JP5169371B2 - Microwave processing equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発生部を備えたマイクロ波処理装置に関するものである。 The present invention relates to a microwave processing apparatus including a microwave generation unit configured using a semiconductor element.
従来のこの種のマイクロ波処理装置は、半導体発振部と、発振部の出力を複数に分割する分配部と、分配された出力をそれぞれ増幅する複数の増幅部と、増幅部の出力を再合成する合成部とを有し、分配部と増幅部との間に位相器を設けたものがある(例えば、特許文献1参照)。 This type of conventional microwave processing apparatus includes a semiconductor oscillation unit, a distribution unit that divides the output of the oscillation unit into a plurality of units, a plurality of amplification units that amplify the distributed outputs, and a recombination of the outputs of the amplification units. In some cases, a phase shifter is provided between the distributing unit and the amplifying unit (see, for example, Patent Document 1).
そして、位相器はダイオードのオンオフ特性により、マイクロ波の通過線路長を切換える構成としている。また合成部は、90度および180度ハイブリッドを用いることで、合成部の出力を2つにすることができ、位相器を制御することで2出力の電力比を変化させたり、2出力間の位相を同相あるいは逆相にしたりすることができるとしている。
しかしながら、前記従来の構成では、合成部の2つの出力から放射されるマイクロ波は、位相器によって位相を変化させることで、2つの放射アンテナからの放射電力比や位相差を瞬時に変化させることは可能だが、その放射によって、マイクロ波が供給される加熱室内に収納されたさまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物により発生する反射電力を低く抑え、増幅部を効率よく動作させることは、難しいという課題を有していた。 However, in the above-described conventional configuration, the microwaves radiated from the two outputs of the synthesizer can change the radiated power ratio and phase difference from the two radiating antennas instantaneously by changing the phase by the phase shifter. It is possible, however, to reduce the reflected power generated by the heated objects of various shapes, types, and quantities stored in the heating chamber supplied with microwaves, and to operate the amplifier efficiently. , Had a difficult task.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、マイクロ波を放射する複数の給電部で対を構成するとともに、電力切換部によって被加熱物の加熱状況、形状によって対を切換えることで、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物によって生じる反射電力を電力増幅部へ戻すことを抑制し、被加熱物を効率よく所望の状態に加熱するマイクロ波発処理装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and forms a pair with a plurality of power feeding units that radiate microwaves, and also switches the pairs according to the heating state and shape of the object to be heated by the power switching unit. An object of the present invention is to provide a microwave processing apparatus that suppresses the return of reflected power generated by objects to be heated having different shapes, types, and quantities to the power amplification unit and efficiently heats the objects to be heated to a desired state. To do.
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波処理装置は、被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、前記発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、前記電力分配部の出力を切換える電力切換部と、前記電力切換部の出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、前記増幅部の出力を前記加熱室に供給すると共に、前記加熱室を構成する壁面に配置された複数の給電部と、前記給電部から前記増幅部に反射する電力を検出する反
射電力検出部と、前記反射電力検出部が検出する反射電力量によって前記発振部の発振周波数と前記電力切換部を制御する制御部とを備え、前記給電部は、少なくとも四つの給電部の内、二つの給電部を組み合わせて一対の給電部とする複数対の給電部を有し、前記制御部は、前記反射電力検出部が検出する反射電力量によって、前記電力切換部において前記複数対の給電部における二つの給電部の組み合わせを切り換える構成としたものである。
In order to solve the above-described conventional problems, a microwave processing apparatus of the present invention includes a heating chamber that accommodates an object to be heated, an oscillation unit, and a power distribution unit that distributes and outputs the output of the oscillation unit to a plurality of units. A power switching unit that switches the output of the power distribution unit, an amplifying unit that amplifies the power of the output of the power switching unit, and a wall that forms the heating chamber while supplying the output of the amplifying unit to the heating chamber And a plurality of power feeding units arranged in the antenna, and a power source that detects power reflected from the power feeding unit to the amplifying unit.
And a control unit that controls the oscillation frequency of the oscillating unit and the power switching unit according to the amount of reflected power detected by the reflected power detecting unit, and the power feeding unit includes at least four power feeding units. , Having a plurality of pairs of power feeding units that combine two power feeding units to form a pair of power feeding units, and the control unit is configured to have the plurality of pairs in the power switching unit according to the amount of reflected power detected by the reflected power detection unit. In this configuration, the combination of two power feeding units in the power feeding unit is switched .
