JP6826461B2 - High frequency heating device - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波により対象物を処理する高周波加熱装置に関する。 The present invention relates to a high frequency heating device that treats an object by microwaves.
近年、家庭用電子レンジ、焼物・木材乾燥等の農工業製品、医療・化学等に、用いられる工業用高周波加熱装置等では、被加熱物の短時間加熱、食品の部分的な加熱、加熱状態のリアルタイムセンシング等の要望が高まっている。また、これらの要望を実現するために、これまでマイクロ波発生装置の主流であったマグネトロンから、周波数安定度の高い高周波発信機及び高周波電力増幅器を用いた固体化マイクロ波発生装置へ移行されようとしている。現状では、マイクロ波電力と価格の比で比較した場合、マグネトロンのコストパフォーマンス極めて高く、半導体で構成された高周波発信機及び高周波電力増幅器の固体化マイクロ波発生装置を用いた回路ではコスト高となる。しかし、今後多くの台数が製品化されることで低コスト化は進むと考えられる。このように固体化マイクロ波発生装置への移行が進めば、周波数の安定度も向上し周波数制御や位相制御が可能となるが、これを高精度に検知する検知回路が極めて重要となる。この検知技術が向上することで負荷の状態を把握し詳細な制御を行うことで負荷加熱の短時間化、部分的な加熱等の更なる機能向上が得られる。 In recent years, in industrial high-frequency heating devices used for household microwave ovens, agricultural and industrial products such as baked goods and wood drying, medical care and chemistry, etc., short-time heating of the object to be heated, partial heating of food, and heating state There is an increasing demand for real-time sensing, etc. In addition, in order to realize these demands, magnetrons, which have been the mainstream of microwave generators, will be shifted to solid-state microwave generators using high-frequency transmitters and high-frequency power amplifiers with high frequency stability. It is said. At present, when comparing the ratio of microwave power to price, the cost performance of magnetrons is extremely high, and the cost is high for circuits using solid-state microwave generators of high-frequency transmitters and high-frequency power amplifiers composed of semiconductors. .. However, it is thought that cost reduction will progress as more units are commercialized in the future. If the shift to the solid-state microwave generator progresses in this way, frequency stability will be improved and frequency control and phase control will be possible, but a detection circuit that detects this with high accuracy will be extremely important. By improving this detection technology, it is possible to obtain further functional improvements such as shortening the load heating time and partial heating by grasping the load state and performing detailed control.
マイクロ波発生装置で発生されたマイクロ波は、加熱庫内に置かれた被加熱物にマイクロ波を放射する放射手段(アンテナ等)まで伝送線路を用いて送られる(進行波)。この時、加熱庫内が無負荷(被加熱物無)状態の場合、加熱庫内で電力は損失されることなく反射され大部分のマイクロ波電力がマイクロ波発生装置に戻る(反射波)。この無負荷状態や無負荷に近い状態での反射波は、最悪の場合マイクロ波発生装置への大きなダメージや寿命の低下を招いてしまう。そのために反射波を吸収しマイクロ波発生装置を保護するためにサーキュレータ回路やアイソレータ回路を別途付加しなければならず、コストの上昇や進行波の損失増加が課題となっていた。 The microwave generated by the microwave generator is sent to the radiating means (antenna, etc.) that radiates the microwave to the object to be heated placed in the heating chamber using the transmission line (traveling wave). At this time, when the inside of the heating chamber is in a no-load state (no object to be heated), the electric power is reflected in the heating chamber without loss and most of the microwave power is returned to the microwave generator (reflected wave). In the worst case, the reflected wave in this no-load state or a state close to no-load causes great damage to the microwave generator and shortens the life. Therefore, in order to absorb the reflected wave and protect the microwave generator, a circulator circuit and an isolator circuit must be added separately, and an increase in cost and an increase in traveling wave loss have been problems.
