(57)【要約】      （修正有）【課題】独立した電力制御を二つ以上の電気的負荷に与えることができるデジタル電力供給装置のための装置及び方法を提供する。【解決手段】幾つかの実施形態は連続的で可変な電力を与え、他の実施形態は離散電力レベルを与える。開示された電力システムにもたらされる高調波電流及び／又はフリッカの大きさを低減し得る。実施形態は、位相制御されたＡＣ電流を用いて電気的負荷へ電力を供給するマイクロプロセッサを含む。或る実施形態においては、マイクロプロセッサは、各々の電気的負荷について要請された電力に対応する電力アレイを計算し得る。論理は、高調波電流及びフリッカの大きさを低減させるパターンで電力配列を割り当てるように与えられる。開示の部分は、希望目標温度を達成して維持する電力を供給するためのバンドコントローラと、遠隔デバイスから温度を制御するための無線コントローラとを含む。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル電力供給装置であって、
それぞれ第１及び第２のトライアックを通じて電圧ラインに接続された第１及び第２の負荷と、
第１及び第２のトライアックと電子的に通信するマイクロプロセッサとを備え、
そのマイクロプロセッサは、第１及び第２のトライアックをそれぞれ起動及び解除することにより、離散電力レベルを第１及び第２の負荷に供給するように構成されているデジタル電力供給装置。
【請求項２】
請求項１のデジタル電力供給装置において、前記マイクロプロセッサと電子的に通信する無線コントローラを更に備えるデジタル電力供給装置。
【請求項３】
請求項２のデジタル電力供給装置において、前記マイクロプロセッサは少なくとも１つの希望目標温度を受け取るデジタル電力供給装置。
【請求項４】
請求項３のデジタル電力供給装置において、前記マイクロプロセッサは、前記無線コントローラを介して、遠隔デバイスから希望目標温度を無線で受け取るデジタル電力供給装置。
【請求項５】
請求項３のデジタル電力供給装置において、前記マイクロプロセッサは、このマイクロプロセッサと電子的に通信するユーザー入力デバイスを介して希望目標温度を受け取るデジタル電力供給装置。
【請求項６】
請求項３のデジタル電力供給装置において、前記マイクロプロセッサは、第１の負荷に対応する第１の希望目標温度と第２の負荷に対応する第２の希望目標温度とを受け取るデジタル電力供給装置。
【請求項７】
請求項３のデジタル電力供給装置において、前記マイクロプロセッサと電子的に通信する少なくとも１つの熱電対を更に備えるデジタル電力供給装置。
【請求項８】
請求項７のデジタル電力供給装置において、第１の温度検知デバイスが第１の負荷に近接して配置されていると共に、第２の温度検知デバイスが第２の負荷に近接して配置されたデジタル電力供給装置。
【請求項９】
請求項８のデジタル電力供給装置において、前記離散電力レベルは０％、５０％、及び１００％であるデジタル電力供給装置。
【請求項１０】
請求項９のデジタル電力供給装置において、前記マイクロプロセッサは第１の負荷へ第１の希望目標温度に到達するまで１００％電力を、且つ第２の負荷へ第２の希望目標温度に到達するまで１００％電力を同時に供給するように構成されているデジタル電力供給装置。
【請求項１１】
デジタル電力供給装置を有する電気グリルであって、
トライアックを通じて電圧ラインへ接続された少なくとも１つの加熱素子と、
前記トライアックと電子的に通信するマイクロプロセッサであり、このマイクロプロセッサは、前記トライアックを起動及び解除させることにより離散電力レベルを前記加熱素子へ供給するように構成されたマイクロプロセッサと、
前記電気グリル内の位置における前記温度を測定するための少なくとも１つの温度検知デバイスであり、前記マイクロプロセッサと電子的に通信する温度検知デバイスと、
希望目標温度を受け取って、この希望目標温度に基づいて上部温度帯及び下部温度帯を決定するように構成されたバンドコントローラとを備える電気グリル。
【請求項１２】
請求項１１の電気グリルにおいて、前記離散電力レベルは０％、５０％、及び１００％である電気グリル。
【請求項１３】
請求項１２の電気グリルにおいて、前記マイクロプロセッサは、前記温度検知デバイスから受け取った前記温度を連続的に監視するように適合且つ構成されていると共に、このマイクロプロセッサは更に、前記下部温度帯に到達するまで１００％電力を前記加熱素子へ供給するように適合且つ構成されている電気グリル。
【請求項１４】
請求項１３の電気グリルにおいて、前記マイクロプロセッサは更に、前記上部温度帯に到達するまで５０％電力を前記加熱素子へ供給するように適合且つ構成されていると共に、このマイクロプロセッサは、前記加熱素子を通過するａｃ電流の波を交互に遮断及び許可することにより５０％電力を供給する電気グリル。
【請求項１５】
請求項１４の電気グリルにおいて、前記マイクロプロセッサは更に、前記上部温度帯に到達したときに０％電力を前記加熱素子へ供給するように適合且つ構成されている電気グリル。
【請求項１６】
請求項１１の電気グリルにおいて、前記バンドコントローラは、低い希望目標温度についての前記温度帯を動的に下げて、より高い希望目標温度についての前記温度帯を動的に上げるように適合且つ構成されている電気グリル。
【請求項１７】
請求項１１の電気グリルにおいて、２５０Ｆ（約１２１．１℃）の希望目標温度は前記希望目標温度の２５Ｆ下の下部温度帯を有すると共に、上部温度帯は前記希望目標温度と等しい電気グリル。
【請求項１８】
請求項１１の電気グリルにおいて、２５０Ｆ（約１２１．１℃）と４００Ｆ（約２０４．４℃）との間の希望目標温度は、前記希望目標温度の１０Ｆ下の下部温度帯と、前記希望目標温度の１０Ｆ上の上部温度帯とを有する電気グリル。
【請求項１９】
請求項１１の電気グリルにおいて、４００Ｆ（約２０４．４℃）より上の希望目標温度は、前記希望目標温度に等しい下部温度帯と、前記希望目標温度の１５Ｆ上の上部温度帯とを有する電気グリル。
【請求項２０】
無線電気グリルシステムであって、
電気グリルは、
トライアックを通じて電圧ラインへ接続された少なくとも１つの加熱素子と、
前記トライアックと電子的に通信するマイクロプロセッサであり、このマイクロプロセッサは、前記トライアックを起動及び解除させることにより離散電力レベルを前記加熱素子へ供給するように構成されたマイクロプロセッサと、
前記電気グリル内の位置における温度を測定するための少なくとも１つの温度検知デバイスであり、前記マイクロプロセッサと電子的に通信する温度検知デバイスと、
前記マイクロプロセッサと電子的に通信する無線コントローラとを備えるシステム。
【請求項２１】
請求項２０のシステムにおいて、
スクリーンとユーザー入力デバイスとを有する遠隔デバイスを更に備え、この遠隔デバイスは、前記電気グリルの無線コントローラを介して前記電気グリルと無線で通信するシステム。
【請求項２２】
請求項２１のシステムにおいて、前記遠隔デバイスは、ユーザーに、食品プロファイルのメニューを表示すると共に、このユーザーから前記ユーザー入力デバイスを介して、選択された食品プロファイルを受け取るシステム。
【請求項２３】
請求項２２のシステムにおいて、前記遠隔デバイスは前記選択された食品プロファイルに関連した目標温度を決定して、この目標温度を前記電気グリルへ無線で通信するシステム。
【請求項２４】
請求項２３のシステムにおいて、前記マイクロプロセッサは、前記下部温度帯に到達するまで、第１の離散電力レベルを前記加熱素子へ供給するように適合且つ構成されているシステム。
【請求項２５】
請求項２４のシステムにおいて、前記マイクロプロセッサは更に、前記下部温度帯に到達した時点で、第２の離散電力レベルを前記加熱素子へ供給するように適合且つ構成されているシステム。
【請求項２６】
請求項２５のシステムにおいて、前記マイクロプロセッサは更に、前記上部温度帯を越えた時点で、第３の離散電力レベルを前記加熱素子へ供給するように適合且つ構成されているシステム。
【請求項２７】
請求項２５のシステムにおいて、第１の離散電力レベルが１００％であり、第２の離散電力レベルが５０％であり、及び第３の離散電力レベルが０％であるシステム。
【請求項２８】
請求項２６のシステムにおいて、５０％の前記離散電力レベルは、ＡＣ電流の１つおきの波を前記加熱素子を通過するように許可することによって達成されるシステム。
【請求項２９】
請求項２１のシステムにおいて、前記遠隔デバイスは、前記ユーザー入力デバイスを介するユーザー入力に応じて前記電気グリルに「オフ」信号を送るように構成されていると共に、前記マイクロプロセッサは、前記「オフ」信号に応じて０％電力を供給するように構成されているシステム。
【請求項３０】
請求項２３のシステムにおいて、前記マイクロプロセッサが、前記温度検出デバイスにおける温度に基づいて推定された周囲温度を計算するように適合且つ構成されていると共に、このマイクロプロセッサは更に、前記推定された周囲温度を前記目標温度と比較するように適合且つ構成されているシステム。
【請求項３１】
請求項２０のシステムにおいて、前記トライアックと並列をなし、且つ前記マイクロプロセッサと通信するように構成されているラッチリレーを更に備えるシステム。
【請求項３２】
請求項３１のシステムにおいて、前記マイクロプロセッサは、前記ラッチリレーを起動して且つ前記トライアックを解除することにより、１００％電力を前記加熱素子に供給するように適合且つ構成されているシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は米国特許出願第１５／２００，７５９号（２０１６年７月１日出願）の一部継続出願であり、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、低減した高調波とフリッカをもたらしつつ、２つ以上の高電力負荷を独立して制御するためのデジタル電力供給装置に関する。非限定的な実施形態において、デジタル電力供給装置は、電力システムにもたらされる高調波及びフリッカを低減しつつ、２つ以上の加熱素子を独立して制御するために電気グリルで使用することができる。このデジタル電力供給装置は操作パラメータを送信し、遠隔デバイスから制御信号を無線で受信し得る。更に、デジタル電力供給装置は加熱素子を希望目的温度へ加熱して、継続期間に亘ってその温度を維持する機能性を含み得る。
【背景技術】
【０００３】
電力グリッドへ高調波及び／又はフリッカの低減した量をもたらしつつ、ＡＣ壁面コンセントを用いる２つ以上の高電力負荷を独立して制御することができる電源に対する要請が増えている。都市人口は増加し、それに伴い、ＡＣ壁面コンセントに接続することができる高電力負荷に対する要請が増えている。例として、都会に住む居住者は、居住者がグリルを使いたいと思うアパート又はコンドミニアム建築に住んでいる。煙、ガス又は他の懸念事項のため、典型的な木炭グリル又はガスグリルの使用は、許されないか若しくは好ましくないことがある。
【０００４】
幾つかの利用可能な電気調理器具、例えばジョージ・フォアマン・プレート・グリル（及びその類いの器具）、パニーニ・プレス、電気グリドル（ｇｒｉｄｄｌｅ）などがある。しかしながら、これらの従来技術器具は一般に可変電力を供給しない。更に、これらの従来技術電気調理器具は一般にガスグリル又は電気グリルに匹敵する充分な電力を発生させることができない。
【０００５】
或る従来技術器具は、負荷へ供給される電力量を制御するために、電気的負荷と直列に可変抵抗を用いることがある。例えば、可変抵抗の抵抗が増加すると、可変抵抗は電気的負荷への電力の供給を制限する。電気的負荷への電力の供給を制御する可変抵抗の使用は公知である。しかし、可変抵抗は、不都合を伴っている。例えば、不都合は電気システムへの高調波の導入を含むことがあり、これは干渉と他の予測できない電磁界を形成してしまう電磁気の放出に形を変える。更に、可変抵抗が多くの電力を消費するので、可変抵抗は非効率的になることがある。
【０００６】
他の従来技術器具は、電力供給を制御するために開閉式のバイメタル温度計を用いることがある。バイメタル温度計の使用の不都合は、供給される電力上の制御がより不連続であることが許される（即ち、正確さを欠く）ので、通常は応答時間に比較的に長い遅延を伴うという事実を含む。長い遅延時間は温度に制御不全をもたらすので良くない調理経験を引き起こす。更に、長いオン／オフ負荷サイクルは加熱素子の寿命を短くすることが知られているので、長遅延時間は不都合である。
