CN103797895B - 微波处理装置 - Google Patents

Abstract

微波处理装置具有：振荡部（12）；功率放大部（13）；加热室（14），其收纳被加热物（18）；供电部（15），其配置于加热室（14）的壁面，被传输有微波产生部的输出，并将该微波放射而提供到加热室（14）内；以及，功率检测部（16），其检测从供电部（15）反射到功率放大部（13）的功率，使用反射功率的极小点频率的上位的数个点来决定多个加热频率，在规定的单位时间内进行频率跳变加热。

Description

微波处理装置

技术领域

本发明涉及微波处理装置。

背景技术

以往，作为这种微波处理装置，关于被加热部的均匀加热方面提出了各种技术。关于多重供电，提出了如下高频加热装置：通过利用电磁线圈（solenoid）等构成的滑动单元交替地关闭两个供电口，使由磁控管（magnetron）产生的微波的模式连续地变化（例如，参照专利文献1）。

此外，提出了具有如下特征的高频加热装置：对腔室（cavity）壁面设置用于使被加热物与底面之间的接触面积减小的凹凸部（例如，参照专利文献2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开昭59-029397号公报

专利文献2：日本国特开2003-307317号公报

发明内容

发明要解决的问题

现有的高频加热装置通过追加搅拌风扇（stirrerfan）、旋转台、旋转天线等机构部件，来搅拌入射到加热室的微波。

此外，在上述专利文献1中，通过在多个部位进行供电的结构来实现微波的集中和扩散，另一方面，在上述专利文献2中，通过将腔室壁面形状设为凹凸的结构，来实现微波的集中和扩散。

但是，由于上述旋转机构部件的追加、供电部位的追加和腔室壁面的加工，产生加热室的容积减小的弊端，而且还存在成本增加的趋势，从而得到与设备的小型化和低成本化的要求相反的结果。

本发明的目的在于解决上述现有的问题，提供一种微波处理装置，其在无需进行机构部件的追加和加工的情况下，实现了均匀加热。

用于解决问题的手段

为了解决上述现有的问题，本发明的微波处理装置具有：加热室，其收纳被加热物；振荡部，其输出加热频率的源信号；功率放大部，其使用了对所述振荡部的输出进行功率放大的半导体元件；供电部，其将所述功率放大部的输出提供给所述加热室；功率检测部，其检测从所述功率放大部提供给所述供电部的入射功率和从所述供电部反射到所述功率放大部的反射功率；以及控制部，其控制所述振荡部的振荡频率和所述功率放大部，所述供电部至少配置于构成所述加热室的壁面，所述控制部在加热动作开始前使所述功率放大部进行低输出动作，在规定的频率范围内使所述振荡部的振荡频率发生变化，检测由所述功率检测部检测到的反射功率，通过使用所述检测出的反射功率的极小点频率的上位的数个点，决定所述振荡部的多个加热频率，针对所述多个加热频率，在规定的单位时间内进行频率跳变加热。

由此，能够进行加热分布的时间扩散，具有防止对被加热物局部加热的效果。

此外，所述控制部在使用了所述提取出的反射功率的极小点频率中的上位的数个点的微波加热中，通过乘上基于与提取出的多个频率相关的检测功率信息的时间系数，将针对被加热物的每一频率的入射功率控制为大致相等。

由此，虽然选择出的各频率中的反射功率、即入射到被加热物的功率强度不同，但是通过使用了所述各频率的时间系数的加权加热，使得每一频率的负载入射功率变得大致相等，因此，实现了均匀加热下的完成质量的进一步提高。

此外，这是对单一供电或者多重供电均有效的技术，尤其是在不具有微波搅拌机构的单一供电方式的微波处理装置中，防止加热不均的效果较高。

发明效果

本发明的微波处理装置通过使用了反射功率较小的多个频率的频率跳变加热，在不增加旋转机构和加热室容积的情况下，使加热室内的加热分布发生变化，仅通过系统控制就实现了被加热部的均匀加热。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的微波处理装置的结构图。

