KR20230012920A - 유도 가열 방식의 쿡탑 - Google Patents

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김성규
이성훈
곽봉식
김홍권
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 조리 용기가 가열되는 가열 영역이 형성된 상판 글래스, 조리 용기가 가열되도록 제1 자기장을 발생시키는 워킹 코일, 워킹 코일에 전류가 흐르도록 구동되는 스위칭 소자를 구비하는 인버터, 및 제1 자기장과 상쇄되는 제2 자기장을 발생시키는 쉴드 회로를 포함할 수 있다.

Description

유도 가열 방식의 쿡탑{INDUCTION HEATING TYPE COOKTOP}
본 개시는 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것이다.
가정이나 식당에서 음식을 가열하기 위한 다양한 방식의 조리 기구들이 사용되고 있다. 종래에는 가스를 연료로 하는 가스 레인지가 널리 보급되어 사용되어 왔으나, 최근에는 가스를 이용하지 않고 전기를 이용하여 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.
전기를 이용하여 피가열 물체를 가열하는 방식은 크게 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 나누어진다. 저항 가열 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 조리 용기에 전달함으로써 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 조리 용기에 와전류(eddy current)를 발생시켜 조리 용기 자체가 가열되도록 하는 방식이다.
한편, 이러한 유도 가열 방식의 경우 코일에서 발생한 자계 중 일부가 조리 용기에 도달하지 못하고 외부로 노출되는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 조리 용기의 크기가 작거나, 가열 세기가 강할 경우 전자파 노출 문제는 더 커질 수 있다.
본 개시는 전자파 노출을 최소화한 쿡탑 및 그의 동작 방법을 제공하고자 한다.
본 개시는 노출되는 자기장을 조리 용기의 가열에 이용하는 쿡탑 및 그의 동작 방법을 제공하고자 한다.
본 개시는 워킹 코일에서 발생한 자기장을 상쇄시키는 자기장을 발생시키는 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하고자 한다.
본 개시는 조리 용기의 크기가 클 경우에는 자기장을 더 많이 발생시켜 화력을 높이는 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하고자 한다.
본 개시는 전압 펄스에 기초하여 조리 용기에 대한 정보를 획득하여, 전자파 저감 모드 또는 화력 보강 모드로 동작하는 유도 가열 방식의 쿡탑을 제공하고자 한다.
본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑은 조리 용기가 가열되는 가열 영역이 형성된 상판 글래스, 조리 용기가 가열되도록 제1 자기장을 발생시키는 워킹 코일, 워킹 코일에 전류가 흐르도록 구동되는 스위칭 소자를 구비하는 인버터, 및 제1 자기장과 상쇄되는 제2 자기장을 발생시키는 쉴드 회로를 포함할 수 있다.
쉴드 회로는 쉴드 코일, 및 쉴드 커패시터를 포함할 수 있다.
쉴드 회로는 전자파 저감 모드로의 동작 여부를 결정하는 제1 스위치를 더 포함할 수 있다.
제1 스위치는 제로 크로싱 지점에서 온 또는 오프될 수 있다.
쉴드 회로는 화력 보강 모도로의 동작 여부를 결정하는 제2 스위치, 및 화력 보강 커패시터를 더 포함할 수 있다.
쉴드 커패시터와 화력 보강 커패시터는 병렬 연결되고, 제2 스위치는 쉴드 커패시터와 화력 보강 커패시터 사이에 연결될 수 있다.
제2 스위치는 화력 보강 모드에서 오프되고, 전자파 저감 모드에서 온될 수 있다.
제2 스위치는 조리 용기에 대한 정보에 따라 온 또는 오프될 수 있다.
제2 스위치는 조리 용기의 크기가 기설정된 기준 크기 보다 크면 오프되고, 조리 용기의 크기가 기준 크기 보다 작으면 온될 수 있다.
쿡탑은 조리 용기의 크기가 기준 크기 이하이고, 조리 용기가 가열 영역에 얼라인되지 않은 경우 알림을 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 외부로 노출되는 자기장이 저감되므로, 노출 자기장에 의한 인체 유해 문제를 최소화하는 이점이 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 자기장 저감을 위한 쉴드 코일이 조리 용기의 크기가 클 때는 조리 용기에 도달하는 자기장을 발생시킴으로써, 화력 보강이 가능하여, 가열 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 조리 용기에 따라서 자동으로 전자파를 저감시키거나, 화력을 보강하므로, 인체 유해 문제를 최소화하며, 사용자 편의성이 높아지는 이점이 있다.
본개시의 실시 예에 따르면, 노출 자기장이 저감되므로, 인체 유해성에 대한 불안감이 해소되고, EMF 안정성을 확보 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기의 단면도이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 회로도가 도시된 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 워킹 코일 및 쉴드 코일의 구조가 도시된 예시 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 워킹 코일과 쉴드 코일이 도시된 회로도이다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 워킹 코일 및 쉴드 코일 각각에서 유도되는 전류와 자기장이 도시된 도면이다.
도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 워킹 코일을 흐르는 전류와 쉴드 코일을 흐르는 전류가 도시된 파형이다.
도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑 및 그 주변의 자기장 크기가 도시된 도면이다.
도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 제1 스위치를 포함하는 쉴드 회로의 회로도이다.
도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 쉴드 회로의 제1 스위치가 온 오프되는 지점을 설명하기 위한 전압 파형이다.
도 12는 본 개시의 실시 예에 따른 제2 스위치 및 화력 보강 커패시터를 구비하는 쉴드 회로의 회로도이다.
도 13은 본 개시의 실시 예에 따른 동작 모드에 따른 쉴드 회로의 모습이 도시된 도면이다.
도 14는 본 개시의 실시 예에 따른 동작 모드에 따른 워킹 코일과 쉴드 코일의 전류 펄스가 도시된 도면이다.
도 15는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.
도 16은 조리 용기가 없는 경우 워킹 코일과 쉴드 코일 각각에서의 전압 펄스가 도시된 도면이다.
도 17은 기준 크기 이하의 조리 용기가 가열 영역에 얼라인된 경우 워킹 코일과 쉴드 코일 각각에서의 전압 펄스가 도시된 도면이다.
도 18은 기준 크기 이하의 조리 용기가 가열 영역에 미스 얼라인된 경우 워킹 코일과 쉴드 코일 각각에서의 전압 펄스가 도시된 도면이다.