これによって、制御部は反射電力検出部が検出する反射電力量によって、電力切換部を制御することで、複数対の給電部における二つの給電部の組み合わせを任意に構成できるため、給電部が加熱室内に放射するマイクロ波を効率よく被加熱物に吸収させることができ、またマイクロ波放射を異なる複数の給電部から行うことで、異なる方向から被加熱物に直接的にマイクロ波を入射させることができ、電力切換部によって給電部の対を切換えることにより、被加熱物へのマイクロ波の照射状況を変化させることができるので、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱することができる。 As a result, the control unit can arbitrarily configure a combination of two power feeding units in a plurality of pairs of power feeding units by controlling the power switching unit according to the amount of reflected power detected by the reflected power detection unit. Microwaves radiated indoors can be efficiently absorbed by the object to be heated, and microwaves can be directly incident on the object to be heated from different directions by performing microwave radiation from different power supply units. By switching the pair of power feeding units with the power switching unit, it is possible to change the state of microwave irradiation to the heated object, so that the heated object with various shapes, types, and quantities can be changed to the desired state. Can be heated.
本発明のマイクロ波処理装置は、マイクロ波を放射する機能を有した複数の給電部を加熱室を構成する壁面に最適に配置するとともに電力切換部によって対となる給電部を任意に構成し、対となる給電部から放射されるマイクロ波の周波数、位相差、出力を制御することで、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を効率よく所望の状態に加熱するマイクロ波処理装置を提供することができる。 The microwave processing apparatus of the present invention arbitrarily arranges a plurality of power feeding units having a function of radiating microwaves on a wall surface constituting the heating chamber and arbitrarily configures a pair of power feeding units by the power switching unit, A microwave processing device that efficiently heats objects to be heated in various shapes, types, and quantities to a desired state by controlling the frequency, phase difference, and output of microwaves radiated from a pair of power supply units Can be provided.
第1の発明は、被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、前記発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、前記電力分配部の出力を切換える電力切換部と、前記電力切換部の出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、前記増幅部の出力を前記加熱室に供給すると共に、前記加熱室を構成する壁面に配置された複数の給電部と、前記給電部から前記増幅部に反射する電力を検出する反射電力検出部と、前記反射電力検出部が検出する反射電力量によって前記発振部の発振周波数と前記電力切換部を制御する制御部とを備え、前記給電部は、少なくとも四つの給電部の内、二つの給電部を組み合わせて一対の給電部とする複数対の給電部を有し、前記制御部は、前記反射電力検出部が検出する反射電力量によって、前記電力切換部において前記複数対の給電部における二つの給電部の組み合わせを切り換える構成とすることにより、制御部は反射電力検出部が検出する反射電力量によって、電力切換部を制御することで、複数対の給電部における二つの給電部の組み合わせを任意に構成できるため、給電部が加熱室内に放射するマイクロ波を効率よく被加熱物に吸収させることができ、またマイクロ波放射を異なる複数の給電部から行うことで異なる方向から被加熱物に直接的にマイクロ波を入射させることができ、電力切換部によって給電部の対を切換えることによって被加熱物へのマイクロ波の照射状況を変化させることができるので、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に効率よく加熱することができる。 A first invention includes a heating chamber that accommodates an object to be heated, an oscillation unit, a power distribution unit that distributes and outputs the output of the oscillation unit, and a power switching unit that switches the output of the power distribution unit. An amplifying unit for amplifying the output of each of the power switching units, a plurality of power feeding units disposed on a wall surface constituting the heating chamber, and supplying the output of the amplifying unit to the heating chamber; A reflected power detector that detects power reflected from the amplifier to the amplifier, and a controller that controls the oscillation frequency of the oscillator and the power switching unit according to the amount of reflected power detected by the reflected power detector, The power supply unit includes a plurality of pairs of power supply units that combine two power supply units out of at least four power supply units to form a pair of power supply units, and the control unit detects the amount of reflected power detected by the reflected power detection unit In the power switching unit With the structure for switching the combination of the two feeding parts in the feeding portion of the plurality of pairs, the control unit by the reflected power amount detected by the reflected power detection unit, by controlling the power switching unit, a plurality of pairs of feeding parts Since the combination of the two power feeding units in the can be arbitrarily configured, the microwave to be radiated into the heating chamber by the power feeding unit can be efficiently absorbed by the object to be heated, and the microwave radiation is performed from a plurality of different power feeding units The microwave can be directly incident on the object to be heated from different directions, and the irradiation state of the microwave to the object to be heated can be changed by switching the pair of the power feeding units by the power switching unit. A variety of shapes, types, and amounts of objects to be heated can be efficiently heated to a desired state.
