CN109315029A - 高频加热装置 - Google Patents

Abstract

高频加热装置(100)具有：高频功率产生部(120)，其产生高频功率；表面波激振体(103)，其利用表面波来传播高频功率而对被加热物(102)进行加热；高频功率供给部(110)，其将高频功率提供给表面波激振体(103)；以及设置台(101)，其设置被加热物(102)。高频功率产生部(120)根据所期望的表面波激振体(103)附近的高频功率的表面集中度，设定提供给表面波激振体(103)的高频功率的频率与表面波激振体(103)的激振频率之间的大小关系而对被加热物(102)进行加热处理。由此，提供能够变更被加热物(102)的厚度方向的加热状态的高频加热装置(100)。

Description

高频加热装置

技术领域

本发明涉及具有使用了周期性结构体的表面波激振体的高频加热装置。

背景技术

以往公开了与如下高频加热装置相关的技术：该高频加热装置对使用了周期性结构体的表面波激振体提供高频功率(高周波電力)而对食品等被加热物实施加热处理(例如，见专利文献1)。

专利文献1的高频加热装置具有使叉指型带线路(交叉指型テープ線路)(表面波线路)的终端部的阻抗随时间变化的阻抗可变部。阻抗可变部使驻波分布随时间变化而使进行较强能量的放射的部分移动。由此，有效地对食品整体进行加热。

即，上述高频加热装置通过叉指型带线路(表面波线路)的终端部的阻抗的变化来改变叉指型带线路(表面波线路)的驻波分布而使终端部的阻抗随时间变化。由此，使驻波分布随时间变化而对食品整体进行加热。

但是，以往的高频加热装置无法使被加热物的厚度方向上的高频功率的放射分布变化。

现有技术文件

专利文献

专利文献1：日本特开昭61-0589号公报

发明内容

本发明提供一种高频加热装置，能够使高频功率朝向被加热物的放射分布发生变化而改变被加热部的加热状态。

即，本发明的高频加热装置具有：高频功率产生部，其产生高频功率；表面波激振体，其利用表面波来传播高频功率而对被加热物进行加热；高频功率供给部，其将高频功率提供给表面波激振体；以及设置台，其设置被加热物。高频功率产生部根据所期望的表面波激振体附近的高频功率的表面集中度，设定提供给表面波激振体的高频功率的频率与表面波激振体的激振频率之间的大小关系而对被加热物进行加热处理。

根据该结构，在被加热物的厚度方向上，根据所期望的加热状态，设定提供给表面波激振体的高频功率的频率与表面波激振体的激振频率之间的大小关系。由此，能够在被加热物的厚度方向上以期望的加热状态对被加热物进行加热处理。

附图说明

图1是示出本实施方式的高频加热装置的基本结构的框图。

图2是示出本实施方式的高频加热装置的高频功率供给部的结构的框图。

图3A是示出本实施方式的高频加热装置的表面波激振体产生的电场的表面集中度较高的情况下的被加热物的加热动作的一例的图。

图3B是示出本实施方式的高频加热装置的表面波激振体产生的电场的表面集中度较低的情况下的被加热物的加热动作的一例的图。

图4A是示出本实施方式的高频加热装置的高频功率的频率与表面波激振体的激振频率相等的情况下的电场的表面集中度相对于距表面波激振体的距离的变化的一例的曲线图。

图4B是示出本实施方式的高频加热装置的高频功率的频率低于表面波激振体的激振频率的情况下的电场的表面集中度相对于距表面波激振体的距离的变化的一例的曲线图。

图4C是示出本实施方式的高频加热装置的高频功率的频率高于表面波激振体的激振频率的情况下的电场的表面集中度相对于距表面波激振体的距离的变化的一例的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。并且，本发明并不限定于该实施方式。

(实施方式)