また、庫内に入れられた被加熱物が加熱された場合に水分含有量が変化する等の状態変化を進行波と反射波の電力量の比で捉える負荷状態検知にも用いることが可能であるが、進行波電力と反射波電力の比を高精度に検出する必要があり、これまでの検出回路では高精度に把握することはできなかった。例えば家庭用の電子レンジの場合この原因として、電子レンジ全体の小型化要求等から検出回路部も出来る限り小型化する必要があり十分な面積が取れない。さらに検出回路面積が制約されれば進行波電力と反射波電力を検出するための方向性結合器性能が犠牲となり精度が落ちてしまう等の課題があった。 It can also be used for load state detection, which captures state changes such as changes in water content when the object to be heated in the refrigerator is heated by the ratio of the electric power of the traveling wave and the reflected wave. However, it is necessary to detect the ratio of the traveling wave power and the reflected wave power with high accuracy, and it has not been possible to grasp the ratio with high accuracy by the conventional detection circuits. For example, in the case of a microwave oven for home use, the cause of this is that the detection circuit unit must be as small as possible due to the demand for miniaturization of the entire microwave oven, and a sufficient area cannot be obtained. Further, if the detection circuit area is restricted, there is a problem that the accuracy is lowered at the expense of the directional coupler performance for detecting the traveling wave power and the reflected wave power.
本発明は、上記した課題を解決するために、1個以上のマイクロ波を発生する発信源を持つマイクロ波発生ユニットと、加熱室と、前記加熱室の内部に設置されたマイクロ波放射手段を有し、前記加熱室に放射したマイクロ波を使用し対象物を加熱する高周波加熱装置であって、前記マイクロ波発生ユニットから前記マイクロ波放射手段に伝送するための伝送線路に進行波、反射波の電力を結合する結合回路と、前記結合回路と結合した進行波、反射波の電力値を比較可能な信号に変換する変換部を有し、前記マイクロ波発生ユニットの周波数と前記マイクロ波放射手段のアンテナ角度と回転角度とを組み合わせて変化させた場合に検出される進行波、反射波の少なくともどちらか一方の電力値信号の特性に基づいて、負荷状態を検出する高周波加熱装置である。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses a microwave generation unit having a source for generating one or more microwaves, a heating chamber, and microwave emitting means installed inside the heating chamber. A high-frequency heating device that uses microwaves radiated into the heating chamber to heat an object, and is a traveling wave or reflected wave on a transmission line for transmission from the microwave generation unit to the microwave emitting means. a coupling circuit for coupling the power, the coupling circuit coupled with a traveling wave, the power value of the reflected wave has a converter for converting the comparable signal, frequency as the microwave radiation prior Symbol microwave generating unit It is a high-frequency heating device that detects a load state based on the characteristics of at least one of a traveling wave and a reflected wave, which is detected when the antenna angle and the rotation angle of the means are changed in combination .
本発明によれば、マイクロ波発生装置への大きなダメージや寿命の低下を招く反射波を吸収し、マイクロ波発生装置を保護するためのサーキュレータ回路やアイソレータ回路を別途付加しなくても良く、コストの上昇や進行波の損失増加を抑制することが可能である。また、小型ながら進行波電力と反射波電力の比を高精度に検出することで高精度な負荷状態検知をすることが可能である。 According to the present invention, it is not necessary to separately add a circulator circuit or an isolator circuit for absorbing the reflected wave that causes great damage to the microwave generator and shortening the life of the microwave generator and protecting the microwave generator, and the cost is high. It is possible to suppress the rise of the wave and the increase of the loss of the traveling wave. In addition, although it is small, it is possible to detect the load state with high accuracy by detecting the ratio of the traveling wave power and the reflected wave power with high accuracy.
本発明では、無負荷や負荷の状態を検出するための方向性結合器等の検出回路を付加し、マイクロ波発生装置から出力される進行波電力と加熱庫内の負荷に対する反射波電力をモニタすることで、常にマイクロ波発生装置から出力される電力がマイクロ波の発信源が破壊または信頼性の低下が起こらない状態とすることが可能となる。また、常に反射波によってマイクロ波の発信源が破壊または信頼性の低下が起こらない場合には、加熱庫内の負荷に対し反射波が最も少なくなるように、マイクロ波発生装置の周波数、位相、マイクロ波を放射する放射手段(アンテナ等)の回転角度の変化を組み合わせたり、また複数の放射手段を持つ場合には各々のマイクロ波発生装置の周波数、位相、マイクロ波を放射する放射手段(アンテナ等)の回転角度の変化を最適に組み合わせることにより、マイクロ波発生装置の保護やコストの上昇や進行波の損失増加が低減できる。 In the present invention, a detection circuit such as a directional coupler for detecting the state of no load or load is added, and the traveling wave power output from the microwave generator and the reflected wave power for the load in the heating chamber are monitored. By doing so, it is possible to keep the electric power output from the microwave generator in a state in which the source of the microwave is not destroyed or the reliability is not deteriorated. In addition, if the reflected wave does not destroy the microwave source or reduce the reliability, the frequency, phase, and frequency of the microwave generator are adjusted so that the reflected wave is minimized with respect to the load in the heating chamber. By combining changes in the rotation angle of the radiating means (antenna, etc.) that emits microwaves, or if there are multiple radiating means, the frequency, phase, and radiating means (antenna) of each microwave generator. By optimally combining the changes in the rotation angle of the above), it is possible to protect the microwave generator, reduce the cost increase, and reduce the increase in the loss of the traveling wave.
