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JP6433416B2 - High frequency irradiation apparatus, high frequency irradiation system, and high frequency irradiation method - Google Patents
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High frequency irradiation apparatus, high frequency irradiation system, and high frequency irradiation method Download PDF

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  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

Description

本発明は、高周波を照射することで被加熱物を加熱する高周波照射装置、高周波照射システムおよび高周波照射方法に関するものである。   The present invention relates to a high frequency irradiation apparatus, a high frequency irradiation system, and a high frequency irradiation method for heating an object to be heated by irradiating a high frequency.

従来の高周波照射装置として、マイクロ波を照射可能なマグネトロン発振器を備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の従来技術では、加熱室内に設置された被加熱物にマイクロ波を照射するマグネトロン発振器の出力を電力分配するとともにその出力の位相制御を行い、複数のアンテナから加熱室内にマイクロ波を照射する。このように構成することで、被加熱物にエネルギーを効率的に吸収させることができ、その結果、被加熱物を加熱が可能となる。   As a conventional high-frequency irradiation device, there is one provided with a magnetron oscillator that can irradiate microwaves (see, for example, Patent Document 1). In the prior art described in Patent Document 1, the output of a magnetron oscillator that irradiates microwaves to an object to be heated installed in a heating chamber is distributed and the phase of the output is controlled. Irradiate waves. By comprising in this way, an to-be-heated material can be made to absorb energy efficiently, As a result, a to-be-heated material can be heated.

特開2010−92795号公報JP 2010-92795 A

ここで、被加熱物に高周波を照射する場合において、被加熱物がエネルギーを吸収しやすい高周波の周波数は、(以下、エネルギー吸収周波数と称す)は、加熱による被加熱物の物性変化に付随して変化することに着目する。特許文献1に記載の従来技術では、このような点に着目しておらず、加熱による被加熱物の物性変化に付随してエネルギー吸収周波数が変化することに対応していない。その結果、被加熱物を加熱するにつれて加熱効率が低下するという問題がある。   Here, when the object to be heated is irradiated with high frequency, the frequency of the high frequency at which the object to be heated easily absorbs energy (hereinafter referred to as the energy absorption frequency) is accompanied by a change in physical properties of the object to be heated by heating. Pay attention to change. The prior art described in Patent Document 1 does not pay attention to such a point, and does not correspond to a change in energy absorption frequency accompanying a change in physical properties of an object to be heated due to heating. As a result, there is a problem that the heating efficiency decreases as the object to be heated is heated.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、加熱による被加熱物の物性変化が生じた場合であっても、被加熱物の加熱を効率良く行うことのできる高周波照射装置、高周波照射システムおよび高周波照射方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is capable of efficiently heating an object to be heated even when physical properties of the object to be heated are changed due to heating. An object is to obtain an irradiation apparatus, a high-frequency irradiation system, and a high-frequency irradiation method.

本発明における高周波照射装置は、高周波を発生する発振器と、発振器の出力が照射されているときに入力される入力電力を検出する第1の検出部と、第1の検出部による検出結果に従って発振器の出力周波数を制御する周波数・位相制御部と、周波数・位相制御部によって制御されている出力周波数の単位時間当たりの変化量である周波数変化量を検出する第2の検出部と、を備え、周波数・位相制御部は、第2の検出部による検出結果に従って発振器の出力位相を制御するものである。   The high frequency irradiation apparatus according to the present invention includes an oscillator that generates a high frequency, a first detection unit that detects input power input when the output of the oscillator is irradiated, and an oscillator according to a detection result of the first detection unit. A frequency / phase control unit that controls the output frequency of the output, and a second detection unit that detects a frequency change amount that is a change amount per unit time of the output frequency controlled by the frequency / phase control unit, The frequency / phase control unit controls the output phase of the oscillator according to the detection result of the second detection unit.

本発明における高周波照射システムは、複数の高周波照射装置を備えたものである。   The high frequency irradiation system according to the present invention includes a plurality of high frequency irradiation devices.

本発明における高周波照射方法は、高周波を発生する発振器の出力が照射されているときに入力される入力電力を検出する第1の検出ステップと、第1の検出ステップでの検出結果に従って発振器の出力周波数を制御する周波数・位相制御ステップと、周波数・位相制御ステップで制御されている出力周波数の単位時間当たりの変化量である周波数変化量を検出する第2の検出ステップと、を備え、周波数・位相制御ステップでは、第2の検出ステップでの検出結果に従って発振器の出力位相を制御するものである。   The high-frequency irradiation method according to the present invention includes a first detection step for detecting input power input when an output of an oscillator that generates a high frequency is applied, and an output of the oscillator according to a detection result in the first detection step. A frequency / phase control step for controlling the frequency, and a second detection step for detecting a frequency change amount that is a change amount per unit time of the output frequency controlled in the frequency / phase control step. In the phase control step, the output phase of the oscillator is controlled in accordance with the detection result in the second detection step.

