KR900002389B1 - 유도가열조리기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유도가열조리기

제 1 도는 본 발명에 따른 유도가열조리기의 제 1 실시예를 나타내는 회로도이다.

제 2 도는 본 발명에 따른 장치의 요부의 배치관계를 나타내는 개략적인 측면도이다.

제 3a, 3b도는 입력전압과 입력전류의 파형도이다.

제 4 도는 유도가열조리기에 사용되는 부하검출회로도이다.

제 5 도는 본 발명에 따른 유도가열조리기의 제 2 실시예의 회로도이다.

제 6 도는 본 발명에 따른 유도가열조리기의 제 3 실시예의 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 29 : 전원장치 2 : 상용전원

3 : 정류회로 5 : 쵸크코일

8 : 위상제어회로 9 : 인버터

12 : 유도가열코일 17,18 : 공진용콘덴서

21: 위상검지회로 22 : 인버터구동회로

23 : 변류기 40 : 부하검출회로

45 : 비교기 49 : 플립플롭회로

50 : 타이머회로 55 : 리레이

본 발명은 유도가열코일에 입력전력이 일정하게 공급되도록 한 유도가열장치에 관한 것이다.

특히 본 발명은 일정한 입력전력으로 고주파 전류가 유도가열코일에 공급되는 유도가열조리기에 관한 것으로서, 상기 유도가열코일에서 발생된 고주파자장은 팬(pan)과 같은 그러한 요리용 그릇에 적용되어진다. 이와 같이 되면 팬과 같은 상기 요리용 그릇에 와전류가 발생되고, 그리고 와전류가 손실됨에 따라 요리용 그릇 그 자체에 열이 발생하게 된다.

가열코일로 들어가는 입력전력은 요리용 그릇의 재질에 관계없이 일정하게 제어된다. 종래형의 유도가열조리기는 상단판, 유도가열코일 및 인버터로 구성되어 있다. 코일은 상단판 아래에 설치되어 직렬 LC 공진회로를 구성하고, 팬(즉 부하)은 상단판에 놓여질 수 있다. 인버터는 코일에다 20 내지 30KHz의 고주파 전류를 공급한다.

코일이 고주파 자장을 발생시켜 상단판에 놓여 있는 팬에다 그것을 적용시키면 팬에 와전류가 흘러 요리를 하기 위한 열이 발생하게 된다. 와전류가 표피효과 때문에 집중적으로 유도가역코일을 통해 흐르기 때문에 와전류는 팬의 표피저항(Rs)에 크게 의존하게 된다. 그리고 또 그것은 표피의 두께(δ), 팬재질의 고유저항(ρ)에도 의존하게 된다.

상기 Rs와 ρ의 값은 다음과 같다.

상기식에서, f는 주파수이고, μs는 비투자율이다. 식(1)(2)에서, 표피두께(δ)와 표피 저항(Rs)은 재질의 고유저항(ρ)과 팬의 비투자율(μs)에 의해 정해진다.

하기표는 이런 종류의 유도가열조리기에 사용되는 팬의 재질에 대한 ρ, μs, Rs 및 δ의 값을 나타낸다.

상기 표로부터 볼 수 있는 것과 같이 철이나 자성스테인레스와 같은 비투자율이 높은 강자성체 또는 고유저항이 큰 비자성스테인레스와 같은 것의 표피저항이 크기 때문에 가열코일의 입력임피던스도 크다. 이런 과정에서는 유도가열을 실현시키는데 문제점이 없다. 팬의 재질이 투자율이 철과 같이 클 경우 표피두께(δ)는 작고, 표피효과는 크며, 캔 그 자체는 고자항체로 간주된다.

결과적으로, 가열코일의 입력 임피던스는 높다. 팬이 비자성(18-8) 스테인레스강철로 만들어져 있을 경우에 그것의 비투자율(μs)은 낮기 때문에 표피두께(δ)는 이론적으로 작아야 된다.

그러나, 실제 팬의 두께가 작기 때문에 고유저항(ρ)은 더 효율적이다. 팬 그 자체의 저항 값은 이러한 높은 고유저항(ρ)과 함께 증가하고 그리고 가열코일의 입력임피던스도 증가된다.

상기 표에 도시된 것과같이 비투자율과 고유저항이 매우 작은 알루미늄이나 구리로 만들어진 팬의 경우 표피저항은 매우 작고 그리고 가열코일의 입력임피던스도 작다. 그러므로 단락전류와 같이 큰 전류가 흐르지만 가열시키지 못하는 문제점이 있다.

