JP6162719B2 - 電磁誘導調理システム - Google Patents

Description

本発明は、無線電力伝送に関し、特に、電磁誘導電源装置から電力を伝送するためのシステムに関する。

無線電源システムの使用は、増大し続けている。一般の無線電源システムは、無線電源装置又は電磁誘導電源装置から、電磁誘導調理器具、無線で電力が供給される照明、携帯電話、スマートフォン、メディアプレイヤー、又は他の電子装置などのリモート装置に、電力を伝送するために電磁場又は電磁界（electromagnetic fields）を用いる。多くの異なる無線電源システムがある。例えば、多くの従来のシステムは、無線電源における一次側コイル（primary coil）と誘導的に結合するために、リモート装置において二次側コイル（secondary coil）を使用する。調理場で一般に見られる他の従来方式は、リモート装置に加熱素子を用い、無線電源装置内の一次側コイルと誘導的に結合する。

リモート装置が無線電源装置に対して充分に接近している場合、電磁場は、二次側コイルの内部で電力を誘導する、又は加熱素子内で渦電流を発生する。二次側コイル内部の電力は、例えば、リモート装置に電力を供給する、若しくは充電するために、又はその双方のために、リモート装置によって用いられ得る。加熱素子内部の渦電流は、調理に用いることができる熱を発生してもよい。リモート装置が二次側コイル又は加熱素子を含むか否かに関わらず、一次側コイルが二次側コイル又は加熱素子に相対的に近接している場合、従来の無線電源システムは、典型的には、改善された性能を提供する。

調理場で見られる多くの無線電源システムにおいて、例えば、無線電源装置は、無線電源装置を視界から隠すために、カウンタートップ、テーブル、又は他の構造などの面の下に配置される。しかしながら、テーブル又は他の構造の厚さは、リモート装置が無線電源装置に対して配置されることができる接近度に影響を与える場合がある。テーブルが厚すぎる場合、無線電源装置とリモート装置との間の結合は、同様のシステムにわたる性能の低下をもたらすが、他の点では、さらに接近した接近結合用に構成されてもよい。この性能ロス問題を解決するために、様々な技術（例えば、機械加工又は切断）を通じてテーブルの厚さを薄くすることができ、無線電源装置を、テーブルの薄くされた厚み領域に取り付けることができる。これらの技術は、多くの場合、利用可能でないかもしれない、又は典型的なユーザの技術レベルの範囲内ではないかもしれない、ツールの使用を含む。そして、テーブルの厚さを減少させることは、テーブルの保全性に影響を与える可能性がある恒久的変更である。

本発明は、電磁誘導電源装置が電磁誘導調理器具又は誘導調理器具（inductive cookware）に対して無線電力を適切に供給することができる範囲を、共振器が拡張できる無線電源システムを提供する。無線電源システムは、電磁場を用いて電力を送信する電磁誘導電源装置と、電磁場の存在に応じて加熱する電磁誘導調理器具と、共振器又は共振回路（resonator）と、を含んでもよい。

１つの実施形態において、無線電源システムは、パッドと共振器とを備える装置を含んでもよい。パッドは、装置と電磁誘導電源の一次側との間で移動可能に配置されるように構成してもよく、共振器はパッドに結合されてもよい。共振器は、その一次側から装置へとエネルギーを誘導的に（inductively）伝えるように構成されてもよく、それによって、共振器は、装置が誘導電源（inductive power supply）から無線電力を受信する範囲を拡大する。装置は、電磁誘導電源装置から発生した電磁場によって（in the presence of an electromagnetic field）加熱するように構成された金属を含む電磁誘導調理器具であってもよい。

別の態様において、無線電源システムは、電磁誘導調理器具の金属を加熱するための電磁誘導調理システムであってもよい。システムは、電磁誘導調理電源装置と共振器とを含んでもよい。電磁誘導調理電源装置は、一次側を備えてもよく、電磁場を生成するように構成されてもよい。共振器は、誘導調理器具の金属が誘導調理電源により生じた電磁場によって（in response to the electromagnetic field）加熱される又は暖まる（heat）ように誘導的にエネルギーを一次側（primary）から金属へと伝えるように構成されてもよい。

１つの実施形態において、電磁誘導調理システムは、電磁誘導調理電源装置と電磁誘導調理器具との間に配置されるように構成されたパッドを含んでもよく、パッドは共振器に結合されてもよい。

いくつかの実施形態において、パッドは、カウンタートップ（countertop）の面上に配置された移動可能な（portable）五徳（trivet）であってもよく、ここで、電磁誘導調理電源装置は、カウンタートップの反対側の面上に配置されてもよい。或いは、移動可能ではなく、パッドは、カウンタートップの表面に取り付けられて（affixed）もよい。

別の実施形態において、パッドは、電磁誘導調理器具からパッドを通じての熱伝達を抑止するように構成された断熱材を含んでもよい。共振器も、又、パッド内に配置されてもよい。

さらに別の実施形態において、共振器は、電磁誘導調理器具上若しくはその電磁誘導調理器具内に配置されるように、電磁誘導調理器具に結合されてもよい。

これら及び他の本発明の目的、有利性、及び特徴は、目下の実施形態及び図面の説明への参照によって、さらに充分に理解され、認識されることになる。

本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、以下の説明に記述されている又は図面に示されている構成要素の動作の細部又は構成要素の構造及び配置の細部に、限定されないことは理解されるべきである。本発明は、他の様々な実施形態により実現されてもよいし、本明細書に明示的に開示されていない別な方法で実施又は実行されてもよい。また、本明細書で使用される語法及び専門用語は、説明を目的としたものであって、限定として見なされるべきでないことは理解されるべきである。「含む」及び「備える」並びにそのバリエーションの使用は、その付加的な項目及び等価物に加えて、その後にリストアップされた項目及びその等価物を包含するように意図する。さらに、様々な実施形態の説明に列挙を用いてもよい。別途明記しない限り、列挙の使用は、本発明を任意の特定の順序又は構成要素の数に限定されるように解釈されるべきでない。又、列挙の使用は、列挙したステップ又は構成要素と組み合わされる任意の付加的なステップ又は構成要素を発明の範囲から除外するものと解釈されるべきでない。