本発明によれば、高周波を発生する発振器の出力が照射されたときに入力された入力電力を検出し、その検出結果に従って発振器の出力周波数を制御するとともに、制御されている発振器の出力周波数の単位時間当たりの周波数変化量を検出し、その検出結果に従って発振器の出力位相を制御するように構成されている。これにより、加熱による被加熱物の物性変化が生じた場合であっても、被加熱物の加熱を効率良く行うことのできる高周波照射装置、高周波照射システムおよび高周波照射方法を得ることができる。   According to the present invention, the input power input when the output of the oscillator that generates a high frequency is irradiated is detected, the output frequency of the oscillator is controlled according to the detection result, and the output frequency of the controlled oscillator is controlled. The frequency change amount per unit time is detected, and the output phase of the oscillator is controlled according to the detection result. As a result, a high-frequency irradiation apparatus, a high-frequency irradiation system, and a high-frequency irradiation method that can efficiently heat the object to be heated can be obtained even when physical properties of the object to be heated are changed due to heating.

本発明の実施の形態1における高周波照射装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the high frequency irradiation apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1において、電圧制御発振器の出力周波数と、電圧制御発振器の出力波が被加熱物に照射されたときの反射波との関係を説明するための模式図である。In Embodiment 1 of this invention, it is a schematic diagram for demonstrating the relationship between the output frequency of a voltage controlled oscillator, and the reflected wave when the to-be-heated material is irradiated with the output wave of a voltage controlled oscillator. 本発明の実施の形態1において、被加熱物の温度とエネルギー吸収周波数との関係を示すグラフである。In Embodiment 1 of this invention, it is a graph which shows the relationship between the temperature of a to-be-heated material, and an energy absorption frequency. 本発明の実施の形態1において、被加熱物の照射時間とエネルギー吸収周波数との関係を示すグラフである。In Embodiment 1 of this invention, it is a graph which shows the relationship between the irradiation time of a to-be-heated material, and an energy absorption frequency. 本発明の実施の形態1において、加熱炉内での被加熱物の位置と、電圧制御発振器2の出力位相との関係を示す模式図である。In Embodiment 1 of this invention, it is a schematic diagram which shows the relationship between the position of the to-be-heated object in a heating furnace, and the output phase of the voltage controlled oscillator 2. FIG. 本発明の実施の形態2における高周波照射装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the high frequency irradiation apparatus in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における周波数・位相制御部の回路構成の一例である位相同期回路を示す構成図である。It is a block diagram which shows the phase-synchronization circuit which is an example of the circuit structure of the frequency and phase control part in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態1または2における高周波照射装置を複数備えた高周波照射システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the high frequency irradiation system provided with two or more high frequency irradiation apparatuses in Embodiment 1 or 2 of this invention.

以下、本発明による高周波照射装置、高周波照射システムおよび高周波照射方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, a high-frequency irradiation apparatus, a high-frequency irradiation system, and a high-frequency irradiation method according to the present invention will be described with reference to the drawings according to a preferred embodiment. In the description of the drawings, the same portions or corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における高周波照射装置1を示す構成図である。なお、図1では、高周波照射装置1に接続されるアンテナ7も併せて図示している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a high-frequency irradiation device 1 according to Embodiment 1 of the present invention. In addition, in FIG. 1, the antenna 7 connected to the high frequency irradiation apparatus 1 is also shown in figure.

図1における高周波照射装置1は、電圧制御発振器2と、周波数制御部31および位相制御部32を有する周波数・位相制御部3と、第1の検出部4と、第2の検出部5と、サーキュレータ6とを備える。   1 includes a voltage-controlled oscillator 2, a frequency / phase control unit 3 having a frequency control unit 31 and a phase control unit 32, a first detection unit 4, and a second detection unit 5. And a circulator 6.

高周波を発生する電圧制御発振器2の出力は、サーキュレータ6を介してアンテナ7から照射される。電圧制御発振器2の出力がアンテナ7を介して照射されているときにアンテナ7が受信する反射波の反射電力は、サーキュレータ6を介して第1の検出部4に入力される。   The output of the voltage controlled oscillator 2 that generates a high frequency is irradiated from the antenna 7 via the circulator 6. The reflected power of the reflected wave received by the antenna 7 when the output of the voltage controlled oscillator 2 is irradiated via the antenna 7 is input to the first detection unit 4 via the circulator 6.

第1の検出部4は、反射電力を検出し、その検出結果を周波数制御部31に出力する。周波数制御部31は、第1の検出部4による検出結果に従って、電圧制御発振器2の出力周波数を制御する。具体的には、周波数制御部31は、電圧制御発振器2の出力周波数を制御するための直流電圧を電圧制御発振器2に出力する。   The first detection unit 4 detects the reflected power and outputs the detection result to the frequency control unit 31. The frequency control unit 31 controls the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 according to the detection result by the first detection unit 4. Specifically, the frequency control unit 31 outputs a DC voltage for controlling the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 to the voltage controlled oscillator 2.

第2の検出部5は、周波数制御部31によって制御されている電圧制御発振器2の出力周波数の単位時間当たりの変化量である周波数変化量を検出し、その検出結果を位相制御部32に出力する。位相制御部32は、第2の検出部5による検出結果に従って、電圧制御発振器2の出力位相を制御する。   The second detection unit 5 detects a frequency change amount that is a change amount per unit time of the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 controlled by the frequency control unit 31, and outputs the detection result to the phase control unit 32. To do. The phase control unit 32 controls the output phase of the voltage controlled oscillator 2 according to the detection result by the second detection unit 5.