즉 팬의 재질이 알루미늄이나 구리일 경우 비투자율(μs)은 "1"정도로 작고, 표피두께(δ)는 크며, 표피효과를 얻는 것이 어렵고, 그리고 특히 고유저항(ρ)이 작다. 팬 그 자체가 저항체이기 때문에 가열코일의 입력임피던스는 감소되어진다.

고주파 전류의 주파수를 많이 증가시켜 이러한 문제점을 해결할 수 있지만 이렇게 하면 수 MHz 까지 주파수를 증가시켜야 한다. 인버터의 변한 소자의 작동 속도 특성을 고려해 볼때 이와 같이 주파수를 크게 증가시키는 것은 실제적으로 불가능하다. 이러한 것이 가능하다고 가정하더라도 주파수가 극도로 높기 때문에 유도가열코일에서의 표피 효과에 의해 야기되는 실제 저항이 갑자기 증가되고 그리고 효율이 극도로 감소되는 문제점이 있다.

즉 팬이 구리나 알루미늄으로 만들어졌을 경우에 고주파 자장이 강해지면 가열코일의 입력임피던스는 철로 된 팬을 사용할 때 야기되는 값과 거의 동등한 값으로 상승될 수 있다. 그러므로 코일은 팬을 충분하게 두들길 수 있다.

그러나 고주파 자장이 주파수(f)가 철로된 팬 일때보다 수백배 이상 강해야만 된다. 인버터에 사용되는 변환소자의 견지로부터 볼때 이러한 것을 실현시키는 것은 매우 어렵다. 특히 유도가열조리기의 주파자장의 주파수는 약 18KHz의 가청주파수이다. 이것이 철의 팬에서와 같이 고주파 자장의 주파수이고 알루미늄이나 구리의 팬이 사용될 경우 수 MHz 정도의 고주파 자장이 발생되어야 하고 이렇게 되면 가열코일과 인버터에서의 손실이 증가되어지게 된다.

상술한 것을 설명하기 위해 1.2KW 정도의 입력이 사용되는 가정용 유도가열조리기를 고려해 보면 여기서 인버터의 변환소자는 수십암페이어의 전류 용량을 가져야 하고 그리고 또 수백볼트의 내압을 가져야 한다. 스위치소자(트랜지스터)를 온 및 오프 시키기 위해 요구되는 시간 즉 누적시간(t_stg)+하강시간(t_f)은 약 1-2μs 이지만 1MHz에 대한 주기는 1μs이다.

이러한 사실을 고려해 볼 때 상술한 것과 같이 수 MHz의 인버터를 구성시키는 것은 불가능하다. 고주파 전류가 구리선으로 만들어진 가열코일에 흐를때 구리선의 전류 밀도가 균일하면 구리선 내부 중앙의 전류밀도는 증가한다. 구리선에서의 길이전압분배는 그 선의 표면과 중앙내부에서와 같이 같아야 한다.

길이전압분배를 균일하게 하기 위해 자속밀도의 분배를 균일하게 해야 할 필요가 있다. 그러므로 중앙에서의 자속밀도를 감소시키는 것이 필요하다. 이것은 가열코일에서의 표피효과의 원인이 된다.

구리로 된 소자의 선이 코일형으로 꼬여지면 그 소자의 선내부의 전류는 다른 소자의 선의 자속에 기인하여 불균일하게 되어진다. 이러한 것은 "근접효과"라는 것으로 공지되어 있다. 따라서 가열코일의 권수가 증가되면 가열코일의 단위길이에 의존하는 손실이 증가하게 된다. 이러한 이유때문에 고주파에서의 가열코일의 실제 저항은 전류주파수가 증가함에 따라 증가하기 때문에 가열코일에서 발생하는 손실은 증가하게 된다.

주파수가 크게 증가될 때 인버터 출력전력의 대부분은 가열코일에서 소비되고, 팬에 적용되지 않기 때문에 요리의 효율이 저하되어진다. 그리고 또 손실로 인하여 가열코일의 온도가 매우 높아지기 때문에 구리선을 덮고 있는 절연물질이 변형되는 문제점이 생기게 된다.

상술한 이유때문에 가열코일의 주파수를 증가시켜 알루미늄의 표피저항을 증가시킬 수 있다. 가열코일의 입력임피던스를 증가시키기 위해 상기한 것을 행하면 팬의 표피저항과 주파수가 증가되어진다. 가열코일의 권수를 증가시켜 입력임피던스를 증가시키는 방법도 있다. 그러나 이러한 것을 행하면 가열코일의 임피던스가 증가되고 그리고 공진 주파수가 감소되어진다. 그러므로 가열코일과 공진용콘덴서로 구성된 인버터부하의 공진을 유시시키기 위해 인버터의 공진 주파수를 낮추어야만 한다.