第2の発明は、特に第1の発明において、電力分配部と電力切換部の間に位相可変部を設け、制御部は、反射電力検出部が検出する反射電力量によって、発振部の給電部から放射されるマイクロ波の周波数と、前記位相可変部の位相差および前記電力切換部において複数対の給電部における二つの給電部の組み合わせを切り換えるよう各々制御する構成とすることにより、対を構成する給電部が放射するマイクロ波の位相を制御することによって被加熱物への電波の吸収状態を可変できると同時に電力切換え部によって対の構成を切換えることができるので被加熱物の形状、重量等に応じたマイクロ波の照射ができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に効率よく加熱することができる。 A second invention is, in particular, Te first invention smell, the phase variable part is provided between the power distribution unit and the power switching unit, control unit, the reflected power amount detected by the reflected power detection unit, the feeding of the oscillator The frequency of the microwave radiated from the unit, the phase difference of the phase variable unit, and the power switching unit are respectively controlled to switch the combination of two power feeding units in a plurality of pairs of power feeding units . By controlling the phase of the microwaves radiated by the power supply unit, the absorption state of the radio wave to the object to be heated can be varied, and at the same time, the power switching unit can switch the configuration of the pair, so the shape and weight of the object to be heated It is possible to irradiate microwaves in accordance with the like, and to efficiently heat an object to be heated having various shapes, types, and amounts to a desired state.
第3の発明は、特に第1または第2の発明において、温度検出手段を設け、加熱室内に載置された被加熱物の加熱状況を検出する構成とすることにより、被加熱物の加熱状況に応じて適宜制御部は電力切換部を制御して対となる給電部を切換えることによって、被加熱物の加熱状況に応じたマイクロ波の照射ができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に効率よく加熱することができる。 A third invention is particularly Te first or second aspect of the invention odor, the temperature detecting means is provided, with the configuration for detecting the heating condition of the object to be heated placed on the heating chamber, heating of the article to be heated Depending on the situation, the control unit appropriately controls the power switching unit to switch the pair of power supply units, so that microwaves can be irradiated according to the heating status of the object to be heated, and various shapes, types, and quantities differ An object to be heated can be efficiently heated to a desired state.
第4の発明は、特に第3の発明において、制御部は、温度検出手段の検出する被加熱物の加熱状況によって、電力切換部を制御することによって複数対の給電部における二つの給電部の組み合わせを切り換えるよう制御する構成としたものであり、被加熱物の加熱状況に応じて適宜制御部は電力切換部を制御して対となる給電部を切換えたり、位相可変部を制御することで給電部から照射されるマイクロ波の位相差を可変したり、発振部の発振周波数を可変することによって、被加熱物の加熱状況に応じたマイクロ波の照射ができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に効率よく加熱することができる。 A fourth invention is, in particular, Te third invention odor, control unit, depending on the heating conditions of the heated object detected by the temperature detection means, two of the power supply unit of the plurality of pairs by controlling the power switching unit The control unit is configured to control the combination of the power feeding units. The control unit appropriately controls the power switching unit according to the heating state of the object to be heated, and switches the paired power feeding units or the phase variable unit. By changing the phase difference of the microwave irradiated from the power supply unit or by changing the oscillation frequency of the oscillating unit, it is possible to irradiate microwaves according to the heating status of the object to be heated. Objects to be heated of different types and amounts can be efficiently heated to a desired state.
第5の発明は、特に第1または第2の発明において、形状検出手段を設け、加熱室内に載置された被加熱物の形状および載置位置を検出する構成としたものである。これによって、あらかじめ被加熱物の形状に応じた給電部の対の選択が可能となるので、被加熱物に応じたマイクロ波の照射ができるので、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に効率よく加熱することができる。 A fifth invention is particularly Te first or second aspect of the invention smell, the shape detecting means is provided, in which a configuration for detecting the shape and placement position of the object to be heated placed on the heating chamber. This makes it possible to select a pair of power feeding units according to the shape of the object to be heated in advance, so that microwaves can be irradiated according to the object to be heated. Can be efficiently heated to a desired state.
