KR102052705B1

KR102052705B1 - 유도 가열 장치

Info

Publication number: KR102052705B1
Application number: KR1020170080806A
Authority: KR
Inventors: 허제식; 김광록; 이희준
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2019-12-05
Anticipated expiration: 2037-06-26
Also published as: EP3422809A1; EP3422809B1; KR20190001202A; US11006485B2; US20180376542A1; ES2769376T3

Abstract

본 발명은 유도 가열 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 새로운 용기 감지 센서는 워킹 코일의 중앙 영역에 배치된다. 이에 따라서 센싱 코일과 워킹 코일은 서로 인접하게 된다. 이러한 구조로 인해서, 워킹 코일에 가열 동작을 위한 전류가 인가될 경우, 워킹 코일에 인가되는 전류에 의해서 발생하는 자기에 의해서 센싱 코일에 유기 전압이 발생한다. 본 발명에서는 이와 같이 워킹 코일의 가열 동작이 수행될 때 센싱 코일에 발생하는 유기 전압을 감소시키기 위하여 제한 회로가 사용된다.

Description

유도 가열 장치{INDUCTION HEATING APPARATUS}

본 발명은 유도 가열 장치에 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 피가열 물체, 예컨대 냄비와 같은 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.

전기를 이용하여 피가열 물체를 가열하는 방식은 크게 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 나누어진다. 전기 저항 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열 물체에 전달함으로써 피가열 물체를 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 워킹 코일에 인가할 때 워킹 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 피가열 물체에 와전류(eddy current)를 발생시켜 피가열 물체 자체가 가열되도록 하는 방식이다.

유도 가열 방식의 원리를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저 유도 가열 장치에 전원이 인가됨에 따라 소정 크기의 고주파 전압이 코일에 인가된다. 이에 따라 유도 가열 장치 내부에 배치되는 워킹 코일 주변에는 유도 자계가 발생하게 된다. 이와 같이 발생한 유도 자계의 자력선이 유도 가열 장치 상부에 놓인 금속 성분을 포함한 피가열 물체의 바닥을 통과하면, 피가열 물체 바닥의 내부에 와전류가 발생한다. 이렇게 발생한 와전류가 피가열 물체 바닥에 흐르면 피가열 물체 자체가 가열된다.

유도 가열 장치를 사용할 경우, 유도 가열 장치의 상판부는 가열되지 않고 피가열 물체 자체만 가열된다. 따라서 피가열 물체를 유도 가열 장치의 상판부에서 들어올리면 코일 주변의 유도 자계가 소멸되면서 피가열 물체의 발열도 즉시 중단된다. 또한 유도 가열 장치는 워킹 코일이 발열되지 않기 때문에 조리가 이루어지는 동안에도 상판부의 온도가 비교적 낮은 온도로 유지되어 안전하다는 장점을 갖는다.

또한 유도 가열 장치는 유도 가열에 의해 피가열 물체 자체를 가열시키므로 가스 레인지나 저항 가열 방식 장치에 비해 에너지 효율이 높다는 장점이 있다. 이와 같은 유도 가열 장치의 다른 장점은 다른 방식의 가열 장치에 비해 보다 짧은 시간 내에 피가열 물체를 가열할 수 있다는 점이다. 유도 가열 장치의 출력이 높을수록 보다 빠르게 피가열 물체를 가열할 수 있다.

한편, 유도 가열 장치는 사용 가능한 용기가 한정적이라는 제약을 갖는다. 즉 앞서 설명된 바와 같이 유도 가열 장치의 코일에 고주파 전력이 공급될 때 와전류가 발생되는 용기만이 유도 가열 장치에서 사용 가능하다. 이러한 제약에 따라서, 유도 가열 장치 상부에 놓인 피가열 물체가 사용 가능 용기인지 여부를 정확하게 판단하는 것이 중요하다.

이에 따라 종래에는 유도 가열 장치 내부의 워킹 코일에 미리 정해진 시간 동한 미리 정해진 크기의 전력을 공급하여, 피가열 물체에 앞서 설명된 와전류가 발생하는지 여부에 따라서 피가열 물체의 종류, 즉 피가열 물체가 사용 가능 용기인지 여부를 판별한다. 그러나 이러한 방법에 따르면 피가열 물체의 판별을 위하여 지나치게 많은 전력(예컨대, 200W 이상)이 소모되는 문제가 있다.