주파수가 낮아질때 팬의 표피저항은 감소되고 표피의 두께(δ)는 증가되며 가열코일의 입력 임피던스가 팬밑에 있는 판의 두께에 따라 변화하는 문제점이 발생된다. 주파수가 감소되는 이런 경우에 표피 저항은 계속 낮아지게 되고, 그리고 가열코일의 권수는 더 많이 증가되어야 한다.

결과적으로 코일의 구조는 더 많이 복잡하게 되어진다. 상술한 것과 같이 유도가열조리기를 만드는 종래의 기술에서는 알루미늄이나 구리로 만든 팬을 사용하여 좋은 효과를 얻는 것이 불가능하다.

본 발명의 목적은 요리용 그릇으로 사용되는 재질에 관계없이 유도가열코일에 일정한 입력전력을 공급할 수 있도록 된 새롭고 개선된 유도가열조리기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 유도가열코일에다 일정한 입력전력을 공급할 수 있는 유도가열조리기는 비투자율 그리고 또는 고유저항이 상대적으로 높은 물질로 만들어진 제 1 요리용 그릇과 비투자율 또는 고유저항이 상대적으로 낮은 물질로 만들어진 제 2 요리용 그릇이 놓여지는 판 부재, 제 1 DC 전압(E₁) 또는 제 2 DC 전압(E₂)을 공급하는 DC 전원.

DC 전원으로부터 공급된 제 1 또는 제 2 DC 전압을 주파수가 f₁인 제 1 고주파 전류나 주파수가 f₂인 제 2 고주파 전류로 변환시키는 인버터, 자기유도에 의해 제 1 요리용 그릇이 가열되도록 판부재에 놓여 있는 제 1 요리용 그릇에다 고주파 자장을 적용시키기 위해 인버터로부터 공급된 제 1 고주파 전류로 공진하고 그리고 선정된 권수(N₁)로 된 제 1 가열코일과 선정된 캐패시턴스(C₁)로된 제 1 콘덴서를 포함하는 제 1 공진회로, 자기유도에 의해 제 2 요리용 그릇이 가열되도록 판부재에 놓여 있는 제 2 요리용 그릇에다 고주파 자장을 적용시키기 위해 인버터로부터 공급된 제 2 고주파 전류로 공진하고 그리고 선정된 권수(N₂)로 된 제 2 가열코일과 선정된 커패시턴스(C₂)로 된 제 2 콘덴서를 포함하는 제 2 공진회로, 제 1 및 제 2 공진회로를 통해 흐르는 전류를 검출하는 전류검출장치, 그리고 전류 검출장치에 결합되어 전류 검출장치로부터 나오는 전류 검출결과를 받아들이고, 검출 결과가 작은 값일 때 제 1 요리용 그릇이 상단판에 설치되어 있다고 판단하여 인버터에 제 1 고주파 전류를 발생시켜 제 1 공진회로를 공진모드로 설정하며, 검출결과가 큰 값일때 제 2 요리용 그릇이 상단판에 설치되어 있다고 판단하여 인버터에 제 2 고주파 전류를 발생시켜 제 2 공진회로를 공진 모드로 설정하는 부하검출 회로로 구성되어 있다.

상기에서 권수의 비율(N₂/N₁)은 주파수의 비율(f₂/f₁)의

승의 값과 전압비율(E₂/E₁)을 곱한 값의 4 내지 6배 정도로 되어 있다.

이하 본 발명을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 제 1 도에서, "1"은 가변전압형 전원장치로서 상용전원(2)으로부터 AC 전원을 받아 그것을 DC 전원으로 변환시키는 정류회로(3), 평활용의 콘덴서(4) 및 쵸크코일(5)로 구성되어 있다.

정류회로(3)는 두개의 다이오드(6)와 두개의 사이리스터(7)로 되어 있으며, 이것들은 브리지형으로 연결되어 있다.

시이리스터(7)는 전원장치(1)와 인버터(9)를 연결시키는 모선(9a)(9b) 사이의 입력전압(ei)이 위상제어회로(8)에 의해 위상제어되어서 가변되게 한다.

제 2 도에 도시된 것과 같이 "12"는 상단판(10)의 상단에 놓여 있는 팬(11)을 유도가열시키는 유도가열코일이다. 유도가열코일(12)은 제 1 코일(13)과 제 2 코일(14)로 구성되어 있고 그리고 이것의 권수를 선택할 수 있다. 이러한 두 코일은 상단판(10)의 바닥면에 두층으로 설치되어 있다.

제 1 코일(13)의 권수 (N₁)를 20터언으로 정하고 제 2 코일(14)의 권수(N₂)도 역시 20터언으로 정하면 직렬로 연결되었을 때 전체 권수는 40터언이 되게 된다.