下面，使用图1对本实施方式的高频加热装置100进行说明。

图1是示出本实施方式的高频加热装置100的基本结构的框图。

如图1所示，高频加热装置100具有表面波激振体103、高频功率供给部110、高频功率产生部120、载置被加热物102的设置台101等。高频加热装置100对设置在设置台101上的被加热物102进行加热处理。

此时，高频加热装置100被设定为使由高频功率产生部120产生的高频功率的频率与表面波激振体103所具有的激振频率彼此成为预先意图的频率关系。所意图的频率关系被设定为被加热物102以期望的加热状态被加热处理。

另外，以图1所示的高频加热装置100分别具有1个表面波激振体、1个高频功率供给部以及1个高频功率产生部的结构为例进行了图示，但不限于此。表面波激振体、高频功率供给部以及高频功率产生部的数量不限于上述的数量。

并且，高频加热装置100如下进行动作。

首先，高频功率产生部120产生高频功率。所产生的高频功率经由高频功率供给部110被提供给表面波激振体103。所供给的高频功率利用表面波沿表面波激振体103附近传播、或者放射。由此，载置在设置台101上的被加热物102被加热。

本实施方式的高频加热装置100如上所述地构成而进行动作。

上述高频功率产生部120由输出适用于被加热物102的加热处理的频率(例如，微波)和功率的高频功率的高频发射器构成。

具体来说，高频发射器例如由磁控管和逆变器电源电路、固体振荡器和功率放大器等构成。

磁控管是一种产生强力的非相干微波(其是电波中的一种)的振荡用真空管，多用于雷达或微波炉等数百瓦特～数千瓦特的高输出用途。磁控管的驱动需要数千伏特的高电压。因此，通常使用逆变器电源电路作为磁控管的驱动电源。逆变器电源电路由具有整流功能的转换器电路、以及具有升压(或降压)功能和输出频率转换功能的逆变器电路构成。另外，逆变器电源电路是一种广泛用于照明装置和电动机控制的技术。

另一方面，固体振荡器由具有反馈电路的半导体振荡电路构成，该反馈电路具有晶体管、电容器、电感器、电阻器等高频用电子元件。另外，固体振荡器是一种广泛用于通信设备等小功率输出用途的振荡器的技术。

关于固体振荡器，近年来也存在输出大约50瓦特的高频功率的振荡器，但一般来说，是输出大约数十毫瓦～数百毫瓦的高频功率的振荡器。因此，无法用于需要数百瓦特的输出功率的加热处理的用途。由此，固体振荡器通常与对输出的高频功率进行放大的由晶体管等构成的功率放大器一起使用。

高频功率供给部110相当于对表面波激振体103提供由高频功率产生部120产生的高频功率的功率连接部。另外，关于高频功率供给部110的结构将在后面进行叙述。

表面波激振体103由在金属板中周期性地布置有阻抗元件的金属周期性结构体、电介质板等构成。在金属周期性结构体的情况下，例如，采用短截线型表面波激振体(スタブ型表面波励振体)、叉指型表面波激振体(インターデジタル型表面波励振体)。对于短截线型表面波激振体，在图1所示的金属平板上沿朝向被加热物立起的方向以一定间隔排列多个金属平板而形成。对于叉指型表面波激振体，以交叉指状冲压金属平板而形成。对于电介质板，使用氧化铝板、胶木板(Bakelite plate)。

此时，表面波激振体103的激振频率由所使用的材料、物理性的结构尺寸等决定。例如，在短截线型表面波激振体的情况下，可以通过使金属平板上排列的多个金属平板的高度尺寸、金属平板的间隔尺寸等变化，从而使表面波激振体103的激振频率变化。通常来说，金属平板的高度尺寸越低，表面波激振体103的激振频率越高，金属平板的间隔尺寸越小，表面波激振体103的激振频率越高。因此，通过调整金属平板的高度和/或间隔，能够形成具有期望的激振频率的表面波激振体103。