따라서 보다 적은 전력을 소모하면서도 피가열 물체의 종류를 정확하고 빠르게 판별할 수 있는 새로운 구조의 유도 가열 장치가 요구된다.

본 발명은 종래에 비해 보다 적은 전력을 소모하여 피가열 물체의 종류를 정확하고 빠르게 판별할 수 있는 용기 감지 센서 및 용기 감지 센서를 포함하는 유도 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 피가열 물체의 온도 측정 및 피가열 물체의 종류 판별을 동시에 수행할 수 있는 용기 감지 센서 및 용기 감지 센서를 포함하는 유도 가열 장치를 제공하는 것을 다른 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.

전술한 바와 같이 종래에 비해 보다 적은 전력을 소모하여 피가열 물체의 종류를 정확하게 판별하기 위하여, 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 피가열 물체의 종류 판별을 위한 새로운 구조의 용기 감지 센서를 구비한다.

본 발명에 따른 새로운 구조의 용기 감지 센서는 외부에 센싱 코일이 감기며 원통 형상을 갖는 몸체를 갖는다. 또한 용기 감지 센서의 몸체 내부에 형성되는 수용 공간에는 온도 센서가 수용된다. 이와 같은 구조를 갖는 용기 감지 센서는 워킹 코일의 중앙 영역에 배치되어 워킹 코일과 대응되는 위치에 놓여지는 피가열 물체의 종류를 판별하는 동시에 피가열 물체의 온도를 측정할 수 있다.

특히 본 발명에 따른 용기 감지 센서에 포함되는 센싱 코일은 워킹 코일에 비해 적은 회전 수 및 총 길이를 가지므로, 종래의 워킹 코일을 이용한 피가열 물체 판별 방법에 비해 보다 적은 전력을 소모하면서 피가열 물체의 종류를 판별할 수 있다.

또한 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 용기 감지 센서의 내부 공간에는 온도 센서가 수용된다. 따라서 종래에 비해 보다 작은 크기 및 부피를 갖는 센서로 온도 측정 및 피가열 물체의 종류 판별 기능을 동시에 수행할 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 새로운 용기 감지 센서는 워킹 코일의 중앙 영역에 배치된다. 이에 따라서 센싱 코일과 워킹 코일은 서로 인접하게 된다. 이러한 구조로 인해서, 워킹 코일에 가열 동작을 위한 전류가 인가될 경우, 워킹 코일에 인가되는 전류에 의해서 발생하는 자기에 의해서 센싱 코일에 유기 전압이 발생한다. 이러한 유기 전압으로 인하여 센싱 코일과 전기적으로 연결되는 부품이나 소자가 오동작하거나 파손될 가능성이 높아진다.

본 발명에서는 이와 같이 워킹 코일의 가열 동작이 수행될 때 센싱 코일에 발생하는 유기 전압을 감소시키기 위하여 제한 회로가 사용된다. 본 발명에 따른 제한 회로는 센싱 코일과 병렬로 연결되는 센싱 코일과 병렬로 연결되는 제1 제너 다이오드 및 제1 제너 다이오드와 직렬로 연결되며 제1 제너 다이오드와 서로 다른 방향으로 연결되는 제2 제너 다이오드를 포함한다. 이와 같은 제한 회로에 의해서 센싱 코일에 흐르는 유기 전압의 크기가 미리 정해진 제한 범위 이내로 제한된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 피가열 물체가 안착되는 상판부, 상기 상판부 하부에 배치되며 유도 전류를 이용하여 상기 피가열 물체를 가열하는 워킹 코일, 상기 워킹 코일의 중앙 영역에 배치되며 센싱 코일을 포함하는 용기 감지 센서, 상기 용기 감지 센서의 센싱 결과에 기초하여 상기 피가열 물체가 사용 가능 용기인지 여부를 판별하는 제어부 및 상기 워킹 코일에 의한 가열 동작이 수행될 때 제한 회로를 이용하여 상기 센싱 코일에 발생하는 유기 전압의 크기를 미리 정해진 제한 범위 이내로 제한하는 제한 회로를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 제한 회로는 상기 센싱 코일과 병렬로 연결되는 제1 제너 다이오드 및 상기 제1 제너 다이오드와 직렬로 연결되며 상기 제1 제너 다이오드와 서로 다른 방향으로 연결되는 제2 제너 다이오드를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제한 범위는 상한 전압 및 하한 전압을 포함하고, 상기 상한 전압 및 상기 하한 전압은 상기 제1 제너 다이오드의 제너 전압 및 상기 제2 제너 다이오드의 제너 전압에 의해서 결정될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 용기 감지 센서는 내부에 제1 수용 공간이 형성되며 원통 형상을 갖는 몸체 및 상기 제1 수용 공간에 수용되며 내부에 제2 수용 공간이 형성되는 원통 형상을 갖는 자성 코어부를 포함하고, 상기 센싱 코일은 미리 정해진 회전 수에 따라서 상기 몸체의 외부면에 감길 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 용기 감지 센서는 상기 제2 수용 공간에 수용되는 온도 센서를 더 포함할 수 있다