第6の発明は、特に第5の発明における制御部は、形状検出手段の検出する被加熱物の形状および載置位置によって、複数対の給電部における二つの給電部の組み合わせを切換えるよう電力切換部を制御する構成とすることにより、食品の形状に応じた給電部の対の選択が可能となるので、被加熱物に応じたマイクロ波の照射ができるので、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に効率よく加熱することができる。 A sixth invention is particularly control unit in the fifth invention, depending on the shape and mounting position of the detection to the heated object shape detecting means, to switch a combination of the two feeding parts in the power supply unit of the plurality of pairs By adopting a configuration that controls the power switching unit, it is possible to select a pair of power feeding units according to the shape of the food, so microwave irradiation according to the object to be heated can be performed, so various shapes, types, Objects to be heated having different amounts can be efficiently heated to a desired state.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施形態におけるマイクロ波処理装置の構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a microwave processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1において、マイクロ波発生部は半導体素子を用いて構成した発振部2a、2b、発振部2a、2bの出力を2分配する電力分配部3aおよび3bと、分配部3a、3bそれぞれの出力を増幅する半導体素子を用いて構成した電力増幅部5a〜5dと、電力増幅部5a〜5dによって増幅されたマイクロ波出力を加熱室10内に放射する給電部8a〜8dと、電力分配部3a、3bと電力増幅部5a〜5dを接続するマイクロ波伝送路に挿入され入出力に任意の位相差を発生させる位相可変部4a〜4dと、位相可変部4a〜4dから出力されるマイクロ波を任意の電力増幅部5a〜5dに切換える電力切換部7と、電力増幅部5a〜5dと給電部8a〜8dを接続するマイクロ波伝送路に挿入され給電部8a〜8dから反射する電力を検出する電力検出部6a〜6dと、電力検出部6a〜6dと、電力検出部6a〜6dによって検出される反射電力に応じて発振部2aおよび2bの発振周波数と位相可変部4a〜4dの位相量および電力切換部7を制御する制御部12とで構成している。
In FIG. 1, the microwave generation unit includes
また、本発明のマイクロ波処理装置は、被加熱物を収納する略直方体構造からなる加熱室10を有し、加熱室10は金属材料からなる左壁面、右壁面、底壁面、上壁面、奥壁面および被加熱物11を収納するために開閉する開閉扉(図示していない)と、被加熱物11を載置する載置台から構成し、供給されるマイクロ波を内部に閉じ込めるように構成し
ている。そして、マイクロ波発生部の出力が伝送されそのマイクロ波を加熱室10内に放射供給する給電部8a〜8dが加熱室10を構成する壁面に配置されている。本実施の形態では制御的に対となる給電部を対向構成の左壁面と右壁面の略中央にそれぞれ給電部8aと8bを配置し、加熱室10の上壁面と底面の略中央にそれぞれ給電部8cと8dを配置した構成を示している。この給電部の配置は本実施の形態に拘束されるものではなくいずれかの壁面に複数の給電部を設けてもよいし、対向面ではない例えば右壁面と底壁面のような隣接する組合せで対となる給電部を構成してもかまわない。
In addition, the microwave processing apparatus of the present invention has a
電力増幅部5a〜5dは、低誘電損失材料から構成した誘電体基板の片面に形成した導電体パターンにて回路を構成し、各増幅部の増幅素子である半導体素子を良好に動作させるべく各半導体素子の入力側と出力側にそれぞれ整合回路を配している。
Each of the power amplifying
各々の機能ブロックを接続するマイクロ波伝送路は、誘電体基板の片面に設けた導電体パターンによって特性インピーダンスが略50Ωの伝送回路を形成している。 The microwave transmission path connecting each functional block forms a transmission circuit having a characteristic impedance of about 50Ω by a conductor pattern provided on one side of the dielectric substrate.