도 19는 기준 크기 초과의 조리 용기가 가열 영역에 얼라인된 경우 워킹 코일과 쉴드 코일 각각에서의 전압 펄스가 도시된 도면이다.
도 20은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑이 기준 크기 보다 작은 조리 용기를 가열할 때 가열 영역의 자기장 분포가 도시된 도면이다.
도 21은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑이 기준 크기 보다 큰 조리 용기를 가열할 때 가열 영역의 자기장 분포가 도시된 도면이다.
도 22는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑에서 외부로 노출되는 자기장 크기가 도시된 도면이다.
이하, 본 개시와 관련된 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑 및 그의 동작 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위해, “유도 가열 방식의 쿡탑”을 “쿡탑”으로 일컫는다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기의 단면도이다.
조리 용기(1)는 쿡탑(10) 상부에 위치할 수 있고, 쿡탑(10)은 상부에 위치하고 있는 조리 용기(1)를 가열시킬 수 있다.
먼저, 쿡탑(10)이 조리 용기(1)를 가열시키는 방법을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 쿡탑(10)은 적어도 일부가 조리 용기(1)를 통과하도록 자기장(20)을 발생시킬 수 있다. 이 때, 조리 용기(1)의 재질에 전기 저항 성분이 포함되어 있다면, 자기장(20)은 조리 용기(1)에 와류 전류(30)를 유도할 수 있다. 이러한 와류 전류(30)는 조리 용기(1) 자체를 발열시키고, 이러한 열은 전도 또는 방사되어 조리 용기(1)의 내부까지 전달되므로, 조리 용기(1)의 내용물이 조리될 수 있다.
한편, 조리 용기(1)의 재질에 전기 저항 성분이 포함되지 않은 경우에는 와류 전류(30)가 발생하지 않는다. 따라서, 이러한 경우 쿡탑(10)은 조리 용기(1)를 가열시킬 수 없다.
따라서, 이러한 쿡탑(10)에 의해 가열될 수 있는 조리 용기(1)는 스테인리스 계열 혹은 법랑이나 주철 용기 같은 금속 재질 용기일 수 있다.
다음으로, 쿡탑(10)이 자기장(20)을 발생시키는 방법을 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 쿡탑(10)은 상판 글래스(11), 워킹 코일(12) 및 페라이트 코어(13) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상판 글래스(11)는 조리 용기(1)를 지지할 수 있다. 즉, 조리 용기(1)는 상판 글래스(11)의 상면에 놓일 수 있다. 상판 글래스(11)에는 조리 용기(1)가 가열되는 가열 영역이 형성될 수 있다.
그리고, 상판 글래스(11)는 여러 광물질을 합성한 세라믹 재질의 강화 유리로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상판 글래스(11)는 쿡탑(10)을 외부 충격 등으로부터 보호할 수 있다.
또한, 상판 글래스(11)는 쿡탑(10) 내부로 먼지 등의 이물질이 인입되는 문제를 방지할 수 있다.
워킹 코일(12)은 상판 글래스(11)의 아래에 위치할 수 있다. 이러한 워킹 코일(12)은 자기장(20)을 발생시키도록 전류가 공급되거나 공급되지 않을 수 있다. 구체적으로, 쿡탑(10) 내부 스위칭 소자의 온/오프에 따라 워킹 코일(12)에 전류가 흐르거나 흐르지 않을 수 있다.
워킹 코일(12)에 전류가 흐르면 자기장(20)이 발생하고, 이러한 자기장(20)은 조리 용기(1)에 포함된 전기 저항 성분을 만나 와류 전류(30)를 발생시킬 수 있다. 와류 전류는 조리 용기(1)를 가열시키고, 이에 따라 조리 용기(1)의 내용물이 조리될 수 있다.
또한, 워킹 코일(12)에 흐르는 전류의 양에 따라 쿡탑(10)의 화력이 조절될 수 있다. 구체적인 예로, 워킹 코일(12)을 흐르는 전류가 많을수록 자기장(20)이 많이 발생하게 되고, 이에 따라 조리 용기(1)를 통과하는 자기장이 증가하므로 쿡탑(10)의 화력이 높아질 수 있다.
페라이트 코어(13)는 쿡탑(10)의 내부 회로를 보호하기 위한 구성 요소이다. 구체적으로, 페라이트 코어(13)는 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장(20) 또는 외부에서 발생한 전자기장이 쿡탑(10)의 내부 회로에 미치는 영향을 차단하는 차폐 역할을 한다.
이를 위해, 페라이트 코어(13)는 투자율(permeability)이 매우 높은 물질로 형성될 수 있다. 페라이트 코어(13)는 쿡탑(10)의 내부로 유입되는 자기장이 방사되지 않고, 페라이트 코어(13)를 통해 흐르도록 유도하는 역할을 한다. 페라이트 코어(13)에 의해 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장(20)이 이동하는 모습은 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다.
한편, 쿡탑(10)은 상술한 상판 글래스(11), 워킹 코일(12) 및 페라이트 코어(13) 외에 다른 구성을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 쿡탑(10)은 상판 글래스(11)와 워킹 코일(12) 사이에 위치하는 단열재(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 즉, 본 개시에 따른 쿡탑은 도 2에 도시된 쿡탑(10)으로 제한되지 않는다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 회로도가 도시된 도면이다.
도 3에 도시된 쿡탑(10)의 회로도는 설명의 편의를 예시적으로 든 것에 불과하므로, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.
도 3을 참조하면, 유도 가열 방식의 쿡탑은 전원부(110), 정류부(120), DC 링크 커패시터(130), 인버터(140), 워킹 코일(12), 공진 커패시터(160) 및 SMPS(170) 중 적어도 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
전원부(110)는 외부 전원을 입력받을 수 있다. 전원부(110)가 외부로부터 입력받는 전원은 AC(Alternation Current) 전원일 수 있다.
전원부(110)은 정류부(120)로 교류 전압을 공급할 수 있다.
정류부(120, Rectifier)는 교류를 직류로 변환하기 위한 전기적 장치이다. 정류부(120)는 전원부(110)을 통해 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 정류부(120)는 변환된 전압을 DC 양단(121)으로 공급할 수 있다.
정류부(120)의 출력단은 DC 양단(121)으로 연결될 수 있다. 정류부(120)를 통해 출력되는 DC 양단(121)을 DC 링크라고 할 수 있다. DC 양단(121)에서 측정되는 전압을 DC 링크 전압이라고 한다.