また、加熱庫内に入れられた被加熱物が加熱された場合に起きる水分含有量変化等の状態変化を、進行波と反射波の電力量の比または反射波電力を方向性結合器等の検出回路を付加し、常時マイクロ波発生装置から出力される進行波電力と加熱庫内の負荷に対する反射波電力をモニタすることで、水分含有量変化や被加熱物の誘電率(比誘電率、誘電体損)等の状態を把握可能となる。 In addition, the ratio of the power amount of the traveling wave and the reflected wave or the reflected wave power is the ratio of the power amount of the traveling wave and the reflected wave, or the directional coupler, etc. By adding a detection circuit and constantly monitoring the traveling wave power output from the microwave generator and the reflected wave power for the load in the heating chamber, the change in water content and the dielectric constant of the object to be heated (relative permittivity, It becomes possible to grasp the state such as dielectric loss).
これらに用いられる無負荷や負荷の状態を検出する方向性結合器の検出精度を高精度化させるためには、方向性結合器の性能を決める指標の一つとして方向性が重要である。図20を用いて方向性結合器について説明する。 Directionality is important as one of the indexes that determine the performance of the directional coupler in order to improve the detection accuracy of the directional coupler used for detecting the no-load or load state. The directional coupler will be described with reference to FIG.
マイクロ波発生装置から出力された進行波は方向性結合器を通過しマイクロ波を放射する放射手段(アンテナ等)に到達し加熱庫内へ放射される。ここで加熱庫内が無負荷(被加熱物無)や負荷での損失が少ない場合には、反射波が発生しマイクロ波発生装置に戻るがこの反射波が大きい場合にマイクロ波発生装置内に存在するマイクロ波発信源に破壊または信頼性の低下が起こる。また、この反射波電力と進行波電力の比または反射波電力を検出することで加熱庫内の状態を把握可能となる。 The traveling wave output from the microwave generator passes through the directional coupler, reaches the radiating means (antenna, etc.) that radiates the microwave, and is radiated into the heating chamber. Here, if the inside of the heating chamber is unloaded (no object to be heated) or the loss under load is small, a reflected wave is generated and returns to the microwave generator, but if this reflected wave is large, it is inside the microwave generator. Destruction or loss of reliability occurs in existing microwave sources. Further, by detecting the ratio of the reflected wave power to the traveling wave power or the reflected wave power, the state inside the heating chamber can be grasped.
方向性結合器の動作としてport1端子から入力された進行波T値に対し一定比率で結合させ結合進行波TCを得る。同様にport2端子から入力された反射波R値に対し一定比率で結合させ結合反射波RCを得る。この結合された結合進行波TCと結合反射波RCの比から負荷での反射波を得ることが可能となる。方向性結合器の動作及び方向性を図8に示す。 As the operation of the directional coupler, the traveling wave T value input from the port1 terminal is coupled at a constant ratio to obtain the coupled traveling wave TC. Similarly, the coupled reflected wave RC is obtained by coupling the reflected wave R value input from the port2 terminal at a constant ratio. From the ratio of the coupled traveling wave TC and the coupled reflected wave RC, it is possible to obtain the reflected wave under load. The operation and directionality of the directional coupler are shown in FIG.
