KR20200101825A - 무선 유도가열 밥솥 및 이를 포함하는 무선 유도가열 시스템 - Google Patents

무선 유도가열 밥솥 및 이를 포함하는 무선 유도가열 시스템 Download PDF

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KR20200101825A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 유도가열 밥솥은 유도가열장치 상에서 동작하는 무선 유도가열 밥솥에 있어서, 상면이 개방되는 본체부, 상기 본체부의 상면에 체결되는 뚜껑부, 상기 본체부 내부에 수납되어 상기 유도가열장치의 가열 코일에서 발생하는 자기장에 의해 가열되는 내솥, 상기 내솥의 가장자리 영역의 하부에서 수평방향으로 배치되고, 상기 가열 코일에서 발생하는 자기장에 의해 전류가 유도되는 제1 전력 수신 코일, 상기 내솥의 외주면에 수직방향으로 배치되고, 제1 전력 수신 코일과 연결되어 상기 유도된 전류를 이용하여 상기 내솥을 가열하는 측면 가열 코일, 상기 본체부의 상부 일 측면에 구비되어 상기 제1 전력 수신 코일에 유도된 전류를 공급받아 자기장을 발생시키는 전력 송신 코일 및 상기 뚜껑부의 일 측면에 구비되고, 상기 전력 송신 코일에서 발생하는 자기장에 의해 유도된 전류를 상기 뚜껑부에 구비된 적어도 하나의 전자 디바이스에 공급하는 제2 전력 수신 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 유도가열 밥솥 및 이를 포함하는 무선 유도가열 시스템{WIRELESS INDUCTION HEATING COOKER AND WIRELESS INDUCTION HEATING SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 유도가열방식을 통해 가열되는 내솥의 온도 균일성이 향상된 무선 유도가열 밥솥과, 유도가열장치 및 유도가열장치로부터 무선으로 전력을 공급받아 조리 동작을 수행하는 무선 유도가열 밥솥을 포함하는 무선 유도가열 시스템에 관한 것이다.
최근 무선 유도가열방식을 이용한 다양한 조리기기가 개발되고 있다. 이에 발맞추어, 밥솥 시장에서는 자체적으로 열을 발생시켜 조리물을 가열하는 방식이 아닌, 유도가열장치에서 발생하는 자기장을 이용하여 조리물을 가열하는 방식에 대한 연구가 이루어지고 있다.
이와 관련하여, 일본등록특허 제5943770호(이하, 선행문헌)에는 유도가열 방식을 통해 조리물을 가열하는 전기밥솥이 개시되어 있으며, 이하에서는, 도 1을 참조하여 선행문헌에 개시된 전기밥솥을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 종래 전기밥솥의 측단면도를 도시한 도면이다. 도 1은 선행문헌의 도면(도 2)를 발췌한 것으로서, 선행문헌에 개시된 전기밥솥(100')의 전반적인 구조를 나타낸다. 한편, 도 1에 나타낸 도면 부호는 선행문헌에 기재된 도면 부호와 일부 다를 수 있다.
도 1을 참조하면, 종래 전기밥솥(100')은 내솥수용부(14')에 내솥(30')이 수용되며, 내솥수용부(14')의 하부에는 내솥(30')을 가열하기 위한 유도가열 코일(15')이 구비된다. 취반유닛(10')의 본체부(12')의 바닥면에는 유도가열 코일(15')에 공급되는 전력을 전원 유닛(20')으로부터 수전하기 위한 가열용 수전코일(16')이 구비된다.
상술한 구조를 갖는 선행문헌에 따르면, 가열용 수전코일(16')에는 전원 유닛(20')에 구비된 가열용 전원 공급 코일(23')에서 발생하는 자기장에 의한 유도전류가 발생한다. 또한, 유도가열 코일(15')에는 가열용 수전코일(16')에서 발생하는 자기장에 의한 유도전류가 발생하고, 유도가열 코일(15')에 발생한 유도전류는 내솥(30')을 가열한다.
다만, 전술한 선행문헌은 내솥(30')의 가열을 위해 가열용 전원 공급 코일(23')과 가열용 수전코일(16')간의 1차 전력 전달 과정 및 가열용 수전코일(16')과 유도가열 코일(15')간의 2차 전력 전달 과정이 필수적이므로, 두 번의 전력 전달 과정에서 전력(열)손실이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 비록 선행문헌의 유도가열 코일(15')이 라운딩된 내솥의 하부면을 따라 배치된다고 하더라도, 유도가열 코일(15')중 내솥의 가장자리에 배치된 코일은 가열용 수전코일(16')과 멀어지게 되므로 결과적으로 내솥(30')의 하부면과 내솥(30')의 측면간의 온도차가 심해지게 된다. 이에 따라, 선행문헌에 의하면 내솥의 온도 불균일에 따른 취반성능(cooking quality) 저하가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 전기밥솥(100')에는 다양한 전자 디바이스가 내장되는데, 선행문헌에는 전원 공급 코일(23')에서 발생하는 자기장을 내솥(30')의 가열에 이용하는 내용만이 개시되어 있고, 전기밥솥(100')에 내장된 다양한 전자 디바이스를 구동하기 위해 전원 유닛(20')으로부터 무선으로 전력을 공급받는 내용이 전혀 개시되어 있지 않으므로, 선행문헌에 의하면 전력을 효율적으로 이용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 유도가열방식을 통해 가열되는 내솥의 온도 균일성을 향상시키는 무선 유도가열 밥솥을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가열 코일에서 발생하는 자기장을 이용하여 내솥의 바닥면뿐만 아니라 내솥의 측면 또한 가열하는 무선 유도가열 밥솥을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 내솥의 바닥면에 대한 열전달 효율이 낮은 영역에서 발생하는 자기장을 내솥의 측면을 가열하는 데 이용하는 무선 유도가열 밥솥을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유도가열장치로부터 무선으로 전력을 공급받아 전반적인 조리 동작을 수행하는 무선 유도가열 시스템을 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 발명의 무선 유도가열 밥솥은 가열 코일에서 발생하는 자기장을 내솥의 바닥면을 직접 가열하는 데 이용할 뿐만 아니라, 해당 자기장에 의해 발생한 유도 전류를 내솥의 측면을 가열하는 데도 이용함으로써, 내솥의 온도 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 유도가열 밥솥은 가열 코일 상에 배치되는 내솥과, 내솥의 외주면에 수직방향으로 배치되어 자기장을 발생시키는 코일을 포함함으로써, 내솥의 바닥면뿐만 아니라 내솥의 측면 또한 가열할 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 유도가열 밥솥은 내솥의 가장자리 영역의 하부에 배치되는 코일에 유도되는 전류를 내솥의 측면에 배치된 코일에 인가함으로써, 내솥의 바닥면에 대한 열전달 효율이 낮은 영역에서 발생하는 자기장을 내솥의 측면을 가열하는 데 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 유도가열 시스템은 가열 코일을 통해 자기장을 발생시키는 유도가열장치와, 가열 코일에서 발생하는 자기장에 의해 유도되는 전류를 이용하여 동작하는 무선 유도가열 밥솥을 포함함으로써, 유도가열장치로부터 무선으로 전력을 공급받아 전반적인 조리 동작을 수행할 수 있다.