图2是本发明的实施方式1的微波处理装置的功率检测特性图。

图3是本发明的实施方式1的微波处理装置的功率检测特性图。

图4是本发明的实施方式1的微波处理装置的功率检测特性图。

图5是本发明的实施方式1的微波处理装置的控制流程图。

图6是本发明的实施方式1的微波处理装置的控制流程图。

具体实施方式

第1发明具有：加热室，其收纳被加热物；振荡部，其输出加热频率的源信号；功率放大部，其使用了对所述振荡部的输出进行功率放大的半导体元件；供电部，其将所述功率放大部的输出提供给所述加热室；功率检测部，其检测从所述功率放大部提供给所述供电部的入射功率和从所述供电部反射到所述功率放大部的反射功率；以及控制部，其控制所述振荡部的振荡频率和所述功率放大部，所述供电部至少配置于构成所述加热室的壁面，所述控制部在加热动作开始前使所述功率放大部进行低输出动作，在规定的频率范围内使所述振荡部的振荡频率发生变化，检测由所述功率检测部检测到的反射功率，通过使用所述检测出的反射功率的极小点频率的上位的数个点，决定多个所述振荡部的加热频率，针对所述多个加热频率，在规定的单位时间内进行频率跳变加热。由此，具有如下作用：在不追加搅拌风扇等微波搅拌机构的情况下，仅通过系统控制来使加热室的微波加热分布发生改变，消除了因微波局部集中于被加热物而引起的加热不均。

因此，不需要机构部件的追加和加工，不会产生牺牲加热室容积的弊端，而且完全不会产生部件成本，因此能够不提高成本地获得所述作用。此外，尤其是在不具有搅拌机构的单一供电部结构的微波处理装置中，通常很难使加热分布发生变化，因此上述结构对加热分布的扩散的效果较大。

第2发明是：尤其是在第1发明中，控制部针对根据从所述功率放大部提供给所述供电部的入射功率和从所述供电部反射到所述功率放大部的反射功率而计算出的入射反射功率比，设定规定的阈值，从所述阈值以下的范围中选择所述反射功率即所述入射反射功率比小的上位的数个点，作为在频率跳变加热中使用的加热频率。由此，实现了被加热物的高效率的加热。

第3发明是：尤其是在第1发明中，控制部根据基于多个加热频率各自的检测功率信息的时间系数，来决定频率跳变的每一周期中各加热频率的加热时间。由此，反射功率越小、即被被加热物吸收的功率越大的加热频率，则加热时间短，反射功率越大、即被被加热物吸收的功率越小的加热频率，则加热时间越长，由此，每个加热频率被被加热物的功率变得大致相等，防止了被加热物的局部加热。

第4发明是：尤其是在第3发明中，控制部在使用了基于多个加热频率各自的检测功率信息的时间系数的频率跳变加热中，将各加热频率的负载入射功率控制为大致相等。由此，实现了高精度的均匀加热。

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。另外，本发明不受该实施方式限定。

（实施方式1）

图1是本发明的实施方式1中的微波处理装置的结构图。

在图1中，微波产生部11由振荡部12、功率放大部13、供电部15、功率检测部16和控制部17构成，其中，振荡部12是使用半导体元件构成的，功率放大部13是使用对振荡部12的输出进行功率放大的半导体元件构成的，供电部15将由功率放大部13放大后的微波输出而放射到加热室14内，功率检测部16插在连接功率放大部13与供电部15的微波传输路径上，对从供电部15反射到功率放大部13的功率和从功率放大部13提供给供电部15的入射功率进行检测，控制部17根据由功率检测部16检测出的入射功率和反射功率来控制功率放大部13。

