WO2024128531A1 - 유도 가열 조리기 - Google Patents

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니시쿠리노부하루
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Samsung Electronics Co Ltd
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Definitions

  • This disclosure relates to induction heating cookers.
  • PCB board printed circuit board
  • An induction heating cooker may be provided with a top plate on which the object to be heated is placed and a plurality of heating coils.
  • the plurality of heating coils are for heating the object to be heated on the top plate.
  • Each of the plurality of heating coils may include a coil substrate formed by stacking a plurality of six or more pattern layers each having a coil pattern formed thereon.
  • the coil substrate may be provided with a plurality of series pattern groups each including a plurality of the coil patterns connected in series. A plurality of series pattern groups may be connected in parallel.
  • the inverter circuit supplies alternating current to the heating coil.
  • the processor controls the inverter circuit.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an induction heating cooker according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 2 is a plan view schematically showing a coil substrate according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 3 is a cross-sectional view schematically showing a coil substrate with a 16-layer structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 4 is a plan view schematically showing the first and second layer coil patterns of a six-layer coil substrate according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing an example of wiring of a coil substrate with a six-layer structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams showing examples of wiring of a six-layer coil substrate according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 7 is a schematic diagram showing an example of wiring of a coil substrate with a 12-layer structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 8 is a schematic diagram showing an example of wiring of a 12-layer coil substrate according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is an experimental result showing coil loss in examples of wiring of a coil substrate having a 12-layer structure shown in FIGS. 7 and 8.
  • a or B “at least one of A and B”, “at least one of A or B”, “A, B or C”, “at least one of A, B and C”, and “A Each of phrases such as “at least one of , B, or C” may include any one of the items listed together in the corresponding phrase, or any possible combination thereof.
  • One (e.g. first) component is said to be “coupled” or “connected” to another (e.g. second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively”.
  • any of the components can be connected to the other components directly (e.g. wired), wirelessly, or through a third component.
  • the induction heating cooker may be equipped with a coil substrate.
  • a coil substrate having a two-layer coil pattern structure may be employed as the coil substrate.
  • the copper thickness of the first layer needs to be about 500 ⁇ m. If you do so, the skin effect may increase and coil loss may increase.
  • a method of securing current capacity by reducing the thickness and width of the coil pattern and connecting a plurality of coil patterns in parallel may be considered. In this case, the number of interlayer connections for parallel connection of a plurality of coil patterns increases, and coil loss according to the wiring length may also increase.
  • the present disclosure provides an induction heating cooker employing a coil substrate with a multi-layer coil pattern structure that can reduce coil loss and reduce the number of connections between layers.
  • Figure 1 is a schematic diagram of an induction heating cooker 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the induction heating cooker 100 according to an embodiment of the present disclosure induction heats the object to be heated, for example, a cooking utensil such as a cooking pot, placed on a top plate.
  • the induction heating cooker 100 according to an embodiment of the present disclosure can heat the object to be heated by freely placing it anywhere on the top plate.
  • an induction heating cooker 100 includes a top plate 1 on which an object to be heated is placed, a plurality of heating coils 2 for heating the object to be heated, and a heating It may be provided with an inverter circuit 3 that supplies alternating current to the coil 2 and a processor 41 that controls the inverter circuit 3.
  • the induction heating cooker 100 may be provided with a sensor coil for detecting the position of the object to be heated.
  • the top plate 1 may be, for example, a flat plate made of an electrically insulating material such as glass or ceramic.
  • a heating coil (2) is installed on the back side of the top plate (1).
  • a plurality of heating coils 2 may be arranged to form a two-dimensional array (vertical and horizontal matrix) when viewed from a plan view.
  • the heating coil 2 may be installed on the substrate in a sheet shape.
  • the plurality of heating coils 2 may be in the form of a printed board (coil board (FIG. 2:20)) formed on a board through a patterning process using photoresist or the like.
  • each of the plurality of heating coils 2 may have the same shape and size.
  • the shapes and sizes of the plurality of heating coils 2 do not all need to be the same.
  • at least one of the plurality of heating coils 2 may be different from the others in at least one of shape and size. The specific configuration of the coil substrate 20 will be described later.
  • the inverter circuit 3 converts the alternating voltage supplied from a power source (not shown) into an arbitrary driving frequency and outputs it to the heating coil 2.
  • the inverter circuit 3 may be a half-bridge type inverter circuit using a switching element, or may be a full-bridge type inverter circuit.
  • the control device 4 may include a processor 41, for example, a central processing unit (CPU), and a memory 42.
  • the control device 4 may further include input means.
  • the processor 41 reads and executes the program stored in the memory 42. Thereby, the processor 41 controls the inverter circuit 3 according to the program stored in the memory.
  • the processor 41 includes an inverter circuit ( 3) can be controlled.
  • the position of the object to be heated placed on the top plate 1 can be detected by a position sensor, such as an inductive proximity coil, installed on the back side of the top plate 1.
  • the processor 41 may control the power supplied to each coil 2 based on the detection value of a current sensor (not shown) installed corresponding to each heating coil 2 in the inverter circuit 3.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the coil substrate 20 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a coil substrate 20 having a 16-layer structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • the coil substrate 20 may be a printed circuit board formed by stacking six or more pattern layers PL on which a coil pattern CP is formed. An insulating material is interposed between the pattern layers PL.
  • the coil substrate 20 has a laminated structure of six or more layers, so the thickness of one layer of the heating coil, for example, the copper thickness, can be reduced. This reduces the impact of surface effect and reduces coil loss.
  • the coil pattern CP is formed in each pattern layer.
  • the coil pattern CP may be spiral-shaped.
  • the coil pattern CP may be formed by a plurality of coil elements that are approximately rectangular in plan view, as shown in FIG. 2 .
  • the coil pattern CP may be formed by a plurality of coil elements that are circular in plan view.
  • the shape of the coil element forming the coil pattern CP is not limited to the above-described shape.
  • the coil substrate 20 may include a plurality of serial pattern groups. A plurality of series pattern groups may be connected in parallel to each other. Each of the plurality of series pattern groups may include a plurality of coil patterns CP connected in series.
  • a plurality of serial pattern groups may be formed such that coil patterns formed on adjacent pattern layers among the plurality of pattern layers are connected in parallel to each other. As a result, coils formed in a plurality of pattern layers can form a parallel connection relationship, and it is possible to secure a large current capacity.
  • a plurality of coil patterns CP forming each of a plurality of serial pattern groups may be formed on four or more pattern layers. At least one of the plurality of serial pattern groups may have a combination of a plurality of pattern layers that is different from the remaining serial pattern groups. According to this, the wiring structure can be simplified, reducing the number of inter-layer connections, and thereby reducing power loss.
  • the plurality of serial pattern groups may include at least two serial pattern groups in which the combination of the plurality of pattern layers is the same. Thereby, the number of inter-layer connections can be reduced.
  • Figures 2 and 3 schematically show a coil substrate 20 formed by stacking 16 pattern layers (first to sixteenth layers).
  • the coil substrate 20 includes four serial pattern groups 21 to 24.
  • Each of the four series pattern groups 21 to 24 includes four coil patterns CP connected in series.
  • Four series pattern groups (21) to (24) are connected in parallel to each other.