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 용기 감지 센서는 상기 몸체 하부에 배치되며 상기 자성 코어부를 지지하기 위한 제2 배리어를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2 배리어는 상기 제2 수용 공간에 수용되는 온도 센서와 연결되는 도선을 상기 몸체 외부로 노출시키기 위한 도선용 홀을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 센싱 코일에 전류가 인가될 때 측정되는 상기 전류의 위상값이 미리 정해진 제1 기준값을 초과하면 상기 피가열 물체를 사용 가능 용기로 결정할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 센싱 코일에 전류가 인가될 때 측정되는 상기 센싱 코일의 인덕턴스 값이 미리 정해진 제2 기준값을 초과하면 상기 피가열 물체를 사용 가능 용기로 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 용기 감지 센서 및 용기 감지 센서를 포함하는 유도 가열 장치는 종래에 비해 보다 적은 전력을 소모하여 피가열 물체의 종류를 정확하고 빠르게 판별할 수 있는 장점을 갖는다.

또한 본 발명에 따른 용기 감지 센서 및 용기 감지 센서를 포함하는 유도 가열 장치는 피가열 물체의 온도 측정 및 피가열 물체의 종류 판별을 동시에 수행할 수 있는 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에 포함되는 워킹 코일 어셈블리의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 워킹 코일 어셈블리에 포함되는 코일 베이스의 하부를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 감지 센서의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 감지 센서에 포함되는 몸체의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 감지 센서의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용기 감지 센서의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제한 회로가 적용되지 않았을 때 워킹 코일의 가열 동작에 따라서 센싱 코일에 발생하는 유기 전압의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제한 회로가 적용되었을 때 워킹 코일의 가열 동작에 따라서 센싱 코일에 발생하는 유기 전압의 크기를 나타내는 그래프이다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(10)는 본체를 구성하는 케이스(102) 및 케이스(102)와 결합되어 케이스(102)를 밀폐하는 커버 플레이트(104)를 포함한다.

커버 플레이트(104)는 케이스(102)의 상면과 결합하여 케이스(102) 내부에 형성되는 공간을 외부로부터 밀폐한다. 커버 플레이트(104)는 조리 용기와 같은 피가열 물체가 놓일 수 있는 상판부(106)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상판부(106)는 세라믹 글래스와 같은 강화 유리 재질로 이루어질 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 케이스(102) 내부에 형성되는 공간에는 피가열 물체를 가열하기 위한 워킹 코일 어셈블리(108, 110)가 배치된다. 또한 케이스(102) 내부에는 사용자로 하여금 전원을 인가하게 하거나 워킹 코일 어셈블리(108, 110)의 출력을 조절하게 하는 기능과, 유도 가열 장치(10)와 관련된 정보를 표시하는 기능을 갖는 인터페이스부(114)가 구비된다. 인터페이스부(114)는 터치에 의한 정보 입력 및 정보 표시가 모두 가능한 터치 패널로 이루어질 수 있으나, 실시예에 따라서 다른 구조의 인터페이스부(114)가 사용될 수도 있다.

또한 상판부(106)에는 인터페이스부(114)와 대응되는 위치에 배치되는 조작 영역(118)이 구비된다. 사용자의 조작을 위하여, 조작 영역(118)에는 문자나 이미지등이 미리 인쇄될 수 있다. 사용자는 미리 인쇄된 문자나 이미지를 참고하여 조작 영역(118)의 특정 지점을 터치함으로써 원하는 조작을 수행할 수 있다. 또한 인터페이스부(114)에 의해서 출력되는 정보는 상판부(106)를 통해서 표시될 수 있다.