DC 링크 커패시터(130)는 전원부(110)과 인버터(140) 사이의 버퍼 역할을 수행한다. 구체적으로, DC 링크 커패시터(130)는 정류부(120)를 통해 변환된 DC 링크 전압을 유지시켜 인버터(140)까지 공급하기 위한 용도로 사용된다.
인버터(140)는 워킹 코일(12)에 고주파의 전류가 흐르도록 워킹 코일(12)에 인가되는 전압을 스위칭하는 역할을 한다. 인버터(140)는 반도체 스위치를 포함할 수 있고, 반도체 스위치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 SiC 소자일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않음이 타당하다. 인버터(140)는 반도체 스위치를 구동시킴으로써 워킹 코일(12)에 고주파의 전류가 흐르게 하고, 이에 따라 워킹 코일(12)에 고주파 자계가 형성된다.
워킹 코일(12)은 스위칭 소자의 구동 여부에 따라 전류가 흐르거나 전류가 흐르지 않을 수 있다. 워킹 코일(12)에 전류가 흐르면 자기장이 발생한다. 워킹 코일(12)은 전류가 흐름에 따라 자기장을 발생시켜 조리기기를 가열시킬 수 있다.
워킹 코일(12)의 일측은 인버터(140)의 스위칭 소자의 접속점에 연결되어 있고, 다른 일측은 공진 커패시터(160)에 연결된다.
스위칭 소자의 구동은 구동부(미도시)에 의해서 이루어지며, 구동부에서 출력되는 스위칭 시간에 제어되어 스위칭 소자가 서로 교호로 동작하면서 워킹 코일(12)로 고주파의 전압을 인가한다. 그리고, 구동부(미도시)로터 인가되는 스위칭 소자의 온/오프 시간은 점차 보상되는 형태로 제어되기 때문에 워킹 코일(12)에 공급되는 전압은 저전압에서 고전압으로 변한다.
공진 커패시터(160)는 완충기 역할을 하기 위한 구성요소일 수 있다. 공진 커패시터(160)는 스위칭 소자의 턴오프 동안 포화 전압 상승 비율을 조절하여, 턴오프 시간 동안 에너지 손실에 영향을 준다.
SMPS(170, Switching Mode Power Supply)는 스위칭 동작에 따라 전력을 효율적으로 변환시키는 전원공급장치를 의미한다. SMPS(170)는 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 후, 필터를 통하여 제어된 직류 출력 전압을 획득한다. SMPS(170)는 스위칭 프로세서를 이용하여, 전력의 흐름을 제어함으로써 불필요한 손실을 최소화할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같은 회로도로 구성되는 쿡탑(10)의 경우, 공진 주파수(resonance frequency)는 워킹 코일(12)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 의해 결정된다. 그리고, 결정된 공진 주파수를 중심으로 공진 곡선이 형성되며, 공진 곡선은 주파수 대역에 따라 쿡탑(10)의 출력 파워를 나타낼 수 있다.
다음으로, 도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
먼저, Q 팩터(quality factor)는 공진 회로에서 공진의 예리함을 나타내는 값일 수 있다. 따라서, 쿡탑(10)의 경우, 쿡탑(10)에 포함된 워킹 코일(12)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 의해 Q 팩터가 결정된다. Q 팩터에 따라 공진 곡선은 상이하다. 따라서, 워킹 코일(12)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 따라 쿡탑(10)은 상이한 출력 특성을 갖는다.
도 4에는 Q 팩터에 따른 공진 곡선의 일 예가 도시되어 있다. 일반적으로, Q 팩터가 클수록 곡선의 모양이 샤프(sharp)하고, Q 팩터가 작을수록 곡선의 모양이 브로드(broad)하다.
공진 곡선의 가로축은 주파수(frequency)를 나타내고, 세로축은 출력되는 전력(power)을 나타낼 수 있다. 공진 곡선에서 최대 전력을 출력하는 주파수를 공진 주파수(f0)라고 한다.
일반적으로, 쿡탑(10)은 공진 곡선의 공진 주파수(f0)를 기준으로 오른쪽 영역의 주파수를 이용한다. 그리고, 쿡탑(1)은 동작 가능한 최소 동작 주파수와 최대 동작 주파수가 미리 설정되어 있을 수 있다.
일 예로, 쿡탑(10)은 최대 동작 주파수(fmax)부터 최소 동작 주파수(fmin)의 범위에 해당하는 주파수로 동작할 수 있다. 즉, 쿡탑(10)의 동작 주파수 범위는 최대 동작 주파수(fmax)부터 최소 동작 주파수(fmin)까지일 수 있다.
일 예로, 최대 동작 주파수(fmax)는 IGBT 최대 스위칭 주파수일 수 있다. IGBT 최대 스위칭 주파수란 IGBT 스위칭 소자의 내압 및 용량 등을 고려하여, 구동 가능한 최대 주파수를 의미할 수 있다. 예를 들어, 최대 동작 주파수(fmax)는 75kHz일 수 있다.
최소 동작 주파수(fmin)는 약 20kHz일 수 있다. 이 경우, 쿡탑(10)이 가청 주파수(약 16Hz~ 20kHz)로 동작하지 않으므로, 쿡탑(10)의 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.
한편, 상술한 최대 동작 주파수(fmax) 및 최소 동작 주파수(fmin)의 설정 값은 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않는다.
이러한 쿡탑(10)은 가열 명령을 수신하면 가열 명령에서 설정된 화력 단계에 따라 동작 주파수를 결정할 수 있다. 구체적으로, 쿡탑(10)은 설정된 화력 단계가 높을수록 동작 주파수를 낮추고, 설정된 화력 단계가 낮을수록 동작 주파수를 높임으로써 출력 파워를 조절할 수 있다. 즉, 쿡탑(10)은 가열 명령을 수신하면 설정된 화력에 따라 동작 주파수 범위 중 어느 하나로 동작하는 가열 모드를 실시할 수 있다.
한편, 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장 중 일부가 외부로 노출될 수 있다. 특히, 조리 용기(1)의 크기가 워킹 코일(12) 보다 작거나, 조리 용기(1)와 워킹 코일(12)의 얼라인이 맞지 않을 경우 더 많은 자기장이 노출될 수 있어, 전자파 문제가 심해질 수 있다. 또한, 화력 단계가 높아질수록 전자파 노출의 문제가 커질 수 있다.
이에, 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑(10)은 자기장 노출을 최소화하고자 한다. 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑(10)은 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장과 상쇄되는 자기장을 발생시키는 쉴드 코일(211, 도 5 참고)를 구비할 수 있다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 워킹 코일 및 쉴드 코일의 구조가 도시된 예시 도면이다.