【０００７】
或る器具は電力供給に半波長制御を用いることがある。例えば、米国特許第６，７７２，４７５号、発明の名称”Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｈｉｃｈ  Ｍｉｎｉｍｉｚｅｓ  ＡＣ  Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ”はＡＣ電流の供給を制御する半波長ＡＣ制御装置を開示している。この制御方法は、それが供給する電力が段階的なだけであり、０−１００％の連続範囲にならないので、相当な不都合を伴っている。対照的に、本発明の実施形態は連続的可変電力供給を可能とする。
【０００８】
更に他の従来技術器具は、電気的負荷がオンに切り換えられたときに電流の突入を制限するためにデジタル制御を含むことがある。例えば、米国特許第６，１１１，２３０号、発明の名称“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｓｕｐｐｌｙｉｎｇ  ＡＣ  ｐｏｗｅｒ  ｗｈｉｌｅ  ｍｅｅｔｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  ｆｌｉｃｋｅｒ  ａｎｄ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ”は、印刷装置が最初にオンにされるとき、印刷装置への電流の突入を制限する方法を開示する。しかしながら、その開示された装置は複数の電気負荷の独立制御を与えないか、複数の負荷を独立に制御中は、高調波電流及びフリッカを低減させることが充分でない。
【０００９】
従って、低減した高調波及びフリッカ干渉のみを電力システムへもたらしつつ、２つ以上の電気的負荷を独立して制御することができるデジタル電力供給装置についての要請がある。更に、低減した高調波及びフリッカ干渉と共に、１つ以上の電気的負荷を無線で制御できる実施形態への要請がある。このような無線制御が遠隔デバイスを含み、これは操作パラメータを監視して、デジタル電力供給装置を無線で制御できることは有益であろう。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は公知の電源の不備の多くを克服して、新たな特徴及び効果を電気グリルのような器具に与える。例えば、本発明の実施形態は、より正確な量の電力を電気的負荷に供給することができるデジタル電力供給装置を提供する。更に、本発明の実施形態は、複数の電気的負荷を独立して制御することを可能にする。本発明の更に他の実施形態は、電源を壁面コンセントに接続することから起こることがある高調波電流及びフリッカを低減させる。更なる実施形態は、高調波電流及びフリッカ干渉を低減させつつ、電気的負荷の無線制御を提供する。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、デジタル電力供給装置が与えられ、このデジタル電力供給装置は、それぞれ第１と第２のトライアックを通じて電圧ラインへ接続された第１と第２の負荷と、第１と第２のトライアックと電子的に通信するマイクロプロセッサとを備え、そのマイクロプロセッサは、第１及び第２のトライアックをそれぞれ起動及び解除することにより、離散電力レベルを第１及び第２の負荷へ供給するように構成されている。このデジタル電力供給装置はマイクロプロセッサと電子的に通信する無線コントローラを含んでもよい。更に、マイクロプロセッサは少なくとも１つの希望目標温度を受信し得る。この希望目標温度は、無線コントローラを介して、遠隔デバイスから無線で受信し得る。この希望目標温度は、マイクロプロセッサと電子的に通信するユーザー入力デバイスを介して受信し得る。
【００１２】
本発明の実施形態によれば、マイクロプロセッサは、第１の負荷に対応する第１の希望目標温度と第２の負荷に対応する第２の希望目標温度とを受信する。更に、デジタル電力供給装置は、マイクロプロセッサと電子的に通信する少なくとも１つの熱電対を含み得る。選択的に、第１の熱電対は第１の負荷に近接して位置し、第２の熱電対は第２の負荷に近接して位置する。離散電力レベルは０％、５０％、及び１００％としてもよい。更に、マイクロプロセッサは、第１の希望目標温度に到達するまで１００％電力を第１の負荷へ、且つ第２の希望目標温度に到達するまで１００％電力を第２の負荷へ、同時に供給するように構成してもよい。
【００１３】
他の実施形態はデジタル電力供給装置を有する電気グリルを与え、この電気グリルは、トライアックを通じて電圧ラインへ接続された少なくとも１つの加熱素子と、そのトライアックと電子的に通信するマイクロプロセッサとを備え、そのマイクロプロセッサは、トライアックを起動又は解除することにより、加熱素子へ離散電力レベルを供給するように構成され、電気グリル内の位置における温度を測定する少なくとも１つの温度検知デバイスを備え、この温度検知デバイスはマイクロプロセッサと電子的に通信し、及び、希望目標温度を受信して、この希望目標温度に基づいて上温度帯と下温度帯とを定めるように構成されたバンドコントローラを備える。離散電力レベルは、０％、５０％、及び１００％としてもよい。
【００１４】
選択的に、マイクロプロセッサは、温度検知デバイスから受信した温度を連続的に監視するように適合且つ構成され、このマイクロプロセッサは更に、下温度帯に到達するまで１００％電力を加熱素子へ供給するように適合且つ構成されている。このマイクロプロセッサは、上温度帯に到達するまで５０％電力を加熱素子へ供給するように更に適合且つ構成することができ、このマイクロプロセッサは加熱素子を通過するａｃ電流波を交互に遮断及び許可することにより、５０％電力を供給し得る。このマイクロプロセッサは、上温度帯に到達したときに０％電力を加熱素子へ供給するように更に適合且つ構成することができる。更に、バンドコントローラはより低い希望目標温度に対しては温度帯を動的に下げると共に、より高い希望目標温度に対しては温度帯を動的に上げるように適合且つ構成し得る。
【００１５】
例えば、２５０Ｆ（１２１℃）の希望目標温度は、希望目標温度を２５Ｆ下回る下温度帯と、希望目標温度に等しい上温度帯とを持ち得る。２５０Ｆ（１２１℃）と４００Ｆ（２０４℃）との間の希望目標温度は、希望目標温度を１０Ｆ下回る下温度帯と、希望目標温度を１０Ｆ上回る上温度帯とを持ち得る。４００Ｆ（２０４℃）を超える希望目標温度は、希望目標温度に等しい下温度帯と希望目標温度を１５Ｆ上回る上温度帯とを持ち得る。
【００１６】
更なる実施形態は無線電気グリルシステムを与え、この電気グリルシステムは、トライアックを通じて電圧ラインへ接続された少なくとも１つの加熱素子を有する電気グリルと、そのトライアックと電子的に通信するマイクロプロセッサとを備え、このマイクロプロセッサは、トライアックを起動又は解除することにより離散電力レベルを加熱素子へ供給するように構成されており、電気グリル内の位置における温度を測定する少なくとも１つの熱電対を備え、この熱電対はマイクロプロセッサと電子的に通信し、及び、マイクロプロセッサと電子的に通信する無線コントローラを備える。このシステムは、スクリーンとユーザー入力デバイスとを有する遠隔デバイスを更に含んでもよく、この遠隔デバイスは、電気グリルの無線コントローラを介して電気グリルと無線通信する。或る実施形態においては、遠隔デバイスはユーザーへ食品プロファイルのメニューを表示すると共に、ユーザーからユーザー入力デバイスを介して選択された食品プロファイルを受け取る。
【００１７】
或る実施形態においては、遠隔デバイスは選択された食品プロファイルに関連した目標温度を決定して、この目標温度を電気グリルへ無線で通信する。マイクロプロセッサは、下温度帯に到達するまで第１の離散電力レベルを加熱素子へ供給するように適合且つ構成してもよい。マイクロプロセッサは、下温度帯に一旦到達したならば第２の離散電力レベルを加熱素子へ供給するように更に適合且つ構成することができる。マイクロプロセッサは、上温度帯を一旦超えたならば、第３の離散電力レベルを加熱素子へ供給するように更に適合且つ構成することができる。例えば、或る実施形態においては、第１の離散電力レベルは１００％であり、第２の離散電力レベルは５０％であり、及び第３の離散電力レベルは０％である。或る実施形態においては、加熱素子を通過するＡＣ電流の一つおきの波を許可することにより、５０％の離散電力レベルが達成される。
【００１８】
更に、遠隔デバイスは、ユーザー入力デバイスを介してユーザー入力に応答して「オフ」信号を電気グリルへ送るように構成することができ、マイクロプロセッサは「オフ」信号に応答して０％電力を供給するように構成される。選択的に、マイクロプロセッサは、熱電対における温度に基づいて推定周囲温度を計算するように適合且つ構成することができ、このマイクロプロセッサは推定周囲温度を目標温度と比較するように更に適合且つ構成される。本発明の実施形態は、トライアックと並列をなし、且つマイクロプロセッサと通信するように構成されたラッチリレーを更に含んでもよい。そのマイクロプロセッサは、ラッチリレーを起動してトライアックを解除することにより、１００％電力を加熱素子へ供給するように適合且つ構成してもよい。
【００１９】
従って、本発明の目的は正確な電力制御を与え、複数の負荷を独立に制御でき、電源により壁面コンセントへもたらされる高調波電流及びフリッカを低減させることができるデジタル電力供給装置を提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は改良された電源を提供することであり、これは電源グリルと共に使用し得るものを含むが、それに限定されるものではない。
【００２１】
本発明の更なる目的は電気グリルにおいて使用でき、２つ以上の加熱素子に独立制御を与えるデジタル電力供給装置を提供することである。
【００２２】
本発明の更なる目的は壁面コンセントへより僅かな高調波電流をもたらすデジタル電力供給装置を提供することである。
【００２３】
本発明の更なる目的は壁面コンセントへフリッカをより僅かしかもたらさないデジタル電力供給装置を提供することである。
【００２４】
本発明の更なる目的は高調波電流及びフリッカの標準的な制限及び／又は規定に従う電気グリルで使用するためのデジタル電力供給装置を提供することである。
【００２５】
本発明の更なる目的は電気グリルで使用するための２つ以上の加熱素子へ可変電力を供給するデジタル電力供給装置を提供することである。
【００２６】
本発明の更なる目的は可変電力を供給する位相カット技術を用いるデジタル電力供給装置を提供することである。
【００２７】
本発明の更なる目的は離散電力レベルを供給するデジタル電力供給装置を提供することである。
【００２８】
本発明の更なる目的は短いデューティ・サイクルを与えることにより加熱素子の寿命を向上させることである。
【００２９】
本発明の更なる目的は希望目標温度を達成し、その温度を維持するための技術を提供することである。
【００３０】
本発明の更なる目的は電気グリル内のデジタル電力供給装置を提供することであり、これは操作パラメータを遠隔的に監視する無線能力を有するのみならず、電力レベルを無線で制御することである。
【００３１】
発明者の用語の定義
本願の多数の請求項又は明細書で用いられる以下の用語は、それらが法の要請に合致する最も広い意味を持つことが意図されている。
【００３２】
本明細書で使用されるように、「電力アレイ」は値のアレイを規定し、各値は１波サイクルに供給される電力の割合（０．０≦ｘ≦１．０を表す。例示的な電力アレイは４つのセルを有するものとして説明してあるが、他の大きさのアレイが可能であることを理解されたい。
【００３３】
本明細書で使用されるように「位相角アレイ」は値のアレイを規定し、各値は１波サイクルにおける位相角「カット」を表す。例示的な位相角アレイは４つのセルを有するものとして説明してあるが、他のサイズのアレイが可能であることを理解されたい。
【００３４】
本明細書で使用される「タイミングパターン」は位相制御されたＡＣ波形を形成する「オン」及び「オフ」信号のパターンを意味する。
【００３５】