또한 케이스(102) 내부에 형성되는 공간에는 워킹 코일 어셈블리(108, 110)나 인터페이스부(114)에 전력을 공급하기 위한 전원부(112)가 배치된다.

참고로 도 1의 실시예에서는 케이스(102) 내부에 두 개의 워킹 코일어셈블리(108, 110)가 도시되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서 케이스(102) 내부에는 하나의 워킹 코일 어셈블리가 배치되거나 두 개 이상의 워킹 코일 어셈블리가 배치될 수도 있다.

워킹 코일 어셈블리(108, 110)는 전원부(112)에 의해 공급되는 고주파 교류 전류를 이용하여 유도 자계를 형성하는 워킹 코일, 그리고 피가열 물체에 의해 발생하는 열로부터 코일을 보호하기 위한 단열 시트(116)를 포함한다. 실시예에 따라서는 단열 시트(116)가 생략될 수도 있다.

또한 도 1에는 도시되지 않았으나 케이스(102) 내부에 형성되는 공간에는 제어부(미도시)가 배치될 수 있다. 제어부(미도시)는 인터페이스부(114)를 통해서 사용자의 명령을 입력받고, 사용자의 명령에 따라서 전원부(112)를 제어하여 워킹 코일로의 전력 공급을 제어한다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에 포함되는 워킹 코일 어셈블리의 구조를 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에 포함되는 워킹 코일 어셈블리의 구조를 나타내는 사시도이다. 또한 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 워킹 코일 어셈블리에 포함되는 코일 베이스의 하부를 나타내는 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 워킹 코일 어셈블리는 제1 워킹 코일(202), 제2 워킹 코일(204), 코일 베이스(206)를 포함한다.

제1 워킹 코일(202)은 코일 베이스(206)의 상부에 장착되며 반지름 방향으로 제1 회전 수만큼 감겨진다. 또한 제2 워킹 코일(204)은 코일 베이스(206)의 상부에 장착되고, 제1 워킹 코일(202)과 중심을 공유하며 반지름 방향으로 제2 회전 수만큼 감겨진다.

제1 워킹 코일(202)의 회전 수 및 제2 워킹 코일(204)의 회전 수는 실시예에 따라 달라질 수 있다. 제1 워킹 코일(202)의 회전 수 및 제2 워킹 코일(204)의 회전 수의 합은 코일 베이스(206)의 크기 및 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 규격에 따라 제한될 수 있다.

제1 워킹 코일(202)의 양단 및 제2 워킹 코일(204)의 양단은 각각 제1 워킹 코일(202)의 양단 및 제2 워킹 코일(204)의 외부로 연장된다. 제1 워킹 코일(202)의 양단에는 커넥터(204a, 204b)가 연결되고, 제2 워킹 코일(204)의 양단에는 커넥터(204c, 204d)가 연결된다. 제1 워킹 코일(202) 및 제2 워킹 코일(204)은 커넥터(204a, 204b, 204c, 204d)를 통해 제어부(미도시) 또는 전원부(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라서 커넥터(204a, 204b, 204c, 204d)는 전도성의 연결 단자로 구현될 수도 있다.

코일 베이스(206)는 제1 워킹 코일(202) 및 제2 워킹 코일(204)을 수용하기 위한 구조체로서 비전도성 물질로 이루어진다. 제1 워킹 코일(202) 및 제2 워킹 코일(204)이 장착되는 영역의 하단에는 후술하는 자성 시트, 예컨대 페라이트 시트를 수용하기 위한 수용구(212a~212h)가 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 코일 베이스의 하부에는 페라이트 시트(314a~414h)를 수용하기 위한 수용구(312a~312h)가 형성된다. 페라이트 시트는 제1 워킹 코일(202) 및 제2 워킹 코일(204)의 반지름 방향으로 배치된다. 참고로 페라이트 시트의 개수, 형상, 위치, 단면적 등은 실시예에 따라 달라질 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 코일 베이스의 상부에는 제1 워킹 코일(202) 및 제2 워킹 코일(204)이 장착되고, 제1 워킹 코일(202) 및 제2 워킹 코일(204)의 하부에는 자성 시트가 장착된다. 이러한 자성 시트는 제1 워킹 코일(202) 및 제2 워킹 코일(204)에 의해서 생성되는 자속이 코일 베이스(206)의 하부 방향으로 향하는 것을 차단함으로써 제1 워킹 코일(202) 및 제2 워킹 코일(204)에 의해서 생성되는 자속의 밀도를 증가시킬 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 워킹 코일(202)의 중앙 영역에는 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 감지 센서(220)가 배치될 수 있다. 도 2의 실시예에서 용기 감지 센서(220)는 제1 워킹 코일(202)과 중심을 공유하도록 배치되어 있으나, 실시예에 따라서 용기 감지 센서(220)의 위치는 중앙 영역 내에서 달라질 수 있다.