  • the difference between the sum of lengths of the coil patterns CP forming each of the plurality of serial pattern groups 21 to 24 may be 10% or less.
  • the series pattern group 21 is formed by serially connecting coil patterns CP formed on the first, eighth, ninth, and sixteenth layers.
  • the series pattern group 22 is formed by connecting coil patterns CP formed on the second, seventh, tenth, and fifteenth layers in series.
  • the serial pattern group 23 is formed by connecting coil patterns CP formed on the third, sixth, eleventh, and fourteenth layers in series.
  • the series pattern group 24 is formed by serially connecting coil patterns CP formed on the fourth, fifth, twelfth, and thirteenth layers.
  • the series pattern groups 21 to 24 shown in FIGS. 2 and 3 have different combinations of pattern layers in which the coil patterns CP are formed.
  • the coil patterns CP formed in different pattern layers are connected in parallel.
  • both terminals (input terminal 2a, output terminal 2b) for parallel connection of a plurality of series pattern groups 21 to 24 are coil patterns. It is formed on the outer periphery of (CP). And as shown in FIG. 3, electrical connection between pattern layers is formed by a conductor (through hole (TH)) formed through the coil substrate 20. The through hole TH is formed by penetrating all of the pattern layers PL.
  • Each series pattern group 21 is formed by one intermediate terminal 2c formed of a conductor provided on the outer periphery of the coil pattern CP and a plurality of connection terminals 2d formed of a conductor provided on the inner periphery of the coil pattern CP. ) to (24), four coil patterns (CP) are connected in series.
  • the coil patterns are formed so that the input terminal 2a side is the uppermost layer among the plurality of pattern layers PL, and the output terminal 2b side is the lowest layer among the plurality of pattern layers PL. (CP) is connected. According to this configuration, when the weak electric sensor is mounted on the upper layer when forming the multilayer coil patterns CP, it is easy to form the weak electric sensor into a thin film structure.
  • the multi-layer structure of the coil substrate 20 is not limited to the 16-layer structure described above.
  • Figure 4 is a plan view schematically showing the first and second layer coil patterns of a six-layer coil substrate according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing an example of wiring of a coil substrate with a six-layer structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • the coil substrate 20 is a printed board formed by stacking six patterned layers.
  • each pattern layer has a spiral or concentric coil pattern (CP).
  • the coil pattern CP of the first layer includes two spiral coil patterns CP11 and CP12 connected in parallel.
  • the coil pattern CP of the second layer includes two spiral coil patterns CP21 and CP22 connected in series.
  • the coil pattern CP of the third layer includes two independent spiral-shaped coil patterns CP31 and CP32. As a result, the coil patterns CP31 and CP32 are connected in parallel with each other.
  • the coil pattern CP of the fourth layer has the same structure as the coil pattern CP of the third layer.
  • the coil pattern CP of the fourth layer includes two independent spiral-shaped coil patterns CP41 and CP42. As a result, the coil patterns CP31 and CP32 are connected in parallel with each other.
  • the coil pattern CP of the fifth layer has the same structure as the coil pattern CP of the second layer. That is, the coil pattern CP of the fifth layer includes two spiral coil patterns CP51 and CP52 connected in series.
  • the coil pattern CP of the sixth layer has the same structure as the coil pattern CP of the first layer. That is, the coil pattern CP of the sixth layer includes two spiral coil patterns CP61 and CP62 connected in parallel.
  • the coil substrate 20 includes three series pattern groups 21 to 23, each of which includes four coil patterns CP connected in series.
  • the series pattern group 21 includes coil patterns CP11, CP32, CP41, and CP62 connected in series.
  • the series pattern group 22 includes coil patterns CP12, CP31, CP42, and CP61 connected to each other in series.
  • the series pattern group 23 includes coil patterns CP21, CP22, CP52, and CP51 connected to each other in series.
  • the three series pattern groups (21) to (23) are connected in parallel.
  • the difference between the sum of lengths of the coil patterns CP forming each of the plurality of serial pattern groups 21 to 23 may be 10% or less.
  • two series pattern groups 21 and 22 are formed by connecting four coil patterns CP formed on four pattern layers in series. That is, the serial pattern group 21 is a serial connection of four coil patterns (CP11, CP32, CP41, CP62) formed in the first, third, fourth, and sixth layers, respectively. (22) shows four coil patterns (CP12, CP31, CP42, CP61) formed in the first, third, fourth, and sixth layers, respectively, connected in series. Accordingly, the series pattern groups 21 and 22 have the same combination of pattern layers on which the coil patterns CP formed are connected in series. Additionally, the series pattern group 23 is formed by connecting four coil patterns CP formed on two pattern layers in series.
  • the series pattern group 23 is formed by connecting the coil patterns CP21 and CP22 formed on the second layer and the coil patterns CP52 and CP51 formed on the fifth layer in series. Accordingly, the combination of pattern layers on which the serially connected coil patterns CP are formed in the series pattern group 23 is different from the combination of pattern layers of the two series pattern groups 21 and 22. According to this configuration, when three series pattern groups 21 to 23 are connected in parallel, the coil patterns CP formed on different pattern layers are connected in parallel.
  • both terminals for connecting a plurality of series pattern groups 21 to 23 in parallel are formed on the outer periphery of the coil pattern CP. .
  • the electrical connection between the pattern layers is formed by a conductor (through hole (TH)) formed through all the pattern layers.
  • Each series pattern group 21 to (23) is formed by a connection terminal 2c formed of a conductor provided on the outer periphery of the coil pattern CP and a connection terminal 2d formed of a conductor installed on the inner periphery of the coil pattern CP. ) are connected in series.
  • the impedance of the outer patterns (CP11, CP21, CP31, CP41, CP51, CP61) is Z1
  • the impedus of the inner patterns (CP12, CP22, CP32, CP42, CP52, CP62) is Z2.
  • the impedances of the three series pattern groups (21) to (23) are calculated to be the same. According to this configuration, the gap in impedance between a plurality of series pattern groups can be reduced to reduce the current gap between each series pattern group, thereby reducing coil loss.
  • the number of interlayer connections is 7.
  • FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams showing examples of wiring of a six-layer coil substrate according to an embodiment of the present disclosure.
  • the gap in impedance between the three series pattern groups 21 to 23 can be reduced, so the impedance of the outer patterns (CP11, CP21, CP31, CP41, CP51, CP61) is set to Z1. If they are all the same and the impedances of the inner patterns (CP12, CP22, CP32, CP42, CP52, CP62) are all the same as Z2, the middle terminals of the series pattern groups 21 and 22 can be integrated.
  • the series pattern group It is necessary to divide the middle terminal of (21)(22).
  • the impedance of the outer patterns CP11, CP21, CP31
  • the impedance of the outer patterns CP41, CP51, CP61
  • the impedance of the inner patterns CP12, CP22, CP32
  • the impedance of the inner patterns CP12, CP22, CP32
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of wiring of a 12-layer coil substrate according to an embodiment of the present disclosure.
  • the coil substrate 20 is a printed circuit board formed by stacking 12 patterned layers.
  • Each of the pattern layers in the coil substrate 20 has a spiral or concentric coil pattern (CP).
  • the coil pattern CP includes two coil patterns CP1 and CP2 with impedance values Z1 and Z2, respectively.