一次側コイルと一次側共振器とを有する無線電源装置と、二次側共振器と二次側コイルとを有するワイヤレス受信器とを含む共振無線電源システムの代表図である。 一次側コイルを有する電磁誘導調理供給の代表図である。 電磁誘導調理電源装置と電磁誘導調理器具とを含む電磁誘導調理システムの斜視図である。 電磁誘導調理器具の温度を監視し、電磁誘導調理電源装置に対して情報を通信するように構成された回路を有する電磁誘導調理器具の分解組立図である。 無線電源システムの第１の実施形態による、五徳上又は五徳内に配置された電磁誘導調理電源装置及び共振器の代表図である。 共振器を有し、且つ電磁誘導調理器具の下に配置される五徳を含む、無線電源システムの第１の実施形態の代表図である。 共振器を有する電磁誘導調理器具を含む無線電源システムの第２の実施形態の代表図である。 無線電源システムの第１の実施形態の電磁誘導調理器具の代表図である。 無線電源システムの第２の実施形態の電磁誘導調理器具の代表図である。 無線電源システムの第２の実施形態の別の電磁誘導調理器具の代表図である。 無線電源システムの第１の実施形態の電磁誘導調理器具の断面図である。 無線電源システムの第１の実施形態の電磁誘導調理器具の断面図である。 無線電源システムの第２の実施形態の別の電磁誘導調理器具の断面図である。 温度フィードバック回路を有する無線電源システムの第３の実施形態の代表図である。 無線電源システムの第３の実施形態の温度フィードバック回路のフィードバックパルスを示す。 無線電源システムの第３の実施形態の電磁誘導調理器具の代表図である。 無線電源システムの第４の実施形態による、電磁誘導電源装置、移動可能な共振器、及び移動可能な装置の代表図である。 電力表示器を有する無線電源システムの第４の実施形態の代表図である。 五徳が温度フィードバック回路を含む、本発明の１つの実施形態の斜視図である。 五徳が温度フィードバック回路を含む、本発明の１つの実施形態の斜視図である。 ポット、鍋、皿、又は他のアイテムなどの容器の内部に五徳を配置することができる、本発明の１つの実施形態の斜視図である。 容器内部の五徳を示す、本発明の１つの実施形態の斜視図である。 電磁誘導電源装置をテーブルの下に配置することができる、本発明の１つの実施形態の斜視図である。 電磁誘導電源装置をテーブル上に配置することができる、本発明の１つの実施形態の斜視図である。 電磁誘導受電装置によって受信されたエネルギーを、照明に電力を供給するために用いる、本発明の１つの実施形態による電磁誘導受電装置の斜視図である。 ナプキン又はタオルを暖めるために加熱素子を用いた、本発明の１つの実施形態による電磁誘導受電装置の斜視図である。 本発明の１つの実施形態による無線電源装置の斜視図であり、電磁誘導電力受信器は、無線で受信されたエネルギーを用いて照明に電力を供給することができる。 電磁誘導調理器具の内部の埋込み型熱電対を示す、本発明の１つの実施形態による電磁誘導調理器具の断面図である。 電磁誘導調理器具の内部に組み込まれた測温抵抗体（RTD）温度感知素子を示す、本発明の１つの実施形態による電磁誘導調理器具の断面図である。

無線電源システムは、電磁場によって加熱される誘導調理器具に電磁場を用いて電力を伝える誘導調理電源と、誘導調理電源が適切に無線電力を誘導調理器具に供給できる範囲を拡張できる共振器と、を有してもよい。

本発明の第１の実施形態による無線電源システムは、図３に示される。無線電源システムは、電磁場を用いて、電力を送信する電磁誘導調理電源装置１０と、電磁場の存在に応じて加熱する電磁誘導調理器具３０と、電磁誘導調理電源装置１０から電磁誘導調理器具３０に電力を伝送する共振器２２を有するパッド又は五徳２０とを含む。この実施形態において、電磁誘導調理電源装置１０は、例えば、図１７のシステム１７００に示されるようにテーブルの下を含む様々な位置に配置されてもよい。代替的には、電磁誘導調理電源装置１０は、図１８のシステム１８００に示されるようにテーブルの上に配置してもよい。他の実施形態において、電磁誘導調理電源装置１０は、キッチンカウンタートップ、又は他の位置の近くに配置されてもよい。

電磁誘導調理電源装置１０は、電磁場を発生するように構成された一次側コイル１６と、電磁誘導調理器具３０への電磁誘導送電を制御するコントローラ１４とを含む。図３の示した実施形態の電磁誘導調理電源装置１０は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向にわたる範囲のような、特定の範囲又は特定の距離にわたって電力を供給するように設計されてもよい。電磁誘導調理電力１０は、電磁場を介して電力送信が可能な任意のタイプの電磁誘導無線電源装置であってもよい。例えば、１つの実施形態において、電磁誘導調理電源装置１０は、電力伝送効率などの多くの特性に応じて、動作周波数を変更してもよい。本明細書に用いられるようなコイルという用語は、例えば、導電性材料の１つ以上の巻き部分を含む、電磁場を発生することができる任意の構造を含む。

電磁誘導調理電源装置１０は、また、一次側コンデンサ１５と、一次側共振回路１７と、インバータ１３と、電源装置１２と、電源入力１１とを含んでもよい。電源装置１２、インバータ１３、及びコントローラ１４は、電磁場を発生して電磁誘導調理器具３０に電力を伝送するために、一次側１６及び一次側共振回路１７に対して電源を供給するように構成された回路を含んでもよい。

電源装置１２は、電源入力１１から電力を受信し、ここで、電源入力１１は、ＡＣ電源、ＤＣ電源、又は任意の別の適切なエネルギー源であってもよい。電源装置１２は、電源入力１１からの電力をインバータ１３によって利用可能なエネルギーに変換してもよい。例えば、電源装置１１は、インバータ１３に対して、レール電圧（rail voltage）でＤＣ電源を提供してもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ１４は、電磁誘導調理電源装置１０の電力出力を制御するために、電源装置１１からインバータ１３に対して出力されるレール電圧を制御してもよい。インバータ１３は、電磁場を発生するために、一次側コイル１６及び一次側コンデンサ１５に対してＡＣ電源を提供するために電源装置１２からのエネルギーを用いる。ＡＣ電源は、周波数、振幅、位相、デューティサイクル、又はその任意の組み合わせを有していてもよく、コントローラ１４は、インバータ１３の内部のスイッチのタイミングを変更することにより、調節してもよい。従って、レール電圧、デューティサイクル、振幅、周波数、位相、又はその組み合わせを制御する機能により、電磁誘導調理電源装置１０は、電磁誘導調理器具３０に対して伝送される電力量を制御してもよい。