次に、本実施の形態1における高周波照射装置の動作についてさらに説明する。電圧制御発振器2の出力は、上述のとおり、サーキュレータ6を介してアンテナ7から照射される。   Next, the operation of the high frequency irradiation apparatus according to the first embodiment will be further described. The output of the voltage controlled oscillator 2 is irradiated from the antenna 7 via the circulator 6 as described above.

ここで、電圧制御発振器2の出力周波数と、電圧制御発振器2の出力が被加熱物に照射されたときの反射波との関係について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の実施の形態1において、電圧制御発振器2の出力周波数と、電圧制御発振器2の出力波が被加熱物に照射されたときの反射波との関係を説明するための模式図である。   Here, the relationship between the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 and the reflected wave when the output of the voltage controlled oscillator 2 is irradiated on the object to be heated will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the relationship between the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 and the reflected wave when the output wave of the voltage controlled oscillator 2 is irradiated to the object to be heated in the first embodiment of the present invention. FIG.

図2に示すとおり、電圧制御発振器2の出力周波数がエネルギー吸収に適した周波数、すなわち、エネルギー吸収周波数である場合、照射された高周波のエネルギーが被加熱物に吸収されやすいので、その結果、高周波の反射が小さい。この場合、反射波の反射電力が小さい。また、照射された高周波のエネルギーが被加熱物に吸収されやすいことから、被加熱物の加熱を効率良く行うことができる。   As shown in FIG. 2, when the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 is a frequency suitable for energy absorption, that is, the energy absorption frequency, the irradiated high frequency energy is easily absorbed by the object to be heated. The reflection of is small. In this case, the reflected power of the reflected wave is small. In addition, since the irradiated high frequency energy is easily absorbed by the object to be heated, the object to be heated can be efficiently heated.

一方、電圧制御発振器2の出力周波数がエネルギー吸収に適していない周波数、すなわち、エネルギー吸収周波数でない場合、照射された高周波のエネルギーが被加熱物に吸収されにくいので、その結果、高周波の反射が大きい。この場合、反射波の反射電力が大きい。また、照射された高周波のエネルギーが被加熱物に吸収されにくいことから、被加熱物の加熱の効率性の向上を図ることができない。   On the other hand, when the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 is not a frequency suitable for energy absorption, that is, the energy absorption frequency, the irradiated high frequency energy is difficult to be absorbed by the object to be heated, and as a result, the reflection of high frequency is large. . In this case, the reflected power of the reflected wave is large. Further, since the irradiated high-frequency energy is not easily absorbed by the object to be heated, the efficiency of heating the object to be heated cannot be improved.

そこで、周波数制御部31は、第1の検出部4によって検出された反射電力が第1の設定値となるように電圧制御発振器2の出力周波数を制御する。なお、第1の設定値とは、あらかじめ設定しておく0以上の値であり、第1の設定値が小さいほど、反射電力が小さくなり、出力周波数をエネルギー吸収周波数に近付けることができる。   Therefore, the frequency control unit 31 controls the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 so that the reflected power detected by the first detection unit 4 becomes the first set value. The first set value is a value of 0 or more set in advance. The smaller the first set value, the smaller the reflected power, and the output frequency can be brought closer to the energy absorption frequency.

具体的には、第1の検出部4は、検出した反射電力を直流電圧に変換し、検出した反射電力に対応する直流電圧を検出結果として周波数制御部31に出力する。周波数制御部31は、第1の検出部4の出力電圧値に従って、その出力電圧値が第1の設定値となるように電圧制御発振器2の出力周波数を制御する。また、第1の設定値を適切に設定すれば、電圧制御発振器2の出力周波数をエネルギー吸収周波数と等しくすることができる。   Specifically, the first detection unit 4 converts the detected reflected power into a DC voltage, and outputs a DC voltage corresponding to the detected reflected power to the frequency control unit 31 as a detection result. The frequency control unit 31 controls the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 according to the output voltage value of the first detection unit 4 so that the output voltage value becomes the first set value. Further, if the first set value is appropriately set, the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 can be made equal to the energy absorption frequency.

ここで、被加熱物の加熱に伴う温度上昇によってエネルギー吸収周波数が変化する点について、図3を参照しながら説明する。図3は、本発明の実施の形態1において、被加熱物の温度とエネルギー吸収周波数との関係を示すグラフである。   Here, the point that the energy absorption frequency changes due to the temperature rise accompanying the heating of the object to be heated will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature of the object to be heated and the energy absorption frequency in the first embodiment of the present invention.

図3に示すとおり、被加熱物の加熱に伴う温度上昇によって被加熱物の物性値が変化するので、エネルギー吸収周波数が変化する。具体的には、被加熱物の温度が高くなるにつれてエネルギー吸収周波数が大きくなる。   As shown in FIG. 3, the physical property value of the object to be heated changes due to the temperature rise accompanying the heating of the object to be heated, so that the energy absorption frequency changes. Specifically, the energy absorption frequency increases as the temperature of the object to be heated increases.