  • the coil patterns CP of the first to third layers and the tenth to twelfth layers have a structure in which two spiral coil patterns CP1 (CP2) are connected in parallel.
  • the coil patterns CP of the fourth to ninth layers have a structure in which two spiral coil patterns CP1 and CP2 are independent.
  • the coil substrate 20 has six series pattern groups 21 to 26.
  • Each of the six series pattern groups 21 to 26 includes two coil patterns CP1 and two coil patterns CP2 connected in series with each other.
  • Six series pattern groups (21) to (26) are connected in parallel.
  • the difference in the sum of the lengths of the coil patterns constituting each of the plurality of serial pattern groups 21 to 26 may be 10% or less.
  • two serial pattern groups 21 and 22 include two coils formed in the first, sixth, seventh and twelfth layers.
  • a pattern (CP1) and two coil patterns (CP2) are connected in series.
  • the two series pattern groups 23 and 24 are formed by serially connecting two coil patterns CP1 and two coil patterns CP2 formed in the second, fifth, eighth, and eleventh layers. It was done.
  • the two series pattern groups 25 and 26 are formed by serially connecting two coil patterns CP1 and two coil patterns CP2 formed in the third, fourth, ninth and tenth layers. It was done.
  • both terminals (input terminal 2a, output terminal 2b) connecting the plurality of series pattern groups 21 to 26 in parallel are formed on the outer periphery of the coil patterns CP1 (CP2).
  • the connection terminal 2c is formed of a conductor (through hole (TH)) installed on the outer periphery of the coil patterns CP1 (CP2)
  • the connection terminal 2c is formed of a conductor installed on the inner periphery of the coil patterns CP1 (CP2).
  • Two coil patterns CP1 and two coil patterns CP2 forming each series pattern group 21 to 26 are connected in series by the connection terminal 2d.
  • the impedance of the six series pattern groups 21 to 26 is calculated to be the same as 2 . Additionally, in the coil substrate 20 shown in FIG. 7, the number of connections between layers is 18.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of wiring of a 12-layer coil substrate according to an embodiment of the present disclosure.
  • the coil substrate 20 shown in FIG. 8 is a printed board formed by stacking 12 pattern layers, similar to the coil substrate 20 shown in FIG. 7, but the method of connecting the pattern layers is different.
  • the pattern layers are connected to be symmetrical about the centers of the pattern layers (between the sixth and seventh layers), but in the coil substrate 20 shown in FIG. 8, the pattern layers The pattern layers are connected asymmetrically with respect to the centers of the layers (between the sixth and seventh layers).
  • the coil pattern CP formed on the uppermost pattern layer is connected in series to the coil pattern CP formed on pattern layers other than the lowest layer.
  • the coil pattern CP closest to the uppermost pattern layer is connected in series to the coil pattern CP formed in the pattern layer farthest from the lowest pattern layer.
  • the two serial pattern groups 21 and 22 include two coil patterns CP1 and two coil patterns CP2 formed on the first, sixth, ninth, and tenth layers. It is connected in series.
  • the two series pattern groups 23 and 24 are formed by connecting in series two coil patterns CP1 and two coil patterns CP2 formed in the second, fifth, eighth, and eleventh layers. will be.
  • the two series pattern groups 25 and 26 are formed by connecting two coil patterns CP1 and two coil patterns CP2 formed in the third, fourth, seventh, and twelfth layers in series. will be.
  • FIG. 9 is an experimental result showing coil loss in examples of wiring of the coil substrate 20 having the 12-layer structure shown in FIGS. 7 and 8.
  • the magnetic impedance of each series pattern group 21 to 26 is designed to be the same, in actual operation, especially on the surface layer (for example, the first and twelfth layers in the case of a 12-layer structure)
  • the influence of this mutual impedance decreases and the current flowing through it increases, resulting in greater coil loss.
  • the gap in impedance may increase due to the proximity effect of a plurality of series pattern groups connected in parallel.
  • the plurality of serial pattern groups 21 to 26 may be formed so that the coil pattern formed on the uppermost pattern layer is connected in series with the coil pattern formed on pattern layers other than the lowest layer.
  • the number of pattern layers of the coil substrate 20 may be other than 6 layers, 12 layers, and 16 layers, for example, 10 layers.
  • the series pattern group may have a structure in which five or more coil patterns are connected in series.
  • the present disclosure provides a coil substrate with a multi-layer coil pattern structure that can reduce coil loss and an induction heating cooker employing the same.
  • the present disclosure provides a coil substrate with a multi-layer coil pattern structure that can reduce the number of connections between layers, and an induction heating cooker employing the same.
  • the purpose of the present disclosure is not limited thereto.
  • An induction heating cooker may be provided with a top plate on which the object to be heated is placed and a plurality of heating coils.
  • the plurality of heating coils are for heating the object to be heated.
  • Each of the plurality of heating coils may include a coil substrate formed by stacking a plurality of six or more pattern layers each having a coil pattern formed thereon.
  • the coil substrate may be provided with a plurality of series pattern groups each including a plurality of the coil patterns connected in series. A plurality of series pattern groups are connected in parallel.
  • the inverter circuit supplies alternating current to the heating coil.
  • the processor controls the inverter circuit. According to a laminated structure of six or more layers, it is possible to thin the copper thickness of one layer and reduce coil loss by reducing the influence of the skin effect.
  • At least one of the plurality of series pattern groups may be a serial connection of the coil patterns formed on four or more pattern layers. As a result, the number of connections between floors can be reduced.
  • the plurality of serial pattern groups may be formed such that coil patterns formed on adjacent pattern layers among the plurality of pattern layers are connected in parallel to each other.
  • coils formed in a plurality of pattern layers can form a parallel connection relationship, and it is possible to secure a large current capacity.
  • At least one of the plurality of serial pattern groups may have a combination of a plurality of pattern layers that is different from the remaining serial pattern groups.
  • the plurality of serial pattern groups may include at least two serial pattern groups with the same combination of the plurality of pattern layers.
  • the plurality of serial pattern groups may be formed such that the coil pattern formed on the uppermost layer is connected in series to the coil pattern formed on pattern layers other than the lowest layer. According to this, the impedance gap caused by the proximity effect of a plurality of series pattern groups connected in parallel can be reduced.
  • the difference between the total lengths of the plurality of coil patterns constituting each of the plurality of serial pattern groups may be 10% or less.
  • the gap between the total lengths of the coil patterns of the plurality of series pattern groups increases, the current gap between the plurality of series pattern groups connected in parallel increases, resulting in increased loss.
  • both terminals connecting the plurality of series pattern groups in parallel may be formed on the outer periphery of the coil pattern.
  • the electrical connection between the plurality of pattern layers may be formed by a conductor formed through the plurality of pattern layers.
  • the coil pattern may have a spiral shape.

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Abstract

개시된 유도 가열 조리기는 복수의 가열 코일을 구비한다. 복수의 가열 코일은 탑플레이트 상의 피가열물을 가열하기 위한 것이다. 복수의 가열 코일 각각은, 각각 코일패턴이 형성된 6층 이상의 복수의 패턴층을 적층하여 형성된 코일 기판을 포함한다. 코일 기판은 각각 직렬 접속된 복수의 상기 코일 패턴을 포함하는 복수의 직렬 패턴군을 구비한다. 복수의 직렬 패턴군은 병렬 접속된다.