代替的な意味が可能であるときは、明細書又は請求項の何れにおいても当業者の理解に合致する最も広い意味が意図されている。請求項中における全ての単語は文法、通商又は英語の通常且つ慣例的語法に従って用いられることが意図されている。
【００３６】
本発明（単数形で用いることもあるが、複数形を除外するものではない）の表明した及び表明していない特徴、目的及び効果は以下の説明及び図面から明らかになり、図において用いる同様な参照符号は様々な図における同様な要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の例示的グリルの前面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは例示的な内部部品を示す例示的なグリルの調理面の上面概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは本発明のデジタル電力供給装置回路を含む回路の例示的実施形態の概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは本発明のデジタル電力供給装置回路及び無線コントローラを含む回路の例示的実施形態の概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは本発明の９０度カットを有する例示的波形である。
【図３Ｂ】図３Ｂは本発明の９０度カットを有する例示的波形である。
【図３Ｃ】図３Ｃは１１５０Ｗ素子による高調波電流を示す標準限度に対してプロットされた高調波電流を示す。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の「オン」波が後に続く例示的カット波形を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは本発明の「オン」波が後に続く例示的カット波形を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは１１５０Ｗ素子による高調波電流を示す標準規制に対してプロットされた高調波電流を示す。
【図５Ａ】図５Ａは本発明の「オフ」波が後に続く例示的カット波形を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは本発明の「オフ」波が後に続く例示的カット波形を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは１１５０Ｗ素子による高調波電流を示す標準限度に対してプロットされた高調波電流を示す。
【図６】図６は本発明の例示的マイクロプロセッサ構成のフローチャートである。
【図７】図７は本発明の電力アレイを割り当てるための例示的アルゴリズムである。
【図８】図８は本発明の一定期間に亘って２つの加熱ユニットへ供給される例示的電力を示す。
【図９】図９は本発明においてｎ個の加熱ユニットへ供給された例示的電力を示す。
【図１０】図１０は本発明のマイクロプロセッサに対する例示的な入力及び電力のフローチャートである。
【図１１】図１１はフリッカについての標準（ＩＥＣ  ６１０００−３−３）規制を示す。
【図１２】図１２は第１の負荷、第２の負荷、及び総電力量についての例示的波形を示す。
【図１３】図１３はグリルの加熱素子の近傍でなされた測定に基づくグリルボックス内側の推定周囲温度を示す例示的グラフである。
【図１４Ａ】図１４Ａは中間温度範囲で作動中の電気グリルの例示的温度変動を示すグラフである。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは低い温度範囲で作動中の電気グリルの例示的温度変動を示すグラフである。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは高い温度範囲で作動中の電気グリルの例示的温度変動を示すグラフである。
【図１５】図１５は遠隔デバイスと無線通信をする電気グリルの例示的概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に記載されるのは、特許請求の範囲に記載された発明の好ましい実施形態若しくは最良の代表例であると現在のところ信じられるものである。実施形態及び好ましい実施形態に対する将来及び現在の代表例若しくは修正例が意図されている。更に、機能、目的、構造及び結果に些細な変化を加えるにすぎない任意の代替例及び修正例も本願の請求項に包含されることが意図されている。本発明は、係属中の特許出願である発明の名称“Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｒｉｌｌ  Ｗｉｔｈ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ”（出願人により出願され、出願番号１５／２００，６８７号を有する）及び同じく係属中の特許出願である発明の名称“Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｆｏｒ  Ｅｌｃｔｒｉｃ  Ｇｒｉｌｌ  Ｗｉｔｈ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ”（本願と同日に出願され、共にウェーバー‐スティーブン  プロダクツ  エルエルシーへ譲渡され、その全体が参照により本願に組み込まれている）に説明された電気保護回路を有する電気グリルに及び／又はその一部に使用し得る。
【００３９】
本発明は一般にデジタル電力供給装置を含み、これは２つ以上の電気的負荷のために独立した電力制御、及び連続的可変電力を与えることができる。本発明の実施形態は、電力系統へもたされる高調波及び／又はフリッカの量を低減し得る。当業者は、このデジタル電力供給装置は任意の電気的負荷又は負荷の組み合わせ（ヒーター、モーターなどを含む）へ供給するのに使用し得ることを知っているであろう。ここに説明された好ましい実施形態において、負荷は、例えば電気グリルに見られる加熱素子である。
【００４０】
電気グリルは独立負荷制御を有するデジタル電力供給装置のための１つの適切な用途である。その理由は、ユーザーは電気グリルの一方の側で高熱を、且つグリルの他方の側で低熱を望むことがあるためである。このような配置は、異なる温度を必要とする様々な食品を同時にグリルで焼くか、間接グリル法を用いることをユーザーに可能とさせる。間接グリル法は、食品を調理面の一方の側に置きながら他方の側を加熱することにより、食品と加熱面との間の直接接触を避ける。可変電力の更なる利点は、ユーザーに電力設定を入力させて、目標とされた温度を達成することを可能にすることである。これは、長時間に亘って低温で調理することを可能にする。
【００４１】
ここで図面を参照すると、図１−１５は電気グリル１１０とデジタル電力供給装置２００の好ましい実施形態を示す。例示として、図１Ａ及び図１Ｂは電気グリル１１０を示す。図１Ａはハウジング１０６を含む電気グリル１１０の外側を示し、ハウジングには、左右の制御ノブ１０１及び１０２のみならず、ディスプレイ１０３を装着することができる。電気グリル１１０は、ＡＣ壁面コンセントに接続するために電源コード１０７を含み得る。左右制御ノブ１０１及び１０２、並びにディスプレイ１０３は、本明細書に詳細に説明するマイクロコントローラ２１３に接続することができる。
【００４２】
図１Ｂに示すように、左右の制御ノブ１０１及び１０２はそれぞれ第１及び第２の加熱素子２０３及び２０４に協動させることができ、かくして二重調理領域を形成する。代表的な炉若しくは調理面１１２は図１Ｂにも示される。各々の加熱素子２０３及び２０４は、ノブ１０１、１０２により、又は加熱素子２０３、２０４に関連づけられた任意の他のコントローラによりそれぞれ独立して制御することができる。左のノブ１０１と右のノブ１０２とは、グリルハウジング１０６の外側に配置することができる。ノブ１０１及び１０２又は当業者により理解される任意の他の入力デバイスはマイクロプロセッサ２１３に接続して１つ以上の加熱素子２０３、２０４の操作モードを設定するようにすることができる。
【００４３】
ノブ１０１及び１０２又は（例えばタッチスクリーン又はボタンなど）任意の他の入力デバイス（又はここで記述される無線手段）を用いて、ユーザーは各加熱素子２０３及び２０４の操作モードを選択し得る。この操作モードは、加熱素子のための希望温度又は電力設定を含んでもよい。本明細書に更に詳細に説明するマイクロプロセッサ２１３は、選択された電力を供給するために加熱素子２０３及び２０４に供給される電流を制御する。マイクロプロセッサ２１３は、それぞれ加熱素子２０３及び２０４の近傍に配置された熱電対２２１及び２２２から読み込まれた現在の温度をフィードバックループを用いて受け取り、各加熱素子２０３及び２０４ごとに希望温度を達成することができる。当業者には、ノブ、加熱素子、温度センサ及び／又はディスプレイの様々な種類と個数を使用し得ることを知っているであろう。
【００４４】
電気グリル１１０は、ディスプレイ１０３又は他のユーザーインタフェースを選択的に含むことがある。１つの例においては、ディスプレイ１０３はマイクロプロセッサ２１３に接続されて、１つ以上の加熱素子２０３、２０４の現在の設定又は操作に関する情報を表示することができる。例えば、ディスプレイ１０３は、加熱素子２０３及び２０４の近傍における現在の温度（熱電対２２１及び２２２により測定されたもの）及びユーザーがノブ１０１及び／又は１０２を介して設定した希望温度又は電力設定を表示することができる。
【００４５】
ここで図２Ａ及び２Ｂを参照すると、一般的な、非限定的な条件下で、デジタル電力供給はマイクロプロセッサ２１３により達成することができ、これはユーザーの希望電力設定を受け取ってトライアック２０８及び２０９を制御し、電圧ライン２０１から加熱素子２０３及び２０４を通じてニュートラル２０２を通って壁面コンセントへ帰還するように流れるＡＣ電流を有効（又は無効）にする。更にここに設けられているのは、特別に構成されたマイクロプロセッサ２１３であり、これは加熱素子２０３及び２０４へのＡＣ電流を、電気グリル１１０によりＡＣ壁面コンセントへもたらされる高調波電流及びフリッカの量を低減する方式で制御し得る。
【００４６】
図２Ａの実施形態で示すように、マイクロプロセッサ２１３はトライアックドライバ２１１及び２１２と通じており、次にこれらはそれぞれのトライアック２０８及び２０９を制御する。マイクロプロセッサ２１３が加熱素子２０３及び２０４へ電力を供給し得る機構は、トライアック２０８及び２０９をそれらに対応するトライアックドライバ２１１及び２１２を介してオン又はオフ（それぞれ「有効」及び「無効」と称することもある）に切り換えることによる。
【００４７】
特に、トライアック２０８及び２０９は、マイクロプロセッサ２１３からのパルスにより起動されたとき、「オン」に切り換わる。電流はＡＣ電流波がゼロに交差するまで流れ続ける。ゼロ交差の後、トライアックはオフに切り換わり、次回にマイクロプロセッサ２１３がそれをオンに切り換えるまでオフに留まる。一例では典型的な壁面コンセントのようなＡＣ電流が６０Ｈｚで、ゼロ交差は１／１２０秒ごとに起こる。ゼロ交差検出ユニット２１０は、ＡＣ波がゼロ交差するたびに、マイクロプロセッサ２１３へ信号を通信するために設けられている。この信号を使って、マイクロプロセッサ２１３は交流電流のゼロ交差にそのタイミングを同期させることができる。
【００４８】
マイクロプロセッサ２１３とトライアック２０８及び２０９との間の直接通信を可能とするのに代えて、トライアックドライバ２１１及び２１２が、マイクロプロセッサ２１３とトライアック２０８及び２０９との間のインターフェースに使われる。トライアックドライバは、低電圧ＤＣ源（例えばマイクロプロセッサ）（図２Ａ及び２Ｂの実施形態に見られる）により高電圧トライアックを制御することができる。更に、トライアックドライバは、トライアックにおける潜在的な高電流又は高電圧からデバイスを絶縁するのに用いられる。トライアックドライバ２１１及び２１２がマイクロプロセッサ２１３とトライアック２０８及び２０９との間でインターフェースするのと同時に、マイクロプロセッサ２１３はトライアック２０８及び２０９における電圧及び電流から絶縁される。
【００４９】