一次側コンデンサ１５及び一次側コイル１６は、一次側コンデンサ１５及び一次側コイル１６の共振周波数で付与されたAC電力によって、共振して作用するように選択されてもよい。一次側共振回路１７は、共振時に動作するように選択された一次側共振コイル１８と一次側共振コンデンサ１９とを含む。一次側共振コイル１８及び一次側コイル１６は、リッツ線又はＰＣＢ配線などの導電性材料から形成されてもよい。

上記のように、電磁誘導調理電源装置１０は、電磁誘導調理器具３０に対して電力を無線で伝送してもよい。動作中、一次側コイル１６及び一次側コンデンサ１５は、インバータ１３から電力を受信し、一次側コイル１６と一次側共振回路１７の一次側共振コイル１８との間の電磁誘導結合を介して一次側共振回路１７に対してその電力を伝送することができる。一次側共振回路１７は、その後、電磁誘導調理器具３０に対して電力を伝送することが可能な電磁場を発生してもよい。一次側共振回路１７は、高効率結合のために一次側コンデンサ１５及び一次側コイル１６の共振周波数と同様の共振周波数を有してもよい。

現在の実施形態において、一次側共振コイル１８は、電磁誘導調理器具３０に対して電力を誘導的に伝送するための電磁場を発生する。他の実施形態において、一次側共振回路１７は、一次側コイル１６が電磁場を介して電磁誘導調理器具３０に対して電力を伝送するように、電磁誘導調理電源装置１０内に含まれなくともよい。

開示の目的のために、本発明は、調理器具３０に電力を無線で送信するための特定の電磁誘導調理電源装置１０に関して記載される。しかしながら、本発明は、他の無線電源回路の使用のために充分に適しており、被駆動一次側に電力を印加することができる実質的に任意の無線電源回路も代替的に含んでもよい。例えば、本発明は、Ｂａａｒｍａｎによって「デューティサイクル制御をもつ電磁誘導電源装置（Inductive Power Supply with Duty Cycle Control）」と題されて２００８年１月７日に出願された米国特許出願公開第６１／０１９４１１号明細書に開示された電磁誘導電源装置、「適応性のある電磁誘導電源装置（Adaptive Inductive Power Supply）」と題されて２００７年５月１日にＢａａｒｍａｎに対して発行された米国特許第７２１２４１４号明細書の電磁誘導電源装置、「通信による適応性のある電磁誘導電源装置（Adaptive Inductive Power Supply with Communication）」と題されて２００９年４月２１日にＢａａｒｍａｎに対して発行された米国特許第７５２２８７８号明細書の通信による電磁誘導電源装置、又は「電磁誘導電力伝送のためのコイル構成（Coil Configurations for Inductive Power Transfer）」と題されてＢａａｒｍａｎにより２０１１年６月９日に出願された米国特許出願公開第１３１５６３９０号明細書の電磁誘導電源装置を含む無線電源システムに組み入れられてもよい。それら全文献は参照により全体が本明細書に援用される。

図３、図４、図６ａ、及び図７ａ〜図７ｂに示される実施形態を参照すると、電磁誘導調理器具３０は、電磁場の存在下で加熱するように構成された金属板３２を有する鍋若しくはエンクロージャー、又は金属スタンピングであってもよい。特に、渦電流は、電磁場の存在に応じて金属板３２内に生じてもよい。金属板３２内部のこれらの渦電流は、食物などの料理品目のための熱を生成する。図７ａに示すように、金属板３２は、電磁誘導調理器具３０の底部の近くにプレートを備えてもよく、或いは、他の実施形態において、金属板３２は、電磁誘導調理器具３０の底部、側壁、又はその双方の近くに材料を備えてもよい（図７ｂに示した構成）。

電磁誘導調理器具３０は、また、調理材料３５と、装飾外装材３３と、断熱材３４とを含んでもよい。調理材料３５及び装飾外装材３３は、ガラス、金属、セラミック、その組み合わせ、又は電磁誘導調理器具３０内部の品目を加熱するのに適切な任意のタイプの材料であってもよい。断熱材３４は、金属板３２又は調理材料３５から装飾外装材３３に熱が伝送するのを防止することができる。このように、装飾外装材３３の温度は、電磁誘導調理器具３０内部の温度より低くてもよい。開示の目的のために、電磁誘導調理器具３０は、鍋又はエンクロージャーに関して記載されるが、電磁誘導調理器具３０は、例えば、ブレンダー、トースター、電気器具、アイロン、コーヒーマグ、シート加温器、携帯電話、ポータブルコンピュータ、照明素子（例えば図１９及び図２１に示す照明素子１９００など）、又は他のリモート装置を含む、電磁誘導電力を受信するように構成された任意のタイプの装置であってもよい。本明細書に記載された無線電源システムは、また、調理用途又はキッチンには限定されず、本明細書に記載された実施形態は、また、電磁誘導電源装置からリモート装置に電力を無線で伝送することに適合する。図２０に示す実施形態において、例えば、電力を無線で受信することができるリモート装置２０００は、タオル又はナプキンの加温器の形式である。リモート装置２０００は、五徳２０又は電磁誘導調理電源装置１０により誘導的に結合されることができる無線受信器２０１２を含み、無線受信器２０１２は、無線電源装置であってもよい。図示した実施形態における無線受信器２０１２は、タオルを暖める加熱素子に電力を供給するために無線で受信されたエネルギーを利用してもよいし、又は、無線受信器２０１２は、それ自体が五徳２０から電力を誘導的に受信することができる加熱素子又は無線電源装置であってもよい。他の実施形態において、無線受信器２０１２は、リモート装置回路、例えば携帯電話又は別のリモート装置内の回路に、電力を直接供給するために用いられる電気エネルギーを提供してもよい。

ガラスから形成される調理用材３５及び装飾外装材３３を有する電磁誘導調理器具３０の実施形態において、ガラスは、金属板３２及び断熱材３４の周囲で成型されてもよい。同様に、セラミックから形成された調理用材３５及び装飾外装材３３を有する実施形態は、金属板３２及び断熱材３４が露出されないままであるようにそれらの周囲を成形されてもよい。代替的には、加熱素子は、片側上が露出されてもよい。