Description

유도 가열 조리기
본 개시는 유도 가열 조리기에 관한 것이다.
유도 가열 조리기의 박형화나 경량화를 위하여, 유도 가열 조리기에 이용되는 가열 코일의 박형화가 고려되고 있다. 가열 코일의 박형화를 실현하기 위해서는, 특허 문헌 1(일본 특개 2019-186235호 공보)과 특허문헌2(일본 특개 2019-41273호 공보)에 개시된 비접촉 급전에 이용되는 프린트 기판(PCB 기판) 타입의 코일 기판을 이용하는 것이 고려된다.
본 개시의 일 측면에 따른 유도 가열 조리기는, 피가열물이 놓이는 탑플레이트와 복수의 가열 코일을 구비할 수 있다. 복수의 가열 코일은 탑플레이트 상의 피가열물을 가열하기 위한 것이다. 복수의 가열 코일 각각은, 각각 코일패턴이 형성된 6층 이상의 복수의 패턴층을 적층하여 형성된 코일 기판을 포함할 수 있다. 코일 기판은 각각 직렬 접속된 복수의 상기 코일 패턴을 포함하는 복수의 직렬 패턴군을 구비할 수 있다. 복수의 직렬 패턴군은 병렬 접속될 수 있다. 인버터 회로는 가열 코일에 교류 전류를 공급한다. 프로세서는 인버터 회로를 제어한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 유도 가열 조리기의 모식도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 코일 기판을 모식적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 16층 구조의 코일 기판을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 6층 구조의 코일 기판의 제1층째 및 제2층째의 코일 패턴을 모식적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 6층 구조의 코일 기판의 배선의 일 예를 도시한 모식도이다.
도 6a와 도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따른 6층 구조의 코일 기판의 배선의 예들을 도시한 모식도들이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 12층 구조의 코일 기판의 배선의 일 예를 도시한 모식도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 12층 구조의 코일 기판의 배선의 일 예를 도시한 모식도이다.
도 9는 도 7과 도 8에 도시된 12층 구조를 갖는 코일 기판의 배선의 예들에서의 코일 손실을 보여주는 실험 결과이다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 구성요소들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 구성요소들 중의 어느 구성요소를 포함한다.
"제1", "제2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
"포함하다" 또는 "가지다"등의 용어는 본 문서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소와 "연결", "결합", "지지" 또는 "접촉"되어 있다고 할 때, 이는 구성요소들이 직접적으로 연결, 결합, 지지 또는 접촉되는 경우뿐 아니라, 제3 구성요소를 통하여 간접적으로 연결, 결합, 지지 또는 접촉되는 경우를 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 존재하는 경우도 포함한다.
유도 가열 조리기는 코일 기판을 구비할 수 있다. 코일 기판으로서 2층 코일 패턴 구조를 갖는 코일 기판이 채용될 수 있다. 2층 코일 패턴 구조를 갖는 코일 기판을 이용하여 대화력(大火力)(최대 3kW 초과)의 유도 가열 조리기를 구현하려면, 1층의 구리 두께(코일 패턴의 두께)를 500μm 정도로 할 필요가 있다. 그렇게 하면, 표피 효과(skin effect)의 영향이 커져 코일 손실이 커질 수 있다. 표피 효과를 줄이면서 대화력을 구현하기 위해서, 코일 패턴의 두께와 폭을 작게 하고 복수의 코일 패턴을 병렬 접속하여 전류 용량을 확보하는 방안이 고려될 수 있다. 이 경우, 복수의 코일 패턴을 병렬 접속하기 위한 층간 접속수가 증가하고, 또 배선 길이에 따른 코일 손실도 커질 수 있다.
본 개시는 코일 손실을 줄이면서 층간 접속수를 줄일 수 있는 다층 코일 패턴 구조의 코일 기판을 채용한 유도 가열 조리기를 제공한다. 이하, 도면을 참조하여 본 개시에 따른 유도 가열 조리기의 실시예들을 설명한다.
<유도 가열 조리기의 구성>
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 유도 가열 조리기(100)의 모식도이다. 본 개시의 일 실시예에 따른 유도 가열 조리기(100)는 탑플레이트에 놓인 피가열물, 예를 들어 조리용 냄비 등의 조리 기구를 유도 가열하는 것이다. 본 개시의 일 실시예에 따른 유도 가열 조리기(100)는 피가열물을 탑플레이트의 어디에라도 자유롭게 놓고 가열할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 유도 가열 조리기(100)는 피가열물이 놓이는 탑플레이트(1)와, 피가열물을 가열하기 위한 복수의 가열 코일(2)과, 가열 코일(2)에 교류 전류를 공급하는 인버터 회로(3)와, 인버터 회로(3)를 제어하는 프로세서(41)를 구비할 수 있다. 도면으로 도시되지 않았지만, 유도 가열 조리기(100)는 피가열물의 위치를 검출하기 위한 센서 코일을 구비할 수 있다.
탑플레이트(1)의 외표면에 피가열물이 놓이는 평탄한 탑재면(mounting surface)이 마련된다. 탑플레이트(1)는 예를 들면 유리나 세라믹 등의 전기 절연 재료로 형성된 평판형일 수 있다.
탑플레이트(1)의 이면에 가열 코일(2)이 설치된다. 도 1을 참조하면, 복수의 가열 코일(2)은 평면에서 보아 이차원 어레이형(종횡 매트릭스형)을 이루도록 배치될 수 있다.
가열 코일(2)은 시트형상으로 기판에 설치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 가열 코일(2)은 기판 상에 포토레지스트 등을 이용한 패터닝 공정으로 형성된 프린트 기판(코일 기판(도 2: 20)) 형태일 수 있다. 일 실시예로서, 복수의 가열 코일(2) 각각이 동일한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 복수의 가열 코일(2)의 형상 및 크기가 모두 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 복수의 가열 코일(2) 중 적어도 하나는 형상과 크기 중 적어도 하나가 다른 것들과 다를 수 있다. 코일 기판(20)의 구체적 구성은 후술하기로 한다.
인버터 회로(3)는, 도시되지 않은 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 임의의 구동 주파수로 변환하여 가열 코일(2)에 출력한다. 예를 들어, 인버터 회로(3)는 스위칭 소자를 이용하는 하프 브릿지 방식의 인버터 회로일 수 있으며, 풀 브릿지 방식의 인버터 회로일 수도 있다.
제어 기기(4)는 프로세서(41), 예를 들어 중앙처리장치(CPU)와, 메모리(42)를 구비할 수 있다. 제어 기기(4)는 입력 수단을 더 구비할 수 있다. 프로세서(41)는 메모리(42)에 기억된 프로그램을 읽어들여 실행한다. 이에 의하여, 프로세서(41)는 메모리에 기억된 프로그램에 따라 인버터 회로(3)를 제어한다.