유도가열코일(12), 두개의 스위칭 트랜지스터(15)(16), 제 1 공진용 콘덴서(17) 및 제 2 공진용 콘덴서(18)는 전류 공진 푸시풀형 인버터(9)를 구성한다. "40"은 출력 접점(20)을 포함하는 부하검출회로이다.

접점 터미날(20a)(20b)이 연결되었을때 그 출력접점(20)은 제 1 코일(13)과 제 2 코일(14)을 직렬로 연결시키고, 트랜지스터(16)의 콜렉터와 트랜지스터(15)의 에미터의 공통접속점(P1)과, 모선(9b) 사이에서 공진용 콘덴서(17)(18)와 코일(13)(14)을 직렬로 연결시켜 저 표피저항 운전상태로 되게 한다.

출력접점(20a)(20c)이 연결되어 있을 때 코일(13)과 공진용 콘덴서(17)을 공통 접속점(P1)과 모서(9b) 사이에서 직렬로 연결되어 그 표피저항 운전상태로 되게 한다.

위상 검지회로(21)는 인버터 출력전압(e0) 즉 트랜지스터(15)(16)의 공통접속점(P1)에서의 전압과 유도가열코일(12)(제 1 코일(13)만, 또는 제 1 코일(13) 및 제 2 코일(14))을 통해 흐르는 전류 사이의 위상을 검지한다.

위상이 항상 90°로 되는 때에 위상 검지회로(21)는 인버터 구동회로(22)로 인버터(9)의 트랜지스터(15)(16)를 번갈아 온 및 오프시키도록 되어 있다. 팬(11)의 설치 조건이나 재질의 미세한 차이에 의해 야기되는 인버터(9)의 공진주파수의 변화는 방지되어 진다. 공진용 콘덴서(17)의 전류 통로에 있는 변류기(23)로부터 나오는 출력은 부하 검출 회로(40)에 적용된다.

이 부하 검출회로(40)는 변류기(23)를 통해 흐르는 고주파 전류의 값에 근거하여 상단판(10)의 상단에 놓여 있는 팬(11)의 재질 즉 표피저항을 감지한다. 이 예에서, f₁은 20KHz, F₂는 50KHz이고, 권수비율은

의 범위내에서 정해진다(K는 4와 6사이)

상기한 예의 작동은 다음과 같다.

부하인 팬(11)은 고표피 저항을 가진 철로 만들어져 있고 변류기(23)에서 검출되는 전류의 값이 작기 때문에 부하검출회로(40)는 출력접점(20)의 출력접점 터미날(20a)(20c)을 연결시켜 위상제어회로 (8)에다 전압선택신호를 적용시킨다.

이것에 응답하여 유도가열코일(20)의 코일(13)(20터언)이 선택되고 그리고 공진용 콘덴서(17)가 선택되어 진다. 그리고 정류회로(3)의 사이리스터(7)도 위상제어되고, 인버터(9)의 입력전압(ei)은 "e₁"로 전환된다.

(e₁〉e₂, 여기서는

)

제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터(15)(16)는 번갈아 가면서 온 및 오프되어진다. 스위칭 트랜지스터(15)가 온 일 때 전압은 코일(13)과 제 1 공진용콘덴서(17)에 적용된다. 스위칭 트랜지스터(16)가 온 일때에는 LC 회로내에서 에너지 변환이 발생된다.

피드백제어가 우상검지회로(21)에 의해 행해지고, 인버터(9)가 주파수(f₁)에서 구동되며, 주파수(f₁) 즉 20KHz의 고주파 전류가 코일(13)에 흐로고 그리고 팬(11)이 유도가열되어진다.

출력접점(20)의 접점 터미날(20a)(20c)이 연결될 때 알루미늄으로 만들어진 팬(11)이 상간판(10)에 놓여지면 그것의 표피저항이 매우 작기 때문에 변류기(23)의 출력은 증가되어진다. 이때 부하 검출회로(40)는 자동적으로 출력접전(20)이 접전 터미날(20a)와(20b)를 연결시키게 한다.

인버터 출력전압은 위상제어회로(8)에 의해 e₁에서 e₂(낮은전압)로 변환되어진다. 이것 때문에 코일(13)(14)은 직렬로 연결되어지고, 권수는 N₂(40터언)로 되어지며, 공진용 콘덴서(17)(18)가 선택되어 진다.

결과적으로 인버터(9)는 주파수(f₁)보다 더 높은 주파수(f₂)(50KHz)로 구동되어 유도가열코일(12)에다 주파수(f₂)인 고주파 전류를 공급시키고 그리고 팬(11)은 유도가열되어지다. 권수의 비율, 주파수비율 및 입력전압비율의 관계와 본 발명에 관한 이들의 중요성에 대해 설명하기로 한다.