図３及び図４に示す無線電源システムの実施形態を再び参照すると、電磁誘導調理電源装置１０の範囲を拡大するために、五徳２０を様々な位置内に配置してもよい。例えば、図３に示した実施形態に示されるように、五徳２０は、電磁誘導調理器具３０と電磁誘導調理電源装置１０との間に配置されてもよい。代替的には、例えば鍋の調理領域の内部に五徳２０を配置することによって、五徳２０は、電磁誘導調理器具３０内に移動可能に配置してもよい。

図３及び図４に示す実施形態において、五徳２０は、電磁誘導調理電源装置１０の一次側共振回路１７及び電磁誘導調理器具３０の金属板３２に対して誘導的に結合されるように構成された共振器２２を含む。共振器２２は、電磁誘導調理電源装置１０及び電磁誘導調理器具３０のみを有する構成よりも遠い距離で、金属板３２が充分な電力を効率的に受信することを可能にすることができる。例えば、共振器２２を伴わなければ、カウンタートップ５０の厚さは、電磁誘導調理器具３０と電磁誘導調理供給１０との間の効率的な無線電力伝送を妨害するかもしれない。カウンタートップ５０上に五徳２０を配置するなどにより電磁誘導調理器具３０と電磁誘導調理電源装置１０との間に五徳２０を配置すると、少なくとも４ｋＷまでの改善された電力伝送を含む、カウンタートップ５０を通じた電磁誘導調理器具３０に対する電力伝送を改善することができる。言いかえれば、五徳２０は、範囲アダプタとして機能し、さらに接近した結合を実現するために、その厚さを減少させるために、又は、電磁誘導調理電源装置１０と電磁誘導調理器具３０との間の距離を減少させるために、電磁誘導調理電源装置１０の近くのカウンタートップ５０を切削加工することなく、効率的なエネルギー伝達を可能にすることができる。このように、御影石、木材、プラスチック、ガラス、タイル、セメント、又は同じ厚さのカウンタートップをもつ別の面物質から形成されたカウンタートップ５０に、本明細書に記載されるような無線電源システムが取り付けられてもよい。例えば２５．４ミリメートル（１インチ）以上の厚さのカウンタートップなどの標準的な厚さのカウンタートップも、また、無線電源システムに後付けされてもよい。開示の目的のために、無線電源システムは、カウンタートップ５０に関して記載される。しかしながら、システムは、テーブル、机、家具、作業面、及び電磁誘導調理器具３０をサポートすることができる他の面などのカウンタートップ以外の面の使用に充分に適している。さらに、いくつかの実施形態において、五徳２０は、五徳２０とともに機能するようには特に設計されなくてもよい電磁誘導調理器具に対して電力を供給するために用いられてもよい。従って、ユーザは、電磁誘導調理電源装置１０とともに機能する新しい電磁誘導調理器具を購入する必要がなくなる。

五徳２０の共振器２２は、五徳２０上又は五徳内に配置され、共振器２２が共振周波数を有するように、上記の一次側コイル１６及び一次側コンデンサ１５と同様に構成された共振コイル２６及び共振器コンデンサ２４を含んでもよい。共振コイル２６のサイズ及び形状は、用途に応じて変更してもよい。図示した実施形態において、共振コイル２６は、電磁誘導調理器具３０の金属板３２の径にほぼ等しい径を有する。代替的には、共振コイル２６の径は、金属板３２の径よりも、大きくてもよいし、又は小さくてもよい。

いくつかの実施形態において、共振器２２の共振周波数は、１ｋＨｚと１０ＭＨｚとの間、図示した実施形態においては約１００ｋＨｚなど、一次側共振回路１７の共振周波数に実質的に同じであってもよい。他の実施形態において、共振器２２は、図６ｂに示した実施形態の別の共振器１２２と置き換えられてもよい。別の共振器１２２は、共振器コンデンサを伴わずに共振回路を形成してもよい。例えば、共振コイル１２６は、共振コイル１２６の内部のインダクタンス及びキャパシタンスによって自由に共振するように構成されてもよい。

五徳２０は、接着材又は締結構造を用いて、カウンタートップ５０に取り付けられてもよい。代替的には、五徳２０は、五徳２０がカウンタートップ５０上に移動可能に配置され得るように、移動可能であってもよい。五徳２０は、また、電磁誘導調理器具３０からカウンタートップ５０への熱伝達を防止又は減少させる材料から形成された断熱材２８を含んでもよい。断熱材２８は、五徳２０とカウンタートップ５０とに間、又は電磁誘導調理器具３０と五徳２０の他の構成要素との間に配置されてもよく、断熱材２８は、いくつかの実施形態において、断熱層として作用してもよい。１つの実施形態において、断熱材２８は、シリコン材料から形成され、電磁誘導調理器具３０を支持するために五徳２０の面上に配置されてもよい。

１つの実施形態において、五徳２０は、図８及び図１３〜図１６に示す実施形態に示される温度フィードバック回路７０、４７０、５７０、６７０などの温度フィードバック回路をさらに含んでもよい。図１３〜図１６に示す様々な実施形態を参照すると、特に、五徳２０と同様の五徳４２０、５２０、６２０は、共振器４２２、５２２、６２２と、関連する電子回路及び断熱材４２８、５２８、６２８とを含んでもよい。他の実施形態において、五徳４２０、５２０、６２０は、共振器４２２、５２２、６２２の代わりに、無線電力を受信するための二次側を含む無線受信器であってもよい。これらの他の実施形態における二次側は、従来の調理器具又は食物品目などの対象物を直接加熱することができる加熱素子に対して電力を提供してもよい。

図１３〜図１６に示す実施形態に示されるように、温度センサーは、五徳４２０、５２０、６２０の容器内に、又は五徳の面若しくはその近くに配置されることができ、システムが電磁誘導調理器具３０若しくはターゲット装置の温度を判定することを可能にする。五徳４２０、５２０、６２０は、この温度を電磁誘導電源装置１０に通信してもよい。