본 발명은 유도가열방식을 통해 가열되는 내솥의 온도 균일성을 향상시킴으로써, 취반성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 가열 코일에서 발생하는 자기장을 이용하여 내솥의 바닥면뿐만 아니라 내솥의 측면 또한 가열함으로써, 단일의 열원을 이용하여 복수의 열전달 경로를 형성할 수 있고, 이에 따라 내솥의 온도 균일성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 내솥의 바닥면에 대한 열전달 효율이 낮은 영역에서 발생하는 자기장을 내솥의 측면을 가열하는 데 이용함으로써, 내솥을 가열하는데 있어서 가열 코일에서 출력되는 전력을 효율적으로 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 유도가열장치로부터 무선으로 전력을 공급받아 전반적인 조리 동작을 수행함으로써, 외부 전원의 연결이나 내부 배터리 없이도 조리물에 대한 가열 및 사용자 편의를 위한 일체의 동작을 수행할 수 있는 효과가 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래 전기밥솥의 측단면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 유도가열 밥솥이 유도가열장치 상에서 동작하는 모습을 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 무선 유도가열 밥솥 및 유도가열장치의 측단면도.
도 4는 가열 코일 상에서 가열되는 내솥과 내솥 주변에 배치되는 각 코일을 설명하기 위한 도면.
도 5a 및 도 5b는 각 예에 따른 코일의 배치를 설명하기 위한 도면.
도 6a 및 도 6b는 코일 적용 여부에 따른 내솥의 열전도 성능을 비교 도시한 도면.
도 7은 코일 적용 여부에 따른 내솥의 온도 변화를 각각 도시한 그래프.
도 8은 공진 커패시터를 통해 연결된 각 코일과 가열 코일이 자기 결합된 모습을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 무선 유도가열 밥솥의 임피던스를 코일 및 공진 커패시터의 적용 여부에 따라 나타낸 그래프.
도 10은 도 2에 도시된 전력 송신 코일 및 제2 전력 수신 코일을 확대 도시한 도면.
도 11은 유도가열장치 상에서 동작하는 무선 유도가열 밥솥의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 유도가열 시스템을 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.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 유도가열방식을 통해 가열되는 내솥의 온도 균일성이 향상된 무선 유도가열 밥솥과, 유도가열장치 및 유도가열장치로부터 무선으로 전력을 공급받아 조리 동작을 수행하는 무선 유도가열 밥솥을 포함하는 무선 유도가열 시스템에 관한 것이다.
먼저, 도 2 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 유도가열 밥솥을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 유도가열 밥솥이 유도가열장치 상에서 동작하는 모습을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 무선 유도가열 밥솥 및 유도가열장치의 측단면도이다.
도 4는 가열 코일 상에서 가열되는 내솥과 내솥 주변에 배치되는 각 코일을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5a 및 도 5b는 각 예에 따른 코일의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 코일 적용 여부에 따른 내솥의 열전도 성능을 비교 도시한 도면이고, 도 7은 코일 적용 여부에 따른 내솥의 온도 변화를 각각 도시한 그래프이다.
도 8은 공진 커패시터를 통해 연결된 각 코일과 가열 코일이 자기 결합된 모습을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 무선 유도가열 밥솥의 임피던스를 코일 및 공진 커패시터의 적용 여부에 따라 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 2에 도시된 전력 송신 코일 및 제2 전력 수신 코일을 확대 도시한 도면이다. 또한, 도 11은 유도가열장치 상에서 동작하는 무선 유도가열 밥솥의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 무선 유도가열 밥솥(100)은 본체부(110), 뚜껑부(120), 내솥(130), 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160), 전력 송신 코일(150) 및 제2 전력 수신 코일(140b)을 포함할 수 있다. 한편, 뚜껑부(120)는 제어 모듈(121), 통신 모듈(122), 디스플레이 모듈(123), 증기 배출 모듈(124), 압력추(125) 및 소음 저감 모듈(126)을 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 무선 유도가열 밥솥(100)은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
본 발명의 무선 유도가열 밥솥(100)은, 전자기 유도 현상을 통해 피가열체를 가열하는 임의의 유도가열장치 상에서 동작할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 유도가열 밥솥(100)은 가열 코일(210)이 구비된 임의의 유도가열장치의 상부 플레이트(220)에 놓여진 상태로 동작할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 유도가열 밥솥(100)은 가열 코일(210)의 수직선상에서 상부 플레이트(220)에 놓여진 상태로 동작할 수 있다.
가열 코일(210)에는 유도가열장치의 제어에 따라 전류가 흐를 수 있고, 이에 따라 가열 코일(210)에는 자기장이 발생할 수 있다. 가열 코일(210)에서 발생한 자기장은 후술하는 내솥(130) 및 제1 전력 수신 코일(140a)에 전류를 유도하여 내솥(130)의 바닥면과 측면을 가열시킬 수 있다.
본체부(110)는 무선 유도가열 밥솥(100)의 하부 및 측부를 지지하는 케이스로, 예컨대 상부가 개방된 원통 형상일 수 있다. 이러한 본체부(110)의 내부에서는 조리가 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 본체부(110)에는 후술하는 내솥(130)이 수납되며, 쌀과 같은 다양한 곡물은 내솥(130) 내부에서 가열 조리될 수 있다.
뚜껑부(120)는 무선 유도가열 밥솥(100)의 상부를 밀폐하는 케이스로서, 본체부(110)의 상면에 체결될 수 있다. 이 때, 뚜껑부(120)는 본체부(110)의 상면에 대해 개폐 가능하도록 체결될 수 있다.
일 예에서, 뚜껑부(120)는 본체부(110)에 힌지(hinge) 체결되어 선택적으로 개폐될 수 있다. 보다 구체적으로, 뚜껑부(120)는 본체부(110) 상부 일면의 모서리에 구비된 힌지축(미도시)에 결합되고, 힌지축을 중심으로 회동함으로써 본체부(110)의 상면에 대해 선택적으로 개폐될 수 있다.
다른 예에서, 뚜껑부(120)는 본체부(110)에 탈착될 수 있다. 보다 구체적으로, 뚜껑부(120)는 본체부(110) 상부 모서리에 복수로 구비된 체결부재(미도시)에 의해 본체부(110) 상면에 결합될 수 있다. 이 경우, 뚜껑부(120)는 본체부(110)로부터 완전히 분리되므로 뚜껑부(120)에 대한 청소성이 개선될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 뚜껑부(120)에는 적어도 하나의 전자 디바이스가 구비될 수 있다. 예컨대, 뚜껑부(120)에는 무선 유도가열 밥솥(100)의 전반적인 동작을 제어하는 제어 모듈(121), 전술한 유도가열장치와 데이터 통신을 수행하는 통신 모듈(122), 무선 유도가열 밥솥(100)의 상태 정보를 시각적으로 출력하는 디스플레이 모듈(123) 등이 구비될 수 있다. 또한, 도면에 도시되지는 않았으나 뚜껑부(120)에는 전술한 제어 모듈(121), 통신 모듈(122) 및 디스플레이 모듈(123)에 전원을 공급하기 위한 배터리가 더 구비될 수도 있다.
제어 모듈(121), 통신 모듈(122) 및 디스플레이 모듈(123)은 다수 IC(integrated circuit)로 구성된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)으로 구현될 수 있다.
또한, 뚜껑부(120)에는 무선 유도가열 밥솥(100)의 내부 압력을 일정하게 유지시키기 위한 압력추(125)와, 증기 배출시 소음을 저감하기 위한 흡음 부재가 내부에 구비된 소음 저감 모듈(126)이 구비될 수 있다. 뿐만 아니라, 뚜껑부(120)에는 특정 제어 신호에 따라 무선 유도가열 밥솥(100) 내부의 증기를 외부로 배출하기 위한 증기 배출 모듈(124)(예컨대, 솔레노이드 밸브(solenoid valve))이 구비될 수 있다.