특히, 도 5의 (a)는 워킹 코일만 구비하는 쿡탑의 워킹 코일이 도시된 평면도이고, 도 5의 (b)는 워킹 코일만 쉴드 코일을 구비하는 쿡탑의 워킹 코일이 도시된 평면도이다.
워킹 코일(12)은 알루미늄 플레이트(12a)의 상부에 감겨 배치될 수 있다. 알루미늄 플레이트(12a)는 워킹 코일(12)을 지지하는 서포터일 수 있다. 그리고, 알루미늄 플레이트(12a)는 자기장 노출을 차단할 수도 있다.
페라이트 코어(13)는 워킹 코일(12)의 아래에 배치될 수 있다. 특히, 페라이트 코어(13)는 워킹 코일(12)과 알루미늄 플레이트(12a) 사이에 배치될 수 있다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 쿡탑(10)이 쉴드 코일(211)을 더 포함할 경우 쉴드 코일(211)은 워킹 코일(12)의 외측에 배치될 수 있다.
구체적으로, 쉴드 코일(211)은 내경이 워킹 코일(12)의 외경 보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 쉴드 코일(211)의 내측에 워킹 코일(12)이 배치될 수 있다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 워킹 코일과 쉴드 코일이 도시된 회로도이다.
본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑(10)은 워킹 코일(12)과 쉴드 회로(200)를 포함할 수 있고, 쉴드 코일(211)은 쉴드 회로(200)의 일 구성일 수 있다.
보다 상세하게, 쉴드 회로(200)는 쉴드 코일(211) 및 쉴드 커패시터(213)를 포함할 수 있다.
워킹 코일(12)에 전류가 흘러 쉴드 코일(211)로 유도된 기전력이 만들어지면, 렌츠의 법칙에 의해 이를 상쇄하기 위한 방향으로 전압이 발생하게 된다. 즉, 쉴드 회로(200)에는 워킹 코일(12)에 전류가 흐르면서 기전력이 유도되고, 이를 상쇄하기 위한 방향으로 전압이 발생할 수 있다. 따라서, 쉴드 회로(200)는 별도의 배터리 또는 전원과 연결되지 않아도 전압이 발생하고, 이러한 전압에 의해 발생한 자기장이 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장과 상쇄될 수 있다.
쉴드 커패시터(213)의 값은 역위상을 만들기 위해 조절될 수 있다.
한편, 쉴드 커패시터(213)의 커패시턴스는 쉴드 회로(200)의 공진 주파수가 워킹 코일(12)의 구동 주파수 보다 작게 하는 값을 갖을 수 있다. 즉, 쉴드 커패시터(213)는 쉴드 회로(200)의 공진 주파수가 워킹 코일(12)의 구동 주파수 보다 작게 하는 커패시턴스를 갖을 수 있다. 이와 같이 쉴드 회로(200)의 공진 주파수가 워킹 코일(12)의 공진 주파수 보다 낮게 형성되면, 쉴드 코일(211)에서 발생하는 자기장은 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장 영역과 동일한 영역에서 형성될 수 있다. 이에 따라, 쉴드 코일(211)에서 발생한 자기장은 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장을 효과적으로 상쇄할 수 있다.
그리고, 쉴드 커패시터(213)는 위상이 워킹 코일(12)의 위상과 약 180도 차이가 되도록 커패시턴스가 설정될 수 있다.
쉴드 코일(211)에 유도되는 전류의 크기는 쉴드 코일(211)과 직렬 연결된 쉴드 커패시터(213)의 커패시턴스에 의해 조절될 수 있다. 쉴드 회로(200)에서 유도되는 전류값에 따라 외부로 노출되는 자기장을 저감시키는 효과는 달라질 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 워킹 코일 및 쉴드 코일 각각에서 유도되는 전류와 자기장이 도시된 도면이고, 도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 워킹 코일을 흐르는 전류와 쉴드 코일을 흐르는 전류가 도시된 파형이고, 도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑 및 그 주변의 자기장 크기가 도시된 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 워킹 코일(12)에 제1 전류(I1)가 흐르면 제1 자기장(20)이 발생할 수 있다. 한편, 제1 자기장(20)은 쉴드 코일(211)을 통과할 수 있고, 이에 따라 쉴드 코일(211)에 유도 전류인 제2 전류(I2)가 흐르게 된다. 그리고, 쉴드 코일(211)에서는 제2 전류(I2)가 유도됨에 따라 제2 자기장(320)이 발생하게 된다. 워킹 코일(12)과 쉴드 코일(211) 사이에서는 제1 자기장(20)과 제2 자기장(320)이 집중되고, 따라서 가열 영역에 놓인 조리 용기(1)의 가열 세기가 증가할 수 있다. 한편, 쉴드 코일(211)의 바깥 영역, 즉 쿡탑(10)의 외부에서는 제1 자기장(20)과 제2 자기장(320)이 반대 방향이므로, 제1 자기장(20)과 제2 자기장(320)이 상쇄될 수 있다.
즉, 쉴드 회로(200)는 워킹 코일(12)에서 발생한 제1 자기장(20)을 쿡탑(10)의 외부 영역에서 상쇄시키는 제2 자기장(320)을 발생시킬 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 워킹 코일(12)을 흐르는 제1 전류(I1)의 위상과 쉴드 코일(211)을 흐르는 제2 전류(I2)의 위상의 차이는 약 180도일 수 있고, 이 경우 쉴드 코일(211)의 외측 영역에서는 제1 자기장(20)과 제2 자기장(320)이 상쇄될 수 있다. 따라서, 쉴드 코일(211)의 외측 영역, 즉 쿡탑(10)의 외부로 노출된 제1 자기장(20)은 제2 자기장(320)에 의해 상쇄될 수 있다.
특히, 도 9를 참고하면, 도 9의 (a)는 워킹 코일만 구비(쉴드 코일이 구비되지 않음)하는 쿡탑에서의 자기장 크기가 도시된 도면이고, 도 9의 (b)는 워킹 코일 및 쉴드 코일을 구비하는 쿡탑에서의 잡기장 크기가 도시된 도면이다.