代替的に、図１３に示した実施形態に示されるように、五徳４２０は、ＬＣＤスクリーンなどのディスプレイ４８０を含んでもよく、ディスプレイ４８０は現在温度を表示することができる。五徳４２０は、ユーザがボタン及び画面インタフェースを用いて目標温度を調節することを可能にすることができるユーザインタフェース４８２をさらに含んでもよく、ユーザインタフェース４８２は、温度フィードバック回路４７０とディスプレイ４８０を共有してもよい。この実施形態において、五徳４２０は、五徳４２０が温度を調節することを可能にして、五徳４２０の中へ結合されたエネルギー量を制御するために、電磁誘導電源装置１０に対して通信することができる。

さらに又は代替的に、五徳４２０は、それに接近して配置された加熱素子４６５をもつ加熱面４６６を含んでもよい。加熱素子４６５は、加熱素子４６５の材料内の渦電流を発生することによる電磁誘導調理電源装置１０の別の磁場によって直接加熱されてもよい。１つの実施形態において、五徳４２０は、共振器４２２を含まなくてもよく、電磁誘導調理電源装置１０から電力を直接受信してもよい。別の実施形態において、共振器４２２によって受信されたエネルギーが加熱素子４６５に電力を供給するために用いられる場合、加熱素子４６５は、間接加熱を通じて通電されてもよい。いくつかの実施形態において、間接加熱と直接加熱の両方が、加熱素子４６５を加熱するために用いられてもよい。例えば、電磁誘導調理電源装置１０によって発生された渦電流及び共振器４２２から受信されたエネルギーは、加熱素子４６５を加熱するために互いに協働して用いられてもよい。

図１５〜図１６に示す実施形態において、五徳６２０は、電磁誘導調理器具３０内に配置されてもよい。この実施形態において、五徳６２０は、図１６に示す調理器具３０のような料理用容器内に五徳６２０が配置される場合、屈曲する五徳６２０の周辺部のまわりに、シリコンボーダー６２９、又は他の可撓性材料を含んでもよい。シリコンボーダー６２９は、調理器具又は料理用容器の底部の輪郭にフィットしてもよく、五徳６２０が周囲でスライドするのを実質的に防止する。五徳６２０は、また、五徳４２０内の加熱材料４６５と同様の加熱材料６６５を含んでもよく、その結果、五徳６２０は、調理器具３０内部の食物を直接的又は間接的に加熱することができる。図１６に示した実施形態の調理器具３０は、電磁誘導調理機能を伴わない従来の料理用容器であってもよいし、そうでなくてもよい。

無線電源システムの第１の実施形態のオペレーションの間に、ユーザは、五徳２０上に電磁誘導調理器具３０を配置し、加熱し始めるために、所望の電力レベルに電磁誘導調理電源装置１０を作動させてもよい。一次側共振コイル１８は、その後、電磁場を発生し始めることができ、一次側共振コイル１８は、電磁場を生成するために共振器２２を励磁する。共振器２２の電磁場に応じて、渦電流は、食物品目を調理することができる熱を発生して、電磁誘導調理器具３２の金属板３２内に生じる。

ある実施形態において、ユーザが食べ物の調理を終えると、ユーザは、共振器２２なしで誘導調理器具３０に密に結合された（closely couples to）別の誘導調理電源１０に誘導調理器具３０を配置して食べ物を暖かく保ってもよい。或いは、食物の最初の調理は、電磁誘導調理電源装置と電磁誘導調理器具３０との間の密な結合（close coupling）を用いて、共振器２２を伴わずに成し遂げられてもよく、例えば、電磁誘導調理器具３０は、電源装置の一次側に空間的に近接し、そして、ユーザは、その後、上記の実施形態の１つによる共振器２２及び電磁誘導調理電源装置１０を用いて、食物の温熱を維持するために五徳２０上に電磁誘導調理器具３０を配置してもよい。

図５、図６ｂ〜図６ｃ、図７ｃに示す実施形態に転じると、無線電源システムの第２の実施形態は、いくつかの例外を除いて、上記の実施形態と同様であってもよい。この第２の実施形態の電磁誘導調理器具１３０は、上記の電磁誘導調理器具３０と同様の特徴を含んでもよいが、電磁誘導調理器具１３０は、共振器２２に結合されてもよい。

図５に示した実施形態において、共振器２２は、電磁誘導調理器具１３０の底部に取り付けられた共振器アタッチメント１２０を介して電磁誘導調理器具１３０に結合されてもよい。この実施形態において、第１の実施形態に関して上記のように、五徳２０又はパッドを用いなくてもよい。共振器アタッチメント１２０は、電磁誘導調理器具３０から分離されるのではなく、上記の五徳２０と同一の特徴の多くを含んでもよく、共振器アタッチメント１２０は、電磁誘導調理器具３０上又は電磁誘導調理器具内に配置されてもよい。

図６ｂ〜図６ｃ及び図７ｃに示された他の実施形態において、共振器２２及び１２２は、その２つが結合されるように、電磁誘導調理器具１３０内に配置されてもよい。例えば、共振器２２及び１２２は、図６ｂ〜図６ｃに示されるような金属板１３２の周辺部のまわりに配置されてもよい。より具体的には、金属板１３２と共振器２２、１２２との間の電磁誘導結合を改善するために、共振器２２、１２２を金属板１３２のまわりに巻き付いてもよい。共振器２２、１２２は、断熱材１３４、又は共振コイル２６のまわりのコーティングなどの他の断熱材によって、金属板１３２の熱から隔離されてもよい。さらに他の実施形態において、共振器２２、１２２は、共振器２２、１２２を熱ダメージから保護する、断熱材１３４が金属板１３４と共振器２２、１２２との間に配置されてもよいように、電磁誘導調理器具１３０の層の中に組み込まれてもよい。

第３の実施形態による無線電源システムを、図８〜図１０に示す。無線電源システムは、いくつかの例外を除いて、第１及び第２の実施形態に関して上述した電磁誘導調理器具３０、１３０と同様に、調理用材２３５と、装飾外装材２３３と、断熱材２３４とを有する電磁誘導調理器具２３０を含む。電磁誘導調理器具２３０は、電磁誘導調理器具２３０の温度を測定し、且つ電磁誘導調理電源装置に対して情報を提供するように構成された温度フィードバック回路７０を含む。例えば、温度フィードバック回路７０は、電磁誘導調理電源装置に対して温度情報又は電磁誘導調理器具２３０の温度を示す情報を提供してもよい。