また、この方向性結合器の検出精度を高精度化させるための指標である方向性は、反射波R値に対し一定比率で結合させ結合反射波RCを検知する端子であるport4に出力される結合反射波RCに、進行波Tからどの程度漏れ込むかを表すものであり、方向性D=結合反射波RC-漏洩進行波TLで定義される。この方向性Dが所望の周波数で大きな値であれば漏洩進行波TLが極めて少なくなり結合反射波RCへの影響を及ぼさなくなり、高精度に測定可能となる。しかし、方向性を広帯域でかつ高い値で実現しようとした場合には、漏洩進行波TLを打消すために複数の結合部分を1/4波長に並べる等の回路配置が必要となるため面積が増加してしまうが、図6に示した周波数またはアンテナ角度と反射電力の関係ように、反射波電力のみを検知する場合には、無負荷時の反射波電力の最大値と最小値の差ΔP_openと有負荷時の反射波電力の最大値と最小値の差ΔP_loadの差を比較することで負荷状態の検知が可能となる。 In addition, the directionalness, which is an index for improving the detection accuracy of this directional coupler, is output to port4, which is a terminal for detecting the coupled reflected wave RC by coupling the reflected wave R value at a constant ratio. It indicates how much the coupled reflected wave RC leaks from the traveling wave T, and is defined by directional D = coupled reflected wave RC-leaking traveling wave TL. If this direction D is a large value at a desired frequency, the leakage traveling wave TL will be extremely small and will not affect the coupled reflected wave RC, and measurement will be possible with high accuracy. However, when trying to realize the directionality in a wide band and at a high value, it is necessary to arrange a circuit such as arranging a plurality of coupling parts at 1/4 wavelength in order to cancel the leakage traveling wave TL, so that the area is large. Although it will increase, when only the reflected wave power is detected as in the relationship between the frequency or antenna angle shown in FIG. 6 and the reflected power, the difference between the maximum value and the minimum value of the reflected wave power at no load ΔP_open It is possible to detect the load state by comparing the difference between the maximum value and the minimum value of the reflected wave power under load and the difference of ΔP_load.
また、更なる高精度化を行うための方法として図7に進行波電力と反射波電力との周波数またはアンテナ角度と電力の関係を示す。ここでは有負荷時における進行波電力の最大値と最小値の差ΔP_Twaveと反射波電力の最大値と最小値の差ΔP_Rwaveとの差ΔP_Loadを求め、さらに無負荷時における進行波電力の最大値と最小値の差ΔP_Twaveと反射波電力の最大値と最小値の差ΔP_Rwaveとの差ΔP_Openを求める。求められたΔP_LoadとΔP_Openの差を求めることで、より高精度に負荷状態の検知が可能となる。これらの方式により負荷検知が高精度に行うことを特長とする高周波加熱装置を実現できる。 Further, as a method for further improving the accuracy, FIG. 7 shows the relationship between the frequency of the traveling wave power and the reflected wave power, or the relationship between the antenna angle and the power. Here, the difference between the maximum and minimum values of the traveling wave power under load ΔP_Twave and the difference between the maximum and minimum values of the reflected wave power ΔP_Rwave are obtained, and the maximum value of the traveling wave power under no load is obtained. Find the difference between the minimum value ΔP_Twave and the difference between the maximum and minimum values of the reflected wave power ΔP_Rwave ΔP_Open. By finding the difference between the obtained ΔP_Load and ΔP_Open, it is possible to detect the load state with higher accuracy. With these methods, it is possible to realize a high-frequency heating device characterized by high-precision load detection.
前記進行波の電力値信号と反射波の電力値信号の差分値または比から得られる特性の最大値と最小値と、周波数もしくは前記マイクロ波放射手段の角度または回転角度の少なくともどちらか一方を変化させた場合の関係性の比較で負荷状態を検知してもよい。または、
前記進行波の電力値信号または反射波の電力値信号特性の少なくともどちらか一方の最大値と最小値と、周波数もしくは前記マイクロ波放射手段の角度または回転角度の少なくともどちらか一方を変化させた場合の関係性の比較で負荷状態を検知してもよい。
Change at least one of the maximum and minimum values of the characteristics obtained from the difference or ratio between the power value signal of the traveling wave and the power value signal of the reflected wave, and the frequency or the angle or rotation angle of the microwave emitting means. The load state may be detected by comparing the relationships when they are made to do so. Or
When at least one of the maximum and minimum values of the power value signal of the traveling wave and the power value signal characteristic of the reflected wave and at least one of the frequency and the angle or rotation angle of the microwave emitting means are changed. The load state may be detected by comparing the relationships of.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という)である高周波加熱装置の基本的構成を、図1を用いて説明し、次に本実施形態の特徴構成について各図で説明する。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。 Hereinafter, with reference to the drawings, a basic configuration of a high-frequency heating device, which is a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment), will be described with reference to FIG. 1, and then a feature configuration of the present embodiment will be described. Will be described with reference to each figure. Further, in each figure, common components and similar components are designated by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted.