電力分配部3aおよび3bは、例えばウィルキンソン型分配器のような出力間に位相差を生じない同相分配器であってもよいし、ブランチライン型やラットレース型のような出力間に位相差を生じる分配器であってもかまわない。この電力分配部3a、3bによって各々の出力には発振部2a、2bから入力されたマイクロ波電力の略1/2の電力が伝送される。
The
また、位相可変部4a〜4dは、印加電圧に応じて容量が変化する容量可変素子を用いて構成し、各々の位相可変範囲は、0度から略180度の範囲としている。これによって位相可変部4a〜4dより出力されるマイクロ波電力の位相差は0度から±180度の範囲を制御することができる。
Further, the
電力切換部7は図2に示すように位相可変部4a〜4dの出力と電力増幅部5a〜5dの接続状態を(a)〜(c)の3つの状態のいずれかに切換えるように働く。このように動作することによって制御的に対となる給電部を任意に設定することができる。例えば図2(a)の状態では給電部8aと8bの組合せおよび給電部8cと8dの組合せが制御的に対となるので位相可変部4a、4bを制御することで給電部8aおよび8bから照射されるマイクロ波の位相差を制御することができ、位相可変部4c、4dを制御することで給電部8cおよび8dから照射されるマイクロ波の位相差を制御することができる。また、図2(b)の状態では給電部8aと8cの組合せ、給電部8bと8dの組合せが制御的な対を構成し、図2(c)の状態では給電部8aと8dの組合せと給電部8bと8cの組合せが制御的な対を構成する。
As shown in FIG. 2, the
また、電力検知部6a〜6dは、加熱室8側から電力増幅部(5a〜5d)側にそれぞれ伝送するいわゆる反射波の電力を抽出するものであり、電力結合度をたとえば約40dBとし、反射電力の約1/10000の電力量を抽出する。この電力信号はそれぞれ、検波ダイオード(図示していない)で整流化しコンデンサ(図示していない)で平滑処理し、その出力信号を制御部12に入力させている。
The
制御部12は、使用者が直接入力する被加熱物の加熱条件あるいは加熱中に被加熱物の加熱状態から得られる加熱情報と電力検知部6a〜6dよりの検知情報に基づいて、マイクロ波発生部の構成要素である発振部2aおよび2bと電力増幅部5a〜5dのそれぞれに供給する駆動電力の制御や位相可変部4a〜4dに供給する電圧を制御し、加熱室10内に収納された被加熱物を最適に加熱する。
The
また、マイクロ波発生部には主に電力増幅部5a〜5dに備えた半導体素子の発熱を放
熱させる放熱手段(図示していない)を配する。
In addition, a heat radiating means (not shown) for dissipating heat generated by the semiconductor elements provided in the
以上のように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the microwave processing apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず被加熱物を加熱室10に収納し、その加熱条件を操作部(図示していない)から入力し、加熱開始キーを押す。加熱開始信号を受けた制御部12の制御出力信号によりマイクロ波発生部が動作を開始する。制御部12は、駆動電源(図示していない)を動作させて発振部2aおよび2bに電力を供給する。この時、発振部2a、2bの初期の発振周波数は、たとえば2400MHzに設定する電圧信号を供給し、発振が開始する。
First, an object to be heated is stored in the
発振部2a、2bを動作させると、その出力は電力分配部3a、3bにて各々略1/2分配され、4つのマイクロ波電力信号となる。以降、駆動電源を制御して電力増幅部5a〜5dを動作させる。
When the
そしてそれぞれのマイクロ波電力信号は、並列動作する電力増幅部5a〜5d、電力検知部6a〜6dを経て、第1の給電部8a〜8dにそれぞれ出力され、加熱室10内に放射される。このときの各電力増幅部はそれぞれ100W未満、たとえば50Wのマイクロ波電力を出力する。
The respective microwave power signals are output to the first
加熱室10内に供給されるマイクロ波電力が被加熱物に100%吸収されると加熱室10からの反射電力は0Wになるが、被加熱物の種類・形状・量が被加熱物を含む加熱室10の電気的特性を決定し、マイクロ波発生部の出力インピーダンスと加熱室10のインピーダンスとに基づいて、加熱室10側からマイクロ波発生部側に伝送する反射電力が生じる。
When 100% of the microwave power supplied into the
電力検出器6a〜6dは、マイクロ波発生部側に伝送する反射電力を検出し、その反射電力量に比例した信号を検出するものであり、その検出信号を受けた制御部12は、反射電力が極小値となる発振周波数および位相差の選択を行う。この周波数、位相差の選択に対して、制御部12は、位相可変部4a〜4dによって生じる位相差を0度の状態で発振部2aおよび2bの発振周波数を初期の2400MHzから例えば1MHzピッチで高い周波数側に変化させ、周波数可変範囲の上限である2500MHzに到達する。この操作を行うことで制御部12は発振部2a、2bの発振周波数に対する反射電力の配列を得ることができる。制御部12はこの反射電力が最も小さくなる発振部2a、2bの条件で制御するとともに発振出力を入力された加熱条件に対応した出力が得られるように制御する。これにより、各増幅部5a〜5dはそれぞれ所定のマイクロ波電力を出力する。そして、それぞれの出力は給電部8a〜8dに伝送され加熱室10内に放射される。
The