代替的に、電磁誘導調理器具３３０は、電磁誘導調理電源装置の電源管理などの他の機能を実行するように、又は、調理器具の食物を加熱するための熱的特性などの電磁誘導調理器具３３０の特性に関する付加情報を送信するように構成された回路を含んでもよい。例えば、電磁誘導調理器具３３０は、「スマート調理器具（Smart Cookware）」と題されて２０１１年７月６日にＢａａｒｍａｎらに対して出願された米国特許出願公開第１３／１４３５１７号明細書の調理器具内に記載されものと同様の回路を含んでもよく、その文献は参照によってその全体が本明細書に援用される。

温度フィードバック回路７０は、電磁誘導調理器具３３０の温度を感知するための温度センサー７６と、フィードバックコントローラ７８とを含む。フィードバックコントローラ７８に電力を供給するために、温度フィードバック回路７０は、また、共振器回路２２２と、二次側コイル７１と、整流ダイオード７２と、フィルタコンデンサ７３とを含んでもよい。これらの構成要素は、許容量のリプルをもつ直流電源などの、フィードバックコントローラ７８に対して適切な電力を供給するように、所望の通り、選択されてもよい。より具体的には、上記の共振器２２と同様であってもよい共振器回路２２２は、電磁誘導調理電源装置から無線電力を受信し、二次側コイル７１に対してその電力を伝送するように構成されてもよい。二次側コイル７１は、整流ダイオード７２に対するＡＣ出力を生成するように構成されてもよく、整流ダイオード７２は、図示した実施形態において半波整流出力のために構成されてもよい。フィルタコンデンサ７３は、その後、フィードバックコントローラ７８に電力を供給するための許容範囲内の直流電源をもたらすために整流ダイオード７２の出力を平滑化してもよい。

温度フィードバック回路７０は、また、接地と、温度フィードバック回路７０のフィルタコンデンサ７３のＤＣ出力との間のスイッチ７５（例えば、トランジスタ）と直列に、インピーダンス素子７４（例えば、抵抗素子、インダクティブ素子、容量性素子、又はその組み合わせ）を含んでもよい。フィードバックコントローラ７８は、ＤＣ電源に対してインピーダンス素子７４を選択的に適用するために、スイッチ７５の状態を選択的に制御してもよい。インピーダンス素子７４のこの選択的な用途は、温度フィードバック回路７０の負荷を変調することにより、電磁誘導結合を通じて電磁誘導調理電源装置に対して情報を送信してもよい。変調は、共振器２２２と電磁誘導調理電源装置との間の電磁誘導結合を通じて反射インピーダンスを変更し、電磁誘導調理電源装置は、情報を復調するために、それを感知してもよい。このように、情報は、振幅変調と周波数変調とを含む、変調又は後方散乱変調を用いて送信されてもよい。開示の目的のために、情報は、温度フィードバック回路７０を用いて電磁誘導調理電源装置に送信されてもよいが、他の回路トポロジーは「通信による適応性電磁誘導電源（Adaptive Inductive Power Supply with Communication）」と題されてＢａａｒｍａｎに対して２００９年４月２１日に発行された米国特許第７５２２８７８号明細書に記載されたものなどの情報を通信するために用いられてもよく、その文献は参照によってその全体が本明細書に援用される。スタンドアロンの受信器及び送信器などの他の通信システム（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））も、情報を通信するために用いられてもよい。

動作中、温度センサー７６は、フィードバックコントローラ７８に対して、電磁誘導調理器具３３０の温度を示す信号を提供し、フィードバックコントローラ７８は、電磁誘導調理器具３３０の温度に対応する周波数を有するパルスを発生する。例えば、図９に示すように、パルスの周波数は、温度が高いほど高く、温度が低いほど低くてもよい。スイッチ７５は、フィードバックコントローラ７８から発生されたパルスに従って選択的に作動され、それによって、電磁誘導調理電源装置１０に対して電磁誘導調理器具３３０の温度を示す情報を通信する。この情報により、電磁誘導調理電源装置１０は、ユーザ所望の温度に従って、その電力出力レベルを維持又は調節してもよい。代替的に、電磁誘導調理電源装置１０は、自動的に所定のタイプの食物に適切な温度サイクルを選択し、温度フィードバック回路７０から受信した温度情報に基づいてその出力を制御してもよい。

図１０に示した実施形態において、電磁誘導調理器具３３０は、金属板２３２に電力を伝送するように構成された共振器２２と、温度フィードバック回路７０に電力を提供するように構成された共振器２２２とを含む。他の実施形態において、電磁誘導調理器具３３０は、温度フィードバック回路７０の共振器２２２が、金属板２３２と温度フィードバック回路７０との双方に電力を伝送するように構成され得るように、共振器２２を含まなくてもよい。

温度フィードバック回路７０の一部分は、金属板２３２から熱的に隔離される電磁誘導調理器具３３０の層の中に組み込まれてもよい。例えば、断熱材２３４は、熱ダメージから温度フィードバック回路７０の一部分を保護するために、金属板２３２と温度フィードバック回路７０の一部分との間に配置されてもよい。温度センサー７６は、電磁誘導調理器具２３０の正確な温度測定値を得るために、金属板２３２から熱的に隔離されなくてもよい。温度センサー７６、及び温度センサー７６とフィードバックコントローラ７８との間の電気導体の一部は、断熱材２３４を通り抜けて突出してもよい。従って、電磁誘導調理器具２３０の加熱温度を測定するために、温度センサー７６は、金属板２３２又は調理用材２３５に対して熱的に結合されてもよい。断熱材２３４、温度フィードバック回路７０、及び共振器２２は、上記の共振器及び断熱材と同様に、電磁誘導調理器具２３０内に配置されてもよい。

図２２に例えば示される他の実施形態において、熱電対又は温度センサー７７６は、本明細書に記載された金属板３２、１３２、２３２と同様であってもよい金属板７３２又は加熱素子を製造する金属層の中へ埋め込むことができる。この実施形態において、ＰＺＴ材料７７８、又は圧電セラミック材料は、金属板７３２の層７８０、７８２、７８４の内部に成型される。図示した実施形態において、ＰＺＴ材料７７８の厚さは、約０．３ミリメートル（０．０１２インチ）であり、断熱材７７９の厚さは、約０．８ミリメートル（０．０３２インチ）である。これらの構成要素の厚さ及びサイズを、所望の通りに変更してもよい。この実施形態における断熱材７７９は、ガラス繊維断熱材であってもよく、金属板７３２からＰＺＴ材料７７８のリードを断熱することができ、センサーのために、及び処理のために、約５００°Ｃまでの温度安定性を維持してもよい。