「オン」トライアックは、それを通じて電流を流れさせるが、「オフ」トライアックは電流を流させない。かくして、「オン」トライアック２０８はＡＣ電流を（電圧ライン２０１から）第１の加熱素子２０３を通じて流れるのを可能にすると共に、「オン」トライアック２０９は、ＡＣ電流を（電圧ライン２０１から）第２の加熱素子２０４を通じて流れるのを可能にする。マイクロプロセッサ２１３が加熱素子２０３及び／又は２０４へ電力を供給するというときは、マイクロプロセッサ２１３がそれぞれのトライアックドライバを有効にして、それが関連するトライアックを「オン」に切り換えて、ライン２０１からのＡＣ電流の流れを可能にすることを意味する。この開示を通じて、マイクロプロセッサ２１３が加熱素子へ電力を供給することへの言及は、マイクロプロセッサ２１３が「オン」又は「有効」パルス信号を介して所定の加熱素子のトライアックドライバをアクティブにすることを意味することと理解されたい。
【００５０】
当業者に理解されるように、トライアックは３つの電極デバイス又は三極管であり、交流電流を伝導する。トライアックは、一種の固体双方向性スイッチである。この開示はトライアックを用いるデジタル電力供給装置を説明するが、任意の固体双方向性スイッチをトライアックの代わりに使用し得ることを理解されたい。加熱素子２０３及び２０４は、より多くの電流がそれらを流れるにつれて温度が上がる抵抗ヒーターであることがある。代表的な加熱素子は、１１５０ワットを引き出すことがある。他の加熱素子２０３、２０４も当業者に理解されるように使用し得る。
【００５１】
本発明の実施形態においてマイクロプロセッサ２１３は各々の加熱素子２０３及び２０４に対して最も近位に位置する１つ以上の熱電対２２１及び２２２から温度フィードバックを選択的に受け取り、希望温度が達成されたときを認識するようにする。図１Ｂは各々の加熱素子２０３及び２０４に隣接する熱電対２２１及び２２２の例を示す。図１Ｂは例として熱電対を示すが、サーミスタ、抵抗性熱デバイス等その他の装置を非限定的に含め、すべての型式の温度センサを用いることができると理解されるべきである。実施形態においては、フィードバックがマイクロプロセッサ２１３により用いられて、ノブ１０１及び／又は１０２で選択された希望温度が達成されるまで、加熱素子２０３及び２０４へ供給される電流を調節することができる。その結果、ユーザーは加熱素子２０３及び２０４に対する希望操作モードを（独立に）選択することができる。本発明の実施形態においては、マイクロプロセッサ２１３は、希望設定温度に達するまで供給される電流を制御して、次いで希望温度を維持することができる。
【００５２】
次にマイクロプロセッサ２１３の処理について述べると、マイクロプロセッサ２１３は、トライアック２０８及び２０９を「オン」と「オフ」との間でトグリングさせることにより、（ユーザーの選択に従い）適切な量の電力を供給するように構成し得る。上述のように、有効化（又は「オン」）されたトライアック２０８又は２０９は、ＡＣ電流がライン２０１からそれぞれ加熱素子２０３又は２０４を通じて流れることを可能にする。従って、長い「オン」期間はより多くのＡＣ電流を流し、ひいてはより多くの電力を供給することを可能にする。反対に、より長い「オフ」期間は、低い電力供給をもたらす。
【００５３】
本発明の実施形態においは、マイクロプロセッサ２１３は位相角制御技術を用いて、「オン」と「オフ」との間のトグリングのパターンを形成することができる。「オン」と「オフ」との間のトグリングにより形成された制御パターンは、加熱素子２０３及び２０４を通じて電圧ライン２０１から流れるＡＣ電流の（延長線上で考えて、電力の）位相角を制御する。この種の制御パターンは、ＡＣ流の波形が「カット（切断）される」ので、「位相カッティング」と称されることがある。波は、一つのＡＣ波サイクルの一部分の間の電流の流れを無効にすることによりカットされる。このようにして、波の一部は「カット」される。「オン」及び「オフ」のタイミングパターンは、位相制御された波を形成する。希望電力供給について波をカットする正しい角度を決定するために、マイクロプロセッサ２１３は次式を解く：
（角度）＝ａｒｃｃｏｓ（２ｘ−１）
ここでｘは希望供給電力である（割合：０．０≦ｘ≦１．０として表される）。マイクロプロセッサ２１３は、加熱素子２０３及び２０４へ供給されるＡＣ正弦波をカットする角度を解くようにプログラムされている。本開示は角度を「度」で表するが、当業者にはあらゆる角度測定値が単位「ラジアン」に変換できることが理解されよう。
【００５４】
一例が図３Ａに示され、これはマイクロプロセッサ２１３がＡＣ波を９０°でカットする例を示す。９０°カットは、全ての利用可能な電力の半分（即ち５０％）を供給する波を導く。図３Ａは、ＡＣ電流の一波サイクルを示す。当業者は全波が正の半分と負の半分を有することを理解するであろう。波サイクルは電流の値がゼロである３０１から始まる。３０１と３０３との間の領域である符号３０２は、陰影のついた灰色であり、トライアックが有効ではなく、従って電流が供給されていないことを示す。９０°位相角を表す３０３において、マイクロプロセッサ２１３はパルス信号を送りトライアックを起動して、かくして加熱素子を通じて流れる電流を可能とする。（換言すれば、マイクロプロセッサ２１３は３０３にて電力供給を始める）。３０５において電流はゼロ交差してトライアックはオフへ切り換わる。トライアックは、２７０°位相角を表す３０７までオフのままである。２７０°において、マイクロプロセッサ２１３は再び起動パルスを送り、３０７と３０９との間、即ち２７０°から３６０°までの９０°位相において電流が流れる。
【００５５】
要するに、図３Ａは、マイクロプロセッサ２１３が、それぞれ９０°位相を表し、合計で１８０°の３０４及び３０８で表す領域へ電力を供給することを示す。各々がまた９０°を表し、合計で１８０°の３０２及び３０６で表された影付き領域については、電力は供給されない。このように、マイクロプロセッサ２１３は、利用可能な電力の半分、即ち５０％を供給している。異なる電力の割合を供給するために、マイクロプロセッサ２１３は、半波のより早い段階で起動パルスを送り、より多くの電力を供給するか、半波のより遅い段階で起動パルスを送り、より少ない電力を供給することができる。如何なる希望電力の割合についても、適切な位相角カットは、（角度）=ａｒｃｃｏｓ（２ｘ−１）について解くマイクロプロセッサ２１３により計算し得る。図３Ａの例においては、５０％の電力供給が選択された。従って、マイクロプロセッサ２１３は計算（位相角）＝ａｒｃｃｏｓ（２＊０．５−１）=９０°を実行した。図３Ｂは図３Ａの「カット」された波の部分を取り除いて、実際に供給された電力のみを示す。
【００５６】
ここで図３Ｃを参照すると、表示されたグラフは図３Ａ及び図３Ｂに説明した９０°位相カットにより電源系統へもたらされた高調波電流を示す。換言すれば、これらのプロットされた高調波電流は、電気グリルが壁面コンセントに接続されて、図３Ａ／図３Ｂに説明された９０°位相カットをなすときに、建物の電力ラインにもたされ得る。このプロットは１１５０Ｗ加熱素子を用いてなされる。高調波の導入は、それが電磁干渉をもたらすので、好ましくない。更に、例えばＩＥＣ  ６１０００−３−２  電磁気互換性（ＥＭＣ）−Ｐａｒｔ３−２のような規格があり、これはデバイスにより壁面コンセントへもたらされるかもしれない高調波電流のレベルを制限する。高調波電流制限は、図３Ｃのグラフの中に線分としてプロットされている。図３Ｃから明白であるように、９０°位相カットによりもたらされた高調波電流（点としてプロットされている）は高調波制限（線分としてプロットされている）を越える。換言すれば、図３Ｃにおけるグラフは、複数の点（ＲＭＳ電流を表す）が高調波制限をマークする線より高いことを示す。これは、図３Ａ／３Ｂの波形には高調波電流があって、ＩＥＣ規格を満たさないことを意味する。例えば、点３１０におけるＲＭＳ電流は、高調波制限の限度３１１を越える（即ち、上方にある）高調波電流の１つの例である。
【００５７】
従って、本発明の実施形態は、電気的負荷へ電力を供給するために、大きさを低減させた高調波電流を誘発する波カットを用いるように特に構成されたマイクロプロセッサ２１３を含む。第１の問題として、出願人の試験は、波カットの直後に全波サイクル「オン」又は全波サイクル「オフ」が続くとき高調波電流波の大きさが低減されることを示した。出願人の試験の結果は図４及び図５に示される。特に、図４Ａは、図３Ａにおけるのと同様な９０°カットを有する第１の波サイクルを示すが、完全に「オン」の後続の第２の波サイクル（４０９と４１０との間）が続く。同様に、図５Ａは図３Ａにおけるのと同様な９０°カットを有する第１の波サイクルを示し、更に、完全に「オフ」の第２の全波サイクル（５０９と５１０との間）が後に続く。明瞭化のために、図４Ｂ及び図５Ｂは波の「カット」部分を伴わずに、同様なそれぞれのパターンを示す。図４Ｃ及び図５Ｃに示される出願人の試験は、９０°カットは、後続の全「オン」又は全「オフ」波サイクルが続くとき、より僅かな高調波を誘導することを示す。これらの結果は図４Ｃ及び図５Ｃに見ることができ、そこでプロットされた高調波電流（点）は、いまやＩＥＣ規格（線分としてプロットされる）の高調波制限の限度の下にあって、図３Ｃにプロットされた高調波電流よりも顕著に低い。例として、図４Ｃは、例示的なＲＭＳ電流点４１０を示し、これは高調波制限４１１の下にある。図３Ｃと異なり、図４ＣのＲＭＳ電流は高調波制限より低い。同様なことが図５Ｃにあてはまり、ここでは例示的な電流点５１０が５１１の高調波制限の限度の下にある。
【００５８】
従って、本発明の実施形態は、カット波に全「オン」又は全「オフ」波の何れかが続くように特に構成されたマイクロプロセッサ２１３を含む。更に、マイクロプロセッサ２１３は、高調波電流を低減させるパターンで電流を引き出しつつ、２つの独立した加熱素子２０３、２０４の間で引き出された電流を分割するように管理するように特に構成することができる。換言すれば、マイクロプロセッサ２１３は、両方の独立した加熱素子２０３、２０４の電力の必要条件を満たしつつ、電気グリル１１０へ導かれる全体的な電流のパターンを管理しなければならない。電気グリル１１０へ導かれる全体的な電流のパターンは、電気グリル１１０の総電力アレイと称することができる。電気グリル１１０の総電力アレイは、第１の加熱素子２０３の電力アレイに第２の加熱素子２０４の電力アレイを加えた合計である。例示的な電力アレイは、４つのセルであることがあり、各々のセルは波形で供給される電力の割合を表す値（０．０≦ｘ≦１．０）が格納されている。このように、例示的な電力アレイは、４つの波のパターンを表すことがある。電気グリル１１０により引き出される総電力（又は、電流）が加熱素子で引き出される電力（電流）の合計であることが理解されよう。加熱素子２０３、２０４に供給される波形パターンは、４つのセル化された電力アレイとして同様に表現し得る。第１の加熱素子の電力アレイと第２の加熱素子の電力アレイの合計は、電気グリル総電力アレイに等しい。同じことは、電気グリル１１０の内に存在する加熱素子の数の如何に関わらずあてはまる。電気グリル１１０の高調波電流は、総電力アレイに表された電気グリル１１０により引き出された波のパターンに依存する。高調波電流を低減するために、電気グリル１１０の総電力アレイは、各々の「カット」波に全「オン」又は全「オフ」サイクルが続くパターンを表さねばならない。
【００５９】
図６は、比較的僅かな高調波しかもたらさない２つの加熱素子を制御するためのマイクロプロセッサ２１３の例示的な構成を示すフローチャートである。一般的に言って、マイクロプロセッサ２１３は、各々の加熱素子２０３、２０４へ供給する電力アレイを計算する。電力アレイは、２つの加熱素子２０３、２０４の各々についてのユーザー電力設定並びに熱電対２２１及び２２２からのフィードバックに依存する。この例では、各々の電力アレイは４つのセルからなり（但し、他の数のセルが使われることもある）、各々のセルは０．０≦ｘ≦１．０の間の範囲の数を格納する。４つのセルの各々は波サイクルを表し、セルの数値はその波サイクルの期間中に供給された電力の割合を示す。例として、「１｜０｜１｜０」のアレイは、１つの「オン」波、１つの「オフ」波、もう１つの「オン」波、及びもう１つの「オフ」波を表す。マイクロプロセッサ２１３は、トライアックドライバ２１１及び２１２を上述の方式でトグリングすることにより、２つの計算された電力アレイを用いて波形を２つの加熱素子２０３、２０４へ供給する。