位相可変部4a〜4dは加熱開始から所定の変化量で時々刻々その位相を変化させる。位相可変部4a〜4dによって位相を変化させることによって加熱室10内で第1の給電部8a〜8dが放射するマイクロ波が干渉する位置を変化させることができるので加熱室10内に載置された被加熱物11の位置に応じて干渉位置を制御することで被加熱物11を均等もしくは局部的に加熱することができる。
The
また、電力切換部7は電力検出部6a〜6bが検出する反射電力が大きくなってくると、制御的に対を構成する給電部を切換えるように制御部12から信号を受けて、制御的に対となる給電部を図2(a)〜(c)のいずれかの状態になるように切換える。このように動作することによって制御的な対を構成する給電部を切換えることができるので加熱室10内でのマイクロ波の干渉位置を大きく変えることができるので加熱室10内に載置された被加熱物11の加熱状態を大きく変えることができるので、被加熱物11の形状・量
などによって加熱が不足している部位にマイクロ波を集中するように給電部の切換を行い被加熱物全体で均等な加熱を促すことができる。また、逆に被加熱物11の一部分のみを局所的に加熱したい場合も同じように電力切換部7によって制御的な対を切換えることによってマイクロ波の干渉位置を制御することができる。
Further, when the reflected power detected by the
このように動作することで様々な形状・大きさ・量の異なる被加熱物に対しても反射電力が最も小さくなる条件で加熱を開始することができ、電力増幅部5a〜5dに備えられた半導体素子が反射電力によって過剰に発熱することを防止でき熱的な破壊を回避することができる。
By operating in this way, it is possible to start heating under the condition that the reflected power is the smallest even for heated objects having various shapes, sizes, and amounts, and the
図3は加熱動作中における制御的に対となっている位相可変部4a、4bの位相差および発振部2の発振周波数の制御例を示すフローチャートである。別の対である位相可変部4c、4dも同様の制御をするためここでは代表して一方の対である位相可変部4a、4bの制御フローについて説明する。はじめにある周波数fで発振部2が発振している状態でΔf(例えば0.1MHz)発振周波数をずらした状態に制御(ステップ102)し、そのときの反射電力を計測する(ステップ103)。制御部12はこの反射電力と前回(発振周波数を変化させる前に)計測した反射電力を比較し、反射電力が減少していればΔfをそのままの値とし(ステップ106)、反射電力が増加していればΔfの符号を逆にする(ステップ108)。この操作によって発振周波数の変化に対して反射電力が常に減少する方向で制御することができる。
FIG. 3 is a flowchart showing a control example of the phase difference of the phase
また、位相可変部4a、4bは、加熱動作中に一定の変化幅ΔΦで、その位相差を時々刻々変化させていく(ステップ101)。この位相可変部4a、4bによって生じる位相差Φによって加熱室10内でのマイクロ波の干渉位置が変化するため被加熱物11を均等もしくは局部的に加熱することができる。
Further, the phase
このように制御することで、加熱動作中においても電力検出部6a、6bは加熱室10からの反射電力を検出できるので、制御部12がこれを判断し、発振周波数および位相差を時々刻々微調整し常に反射電力が低い状態を維持できるのでさらに半導体素子の発熱を低く抑えることが可能となり、加熱効率を高く維持できるので短時間での加熱を図ることができる。あるいは、許容する反射電力を所定の値に定めその許容する反射電力の範囲において制御部12は時間的に位相可変部4a、4bの位相差と発振部2の発振周波数を変化させることもできる。このような動作をすることで加熱室10内でのマイクロ波の伝播状態を時間的に変化させることができるので、被加熱物の局所加熱を解消し、加熱の均一化を図ることも可能である。
By controlling in this way, the
なお、上記の説明では、位相可変部を2つ挿入した例で説明したが、電力分配部3aのいずれかの出力にのみ挿入し、その位相変化幅を0度から360度となるように構成することもできる。
In the above description, the example in which two phase variable units are inserted has been described. However, the phase change width is set to 0 degree to 360 degrees by inserting only one of the outputs of the
(実施の形態2)
図4は本発明の第2の実施形態におけるマイクロ波処理装置の構成図である。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a configuration diagram of a microwave processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
第1の実施の形態との相違点は加熱動作中に被加熱物11の加熱状況を計測する温度検出手段13を設けた点である。また、同一の符号を付した構成要素は第1の実施形態と同様の動作・作用をするのでここでは詳細な説明は割愛する。 The difference from the first embodiment is that temperature detecting means 13 for measuring the heating state of the object to be heated 11 is provided during the heating operation. In addition, since components having the same reference numerals operate and operate in the same manner as in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