용기 감지 센서(220)의 외부면에는 미리 정해진 회전 수에 따라서 센싱 코일(222)이 감겨 있다. 센싱 코일(222)의 양단에는 커넥터(222a, 222b)가 연결된다. 센싱 코일(222)은 커넥터(222a, 222b)를 통해서 제어부(미도시) 또는 전원부(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(미도시)는 용기 감지 센서(220)의 커넥터(222a, 222b)를 통해 센싱 코일(222)에 전류를 공급하여 피가열 물체의 종류를 판별할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 감지 센서의 구성도이다.

도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 감지 센서(220)는 원통 형상을 갖는 몸체(234)를 포함한다. 몸체(234)는 내부가 비어있는 원통 형상을 갖는데, 몸체(234) 내부에 형성되는 공간은 제1 수용 공간으로 정의된다.

몸체(234)의 외부면에는 미리 정해진 권선수에 따라서 센싱 코일(222)이 감겨 있다. 센싱 코일(222)의 양단에는 다른 장치와의 전기적 연결을 위한 커넥터(222a, 222b)가 연결될 수 있다. 센싱 코일(222)은 커넥터(222a, 222b)를 통해서 제어부(미도시) 또는 전원부(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 제어부(미도시)는 전원부(미도시)를 통해서 센싱 코일(222)에 전류를 인가할 때 나타나는 센싱 코일(222)의 인덕턴스 값의 변화나 전류의 위상 변화에 기초하여 피가열 물체의 종류,즉 피가열 물체가 사용 가능 용기인지 아니면 사용 불가 용기인지 여부를 판별할 수 있다.

또한 용기 감지 센서(220)는 몸체(234)의 제1 수용 공간에 수용되며 원통 형상을 갖는 자성 코어부(232)를 포함한다. 자성 코어부(232)는 자성을 갖는 물질, 예컨대 페라이트로 이루어질 수 있다. 자성 코어부(232)는 센싱 코일(222)에 전류가 흐를 때 센싱 코일(222)에 유도되는 자속의 밀도를 증가시키는 역할을 한다.

자성 코어부(232)는 내부가 비어있는 원통 형상을 갖는데, 자성 코어부(232) 내부에 형성되는 공간은 제2 수용 공간으로 정의된다.

자성 코어부(232)의 제2 수용 공간 내부에는 온도 센서(230)가 수용될 수 있다. 온도 센서(230)는 피가열 물체의 온도를 측정하기 위한 센서로서, 다른 장치와의 전기적인 연결을 위한 도선(230a, 230b)을 구비한다. 온도 센서(230)의 도선(230a, 230b)은 자성 코어부(232)의 타측 및 몸체(234)의 타측을 통과하여 외부로 노출될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 감지 센서에 포함되는 몸체의 종단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 용기 감지 센서의 몸체(234)는 내부가 비어있는 원통 형상을 갖는 몸체부(234a), 몸체부(234a)의 일측에 배치되는 제1 배리어(234b) 및 몸체부(234a)의 타측에 배치되는 제2 배리어(234c)로 구성된다.

제1 배리어(234b)는 전술한 자성 코어부(232)가 제1 수용 공간 내부로 자유롭게 드나들 수 있도록 몸체부(234a)의 일측의 둘레 주변을 따라서 형성된다. 또한 제2 배리어(234c)는 전술한 자성 코어부(232)가 제1 수용 공간 내부로 수용될 때 자성 코어부(232)를 지지하기 위한 지지 영역(236)을 갖는다.

또한 제2 배리어(234c)의 적어도 일부 영역에는 전술한 바와 같이 자성 코어부(232)의 타측을 통과한 온도 센서(230)의 도선(230a, 230b)을 몸체(234) 타측을 통해 외부로 노출시키기 위한 도선용 홀(238)을 포함한다. 도선용 홀(238)을 통해서 노출된 온도 센서(230)의 도선(230a, 230b)은 제어부(미도시) 또는 전원부(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.