此外，表面波激振体103使经由高频功率供给部110从高频功率产生部120供给的高频功率集中在其表面附近，利用表面波进行传播。另外，表面波激振体103例如也能够使高频功率朝高频加热装置100内的空间放射。由此，载置在表面波激振体103附近的设置台101上的被加热物102通过利用表面波沿表面波激振体103的表面附近传播的高频功率或者从表面波激振体103放射的高频功率而被加热。

接着，使用图2对本实施方式的高频功率供给部110的结构进行说明。

图2是示出高频功率供给部110的结构的一例的框图。

图2所示，高频功率供给部110配置为经由形波导管130将由高频功率产生部120产生的高频功率向高频功率供给部110引导。

方形波导管130主要由用于传输微波等电磁波的中空波导管构成。中空波导管为普通的波导管，由截面形状为方形(例如，长方形)的金属制的管形成。电磁波一边形成与方形波导管130的形状、尺寸、波长或者频率对应的电磁场，一边在方形波导管130中传播。

并且，从高频功率产生部120传播的高频功率经由方形波导管130以及锥形形状的方形波导管131被提供给表面波激振体103。锥形形状的方形波导管131抑制要传播的微波在接合部中的反射，减少损失。

即，如图2的虚线所示，高频功率供给部110由方形波导管130的一部分、锥形形状的方形波导管131以及表面波激振体103的一部分构成。

由此，由高频功率产生部120产生的高频功率经由方形波导管130被引导至高频功率供给部110，经由锥形形状的方形波导管131被高效地提供给表面波激振体103。

此时，本实施方式的高频加热装置100被设定为使由高频功率产生部120产生的高频功率的频率与表面波激振体103所具有的激振频率彼此成为预先意图的频率关系。由此，如后所述，以期望的加热状态对被加热物102进行加热处理。

本实施方式的高频加热装置100如上所述构成，对被加热物102等进行加热处理。

接着，使用图3A和图3B对上述高频加热装置100的对被加热物102进行加热处理的动作进行说明。

图3A和图3B示意性示出在将被加热物102设置在设置台101上的状态下、按照基于所供给的高频功率的表面波激振体103的表面附近的电场强度分布对被加热物102进行加热的动作的一例。

即，图3A示出在按照使得高频功率的表面集中度增强的方式设定由高频功率产生部120产生的高频功率的频率与表面波激振体103的激振频率的情况下的、在表面波激振体103的表面附近形成的电场强度分布141。

图3B示出在按照使得高频功率的表面集中度减弱的方式设定高频功率的频率与激振频率的情况下的、在表面波激振体103的表面附近形成的电场强度分布142。

另外，图3A和图3B通过颜色的浓淡示出电场强度分布141和142的电场的强度。在该情况下，颜色越浓，表示电场越强。

在图3A的情况下，按照使得在表面波激振体103的附近高频功率的表面集中度增强的方式设定高频功率的频率与表面波激振体103的激振频率之间的关系。因此，表面波激振体103的表面附近的电场强度变强。由此，被加热物102的靠近表面波激振体103一侧的表面和靠近表面波激振体103一侧的内部被集中较强地加热。并且，随着远离表面波激振体103，电场强度急剧变弱。因此，被加热物102的加热程度也变弱。

另一方面，在图3B的情况下，按照使得在表面波激振体103的附近高频功率的表面集中度减弱的方式设定高频功率的频率与表面波激振体103的激振频率之间的关系。在该情况下，表面波激振体103的表面附近的电场强度变弱，但随着远离表面波激振体103，电场强度的减弱也较小。因此，被加热物102的与表面波激振体103接触一侧的表面不会被集中较强地加热。即，对被加热物102整体比较均匀地进行加热。

如上所述，高频加热装置100根据高频功率的频率与表面波激振体103的激振频率之间的关系，执行被加热物102的加热处理动作。

下面，利用上述的高频功率的频率与表面波激振体103的激振频率之间的大小关系，参照图3A和图3B同时使用图4A至图4C说明距表面波激振体103的表面的距离与电场强度之间的关系。

