때 결정되는 결합계수(k)일 수 있다.
온도 검출부(140)는 산출된 커패시턴스에 기초하여 공진 패드(120)의 온도를 검출할 수 있다.
전술한 바와 같이, 가변 커패시터(122)의 커패시턴스는 온도에 따라 변할 수 있고, 온도 검출부(140)에는 온도별 커패시턴스에 대한 정보가 미리 저장될 수 있다.
한편 다시 도 5를 참조하면, 임의의 커패시턴스는 두 온도와 대응될 수 있다. 예를 들어, 40[nF]으로 산출된 커패시턴스에 대응되는 온도는 100[K]와 400[K]로 두 개일 수 있다.
이러한 온도의 비 특정성을 방지하기 위해, 온도 검출부(140)는 미리 설정된 온도 범위 내에서 커패시턴스에 대응되는 온도를 검출할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 미리 설정된 온도 범위(R)에서 온도는 커패시턴스와 일대일로 대응될 수 있다. 미리 설정된 온도 범위(R)는 온도와 커패시턴스가 일대일로 대응되는 임의의 범위로 설정될 수 있으나, 유도 가열 장치(100)가 음식을 조리하는 데 이용되는 점에서 상온(300[K])이상의 범위에서 설정될 수 있다.
이에 따라, 온도 검출부(140)는 미리 설정된 온도 범위(R) 내에서, 전술한 방법에 의해 산출된 커패시턴스와 일대일로 대응되는 온도를 공진 패드(120)의 온도로 검출할 수 있다.
예를 들어, 가변 커패시터(122)의 커패시턴스가 40[nF]으로 산출된 경우, 미리 설정된 온도 범위(R) 내에서 40[nF]과 일대일로 대응되는 400[K]를 공진 패드(120)의 온도로 검출할 수 있다.
전술한 방법을 통해 유도 가열 장치(100)는 공진 패드(120)상에 위치한 피가열체(200)에 전열되는 온도를 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 가열 코일(110)과 공진 패드(120)간의 공진을 이용하여 피가열체(200)의 온도를 측정함으로써, 별도의 배터리 없이 조리 대상의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 디스플레이부(150)는 온도 검출부(140)로부터 공진 패드(120)의 온도 정보를 제공받아 표시할 수 있다.
보다 구체적으로, 온도 검출부(140)는 검출된 공진 패드(120)의 온도를 디지털 신호로 변환하여 디스플레이부(150)로 제공할 수 있다. 디스플레이부(150)는 제공된 디지털 신호를 출력 신호로 변환하여 공진 패드(120)의 온도를 숫자로 표시할 수 있다.
한편, 공진 패드(120)는 통신부(123) 및 서브 디스플레이부(124)를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 공진 패드(120) 내부에는 플렉시블 PCB(Flexible Printed Circuit Board)가 내장될 수 있고, 통신부(123)와 서브 디스플레이부(124)는 플렉시블 PCB에 각각 인쇄될 수 있다.
통신부(123)는 온도 검출부(140)와 무선 통신을 수행하여 공진 패드(120)의 온도 정보를 수신할 수 있고, 서브 디스플레이부(124)는 온도 정보를 출력 신호로 변환하여 온도를 숫자로 표시할 수 있다.
피가열체(200)가 공진 패드(120)에 위치한 경우에도 사용자에게 온도를 표시하기 위해, 서브 디스플레이부(124)의 표시 패널은 공진 패드(120)의 일 모서리 부분에 위치할 수 있다.
한편, 통신부(123) 및 서브 디스플레이부(124) 중 적어도 하나는 공진 코일(121)에 유기된 전류에 의해 전원을 공급받을 수 있다.
도 11을 참조하면, 공진 패드(120)는 전술한 공진 코일(121) 및 가변 커패시터(122)에 더하여, 가변 커패시터(122)와 병렬로 연결된 DC 링크 커패시터(CDC) 및 DC 링크 커패시터(CDC)와 가변 커패시터(122) 사이에서 흐르는 전류의 방향을 제한하는 다이오드(D)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, DC 링크 커패시터(CDC)는 공진 코일(121)에 유기된 전류 중 일부에 의해 충전될 수 있다.