본 발명에서 유도가열코일로 들어가는 입력전력은 입력전압의 선택, 유도가열코일(12)의 권수 그리고 팬(11)의 표피저항이 다를 경우에도 그 팬의 표피저항값에 관계없이 항상 일정하다.

이 경우에 팬(11)은 2차코일로 작동하고 그리고 그것의 권수는 1인 것으로 간주된다.

팬(11)의 재질이 철에서 알루미늄 등으로 변경되어 표피저항의 차이가 심할 경우에도 본 발명에 따른 유도 가열조리기의 유도가열코일(12)로 들어가는 입력전력의 값을 항상 동등하게 유지시키는 것에 관한 것을 기술하기로 한다.

제 3a 도와 제 3b 도에는 인버터(9)의 입력전압(ei)과 출력전압(e₀)의 파형과 부하전류(i_L)의 파형이 도시되어 있다(이 예에서, 인버터의 입력과 출력사이에서는 전압강하가 발생하지 않는 것으로 가정), 인버터(9)의 한 주기(T_f) 동안의 입력전력(Pai)은 다음과 같다.

상기식에서,

R_L은 유도가열코일(12)의 입력터미날로부터 본 부하저항 그러므로

입력전압(ei)이 완전하게 평활되지 않았을 때 입력전압(Pai)은 상용 AC 전원 주파수의 리플을 포함하고 그리고 그것은 다음식과 같다.

상기식에서, T는 상용전원 전압이 주기이고, Ei는 인버터 입력전압(ei)의 실효치이다.

뒤이어 기술할 방정식에서, 작은 숫자는 팬(11)의 재질을 표기하는 것으로 "1"은 철을 나타내고, "2"는 알루미늄을 나타낸다.

Pi₁과 Pi₂가 각각 팬(11)이 철과 알루미늄일 경우의 입력전력인 것으로 간주될 때 사용되는 재질에 관계없이 입력전력 값을 일정하게 유지시키기 위해서는 Pi₁과 Pi₂의 값은 동등해야만 한다.

상기식(5)으로부터

그러므로

한편 식(2)과 R_L=N², R_S을 사용하여 다음식을 얻을 수 있다.

식(6)과 식(7)을 정리하면

상기식에서

K={(ρ₁, μs₁)/(ρ₂, μs₂)}^1/4

식(8)은 유도가열코일(12)의 권수비율(N₂/N₁)이 주파수비율(f₂/f₁)의 (-1/4)승과 인버터 입력전압(Ei₂/Ei₁)의 실효치를 곱한값에 비례하면 유도가여코일(8)의 입력전력이 팬(11)의 재질과 표피저항에 관계없이 같다는 것을 나타낸다.

또한 식(8)은 표피저항의 차이에 관계없이 유도가열코일(12)의 입력전력을 일정하게 만들기 위해 권수비율(N₂/N₁)이 인버터 입력전압의 실효치(Ei)을 변경시킴에 의해 작은값으로 설정될 수 있다는 것을 나타낸다.

예로서

f₁=20KHz, f₂=50KHz, N₁=20, K=4.8 그리고 전압비율(Ei₁/Ei₂)이 1이면 N₁=80이다.

만약 상기 전압비율이 1/2이면 N₂는 40이다.

N₂를 감소시키면 유도가열코일(12)의 구조가 단순하게 되어진다.

K는 팬의 재질에 따라 정해지는 상수이다.

일반적으로 가정용으로 사용되는 팬은 두가지 즉 표피저항이 큰 철이나 스텐레스 그리고 표피저항이 작은 알루미늄이나 구리로 나눌 수 있다.

철이나 알루미늄의 경우 K의 값은 4 내지 6이다.

예로서 알루미늄과 철의 누설자속비율을 같다고 간주하고,

ρ₁=10×10⁺⁸(ohm/m),

ρ₂=2.75×10⁺⁸(ohm/m), μs₁=200,

μs₂=1로 하여 식(8)을 사용하여 K의 값을 계산하면 K=5.2로서 이것은 실제로 측정한 값과 거의 같다.

낮은 표피저항이나 높은 표피저항에서의 K의 차이는 매우 작으므로 표피저항의 차이에 의해 야기되는 입력전력에서의 차이는 입력전류의 온/오프 제어에 의해 보상될 수 있다.

제 4 도는 상술한 예에서 사용도는 것과 같은 부하 검출회로(40)의 한예를 나타내는 것이다.

저항(41)은 변류기(23)의 출력터미날에 연결되어 있다.