此外，本实施方式1的微波处理装置具有由收纳被加热物18的大致长方体结构所构成的加热室14，加热室14由金属材料构成的左壁面、右壁面、底壁面、顶壁面、内壁面、和进行开闭以收纳被加热物18的开闭门（未图示）以及对被加热物18进行载置的载置台19构成，并构成为将所提供的微波封闭在内部。而且，构成加热室14的壁面配置有供电部15，该供电部15被传输了微波产生部11的输出，并将该微波放射而提供到加热室14内。在本实施方式中，示出了将供电部15配置于加热室14的底面的图，但是该供电部的配置不限于本实施方式，而可以配置于构成加热室14的任意一个壁面。

在功率放大部13中，利用在由低介电损失材料构成的电介质基板的单面上形成的导电体图案来构成电路，为了使作为放大元件的半导体元件良好地进行动作，在各半导体元件的输入侧和输出侧，分别配置有匹配电路。

在连接各个功能块的微波传输路径中，通过设置于电介质基板的单面的导电体图案，形成特性阻抗为大致50Ω的传输电路。此外，功率检测部16用于提取从加热室14侧传输到功率放大部13侧的所谓反射波的功率和从功率放大部13侧传输到加热室14侧的所谓入射功率，提取出功率耦合度为例如大约-40dB且反射功率和入射功率的大约1/10000的功率。该功率信号分别由检波二极管（未图示）进行整流、由电容器（未图示）进行平滑处理，其输出信号被输入到控制部17。

控制部17根据使用者直接输入的被加热物18的加热条件或者在加热中基于被加热物18的加热状态而得到的加热信息以及由功率检测部16得到检测信息，对分别提供给作为微波产生部11的构成要素的振荡部12和功率放大部13的驱动功率进行控制，对收纳在加热室14内的被加热物18进行最优加热。此外，在微波产生部11中配置有散热单元（未图示），该散热单元对主要在功率放大部13中具有的半导体元件的发热进行散热。

图2～图4是说明极小点频率的提取方法的功率检测特性图。各个图是对收纳有不同被加热物的加热室14提供微波时的代表例，各曲线表示对于微波产生部11产生的频带例如2400～2500MHz，以百分比示出控制部17根据功率检测部16检测出的信号而运算出的、反射功率（Pr）相对于入射功率（Pf）的比例。即，图2～图4的各曲线示出了反射功率（Pr）/入射功率（Pf）比21～反射功率（Pr）/入射功率（Pf）比23。此外，在各图中，以虚线示出规定的阈值25的级别。

图2示出了在低于阈值25的Pr/Pf的区域中存在多个极小点的情况。在图2的情况下，极小点频率按照升序设定为f11、f12、f13，并将这些频率设定为在本发明的频率跳变加热中使用的加热频率。

图3示出了在低于阈值25的Pr/Pf的区域中仅存在一个极小点的情况。在图3的情况下，设极小点频率为f21，针对Pr/Pf特性曲线与阈值直线的交点，分别设低频率侧为f22，设高频侧为f23，并选择这些频率作为在本发明的频率跳变加热中使用的加热频率。

图4示出了在低于阈值25的Pr/Pf的区域中不存在极小点的情况。在图4的情况下，设振荡频率的最低频率为f31，设最低频率与最高频率的中点频率为f32，设最高频率为f33，并选择这些频率作为在本发明的频率跳变加热中使用的加热频率。

以下，参照图5和图6，对如上构成的微波处理装置的动作和作用进行说明。

首先，将被加热物18收纳于加热室14，从操作部（未图示）进行加热条件输入，向控制部17发送加热开始信号（步骤S11）。然后，控制部17根据由步骤S11发送来的信息，使驱动电源（未图示）进行动作，对振荡部12提供电力（步骤S12）。

在接下来的步骤S13中，将振荡部12的振荡频率设为最低频率，提供设定为例如2400MHz的电压信号，开始振荡，并且之后控制驱动电源，使功率放大部13进行动作。此时，从功率放大部13输出第1输出功率例如10W以下的微波。在接下来的步骤S14中，通过功率检测部16检测提供给供电部15的入射功率（Pf）和从供电部15返回到功率检测部16的反射功率（Pr），将该检测值保存到控制部17。在接下来的步骤S15中，判别振荡频率是否达到最高频率例如2500MHz。在未达到2500MHz的情况下，进入步骤S19，将振荡频率加上规定的扫描频率间距量例如1MHz，然后以更新后的振荡频率输出微波，再次进入步骤S14和步骤S15。在达到2500MHz的情况下，进入步骤S16，停止基于第1输出功率的微波输出。