【００６０】
より詳しくは図６を参照すると、マイクロプロセッサ２１３は第１及び第２のユーザー入力デバイス、例えば左ノブ１０１及び右ノブ１０２と通信する。第１及び第２のユーザー入力デバイスは、２つの加熱素子２０３、２０４の各々について電力レベルを伝える。希望電力レベルは、ステップ６０１及び６０２においてマイクロプロセッサ２１３により総電力の割合に変換されることができる。マイクロプロセッサ２１３は、ステップ６０４において、総電力６０３が５０％以上か否かを判定する。
【００６１】
ユーザーが選択した総電力が５０％未満である場合の６０５において、マイクロプロセッサ２１３は第１の電力アレイのセルの充填（又は「割り当て」）を開始する。図７は、マイクロプロセッサ２１３が電力アレイの充填又は割り当てを実行するステップを示す。図７に明らかなように、マイクロプロセッサ２１３の計算はユーザーにより要請された総電力を用いて、７０１で開始される。（これは６０３で決定されたように、右加熱素子のために要請された電力と左加熱素子により要請された電力との合計である）。要請された総電力割合は、ステップ７０２において８倍（それぞれ２アレイ×４セルがあるため）される。ステップ７０２の値は（図では［７０２］を使用して表記する）、７０３で電力アレイを割り当てるのに用いられる。７０２の値が２．０以下であるならば、７０２の値は第１と第３のアレイ要素の間に均一に配分されて、「（［７０２］／２）｜０｜（［７０２］／２）｜０」に達する。これは、ステップ７０４に見られる。７０２の値が２．０より大きいならば、第１及び第３のアレイ要素には「１」が格納され、残り（２を７０２の値から引く）は第２と第４のセルの間に均一に配分される。これは７０５に見られる。この技術を使用して、高調波電流の大きさを低減するために、電力アレイはカット波に続く全「オン」波又は全「オフ」波を持たせるように構築される。更に、以下で更に詳細に説明するように、電力アレイの交互のパターンはフリッカを低減させる。ここで図６に戻ると、ステップ６０６において、第２の電力アレイは４つのゼロが格納される：「０｜０｜０｜０」。
【００６２】
再び図６を参照すると、総電力６０３が５０％以上であるならば、ステップ（６０７）において、マイクロプロセッサ２１３は第１の電力アレイを全て１の（「１｜１｜１｜１」）により格納する。次いでマイクロプロセッサ２１３は７０６及び７０７の条件式を用いて第２の電力アレイを割り当てる。ユーザーが５０％よりも多く又はそれ未満の電力を要請したか否かに関わらず、２つの電力アレイの一方が交互のパターン「Ａ｜Ｂ｜Ａ｜Ｂ」を有し、一方、他方のアレイはパターン「Ｃ｜Ｃ｜Ｃ｜Ｃ」を有し、ここでＣ＝０又は１である。第１及び第２の電力アレイが割り当てられた後に、それらは加熱素子２０３及び２０４へ供給される。
【００６３】
電力は、４つのセル電力アレイにおける値に基づいて、マイクロプロセッサ２１３によりトライアックドライバへ供給される。上述したように、各々のセルは１つの全波サイクルを表し、セルの数値はその波サイクルで供給する電力の割合を表す。同じく上述したように、本発明の実施形態は電力を制御するために位相カッティング技術を用いる事がある。このように、ステップ６０９において、マイクロプロセッサ２１３は、電力アレイにおけるセルにより表された電力を達成するために、そこで波を「カット」する位相角を計算するように構成される。マイクロプロセッサ２１３は次式を解くように構成されている。
（角度）＝ａｒｃｃｏｓ（２＊電力−１）
ここで「電力」とは電力アレイのセルにおける数によって表された電力である。マイクロプロセッサ２１３は、この角度を用いて、セルの数の値に対応する電力を有する波サイクルを供給する。この計算は各々の電力アレイにおける各々のセルについて繰り返すことができる。各々の電力アレイの各々のセルは、対応する位相角６１０及び６１１に変換し得る。対応する位相角アレイは、電力割合ではなく、位相角を格納し、電力アレイに同じフォーマットで格納し得る。
【００６４】
ステップ６１４において、マイクロプロセッサ２１３は、そのタイミングをライン２０１におけるＡＣ電流の位相角に同期させることができる。上述のように、マイクロプロセッサ２１３は、ＡＣ電流がゼロ交差検出ユニット２１０からのゼロを交差するたびに、ゼロ交差検出２１０からゼロ交差を受け取る。ゼロ交差信号はかくしてＡＣ波とマイクロプロセッサ２１３のタイミング（従って延長線上で考えると、角度）を同期させることができる。例えば、当業者はＡＣ電流の波は時間における示された点において以下の角度を有することを認識するであろう。
【表１】
2018194288.tif 000003
【００６５】
この情報を用いると、マイクロプロセッサ２１３は内蔵タイミング機構、例えばクロック信号発生器又は任意の他の適切な機構を用いて、適切な「カット」のために必要とされる角度に対応する瞬間に「オン」即ち「有効化」パルスを送る。例えば、表１は、トライアックをゼロ交差の０．００４１６６６６７秒後に起動することにより９０度カットをなせることを示す。マイクロプロセッサ２１３は、適切な時点でトライアックを有効にするために、クロック信号を使用し得る。この開示を読んでいる当業者は、任意の希望「カット」についてのタイミングを如何に計算するかを理解するであろう。
【００６６】
ここでステップ６１２及び６１３を参照すると、Ｔ１と等しい期間に亘って第１の電力アレイは第１のトライアックドライバ２１１へ供給され、第２の電力アレイは第２のトライアックドライバ２１２へ供給される。この電力供給は、第１の期間Ｔ１に亘って連続的に繰り返され、その後、マイクロプロセッサ２１３は第２の期間Ｔ２に亘って第１の電力アレイを第２のトライアックドライバ２１１へ供給し、第２の電力アレイを第１のトライアックドライバ２１２へ繰り返し供給する。Ｔ１の時間経過後、供給は「フリップ」されて、第１のトライアックドライバ２１１は第２の電力アレイをＴ２の継続期間に亘って受け取る。第１と第２の電力アレイは、合計すると、電気グリル１１０の総電力アレイに等しく、このように、当然、第１及び第２の電力アレイは常に同時に供給されねばならない。
【００６７】
ここで、６１５及び６１６における期間Ｔ１及びＴ２の計算について説明する。期間Ｔ１及びＴ２の目的は、各加熱素子のために独立して選択された電力によって２つの加熱素子（又は任意の他の電気的負荷）の間で、電気グリル（又は本発明の実施形態を用いた任意の他のデバイス）により導かれる総電力を「分割」若しくは割り当てることである。ステップ６０５乃至６０８で形成された電力アレイは、電気グリル全体のために許容可能な波パターンを形成する。電力アレイの合計は、電気グリル１１０の総電力アレイであり、各々のカット波に続いて全「オン」又は全「オフ」波を有して、高調波電流の大きさを低減する。それぞれの加熱素子２０３、２０４への各々の電力アレイの供給時間を計算することが更に必要である。
【００６８】
期間Ｔ１は第１の加熱素子２０３についての電力設定を採ることにより計算され、６０３で選択された総電力によって除される。次いで、この比は電力供給位相により乗算され、これは、この例では２秒であるが、変動することがある。Ｔ１及びＴ２は、総要請電力に対する所定の加熱素子の電力設定の単純な比である。計算は、以下の式によって要約することができる。
Ｔ１＝２秒＊（第１の加熱素子についての電力選択）／（（第１の加熱素子についての電力選択））＋（第２の加熱素子についての電力選択）。
同様に、Ｔ２は同じ計算であり、この時間は第２の加熱素子２０４ついてのものである。
Ｔ２＝２秒＊（第２の加熱素子についての電力選択）／（（第１の加熱素子についての電力選択）＋（第２の加熱素子についての電力選択））。
【００６９】
図８は、２秒の電力供給相に亘る第１及び第２のトライアックドライバへの第１及び第２の電力アレイのマイクロプロセッサ２１３の電力供給をまとめたものである。第１のトライアックドライバ２１１（そしてその結果として第１の加熱素子２０３）は、時間Ｔ１の間、第１の電力アレイによって表される波を受け取る。次いで、時間Ｔ２の間、第２の電力アレイのセルにより表された波を受け取る。逆に、第２のトライアックドライバ２１２（そしてその結果として第２の加熱素子２０４）は期間Ｔ１中に第２の電力アレイのセルによって表される波を受け取り、次いで、期間Ｔ２中に第１の電力アレイのセルによって表される波を受け取る。
【００７０】
本発明の実施形態は、２つよりも多くの負荷へ独立して電力を供給するために拡大し得る。デジタル電力供給装置が「ｎ」個の負荷を独立して制御する実施形態においては、ｎ個の電力アレイが必要とされる。更に、６０４における決定は、総電力を１００％／ｎと比較する。図７の電力アレイを充填する技術はなおも適用可能であり、八（８）を乗算するのではないが、ステップ７０２で（ｎ＊４）により乗算することが必要である。更に、ステップ６１５及び６１６において、ｎ期間が必要とされる。図９は、ｎ期間に亘って供給されるｎ電力アレイのタイミングを示す。独立した制御を伴わない複数のヒーターによる実施形態もこの開示によって意図されていることを了承されたい。
【００７１】
本発明は、２つの加熱素子を独立に制御して、可変電力を与えつつ、低減された高調波電流及びフリッカを与えるための方法も提供する。本発明の実施形態において、ユーザーは、電気グリル１１０を起動して、例えばノブ１０１及び１０２を調節することにより、第１及び第２の電力レベルを選択する。電気グリル１１０を起動することによって、ユーザーはマイクロプロセッサ２１３を制御して以下のステップを実行し、１つ以上の加熱素子を制御するという利益を受ける。或る実施形態は任意の数のノブ又は無線を含めて他のユーザー入力を含み得ることを理解されたい。電気グリル１１０を起動することにより、ユーザーはマイクロプロセッサ２１３をオンにする。マイクロプロセッサ２１３はユーザーの選択した電力設定を受け取って、上述した計算を実行して、位相制御された波形を加熱素子２０３及び２０４へ供給する制御パターンでトライアックドライバ２１１及び２１２を起動する。
【００７２】
本発明の実施形態において、マイクロプロセッサ２１３は、２つの電力アレイ６０５−６０８をデータを格納することによって適切に位相制御された波形を計算するステップを実行する。各々の電力アレイは、４つのセルを有することがある。各々のセルは数「ｎ」を包含し、ここで０．０≦ｎ≦１．０である。数「ｎ」は、電力の「ｎ」パーセントを有する波形を表す。この波は、「過剰な」電力を排除するためにカットされる。マイクロプロセッサ２１３は、全ての加熱素子２０３、２０４により要請される総電力を計算することによって、電力アレイを充填するステップを実行し、これは、選択された電力の総可能電力と比較した割合として表現してもよい（小数の形式で）。
【００７３】
ユーザーにより要請された総電力（即ち全ての加熱素子についての総要請電力）が全体的な利用可能な電力の５０％未満であるならば、マイクロプロセッサ２１３は第１の電力アレイを充填するステップを実行する（６０５）。電力アレイは、総電力数を電力配列の４つのセルに分布させることによって割り当てられる。６０６において、マイクロプロセッサ２１３は、第２の電力アレイへ全てゼロを格納する（即ち「００００」）ステップを実行する。ユーザーによって要請された総電力が全体的な電力の５０％以上であるならば、マイクロプロセッサ２１３は第１の電力アレイを１で格納する（即ち「１｜１｜１｜１」）ステップを実行し、第２の電力アレイは図７のステップに従って格納される（総電力−５０％、即ち［７０２］マイナス４）。
【００７４】
第１及び第２の電力アレイが計算された後、マイクロプロセッサ２１３は各々の電力アレイのセルに対応する波形を供給する。具体的には、各々のセルの値は、１波サイクルで供給される電力の割合を表す。電力の任意の所定の割合を有する波を供給するために、マイクロプロセッサ２１３は位相角＝ａｒｃｃｏｓ（２＊ｘ−１）を計算し、ここでｘは任意の所定のセルに記述された電力の割合である。マイクロプロセッサ２１３は、計算された角度を用いて、計算された位相角に対応する時間点においてトライアックドライバ２１１又は２１２へ「オン」信号を供給する。マイクロプロセッサ２１３は、ゼロ交差信号及び上述の表１を用いて正しいタイミングを決定することができる。
【００７５】