이 저항(41)을 가로지르는 전압은 다이오드(42)를 경유하여 저항(43)과 콘덴서(44)의 병렬회로에 적용된다.

상기 병렬회로에서 나타나는 전압은 비교기(45)의 입력터미날(+)에 공급되고, DC전압(Vcc)은 저항(48)을 경유하여 저항(46)과 콘덴서(47)의 병렬 회로에 적용되며, 병렬 회로로부터 나온 전압은 비교기(45)은 입력터미날(-)에 공급되어진다.

비교기(45)의 출력은 플립플롭회로(49)의 D 입력터미날에 공급되어진다.

"50"은 타이머 회로로서, 요리개시 스위치(도시되지 않음)와 결합되어 있는 스위치(51)가 온될 때 단지 고정된 시간 동안만 작동개시하면서 논리레벨"1"을 출력시킨다.

타이머 회로(50)의 출력은 플립플롭회로(49)의 S 입력터미날에 공급되고, 그리고 또 CP(클럭펄스) 입력 터미날에도 공급되어진다.

플립플롭호로(49)의 출력은 저항(53)을 경유하여 NPN 트랜지스터(54)의 베이스-에미터 통로 사이로 적용되어지고, DC 전압(Vcc)은 트랜지스터(54)의 콜렉터-에미터 통로를 경유하여 리레이(55)에 공급되어진다.

이와 같이 구성되어 있는 부하 검출회로의 작동을 설명하기로 한다.

가열코일의 입력임피던스는 가열코일의 권수의 제곱에 비례한다.

그러므로 팬의 재질이 알루미늄이나 구리일 경우에도 가열코일의 입력임피던스를 높이기 위해 가열코일의 권수를 증가시켜서 철이나 18-8 스테인레스 강철로 만들어진 팬에서 행해지는 것과 같은 식으로 가열요리를 수행할 수 있다.

실제적으로, 알루미늄이나 구리의 경우 투자율이 낮기 때문에 가열코일의 누설자속은 커지게 되고 그리고 상술한 것과 같이 권수를 증가시키면 입력임피던스가 철의 경우보다 더 커지게 되므로 결과적으로 가열시키는 것이 어렵게 되어진다.

공진회로의 공진주파수(f₀)는 다음과 같다.

f₀=

상기식에서, Lc은 가열코일의 입력임피던스이고, Cr은 공진용 콘덴서의 커패시턴스이다.

가열코일의 입력임피던스(Lc)가 증가하면 공진주파수(f₀)는 증가되고 그리고 발생되는 고주파 자장도 증가되어진다.

그러므로 단지 가열코일의 권수만 증가되면 손실이 증가되고 그리고 가열처리가 어렵게 된다.

이러한 어려움을 수습하기 위해 공진용 콘덴서의 커페시턴스를 감소시키고 가열코일의 권수를 증가시켜 공진주파수(f₀)의 증가를 방지할 수 있으므로 알루미늄, 구리, 철 또는 18-8 스테인레스 강철로 만들어진 팬을 일정하게 가열시키는 것이 가능하다.

팬(11)은 상단판(10)의 상단에 놓여지고 그리고 전류가 적용되어진다.

요리스위치가 온되면 그것과 결합된 스위치(51)도 온 되고 타이머 회로(50)도 작동된다.

타이머 회로(50)가 처음에는 논리레벨 "1"의 신호를 출력시키기 때문에 플립플롭회로(49)는 논리 레벨 "1"의 신호를 출력시키고 리레이(55)는 작동되어진다.

리레이(55)가 작동될 때 접점 터미날(20a)(20b)사이에서 정상적으로 개방된 회로는 폐쇄되어진다.

이것 때문에 권수가 많은 가열 코일의 코일(13)(14)과 커패시턴스가 작은 공진용 콘덴서(17)(18)(직렬로)가 직렬 공진회로를 구성한다.

요리스위치의 온에 응답하여 인버터 구동회로(22)가 작동되고, 트랜지스터(13)(14)가 번갈아 가면서 온 및 오프되며, 고주파 전류가 가열코일(1a)(1b)에 흐르게 된다.

이러한 고주파 전류는 변류기(23)에서 검출되고, 그리고 상기 검출된 전류값에 근거하여 부하 검출회로(40)는 가열코일의 입력임피던스를 결정한다.

이 경우에 가열코일에 흐르는 고주파 전류가 크면 비교기(45)의 출력은 논리 "1"로 된다.

즉 가열코일의 입력임피던스가 낮으면 특히 재질이 저 투자성으로 되어 있으면 부하 검출회로(40)는 그 재질이 알루미늄인지 구리인지를 판별한다.

그후에 타이머 회로(50)는 고정된 시간 주기를 정하고, 그것의 출력은 논리 "0"으로 변화되며, 네가티브에지 펄스가 디레이 회로(52)의 출력에서 발생되어진다.