도 9의 (a)와 도 9의 (b)를 비교하면, 바깥 영역, 즉 쿡탑(10) 외부 영역에서의 자기장 크기가 도 9의 (a) 보다 도 9의 (b)에서 작음을 확인할 수 있다. 즉, 워킹 코일(12)과 함께 쉴드 코일(211)을 구비할 경우, 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장 중 쿡탑(10)의 외부로 노출된 자기장은 쉴드 코일(211)에서 발생한 자기장에 의해 상쇄됨을 확인할 수 있다.
한편, 실시 예에 따라, 쉴드 회로(200)는 스위치(210)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 스위치(210)는 후술하는 스위치(223)와의 구분을 위해 제1 스위치(210)라고 하나, 이러한 명칭에는 제한되지 않음이 타당하다.
도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 제1 스위치를 포함하는 쉴드 회로의 회로도이다.
도 10에 도시되지 않았으나, 쉴드 회로는 저항(미도시)을 더 포함할 수도 있다.
제1 스위치(210)는 쉴드 코일(211) 및 쉴드 커패시터(213)와 직렬 연결될 수 있다. 제1 스위치(210)는 전자파 저감 모드로의 동작 여부를 결정할 수 있다. 즉, 쿡탑(10)은 제1 스위치(210)가 온이면 전자파 저감 모드로 동작하고, 제1 스위치(210)가 오프이면 전자파 저감 모드로 동작하지 않을 수 있다.
제1 스위치(210)가 없는 경우에는, 워킹 코일(12)을 흐르는 제1 전류(I1)가 제어됨에 따라 쉴드 회로(200)는 자동으로 동작할 수 있다.
제1 스위치(210)가 있는 경우에는, 제1 스위치(210)의 온/오프 제어가 요구될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 스위치(210)는 전압의 제로 크로싱(zero crossing) 지점에서 온 또는 오프될 수 있다.
도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 쉴드 회로의 제1 스위치가 온 오프되는 지점을 설명하기 위한 전압 파형이다.
쿡탑(10)은 전압의 제로 크로싱 지점을 검출할 수 있다. 특히, 제어부(미도시)가 전압의 제로 크로싱 지점을 검출할 수 있다. 제로 크로싱 지점은 전압이 인가되지 않는 지점, 즉 전압이 0인 상태를 의미할 수 있다. 도 11에서 제로 크로싱 지점은 t1과 t2일 수 있다.
제1 스위치(210)의 온 제어 또는 오프 제어가 요구될 경우, 제로 크로싱 지점이 검출되면, 검출된 제로 크로싱 지점에서 온 또는 오프될 수 있다.
예를 들어, t1 이전에 전자파 저감 모드로의 동작이 요구되면 제1 스위치(210)는 제로 크로싱 지점인 t1에서 온 되어 전자파가 저감되고, t2 이전에 전자파 저감 모드로의 동작이 불필요하면 그 다음 제로 크로싱 지점인 t2에서 오프될 수 있다.
제1 스위치(210)는 FET(field effect transistor) 또는 IGBT(nsulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구현될 수 있다. 즉, 제1 스위치(210)의 온/오프를 위해서는 낮은 전류가 요구되며, 이에 따라 비교적 저가의 스위치로 구현이 가능하다.
이와 같이, 제1 스위치(210)가 제로 크로싱 지점에서 온/오프 제어될 경우, 스위치에 걸리는 전압, 전류의 내압이 낮아지는 이점이 있다.
그리고, 쉴드 회로(200)가 제1 스위치(210)를 포함할 경우, 쉴드 코일(210)의 사용이 불필요할 때 쉴드 코일(210)을 구동시키지 않을 수 있는 이점이 있다.
한편, 실시 예에 따라, 쉴드 회로(200)는 전자파 저감 기능뿐만 아니라 화력 보강 기능을 할 수도 있다. 쿡탑(10)은 쉴드 회로(200)를 통해 전자파 저감 모드로 동작하거나, 화력 보강 모드로 동작할 수도 있다. 도 12를 참조하여, 화력 보강 기능을 할 수 있는 쉴드 회로(200)에 대해 설명한다. 전자파 저감 기능 또는 화력 보강 기능을 위해, 쉴드 회로(200)는 스위치(223) 및 화력 보강 커패시터(221)를 더 포함할 수 있다. 여기서 스위치(223)는 상술한 제1 스위치(210)와의 구분을 위해 제2 스위치로 명명된 것에 불과하므로, 명칭에 제한되지 않음이 타당하다.
도 12는 본 개시의 실시 예에 따른 제2 스위치 및 화력 보강 커패시터를 구비하는 쉴드 회로의 회로도이다.
도 12에 도시되지 않았으나, 실시 예에 따라 쉴드 회로(200)는 제1 스위치(210)를 더 포함할 수 있다. 즉, 도 12에 도시된 바와 같은 쉴드 회로(200)가 제1 스위치(210)를 더 포함할 경우, 제1 스위치(210)는 전자파 저감 모드 또는 화력 보강 모드 둘 중 하나로 동작할 지 여부를 결정할 수 있다. 즉, 제1 스위치(210)가 온이면 전자파 저감 모드 또는 화력 보강 모드로 동작하고, 제1 스위치(210)가 오프이면 전자파 저감 모드로도 동작하지 않고, 화력 보강 모드로도 동작하지 않을 수 있다. 제1 스위치(210)는 도 10에서 설명한 바와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
쉴드 회로(200)는 쉴드 코일(211), 쉴드 커패시터(213), 화력 보강 커패시터(221) 및 제2 스위치(223)를 포함할 수 있다.
쉴드 코일(211) 및 쉴드 커패시터(213)는 앞에서 설명한 바와 동일하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
화력 보강 커패시터(221)는 쉴드 커패시터(213)와 병렬 연결될 수 있다. 화력 보강 커패시터(221)와 쉴드 커패시터(213) 사이에 제2 스위치(223)가 연결될 수 있다. 제2 스위치(223)는 일단이 쉴드 코일(211)과 화력 보강 커패시터(221) 사이에 연결되고, 타단이 쉴드 커패시터(213)에 연결될 수 있다.
제2 스위치(223)가 온이면, 쉴드 코일(211)은 병렬 연결된 화력 보강 커패시터(221) 및 쉴드 커패시터(223)와 연결될 수 있다. 제2 스위치(223)가 온일 때, 전류는 쉴드 코일(211)과 병렬 연결된 화력 보강 커패시터(221) 및 쉴드 커패시터(223)를 연결하는 경로(path)를 따라 흐를 수 있다.