温度検出手段13は加熱動作中の被加熱物11の温度状態を計測するものであり、例えば赤外線センサのように非接触で温度を検出する手段であってもよいし、被加熱物11に直接温度センサを取り付けるような構成であってもよい。本実施の形態では赤外線センサ
のような非接触型の温度検出手段13を配置した例で図示している。この温度検出手段13は加熱室10内に載置された被加熱物11全体の温度状態を計測できるように複数の赤外線センサをアレイ状に並べ加熱室10内全体を測定できるように構成している。
The temperature detection means 13 measures the temperature state of the object to be heated 11 during the heating operation, and may be a means for detecting the temperature in a non-contact manner, such as an infrared sensor, or directly on the object to be heated 11. The structure which attaches a temperature sensor may be sufficient. In the present embodiment, an example in which non-contact type temperature detecting means 13 such as an infrared sensor is arranged is shown. This temperature detection means 13 is configured to measure the entire inside of the
このように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作・作用について説明する。 The operation and action of the microwave processing apparatus configured as described above will be described below.
電力切換部7は電力検出部6a〜6bが検出する反射電力が大きくなってきたり、温度検出手段13の検出する被加熱物11の加熱状況が局所的な加熱部位が発生したりすると制御的に対を構成する給電部を切換えるように制御部12から信号を受けて制御的に対となる給電部を図2(a)〜(c)のいずれかの状態になるように切換える。このように動作することによって制御的な対を構成する給電部を切換えることができるので加熱室10内でのマイクロ波の干渉位置を大きく変えることができるので加熱室10内に載置された被加熱物11の加熱状態を大きく変えることができるので、被加熱物11の形状・量などによって加熱が不足している部位にマイクロ波を集中するように給電部の切換を行い被加熱物全体で均等な加熱を促すことができる。また、逆に被加熱物11の一部分のみを局所的に加熱したい場合も同じように電力切換部7によって制御的な対を切換えることによってマイクロ波の干渉位置を制御することができるので、被加熱物11の一部分だけを局所加熱することも可能である。
When the reflected power detected by the
(実施の形態3)
図5は、本発明の第3の実施形態におけるマイクロ波処理装置の構成図である。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a configuration diagram of a microwave processing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
第1および第2の実施の形態との相違点は、加熱動作中に被加熱物11の形状を計測する形状検出手段14を設けた点である。また、同一の符号を付した構成要素は第1の実施形態と同様の動作・作用をするので、ここでは詳細な説明は割愛する。 The difference from the first and second embodiments is that a shape detecting means 14 for measuring the shape of the object to be heated 11 is provided during the heating operation. In addition, since components having the same reference numerals operate and operate in the same manner as in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
形状検出手段14は加熱室10内に載置された被加熱物11の形状を検出するものであり、被加熱物11が平面状のものであるか、例えばコップのような背の高い被加熱物であるかを判別する。
The shape detection means 14 detects the shape of the object to be heated 11 placed in the
このように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作・作用について説明する。 The operation and action of the microwave processing apparatus configured as described above will be described below.