참고로 도 4 및 도 5의 실시예에서는 온도 센서(230) 및 자성 코어부(232)가 제1 배리어(234b)에서 제2 배리어(234c)를 향하는 방향으로 삽입된다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에서는 온도 센서(230) 및 자성 코어부(232)가 제2 배리어(234c)에서 제1 배리어(234b)를 향하는 방향으로 삽입될 수도 있다. 이 경우 지지 영역(236) 및 도선용 홀(238)은 제1 배리어(234b) 상에 형성된다.

도 4 및 도 5를 통해 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 용기 감지 센서는 센싱 코일(222)에 흐르는 전류를 통해서 피가열 물체의 종류를 판별하는 동시에 온도 센서(230)를 통해서 피가열 물체의 온도를 측정하는 기능을 갖는다. 특히 도면에 도시된 바와 같이 온도 센서(230)가 몸체(234) 내부에 수용되는 구조를 갖기 때문에 전체적인 크기 및 부피를 줄일 수 있어 유도 가열 장치 내부에서의 배치 및 공간 활용이 보다 유연해 진다는 장점이 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 감지 센서의 회로도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 제어부(602)는 전술한 바와 같은 용기 감지 센서의 센싱 코일(222)에 미리 정해진 진폭(A) 및 위상값(ωt)을 갖는 교류 전류(Acos(ωt))를 인가한다. 이와 같은 교류 전류를 센싱 코일(22)에 인가한 이후, 제어부(602)는 센싱 코일(22)을 거친 교류 전류를 수신하여 교류 전류의 성분을 분석한다.

만약 센싱 코일(22)에 근접하는 피가열 물체가 존재하지 않거나 피가열 물체가 금속 성분을 포함하지 않는 사용 불가 용기인 경우, 센싱 코일(222)을 거쳐 수신되는 교류 전류(Acos(ωt+φ))의 위상값(ωt+φ)은 센싱 코일(22)에 인가되기 전의 위상값(ωt)과 큰 차이를 나타내지 않는다. 이는 센싱 코일(22)에 근접하는 피가열 물체가 존재하지 않거나 피가열 물체가 금속 성분을 포함하지 않는 사용 불가 용기인 경우 센싱 코일(222)의 인덕턴스 값(L)에 큰 변화가 일어나지 않기 때문이다.

그러나 센싱 코일(222)에 근접하는 피가열 물체가 금속 성분을 포함하는 사용 가능 용기인 경우, 피가열 물체와 센싱 코일(22) 사이의 자기 및 전기 유도 현상이 발생한다. 이로 인해서 센싱 코일(222)의 인덕턴스 값(L)에 큰 변화가 발생하고, 이러한 인덕턴스 값(L)의 변화는 센싱 코일(222)을 거쳐 수신되는 교류 전류(Acos(ωt+φ))의 위상값(ωt+φ)의 변화량(φ)을 증가시킨다.

이에 따라서 제어부(602)는 센싱 코일(222)에 미리 정해진 진폭(A) 및 위상값(ωt)을 갖는 교류 전류(Acos(ωt))를 인가하여 워킹 코일에 근접한 피가열 물체의 종류를 판별할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어부(602)는 센싱 코일(222)에 미리 정해진 진폭(A) 및 위상값(ωt)을 갖는 교류 전류(Acos(ωt))가 인가될 때 측정되는 교류 전류(Acos(ωt+φ))의 위상값(ωt+φ)이 미리 정해진 제1 기준값을 초과하면 피가열 물체를 사용 가능 용기로 결정할 수 있다. 만약 이 위상값(ωt+φ)이 미리 정해진 제1 기준값을 초과하지 않는다면 제어부(602)는 워킹 코일 근처에 사용 불가 용기가 존재하거나 피가열 물체 자체가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에서, 제어부(602)는 센싱 코일(222)에 미리 정해진 진폭(A) 및 위상값(ωt)을 갖는 교류 전류(Acos(ωt))가 인가될 때 센싱 코일(222)의 인덕턴스 값(L)을 측정하고, 측정된 인덕턴스 값(L)이 미리 정해진 제2 기준값을 초과하면 피가열 물체를 사용 가능 용기로 결정할 수 있다. 만약 측정된 인덕턴스 값(L)이 미리 정해진 제2 기준값을 초과하지 않는다면 제어부(602)는 워킹 코일 근처에 사용 불가 용기가 존재하거나 피가열 물체 자체가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