쉴드 코일(211)의 인덕턴스가 L이고, 화력 보강 커패시터(221)의 커패시턴스가 C1이고, 쉴드 커패시터(223)의 커패시턴스가 C2라면, 제2 스위치(223)가 온일 때 합성 커패시턴스는 C1+C2일 수 있다. 따라서, 공진 주파수를 산출하는 식
Figure pat00001
을 고려할 때, 합성 커패시턴스가 커지면서 공진 주파수가 작아질 수 있다. 특히, 공진 주파수는 동작 주파수 보다 작도록 C1과 C2이 결정되어 있을 수 있고, 이에 따라 워킹 코일(12)과 쉴드 코일(211)의 전류 위상이 역위상(예를 들어, 위상차 약 180도)일 수 있다. 워킹 코일(12)과 쉴드 코일(211)의 전류 위상이 역위상이므로, 각각에서 자기장이 반대 방향으로 형성되는 바, 자기장이 상쇄되므로, 전자파 저감 모드로 동작할 수 있다.
한편, 제2 스위치(223)가 오프이면, 쉴드 코일(211)은 화력 보강 커패시터(221)에만 연결될 수 있다. 제2 스위치(223)가 오프일 때, 전류는 쉴드 코일(211)과 화력 보강 커패시터(221)를 연결하는 경로를 따라 흐를 수 있다.
쉴드 코일(211)의 인덕턴스가 L이고, 화력 보강 커패시터(221)의 커패시턴스가 C1이고, 쉴드 커패시터(223)의 커패시턴스가 C2라면, 제2 스위치(223)가 오프일 때 합성 커패시턴스는 C1일 수 있다. 따라서, 공진 주파수를 산출하는 식
Figure pat00002
을 고려할 때, 제2 스위치(223)가 오프일 때 공진 주파수는 제2 스위치(223)가 온일 때 공진 주파수 클 수 있다. 특히, 제2 스위치(223)가 오프일 때 공진 주파수는 동작 주파수 보다 크도록 C1이 결정되어 잇을 수 있고, 이에 따라 워킹 코일(12)과 쉴드 코일(211)의 전류 위상이 동위상(예를 들어, 위상차 약 0도)일 수 있다. 워킹 코일(12)과 쉴드 코일(211)의 전류 위상이 동위상이므로, 각각에서 자기장이 같은 방향으로 형성되고, 이에 따라 자기장이 집중되므로, 화력이 더 강해지는 화력 보강 모드로 동작할 수 있다.
도 13은 본 개시의 실시 예에 따른 동작 모드에 따른 쉴드 회로의 모습이 도시된 도면이다.
구체적으로, 도 13의 (a)는 화력 보강 모드로 동작할 때 쉴드 회로의 모습일 수 있다. 제2 스위치(223)는 화력 보강 모드에서 오프되고, 이에 따라 전류가 쉴드 코일(221)과 화력 보강 커패시터(221)를 흐를 수 있다.
도 13의 (b)는 전자파 저감 모드로 동작할 때 쉴드 회로의 모습일 수 있다. 제2 스위치(223)는 전자파 저감 모드에서 온되고, 이에 따라 전류가 쉴드 코일(221), 화력 보강 커패시터(221) 및 쉴드 커패시터(213)를 흐를 수 있다.
도 14는 본 개시의 실시 예에 따른 동작 모드에 따른 워킹 코일과 쉴드 코일의 전류 펄스가 도시된 도면이다.
구체적으로, 도 14의 (a)는 화력 보강 모드로 동작할 때 워킹 코일(12)을 흐르는 전류와 쉴드 코일(211)을 흐르는 전류가 도시된 도면이다. 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 화력 보강 모드에서는 워킹 코일(12)과 쉴드 코일(213)의 위상은 동일할 수 있다. 이에 따라, 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장과 쉴드 코일(213)에서 발생한 자기장이 조리 용기(1)에 집중되어, 출력이 높아질 수 있다.
한편, 도 14의 (b)는 전자파 저감 모드로 동작할 때 워킹 코일(12)을 흐르는 전류와 쉴드 코일(211)을 흐르는 전류가 도시된 도면이다. 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 전자파 저감 모드에서는 워킹 코일(12)과 쉴드 코일(213)의 위상은 약 180도 차이일 수 있다. 이에 따라, 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장은 쉴드 코일(213)에서 발생한 자기장과 상쇄되어, 전자파 발생을 최소화할 수 있다.
도 15는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 쿡탑(10)은 조리 용기(1)에 따라서 동작 모드를 달리할 수 있다. 특히, 쿡탑(10)은 Pulse Decaying을 적용하여 조리 용기(1)를 판단하고, 판단 결과에 따라 동작할 수 있다. 이하, 그 방법을 구체적으로 설명한다.
쿡탑(10)은 구비된 각 구성을 제어하기 위한 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
제어부는 워킹 코일(12) 및 쉴드 코일(211)에 전압을 인가할 수 있다(S12).
제1 실시 예에 따르면, 인버터(140)가 워킹 코일(12)에 전압을 인가하고, 쉴드 코일(211)은 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장에 의해 전압이 인가될 수 있다.
제2 실시 예에 따르면, 쉴드 코일(211)이 인버터(140) 또는 별도의 인버터(미도시)에 연결되어, 워킹 코일(12)과 쉴드 코일(211) 각각 인버터에 의해 전압이 인가될 수 있다.
제어부는 워킹 코일(12) 및 쉴드 코일(211) 각각에서의 전압 정보에 기초하여 조리 용기(1)에 대한 정보를 획득할 수 있다(S14).
워킹 코일(12)과 쉴드 코일(211)에는 전압이 인가됨에 따라 전압 펄스가 형성되는데, 조리 용기(1)의 유무, 조리 용기(1)의 크기, 조리 용기(1)의 배치 상태 등에 의해 전압 펄스가 상이하게 형성될 수 있다. 제2 스위치223)는 조리 용기(1)에 대한 정보에 따라 온 똔느 오프될 수 있다.
따라서, 전압 정보는 전압 펄스에 대한 정보를 의미할 수 있다. 도 16 내지 도 19를 참조하여, 조리 용기(1)에 따른 전압 펄스에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 16은 조리 용기가 없는 경우 워킹 코일과 쉴드 코일 각각에서의 전압 펄스가 도시된 도면이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 상판 글래스(11)에 조리 용기(1)가 없다면, 워킹 코일(121)에서 전압 펄스는 점차 감소하는 형태로 형성되고, 쉴드 코일(211)에서는 유도 전류가 형성될 때 일시적으로 크게 증가 후 감소한 다음, 점차 감소하는 형태로 형성될 수 있다.