이때 플립플롭회로(49)의 D 입력신호(비교기(45)의 출력)의 논리레벨이 "1"이기 때문에 Q 출력의 논리레벨은 "1"로 유지되어진다.

리레이(55)의 작동은 계속되고, 접점 터미날(20a)(20b) 사이에서 정상적으로 개방된 회로는 폐쇄되어지며, 가열코일의 코일(13)(14)과 공진용 콘덴서(17)(18)로 구성된 회로의 공진회로 진동은 계속되어진다.

즉 가열코일의 입력임피던스는 높은 상태로 계속 지속되도록 되어진다.

그러므로 가열코일의 입력임피던스가 높고 공진용 콘덴서의 커패시턴스가 낮기 때문에 팬(11)은 손실없이 가열되어진다.

가열이 시작되었을 때 가열코일에 흐르는 고주파 전류가 적으면 비교기(45)의 출력의 논리레벨은 "0"으로 된다.

이때 부하 검출회로(40)는 팬의 재질이 고투자성, 고저항의 철인지 또는 저 투자성, 저저항의 18-8 스테인레스 강철인지를 판별한다.

그후 타이머 회로(50)는 고정된 시간의 기간을 계산하고 그것의 출력의 논리레벨은 "0"으로 된다.

네가티스에지 펄스가 디레이 회로(52)의 출력에서 발생될 때 플립플롭회로(49)의 D 입력의 논리레벨은 "0"이고, 출력터미날(Q)의 논리레벨은 "0"이다.

결과적으로, 리레이(55)의 작동은 정지되고, 접점 터미날 (20a)(20c) 사이에서 정상적으로 폐쇄된 회로는 폐쇄되어 있다.

그러므로 직렬 공진회로는 코일(13)(권수가 작음)과 공진용 콘덴서(17)(커패시턴스가큼)로 구성되고, 팬(11)은 가열코일로부터 방출되는 고주파 자장에 근거하는 온도에 까지 유도가열 되어진다.

가열시켜 요리할 때 공진회로에 흐르는 고주파 전류의 위상은 우상 검지회로(21)에 의해 검지된다.

트랜지스터(15)(16)의 온/오프 타이밍은 이 검지의 결과에 따라 제어되고, 그리고 공진회로의 진동은 안정되어진다.

이런식으로 가열이 시작될 때 부하 검출회로(40)는 팬(11)의 재질이 알루미늄인지 구리인지를 판별하고, 그리고 이때의 가열코일의 입력임피던스는 낮다.

이때 가열코일의 입력임피던스가 높여지고 그리고 공진용 콘덴서의 커패시턴스가 감소되면 열에 의해 요리가 이루어진다.

그러므로 철이나 18-8 스테인레스 강철로 만들어진 팬이나, 알루미늄이나 구리로 만들어진 팬으로 열손실없이 효율적으로 요리를 할 수 있다.

제 5 도와 제 6 도는 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예의 예를 나타내는 것으로서, 전원장치가 제 1 도의 전원장치(1)와 다르고 다른 부품들은 같은 형상으로 되어 있다.

제 5 도에는 다이오드(25)(26)와 콘덴서(27)(28)로 구성된 배전압 정류회로가 있다.

이것은 접점 터미날(20a)(20c)이 연결될 때 ei=e이면 접점 터미날(20a)(20b)이 연결될 때 ei= (스 캔) 가 되도록 구성되어 있다.

제 6 도의 전원장치(29)는 세번째 실시예에서 사용되는 전원공급장치로서 이것은 전파정류회로(30), 필터리액터(31) 그리고 제 1 및 제 2 필터콘덴서(32)(33)로 구성되어 있다.

이것은 인버터 입력전압 ei가 e이면 접점 터미날(20a)(20c)이 연결되지 않을 때 ei=e, 그리고 접점 터미날(20a)(20c)이 연결되었을 때 ei=e

가 되도록 되어 있다.

본 발명의 사용은 상술한 예에만 한정되지 않는다.

특히 상기한 예에서 유도가열코일과 공진용 콘덴서가 인버터의 부품으로 사용되지만 유도가열코일과 공진용 콘덴서와 완전히 별개인 주파수가 변형 인버터를 사용할 수도 있다.

본 발명에서, 팬과 같은 그러한 요리용 그릇인 부하의 재질에 따라 유도가열코일에 공급되는 고주파 전류의 주파수는 f₁과 f₂사이에서 변환될 수 있고, 권수는 N₁과 N₂사이에서 변환될 수 있으며, 인버터 입력전압의 실효치는 E₁과 E₂사이에서 변환될 수 있다.