이와 같은 과정을 통해서 상판부 상에 놓여진 피가열 물체가 사용 가능 용기인 것으로 판단되면, 제어부(602)는 사용 가능 용기가 놓여진 화구의 화력이 사용자가 지정한 화력에 도달하도록 워킹 코일에 전류를 인가하여 가열 동작을 수행한다. 가열 동작의 수행 과정에서 제어부(602)는 용기 감지 센서 내부에 수용된 온도 센서를 통해서 현재 가열되고 있는 용기의 온도를 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 용기 감지 센서를 이용하여 용기 감지를 수행할 경우, 용기 감지를 위하여 센싱 코일(222)에 공급되는 전력은 1W 이하이다. 이러한 전력의 크기는 종래의 워킹 코일에 전류를 인가하여 용기 감지를 수행할 때 워킹 코일에 공급되는 전력(200W 이상)에 비하여 매우 작다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어부(602)는 유도 가열 장치에 올려진 피가열 물체가 사용 가능 용기인지 여부를 판별하기 위하여 미리 정해진 시간 간격(예컨대, 1초 또는 0.5초)에 따라서 반복적으로 센싱 코일(222)에 전류를 인가하고, 전류 인가에 따른 결과를 바탕으로 피가열 물체의 종류를 판별할 수 있다. 이와 같은 반복적인 전류 인가 및 판별 동작을 수행할 경우 유도 가열 장치에 전원이 인가된 이후 사용자가 유도 가열 장치에 용기를 올려놓을 때 실시간으로 용기의 종류를 판별할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 앞서 도 1 내지 도 5를 통해 설명된 본 발명에 따른 용기 감지 센서 및 유도 가열 장치의 구성에 따르면, 센싱 코일은 워킹 코일의 중앙 영역에 배치된다. 이에 따라서 센싱 코일과 워킹 코일은 서로 인접하게 된다. 이러한 구조로 인해서, 워킹 코일에 가열 동작을 위한 전류가 인가될 경우, 워킹 코일에 인가되는 전류에 의해서 발생하는 자기에 의해서 센싱 코일에 유기 전압이 발생한다. 이러한 유기 전압으로 인하여 센싱 코일과 전기적으로 연결되는 부품이나 소자가 오동작하거나 파손될 가능성이 높아진다. 본 발명에서는 이와 같이 워킹 코일의 가열 동작이 수행될 때 센싱 코일에 발생하는 유기 전압을 감소시키기 위하여 제한 회로가 사용된다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제한 회로는 센싱 코일(222)과 병렬로 연결되는 제1 다이오드(Z1) 및 제1 제너 다이오드(Z1)와 직렬로 연결되며 제1 제너 다이오드(Z1)와 서로 다른 방향으로 연결되는 제2 제너 다이오드(Z2)를 포함한다.

이 때 도 6에 도시된 바와 같이 제1 다이오드(Z1)는 아래 방향을 향하고 제2 제너 다이오드(Z2)는 위 방향을 향하도록 배치될 수도 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 다이오드(Z1)는 위 방향을 향하고 제2 제너 다이오드(Z2)는 아래 방향을 향하도록 배치될 수도 있다.

이와 같은 2개의 제너 다이오드(Z1, Z2)를 센싱 코일(222)과 병렬로 연결할 경우, 센싱 코일(222)에 의해서 인가되는 전압의 크기는 제한 범위, 즉 상한 범위 및 하한 범위 사이로 제한된다. 본 발명에서 상한 범위 및 하한 범위는 각각 제1 제너 다이오드(Z1)의 제너 전압 및 제2 제너 다이오드(Z2)의 제너 전압에 의해서 결정될 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 제너 다이오드를 이용한 제한 회로를 사용할 경우, 센싱 코일(222)에 의해서 인가되는 전압의 크기가 제한 범위 이내로 제한된다. 이에 따라서 워킹 코일의 가열 동작에 의하여 센싱 코일(222)에 발생되는 유기 전압의 크기 또한 제한 범위 이내로 제한된다. 따라서 유기 전압으로 인한 제어부(602)의 오동작이나 파손 가능성이 매우 낮아진다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제한 회로가 적용되지 않았을 때 워킹 코일의 가열 동작에 따라서 센싱 코일에 발생하는 유기 전압의 크기를 나타내는 그래프이다. 또한 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제한 회로가 적용되었을 때 워킹 코일의 가열 동작에 따라서 센싱 코일에 발생하는 유기 전압의 크기를 나타내는 그래프이다.