この実施形態における温度センサー７７６は、ベース層７８０内に埋め込まれ、ベース層７８０はアルミニウムの１つ以上の層から形成されてもよい。ベース層７８０は、外側層７８２、７８４に接合されてもよく、外側層７８２、７８４は、様々な材料から形成されてもよい。図示した実施形態において、外側層７８２は、３０４ステンレス鋼であり、外側層７８４は、４３０磁性ステンレス鋼である。

金属板７３２の積層及び接合は、様々な製造技術を用いて成し遂げられてもよい。例えば、１つ以上の温度センサー７７６が、ベース層７８０を形成するアルミニウムの２層内に配置されてもよい。この積み重ねは、アルミニウムの再結晶温度まで予熱されてもよく、再結晶温度は、グレードによってわずかに異なり得る。その後、層は、圧によって結合されることができ、結果として金属の拡散接合層になる。

１セットのワイヤは、電磁誘導調理装置の内部の電子機器又は回路に対して、ＰＺＴ材料７７８の両方の終端を接続してもよい。代替的に、ＰＺＴ材料７７８に対する単一のワイヤ接続が用いられ、ＰＺＴ材料７７８の１つの終端部が金属板７３２の本体に接続されて接地電極を作る。電磁誘導調理装置内部の電子機器は、ＰＺＴ材料７７８の正の終端と金属板７３２の本体との間のキャパシタンスを測定してもよい。

図２３に例えば示す別の他の実施形態において、温度センサー８８６は、図２２に関して記載された実施形態と同様に、但しいくつかの例外を除いて、金属板８３２内に埋め込まれてもよい。抵抗温度検出器（測温抵抗体）に基づくサーミスタなどのセンサー８８６が、ＰＺＴに基づく温度センサー７７６の代わりに用いられてもよい。温度センサー８８６は、断熱材８７９により断熱され、図２２の実施形態に関して記載された断熱材７７９及び層７８０、７８２、７８４と同様の層８８０、８８２、８８４内に埋め込まれてもよい。この実施形態において、温度センサー８７６の測温抵抗体材料８７８は、セラミック基板８９０及びガラスコート白金元素８９２がある薄膜プラチナ測温抵抗体であってもよい。本発明がプラチナ測温抵抗体センサーに限定されず、任意の測温抵抗体に基づくセンサー又は任意の温度センサーが用いられてもよいことは理解されるべきである。

図２３の図示した実施形態において、測温抵抗体材料８７８は、セラミック基板８９０及びガラスコート白金元素８９２中のその最も広いポイントで厚さ約１．３２ミリメートル（０．０５２インチ）である。断熱材８７９から温度センサー８７６の先端までの温度センサー８７６の長さは、約３．３５ミリメートル（０．１３２インチ）である。温度センサー７７６の構成要素の寸法及びサイズ並びに特徴を、所望の通りに変更してもよい。

この実施形態における温度センサー８７６は、ベース層８８０内に埋め込まれ、ベース層８８０はアルミニウムの１つ以上の層から形成されてもよい。ベース層８８０は、外側層８８２及び外側層８８４のそれぞれに接合されてもよく、図示した実施形態において、外側層８８２及び外側層８８４は、３０４ステンレス鋼及び４３０磁性ステンレス鋼である。本発明は、これらの材料選択に限定されなく、正確には、リストアップされた材料選択は例であって、電磁誘導調理器具内の金属板８３２に適する任意のタイプの材料が用いられてもよいことは理解されるべきである。

図１１〜図１２は、無線電源システムの第４の実施形態を示す。無線電源装置３１０及びパッド３２０は、いくつかの例外を除いて、上記の電磁誘導調理電源装置１０及び五徳２０とそれぞれ同様である。上記のように、電磁誘導調理電源装置１０は、キッチン又は電磁誘導調理器具内の加熱金属に限定されない。電磁誘導調理電源装置１０、３１０は、電磁誘導調理器具、電気器具、携帯型装置、携帯電話、又は他の装置を含む装置６０に電力を供給するように構成されてもよい。図示した実施形態におけるパッド３２０は、また、無線電源装置３１０から携帯型装置６０までの様々な距離の電力伝送を改善する、上記の五徳２０と同様の範囲アダプタとして機能してもよい。

装置６０は、二次側６１と、二次共振コンデンサ６２と、整流器６３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４と、負荷６５とを含んでもよい。二次側６１及び二次共振コンデンサ６２は、二次タンク回路６６を形成し、上記の一次側コイル１６及び一次側コンデンサ１５の構造と同様の構造を有してもよい。

整流器６３は、二次タンク回路６６から受信された信号をＤＣ／ＤＣコンバータ６４のための整流出力に変換するための回路を含んでもよい。例えば、整流器６３は、二次タンク回路６６から受信された交流信号を全波整流出力に変換してもよい。他の実施形態において、整流器６３は、また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４への実質的なＤＣ出力に整流出力を平滑化するための回路を含んでもよい。現在の実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４は、整流入力を受信し、且つ負荷６５に対して電力を提供するための回路を含んでもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ６４は、負荷６５が適正量のエネルギーを受信するように、負荷６５に対する電力を検出して調整してもよい。負荷６５は、デバイス回路、コントローラ、バッテリ、モータ、又はその組み合わせなどの任意のタイプの電気インピーダンスを含んでもよい。他の実施形態において、装置６０が負荷６５から分離可能なように、負荷６５は、装置６０に対して外部的に接続されてもよいし、さらなる他の実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４は、省略されてもよく、負荷６５は、整流器６３に対して直接接続されてもよい。

現在の実施形態において、コントローラ（図示せず）は、様々な技術を用いて、無線電源装置３１０と無線で通信してもよい。例えば、コントローラは、ＩＥＥＥ８０２．１１、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＩｒＤＡのプロトコルを介して、無線電源装置３１０と無線で通信するために送受信回路（図示せず）を用いてもよい。別の例として、上記のように、コントローラは、変調技術を用いて、二次タンク回路６６を通じて無線で通信することができてもよい。