일 실시예로서, 프로세서(41)는 복수의 가열 코일(2) 중에서 탑플레이트(1)에 놓인 피가열물의 아래쪽 또는 그 근방에 위치하는 가열 코일(2)에만 선택적으로 전력을 공급하도록 인버터 회로(3)를 제어할 수 있다. 탑플레이트(1)에 놓인 피가열물의 위치는, 탑플레이트(1)의 이면에 설치된, 예를 들면 유도 근접 코일 등의 위치 센서에 의해 검출될 수 있다. 프로세서(41)는 인버터 회로(3)에서 각 가열 코일(2)에 대응하여 설치된 전류 센서(미도시)의 검출치에 기초하여 각 코일(2)에 공급하는 전력을 제어할 수 있다.
<코일 기판(20)>
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 코일 기판(20)을 모식적으로 도시한 평면도이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 16층 구조의 코일 기판(20)을 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 2와 도 3을 참조하면, 코일 기판(20)은 코일 패턴(CP)이 형성된 6층 이상의 패턴층들(PL)을 적층하여 형성된 프린트 기판일 수 있다. 패턴층들(PL)의 사이에는 절연재가 개재된다. 이와 같은 코일 기판(20)을 갖는 유도 가열 조리기(100)에 의하면, 코일 기판(20)이 6층 이상의 적층 구조를 가지므로, 한 층의 가열 코일의 두께, 예를 들어 구리 두께를 얇게 할 수 있어 표면 효과의 영향을 줄여 코일 손실을 줄일 수 있다.
코일 기판(20)에서, 각 패턴층에 1개의 코일 패턴(CP)이 형성된다. 예를 들어, 코일 패턴(CP)은 스파이럴형일 수 있다. 일 실시예로서, 코일 패턴(CP)은 도 2에 도시된 바와 같이 평면에서 보아 대략 직사각형인 복수의 코일 요소에 의하여 형성될 수 있다. 일 실시예로서, 코일 패턴(CP)은 평면에서 보아 원형인 복수의 코일 요소에 의하여 형성될 수 있다. 코일 패턴(CP)을 형성하는 코일 요소의 형상은 전술한 형상에 한정되지는 않는다. 코일 기판(20)은 복수의 직렬 패턴군을 구비할 수 있다. 복수의 직렬 패턴군은 서로 병렬 연결될 수 있다. 복수의 직렬 패턴군 각각은 직렬 연결된 복수의 코일 패턴(CP)을 구비할 수 있다. 복수의 직렬 패턴군은 상기 복수의 패턴층 중 인접한 패턴층들에 형성된 코일 패턴들이 상호 병렬 접속되도록 형성될 수 있다. 이에 의하여, 복수의 패턴층에 형성된 코일들이 병렬 접속 관계를 형성할 수 있으며, 큰 전류 용량의 확보가 가능하다. 복수의 직렬 패턴군 각각을 형성하는 복수의 코일 패턴(CP)은 4층 이상의 패턴층에 형성될 수 있다. 복수의 직렬 패턴군 중 적어도 하나는 복수의 패턴층의 조합이 나머지 직렬 패턴군과 다를 수 있다. 이에 의하면, 배선 구조가 간소화되어 층간 접속수를 줄일 수 있으며, 이에 수반하여 전력 손실을 줄일 수 있다. 즉, 각 패턴층에서의 상호 임피던스에 의한 병렬 접속된 직렬 패턴군들 간의 임피던스 격차를 낮춤으로써, 이론상 전층(全層) 직렬 접속 구조와 동등한 효율 특성을 유지할 수 있다. 또한 전층 직렬 접속 주조보다 층간 접속수를 줄여 층간 배선 저항을 낮춤으로써, 전층 직렬 접속 구조보다 저손실 설계가 가능해진다. 복수의 직렬 패턴군은 복수의 패턴층의 조합이 동일한 적어도 2개의 직렬 패턴군을 구비할 수도 있다. 이에 의하여, 층간 접속수를 줄일 수 있다.
일 실시예로서, 도 2 및 도 3에는 16층의 패턴층(제1층 내지 제16층)을 적층하여 형성된 코일 기판(20)이 모식적으로 도시된다. 일 실시예로서, 코일 기판(20)은 4개의 직렬 패턴군(21)~(24)을 구비한다. 4개의 직렬 패턴군(21)~(24) 각각은 직렬 접속된 4개의 코일 패턴(CP)을 구비한다. 4개의 직렬 패턴군(21)~(24)은 서로 병렬 접속된다. 복수의 직렬 패턴군(21)~(24) 각각을 형성하는 코일 패턴들(CP)의 길이 합들의 차이는 10% 이하일 수 있다.
예를 들어 도 3을 참조하면, 직렬 패턴군(21)은 제1층, 제8층, 제9층 및 제16층에 형성된 코일 패턴들(CP)을 직렬 접속하여 형성된다. 직렬 패턴군(22)은 제2층, 제7층, 제10층 및 제15층에 형성된 코일 패턴들(CP)을 직렬 접속하여 형성된다. 직렬 패턴군(23)은 제3층, 제6층, 제11층 및 제14층에 형성된 코일 패턴들(CP)을 직렬 접속하여 형성된다. 직렬 패턴군(24)은 제4층, 제5층, 제12층 및 제13층에 형성된 코일 패턴(CP)을 직렬 접속하여 형성된다.
이와 같이 도 2 및 도 3에 도시한 직렬 패턴군(21)~(24)은 직렬 접속되는 코일 패턴들(CP)이 형성된 패턴층들의 조합이 서로 다르다. 4개의 직렬 패턴군(21)~(24)을 병렬 접속하면, 서로 다른 패턴층에 형성된 코일 패턴들(CP)은 병렬 접속된 형태가 된다.
또한 도 2에 도시된 것처럼, 코일 기판(20)에서, 복수의 직렬 패턴군(21)~(24)을 병렬 접속하기 위한 양 단자(입력 단자(2a), 출력 단자(2b))는 코일 패턴(CP)의 외주부에 형성되어 있다. 그리고 도 3에 도시된 것처럼, 패턴층들 사이의 전기적인 접속은 코일 기판(20)을 관통하여 형성된 도전체(스루홀(TH))에 의해 형성된다. 스루홀(TH)은 모든 패턴층들(PL)을 관통하여 형성된다. 코일 패턴(CP)의 외주부에 설치된 도전체로 형성된 1개의 중간 단자(2c)와, 코일 패턴(CP)의 내주부에 설치된 도전체로 형성된 복수의 접속 단자(2d)에 의해, 각 직렬 패턴군(21)~(24)을 형성하는 4개의 코일 패턴들(CP)이 직렬 접속된다.
또한 본 실시예의 코일 기판(20)에서는, 입력 단자(2a)측이 복수의 패턴층(PL) 중에서 최상층에, 출력 단자(2b)측이 복수의 패턴층(PL) 중에서 최하층이 되도록 코일 패턴들(CP)이 접속된다. 이 구성에 의하면, 다층 코일 패턴들(CP)을 형성할 때에 상부층에 약전(弱電) 센서를 실장할 경우에, 약전 센서를 박막 구조로 형성하기 용이하다.