내솥(130)은 본체부(110) 내부에 수납되어 유도가열장치의 가열 코일(210)에서 발생하는 자기장에 의해 가열될 수 있다. 내솥(130)은 본체부(110) 내부에 구비된 수납 공간과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예컨대 본체부(110)가 원통 형상인 경우 내솥(130) 또한 상면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다.
무선 유도가열 밥솥(100)이 유도가열장치의 상부에 놓인 경우, 내솥(130)의 하면과 가열 코일(210)은 본체부(110)의 바닥면을 사이에 두고 서로 대향 배치될 수 있다. 가열 코일(210)에 전류가 흐르게 되면 가열 코일(210)에서 발생하는 자기장은 내솥(130)에 전류를 유도할 수 있고, 내솥(130)에는 유도된 전류에 의한 줄열(Joule's heat)이 발생할 수 있다.
유도 전류의 발생을 위해 내솥(130)은 자성을 띄는 임의의 성분을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 내솥(130)은 철(Fe) 성분이 포함된 주철(cast iron)이나, 철(Fe), 알루미늄(Al), 및 스테인리스 스틸(stainless steel) 등을 접합시킨 클래드(clad)로 이루어질 수 있다.
제1 전력 수신 코일(140a)은 내솥(130)의 가장자리 영역(RA)의 하부에서 수평방향으로 배치될 수 있고, 제1 전력 수신 코일(140a)에는 가열 코일(210)에서 발생하는 자기장에 의한 전류가 유도될 수 있다.
내솥(130)의 가장자리 영역은 원주 방향(radial direction)으로 정의되는 영역으로서, 내솥(130)의 원주면(cylindrical surface)에 인접한 영역일 수 있다. 다시 말해, 가장자리 영역은 내솥(130)을 상면에서 바라볼 때 원주(circumference)에 인접한 영역으로 정의될 수 있다. 가장자리 영역에 대해서는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 더욱 자세히 후술하도록 한다.
도 2 및 도 3를 참조하면, 제1 전력 수신 코일(140a)은 내솥(130)의 가장자리 영역 하부에서 본체부(110)의 내부 바닥면 상에 배치될 수 있다. 제1 전력 수신 코일(140a)은 본체부(110)의 내부 바닥면과 밀착 배치될 수도 있고, 본체부(110)의 내부 바닥면에 내솥(130)을 지지하기 위한 내솥 지지부재(미도시)가 구비되는 경우, 제1 전력 수신 코일(140a)은 내솥 지지부재 상에 배치될 수도 있다.
제1 전력 수신 코일(140a)은 일정한 내경 및 외경을 갖는 링 형상으로 제1 전력 수신 코일(140a)의 단면은 가장자리 영역의 하부에 배치될 수 있다.
제1 전력 수신 코일(140a)은 수평방향으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전력 수신 코일(140a)은 단층의 평판 코일로서, 가열 코일(210)과 평행한 수평방향으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 가열 코일(210)에 전류가 흐르게 되면 제1 전력 수신 코일(140a)에는 가열 코일(210)에서 발생하는 자기장에 의한 전류가 유도될 수 있다.
한편, 측면 가열 코일(160)은 내솥(130)의 외주면에 수직방향으로 배치되고, 제1 전력 수신 코일(140a)과 연결되어 제1 전력 수신 코일(140a)에 유도된 전류를 이용하여 내솥(130)을 가열할 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 측면 가열 코일(160)은 내솥(130)의 외주면을 따라 감김으로써 내솥(130) 외주면에 밀착 배치될 수 있다. 만일 본체부(110) 내부에 내솥(130)을 지지하기 위한 내솥 지지부재가 구비되고, 내솥 지지부재가 내솥(130)의 바닥면뿐만 아니라 내솥(130)의 외주면을 함께 지지하는 경우, 측면 가열 코일(160)은 내솥 지지부재 상에 배치될 수도 있다.
측면 가열 코일(160)은 수직방향으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 측면 가열 코일(160)은 그 턴 수에 따라 복수의 층을 갖는 코일로서, 각 층은 수직방향으로 내솥(130)의 외주면을 따라 나란히 배열될 수 있다.
측면 가열 코일(160)은 제1 전력 수신 코일(140a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해, 측면 가열 코일(160)의 일단은 제1 전력 수신 코일(140a)의 일단과 연결될 수 있다. 결국, 제1 전력 수신 코일(140a)과 측면 가열 코일(160)은 하나의 금속 선으로 이루어질 수 있고, 이 때 제1 전력 수신 코일(140a)과 측면 가열 코일(160)은 그 위치와 기능에 따라 구분될 수 있다.
측면 가열 코일(160)이 제1 전력 수신 코일(140a)과 전기적으로 연결됨에 따라, 측면 가열 코일(160)에는 제1 전력 수신 코일(140a)에 유도된 전류가 흐를 수 있다. 측면 가열 코일(160)에 전류가 흐르게 되면 측면 가열 코일(160)에서는 자기장이 발생할 수 있고, 측면 가열 코일(160)에서 발생하는 자기장은 내솥(130)의 외주면에 전류를 유도함으로써 내솥(130), 구체적으로는 내솥(130)의 측면을 가열할 수 있다
도 4는 설명의 편의를 위해 가열 코일(210), 내솥(130) 및 내솥(130)의 가장자리 영역 및 외주면에 각각 배치된 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160) 만을 분리 도시한 도면이다.
이하에서는, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 내솥(130)의 구조와 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)의 배치를 구체적으로 설명하도록 한다.
내솥(130)의 바닥면의 넓이는 가열 코일(210)이 형성하는 영역의 넓이보다 좁을 수 있다. 여기서 가열 코일(210)이 형성하는 영역은, 가열 코일(210)의 모든 부분을 포함할 수 있는 최소 영역일 수 있다.
예를 들어, 가열 코일(210)이 원형의 평판 코일일 때 가열 코일(210)이 형성하는 영역의 넓이는 가열 코일(210)의 중심으로부터 가열 코일(210)의 외주면까지의 거리인 코일반경(Rc)에 의해 결정되는 원의 넓이일 수 있다.
한편, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 내솥(130) 바닥면의 넓이는 내솥(130) 중심 수직선(HL)으로부터 외주면 사이의 거리인 내솥(130)의 외경(Ro)에 의해 결정되는 원의 넓이일 수 있다.
이 경우, 내솥(130)의 외경(Ro)에 의해 결정되는 원의 넓이는 코일반경(Rc)에 의해 결정되는 원의 넓이보다 작을 수 있다. 이에 따라, 가열 코일(210)에서 생성된 자기장은, 내솥(130)이 배치된 영역 내에서 누설 없이 모두 내솥(130)의 바닥면으로 전달될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 가열 코일(210)에서 발생하는 자기장을 누설 없이 전달받음으로써, 유도가열장치의 출력을 이용하여 효율적으로 내솥(130)의 온도를 상승시킬 수 있다.
도 5a를 참조하면, 일 예에서 내솥(130)의 바닥면은 가열 코일(210)과 평행한 평판 영역(FA)과, 평판 영역(FA)과 내솥(130)의 측면을 연결하는 가장자리 영역(RA)을 포함할 수 있다.
내솥(130)의 바닥면은, 조리물의 조리 완료 이후 해당 조리물의 취출을 용이하게 하기 위해 그 모서리 부분(이하, 라운딩부)이 라운딩 처리될 수 있다. 이에 따라, 내솥(130)의 바닥면은 평평한 부분으로서 가열 코일(210)과 평행하게 형성되는 평판 영역(FA)과, 내솥(130)의 바닥면과 측면을 연결하도록 라운딩 처리된 라운딩부를 포함할 수 있다.