도 17은 기준 크기 이하의 조리 용기가 가열 영역에 얼라인된 경우 워킹 코일과 쉴드 코일 각각에서의 전압 펄스가 도시된 도면이다.
가열 영역은 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장이 통과하는 영역을 나타낼 수 있다. 조리 용기(1)가 가열 영역에 얼라인된 경우는, 조리 용기(1)가 상판 글래스(11)에 형성된 가열 영역에 제대로 올려진 경우로, 조리 용기(1)가 가열 영역의 기준 면적 이상 차지하도록 배치된 경우를 의미할 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 조리 용기(1)의 크기가 기준 크기 이하이며 얼라인된 경우, 워킹 코일(12)에 전압 펄스가 증가한 후 급격하게 감소하며, 이 때 피크치는 제1 값이고, 피크치에서 0으로 감소하기까지 제1 시간이 소요될 수 있다. 한편, 쉴드 코일(211)에서도 전압 펄스가 증가한 후 감소하는데, 이 때 피크치는 제2 값이고 피크치에서 0으로 감소하기까지 제2 시간이 소요될 수 있다.
도 18은 기준 크기 이하의 조리 용기가 가열 영역에 미스 얼라인된 경우 워킹 코일과 쉴드 코일 각각에서의 전압 펄스가 도시된 도면이다.
조리 용기(1)가 가열 영역에 미스 얼라인된 경우는, 조리 용기(1)가 상판 글래스(11)에 형성된 가열 영역에 제대로 올려지지 않은 경우로, 조리 용기(1)가 가열 영역의 기준 면적 미만만 차지하도록 배치된 경우를 의미할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 조리 용기(1)의 크기가 기준 크기 이하이며 미스 얼라인된 경우, 워킹 코일(12)에 전압 펄스가 증가한 후 감소하며, 이 때 피크치는 도 17에서의 제1 값 보다 큰 제3 값이고, 피크치에서 0으로 감소하기까지 제1 시간 보다 긴 제3 시간이 소요될 수 있다. 한편, 쉴드 코일(211)에서는 전압 펄스가 증가 후 감소를 최소 2회 반복할 수 있고, 이 때 피크치는 제2 값 보다 큰 제4 값일 수 있고, 피크치에서 0으로 감소하기까지 제2 시간 보다 긴 제4 시간이 소요될 수 있다.
도 19는 기준 크기 초과의 조리 용기가 가열 영역에 얼라인된 경우 워킹 코일과 쉴드 코일 각각에서의 전압 펄스가 도시된 도면이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 조리 용기(1)의 크기가 기준 크기 초과이며 얼라인된 경우, 워킹 코일(12)에 전압 펄스가 증가한 후 감소하며, 이 때 피크치는 도 18에서의 제3 값과 유사하고, 피크치에서 0으로 감소하기까지 제1 시간 보다 길고 제3 시간 보다 짧은 제5 시간이 소요될 수 있다. 한편, 쉴드 코일(211)에서도 전압 펄스가 증가한 후 감소하는데, 이 때 피크치는 도 17의 제2 값 및 도 18의 제4 값 각각 보다 작은 제6 값이고 피크치에서 0으로 감소하기까지 도 17의 제2 시간 보다 짧은 제6 시간이 소요될 수 있다.
도 16 내지 도 19를 통해 확인했듯이, 조리 용기(1)의 유무, 조리 용기(1)의 크기, 조리 용기(1)의 얼라인 여부 등에 따라 워킹 코일(12)과 쉴드 코일(211) 각각에서 전압 펄스 상이하다. 따라서, 제어부는 워킹 코일(12)에서의 전압 펄스와 쉴드 코일(211)에서의 전압 펄스 중 적어도 하나에 기초하여 조리 용기(1)의 유무, 조리 용기(1)의 크기, 조리 용기(1)의 배치 상태를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 제어부는 워킹 코일(12)에서의 전압 펄스와 쉴드 코일(211)에서의 전압 펄스를 통해, 펄스 카운트, 피크치, 피크치에서 0까지 감소하는데 소요되는 시간, 피크치에서 최초 0 도달 지점까지의 기울기 등의 정보를 이용하여, 조리 용기(1)에 대한 정보를 획득할 수 있다.
다시, 도 13을 설명한다.
제어부는 조리 용기에 대한 정보를 획득하면, 조리 용기가 존재하는지 판단할 수 있다(S16).
제어부는 조리 용기(1)의 존재 유무를 먼저 판단할 수 있다.
제어부는 조리 용기(1)가 존재하지 않으면, 다시 워킹 코일(12) 및 쉴드 코일(211)에 전압을 인가할 수 있다.
제어부는 조리 용기(1)가 존재하면, 조리 용기(1)의 크기가 기준 크기 보다 큰지 판단할 수 있다(S18).
본 명세서에서 기준 크기는 미리 설정된 것으로, 가열 영역의 크기에 따라 다르게 설정될 수 있다.
제어부는 조리 용기(1)의 크기가 기준 크기 보다 크면, 화력 보강 모드로 동작할 수 있다(S20).
즉, 제어부는 조리 용기(1)의 크기가 기준 크기 보다 크면, 제2 스위치(223)를 오프시키고, 이에 따라 화력 보강 모드로 동작할 수 있다.
조리 용기(1)가 클 경우에는, 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장의 대부분이 조리 용기(1)를 통과하기 때문에 쿡탑(10) 외부로 노출되는 자기장이 적기 때문이다.
한편, 제어부는 조리 용기(1)가 기준 크기 이하이면, 조리 용기가 가열 영역에 얼라인되었는지 판단할 수 있다(S22).
제어부는 조리 용기(1)가 기준 크기 이하이며, 가열 영역에 얼라인되어 있으면, 전자파 저감 모드로 동작할 수 있다(S24).
즉, 제어부는 조리 용기(1)의 크기가 기준 크기 이하이면, 제2 스위치(223)를 온 시키고, 이에 따라 전자파 저감 모드로 동작할 수 있다.
조리 용기(1)가 작을 경우에는, 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장 중 일부가 조리 용기(1)에 도달하지 못하고 쿡탑(10) 외부로 노출될 가능성이 높기 때문이다.
한편, 제어부는 조리 용기(1)의 크기가 기준 크기 이하이고, 가열 영역에 얼라인 되지 않았으면, 얼라인 조정 알림을 출력할 수 있다(S26).