먼저 도 8은 도 6 및 도 7을 통해 설명된 제한 회로, 즉 2개의 제너 다이오드(Z1, Z2)가 구비되지 않은 상태에서 워킹 코일에 전류가 인가되어 가열 동작이 수행되고 있는 상황에서 측정된 센싱 코일의 유기 전압 크기를 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이 센싱 코일에는 V1에서 -V1까지의 크기를 갖는, 다시 말해서 2V1의 피크 투 피크 전압 크기를 갖는 유기 전압이 발생하는데, 이와 같은 크기의 유기 전압은 센싱 코일과 연결된 부품이나 소자의 오작동 또는 파손을 일으킬 수 있다.

그러나 앞서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 제한 회로가 적용되면, 도 9에 도시된 바와 같이 센싱 코일의 유기 전압 크기가 제한 범위 이내, 즉 상한 범위(V2) 및 하한 범위(-V2) 이내로 제한된다. 결국 본 발명에 따른 제한 회로를 구성하는 제1 제너 다이오드(Z1)의 제너 전압 및 제2 제너 다이오드(Z2)의 제너 전압을 적절히 조절하면, 센싱 코일에 발생하는 유기 전압의 크기가 센싱 코일과 연결된 부품이나 소자의 오작동 또는 파손을 일으키지 않는 크기가 되도록 조절이 가능하다는 장점이 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

피가열 물체가 안착되는 상판부;
상기 상판부 하부에 배치되며 유도 전류를 이용하여 상기 피가열 물체를 가열하는 워킹 코일;
상기 워킹 코일의 중앙 영역에 배치되며 센싱 코일을 포함하는 용기 감지 센서;
상기 용기 감지 센서의 센싱 결과에 기초하여 상기 피가열 물체가 사용 가능 용기인지 여부를 판별하는 제어부; 및
상기 워킹 코일에 의한 가열 동작이 수행될 때 상기 센싱 코일에 발생하는 유기 전압의 크기를 미리 정해진 제한 범위 이내로 제한하는 제한 회로를 포함하는
유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 제한 회로는
상기 센싱 코일과 병렬로 연결되는 제1 제너 다이오드; 및
상기 제1 제너 다이오드와 직렬로 연결되며 상기 제1 제너 다이오드와 서로 다른 방향으로 연결되는 제2 제너 다이오드를 포함하는
유도 가열 장치.
제2항에 있어서,
상기 제한 범위는 상한 전압 및 하한 전압을 포함하고,
상기 상한 전압 및 상기 하한 전압은 상기 제1 제너 다이오드의 제너 전압 및 상기 제2 제너 다이오드의 제너 전압에 의해서 결정되는
유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 용기 감지 센서는
내부에 제1 수용 공간이 형성되며 원통 형상을 갖는 몸체; 및
상기 제1 수용 공간에 수용되며 내부에 제2 수용 공간이 형성되는 원통 형상을 갖는 자성 코어부를 포함하고,
상기 센싱 코일은
미리 정해진 권선수에 따라서 상기 몸체의 외부면에 감기는
유도 가열 장치.
제4항에 있어서,
상기 용기 감지 센서는
상기 제2 수용 공간에 수용되는 온도 센서를 더 포함하는
유도 가열 장치.
제4항에 있어서,
상기 용기 감지 센서는
상기 몸체 하부에 배치되며 상기 자성 코어부를 지지하기 위한 제2 배리어를 더 포함하는
유도 가열 장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 배리어는
상기 제2 수용 공간에 수용되는 온도 센서와 연결되는 도선을 상기 몸체 외부로 노출시키기 위한 도선용 홀을 포함하는
유도 가열 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는
상기 센싱 코일에 전류가 인가될 때 측정되는 상기 전류의 위상값이 미리 정해진 제1 기준값을 초과하면 상기 피가열 물체를 사용 가능 용기로 결정하는
유도 가열 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는
상기 센싱 코일에 전류가 인가될 때 측정되는 상기 센싱 코일의 인덕턴스 값이 미리 정해진 제2 기준값을 초과하면 상기 피가열 물체를 사용 가능 용기로 결정하는
유도 가열 장치.