이 때, 통신부(123) 및 서브 디스플레이부(124) 중 적어도 하나는 DC 링크 커패시터(CDC)에 병렬로 연결되어 DC 링크 커패시터(CDC)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
다시 말해, 전술한 통신부(123)의 무선 통신 동작 서브 디스플레이부(124)의 표시 동작은 DC 링크 커패시터(CDC)에 저장된 전압을 이용하여 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 공진 패드(120)가 가열 코일(110)로부터 무선으로 전력을 공급받아 온도를 표시함으로써, 음식 조리에 대한 UX(User eXperience)를 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (12)

  1. 본체에 구비되어 자기장을 발생시키는 가열 코일;
    상기 가열 코일에서 발생된 자기장에 의해 전류가 유기되는 공진 코일과, 상기 공진 코일과 연결된 가변 커패시터를 포함하는 공진 패드;
    상기 가열 코일과 상기 공진 패드간의 공진 주파수를 검출하는 공진 검출부; 및
    상기 검출된 공진 주파수에 기초하여 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 산출하고, 상기 산출된 커패시턴스에 기초하여 상기 공진 패드의 온도를 검출하는 온도 검출부를 포함하는
    유도 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 커패시터는 온도에 따라 변하는 커패시턴스(capacitance)를 갖고,
    상기 온도 검출부에는 온도별 커패시턴스에 대한 정보가 미리 저장되는 유도 가열 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    미리 설정된 온도 범위에서 온도는 커패시턴스와 일대일로 대응되고,
    상기 온도 검출부는 상기 미리 설정된 온도 범위 내에서 상기 산출된 커패시턴스와 일대일로 대응되는 온도를 상기 공진 패드의 온도로 검출하는 유도 가열 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공진 주파수는 상기 가열 코일과 상기 공진 패드의 주파수별 합성 임피던스의 변곡점에 대응하는 주파수인 유도 가열 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공진 검출부는 상기 공진 주파수를 갖는 펄스를 출력하는 유도 가열 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공진 검출부는 두 입력 단자에 상기 가열 코일이 병렬로 연결된 오피엠프(Op-Amp)를 포함하고,
    상기 오피엠프는 상기 공진 주파수를 갖는 펄스를 출력 단자를 통해 출력하는 유도 가열 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 오피엠프는 상기 가열 코일과 상기 공진 패드의 주파수별 합성 임피던스의 기울기가 상승한 이후 하강하는 시점의 주파수를 갖는 펄스를 출력하는 유도 가열 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공진 검출부는 상기 가열 코일에 주파수별 전압을 공급하고, 상기 가열 코일로부터 출력되는 신호에 기초하여 주파수별 합성 임피던스를 산출하고, 상기 주파수별 합성 임피던스의 변곡점에 대응하는 주파수를 상기 공진 주파수로 검출하는 유도 가열 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 본체에 구비되고, 상기 온도 검출부로부터 상기 공진 패드의 온도 정보를 제공받아 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 유도 가열 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 공진 패드는 통신부 및 서브 디스플레이부를 더 포함하고,
    상기 통신부는 상기 온도 검출부로부터 상기 공진 패드의 온도 정보를 수신하고,
    상기 서브 디스플레이부는 상기 수신된 온도 정보를 표시하는 유도 가열 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 통신부 및 서브 디스플레이부 중 적어도 하나는 상기 공진 코일에 유기된 전류에 의해 전원을 공급받는 유도 가열 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가열 코일이 구비된 상기 본체의 상부에는 적어도 하나의 제1 자성체가 구비되고, 상기 공진 패드의 하부에는 상기 제1 자성체와 반대 극성을 갖는 적어도 하나의 제2 자성체가 구비되는 유도 가열 장치.
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