조리 용기(1)가 가열 영역에 제대로 배치되지 않으면, 전자파가 쿡탑(10) 외부로 노출될 가능성이 높을 뿐만 아니라 가열 효율이 떨어지므로, LED(미도시) 또는 스피커(미도시) 등으로 알림을 출력할 수 있다. 쿡탑(10)은 조리 용기(1)의 크기가 기준 크기 이하이며 조리 용기(1)가 가열 영역에 얼라인되지 않은 경우 알림을 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있고, 출력부는 LED(미도시) 또는 스피커(미도시) 등 중 적어도 하나일 수 있다.
다음으로, 도 20 내지 도 22를 참조하여, 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑(10)의 가열 효율을 설명한다. 특히, 가열 효율은 가열 영역에서의 자기장 분포를 통해 설명한다.
도 20은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑이 기준 크기 보다 작은 조리 용기를 가열할 때 가열 영역의 자기장 분포가 도시된 도면이다.
도 20에서 조리 용기(1)는 가열 영역에 얼라인 된 것으로 가정한다.
도 20의 (a)는 쉴드 회로(200)를 구비하지 않은 쿡탑(10)에서 가열 영역의 자기장 분포이고, 도 20의 (b)는 쉴드 회로(200)를 구비하는 쿡탑(10)에서 가열 영역의 자기장 분포이다.
도 20을 참조하면, 가열 영역에서는 쉴드 회로(200)의 구비 여부와 관계없이 조리 용기(냄비)의 하부 자기장 분포는 유사함을 확인할 수 있다. 따라서, 쉴드 회로(200)의 유무와 관계없이 조리 용기(1)에 대한 가열 성능은 유사함을 확인 가능하다. 즉, 쿡탑(10)이 쉴드 회로(200)를 포함하더라도, 쉴드 회로(200)를 포함하지 않는 경우와 동일 또는 유사한 가열 성능으로 조리 용기(1)를 가열할 수 있는 동시에, 쿡탑(10) 외부로의 전자파 노출을 최소화할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 21은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑이 기준 크기 보다 큰 조리 용기를 가열할 때 가열 영역의 자기장 분포가 도시된 도면이다.
도 21의 (a)는 쉴드 회로(200)를 구비하지 않은 쿡탑(10)에서 가열 영역의 자기장 분포이고, 도 21의 (b)는 쉴드 회로(200)를 구비하며, 전자파 저감 모드로 동작할 때 쿡탑(10)에서 가열 영역의 자기장 분포이고, 도 21의 (c)는 쉴드 회로(200)를 구비하며, 화력 보강 모드로 동작할 때 쿡탑(10)에서 가열 영역의 자기장 분포이다.
도 21을 참조하면, 쿡탑(10)이 쉴드 회로(200)를 구비하며, 화력 보강 모드로 동작(동위상으로 동작)시 가열 영역의 자기장 세기가 전자파 저감 모드로 동작(역위상으로 동작)시 가열 영역의 자기장 세기 보다 센 것을 확인 가능하다. 즉, 쿡탑(10)이 쉴드 회로(200)를 포함하며, 기준 크기 이상의 조리 용기(1)를 가열할 경우에는, 화력 보강 모드로 동작함으로써, 출력을 높일 수 있음을 확인할 수 있다.
도 22는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑에서 외부로 노출되는 자기장 크기가 도시된 도면이다.
Coil+Ferrite는 기존 쿡탑으로, 쉴드 회로(200)를 구비하지 않는 쿡탑을 나타낸다. Coil+Ferrite+쉴드 코일은 쉴드 회로(200)를 구비하는 쿡탑을 나타낸다. Full model은 Coil+Ferrite+Aluminum으로 Aluminum은 알루미늄 플레이트(12a)를 의미할 수 있다.
도 22를 참조하면, 알루미늄 플레이트(12a)를 제거할 경우 외부로 노출되는 자기장이 증가하나, 쉴드 회로(200)를 구비하면 전자파가 저감되는 성능을 확인할 수 있다. 즉, 도 22를 통해, 쿡탑(10)이 쉴드 회로(200)를 구비할 경우, 알루미늄 플레이트(12a)의 제작 및 조립 비용, 부피, 무게 등을 줄일 수 있는 이점이 있음을 확인 가능하다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 쿡탑(10)의 외부로 노출되는 자기장을 상쇄시키거나, 노출되는 자기장을 수집 및 집적화하여 이를 제2 소스원으로 재활용함에 따라, 노출 자기장을 저감시키는 동시에 화력 보강이 가능한 이점이 있다.
즉, 본 개시의 실시 예에 따르면, 전자파의 저감 뿐만 아니라 조리 용기(1)의 가열을 극대화할 수 있는 이점이 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 개시에 개시된 실시 예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 조리 용기가 가열되는 가열 영역이 형성된 상판 글래스;
    상기 조리 용기가 가열되도록 제1 자기장을 발생시키는 워킹 코일;
    상기 워킹 코일에 전류가 흐르도록 구동되는 스위칭 소자를 구비하는 인버터; 및
    상기 제1 자기장과 상쇄되는 제2 자기장을 발생시키는 쉴드 회로를 포함하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 쉴드 회로는
    쉴드 코일, 및
    쉴드 커패시터를 포함하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 쉴드 회로는
    전자파 저감 모드로의 동작 여부를 결정하는 제1 스위치를 더 포함하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 스위치는
    상기 제로 크로싱 지점에서 온 또는 오프되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 쉴드 회로는
    화력 보강 모도로의 동작 여부를 결정하는 제2 스위치, 및
    화력 보강 커패시터를 더 포함하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 쉴드 커패시터와 상기 화력 보강 커패시터는 병렬 연결되고,
    상기 제2 스위치는 상기 쉴드 커패시터와 상기 화력 보강 커패시터 사이에 연결되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 스위치는
    화력 보강 모드에서 오프되고, 전자파 저감 모드에서 온되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 스위치는
    상기 조리 용기에 대한 정보에 따라 온 또는 오프되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 스위치는
    상기 조리 용기의 크기가 기설정된 기준 크기 보다 크면 오프되고,
    상기 조리 용기의 크기가 상기 기준 크기 보다 작으면 온되는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 조리 용기의 크기가 상기 기준 크기 이하이고, 상기 조리 용기가 상기 가열 영역에 얼라인되지 않은 경우 알림을 출력하는 출력부를 더 포함하는
    유도 가열 방식의 쿡탑.





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