图4A至图4C示意性示出基于提供给表面波激振体103高频功率的频率fp与表面波激振体103的激振频率fc之间的关系的、在表面波激振体103的表面附近形成的高频功率(电场)的表面集中度的变化的一例。

详细来说，图4A至图4C通过曲线图示出了提供给表面波激振体103的高频功率的频率fp与表面波激振体103的激振频率fc之间的关系中的、电场强度的大小相对于距表面波激振体103的表面的距离的变化。此时，图4A至图4C的横轴表示距表面波激振体的表面的距离，纵轴表示电场强度的大小。另外，在图中，曲线图的倾斜越大，表示电场越集中在表面波激振体103的表面。

图4A通过曲线图151示出提供给表面波激振体103的高频功率的频率fp与表面波激振体103的激振频率fc大致相等时的、相对于距表面波激振体103的表面的距离的电场强度的大小，图4B通过曲线图152示出高频功率的频率fp低于激振频率fc时的电场强度的大小。另外，图4C通过曲线图153示出高频功率的频率fp高于激振频率fc时的电场强度的大小。

首先，如图4A所示，当将高频功率的频率fp和激振频率fc设定为大致相等的频率时，表示相对于距表面波激振体103的表面距离的电场强度的大小的曲线图151的倾斜最大。即，成为电场较强地集中在表面波激振体103的表面附近的近似于图3A的状态。由此，被加热物102的表面被集中地加热。因此，上述频率fp与激振频率fc之间的关系适用于将被加热物102的表面赋予焦色的情况。

此外，如图4B所示，当将高频功率的频率fp设定为低于激振频率fc时，曲线图152的倾斜与图4A的曲线图151的倾斜相比变缓。即，电场向表面波激振体103的表面的集中度下降，高频功率从表面波激振体103的表面到达的距离变长。因此，表面波激振体103的表面附近的电场强度较大，但即使远离表面波激振体103的表面也不会产生电场强度的急剧减弱。即，高频功率到达稍微离开表面波激振体103的表面之处。因此，上述频率fp与激振频率fc之间的关系适用于以被加热物不会烤焦的程度对被加热物102进行强烈加热的情况。

此外，如图4C所示，当将高频功率的频率fp设定为高于激振频率fc的频率时，曲线图153几乎不倾斜而成为平坦的电场强度分布。即，电场不集中在表面波激振体103的表面附近，而是在整体广泛分布。这意味着是如下状态：被提供给表面波激振体103的高频功率不利用表面波沿表面波激振体103传播而是朝空间放射。因此，上述频率fp与激振频率fc之间的关系适用于对被加热物102整体均匀地进行加热的情况。

如上所述，本实施方式的高频加热装置100根据与用户所期望的加热状态对应的表面波激振体103的表面附近的高频功率的表面集中度，设定提供给表面波激振体103的高频功率的频率fp与表面波激振体103的激振频率fc之间的大小关系。由此，能够使利用表面波沿表面波激振体103传播的高频功率的传播状态变化。并且，表面波激振体103的表面附近的电场强度分布产生变化。其结果是能够按照用户所期望的加热状态对被加热物102进行加热处理。

即，按照使得提供给表面波激振体103的高频功率的频率fp与表面波激振体103的激振频率fc相等、或者低于表面波激振体103的激振频率fc的方式来设定频率fp与激振频率fc之间的关系。在该情况下，被提供给表面波激振体103的高频功率利用表面波沿表面波激振体103传播。即，高频功率按照基于“表面波模式”的动作进行传播。此时，只要调整高频功率的频率fp相对于表面波激振体103的激振频率fc的降低程度(差分)，就能够调整利用表面波沿表面波激振体103传播的高频功率的表面集中度。由此，能够根据相对于用户所期望的被加热物的厚度方向的加热状态，对被加热物102进行最佳的加热处理。