これに対して、上述のとおり、第1の検出部4による検出結果に従って電圧制御発振器2の出力周波数を制御するように構成されているので、電圧制御発振器2の出力周波数がエネルギー吸収周波数の変化に追従する。したがって、被加熱物の物性値の変化に伴うエネルギー吸収周波数の変化にも対応することができる。   On the other hand, as described above, the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 is controlled in accordance with the detection result of the first detection unit 4, so that the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 changes the energy absorption frequency. Follow. Therefore, it is possible to cope with a change in energy absorption frequency accompanying a change in physical property value of the object to be heated.

このように、第1の検出部4による検出結果に従って電圧制御発振器2の出力周波数を制御するように構成することで、被加熱物の物性値の変化に伴うエネルギー吸収周波数の変化に関係なく、被加熱物の加熱を効率良く行うことができる。   As described above, by configuring the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 according to the detection result by the first detection unit 4, regardless of the change in the energy absorption frequency accompanying the change in the physical property value of the object to be heated, The object to be heated can be efficiently heated.

第2の検出部5は、上述のとおり、電圧制御発振器2の出力周波数の単位時間当たりの変化量である周波数変化量を検出し、その検出結果を位相制御部32に出力する。具体的には、第2の検出部5は、電圧制御発振器2の出力周波数を一定の時間間隔で検出し、時間間隔をΔt、Δtでの出力周波数の変化をΔfとしたとき、単位時間あたりの周波数変化量(=Δf/Δt)を検出し、その周波数変化量を位相制御部32に出力する。   As described above, the second detection unit 5 detects a frequency change amount that is a change amount per unit time of the output frequency of the voltage controlled oscillator 2, and outputs the detection result to the phase control unit 32. Specifically, the second detection unit 5 detects the output frequency of the voltage-controlled oscillator 2 at a constant time interval. When the time interval is Δt and the change in the output frequency at Δt is Δf, the second detection unit 5 Frequency change amount (= Δf / Δt) is detected, and the frequency change amount is output to the phase control unit 32.

ここで、電圧制御発振器2の出力周波数を制御するための直流電圧を電圧制御発振器2に出力するように周波数制御部31が構成されている場合、周波数制御部31の出力電圧値の変化と、電圧制御発振器2の出力周波数の変化とは等価である。   Here, when the frequency control unit 31 is configured to output a DC voltage for controlling the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 to the voltage controlled oscillator 2, a change in the output voltage value of the frequency control unit 31; The change of the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 is equivalent.

そこで、第2の検出部5は、周波数制御部31の出力電圧値を一定の時間間隔で検出し、その出力電圧値の単位時間当たりの電圧変化量を、周波数変化量として検出し、その電圧変化量を検出結果として位相制御部32に出力する。   Therefore, the second detection unit 5 detects the output voltage value of the frequency control unit 31 at regular time intervals, detects the voltage change amount per unit time of the output voltage value as the frequency change amount, and the voltage The amount of change is output to the phase control unit 32 as a detection result.

ここで、周波数変化量と加熱速度との関係について、図4を参照しながら説明する。図4は、本発明の実施の形態1において、被加熱物の照射時間とエネルギー吸収周波数との関係を示すグラフである。   Here, the relationship between the frequency change amount and the heating rate will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the irradiation time of the object to be heated and the energy absorption frequency in the first embodiment of the present invention.

図4に示すとおり、照射時間の単位時間あたりのエネルギー吸収周波数の変化が大きくなるに従って加熱が急速に進み、加熱速度が大きい。また、周波数制御部31の出力電圧値の単位時間あたりの電圧変化量が大きいということは、周波数変化量が大きいことと等価であることから、加熱速度が大きいことを意味する。   As shown in FIG. 4, as the change in energy absorption frequency per unit time of irradiation time increases, the heating proceeds rapidly and the heating rate is large. In addition, a large voltage change amount per unit time of the output voltage value of the frequency control unit 31 is equivalent to a large frequency change amount, which means that the heating rate is large.

そこで、位相制御部32は、第1の検出部4によって検出された周波数変化量の絶対値が第2の設定値となるように電圧制御発振器2の出力位相を制御する。なお、第2の設定値とは、あらかじめ設定しておく0以上の値であり、第2の設定値が大きいほど、加熱速度が大きくなる。   Therefore, the phase control unit 32 controls the output phase of the voltage controlled oscillator 2 so that the absolute value of the frequency change detected by the first detection unit 4 becomes the second set value. The second set value is a value that is set to 0 or more in advance. The larger the second set value, the higher the heating rate.

ここで、加熱炉内での被加熱物の位置と、電圧制御発振器2の出力位相との関係について、図5を参照しながら説明する。図5は、本発明の実施の形態1において、加熱炉9内での被加熱物10の位置と、電圧制御発振器2の出力位相との関係を示す模式図である。   Here, the relationship between the position of the object to be heated in the heating furnace and the output phase of the voltage controlled oscillator 2 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the position of the object to be heated 10 in the heating furnace 9 and the output phase of the voltage controlled oscillator 2 in the first embodiment of the present invention.