形状検出手段14が加熱室10内の被加熱物11の形状を計測し、例えば被加熱物11が平面状の形状であると計測した場合は制御的に対を構成する給電部8aと8bの組合せ、および、給電部8cと8dの組合せとなるように電力切換部7は切換えを行い加熱動作を開始する。また、被加熱物11が背の高い物体であると検出された場合には、例えば8aと8cの組合せと8bと8dの組合せとなるように電力切換部7は切換えを行う。また、形状検出手段14は被加熱物11の形状を測定できるので同時に被加熱物11の載置位置も検出することが可能であるため、被加熱物11の載置位置によっても電力切換部7は最適な制御的に対となる給電部を設定するように対を切換えることができる。
When the
また、電力切換部7は電力検出部6a〜6bが検出する反射電力が大きくなってきたり、温度検出手段13の検出する被加熱物11の加熱状況が局所的な加熱部位が発生したりすると制御的に対を構成する給電部を切換えるように制御部12から信号を受けて制御的に対となる給電部を図2(a)〜(c)のいずれかの状態になるように切換える。このように動作することによって制御的な対を構成する給電部を切換えることができるので加熱室10内でのマイクロ波の干渉位置を大きく変えることができるので加熱室10内に載置された被加熱物11の加熱状態を大きく変えることができるので、被加熱物11の形状・
量などによって加熱が不足している部位にマイクロ波を集中するように給電部の切換を行い被加熱物全体で均等な加熱を促すことができる。また、逆に被加熱物11の一部分のみを局所的に加熱したい場合も同じように電力切換部7によって制御的な対を切換えることによってマイクロ波の干渉位置を制御することができるので、被加熱物11の一部分だけを局所加熱することも可能である。
In addition, the
By switching the power feeding unit so that the microwaves are concentrated on a portion where heating is insufficient depending on the amount or the like, uniform heating can be promoted over the entire object to be heated. Conversely, when only a part of the object to be heated 11 is to be heated locally, the position of the microwave interference can be controlled by switching the control pair by the
以上のように、本発明に係るマイクロ波処理装置は、複数の給電部を有しマイクロ波を放射する給電部を切換制御したり、動作中の給電部間のマイクロ波の位相差を変化させたりする装置を提供できるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。 As described above, the microwave processing apparatus according to the present invention switches and controls a power supply unit that has a plurality of power supply units and radiates microwaves, or changes the phase difference of the microwaves between the power supply units in operation. Therefore, the present invention can be applied to applications such as a heating device using dielectric heating, a garbage disposal machine represented by a microwave oven, or a microwave power source of a plasma power source as a semiconductor manufacturing device.
2a、2b 発振部
3a、3b 電力分配部
4a〜4d 位相可変部
5a〜5d 電力増幅部
6a〜6d 電力検出部
7 電力切換部
8a〜8d 第1の給電部
10 加熱室
11 被加熱物
12 制御部
13 温度検出手段
14 形状検出手段
2a,
Claims (6)
発振部と、
前記発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、
前記電力分配部の出力を切換える電力切換部と、
前記電力切換部の出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、
前記増幅部の出力を前記加熱室に供給すると共に、前記加熱室を構成する壁面に配置された複数の給電部と、
前記給電部から前記増幅部に反射する電力を検出する反射電力検出部と、
前記反射電力検出部が検出する反射電力量によって前記発振部の発振周波数と前記電力切換部を制御する制御部とを備え、
前記給電部は、少なくとも四つの給電部の内、二つの給電部を組み合わせて一対の給電部とする複数対の給電部を有し、
前記制御部は、前記反射電力検出部が検出する反射電力量によって、前記電力切換部において前記複数対の給電部における二つの給電部の組み合わせを切り換える構成としたマイクロ波処理装置。 A heating chamber for storing an object to be heated;
An oscillation unit;
A power distribution unit that distributes and outputs the output of the oscillation unit to a plurality of outputs;
A power switching unit for switching the output of the power distribution unit;
An amplifier for amplifying the output of each of the power switching units;
While supplying the output of the amplification unit to the heating chamber, a plurality of power supply units arranged on the wall surface constituting the heating chamber ,
A reflected power detection unit that detects power reflected from the power feeding unit to the amplification unit;
A control unit that controls the oscillation frequency of the oscillation unit and the power switching unit according to the amount of reflected power detected by the reflected power detection unit;
The power supply unit has a plurality of pairs of power supply units that combine two power supply units among at least four power supply units to form a pair of power supply units,
The microwave processing apparatus in which the control unit is configured to switch a combination of two power feeding units in the plurality of pairs of power feeding units in the power switching unit according to the amount of reflected power detected by the reflected power detection unit.
制御部は、反射電力検出部が検出する反射電力量によって、発振部の給電部から放射されるマイクロ波の周波数と、前記位相可変部の位相差および前記電力切換部において複数対の給電部における二つの給電部の組み合わせを切り換えるよう各々制御する構成とした請求項1に記載のマイクロ波処理装置。 A phase variable unit is provided between the power distribution unit and the power switching unit,
Control unit, the reflected power amount detected by the reflected power detection unit, and the frequency of the microwave radiated from the feeding part of the oscillator, the power supply unit of the plurality of pairs of the phase difference and the power switching unit of the phase variable parts The microwave processing device according to claim 1, wherein each of the two power feeding units is controlled to be switched .
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