マイクロプロセッサ２１３は、時間Ｔ１の期間の間、第１の電力アレイを第１のトライアックドライバ２１１へ、第２の電力アレイを第２のトライアックドライバ２１２へ繰り返し供給する。Ｔ１が経過した後、マイクロプロセッサ２１３は期間Ｔ２についての第１及び第２の電力アレイを「フリップ」する。換言すれば、図８に見られるように、Ｔ１が終了した後、Ｔ２が開始し、第１の電力アレイが第２のトライアックドライバ２１２へ供給され、第２の電力アレイが第１のトライアックドライバ２１１へ供給される。
【００７６】
マイクロプロセッサ２１３は以下のようにＴ１及びＴ２を計算するステップを実行する。
Ｔ１＝２秒＊（第１のヒーター総電力／組み合わせヒーター総電力）
Ｔ２＝２秒＊（第２のヒーター総電力／組み合わせヒーター総電力）
数学的には、Ｔ１＋Ｔ２＝２秒の電力供給相という計算になる。
【００７７】
このように、電力アレイは、２秒の組み合わせ電力供給相について供給される。より長いかより短い電力供給相を使用し得ることが意図されている。２秒後に、マイクロプロセッサ２１３は電力アレイを再計算する場合がある。電力アレイを再計算することによって、マイクロプロセッサ２１３はユーザー設定の変更を考慮するか、又は、加熱素子の温度を上げることから温度を維持することへ切り換える。
【００７８】
上述の装置及び方法へ適用される操作例が与えられる。例えば、ユーザーは第１と第２の加熱素子２０３と２０４とについて異なる電力レベルでグリル１１０を使いたいことがあり、例えば、マイクロプロセッサ２１３は第１の加熱素子２０３にその最大電力の１７．５％を持たせ、第２の加熱素子２０４にその最大電力の僅か５％を持たせるように決定することがある。ここに説明される実施形態に従って、マイクロプロセッサ２１３は、それぞれ、１７．５％と５％の電力を供給しつつ、電気グリルによりＡＣ壁面コンセントにもたらされる高調波電流を低減するパターンで電力を引き出すように構成される。
【００７９】
この例では、第１及び第２の電力アレイは、以下のように計算される。第１及び第２の選択された電力レベルを合算して、総選択電力とする。例えば、１７．５％＋５％＝２２．５％、即ち０．２２５（６０３を参照）。これは５０％未満であるので、マイクロプロセッサ２１３はステップ６０５を始める。ここに説明された技術を用いて、マイクロプロセッサ２１３は、八（８）を乗算して０．２２５＊８＝１．８とする。次に、マイクロプロセッサ２１３は第１の電力アレイに値１．８を格納する。具体的には、第１のセル及び第３のセルは、（１．８）／２＝０．９の値を受け取る。第２及び第４のセルは、「０」のままである。このように、第１の電力アレイは「０．９｜０｜０．９｜０」であり、第２の電力アレイは「０｜０｜０｜０」である。
【００８０】
期間時間Ｔ１について、第１の電力アレイは第１のトライアックドライバ２１１へ供給され、第２の電力アレイは第２のトライアックドライバ２１２へ同時に供給される。第１及び第２の電力アレイの供給において、マイクロプロセッサ２１３は、波のカットに対応する時間において「オン」信号をそれぞれのトライアックドライバ２１１及び／又は２１２へ送る。例えば、第１の電力アレイの第１のセルは９０％電力波（即ち０．９）が供給されることを指示する。９０％電力波はａｒｃｃｏｓ（２＊０．９−１）＝３６．８６°の「カット」角を必要とする。マイクロプロセッサ２１３は、３６．８６°においてトライアックドライバ２１１を「オン」に切り換えることにより９０％電力波を供給する。表１の値と同様に、３６．８６°カットはゼロ交差の後の０．００１７秒に電力を供給することによりなされる。続いて、第２のセルは、０％を有する「オフ」波が供給されることを指示する。第３の波は第１の波と同じであり、即ち、３６．８６°におけるカットであり、第４の波は第２の波と同じであり、即ち「オフ」である。第２の電力アレイはこの例では「０｜０｜０｜０」であり、従って第２のトライアックドライバ２１２は未だ起動されていない。
【００８１】
この供給パターンは、６１２及び６１３に説明されたように期間Ｔ１に亘って持続する。ここでＴ１は、Ｔ１＝２秒＊（第１ヒーター総電力／組み合わせ総電力）＝２＊（０．１７５／０．２２５）＝２＊０．７８＝１．５６秒として計算される。同様にＴ２＝２＊（０．０５／０．２２５）＝０．４４秒である。この例においては、Ｔ１＝１．５６秒に亘って、第１の電力アレイ（「０．９｜０｜０．９｜０」）は第１の加熱素子２０３へ供給され、第２の電力アレイ（「０｜０｜０｜０」）は第２の加熱素子２０４へ供給される。１．５６秒後、マイクロプロセッサ２１３は、０．４４秒の期間に亘って第１及び第２の電力アレイの供給を「フリップ」する。組み合わせた２秒が経過した後に、マイクロプロセッサ２１３はその時間点において必要な電力に応じて第１及び第２の電力アレイを再充填することにより開始し得る。
【００８２】
マイクロプロセッサ２１３が、ここに記載されたステップを実行することに関連した読み取り及び／又は書き込みのための内蔵又は外部のメモリ１０００及び構成を含み得ることが理解されよう。更に、マイクロプロセッサ２１３は内蔵又は外部クロック信号を有することができ、このクロック信号は「オン」信号をトライアックへ送る時間に用いることができることが理解されよう。クロック信号は、オンボード・クロック信号発生器１００１により、又は外部クロックにより生成し得る。図１０は、マイクロプロセッサ２１３への入力及び電力を示す例示的な概略図である。例は、左右のノブ１０１、１０２とディスプレイ１０３を含む。更なる例は、熱電対２２１、２２２と、トライアックドライバ２０８及び２０９との通信を含む。メモリ１０００とクロック１００１も示されて、ゼロ交差ユニット２１０からの入力信号１００２も示されている。
【００８３】
ここに記載されたデバイス及び方法の実施形態の更なる利益は、デジタル電力供給装置２００により壁面コンセントにもたらされるフリッカの低減である。フリッカは、特定の頻度で、コンセントへ接続している光源がちらつくか、暗くなる原因になるので好ましくない。図１１は、ＩＥＣ６１０００−３−３  電磁気互換性（ＥＭＣ）−Ｐａｒｔ３−３（電圧変動及びフリッカ）のフリッカ制限を示す。フリッカは電圧における％変化で測定される。
【００８４】
本発明の実施形態は、単独の電力供給相内の波カットからもたらされる電圧変化に基づく壁面コンセントへのフリッカレベルを低減することができる。当業者は、フリッカは通常はデバイスの「定常状態」の間に測定されることを認識するであろう。
【００８５】
単独の電力供給相における電圧変化がフリッカ規制に従う。１１０１に見られるように（及び規格に更に記述される）、ＩＥＣ  ６１０００−３−３要求の最後のデータ・ポイントは１分につき２８７５電圧変化にある。これは、２３．９６Ｈｚのサイクリング周波数と同等である。換言すれば、２３．９６Ｈｚより高い周波数で起きる電圧変化は、それが人間の知覚を越えているので、フリッカ条件がない。ここに開示されたデバイスと方法の実施形態は、電気グリル１１０が波カットと全「オン」又は全「オフ」波との間で交番する波パターンを形成する。このパターンに従えば、電気グリル１１０は、５０Ｈｚ  ＡＣで１秒につき２５電圧変化（２５Ｈｚ）及び６０Ｈｚ  ＡＣで１秒につき３０電圧変化（３０Ｈｚ）を形成する。この２５Ｈｚ及び３０Ｈｚサイクリング周波数は規格の最後のデータ点の２３．９６Ｈｚを上回るのでフリッカ条件を満たす。
【００８６】
本発明の更なる利点は多重電力アレイへの電力分割及びそれらの多重加熱素子への供給から得られる。図６及び図７に記載された技術を用いて、電力アレイの１つは、常に「０｜０｜０｜０」又は「１｜１｜１｜１」である。これは、加熱素子２０３又は２０４の一方のみが「カット」波を任意の所定の時間に受け取ることができることを確実にする。その結果、電気グリル１１０の使用した電流（又は電力）は、最大定格電力の半分（１／２）より大きく降下することは決してない。例を挙げるために、電気グリル１１０により引き出された組み合わせ２３００ワットで、２つの加熱素子２０３及び２０４がそれぞれ１１５０ワットを引き出すならば、１つの加熱素子２０３又は２０４において９０°でさえ１１５０ワットの最大電力降下をもたらさないであろう。これは、高調波電流の大きさを低減するのを助ける。
【００８７】
フリッカ及び高調波条件を依然として満足しつつ、２つ以上の負荷、例えば加熱素子２０３、２０４に独立に電力を供給する代替的な構成及び方法も本明細書に開示される。例えば、完全な可変電力（即ち、０から１００％の連続的範囲）を供給する必要がない実施形態においては、マイクロプロセッサ２１３は、離散値、例えば０％、５０％、又は１００％電力を各加熱素子へ（独立に）供給するように構成してもよい。そのような実施形態においては、図６から図９及びそれらに関連した文節で説明した電力アレイ計算を実行する必要はない。本明細書に開示されたように、フリッカ及び高調波要請の遵守は、離散電力供給を用いて依然として達成し得る。マイクロプロセッサ２１３は０％、５０％、または１００％の組み合わせで独立に２つの加熱素子へ供給するように構成し得るので、フリッカ又は高調波歪をもたらす如何なる位相カットも回避される。
【００８８】
更に具体的には、図１２は、マイクロプロセッサ２１３、及び電気グリル１１０が一般に如何にして、離散電力レベルを用いて、電気システムへ位相カットを導入することなく、加熱素子２０３、２０４へ電力を供給するかを図解する。例えば、波形１２０１は０％電力供給を示す。波形１２０２は５０％電力供給を示し、これは、加熱素子２０３、２０４へ供給された電流を制御する（例えば、「オン」及び「オフ」波を交互に供給する）ことにより、マイクロプロセッサ２１３が供給する。更に具体的には、波形１２０２において、マイクロプロセッサ２１３は、１つの完全な波サイクルを供給して、次いで次の波を「スキップする」ことにより、５０％電力を供給する。従って、１つのみの波が２つのサイクル毎に供給されて、これは５０％電力供給の状態に達する。１２０３の波形は完全な電力供給を示し、その間にマイクロプロセッサ２１３は完全な波形を供給する。
【００８９】
波形１２０４乃至１２０８は２つの加熱素子の各々への０％、５０％、又は１００％電力の組み合わせを示す。例えば、２つの加熱素子が共に０％電力で操作されるならば、組み合わせ電力使用量（例えば、電気グリル１１０についての組み合わせ電力プロファイル）は０であり、即ち、波形１２０４に見られるように平坦な線である。一方の加熱素子が０％で操作され、他方が５０％で操作されるとき、組み合わせ電力プロファイルは、波形１２０５に見られるように、２５％であり、ここで波形振幅は最大の半分であり、全ての第２の波形はスキップされる。当業者は、このような波形は可能な電力の２５％に達することを知っているであろう。
【００９０】
１２０６の波形は利用可能な電力の５０％を引き出すデバイス（例えば電気グリル１１０）を表す。この状況は、両方の加熱素子が５０％の電力を引き出している場合、又は一方の加熱素子が１００％の電力を引き出し、第２の加熱素子が０％の電力を引き出す場合に発生する。波形１２０２の目盛から必ずしも目で見て解るわけではないが、共に５０％の電力で動作する第１及び第２の加熱素子は交互の波形を受けることを理解すべきである。換言すれば、マイクロプロセッサ２１３は、１つの波形を第１の加熱素子に送り、次の波形を第２の加熱素子などに送る。この交互のパターンは、１２０６に見られるように、滑らかな全体的な電力使用プロファイルを生成する。
【００９１】
１２０７の波形は、一方の加熱素子が１００％の電力を引き出し、２番目の加熱素子が５０％の電力を引き出しているか、又はその逆の場合に発生する７５％の全電力使用量を表す。１２０７に見られるように、全振幅と半分の振幅を有する波が交番し、これは組み合わせられた７５％の電力供給を与える。最後に、１２０８の波形は、両方の加熱素子が１００％で動作している場合に発生する全体的な１００％電力使用量を示す。１２０８の波形は、１２０６において５０％の電力供給の振幅の２倍を有する。
【００９２】
開示されたデジタル電力供給装置及び電力供給のための方法は、電気グリルの回路に選択的に実装し得る。図２Ａは、電気グリルに回路を与えるために保護回路２００に選択的に追加できる更なる構成要素を示す。例えば、ライン２０１及びニュートラル２０２は、逓降変圧器２１５へ接続することができ、これにはゼロ交差検出ユニット２１０が接続されている。逓降変圧器２１５は低減された２次電圧を供給するので、ゼロ交差検出ユニット２１０は、ライン２０１とニュートラル２０２との間で、高電圧にさらされることなく、ゼロ交差を検出することができる。