일 예에서, 도 5a에 도시된 바와 같이 내솥(130)의 가장자리 영역(RA)은 라운딩부일 수 있다. 이에 따라, 제1 전력 수신 코일(140a)은 내솥(130)의 가장자리 영역(RA)의 하부, 다시 말해 라운딩부의 하부에서 수평방향으로 배치될 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 내솥(130)의 바닥면 중 평판 영역(FA)은 내솥(130)의 중심 수직선(HL)을 기준으로 제1 기준 반경(Rf1) 이내에 형성될 수 있고, 가장자리 영역(RA)은 제1 기준 반경(Rf1)과 내솥(130)의 외경(Ro) 사이에 형성될 수 있다. 여기서, 제1 기준 반경(Rf1)은 설계상의 필요에 따라 사용자에 의해 설정될 수 있다.
이러한 구조에서, 제1 전력 수신 코일(140a)은 제1 기준 반경(Rf1)과 내솥(130)의 외경(Ro) 사이에 배치될 수 있다. 다시 말해, 제1 전력 수신 코일(140a)의 수평 배치 범위는 제1 기준 반경(Rf1)과 내솥(130)의 외경(Ro) 사이의 범위일 수 있다.
다시 도 5a를 참조하면, 가장자리 영역(RA)과 가열 코일(210)간의 거리는 내솥(130)의 중심으로부터 멀어질수록 증가할 수 있다.
보다 구체적으로, 상대적으로 내솥(130)의 중심과 먼 부분에서의 가장자리 영역(RA)과 가열 코일(210)간의 수직거리(Rd')는, 상대적으로 내솥(130)의 중심과 가까운 부분에서의 가장자리 영역(RA)과 가열 코일(210)간의 수직거리(Rd)보다 클 수 있다.
이에 따라, 가열 코일(210)에서 발생하는 자기장에 의한 열 발생량은 평판 영역(FA)에서보다 가장자리 영역(RA)에서 상대적으로 낮을 수 있다. 또한, 가장자리 영역(RA) 중에서도 내솥(130)의 중심과 먼 부분에 대한 열 발생량은 내솥(130)의 중심과 가까운 부분에 대한 열 발생량보다 낮을 수 있다.
제1 전력 수신 코일(140a)은 이와 같이 열 발생량이 낮은 가장자리 영역(RA) 하부에 배치됨으로써, 내솥(130)에 대한 전체 열 발생량을 크게 저하시키지 않으면서 가열 코일(210)에 의해 유도된 전류를 측면 가열 코일(160)에 제공할 수 있다.
한편, 다른 예에서 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 전력 수신 코일(140a)은 수직적으로 내솥(130) 외부에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 내솥(130)의 가장자리 영역(RA)은 내솥(130)의 외경(Ro)으로부터 제2 기준 반경(Rf2) 사이에 형성될 수 있다. 여기서, 제2 기준 반경(Rf2)은 설계상의 필요에 따라 사용자에 의해 설정될 수 있다.
도 5b에 도시된 내솥(130)의 구조는 도 5a에 도시된 내솥(130) 구조와 동일할 수 있다. 다만, 도 5a에서 가장자리 영역(RA)은 수직적으로 내솥(130) 내부에 형성되는 반면, 도 5b에서 가장자리 영역(RA)은 수직적으로 내솥(130) 외부에 형성될 수 있다.
이 때, 제1 전력 수신 코일(140a)은 내솥(130)의 가장자리 영역(RA)의 하부에 배치될 수 있다.
보다 구체적으로 도 5b에서, 그 단면이 일정한 수평 너비를 갖는 링 형상의 제1 전력 수신 코일(140a)은 그 내경(Rci)이 내솥(130)의 외경(Ro)보다 큰 구조로 내솥(130) 하부에 배치될 수 있다.
다만, 제1 전력 수신 코일(140a)에 유도 전류가 효율적으로 발생되도록 하기 위해 제1 전력 수신 코일(140a)의 외경(Rco)은 가열 코일(210)의 코일반경(Rc)보다 작을 수 있다.
다시 말해, 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 전력 수신 코일(140a)의 내경(Rci)은 내솥(130)의 외경(Ro)보다 크고 제1 전력 수신 코일(140a)의 외경(Rco)은 가열 코일(210)의 코일반경(Rc)보다 작음으로써, 제1 전력 수신 코일(140a)이 형성하는 영역은 수직적으로 가열 코일(210)이 형성하는 영역 내에 모두 포함될 수 있다. 이에 따라, 가열 코일(210)에서 생성된 자기장은, 제1 전력 수신 코일(140a)이 배치된 영역 내에서 누설 없이 모두 제1 전력 수신 코일(140a)로 전달될 수 있다.
제1 전력 수신 코일(140a)은 이와 같이 내솥(130)에 대한 수직적인 열 전도가 발생하지 않는 가장자리 영역(RA) 하부에 배치됨으로써, 내솥(130)에 대한 열 발생량을 저하시키지 않으면서 가열 코일(210)에 의해 유도된 전류를 측면 가열 코일(160)에 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이 측면 가열 코일(160)은 제1 전력 수신 코일(140a)에 유도된 전류를 제공받아 자기장을 생성할 수 있고, 측면 가열 코일(160)이 배치된 내솥(130)의 외주면은 측면 가열 코일(160)에서 발생한 자기장에 의해 가열될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 내솥의 바닥면에 대한 열전달 효율이 낮은 영역에서 발생하는 자기장을 내솥의 측면을 가열하는 데 이용함으로써, 내솥을 가열하는데 있어서 가열 코일에서 출력되는 전력을 효율적으로 이용할 수 있다.
한편, 가열 동작의 효율성 향상을 위해 측면 가열 코일(160)의 턴 수는 제1 전력 수신 코일(140a)의 턴 수보다 많을 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 바와 같이 제1 전력 수신 코일(140a)의 구비 목적은 내솥(130)에 대한 열 발생량 저하를 최소화 하면서 유도 전류를 발생시키고, 발생한 유도 전류를 측면 가열 코일(160)에 전달하기 위함이다. 한편, 측면 가열 코일(160)의 구비 목적은 넓은 범위에서 내솥(130)의 외주면을 가열하기 위함이다.
이러한 목적 달성을 위해 제1 전력 수신 코일(140a)은 내솥(130)에 대한 열 발생량 저하를 최소화 하기 위해 상대적으로 좁은 수평 너비를 가져야 하고, 측면 가열 코일(160)은 내솥(130)의 외주면을 넓은 범위에서 둘러싸기 위해 상대적으로 넓은 수직 너비를 가져야 한다.
제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)을 이루는 금속 선의 두께가 동일할 때, 각 코일(140a, 160)의 수평 너비 및 수직 너비는 각 코일(140a, 160)의 턴 수에 비례할 수 있다. 이에 따라, 제1 전력 수신 코일(140a)의 턴 수는 측면 가열 코일(160)에 비해 상대적으로 적을 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 코일이 적용되지 않은 경우와 전술한 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)이 적용된 경우의 내솥(130) 온도를 각각 나타낸 것이다.
코일이 적용되지 않은 내솥(130)의 바닥면이 1000[W]의 출력에 의해 가열되는 경우, 내솥(130)의 바닥면은 186[oC]까지 가열되나, 내솥(130)의 상부는 122[oC]도까지밖에 가열되지 않으므로, 내솥(130) 표면의 온도 차가 최대 64[oC]로 매우 큰 것을 확인할 수 있다.