在接下来的步骤S17中，根据由控制部17保存的各频率的入射功率（Pf）和反射功率（Pr）的检测值，计算以频率为变量的Pr/Pf特性。在该Pr/Pf特性中，设单位为百分比：％，且意味着该值越小则被加热物18所吸收的功率越大，因而从供电部15返回到功率检测部16的反射功率越小，对被加热物18的加热效率越高。另一方面，在Pr/Pf较大的情况下，意味着被加热物18所吸收的功率减小，因而从供电部15返回到功率检测部16的反射功率增大，加热效率降低。在接下来的步骤S18中，针对在之前的步骤S17中计算出的Pr/Pf特性，设定将作为最小的Pr/Pf值加上规定的数值例如加上10％后的值作为规定的阈值。

在接下来的步骤S20中，针对Pr/Pf特性，在之前的步骤S18中设定的阈值以下的区域中，判别是否存在多个极小点频率。如图2所示，在存在多个极小点频率的情况下，进入步骤S21，按升序设定为f11、f12、f13、···。由此，意味着将Pr/Pf为最小值的频率设定为f11。另一方面，在步骤S20中不存在多个极小点频率的情况下，进入步骤S27，进一步判别是否仅存在1个极小点频率。如图3所示，在仅存在1个极小点频率的情况下，进入步骤S28，将极小点频率设定为f21，针对Pr/Pf特性曲线与阈值直线的交点，分别将低频率侧设定为f22，将高频侧设定为f23。如图4所示，在不存在极小点频率的情况下、即在不存在Pr/Pf特性曲线与阈值直线的交点的情况下，进入步骤S29，将振荡频率的最低频率设定为f31，将最低频率与最高频率的中点频率设定为f32，将最高频率设定为f33。在以后的说明中，以将f11、f12和f13这3个频率作为在频率跳变加热中使用的加热频率的情况为代表进行说明。

接下来，在步骤S22中，根据在之前的步骤S21、步骤S28和步骤S29中设定的加热频率，计算各加热频率中的加热时间的加权系数。设针对每一加热频率的加权系数为Bn，并通过Ap（k-n＋1）/ΣApn来定义该加权系数。此处，Apn是各个加热频率的被加热物吸收功率比率，由1-（Prn/Pfn）来定义，而ΣApn由Apn的总和来定义。此外，n与在之前的步骤S21、步骤S28和步骤S29中设定的加热频率f的后面赋予的两位数字中的一位的值相等，k与加热频率的数量相等。例如，加热频率为f11的情况下的加权系数B1为Ap（3-1＋1）/ΣApn＝Ap3/（Ap1＋Ap2＋Ap3）。因此，加热频率f11的加热时间因与被加热物吸收功率比率Ap3成比例而被设定为3个频率中最短的时间，其中，加热频率f11是反射功率最小的、即被加热物所吸收的功率最大的加热频率，被加热物吸收功率比率Ap3是指在设定的频率中，被加热物所吸收的功率最小的加热频率f13的被加热物吸收功率比率。另一方面，加热频率f13的加热时间与加热频率f11的被加热物吸收功率比率Ap1成比例，因此被设定为最长的时间。

接下来，在步骤S23中，将振荡频率设定为f11，并输出第2输出功率例如20W的微波功率。紧接着，以规定的跳频周期Th例如1秒的期间，根据由之前的步骤S22计算出的加权系数，开始频率跳变加热。通常，频率跳变是在数据通信中使用的扩频方式中的一种，其为如下技术：每隔极短的时间例如0.1秒逐次变更信号的发送频率，因此，即使在特定频率中产生了噪声的情况下，也能够利用以其它频率通信的数据来进行校正。此处，将在跳频周期Th内使用多个加热频率、并依次以不同的频率对被加热物进行加热的微波加热方式称作频率跳变加热。此处，用式子Pf·Σ（Apn·Bn）·Th来定义在规定的跳频周期Th秒内被被加热物18吸收的能量Ein，单位为焦耳：J。例如，根据上述Ein的式子，每个跳频周期的加热频率f11的加热时间为B1·Th秒。