図5に示すとおり、加熱炉9の中において被加熱物10が存在する位置と、アンテナ7から照射された高周波の最大振幅の位置、すなわち、高電界となる位置とが一致するように電圧制御発振器2の出力位相を制御することが有効である。このように位相制御することで、加熱速度を高めることができる。したがって、このような位相制御を実現可能な第2の設定値を適切に設定することで、加熱速度の向上を図ることができる。   As shown in FIG. 5, voltage control is performed so that the position where the object to be heated 10 exists in the heating furnace 9 and the position of the maximum amplitude of the high frequency irradiated from the antenna 7, that is, the position where the electric field is high. It is effective to control the output phase of the oscillator 2. By controlling the phase in this way, the heating rate can be increased. Therefore, the heating rate can be improved by appropriately setting the second set value capable of realizing such phase control.

なお、本実施の形態1では、電圧制御発振器2の出力が照射されているときに入力される入力電力がアンテナ7によって受信される反射波の反射電力である場合を例示しているが、これに限定されない。すなわち、反射電力の代わりに、被加熱物の温度を熱電対によって測定し、被加熱物の温度に対応する直流電流または直流電圧を入力電力として熱電対から第1の検出部4に入力するように構成してもよい。   In the first embodiment, the case where the input power input when the output of the voltage controlled oscillator 2 is irradiated is the reflected power of the reflected wave received by the antenna 7, is illustrated. It is not limited to. That is, instead of the reflected power, the temperature of the object to be heated is measured by a thermocouple, and a direct current or a DC voltage corresponding to the temperature of the object to be heated is input as input power from the thermocouple to the first detection unit 4. You may comprise.

また、本実施の形態1では、高周波を発生する発振器として電圧制御発振器2を用いる場合を例示しているが、これに限定されず、電圧制御発振器2の代わりに、例えばイットリウム・鉄・ガーネット発振器のような電流制御発振器を用いてもよい。この場合、周波数制御部31の出力が直流電圧の代わりに直流電流になるように構成される。また、第2の検出部5は、周波数制御部31の出力電流値、またはその出力電流値に対応する電圧値の単位時間当たりの変化量を、周波数変化量として検出されるように構成される。   In the first embodiment, the voltage controlled oscillator 2 is used as an oscillator for generating a high frequency. However, the present invention is not limited to this. For example, an yttrium / iron / garnet oscillator is used instead of the voltage controlled oscillator 2. A current-controlled oscillator such as In this case, the output of the frequency control unit 31 is configured to be a direct current instead of a direct current voltage. The second detection unit 5 is configured to detect the amount of change per unit time of the output current value of the frequency control unit 31 or the voltage value corresponding to the output current value as the frequency change amount. .

このように、周波数・位相制御部3は、使用する発振器の種類に応じて、発振器の出力周波数を制御するための直流電圧または直流電流を発振器に出力することでその出力周波数を制御する。   As described above, the frequency / phase control unit 3 controls the output frequency by outputting a DC voltage or a DC current for controlling the output frequency of the oscillator to the oscillator according to the type of the oscillator to be used.

以上、本実施の形態1によれば、高周波を発生する発振器の出力が照射されたときに入力された入力電力を検出し、その検出結果に従って発振器の出力周波数を制御するとともに、制御されている発振器の出力周波数の単位時間当たりの周波数変化量を検出し、その検出結果に従って発振器の出力位相を制御するように構成されている。   As described above, according to the first embodiment, the input power input when the output of the oscillator that generates a high frequency is irradiated is detected, and the output frequency of the oscillator is controlled and controlled according to the detection result. A frequency change amount per unit time of the output frequency of the oscillator is detected, and the output phase of the oscillator is controlled according to the detection result.

上記の構成において、入力電力が小さくなるように発振器の出力周波数が制御されるので、発振器の出力周波数をエネルギー吸収周波数に設定可能となり、さらに、周波数変化量が大きくなるように発振器の出力位相が制御されるので、被加熱物の加熱速度を大きくすることができる。したがって、加熱による被加熱物の物性変化が生じた場合であっても、被加熱物の加熱を効率良く行うことができる。つまり、加熱などによる被加熱物の物性変化に対応することができ、その結果、エネルギー効率の良い加熱と高速な加熱とが可能となる。   In the above configuration, since the output frequency of the oscillator is controlled so that the input power becomes small, the output frequency of the oscillator can be set to the energy absorption frequency, and the output phase of the oscillator can be set to increase the frequency change amount. Since it is controlled, the heating rate of the object to be heated can be increased. Therefore, even when the physical property change of the heated object occurs due to heating, the heated object can be efficiently heated. That is, it is possible to cope with changes in physical properties of an object to be heated due to heating or the like, and as a result, energy efficient heating and high speed heating are possible.

実施の形態2.
本発明の実施の形態1では、先の実施の形態1と構成が異なる周波数・位相制御部3を備えた高周波照射装置1について説明する。なお、本実施の形態2では、先の実施の形態1と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment of the present invention, a high frequency irradiation apparatus 1 including a frequency / phase control unit 3 having a configuration different from that of the first embodiment will be described. In the second embodiment, description of points that are the same as those of the first embodiment will be omitted, and points different from the first embodiment will be mainly described.