반면, 코일이 적용된 내솥(130)의 바닥면이 600[W]의 출력에 의해 가열되고 내솥(130)의 외주면(측면)이 400[W]의 출력에 의해 가열되는 경우, 내솥(130)의 바닥면은 166[oC]까지 가열되고 내솥(130)의 상부는 124[oC]까지 가열되므로, 내솥(130) 표면의 온도 차가 최대 42[oC]로, 코일이 적용되지 않은 내솥(130) 대비 22[oC]가 낮아진 것을 확인할 수 있다.
다시 말해, 코일이 적용된 내솥(130)은 그렇지 않은 내솥(130)보다 온도 분포의 균일도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
도 7은 코일이 적용되지 않은 경우의 내솥(130) 온도(T')와 전술한 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)이 적용된 경우의 내솥(130) 온도(T)를 내솥(130)의 높이에 따라 나타낸 그래프이다.
코일이 적용된 경우는 코일이 적용되지 않은 경우보다 상대적으로 높이가 낮은 부분에서 측정되는 내솥(130)의 온도가 낮고(A), 상대적으로 높이가 높은 부분에서 측정되는 내솥(130)의 온도가 높을 수 있다(B). 이를 통해, 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)을 적용하는 경우 내솥(130)의 전체적인 온도 분포가 균일해진 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 가열 코일에서 발생하는 자기장을 이용하여 내솥의 바닥면뿐만 아니라 내솥의 측면 또한 가열함으로써, 단일의 열원을 이용하여 복수의 열전달 경로를 형성할 수 있고, 이에 따라 내솥의 온도 균일성을 확보할 수 있다.
한편, 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)이 적용되지 않은 경우, 무선 유도가열 밥솥(100)의 전체 임피던스(|Z|)는 내솥(130)의 임피던스와 동일할 수 있다. 다만, 내솥(130)에 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)이 적용되는 경우 무선 유도가열 밥솥(100)의 전체 임피던스(|Z|)는 내솥(130)의 임피던스와 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)의 임피던스가 병렬 합성된 것과 동일할 수 있다.
이에 따라, 내솥(130)에 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)을 적용하는 경우 무선 유도가열 밥솥(100)의 전체 임피던스(|Z|)가 감소하게 되며, 전체 임피던스(|Z|)의 감소로 인해 가열 코일(210)로부터 내솥(130) 방향으로 전달되는 출력 또한 감소할 수 있다.
이와 같은 출력 감소를 방지하기 위해, 제1 전력 수신 코일(140a)의 타단과 측면 가열 코일(160)의 타단은 공진 커패시터(Cr)를 통해 서로 연결될 수 있다.
도 8을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 제1 전력 수신 코일(140a)의 일단은 측면 가열 코일(160)의 일단과 서로 연결될 수 있다. 이에 더하여, 제1 전력 수신 코일(140a)의 타단과 측면 가열 코일(160)의 타단은 각각 공진 커패시터(Cr)의 양단과 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 전력 수신 코일(140a), 측면 가열 코일(160) 및 공진 커패시터(Cr)는 LC 공진회로를 형성할 수 있다.
이와 같이 형성된 LC 공진회로는 공진 주파수에서 가열 코일(210)과 자기 결합될 수 있고, 이 경우 무선 유도가열 밥솥(100)의 전체 임피던스(|Z|)는 최대일 수 있다.
도 9는 코일이 적용되지 않은 경우, 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)이 구비된 경우, 각 코일(140a, 160) 및 공진 커패시터(Cr)가 구비된 경우의 무선 유도가열 밥솥(100)의 전체 임피던스(Z1, Z2, Z3)를 각각 나타낸 것이다.
제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)을 포함하는 무선 유도가열 밥솥(100)의 전체 임피던스(Z2)는, 각 코일(140a, 160)을 포함하지 않은 경우의 전체 임피던스(Z1)보다 낮을 수 있다. 한편, 각 코일(140a, 160)과 공진 커패시터(Cr)를 포함하는 무선 유도가열 밥솥(100)의 전체 임피던스(Z3)는 그렇지 않은 경우의 전체 임피던스(Z1, Z2)보다 공진 주파수(예컨대, 28kHz)에서 매우 높을 수 있다.
이에 따라, 제1 전력 수신 코일(140a) 및 측면 가열 코일(160)과 공진 커패시터(Cr)를 연결하여 LC 공진회로를 형성하고 무선 유도가열 밥솥(100)을 공진 주파수에서 구동하는 경우, 가열 코일(210)로부터 내솥(130) 방향으로 전달되는 출력은 최대로 제어될 수 있다.
가열 코일(210)의 출력이 최대로 제어되면, 내솥(130)에 대한 열 발생량도 최대가 되므로 내솥(130)을 빠르게 가열할 수 있다.
한편, 내솥(130)의 전력 전달 효율 및 열전도 효율을 상승시키기 위해, 내솥(130)의 외부면에는 가열 코일(210)에서 발생하는 자기장에 의해 가열되는 금속 플레이트(미도시)가 형성될 수 있다.
열전도 효율을 향상시키기 위해, 내솥(130)은 열전도도가 높은 대신에 자성을 거의 또는 전혀 띄지 않는 물질(예컨대, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 내솥(130)의 바닥면에서는 자기장에 의한 유도 전류가 거의 또는 전혀 발생하지 않을 수 있다.
이 때에는, 내솥(130)의 열전도도가 높다고 하더라도 내솥(130) 바닥면에서 열이 발생하지 않으므로, 내솥(130)에 열을 발생시키기 위해 내솥(130) 바닥면에 금속 플레이트가 형성될 수 있다.
금속 플레이트는 자성을 띄는 물질로 이루어지며, 내솥(130)의 바닥면에 부착될 수도 있으며, 금속 용사(metal spraying) 공정을 통해 내솥(130)의 바닥면에 코팅될 수도 있다.
이에 따라, 가열 코일(210)에서 자기장이 발생하는 경우 금속 플레이트에는 유도 전류에 의한 열이 발생할 수 있고, 내솥(130)에는 금속 플레이트에서 발생한 열이 전달될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 유도가열방식을 통해 가열되는 내솥의 온도 균일성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 밥솥의 취반성능을 향상시키는 효과가 있다.
전력 송신 코일(150)은 본체부(110)의 상부 일 측면에 구비되어 제1 전력 수신 코일(140a)에 유도된 전류를 공급받아 자기장을 발생시킬 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 전력 송신 코일(150)은 임의의 지지부재에 의해 지지되어 본체부(110)의 상부 일 측면에 고정 배치될 수 있다. 전력 송신 코일(150)은 무선 유도가열 밥솥(100)의 부피를 최소화 하기 위해 본체부(110)의 측면에 밀착 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 전력 송신 코일(150)은 평판형으로 구성될 수 있고, 후술하는 제2 전력 수신 코일(140b)과 서로 마주보기 위해, 본체부(110)의 측면에서 수평 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 전력 송신 코일(150)은 본체부(110)의 측면에 수직으로 돌출 배치될 수 있다.
일 예에서, 전력 송신 코일(150)은 본체부(110)의 상부 일 측면에서 본체부(110)의 외면을 따라 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 본체부(110)가 원통 형상을 가질 때, 전력 송신 코일(150)은 본체부(110)의 상부 일 측면에서 본체부(110)의 외주면을 따라 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전력 송신 코일(150)은 미리 설정된 원호(circular arc) 길이 내에서 본체부(110)의 외주면에 밀착 배치될 수 있다. 이에 따라, 전력 송신 코일(150)은 본체부(110)와 인접하는 장축의 길이가 미리 설정된 원호 길이 이내인 찌그러진 타원 형상을 가질 수 있다.