코일 기판(20)의 복수 층 구조는 전술한 16층 구조에 한정되지 않는다. 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 6층 구조의 코일 기판의 제1층째 및 제2층째의 코일 패턴을 모식적으로 도시한 평면도이다. 도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 6층 구조의 코일 기판의 배선의 일 예를 도시한 모식도이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 코일 기판(20)은 6층의 패턴층을 적층하여 형성된 프린트 기판이다. 코일 기판(20)에서, 각 패턴층은 스파이럴형 또는 동심원형의 코일 패턴(CP)을 구비한다. 도 4와 도 5를 참조하면, 제1층의 코일 패턴(CP)은 병렬로 접속된 2개의 스파이럴형의 코일 패턴(CP11, CP12)을 구비한다. 제2층의 코일 패턴(CP)은 직렬로 접속된 2개의 스파이럴형의 코일 패턴(CP21, CP22)을 구비한다. 제3층의 코일 패턴(CP)은, 독립된 2개의 스파이럴형의 코일 패턴(CP31, CP32)을 구비한다. 결과적으로, 코일 패턴(CP31, CP32)은 서로 병렬로 접속된다. 제4층의 코일 패턴(CP)은 제3층의 코일 패턴(CP)와 동일한 구조를 갖는다. 제4층의 코일 패턴(CP)은 독립된 2개의 스파이럴형의 코일 패턴(CP41, CP42)을 구비한다. 결과적으로, 코일 패턴(CP31, CP32)은 서로 병렬로 접속된다. 제5층의 코일 패턴(CP)은 제2층의 코일 패턴(CP)과 동일한 구조를 갖는다. 즉, 제5층의 코일 패턴(CP)은 직렬로 접속된 2개의 스파이럴형의 코일 패턴(CP51, CP52)을 구비한다. 제6층의 코일 패턴(CP)은 제1층의 코일 패턴(CP)과 동일한 구조를 갖는다. 즉, 제6층의 코일 패턴(CP)은 병렬로 접속된 2개의 스파이럴형의 코일 패턴(CP61, CP62)을 구비한다.
코일 기판(20)은 직렬로 접속된 4개의 코일 패턴(CP)을 각각 구비하는 3개의 직렬 패턴군(21)~(23)을 구비한다. 구체적을 보면, 직렬 패턴군(21)은 서로 직렬로 접속된 코일 패턴들(CP11, CP32, CP41, CP62)을 구비한다. 직렬 패턴군(22)은 서로 직렬로 접속된 코일 패턴들(CP12, CP31, CP42, CP61)을 구비한다. 직렬 패턴군(23)은 서로 직렬로 접속된 코일 패턴들(CP21, CP22, CP52, CP51)을 구비한다. 3개의 직렬 패턴군(21)~(23)은 병렬 접속된다. 여기서, 복수의 직렬 패턴군(21)~(23) 각각을 형성하는 코일 패턴들(CP)의 길이 합들의 차이는 10% 이하일 수 있다.
3개의 직렬 패턴군(21)~(23) 중에서 2개의 직렬 패턴군(21)(22)은 4층의 패턴층에 각각 형성된 4개의 코일 패턴들(CP)을 직렬 접속한 것이다. 즉, 직렬 패턴군(21)은 제1층, 제3층, 제4층 및 제6층에 각각 형성된 4개의 코일 패턴들(CP11, CP32, CP41, CP62)을 직렬 접속한 것이고, 직렬 패턴군(22)은 제1층, 제3층, 제4층 및 제6층에 각각 형성된 4개의 코일 패턴들(CP12, CP31, CP42, CP61)을 직렬 접속한 것이다. 따라서, 직렬 패턴군(21)(22)은 직렬 접속되는 코일 패턴들(CP)이 형성된 패턴층들의 조합이 동일하다. 또, 직렬 패턴군(23)은 2층의 패턴층에 각각 형성된 4개의 코일 패턴들(CP)을 직렬 접속한 것이다. 즉, 직렬 패턴군(23)은 제2층에 형성된 코일 패턴들(CP21, CP22)과 제5층에 형성된 코일 패턴들(CP52, CP51)을 직렬 접속한 것이다. 따라서 직렬 패턴군(23)은 직렬 접속되는 코일 패턴들(CP)이 형성된 패턴층들의 조합이 2개의 직렬 패턴군(21)(22)의 패턴층들의 조합과는 다르다. 이 구성에 의하면, 3개의 직렬 패턴군(21)~(23)을 병렬 접속하면, 서로 다른 패턴층들에 형성된 코일 패턴들(CP)이 병렬 접속된 구조가 된다.
코일 기판(20)에서, 복수의 직렬 패턴군(21)~(23)을 병렬 접속하는 양 단자(입력 단자(2a), 출력 단자(2b))는 코일 패턴(CP)의 외주부에 형성되어 있다. 그리고 패턴층들 사이의 전기적인 접속은 모든 패턴층들을 관통하여 형성된 도전체(스루홀(TH))에 의해 형성된다. 코일 패턴(CP)의 외주부에 설치된 도전체로 형성된 접속 단자(2c)와, 코일 패턴(CP)의 내주부에 설치된 도전체로 형성된 접속 단자(2d)에 의해, 각 직렬 패턴군(21)~(23)을 형성하는 코일 패턴들(CP)이 직렬 접속된다.
여기서, 외측 패턴들(CP11, CP21, CP31, CP41, CP51, CP61)의 임피더스를 Z1, 내측 패턴들(CP12, CP22, CP32, CP42, CP52, CP62)의 임피더스를 Z2라 한다. 이 경우, 제1층, 제3층, 제4층 및 제6층을 직렬 접속한 직렬 패턴군(21)의 임피던스는, Z1(제1층 외측 패턴(CP11))+Z2(제3층 내측 패턴(CP32))+Z1(제4층 외측 패턴(CP41))+Z2(제6층 내측 패턴(CP62))=2×Z1 + 2×Z2가 된다. 또한, 제1층, 제3층, 제4층 및 제6층을 직렬 접속한 직렬 패턴군(22)의 임피던스는, Z2(제1층 내측 패턴(CP12))+Z1(제3층 외측 패턴(CP31))+Z2(제4층 내측 패턴(CP42))+Z1(제6층 외측 패턴(CP61))=2×Z1 + 2×Z2가 된다. 또, 제2층 및 제5층을 직렬 접속한 직렬 패턴군(23)의 임피던스는, Z1(제2층 외측 패턴(CP21))+Z2(제2층 내측 패턴(CP22))+Z2(제5층 내측 패턴(CP52))+Z1(제5층 외측 패턴(CP51))=2×Z1 + 2×Z2가 된다.
따라서, 3개의 직렬 패턴군(21)~(23)의 임피던스는 계산상 동일하다. 이와 같은 구성에 의하면, 다수의 직렬 패턴군 간의 임피던스의 격차를 작게 하여 각 직렬 패턴군 간의 전류 격차를 줄일 수 있기 때문에, 코일 손실을 줄일 수 있다. 도 5에 도시된 코일 기판(20)에서 층간 접속수는 7개이다.
도 6a와 도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따른 6층 구조의 코일 기판의 배선의 예들을 도시한 모식도들이다. 먼저, 도 6a를 참조하면, 3개의 직렬 패턴군(21)~(23)의 임피던스의 격차를 작게 하면 되므로, 외측 패턴들(CP11, CP21, CP31, CP41, CP51, CP61)의 임피던스가 Z1으로서 모두 동일하고, 내측 패턴들(CP12, CP22, CP32, CP42, CP52, CP62)의 임피던스가 Z2로서 모두 동일한 경우, 직렬 패턴군(21)(22)의 중간 단자가 통합될 수 있다.