図1は、本発明の第1実施例である高周波加熱装置の構成を示す図である。高周波加熱装置101は、加熱室102、マイクロ波放射手段103、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路104、マイクロ波発生ユニット105、マイクロ波発生ユニット105への電力を供給するインバータ回路の動作制御、インバータでの消費電力計算、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路104で得られた進行波電力及び反射波電力の各電力値を演算可能な電気信号に変換する検出・演算・制御回路部を持ち、マイクロ波発生ユニット105から出力されたマイクロ波電力を低損失な伝送線路により加熱室102まで伝送される。加熱室102内では回転アンテナなどによるマイクロ波放射手段103から被加熱物に照射される。回転アンテナなどによるマイクロ波放射手段103は、回転することで被加熱物での偏った加熱を防ぎ被加熱物の加熱温度を均一化するように動作する。しかし、回転アンテナなどによるマイクロ波放射手段103だけでは、被加熱物の加熱温度を均一化することは困難であるため、さらにマイクロ波発生ユニット105の周波数を変化させることで被加熱物の加熱温度の均一化を図ることができる。マイクロ波発生ユニット105での周波数を変化させた場合には、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路104にて進行波及び反射波の電力をモニタし反射波電力/進行波電力が少なくなるように回転アンテナなどによるマイクロ波放射手段103の角度、回転角度、またはマイクロ波発生ユニット105での周波数を変化させるように制御を行う。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a high-frequency heating device according to a first embodiment of the present invention. The high-
また、被加熱物の加熱時におけるマイクロ波発生パタンを図5に示す。マイクロ波電力をコントロールするための方法として、マイクロ波発生パタンAに示した、加熱時間TonとOFF時間Toffの時間を変化させたバースト波により加熱する方法と、マイクロ波発生パタンBに示した、加熱時間TonとOFF時間Toffの時間を固定した加熱時間Tonバースト波の信号電力を徐々に増加させてゆく方法を用いる。加熱開始時には、マイクロ波発生パタンBを用い、定常状態ではマイクロ波発生パタンAを用い加熱時間TonとOFF時間Toffの時間を変化させることで加熱時間や被加熱物の加熱均一化制御を行う。尚、マイクロ波発生パタンA及びマイクロ波発生パタンBを合わせて制御すれば更なる細かな加熱時間や被加熱物の加熱均一化制御が実現できる。またマイクロ波発生パタンA、マイクロ波発生パタンBどちらか一方のみの制御でも問題ない。 In addition, Fig. 5 shows the microwave generation pattern when the object to be heated is heated. As a method for controlling the microwave power, the method of heating by the burst wave in which the heating time Ton and the OFF time Toff are changed shown in the microwave generation pattern A and the method shown in the microwave generation pattern B are shown. Heating time Ton and OFF time A method is used in which the signal power of the Ton burst wave with a fixed heating time Ton burst wave is gradually increased. At the start of heating, the microwave generation pattern B is used, and in the steady state, the microwave generation pattern A is used to control the heating time and the heating homogenization of the object to be heated by changing the heating time Ton and OFF time Toff time. If the microwave generation pattern A and the microwave generation pattern B are controlled together, a finer heating time and uniform heating control of the object to be heated can be realized. Further, there is no problem in controlling only one of the microwave generation pattern A and the microwave generation pattern B.