关于频率跳变加热，按照后续步骤即步骤S24中的Pr/Pf特性的规定的再检测时间Td例如5秒钟进行反复。在到达再检测时间Td后，进入步骤S25，在被加热物18满足加热前设定的加热条件的情况下，进入步骤S26，在不满足的情况下，返回步骤S14，再次取得Pr/Pf特性，反复进行到步骤S25为止的一系列步骤。在步骤S26中，由于在之前的步骤S25中判断为满足被加热物18的加热条件，因此停止第2微波功率，结束被加热物的加热。

这样，通过求出反射功率、即Pr/Pf特性的极小点频率中的上位的数个点，能够使输出规定功率的加热动作时的反射功率尽量小，使被加热物18高效地吸收微波的能量，来进行加热动作。此外，针对各个频率，基于微波的加热室14的加热分布具有不同的分布，因此能够通过多个设定频率，以多个加热分布对被加热物进行加热，来降低加热不均。此外，根据检测功率信息，通过对每个设定频率赋予加权系数，能够使被被加热物吸收的功率在对各个跳频周期设定的加热频率中变得大致相等，从而实现高精度的均匀加热。

已参照详细且特定的实施方式对本发明进行了说明，但是，对本领域技术人员而言，清楚可知的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够进行各种变形和修正。

本申请基于2011年9月16日申请的日本专利申请No.2011-202622，在此，引用其内容作为参照。

产业上的可利用性

如上所述，本发明的微波处理装置可以替代现有的微波炉，而且仅通过一个天线和系统控制即可进行均匀加热，因此，能够实现对机构限制严格的整体厨房的安装以及与其它设备、例如冰箱和自动售卖机等的一体化组装。

标号说明

11微波产生部

12振荡部

13功率放大部

14加热室

15供电部

16功率检测部

17控制部

18被加热物

19载置台

21、22、23反射功率（Pr）/入射功率（Pf）比

25阈值

Claims (3)

1.一种微波处理装置，其具有：

加热室，其收纳被加热物；

振荡部，其输出加热频率的源信号；

功率放大部，其使用了对所述振荡部的输出进行功率放大的半导体元件；

供电部，其将所述功率放大部的输出提供给所述加热室；

功率检测部，其检测从所述功率放大部提供给所述供电部的入射功率和从所述供电部反射到所述功率放大部的反射功率；以及

控制部，其控制所述振荡部的振荡频率和所述功率放大部，

所述供电部至少配置于构成所述加热室的壁面，

所述控制部在加热动作开始前使所述功率放大部进行低输出动作，在规定的频率范围内使所述振荡部的振荡频率发生变化，检测由所述功率检测部检测到的反射功率，通过使用所述检测出的反射功率的极小点频率的上位的数个点，决定所述振荡部的多个加热频率，针对所述多个加热频率，在规定的单位时间内进行频率跳变加热，

所述控制部利用基于多个加热频率各自的检测功率信息的时间系数，来决定频率跳变的每个周期中各加热频率的加热时间。

2.根据权利要求1所述的微波处理装置，其中，

所述控制部针对根据从所述功率放大部提供给所述供电部的入射功率和从所述供电部反射到所述功率放大部的反射功率而计算出的入射反射功率比，设定规定的阈值，从所述阈值以下的范围中选择所述反射功率即所述入射反射功率比小的上位的数个点，作为在频率跳变加热中使用的加热频率。

3.根据权利要求1所述的微波处理装置，其中，

所述控制部在使用了基于所述多个加热频率各自的检测功率信息的时间系数的频率跳变加热中，将各加热频率的负载入射功率控制为相等。