図6は、本発明の実施の形態2における高周波照射装置1を示す構成図である。なお、図6では、高周波照射装置1に接続されるアンテナ7も併せて図示している。図6における高周波照射装置1は、電圧制御発振器2と、周波数・位相制御部3と、第1の検出部4と、第2の検出部5と、サーキュレータ6とを備える。ここで、本実施の形態2における周波数・位相制御部3は、後述する位相同期回路8で構成されている。   FIG. 6 is a configuration diagram showing the high-frequency irradiation device 1 according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 6, an antenna 7 connected to the high-frequency irradiation device 1 is also illustrated. The high frequency irradiation apparatus 1 in FIG. 6 includes a voltage controlled oscillator 2, a frequency / phase control unit 3, a first detection unit 4, a second detection unit 5, and a circulator 6. Here, the frequency / phase control unit 3 in the second embodiment is configured by a phase synchronization circuit 8 to be described later.

次に、本実施の形態2における周波数・位相制御部3の回路構成の一例である位相同期回路(PLL)8について、図7を参照しながら説明する。図7は、本発明の実施の形態2における周波数・位相制御部3の回路構成の一例である位相同期回路8を示す構成図である。   Next, a phase locked loop (PLL) 8 which is an example of a circuit configuration of the frequency / phase control unit 3 in the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a configuration diagram showing a phase synchronization circuit 8 which is an example of a circuit configuration of the frequency / phase control unit 3 according to the second embodiment of the present invention.

図7における位相同期回路8は、カプラ81と、分周器82と、水晶発振器83と、移相器84と、位相比較器85と、ループフィルタ86とを有する。分周器82は、電圧制御発振器2の出力をN分周する。水晶発振器83は、基準周波数を発生する基準発振器の一例である。移相器84は、水晶発振器83の出力を移相する。   7 includes a coupler 81, a frequency divider 82, a crystal oscillator 83, a phase shifter 84, a phase comparator 85, and a loop filter 86. The frequency divider 82 divides the output of the voltage controlled oscillator 2 by N. The crystal oscillator 83 is an example of a reference oscillator that generates a reference frequency. The phase shifter 84 shifts the output of the crystal oscillator 83.

位相比較器85は、移相器84の出力と分周器82の出力とを位相比較し、その位相差に従って直流電圧を、ループフィルタ86を介して電圧制御発振器2に出力する。なお、先の実施の形態1で述べたとおり、電圧制御発振器2の代わりに電流制御発振器を用いる場合、位相比較器85は、直流電圧の代わりに直流電流を、ループフィルタ86を介して電圧制御発振器2に出力する。   The phase comparator 85 compares the output of the phase shifter 84 with the output of the frequency divider 82 and outputs a DC voltage to the voltage controlled oscillator 2 via the loop filter 86 according to the phase difference. As described in the first embodiment, when a current controlled oscillator is used instead of the voltage controlled oscillator 2, the phase comparator 85 controls the direct current instead of the direct current voltage via the loop filter 86. Output to the oscillator 2.

次に、位相同期回路8の動作についてさらに説明する。電圧制御発振器2の出力は、カプラ81の結合端子から分周器82に入力される。分周器82の出力は、電圧制御発振器2の出力周波数をN分周した周波数である。   Next, the operation of the phase synchronization circuit 8 will be further described. The output of the voltage controlled oscillator 2 is input from the coupling terminal of the coupler 81 to the frequency divider 82. The output of the frequency divider 82 is a frequency obtained by dividing the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 by N.

分周器82の出力と、移相器84によって移相された水晶発振器83の出力とは、位相比較器85において位相比較され、その位相差に応じて位相比較器85から出力される直流電流がループフィルタ86を介して直流電圧として電圧制御発振器2の周波数制御端子に印加される。   The output of the frequency divider 82 and the output of the crystal oscillator 83 phase-shifted by the phase shifter 84 are phase-compared by the phase comparator 85, and the direct current output from the phase comparator 85 according to the phase difference. Is applied as a DC voltage to the frequency control terminal of the voltage controlled oscillator 2 through the loop filter 86.

このとき、位相比較器85では、位相差がなくなるように制御されるので、電圧制御発振器2の出力周波数は、水晶発振器83の出力周波数と分周器82の分周数Nとの積に等しくなる。   At this time, since the phase comparator 85 is controlled to eliminate the phase difference, the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 is equal to the product of the output frequency of the crystal oscillator 83 and the frequency division number N of the frequency divider 82. Become.

第1の検出部4は、アンテナ7から入力された反射電力を直流電圧に変換し、検出した反射電力に対応する直流電圧を検出結果として位相同期回路8に出力する。位相同期回路8は、第1の検出部4の出力電圧値が第1の設定値となるように分周器82の分周数Nを制御する。このように制御することで、電圧制御発振器2の出力周波数が変化し、その出力周波数をエネルギー吸収周波数に近付けることができる。   The first detection unit 4 converts the reflected power input from the antenna 7 into a DC voltage, and outputs a DC voltage corresponding to the detected reflected power to the phase synchronization circuit 8 as a detection result. The phase synchronization circuit 8 controls the frequency division number N of the frequency divider 82 so that the output voltage value of the first detection unit 4 becomes the first set value. By controlling in this way, the output frequency of the voltage controlled oscillator 2 changes, and the output frequency can be brought close to the energy absorption frequency.