更に加熱開始時に加熱室102内の負荷状態を知る得るために、マイクロ波発生パタンAにおいては加熱時間Tonを短くしOFF時間Toffの時間を長くすることで単位時間当たりの進行波電力を少なくすることが可能となり仮に加熱室102内に被加熱物が存在しない無負荷状態であっても反射波電力を抑制することができるためマイクロ波発生ユニット105へのダメージを少なくすることができる。また、マイクロ波発生パタンAにおいては加熱時間Ton時の電力を少なくしておくことで開始時の進行波電力を少なくすることが可能となり仮に加熱室102内に被加熱物が存在しない無負荷状態であっても反射波電力を抑制することができる。尚、マイクロ波発生パタンA及びマイクロ波発生パタンBを合わせて制御すれば更なる細かな進行波電力制御が実現できる。
Furthermore, in order to obtain the load state in the
図2は、本発明の第2実施例である高周波加熱装置の構成を示す図である。高周波加熱装置201は、加熱室202、マイクロ波放射手段203、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路204、マイクロ波発生ユニット205、マイクロ波放射手段203への電力を分配する電力分配器206、マイクロ波発生ユニット205への電力を供給するインバータ回路の動作制御、インバータでの消費電力計算、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路204で得られた進行波電力及び反射波電力の各電力値を演算可能な電気信号に変換する検出・演算・制御回路部を持ち、マイクロ波発生ユニット205から出力されたマイクロ波電力を低損失な伝送線路により電力分配器206に送信され、加熱室202内に設けられた複数のアンテナによるマイクロ波放射手段203に各々分配され、被加熱物に照射される。加熱室202内に設けられた複数のアンテナによるマイクロ波放射手段203への電力供給は、電力分配器206で使用されているアンテナ数に分配しても良い。加熱室202内に設けられた複数のアンテナによるマイクロ波放射手段203とすることで被加熱物での偏った加熱を防ぎ被加熱物の加熱温度を均一化するように動作する。しかし、加熱室202内に設けられた複数のアンテナによるマイクロ波放射手段203だけでは、被加熱物の加熱温度を均一化することは困難であるため、さらにマイクロ波発生ユニット205の周波数を変化させることで加熱温度の均一化を図ることができる。マイクロ波発生ユニット205での周波数を変化させた場合には、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路204にて進行波及び反射波の電力をモニタし反射波電力/進行波電力が少なくなるようにマイクロ波発生ユニット205での周波数を変化させるように制御を行う。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a high-frequency heating device according to a second embodiment of the present invention. The high-
また、被加熱物の加熱時におけるマイクロ波発生パタンに関する説明は、実施例1と同様である。 Further, the description of the microwave generation pattern when the object to be heated is heated is the same as that in the first embodiment.
図3は、本発明の第3実施例である高周波加熱装置の構成を示す図である。高周波加熱装置301は、加熱室302、マイクロ波放射手段303、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路304、マイクロ波発生ユニット305、マイクロ波発生ユニット305への電力を供給するインバータ回路の動作制御、インバータでの消費電力計算、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路304で得られた進行波電力及び反射波電力の各電力値を演算可能な電気信号に変換する検出・演算・制御回路部を持ち、マイクロ波発生ユニット305から出力されたマイクロ波電力を低損失な伝送線路により加熱室302まで伝送される。加熱室302内では回転アンテナなどによるマイクロ波放射手段303から被加熱物に照射される。回転アンテナなどによるマイクロ波放射手段303は、回転することで被加熱物での偏った加熱を防ぎ被加熱物の加熱温度を均一化するように動作する。しかし、回転アンテナなどによるマイクロ波放射手段303だけでは、被加熱物の加熱温度を均一化することは困難であるため、さらにマイクロ波発生ユニット305ではf1〜fnのうち少なくとも1つの周波数を出力することで被加熱物の加熱温度の均一化を図ることができる。マイクロ波発生ユニット305ではf1〜fnのうち少なくとも1つの周波数を出力させた場合には、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路304にて進行波及び反射波の電力をモニタし反射波電力/進行波電力が少なくなるように回転アンテナなどによるマイクロ波放射手段303の回転角度、または、マイクロ波発生ユニット305ではf1〜fnのうち少なくとも1つの周波数を出力させるように制御を行う。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a high-frequency heating device according to a third embodiment of the present invention. The high-
また、被加熱物の加熱時におけるマイクロ波発生パタンに関する説明は、実施例1と同様であるが、マイクロ波発生ユニット305においてf1〜fnでの中の複数個を動作させた場合、それらが常に同じマイクロ波発生パタンを持つ必要はない。これはすべてのマイクロ波発生パタンが異なっていても良く、例えば瞬時的にマイクロ波発生ユニット305中のf1〜fnのいずれか1個が動作していても良い。
Further, the description of the microwave generation pattern during heating of the object to be heated is the same as in the first embodiment, but when a plurality of