만일, 본체부(110)가 사각 기둥 형상을 갖는 경우, 전력 송신 코일(150)은 본체부(110)의 상부 일 측면에서 본체부(110)의 외면을 따라 형성될 수 있다. 다시 말해, 전력 송신 코일(150)은 본체부(110)와 인접하는 가로의 길이가 미리 설정된 길이 이내인 직사각형 형상을 가질 수도 있고, 본체부(110)와 인접하는 장축의 길이가 미리 설정된 원호 길이 이내인 타원 형상을 가질 수도 있다.
이러한 전력 송신 코일(150)은 제1 전력 수신 코일(140a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 송신 코일(150)이 제1 전력 수신 코일(140a)과 전기적으로 연결됨에 따라, 전력 송신 코일(150)에는 제1 전력 수신 코일(140a)에 유도된 전류가 흐를 수 있다. 전력 송신 코일(150)에 전류가 흐르게 되면 전력 송신 코일(150)에서는 자기장이 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 무선 유도가열 밥솥(100)은 제1 전력 수신 코일(140a)에 유도된 전류를 전력 송신 코일(150)로 전달하는 제1 전력 변환 회로(170)를 더 포함할 수 있다.
도 2, 도 3 및 도 10을 참조하면, 제1 전력 변환 회로(170)는 집적 회로 패키지(packaged integrated circuit)의 형태로 본체부(110)의 일 측면에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전력 변환 회로(170)는 전력 송신 코일(150)의 하부에서 본체부(110)의 일 측면에 고정 구비될 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 전력 변환 회로(170)의 입력단은 제1 전력 수신 코일(140a)에 연결될 수 있고, 제1 전력 변환 회로(170)의 출력단은 전력 송신 코일(150)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 전력 변환 회로(170)는 제1 전력 수신 코일(140a)에 유도된 전류를 안정적인 교류 전류로 변환하여 전력 송신 코일(150)에 제공할 수 있다.
제1 전력 수신 코일(140a)에 유도되는 전류량은 가열 코일(210)의 출력, 내솥(130)의 부하량(조리물에 포함된 수분, 조리물의 양 등)에 따라 달라질 수 있다. 또한, 제1 전력 수신 코일(140a)에 유도되는 전류량은 가열 코일(210)과 무선 유도가열 밥솥(100)의 상대적인 위치에 따른 정합도(degree of matching)에 따라 달라질 수도 있다.
제1 전력 변환 회로(170)는 이와 같은 전류량 변동을 최소화 하기 위해, 제1 전력 수신 코일(140a)에 유도된 전류를 일정한 전압으로 저장하고, 저장된 전압을 안정적인 교류 전류로 변환하여 전력 송신 코일(150)에 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 예에서 제1 전력 변환 회로(170)는 저역 통과 필터(Low Pass Filter; LPF), 컨버터(converter) 및 인버터(inverter)를 포함할 수 있다. 먼저, 제1 전력 변환 회로(170)는 저역 통과 필터를 이용하여 제1 전력 수신 코일(140a)에 유도된 전류의 고조파를 제거할 수 있다. 이어서, 제1 전력 변환 회로(170)는 컨버터를 이용하여, 저역 통과 필터를 통과한 전류를 직류 전압으로 변환할 수 있다. 이어서, 제1 전력 변환 회로는 인버터를 이용하여, 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 안정적인 교류 전류로 변환하여 전력 송신 코일(150)에 제공할 수 있다.
이에 따라, 전력 송신 코일(150)은 일정 주파수의 교류 전류를 공급받아 자기장을 발생시킬 수 있다.
제2 전력 수신 코일(140b)은 뚜껑부(120)의 일 측면에 구비되고, 전력 송신 코일(150)에서 발생하는 자기장에 의해 유도된 전류를 뚜껑부(120)에 구비된 적어도 하나의 전자 디바이스에 공급할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제2 전력 수신 코일(140b)은 임의의 지지부재에 의해 지지되어 뚜껑부(120)의 일 측면에 고정 배치될 수 있다. 제2 전력 수신 코일(140b)은 무선 유도가열 밥솥(100)의 부피를 최소화 하기 위해 뚜껑부(120)의 측면에 밀착 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 전력 수신 코일(140b)은 전력 송신 코일(150)과 마찬가지로 평판형으로 구성될 수 있고, 전력 송신 코일(150)과 서로 마주보기 위해, 뚜껑부(120)의 측면에서 수평 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 제2 전력 수신 코일(140b)은 뚜껑부(120)의 측면에 수직으로 돌출 배치될 수 있다.
일 예에서, 제2 전력 수신 코일(140b)은 뚜껑부(120)의 일 측면에서 뚜껑부(120)의 외면을 따라 형성될 수 있다.
다시 도 10을 참조하면, 뚜껑부(120)가 원통 형상을 가질 때, 제2 전력 수신 코일(140b)은 뚜껑부(120)의 일 측면에서 뚜껑부(120)의 외주면을 따라 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 전력 수신 코일(140b)은 미리 설정된 원호 길이 내에서 뚜껑부(120)의 외주면에 밀착 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 전력 수신 코일(140b)은 뚜껑부(120)와 인접하는 장축의 길이가 미리 설정된 원호 길이 이내인 찌그러진 타원 형상을 가질 수 있다.
만일, 뚜껑부(120)가 사각 기둥 형상을 갖는 경우, 제2 전력 수신 코일(140b)은 뚜껑부(120)의 일 측면에서 뚜껑부(120)의 외면을 따라 형성될 수 있다. 다시 말해, 제2 전력 수신 코일(140b)은 뚜껑부(120)와 인접하는 가로의 길이가 미리 설정된 길이 이내인 직사각형 형상을 가질 수도 있고, 뚜껑부(120)와 인접하는 장축의 길이가 미리 설정된 원호 길이 이내인 타원 형상을 가질 수도 있다.
한편, 제2 전력 수신 코일(140b)은 전력 송신 코일(150)과 대응되는 위치에서 뚜껑부(120)의 일 측면에 구비될 수 있다.
제2 전력 수신 코일(140b)에는 전력 송신 코일(150)에서 발생하는 자기장에 의해 유도 전류가 발생할 수 있다. 제2 전력 수신 코일(140b)에 발생하는 전류량을 최대화 하기 위해 제2 전력 수신 코일(140b)은 전력 송신 코일(150)과 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 전력 수신 코일(140b)은 전력 송신 코일(150)과 최대 결합계수(coupling factor)로 자기 결합(magnetic coupling)되는 위치에서 전력 송신 코일(150)과 마주보도록 배치될 수 있다.
일 예에서, 제2 전력 수신 코일(140b)은 전력 송신 코일(150)과 수직적으로 중첩 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 전력 수신 코일(140b)은 전력 송신 코일(150)과 일부 중첩되거나 완전히 중첩될 수 있다. 다시 말해, 무선 유도가열 밥솥(100)을 상면에서 바라볼 때 제2 전력 수신 코일(140b)의 일부 또는 전부는 전력 송신 코일(150)이 형성하는 영역 내에 포함될 수 있다. 다만, 제2 전력 수신 코일(140b)과 전력 송신 코일(150)이 최대의 결합계수로 자기 결합되기 위해, 제2 전력 수신 코일(140b)의 전부가 전력 송신 코일(150)이 형성하는 영역 내에 포함되는 것이 바람직하다.