【００９３】
更に選択的な実施形態は、全波整流器２１６を含み、これは漏電検出ユニット２１７へ給電し、これは次いで、電気機械的ラッチ２０６又は２０７（図２Ａ参照）をトリップするトリップコントローラ２１８と通信する。漏電検出ユニット２１７はライン２０１とニュートラル２０２との間の信号不均衡を受けて、ラッチをトリップして有害な電流状況を防止する。
【００９４】
更なる選択的な実施形態は、ウォッチドッグモニター２２０を含み、これはマイクロプロセッサ２１３の操作を監視し、マイクロプロセッサ２１３の故障の際にトライアックドライバ２１１及び２１２を無効化する。また、マイクロプロセッサ２１３を駆動するのに使用することができるＡＣ／ＤＣ電力変換器２１４と、加熱素子２０３及び２０４へ流れている電流を監視するためにマイクロプロセッサ２１３により用いることができる電流センサ、例えばホール効果センサ２１９とが設けられている。
【００９５】
図２Ｂは更に、トライアック２０８及び２０９とそれぞれ並列に構成されたリレー２２５及び２２６を開示する。リレー２２５及び２２６は、それぞれ加熱素子２０３及び２０４への電流の供給を制御するためにマイクロプロセッサ２１３によって制御ライン（図示せず）を介して制御される。リレー２２５、２２６とトライアック２０８、２０９との間の並列構成のために、電流は、リレー又はトライアックの何れかを作動させることによって加熱素子２０３、２０４に供給することができる。別の言い方をすれば、マイクロプロセッサ２１３は、それぞれのトライアック２０８、２０９又はそれぞれのリレー２２５、２２６の何れかを使用して、加熱素子２０３、２０４に電流を供給することができる。
【００９６】
加熱素子２０３、２０４にそれぞれ電流を供給することができる２つの構成要素（リレー及びトライアック）を有することの利点は、発熱を低減するためにマイクロプロセッサ２１３が２つの構成要素を交互に切り替えることができることである。例えば、加熱素子２０３、２０４に１００％電力を供給することは、トライアック２０８、２０９が作動時に過熱する可能性がある。より具体的には、加熱素子２０３、２０４は、高温が望まれるとき比較的に高い電流量を引き出し、トライアック２０８、２０９を通る電流を長時間に亘って供給すると、トライアック２０８、２０９が過熱して最終的に劣化する可能性がある。これを回避するために、マイクロプロセッサ２１３は、「高」または比較的に高い電流を加熱素子２０３、２０４に送るときに、トライアック２０８、２０９を無効にし、代わりにリレー２２５、２２６を起動することができる。次に、加熱素子２０３及び／又は２０４にリレー２２５及び／又は２２６をそれぞれ通じて電流が流れ、それによってトライアック２０８、２０９が過熱するのを防止する。
【００９７】
開示されたデジタル電力供給装置が電気グリルに使用される実施形態では、希望目標温度を達成して維持することが望ましい場合がある。図２Ａ−Ｂに示されるバンドコントローラ２２３は、希望目標温度を達成して維持するために設けてもよい。図２Ａ−Ｂは、更に、バンドコントローラ２２３の機能を有するマイクロプロセッサ２１３の実施形態を示す。本開示の利益を有する当業者は、バンドコントローラ２２３をマイクロプロセッサ２１３の物理的及び／又は仮想的な従属部品とするか、又はこれに代えて、別個のハードウェア及び／又はソフトウェア構成要素としてもよいことを理解するであろう。本発明の実施形態においては、バンドコントローラ２２３はユーザー入力を介して目標温度を受け取って、加熱素子２０３、２０４へ供給された電力（即ち、電流）の量を制御して、ユーザーが選択した目標温度を達成するように構成してもよい。
【００９８】
バンドコントローラ２２３は、供給される電流の量を制御することによって加熱素子２０３、２０４における目標温度を達成して維持するためにハードウェア及びソフトウェアアプリケーションを用いることができる。バンドコントローラ２２３は、加熱素子２０３、２０４の近傍に位置する熱電対２２１、２２２からフィードバックを受け取って、そのようなフィードバックを用いて、目標温度がいつ到達したかを決定するようにしてもよい。本発明の実施形態において、熱電対２２１、２２２を用いているグリルの調理ボックス内の周囲温度を推定することが望ましい場合がある。特により高い温度で作動するとき、周囲温度（例えば加熱素子より上方に６インチ［約１５．２センチメートル］又は８インチ［約２０．３センチメートル］の位置の温度）が加熱素子２０３、２０４における温度とは同一ではない状況がある。食品がグリルの調理ボックス内の至る所に置かれるので（例えば加熱素子２０３、２０４より上方に６インチ［約１５．２センチメートル］又は８インチ［約２０．３センチメートル］の格子上）、バンドコントローラ２２３（及び／又はマイクロプロセッサ２１３）は、加熱素子２０３、２０４における温度よりもむしろ推定周囲温度に基づいて作動することが望ましい場合がある。周囲温度に基づく操作は、食品の温度のより正確な測定値を提供し、従って、食品の出来具合のより正確な測定を与える。
【００９９】
例示として、図１３は熱電対１２１、１２２における温度１３０２に基づく周囲温度１３０１を正確に推定するための出願人の試験データを表す。そのｘ軸で、図１３は、熱電対１２１、１２２で測定された温度１３０２を表す。そのｙ軸で、図１３は対応する推定された周囲温度１３０１を表す。曲線１３０３は、測定された温度（ｘ軸）の関数として、推定された周囲温度（ｙ軸）を示す。図１３の推定周囲温度は、ユーザーが料理用格子を設置し得る位置である加熱素子よりも数インチ上方で測定された。より高い温度では、周囲温度が熱電対で測定された温度から分かれることは明白になり、換言すれば、より高い温度では、加熱素子よりも上方の位置の推定周囲温度は加熱素子の温度よりも速く上昇する。例示として、参照点１３０４においては、推定周囲温度と熱電対１３０２の温度とは共に概ね等しく、１５０Ｆ（約６５．６℃）である。より高い温度（例えば参照点１３０５）においては、熱電対の温度は３００Ｆ（約１４８．９℃）であり、一方、推定周囲温度は概ね４００Ｆ（約２０４．４℃）まで上昇した。このように、より高い温度では、より高いオフセットが正確に周囲温度を推定するために必要とされる。
【０１００】
図１３に示されたオフセットを用いて、マイクロプロセッサ２１３、及び／又はバンドコントローラ２２３は、熱電対２２１、２２２で測定された温度に基づいて推定された周囲温度を計算するために、ハードウェア及び／又はソフトウェアに適合して且つ構成し得る。図１３のオフセットは例示としてのみ与えられており、要因、例えば、調理用格子の高さと、周囲の状況に影響を及ぼすかもしれない他の要因とに基づいて増減し得ることを理解されたい。更に、マイクロプロセッサ２１３及び／又はバンドコントローラ２２３は、そのような推定された周囲温度をフィードバックループの一部として用い、目標温度にいつ到達するかについて判定することができる。換言すれば、或る実施形態においては、目標温度は推定周囲温度を指すことがあり、他の実施形態において、目標温度は熱電対２２１、２２２における温度を指すことがある。
【０１０１】
更に他の実施形態が食品の温度を測定するために食品プローブ（図示せず）を用いることがあり、食品プローブから読み取られた温度に基づいて、目標温度にいつ到達するかを判定することも意図されている。食品プローブは温度検知デバイスであり、これはユーザーにより食品（例えばステーキ又は鶏の胸肉）へ挿入されることがあり、食品の内部温度を測定する。食品プローブを用いて温度を検知することは、それが食品の内部温度の正確な決定ひいてはその出来具合を与え、或る調理スタイルに有益なことがある。
【０１０２】
一貫して目標温度を維持するために、バンドコントローラ２２３は所定の目標温度を囲んでいる温度「帯」を決定でき、その帯は、目標温度に近づくにつれて、加熱素子２０３、２０４に供給される電力（即ち、電流）の量を示す。本発明の実施形態においては、帯は、０％、５０％、及び１００％電力を表す領域を形成する。１４０１を上回る領域は０％電力が供給される温度領域を表し、１４０１と１４０３との間の領域は５０％電力が供給される領域を表し、１４０３の下の領域は１００％電力供給を表す。バンドコントローラ２２３は帯を用いて、加熱素子へ供給して希望目標温度を達成して維持するための適切な電力（例えば、電流）を決定する。例えば一例として、図１４Ａにおける例に見られるように、バンドコントローラ２２３は、希望目標温度１４０２が達成されるまで、１００％電力を供給し、次いで上部帯１４０１に到達するまで、電力を５０％に下げる。上部帯１４０１を越えたならば、バンドコントローラ２２３は電力を０％に下げる。温度が下部帯１４０３へ降下する（若しくは下回る）ならば、電力は再び１００％に増加される。バンドコントローラ２２３は、熱電対２２１、２２２からフィードバックを連続的に受け取って、このフィードバック（或る実施形態においては、上述した推定周囲温度）を適切な温度帯と比較する。このように、温度は下部帯１４０３と上部帯１４０１との間を変動して、目標温度に近づく。
【０１０３】
更に、本発明の実施形態において、バンドコントローラ２２３は、希望目標温度に従い帯を動的にシフトする。温度帯の動的シフトはより正確な温度調節を可能とし、ユーザーが選択された目標温度を概ね維持することを可能とする。これは、低い温度において、５０％電力設定が電気グリルの温度が希望目標温度を過ぎて増加し続ける原因になることがあるので生じる。他方、より高い温度では、５０％電力を供給することは、温度が下降を始める原因になることがある。従って、バンドコントローラ２２３は、低い希望目標温度について下部電力帯１４０３を下げて補償することがある。他方、より高い温度範囲においては、バンドコントローラ２２３は、より高い帯へシフトさせることがある。低い希望目標温度に対応する下げられた温度帯の例は、図１４Ｂに示されている。図１４Ｂにおいて、低い目標温度が選ばれて、バンドコントローラ２２３は上部電力帯（１４０１）を目標温度に対応させてシフトさせた。反対に、図１４Ｃは、比較的に高い目標温度を示し、このためにバンドコントローラ２２３は電力帯を上昇させて、目標温度を１００％電力帯（１４０３）と一致させた。図１４Ｂにおいては、目標温度は電力帯１４０１と重なるが、図１４Ｃにおいては、目標温度は電力帯１４０３と重なる。電力帯についての例示的な値は以下の表に示される。
【表２】
2018194288.tif 000004
【０１０４】
独立して運転することができる複数の加熱素子を有する実施形態においては、ユーザーは複数の目標温度を入力することができる。例えば、２つの独立した加熱素子２０３、２０４を有する実施形態は、２つの別々の目標温度を受け取ることがあり、その各々は１つの加熱素子に対応している。目標温度は、任意の数の可能なユーザー入力を通じてバンドコントローラ２２３に伝えられる。非限定的な例として、可能なユーザー入力は、ノブ１０１、１０２を含む。ユーザー入力は、無線コントローラ２２４と通信するように構成された無線デバイスから、無線コントローラ２２４を介して無線で受信することもできる。そのような実施形態において、無線コントローラ２２４は、Ｗｉ−Ｆｉ、ブルートゥース（登録商標）、無線周波数又はその他の形態の無線通信を通して無線で遠隔デバイスと通信するように構成してもよい。遠隔デバイスは、携帯電話、タブレット、ラップトップ、コンピュータ、及び無線通信ができる任意の他の形態のデバイスを含む。図１５は例示的な遠隔デバイス１５０１を表し、これはディスプレイ１５０２とユーザー入力デバイス１５０３とを有し、電気グリル１１０の無線コントローラ２２４と通信する。非限定的な例においては、遠隔デバイス１５０１は、タッチスクリーンをその入力デバイス１５０３として有する携帯電話としてもよい。使用されるデバイスの種類に関係なく、遠隔デバイス１５０１は、１つ以上の目標温度を表すユーザー入力を受け取って、この目標温度を無線コントローラ２２４を介して無線で電気グリル１１０に通信するように構成することが意図されている。
【０１０５】