図4は、本発明の第4実施例である高周波加熱装置の構成を示す図である。高周波加熱装置401は、加熱室402、マイクロ波放射手段403a〜403d、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路404a〜404d、マイクロ波発生ユニット405a〜405d、マイクロ波発生ユニット405a〜405dへの電力を供給するインバータ回路の動作制御、インバータでの消費電力計算、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路404a〜404dで得られた進行波電力及び反射波電力の各電力値を演算可能な電気信号に変換する検出・演算・制御回路部を持ち、マイクロ波発生ユニット405a〜405dから出力されたマイクロ波電力を低損失な伝送線路により加熱室402内に設けられた複数のアンテナによるマイクロ波放射手段403a〜403dに送信され、被加熱物に照射される。加熱室402内に設けられた複数のアンテナによるマイクロ波放射手段403a〜403dとすることで被加熱物での偏った加熱を防ぎ被加熱物の加熱温度を均一化するように動作する。しかし、加熱室402内に設けられた複数のアンテナによるマイクロ波放射手段403a〜403dだけでは、被加熱物の加熱温度を均一化することは困難である。マイクロ波発生ユニット405a〜405dではf1〜fnの全ての周波数が異なっていても、同じ周波数であっても良く、これらの周波数のマイクロ波を出力することで被加熱物の加熱温度の均一化を図ることができる。マイクロ波発生ユニット405a〜405dで出力させた場合には、進行波及び反射波の電力を結合する各々の結合回路404a〜404dにて進行波及び反射波の電力をモニタし各々の反射波電力/進行波電力が少なくなるようにマイクロ波発生ユニット405a〜405dではf1〜fnの全ての周波数が異なっていても、同じ周波数であっても良く、これらの周波数のマイクロ波を出力するように制御を行う。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a high-frequency heating device according to a fourth embodiment of the present invention. The high-
また、被加熱物の加熱時におけるマイクロ波発生パタンに関する説明は、実施例1と同様であるが、マイクロ波発生ユニット405a〜405dにおいてf1〜fnでの中の複数個を動作させた場合、それらが常に同じマイクロ波発生パタンを持つ必要はない。これはすべてのマイクロ波発生パタンが異なっていても良く、例えば瞬時的にマイクロ波発生ユニット405a〜405d中のf1〜fnのいずれか1個が動作していても良い。 Further, the description of the microwave generation pattern during heating of the object to be heated is the same as that in the first embodiment, but when a plurality of microwave generation units 405a to 405d are operated in f1 to fn, they are described. Do not always have the same microwave generation pattern. This may be because all microwave generation patterns are different, for example, any one of f1 to fn in the microwave generation units 405a to 405d may be operating instantaneously.
図9は、本発明の第5実施例である高周波加熱装置に用いられる、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路の構成を示す図である。結合回路は、主線路601、結合線路602、誘電体603、グランド604のマイクロストリップ線路で構成されており、マイクロ波発生ユニットから出力されたマイクロ波は、主線路601にてマイクロ波放射手段に供給される。この時、結合線路602にて進行波及び反射波の電力を結合する。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a coupling circuit for coupling the power of a traveling wave and a reflected wave used in the high-frequency heating device according to the fifth embodiment of the present invention. The coupling circuit is composed of a
図10は、本発明の第6実施例である高周波加熱装置に用いられる、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路の構成を示す図である。結合回路は、主線路701、結合線路702、誘電体703、グランド704のストリップ線路で構成されており、マイクロ波発生ユニットから出力されたマイクロ波は、主線路701にてマイクロ波放射手段に供給される。この時、結合線路702にて進行波及び反射波の電力を結合する。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a coupling circuit for coupling the power of a traveling wave and a reflected wave used in the high-frequency heating device according to the sixth embodiment of the present invention. The coupling circuit is composed of a strip line of a
図11は、本発明の第7実施例である高周波加熱装置に用いられる、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路の構成を示す図である。結合回路は、導波管主線路801、マイクロストリップ結合線路802a、802b、マイクロ波入出力端子803、結合穴804で構成されており、マイクロ波入出力端子803から入力されたマイクロ波は、結合穴804で結合されマイクロストリップ結合線路802a、802bに伝えられる。ここではマイクロストリップ結合線路802a、802bは導波管主線路801上面と接していないが、実際には結合穴804中心線の導波管主線路801上面に接する。更に方向性結合器の方向性を高めるためにマイクロストリップ結合線路802a、802bのように回転させ最適点を求める。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a coupling circuit for coupling the power of a traveling wave and a reflected wave used in the high-frequency heating device according to the seventh embodiment of the present invention. The coupling circuit is composed of a waveguide