다시 도 10을 참조하면, 제2 전력 수신 코일(140b)과 전력 송신 코일(150)은 그 크기와 모양이 동일할 수 있다. 이 때, 제2 전력 수신 코일(140b)은 전력 송신 코일(150)과 수직적으로 완전히 중첩될 수 있다. 다시 말해, 크기와 모양이 동일한 제2 전력 수신 코일(140b)과 전력 송신 코일(150)은 동일한 수평 위치에서 일정 수직 거리 이격되어 각각 뚜껑부(120) 및 본체부(110)에 구비될 수 있다.
이와 달리, 제2 전력 수신 코일(140b)은 전력 송신 코일(150)보다 면적이 작을 수 있다. 이 때, 제2 전력 수신 코일(140b)은 수직적으로 전력 송신 코일(150)이 형성하는 면적 내에 완전히 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이 제2 전력 수신 코일(140b)과 전력 송신 코일(150)이 그 장축을 이루는 원호의 중심이 서로 동일한 찌그러진 타원 형상일 때, 제2 전력 수신 코일(140b)의 장축 길이는 전력 송신 코일(150)의 장축 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
전술한 구조적 특징을 가짐으로 인해, 제2 전력 수신 코일(140b)에는 최대 전류량이 유도될 수 있고, 제2 전력 수신 코일(140b)은 유도된 전류를 뚜껑부(120) 내부의 전자 디바이스에 제공할 수 있다.
도 11을 참조하면, 제2 전력 수신 코일(140b)은 뚜껑부(120) 내부의 복수의 전자 디바이스와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 전자 디바이스는 제2 전력 수신 코일(140b)에서 발생한 유도 전류를 전원으로서 제공받을 수 있다.
복수의 전자 디바이스는 제2 전력 수신 코일(140b)로부터 제공된 전원에 기초하여 동작할 수 있다. 예컨대, 제어 모듈(121)은 제2 전력 수신 코일(140b)로부터 제공된 전원에 기초하여 무선 유도가열 밥솥(100)의 전반적인 동작(예컨대, 증기 배출 모듈(124)의 증기 배출 및 차단 동작)을 제어할 수 있고, 통신 모듈(122)은 제2 전력 수신 코일(140b)로부터 제공된 전원에 기초하여 유도가열장치의 통신부(240)와 데이터 통신을 수행할 수 있다. 또한, 디스플레이 모듈(123)은 제2 전력 수신 코일(140b)로부터 제공된 전원에 기초하여 무선 유도가열 밥솥(100)의 상태 정보를 시각적으로 출력할 수 있다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무선 유도가열 밥솥(100)은 제2 전력 수신 코일(140b)에 유도된 전류를 뚜껑부(120) 내 전자 디바이스에 전달하는 제2 전력 변환 회로(180)를 더 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제2 전력 변환 회로(180)는 집적 회로 패키지의 형태로 뚜껑부(120) 내부에 구비될 수 있다. 다시 도 11을 참조하면, 제2 전력 변환 회로(180)의 입력단은 제2 전력 수신 코일(140b)에 연결될 수 있고, 제2 전력 변환 회로(180)의 출력단은 뚜껑부(120) 내 각 전자 디바이스에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 전력 변환 회로(180)는 제2 전력 수신 코일(140b)에 유도된 전류를 안정적인 직류 전압으로 변환하여 각 전자 디바이스에 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 전력 수신 코일(140b)에는 교류 전류가 유도될 수 있다. 한편, 각 전자 디바이스는 그 제원에 따라 일정 크기의 직류 전압을 전원으로 인가받아 동작할 수 있다.
제2 전력 변환 회로(180)는 제2 전력 수신 코일(140b)에 유도된 전류를 직류 전압으로 저장하고, 저장된 직류 전압을 승압 또는 강압하여 각 전자 디바이스의 제원에 맞는 일정 크기의 직류 전압을 각각 생성하고, 생성된 직류 전압을 각 전자 디바이스에 출력할 수 있다.
일 예에서, 제2 전력 변환 회로(180)는 컨버터(예컨대, 벅 컨버터(buck converter), 부스트 컨버터(boost converter), 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter) 등)와, 레귤레이터(regulator)를 포함할 수 있다. 먼저, 제2 전력 변환 회로(180)는 컨버터를 이용하여 제2 전력 수신 코일(140b)에 유도된 교류 전류를 직류 전압으로 변환할 수 있다. 이 때, 제2 전력 수신 코일(140b)에 유기된 전압(induced voltage)은 컨버터의 특성에 따라 승압 또는 강압되어 직류 전압으로 변환될 수 있다. 이어서, 제2 전력 변환 회로(180)는 레귤레이터를 이용하여, 컨버터에 의해 변환된 직류 전압의 크기를 각 전자 디바이스의 제원에 맞는 일정 크기의 전압으로 변환하여 각 전자 디바이스에 출력할 수 있다.
이에 따라, 각 전자 디바이스(예컨대, 전술한 제어 모듈(121), 통신 모듈(122), 디스플레이 모듈(123))는 자신의 제원에 맞는 직류 전압을 이용하여 동작할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 무선 유도가열 밥솥은 유도가열장치로부터 무선으로 전력을 공급받아 전반적인 조리 동작을 수행함으로써, 외부 전원의 연결이나 내부 배터리 없이도 조리물에 대한 가열 및 사용자 편의를 위한 일체의 동작을 수행할 수 있다.
한편, 다시 도 11을 참조하면 본 발명의 무선 유도가열 밥솥(100)은 제2 전력 수신 코일(140b)에 유도된 전류를 저장하는 배터리(190)를 더 포함할 수 있다.
배터리(190)는 뚜껑부(120) 내부에 구비되어 제2 전력 수신 코일(140b)에 유도된 전류를 예비 전력으로서 저장할 수 있다. 이를 위해, 제2 전력 변환 회로(180)는 제2 전력 수신 코일(140b)에 유도된 전류의 크기를 제어하여 배터리(190)를 충전시킬 수 있다.
배터리(190)는 뚜껑부(120) 내부의 각 전자 디바이스에 연결될 수 있고, 각 전자 디바이스는 배터리(190)로부터 전원을 공급받아 동작할 수도 있다. 보다 구체적으로, 각 전자 디바이스는 제2 전력 변환 회로(180)에서 출력되는 직류 전압을 이용하여 동작하다가, 제2 전력 변환 회로(180)에서 더 이상 직류 전압이 출력되지 않으면 배터리(190)로부터 직류 전압을 공급받아 동작할 수도 있다.
다음으로, 도 11 및 도 12를 함께 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 유도가열 시스템을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 유도가열 시스템을 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 유도가열 시스템(1)은 유도가열장치(200)와, 유도가열장치(200) 상에서 동작하는 무선 유도가열 밥솥(100)을 포함할 수 있다. 무선 유도가열 시스템(1)을 구성하는 유도가열장치(200)와 무선 유도가열 밥솥(100)은 도 2 내지 도 10을 참조하여 설명한 것과 동일하며, 이하에서는 앞서 설명한 부분과 차이가 되는 부분만을 중점적으로 설명하도록 한다.
유도가열장치(200)는 가열 코일(210)을 통해 자기장을 발생시킬 수 있고, 무선 유도가열 밥솥(100)은 가열 코일(210)이 형성하는 영역 상에 배치되어 동작할 수 있다.
가열 코일(210)이 형성하는 영역은 가열 코일(210)의 모든 부분을 포함할 수 있는 최소 영역일 수 있다. 예를 들어, 가열 코일(210)이 원형의 평판 코일일 때, 가열 코일(210)이 형성하는 영역의 넓이는 가열 코일(210)의 중심으로부터 가열 코일(210)의 외주면까지의 거리인 코일반경에 의해 결정되는 원의 넓이일 수 있다.