외측 패턴들(CP11, CP21, CP31, CP41, CP51, CP61)의 임피던스가 동일하지 않고, 내측 패턴들(CP12, CP22, CP32, CP42, CP52, CP62)의 임피던스가 동일하지 않은 경우에는 직렬 패턴군(21)(22)의 중간 단자를 나눌 필요가 있다. 예를 들어, 도 6b를 참조하면, 외측 패턴들(CP11, CP21, CP31)의 임피던스가 Z1, 외측 패턴들(CP41, CP51, CP61)의 임피던스가 Z3, 내측 패턴들(CP12, CP22, CP32)의 임피던스가 Z2, 내측 패턴들(CP42, CP52, CP62)의 임피던스가 Z4이고, Z1≠Z2≠Z3≠Z4인 경우에, 직렬 패턴군(21)(22)의 중간 단자를 나눌 필요가 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 12층 구조의 코일 기판의 배선의 일 예를 도시한 모식도이다. 도 7을 참조하면, 코일 기판(20)은 12층의 패턴층을 적층하여 형성된 프린트 기판이다. 코일 기판(20)에서 패턴층들 각각은 스파이럴형 또는 동심원형의 코일 패턴(CP)을 구비한다. 코일 패턴(CP)은 임피던스값이 각각 Z1과 Z2인 두 개의 코일 패턴(CP1)(CP2)을 구비한다. 제1층 내지 제3층 및 제10층 내지 제12층의 코일 패턴(CP)은 2개의 스파이럴형의 코일 패턴(CP1)(CP2)이 병렬로 접속된 구조를 갖는다. 제4층 내지 제9층의 코일 패턴(CP)은 2개의 스파이럴형의 코일 패턴(CP1)(CP2)이 독립된 구조를 갖는다.
코일 기판(20)은 6개의 직렬 패턴군(21)~(26)을 구비한다. 6개의 직렬 패턴군(21)~(26) 각각은 서로 직렬 접속된 2개의 코일 패턴(CP1)과 2개의 코일 패턴(CP2)을 구비한다. 6개의 직렬 패턴군(21)~(26)은 병렬 접속된. 여기서, 복수의 직렬 패턴군(21)~(26) 각각을 구성하는 코일 패턴들의 길이의 합의 차이는 10% 이하일 수 있다.
예를 들어, 6개의 직렬 패턴군(21)~(26) 중에서 2개의 직렬 패턴군(21)(22)은, 제1층, 제6층, 제7층 및 제12층에 형성된 2개의 코일 패턴(CP1)과 2개의 코일 패턴(CP2)을 직렬 접속한 것이다. 또, 2개의 직렬 패턴군(23)(24)은, 제2층, 제5층, 제8층 및 제11층에 형성된 2개의 코일 패턴(CP1)과 2개의 코일 패턴(CP2)을 직렬 접속한 것이다. 또한, 2개의 직렬 패턴군(25)(26)은, 제3층, 제4층, 제9층 및 제10층에 형성된 2개의 코일 패턴(CP1)과 2개의 코일 패턴(CP2)을 직렬 접속한 것이다.
또한 코일 기판(20)에서, 복수의 직렬 패턴군(21)~(26)을 병렬 접속하는 양 단자(입력 단자(2a), 출력 단자(2b))는 코일 패턴(CP1)(CP2)의 외주부에 형성된다. 패턴층들(PL) 사이의 전기적인 접속은 모든 패턴층들을 관통하여 형성된 도전체에 의해 형성된다. 예를 들어, 코일 패턴(CP1)(CP2)의 외주부에 설치된 도전체(스루홀(TH))로 형성된 접속 단자(2c)와, 코일 패턴(CP1)(CP2)의 내주부에 설치된 도전체로 형성된 접속 단자(2d)에 의해 각 직렬 패턴군(21)~(26)을 형성하는 2개의 코일 패턴(CP1)과 2개의 코일 패턴(CP2)이 직렬로 접속된다.
이와 같은 구성에 의하면, 6개의 직렬 패턴군(21)~(26)의 임피던스는 계산상 2×Z1 + 2×Z2으로서 동일하므로, 임피던스의 격차를 작게 설계할 수 있어, 코일 손실을 줄일 수 있다. 또, 도 7에 도시된 코일 기판(20)에서 층간 접속수는 18개이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 12층 구조의 코일 기판의 배선의 일 예를 도시한 모식도이다. 도 8에 도시된 코일 기판(20)은 도 7에 도시된 코일 기판(20)과 마찬가지로 12층의 패턴층을 적층하여 형성된 프린트 기판이지만, 패턴층들의 접속 방법이 다르다. 도 7에 도시된 코일 기판(20)에서는 패턴층들의 중심(제6층과 제7층의 사이)에 대해 대칭이 되도록 패턴층들이 접속되어 있으나, 도 8에 도시된 코일 기판(20)에서는 패턴층들의 중심(제6층과 제7층의 사이)에 대해 비대칭으로 패턴층들이 접속되어 있다.
도 8을 참조하면, 직렬 패턴군(21)~(26)을 형성함에 있어서 최상층의 패턴층에 형성된 코일 패턴(CP)은 최하층 이외의 패턴층에 형성된 코일 패턴(CP)에 직렬 접속된다. 직렬 패턴군(21)~(26)을 형성함에 있어서 최상층의 패턴층에 까까운 코일 패턴(CP)은 최하층의 패턴층으로부터 먼 패턴층에 형성된 코일 패턴(CP)에 직렬 접속된다.
일 실시예로서, 2개의 직렬 패턴군(21)(22)은 제1층, 제6층, 제9층 및 제10층에 형성된 2개의 코일 패턴(CP1)과 2개의 코일 패턴(CP2)을 직렬 접속한 것이다. 또, 2개의 직렬 패턴군(23)(24)은 제2층, 제5층, 제8층 및 제11층에 형성된 2개의 코일 패턴(CP1)과 2개의 코일 패턴(CP2)을 직렬 접속한 것이다. 또한, 2개의 직렬 패턴군(25)(26)은 제3층, 제4층, 제7층 및 제12층에 형성된 2개의 코일 패턴(CP1)과 2개의 코일 패턴(CP2)을 직렬 접속한 것이다.
도 9는 도 7과 도 8에 도시된 12층 구조를 갖는 코일 기판(20)의 배선의 예들에서의 코일 손실을 보여주는 실험 결과이다. 도 9를 참조하면, 각 직렬 패턴군(21)~(26)의 자기 임피던스를 동일하게 설계하더라도, 실제 구동에서는 특히 표층(예를 들어, 12층 구조인 경우 제1층 및 제12층)측이 상호 임피던스의 영향이 작아지고 그에 흐르는 전류가 커져서, 코일 손실이 커진다. , 상호 임피던스의 영향이 작은 코일 패턴들끼리 직렬 접속하는 경우, 병렬 접속된 복수의 직렬 패턴군의 근접 효과에 의한 임피던스의 격차가 커질 수 있다. 따라서, 병렬 접속된 복수의 직렬 패턴군의 근접 효과에 의한 임피던스의 격차를 줄이기 위하여는, 도 8에 도시된 바와 같이 상호 임피던스의 영향이 작은 코일 패턴들끼리 직렬 접속하지 않는 것이 좋다. 다시 말하면, 상호 임피던스의 영향이 큰 코일 패턴과 상호 임피던스의 영향이 작은 코일 페턴이 직렬 접속되도록 배선하는 것이 병렬 접속된 복수의 직렬 패턴군의 근접 효과에 의한 임피던스의 격차를 줄이는 데에 유리하다. 예를 들어 복수의 직렬 패턴군(21)~(26)은 최상층의 패턴층에 형성된 코일 패턴이 최하층 이외의 패턴층에 형성된 코일 패턴과 직렬 접속되도록 형성될 수 있다.