第2の検出部5は、ループフィルタ86の出力電圧値を一定の時間間隔で検出し、その出力電圧値の単位時間当たりの電圧変化量を、周波数変化量として検出し、その電圧変化量を検出結果として位相同期回路8に出力する。位相同期回路8は、第2の検出部5によって検出された電圧変化量が第2の設定値となるように移相器84の移相量を制御する。このように制御することで、移相器84の移相量の変化に伴い位相比較器85の位相差が変化する。また、このような変化に電圧制御発振器2の出力位相が同期するので、電圧制御発振器2の出力位相の制御も可能となる。   The second detection unit 5 detects the output voltage value of the loop filter 86 at regular time intervals, detects the voltage change amount per unit time of the output voltage value as the frequency change amount, and determines the voltage change amount. The detection result is output to the phase synchronization circuit 8. The phase synchronization circuit 8 controls the phase shift amount of the phase shifter 84 so that the voltage change amount detected by the second detection unit 5 becomes the second set value. By controlling in this way, the phase difference of the phase comparator 85 changes with the change of the phase shift amount of the phase shifter 84. Further, since the output phase of the voltage controlled oscillator 2 is synchronized with such a change, the output phase of the voltage controlled oscillator 2 can be controlled.

以上、本実施の形態2によれば、先の実施の形態1の構成に対して、周波数・位相制御部が位相同期回路で構成される。具体的には、位相同期回路において、第1の検出部による検出結果に従って、分周器のN分数を制御することで、発振器の出力周波数を制御し、ループフィルタの出力の単位時間当たりの変化量を周波数変化量として検出する第2の検出部による検出結果に従って、移相器の移相量を制御することで、発振器の出力位相を制御するように構成される。これにより、先の実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the frequency / phase control unit is configured by a phase synchronization circuit compared to the configuration of the first embodiment. Specifically, in the phase locked loop circuit, the output frequency of the oscillator is controlled by controlling the N fraction of the frequency divider according to the detection result of the first detector, and the change per unit time of the output of the loop filter The output phase of the oscillator is controlled by controlling the phase shift amount of the phase shifter according to the detection result by the second detection unit that detects the amount as the frequency change amount. Thereby, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

なお、図8に示すように、本実施の形態1または2における高周波照射装置1を複数備え、複数の高周波照射装置1が連動して動作可能な高周波照射システムを構成してもよい。図8は、本発明の実施の形態1または2における高周波照射装置1を複数備えた高周波照射システムを示す構成図である。   As shown in FIG. 8, a plurality of high-frequency irradiation apparatuses 1 according to the first or second embodiment may be provided, and a high-frequency irradiation system in which the plurality of high-frequency irradiation apparatuses 1 can operate in conjunction with each other may be configured. FIG. 8 is a configuration diagram showing a high-frequency irradiation system including a plurality of high-frequency irradiation apparatuses 1 according to Embodiment 1 or 2 of the present invention.

図8に示すように、アンテナ7から被加熱物10へ照射された高周波が同相で合成するように構成してもよく、このように構成することで、電界をさらに高くすることができ、その結果、より効果的な加熱が可能となる。また、複数の高周波照射装置1を備えた高周波照射システムに対してアクティブフェーズドアレーを適用してもよく、同様に高電界が実現可能となり、効果的な加熱が可能となる。   As shown in FIG. 8, it may be configured so that the high frequency irradiated from the antenna 7 to the object to be heated 10 is synthesized in the same phase, and by this configuration, the electric field can be further increased, As a result, more effective heating is possible. In addition, an active phased array may be applied to a high-frequency irradiation system including a plurality of high-frequency irradiation apparatuses 1, and similarly, a high electric field can be realized and effective heating can be achieved.

1 高周波照射装置、2 電圧制御発振器、3 周波数・位相制御部、4 第1の検出部、5 第2の検出部、6 サーキュレータ、7 アンテナ、8 位相同期回路、9 加熱炉、10 被加熱物、31 周波数制御部、32 位相制御部、81 カプラ、82 分周器、83 水晶発振器、84 移相器、85 位相比較器、86 ループフィルタ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High frequency irradiation apparatus, 2 Voltage control oscillator, 3 Frequency / phase control part, 4 1st detection part, 5 2nd detection part, 6 Circulator, 7 Antenna, 8 Phase synchronization circuit, 9 Heating furnace, 10 To-be-heated object 31 frequency control unit, 32 phase control unit, 81 coupler, 82 frequency divider, 83 crystal oscillator, 84 phase shifter, 85 phase comparator, 86 loop filter.