도 11 및 도 12를 함께 참조하면, 유도가열장치(200)는 가열 코일(210), 제어부(230), 통신부(240), 디스플레이부(250) 및 노브 스위치(260)를 포함할 수 있다. 도 11 및 도 12에 도시된 유도가열장치(200)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 11 및 도 12에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
제어부(230)는 가열 코일(210) 및 디스플레이부(250)를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(230)는 가열 코일(210)의 출력을 제어할 수 있고, 디스플레이부(250)가 유도가열장치(200)의 상태 정보를 출력하도록 제어할 수 있다.
노브 스위치(260)는 유도가열장치(200)의 상면에 구비되어, 그 회전 정도에 따른 신호를 제어부(230)에 제공할 수 있다. 제어부(230)는 노브 스위치(260)로부터 제공된 신호에 따라 가열 코일(210)의 출력을 결정할 수 있다. 다시 말해, 가열 코일(210)의 출력은 노브 스위치(260)의 회전 정도에 따라 제어될 수 있다.
한편, 무선 유도가열 밥솥(100)은 가열 코일(210)이 형성하는 영역에 포함되도록 배치되어 동작할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 유도가열 밥솥(100)의 바닥면이 형성하는 영역은 가열 코일(210)이 형성하는 영역 내에 포함될 수 있다.
무선 유도가열 밥솥(100)은 가열 코일(210)에서 발생하는 자기장을 이용하여 조리 동작을 수행할 수 있다. 여기서 조리 동작은 내솥의 가열을 통한 조리물의 가열 동작뿐만 아니라, 전술한 제어 모듈(121), 통신 모듈(122) 및 디스플레이 모듈(123)의 전반적인 동작을 모두 포함할 수 있다.
유도가열장치(200) 및 무선 유도가열 밥솥(100)은 상호 데이터 통신을 수행하여 상태 정보를 공유할 수 있다. 유도가열장치(200)는 무선 유도가열 밥솥의 상태 정보에 따라 가열 코일(210)의 출력을 제어할 수 있고, 무선 유도가열 밥솥(100)은 유도가열장치(200)의 상태 정보에 따라 내부의 전자 디바이스를 제어할 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 (20)

  1. 유도가열장치 상에서 동작하는 무선 유도가열 밥솥에 있어서,
    상면이 개방되는 본체부;
    상기 본체부의 상면에 체결되는 뚜껑부;
    상기 본체부 내부에 수납되어 상기 유도가열장치의 가열 코일에서 발생하는 자기장에 의해 가열되는 내솥;
    상기 본체부의 내부 바닥면 상에 배치되고, 상기 가열 코일에서 발생하는 자기장에 의해 전류가 유도되는 제1 전력 수신 코일;
    상기 내솥의 외주면에 수직방향으로 배치되고, 제1 전력 수신 코일과 연결되어 상기 유도된 전류를 이용하여 상기 내솥을 가열하는 측면 가열 코일;
    상기 본체부의 상부 일 측면에 구비되어 상기 제1 전력 수신 코일에 유도된 전류를 공급받아 자기장을 발생시키는 전력 송신 코일; 및
    상기 뚜껑부의 일 측면에 구비되고, 상기 전력 송신 코일에서 발생하는 자기장에 의해 유도된 전류를 적어도 하나의 전자 디바이스에 공급하는 제2 전력 수신 코일을 포함하는
    무선 유도가열 밥솥.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 뚜껑부는 상기 본체부에 힌지 체결되어 선택적으로 개폐되거나, 상기 본체부에 탈착되는 무선 유도가열 밥솥.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 수신 코일은 상기 내솥의 가장자리 영역의 하부에서 수평방향으로 배치되는 무선 유도가열 밥솥.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내솥의 바닥면은 상기 가열 코일과 평행한 평판 영역과 상기 평판 영역과 상기 내솥의 측면을 연결하는 상기 가장자리 영역을 포함하는 무선 유도가열 밥솥.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 평판 영역은 상기 내솥의 중심 수직선을 기준으로 제1 기준 반경 이내에 형성되고,
    상기 가장자리 영역은 상기 제1 기준 반경과 상기 내솥의 외경 사이에 형성되는 무선 유도가열 밥솥.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가장자리 영역과 상기 가열 코일간의 거리는 상기 내솥의 중심으로부터 멀어질수록 증가하는 무선 유도가열 밥솥.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가장자리 영역은 상기 내솥의 외경으로부터 제2 기준 반경 사이에 형성되는 무선 유도가열 밥솥.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 수신 코일의 일단과 상기 측면 가열 코일의 일단은 서로 연결되고, 상기 제1 전력 수신 코일의 타단과 상기 측면 가열 코일의 타단은 공진 커패시터를 통해 서로 연결되는 무선 유도가열 밥솥.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 측면 가열 코일의 턴 수는 상기 제1 전력 수신 코일의 턴 수보다 많은 무선 유도가열 밥솥.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 내솥의 바닥면의 넓이는 상기 가열 코일이 형성하는 영역의 넓이보다 좁은 무선 유도가열 밥솥.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 수신 코일의 외경은 상기 가열 코일의 외경보다 작은 무선 유도가열 밥솥.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 내솥의 외부면에는 상기 가열 코일에서 발생하는 자기장에 의해 가열되는 금속 플레이트가 형성되는 무선 유도가열 밥솥.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전자 디바이스는
    제어 모듈, 통신 모듈, 디스플레이 모듈, 증기 배출 모듈, 배터리 중 적어도 하나를 포함하는 무선 유도가열 밥솥.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전자 디바이스는 상기 뚜껑부에 구비되는 무선 유도가열 밥솥.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 수신 코일에 유도된 전류를 상기 전력 송신 코일로 전달하는 제1 전력 변환 회로를 더 포함하는 무선 유도가열 밥솥.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 전력 송신 코일은
    상기 본체부의 상부 일 측면에서 상기 본체부의 외면을 따라 형성되고,
    상기 제2 전력 수신 코일은
    상기 뚜껑부의 일 측면에서 상기 뚜껑부의 외면을 따라 형성되는 무선 유도가열 밥솥.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전력 수신 코일은
    상기 전력 송신 코일과 대응되는 위치에서 상기 뚜껑부의 일 측면에 구비되는 무선 유도가열 밥솥.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전력 수신 코일은 상기 전력 송신 코일과 수직적으로 중첩 배치되는 무선 유도가열 밥솥.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전력 수신 코일에 유도된 전류를 상기 전자 디바이스에 전달하는 제2 전력 변환 회로를 더 포함하는 무선 유도가열 밥솥.
  20. 가열 코일을 통해 자기장을 발생시키는 유도가열장치; 및
    상기 가열 코일이 형성하는 영역 상에서 동작하는 무선 유도가열 밥솥을 포함하고,
    상기 무선 유도가열 밥솥은
    본체부의 내부 바닥면 상에 배치되고, 상기 가열 코일에서 발생하는 자기장에 의해 전류가 유도되는 제1 전력 수신 코일,
    상기 내솥의 외주면에 수직방향으로 배치되고, 제1 전력 수신 코일과 연결되어 상기 유도된 전류를 이용하여 상기 내솥을 가열하는 측면 가열 코일,
    상기 본체부의 상부 일 측면에 구비되어 상기 제1 전력 수신 코일에 유도된 전류를 공급받아 자기장을 발생시키는 전력 송신 코일, 및
    상기 뚜껑부의 일 측면에 구비되고, 상기 전력 송신 코일에서 발생하는 자기장에 의해 유도된 전류를 적어도 하나의 전자 디바이스에 공급하는 제2 전력 수신 코일을 포함하는
    무선 유도가열 시스템.
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