도면으로 도시되지는 않았지만, 코일 기판(20)의 패턴층의 수는 6층, 12층, 16층 외에, 예를 들면 10층 등의 다른 층수일 수도 있다. 또한, 직렬 패턴군은 5개 이상의 코일 패턴을 직렬 접속한 구조를 가질 수도 있다.
본 개시는 코일 손실을 줄일 수 있는 다층 코일 패턴 구조의 코일 기판 및 이를 채용한 유도 가열 조리기를 제공한다. 본 개시는 층간 접속수를 줄일 수 있는 다층 코일 패턴 구조의 코일 기판 및 이를 채용한 유도 가열 조리기를 제공한다. 본 개시의 목적은 이에 한정되지 않는다.
본 개시의 일 측면에 따른 유도 가열 조리기는, 피가열물이 놓이는 탑플레이트, 복수의 가열 코일을 구비할 수 있다. 복수의 가열 코일은 피가열물을 가열하기 위한 것이다. 복수의 가열 코일 각각은, 각각 코일패턴이 형성된 6층 이상의 복수의 패턴층을 적층하여 형성된 코일 기판을 포함할 수 있다. 코일 기판은 각각 직렬 접속된 복수의 상기 코일 패턴을 포함하는 복수의 직렬 패턴군을 구비할 수 있다. 복수의 직렬 패턴군은 병렬 접속된다. 인버터 회로는 가열 코일에 교류 전류를 공급한다. 프로세서는 인버터 회로를 제어한다. 6층 이상의 적층 구조에 의하면, 1층의 구리 두께를 얇게 하는 것이 가능하게 하며, 표피 효과의 영향을 줄여 코일 손실을 줄일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 복수의 직렬 패턴군 중 적어도 하나는 4층 이상의 상기 패턴층에 형성된 상기 코일 패턴들을 직렬 접속한 것일 수 있다. 이에 의하여 층간 접속수를 줄일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 복수의 직렬 패턴군은, 상기 복수의 패턴층 중 인접한 패턴층들에 형성된 코일 패턴들이 상호 병렬 접속되도록, 형성될 수 있다. 이에 의하여, 복수의 패턴층에 형성된 코일들이 병렬 접속 관계를 형성할 수 있으며, 큰 전류 용량의 확보가 가능하다.
일 실시예로서, 상기 복수의 직렬 패턴군 중 적어도 하나는 복수의 상기 패턴층의 조합이 나머지 직렬 패턴군과 다를 수 있다. 일 실시예로서, 상기 복수의 직렬 패턴군은 복수의 상기 패턴층의 조합이 동일한 적어도 2개의 직렬 패턴군을 구비할 수 있다. 이에 의하여, 층간 접속수를 줄일 수 있으며, 층간 접속에 따른 손실을 저감하여 전체적인 손실을 줄일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 복수의 직렬 패턴군은, 최상층에 형성된 상기 코일 패턴은 최하층 이외의 패턴층에 형성된 상기 코일 패턴에 직렬 접속되도록, 형성될 수 있다. 이에 의하면, 병렬 접속된 복수의 직렬 패턴군의 근접 효과에 의한 임피던스 격차를 줄일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 복수의 직렬 패턴군 각각을 구성하는 상기 복수의 코일 패턴들의 합계 길이들의 차이는 10% 이하일 수 있다. 복수의 직렬 패턴군의 코일 패턴들의 합계 길이들의 격차가 클수록 병렬 접속된 복수의 직렬 패턴군 간의 전류 격차가 커져서 손실이 커질 수 있다. 복수의 직렬 패턴군의 코일 패턴들의 합계 길이들의 격차를 10% 이하로 함으로써 킬로헤르츠 오거(kHz order) 이상의 교류 전류에서 전류의 밸런스를 잡을 수 있다.
일 실시예로서, 상기 복수의 직렬 패턴군을 병렬 접속한 양 단자는 상기 코일 패턴의 외주부에 형성될 수 있다. 일 실시예로서, 상기 복수의 패턴층 사이의 전기적인 접속은 상기 복수의 패턴층을 관통하여 형성된 도전체에 의하여 형성될 수 있다. 이에 의하여, 코일 기판의 제조 비용을 절감할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 코일 패턴은 스파이럴 형상일 수 있다.
이상과 같이, 본 개시의 유도 가열 조리기에 대하여 비록 한정된 실시예와 도면에 의하여 설명되었으나, 본 개시는 상기 실시 형태로 한정되지 않으며, 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (10)

  1. 피가열물이 놓이는 탑플레이트(1);
    상기 피가열물을 가열하기 위한 것으로서, 각각 코일패턴(CP)이 형성된 6층 이상의 복수의 패턴층(PL)을 적층하여 형성된 코일 기판(20)을 포함하며, 상기 코일 기판은 각각 직렬 접속된 복수의 상기 코일 패턴을 포함하는 복수의 직렬 패턴군(21~26)을 구비하고, 상기 복수의 직렬 패턴군이 병렬 접속된, 복수의 가열 코일(1);
    상기 가열 코일에 교류 전류를 공급하는 인버터 회로(3); 및
    상기 인버터 회로를 제어하는 프로세서(41);를 구비하는 유도 가열 조리기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 직렬 패턴군 중 적어도 하나는, 4층 이상의 상기 패턴층에 형성된 상기 코일 패턴들을 직렬 접속한 것인 유도 가열 조리기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 직렬 패턴군은, 상기 복수의 패턴층 중 인접한 패턴층들에 형성된 코일 패턴들이 상호 병렬 접속되도록, 형성되는 유도 가열 조리기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 직렬 패턴군 중 적어도 하나는 복수의 상기 패턴층의 조합이 나머지 직렬 패턴군과 다른 유도 가열 조리기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 직렬 패턴군은 복수의 상기 패턴층의 조합이 동일한 적어도 2개의 직렬 패턴군을 구비하는 유도 가열 조리기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 직렬 패턴군은, 최상층에 형성된 상기 코일 패턴은 최하층 이외의 패턴층에 형성된 상기 코일 패턴에 직렬 접속되도록, 형성되는 유도 가열 조리기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 직렬 패턴군 각각을 구성하는 상기 복수의 코일 패턴들의 합계 길이들의 차이는 10% 이하인 유도 가열 조리기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 직렬 패턴군을 병렬 접속한 양 단자(2a, 2b)는 상기 코일 패턴의 외주부에 형성된 유도 가열 조리기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 패턴층 사이의 전기적인 접속은 상기 복수의 패턴층을 관통하여 형성된 도전체(TH)에 의하여 형성되는 유도 가열 조리기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일 패턴은 스파이럴 형상인 유도 가열 조리기.
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