装置６０及び無線電源装置３１０は、動作パラメータなどの情報を交換してもよい。動作パラメータは、回路測定値、回路特性、又は装置識別情報を含んでもよい。他の実施形態において、装置６０及び無線電源装置３１０は、相互に通信しなくてもよい。これらの実施形態において、無線電源装置３１０は、装置６０の反射インピーダンスを識別することにより装置６０の動作パラメータを検出してもよい。さらに別の他の実施形態において、無線電源装置３１０は、動作パラメータを送受信する装置６０に接続された別の装置と通信してもよい。

図１１に示した実施形態において、パッド３２０は、上記のような共振器２２及び断熱材２８と同様の共振器３２２及び断熱材３２８を含む。パッド３２０は、また、本明細書の他の実施形態に記載のように、面に取り付けられてもよいし、又はポ移動可能であってもよい。パッド３２０は、また、図１２の他の実施形態に示したように、電力が利用可能である旨の視覚的表示をユーザに対して提供する、電磁場の存在に呼応して点灯するＬＥＤ３４６を有する通電表示器３４０を含んでもよい。通電表示器３４０は、電力二次側３４２と、電磁場から無線電力を受信してＬＥＤ３４６を通電するように構成された電力共振コンデンサ３４４とを含んでもよい。さらに他の実施形態において、電力二次側３４２及び電力共振コンデンサ３４４は、存在しなくてもよく、通電表示器３４０のＬＥＤ３４６は、共振器３２２などのパッド３２０の他の回路に接続されてもよい。

「垂直（vertical）」、「水平（horizontal）」、「最上部（top）」、「最下部（bottom）」、「上部（upper）」、「下部（lower）」、「内部（inner）」、「内側（inwardly）」、「外部（outer）」及び「外側（outwardly）」などの方向性の用語は、図に示される実施形態の配置に基づいて本発明を説明することを支援するために用いられる。方向性の用語の使用は、本発明を任意の特定の配置に限定するように解釈されるべきでない。

上記の説明は、本発明の現在の実施形態の説明である。添付された請求項内に定義されるような本発明の精神及び広範囲の態様から逸脱せずに、様々な修正及び変更を行うことができ、均等論を含む特許法の原理に従って解釈されるべきである。この開示は、説明のために示されており、本発明のすべての実施形態の網羅的な説明として解釈されるべきではないし、又は、示されたこれらの実施形態に関して図示又は記載された特定要素に、特許請求の範囲の範囲を限定するように解釈されるべきではない。例えば、限定ではなく、記載された発明のあらゆる個別の構成要素は、実質的に同様の機能を提供する、又は他の点では適切な動作を提供する別の構成要素と置き換えられてもよい。これは、例えば、当業者に現在知られていそうなものなどの現在既知の別の構成要素や、当業者が開発に際して代替手段として認識するかもしれないものなどの今後開発されるかもしれない別の構成要素を含む。さらに、開示された実施形態は、協調して記載され、且つ有益性の一群を協力的に提供する複数の特徴を含む。本発明は、発行された特許請求の範囲において明示的に示されない限り、これらの特徴の全部を含む実施形態、又は明示された有益性の全部を提供する実施形態のみに限定されない。例えば、冠詞「a（不定冠詞）」「an（不定冠詞）」「the（定冠詞）」又は「said（定冠詞）」を用いて単数の構成要素をクレームするあらゆる言及は、構成要素を単数に限定するように解釈することはできない。

Claims (11)

1. 無線電力装置であって、
   誘導調理器具と誘導電源の一次側との間に移動可能に配置されるように構成されたパッドと、
   該パッドに結合された共振器と、
   を具備し、
   前記誘導調理器具が、電磁場によって加熱されるように構成された金属を含み、
   前記共振器が、前記金属を加熱する渦電流を前記金属中に生じるように前記金属に対して誘導的にエネルギーを伝えるべく電磁場を生じるように前記共振器が構成されるように、前記一次側から前記誘導調理器具へとエネルギーを誘導的に伝えるように適合されており、これにより、前記共振器が、前記誘導調理器具が無線電力を前記誘導電源から受信する範囲を拡大する、無線電力装置。
2. 誘導調理器具の金属を加熱するための誘導調理システムであって、
   電磁場を生じさせるように構成された一次側を有する誘導調理電源と、
   前記誘導調理電源と前記誘導調理器具との間に移動可能に配置されるように構成されたパッドと、
   を具備し、
   前記パッドが、前記一次側により生じた前記電磁場を介して誘導的にエネルギーを前記一次側から受信するように構成された共振器を含み、
   前記共振器が、前記金属を加熱する渦電流を前記金属中に生じるように前記金属に対して誘導的に前記エネルギーを供給するように適合されており、これにより、前記誘導調理器具の前記金属が、前記誘導調理電源により生じた前記電磁場によって加熱される、誘導調理システム。
3. 前記パッドは、移動可能な五徳である請求項２に記載の誘導調理システム。
4. 前記パッドが、カウンタートップの表面に配置され、前記誘導調理電源が、前記カウンタートップの対向する表面に配置された請求項２に記載の誘導調理システム。
5. 前記パッドが前記カウンタートップの前記表面に取り付けられた請求項４に記載の誘導調理システム。
6. 前記パッドが、前記誘導調理器具から前記パッドを通る伝熱を妨げるように構成された断熱材を有する請求項１に記載の誘導調理装置、又は、
   前記パッドが、前記誘導調理器具から前記パッドを通る伝熱を妨げるように構成された断熱材を有する請求項２から５のいずれか一項に記載の誘導調理システム。
7. 前記共振器が、前記パッド内に配置された請求項１に記載の誘導調理装置、又は、
   前記共振器が、前記パッド内に配置された請求項２から５のいずれか一項に記載の誘導調理システム。
8. 前記共振器が、前記誘導調理器具に結合された請求項２に記載の誘導調理システム。
9. 前記誘導調理器具が、金属の層内に組み込まれた温度センサーを含む請求項２に記載の誘導調理システム。
10. 前記温度センサーがＰＺＴセンサーである請求項９に記載の誘導調理システム。
11. 前記温度センサーが測温抵抗体センサーである請求項９に記載の誘導調理システム。

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