図12は、本発明の第8実施例である高周波加熱装置に用いられる、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路の構成を示す図である。結合回路は、導波管主線路901、マイクロストリップ結合線路902、マイクロ波入出力端子903、結合穴904で構成されており、マイクロ波入出力端子903から入力されたマイクロ波は、結合穴904で結合されマイクロストリップ結合線路902に伝えられる。ここではマイクロストリップ結合線路902は導波管主線路901上面と接していないが、実際には各結合穴904の中心線の導波管主線路801上面に接する。ここでは方向性結合器の方向性を高めるために複数の結合穴904を周波数に比例した長さに配置している。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a coupling circuit for coupling the power of a traveling wave and a reflected wave used in the high-frequency heating device according to the eighth embodiment of the present invention. The coupling circuit is composed of a waveguide
図13は、本発明の第9実施例である高周波加熱装置に用いられる、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路の構成を示す図である。結合回路は、導波管主線路1001、ストリップ結合線路1002で構成されており、結合線路としてストリップ線路が使用されており実施例8と同等の動作をする。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a coupling circuit for coupling the power of a traveling wave and a reflected wave used in the high-frequency heating device according to the ninth embodiment of the present invention. The coupling circuit is composed of a waveguide
図14は、本発明の第10実施例である高周波加熱装置に用いられる、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路の構成を示す図である。結合回路は、導波管主線路1101、同軸結合線路1102で構成されており、結合線路として同軸線路が使用されており実施例8と同等の動作をする。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a coupling circuit for coupling the power of a traveling wave and a reflected wave used in the high-frequency heating device according to the tenth embodiment of the present invention. The coupling circuit is composed of a waveguide
図15は、本発明の第11実施例である高周波加熱装置に用いられる、進行波及び反射波の電力を結合する結合回路の構成を示す図である。結合回路は、導波管主線路1201、同軸結合線路1202で構成されており、結合線路として同軸線路が使用されており実施例8と同等の動作をする。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a coupling circuit for coupling the power of a traveling wave and a reflected wave used in the high frequency heating device according to the eleventh embodiment of the present invention. The coupling circuit is composed of a waveguide
高周波加熱装置 101、201、301、401
加熱室 102、202、302、402
マイクロ波放射手段 103、203、303、403a〜403d
結合回路 104、204、304、404a〜404d
マイクロ波発生ユニット 105、205、305、405a〜405d
主線路 601、701、
結合線路 602、702
誘電体 603、703
グランド604、704
導波管主線路 801、901、1001、1101、1201
マイクロストリップ結合線路 802a、802b、902
ストリップ結合線路 1002
同軸結合線路 1102、1202
マイクロ波入出力端子 803、903
結合穴 804、904
High
Microwave emitting means 103, 203, 303, 403a to 403d
Coupling
Waveguide
Microwave input /
Bonding holes 804, 904
Claims (11)
前記マイクロ波発生ユニットの周波数と前記マイクロ波放射手段のアンテナ角度と回転角度とを組み合わせて変化させた場合に検出される進行波、反射波の少なくともどちらか一方の電力値信号の特性に基づいて、負荷状態を検出することを特徴とする高周波加熱装置。 It has a microwave generation unit having a source for generating one or more microwaves, a heating chamber, and microwave emitting means installed inside the heating chamber, and uses microwaves radiated into the heating chamber. A coupling circuit that couples the power of traveling waves and reflected waves to a transmission line for transmitting from the microwave generation unit to the microwave emitting means, which is a high-frequency heating device that heats an object, and the coupling circuit. It has a converter that converts the power values of the combined traveling wave and reflected wave into comparable signals.
Based on the characteristics of the power value signal of at least one of the traveling wave and the reflected wave detected when the frequency of the microwave generating unit and the antenna angle and the rotation angle of the microwave emitting means are changed in combination. , A high frequency heating device characterized by detecting a load state.
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