例示的な実施形態において、遠隔デバイス１５０１は、希望目標温度をユーザーから直接に受け取るように適合且つ構成してもよい。そのような実施形態においては、ユーザーは、目標温度を選択するために入力デバイス１５０３を使用することができる。他の例示的な実施形態においては、遠隔デバイス１５０１は、調理すべき肉の種類、及び希望の出来具合を選択するユーザー入力を受け取って、そのユーザーの選択について適切な目標温度を決定するように適合且つ構成してもよい。そのような実施形態においては、遠隔デバイス１５０１は、希望食品プロファイルと関連した適切な目標温度を記憶するメモリ１５０４を有していてもよい。ユーザーは、このように入力デバイス１５０３を用いて、食品プロファイルを選択すると共に、遠隔デバイス１５０１は関連する目標温度を無線で通信する。目標温度を制御することに加えて、遠隔デバイス１５０１の実施形態は、「オン」及び／又は「オフ」信号を無線で、無線コントローラ２２４を介して、マイクロプロセッサ２１３及び／又はバンドコントローラ２２３へ送信するように適合且つ構成されている。そのように、ユーザーは、電気グリル１１０をオン及びオフするのみならず、電気グリル１１０の両方の希望目標温度を制御することができる。
【０１０６】
遠隔デバイス１５０１と電気グリル１１０との間の（無線コントローラ２２４を介する）無線通信の更なる例は、遠隔デバイス１５０１からディスプレイ１０３についての設定を遠隔に制御する能力を含む。このように、遠隔デバイス１５０１は、電気グリル１１０のディスプレイ１０３に表示される情報を無線で制御するように適合且つ構成してもよい。遠隔デバイス１５０１は、どの情報をディスプレイ１０３に表示するかを制御すると共に、ユーザーに温度測定に関する（Ｃ）摂氏と（Ｆ）華氏との間の切り換えを可能にしてもよい。そのような情報は、電気グリル１１０の現在の温度、周囲温度、目標温度のみならず、グリルがどれくらい作動しているか、食品をどれくらい調理しているか、又は、食品がその目標温度に到達するまで時間がどれくらい残っているかを示すタイマーを含んでもよい。そのような情報は、電気グリル１１０から、無線コントローラ２２４を介して、遠隔デバイス１５０１まで更に無線で送信されてもよい。
【０１０７】
次に、遠隔デバイス１５０１は、そのような情報をユーザーに遠隔デバイスディスプレイ１５０２上に与え、予め定められた温度に達したならば、或いは、食品が所定の時間調理されたならば、その情報を更に用いて、電気グリル１１０をオフに無線で切り換え、又はその希望目標温度を下げるようにしてもよい。例示的な実施形態においては、食品プロファイルはメモリ１５０４に記憶され、ここでは、そのような食品プロファイルが、所定の食品についての適切な目標温度及び／又は適切な調理時間の何れかを示す。遠隔デバイス１５０１は電気グリル１１０から無線で受け取られた情報を監視して、適切な温度又は調理時間に達したか否かを判定するようにしてもよい。遠隔デバイス１５０１は、そのことが起こった時点で、電気グリル１１０をオフに切り換えて、及び／又は聴覚的又は視覚的警報を与えるように適合且つ構成してもよい。そのような聴覚的及び／又は視覚的警報は遠隔デバイス１５０１に設けてもよく、電気グリル１１０に設けてもよく、或いはその両方でもよい。
【０１０８】
更に、本発明の実施形態は、無線通信を用いて電気グリル１１０から遠隔デバイス１５０１へエラーコードを送ることも意図されており、そのエラーコードは、ここで更に説明するように、安全ではない電流の状態を示すようにすることができる。エラーコードを遠隔デバイス１５０１に送ることは、安全でない電流の状態がいつ起こったかについてユーザーが遠隔で理解することを可能にするという利点があり、遠隔デバイス１５０１は、安全ではない電流の状態を修正するための安全助言を更に表示するのみならず、安全ではない状態を導いた状態を記録するようにすることができる。
【０１０９】
エラーコードは、例えば図２に示される回路と共に作動するマイクロプロセッサ２１３により判定し得る。ここに更に解説されるように、マイクロプロセッサ２１３は、制御ラインを介して、短絡検出ユニット２１７及びホール効果センサ２１９と通信し得る。このように、マイクロプロセッサ２１３は、短絡が検出されたことを示している短絡検出ユニット２１７から制御信号を受け取るように適合且つ構成してもよい。同様に、マイクロプロセッサ２１３は、ホール効果センサ２１９からの信号を用いて加熱素子２０３及び２０４へ供給される電流におけるエラーを認識するように適合且つ構成してもよい。ここに更に説明するように、ホール効果センサ２１９からのゼロ電流の読み取りは、加熱素子２０３及び２０４が少しの電流も受け取っていないことを示す一方、予期しない高い電流読み取りは、過剰な電流が過熱素子２０３及び２０４へ流れていることを示す（例えば「過電流」状況）。
【０１１０】
本発明の実施形態において、マイクロプロセッサ２１３は、これらのエラーを認識して、無線コントローラ２２４を介して、発生したエラーに対応するエラーコードを無線で通信するように適合且つ構成してもよい。例えば、「０１」のエラーコードは、短絡が検出されたことを示し、「０２」は、ホール効果センサ２１９が電流が加熱素子２０３及び／又は２０４へと流れていないと判定したことを示し、及び「０３」は、ホール効果センサ２１９が予期しない高い電流が加熱素子２０３及び／又は２０４へ流れているのを検出したことを示すようにすることができる。マイクロプロセッサ２１３が「自己チェック」機能を含むチップである実施形態においては、「０４」のエラーコードは、自己チェックピンがマイクロプロセッサ２１３の故障を判定するならば、送るようにすることができる。当業者には、如何なる種類のコードでも各々のエラーを示すのに用いられ得ることが認識されるであろう。エラーに応じて、聴覚的又は視覚的警報が電気グリル１１０（例えば、ディスプレイ１０３上を含めて）において合図されるようにしてもよい。同様に、遠隔デバイス１５０１は、エラーコードを受け取ると即座に、聴覚的又は視覚的警報を与えるようにしてもよい。エラーコードの識別及び送信に関する更なる開示は、出願人の係属中の出願第１５／２００，６８７号、発明の名称”Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｒｉｌｌ  ｗｉｔｈ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ”、出願日２０１６年７月１日、及び同じく係属中の特許出願、発明の名称”Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｒｉｌｌ  Ｗｉｔｈ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ”、本願と同日出願に見い出され、これらの両方はウェーバー‐スティーブン  プロダクツ  エルエルシーに譲渡されており、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれている。
【０１１１】
遠隔デバイス１５０１は、エラーコードを無線で受け取り、ディスプレイ１５０２上にエラーの種類を特定するメッセージをユーザーに表示するように適合且つ構成してもよい。そのようなエラー・メッセージは、遠隔デバイス１５０１における聴覚的又は視覚的警報を伴うことができる。遠隔デバイス１５０１は更に、メモリ１５０４に記憶されたメッセージを表示し、ユーザーがエラーを修正するために採るべき処置を説明するように適合且つ構成してもよい。例えば、ここに更に説明されるように、図２の回路は短絡に応じてリレー２０６及び／又は２０７を切るように構成してもよい。従って、マイクロプロセッサ２１３が短絡を示すエラーコード（例えば「０１」）を遠隔デバイス１５０１に送るならば、遠隔デバイス１５０１は短絡が起こったことをユーザーに警報すると共に、ユーザーにリレー２０６及び／又は２０７をリセットするように促すメッセージを表示するようにしてもよい。
【０１１２】
エラー「０２」に応じて、遠隔デバイス１５０１は電流が加熱素子２０３及び／又は２０４へ流れていないことをユーザーに警報するように適合且つ構成してもよい。電流の流れの欠如は、例えば、加熱素子２０３、２０４が適切に設置されていない（起こる場合がある）時の、開回路を示すことがある。このように、遠隔デバイス１５０１は、加熱素子２０３、２０４を取り外して、再度設置することをユーザーに促すメッセージを表示してもよい。エラーが持続するならば、遠隔デバイス１５０１はユーザーに製造業者に連絡することを促すようにしてもよい。
【０１１３】
同様に、エラーコード「０３」が受け取られたならば、過電流が生じている。過電流の１つの可能性がある原因は、ユーザーが誤った抵抗値を有する非互換性の若しくは不良品の加熱素子を設置したことである。（誤って低い抵抗値を有する加熱素子は不適切に高い電流がその中を流れる原因になる）。例えば、１２０Ｖで作動するように設計された加熱素子は、２３０Ｖで機能するには低く過ぎる抵抗値を有し、過電流を引き起こす。このように、ユーザーは加熱素子をチェックするか、それを新しいものと交換するように促されるようにしてもよい。
【０１１４】
遠隔デバイス１５０１は、エラーのログを作製して、それらをメモリ９０４に記憶させることができる。そのようなエラーログは、発生した各々のエラーの記録を含むことができる。更に、遠隔デバイス１５０１が電気グリル５１０から状態情報（例えば加熱素子の温度、周囲温度、温度目標、調理時間などの）を受け取る実施形態において、そのような状態情報は、エラーログに記録されることもある。状態情報は、連続的に供給されてもよく、または、エラーに応じて供給されてもよい。例示として、エラーが発生する前にグリルはどれくらい調理していたか、エラーの時点のグリルの温度、及び他の関連する情報が解っていることが有利なことがある。エラーログは、エラーを診断するのに有効である場合がある。当業者には、多種多様なパラメータがエラーログの一部として記録されて記憶されることが理解されるであろう。
【０１１５】
或る実施形態においては、遠隔デバイス１５０１は、インターネット接続１５０５を有することができる。インターネット接続１５０５は、遠隔デバイス１５０１に、記録されたエラーログを選択的に第三者、例えば電気グリルの製造業者に送らせることを可能にする。従って、製造業者は、発生したエラーとエラーの周囲の状況をよりよく理解することができる。これは、製品修理と改善を導くことができる。
【０１１６】
上述した理由で、本発明の或る実施形態は、加熱素子の寿命を延ばすためにデジタル電力供給装置を与えることがあり、このデジタル電力供給装置は、フリッカ条件を満たし、また高調波条件を満たす。これらの利益は、ここに記載されたデバイスと方法を使用して達成し得る。例えば、２秒の電力供給相を用いることは、加熱素子が常に完全に拡大するか完全に収縮することを防ぐ。加熱素子を完全に拡大するか収縮させる長い電力供給相は、加熱素子の寿命に非常に有害である。ＡＣ流によって決定される２５−３０Ｈｚのサイクリング周波数を持つ交互の波パターンを記述する総電力アレイを形成することによって、フリッカ条件は満たされる。更に、本発明のデバイス及び方法を用いて形成し得る総電力アレイは、全「オン」又は全「オフ」波を有するカット波が常に続くことによって、高調波電流を低減する。高調波電流は電気グリル１１０の組み合わせ負荷を２つ以上の素子に分割することによっても低減される。
【０１１７】
上述の説明は、本発明を規定する以下の請求項で使用される語の意味又は要旨を限定することを目的とするものではない。むしろ、説明と実施形態は、様々な実施形態を理解することを支援するために提供されている。構造、機能、又は結果の将来的な変更例が存在し、これは実質的な変更ではなく、それらの僅かな変形例は請求項により包含されるように意図された請求項の範囲内であることが意図されている。従って、本発明の好ましい実施形態が例示されて説明されている一方、当業者には幾多の変形例及び変更例が請求された発明を逸脱しない範囲でなすことができることが理解されるであろう。更に、用語「請求された発明」又は「本発明」は本明細書ではときおり単数形で使用されているが、説明して請求したように複数の発明があることが理解されよう。
【０１１８】
本発明の様々な特徴は、以下の特許請求の範囲に記載されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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