Claims (8)

高周波を発生する発振器と、
前記発振器の出力が照射されているときに入力される入力電力を検出する第1の検出部と、
前記第1の検出部による検出結果に従って前記発振器の出力周波数を制御する周波数・位相制御部と、
前記周波数・位相制御部によって制御されている前記出力周波数の単位時間当たりの変化量である周波数変化量を検出する第2の検出部と、
を備え、
前記周波数・位相制御部は、
前記第2の検出部による検出結果に従って前記発振器の出力位相を制御する
高周波照射装置。
An oscillator that generates high frequencies;
A first detector for detecting input power input when the output of the oscillator is irradiated;
A frequency / phase control unit for controlling the output frequency of the oscillator according to a detection result by the first detection unit;
A second detection unit that detects a frequency change amount that is a change amount per unit time of the output frequency controlled by the frequency / phase control unit;
With
The frequency / phase controller is
A high frequency irradiation apparatus that controls an output phase of the oscillator according to a detection result by the second detection unit.
前記第1の検出部は、
前記発振器の出力がアンテナを介して照射されているときに前記アンテナが受信する反射波の反射電力を、前記入力電力として検出する
請求項1に記載の高周波照射装置。
The first detection unit includes:
The high frequency irradiation apparatus according to claim 1, wherein when the output of the oscillator is irradiated through an antenna, the reflected power of a reflected wave received by the antenna is detected as the input power.
前記周波数・位相制御部は、
前記第1の検出部によって検出された前記入力電力が第1の設定値となるように前記出力周波数を制御し、
前記第2の検出部によって検出された前記周波数変化量の絶対値が第2の設定値となるように前記出力位相を制御する
請求項1または2に記載の高周波照射装置。
The frequency / phase controller is
Controlling the output frequency so that the input power detected by the first detection unit becomes a first set value;
The high-frequency irradiation apparatus according to claim 1, wherein the output phase is controlled such that an absolute value of the frequency change amount detected by the second detection unit becomes a second set value.
前記周波数・位相制御部は、
前記出力周波数を制御するための直流電圧または直流電流を前記発振器に出力することで前記出力周波数を制御し、
前記第2の検出部は、
前記周波数・位相制御部の出力である前記直流電圧または前記直流電流の単位時間当たりの変化量を、前記周波数変化量として検出する
請求項1から3のいずれか1項に記載の高周波照射装置。
The frequency / phase controller is
The output frequency is controlled by outputting a DC voltage or a DC current for controlling the output frequency to the oscillator,
The second detection unit includes:
The high frequency irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a change amount per unit time of the DC voltage or the DC current, which is an output of the frequency / phase control unit, is detected as the frequency change amount.
前記周波数・位相制御部は、位相同期回路で構成される
請求項1から4のいずれか1項に記載の高周波照射装置。
The high-frequency irradiation apparatus according to claim 1, wherein the frequency / phase control unit includes a phase synchronization circuit.
前記位相同期回路は、
基準周波数を発生する基準発振器と、
前記基準発振器の出力を移相する移相器と、
前記発振器の出力をN分周する分周器と、
前記移相器の出力と、前記分周器の出力とを位相比較し、位相差に従って直流電圧または直流電流を、ループフィルタを介して前記発振器に出力する位相比較器と、
を備え、
前記第2の検出部は、前記ループフィルタの出力の単位時間あたりの変化量を、前記周波数変化量として検出し、
前記位相同期回路は、
前記第1の検出部による検出結果に従って、前記分周器の分周数Nを制御することで、前記出力周波数を制御し、
前記第2の検出部による検出結果に従って、前記移相器の移相量を制御することで、前記出力位相を制御する
請求項5に記載の高周波照射装置。
The phase synchronization circuit includes:
A reference oscillator for generating a reference frequency;
A phase shifter for phase shifting the output of the reference oscillator;
A frequency divider for dividing the output of the oscillator by N;
A phase comparator that compares the phase of the output of the phase shifter and the output of the frequency divider, and outputs a DC voltage or DC current to the oscillator via a loop filter according to the phase difference;
With
The second detection unit detects a change amount per unit time of the output of the loop filter as the frequency change amount,
The phase synchronization circuit is
According to the detection result by the first detection unit, the output frequency is controlled by controlling the frequency division number N of the frequency divider,
The high frequency irradiation apparatus according to claim 5, wherein the output phase is controlled by controlling a phase shift amount of the phase shifter according to a detection result by the second detection unit.
請求項1から6のいずれか1項に記載の高周波照射装置を複数備えた
高周波照射システム。
A high-frequency irradiation system comprising a plurality of the high-frequency irradiation devices according to any one of claims 1 to 6.
高周波を発生する発振器の出力が照射されているときに入力される入力電力を検出する第1の検出ステップと、
前記第1の検出ステップでの検出結果に従って前記発振器の出力周波数を制御する周波数・位相制御ステップと、
前記周波数・位相制御ステップで制御されている前記出力周波数の単位時間当たりの変化量である周波数変化量を検出する第2の検出ステップと、
を備え、
前記周波数・位相制御ステップでは、
前記第2の検出ステップでの検出結果に従って前記発振器の出力位相を制御する
高周波照射方法。
A first detection step of detecting input power input when an output of an oscillator that generates a high frequency is irradiated;
A frequency / phase control step for controlling the output frequency of the oscillator according to the detection result in the first detection step;
A second detection step of detecting a frequency change amount that is a change amount per unit time of the output frequency controlled in the frequency / phase control step;
With
In the frequency / phase control step,
A high frequency irradiation method of controlling an output phase of the oscillator according to a detection result in the second detection step.
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