이러한 모든 변환작동은 동시에행해지고 그리고 같은 때에 식(N₂/N₁)=K(E₂/E₁)(f₂/f₁)^-¼이 성립된다(K는 4 내지 6이다).

그러므로 다른 종류의 팬 사이에서의 표피저항의 차이에 기인하는 유도가열코일의 입력전력의 변화는 거의 나타나지 않게 되고, 그리고 팬의 재질에 관계없이 유도가열을 효율적으로 행할 수 있다.

본 발명에서, 팬이 비투자율과 고유저항이 낮은 물질로 만들어졌을 경우에도 과전류 현상이 발생하지 않게 되고 그리고 유도가열이 철과 같은 재질이 사용될 때와 거의 같은 입력전류를 갖고서 어려움 없이 행해진다.

그러므로 주파수를 극도로 증가시킬 필요가 없고 유도가열코일의 구조를 간단하게 할 수 있다.

Claims (7)

1. 요리용 그릇을 설치하는 상단판(10), 상단판에 설치된 요리용 그릇을 유도 가열시키기 위한 유도가열코일(12), 코일에 고주파 전류를 공급하는 인버터(9)를 구비하고 있는 유도가열조리기에 있어서, 투자율 및 저항값 또는 투자율이나 저항값이 높은 물질로 만들어진 제 1 요리용 그릇과, 투자율 또는 저항값이 낮은 물질로 만들어진 제 2 요리용 그릇이 놓여지는 상단판, 제 1 직류전압(E₁) 또는 제 2 직류전압(E₂)을 공급하는 직류 전원장치, 상기 직류 전원장치로부터 공급된 제 1 또는 제 2 의 직류전압을 주파수(f₁)의 제 1 고주파 전류 또는 주파수(f₂)의 저주파 전류로 변환시키는 인버터, 자기 유도에 의해 제 1 요리용 그릇이 가열되도록 상기 상단판에 선택적으로 놓여 있는 제 1 요리용 그릇에다 고주파 자장을 적용시키기 위해 인버터로부터 공급된 제 1 고주파 전류로 공진하고 그리고 선정된 권수(N₁)로 된 제 1 가열코일과 선정된 커패시턴스(C₁)로 된 제 1 콘덴서를 포함하는 제 1 공진회로, 자기 유도에 의해 제 1 요리용 그릇이 가열되도록 상단판에 선택적으로 놓여 있는 제 2 요리용 그릇에다 고주파 자장을 가하기 위해 상기 인버터로부터 공급된 제 2 고주파 전류로 공진하고, 그리고 선정된 권수(N₂)로 된 제 2 가열코일과 선정된 커패시턴스(C₂)로 된 제 2 콘덴서를 포함하는 제 2 공진회로, 제 1 및 제 2 공진회로를 통해 흐르는 전류를 검출하는 전류검출회로, 그리고 전류검출장치에 결합되어 전류검출장치로부터 나오는 전류검출 결과를 받아들이고, 검출결과가 작은값일때 제 1 요리용 그릇이 상단판에 설치되어 있다고 판단하여 인버터에 제 1 고주파 전류를 발생시켜 제 1 공진회로를 공진모드로 설정하며, 검출결과가 큰값일때 제 2 요리용 그릇이 상단판에 설치되어 있다고 판단하여 인버터에 제 2 고주파 전류를 발생시켜 제 2 공진회로를 공진모드로 설정하는 부하 검출회로를 구비하여 권수의 비율(N₂/N₁)이 주파수의 비율(f₂/f₁)의 (

   

   )승의 값과 전압비율(E₂/E₁)을 곱한값의 4 내지 6배의 값의 범위로 되도록 된 것을 특징으로 하는 유도가열조리기.
2. 제 1 항에 있어서, 주파수(f₁)는 20KHz이고, 주파수(f₂)는 50KHz인 것을 특징을 하는 조리기.
3. 제 1 항에 있어서, 전압비율(E₂/E₁)이 1/2인 것을 특징으로 하는 조리기.
4. 제 3 항에 있어서, 권수(N₁)는 20이고 권수(N₂)는 40인 것을 특징으로 하는 조리기.
5. 제 1 항에 있어서 직류 전원장치가 사이리스터 그리고 그 사이리스터와 결합한 위상 제어회로를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 조리기.
6. 제 1 항에 있어서, 직류 전원장치가 소정의 전압과 그것의 배의 전압을 발생시키기 위해 배전압 정류회로를 갖추고 이는 것을 특징으로하는 조리기
7. 제 1 항에 있어서, 직류 전원장치가 소정의 전압과 그것의

   

   배의 전압을 발생시키기 위해 정류회로를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 조리기.

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