另一方面，按照使得提供给表面波激振体103的高频功率的频率fp高于表面波激振体103的激振频率fc的方式来设定频率fp与激振频率fc之间的关系。在该情况下，提供给表面波激振体103的高频功率不利用表面波沿表面波激振体103传播而是朝空间放射。即，高频功率按照基于“放射模式”的动作被放射。因此，能够对被加热物102整体均匀地进行加热。

另外，在上述实施方式中，以使得高频加热装置100的高频功率产生部120按照固定的频率fp产生高频功率的结构为例进行了说明，但不限于此。例如，为了产生所设定的频率的高频功率，也可以通过频率可变的高频发射器构成高频功率产生部120。

频率可变的高频振荡器可以通过将电压可变元件(例如，变容二极管等)用于决定构成上述的半导体振荡电路的谐振电路的谐振频率的元件来实现。频率可变的高频振荡器一般被称为VCO(Voltage Controlled Oscillator:压控振荡器)。另外，由于VCO的技术是公知的技术，因此省略详细的说明。在该情况下，在高频振荡器中设置控制部，向VCO提供与频率对应的电压信息。由此，能够变更高频振荡器的频率。

此外，频率可变的高频振荡器可以由具有基准信号发生器和相位比较器的PLL(Phase Locked Loop：锁相环路)振荡器构成。另外，由于PLL振荡器的技术是公知的技术，因此省略详细的说明。在该情况下，在PLL振荡器中设置控制部，向相位比较器提供与频率对应的信息信号。由此，能够变更PLL振荡器的频率。

由此，能够通过1个高频功率产生部产生多个频率的高频功率。因此，能够简单且自由地设定上述的、提供给表面波激振体103的高频功率的频率fp与表面波激振体103的激振频率fc之间的大小关系。即，能够自由地使提供给表面波激振体103的高频功率的频率fp与表面波激振体103的激振频率fc之间的大小关系变化。由此，能够以简单的结构如用户所期望的那样使加热状态相对于被加热物102的厚度方向变化而对被加热物102进行加热处理。

此外，本实施方式的高频加热装置100可以由能够改变激振频率的激振频率可变的表面波激振体构成表面波激振体103。

具体来说，在由上述的短截线型表面波激振体形成表面波激振体的情况下，在金属平板上按照一定间隔排列的金属平板与金属平板之间，通过机械方式的控制来插入电介质。由此，能够使表面波激振体的激振频率变化。

在该情况下，也可以不通过机械方式的控制，而是通过电气方式的控制来改变电介质的介电常数，从而使表面波激振体的激振频率变化。由此，能够使表面波激振体的激振频率较大地变化。因此，能够使被加热物的厚度方向上的加热状态较大地变化。由此，能够扩大用户所期望的加热状态的范围而对被加热物进行丰富多样的加热处理。

另外，在上述实施方式中，关于高频加热装置的用途，没有特别地说明，但例如可以设为与下面说明的一般的烹调用微波炉相同的基本结构。

即，微波炉至少由加热室、高频功率产生部、波导管、构成加热部的表面波激振体、门以及门抗流槽等构成。加热室形成为大致长方体状(包括长方体状在内)，在内部载置待加热的被加热物。高频功率产生部由磁控管等构成，向加热室内供给高频功率。高频功率产生部设置在壳体下部或壳体侧部。波导管向加热室内供给由高频功率产生部产生的微波。表面波激振体设置在加热室的下部、背部或者上部，传播高频功率而对被加热物进行加热。为了对加热室进行开闭，门设置在壳体前面。门抗流槽设置在门的周围，防止微波等电磁波泄漏。

以上根据实施方式对本发明的高频加热装置进行了说明，但本发明不限于该实施方式。只要不脱离本发明的宗旨，对各实施方式实施本领域的技术人员能够想到的各种变形、组合不同的实施方式中的结构要素而构成的实施方式均包含在本发明的范围内。

如以上所说明，本发明的高频加热装置具有：高频功率产生部，其产生高频功率；表面波激振体，其利用表面波来传播高频功率而对被加热物进行加热；高频功率供给部，其将高频功率提供给表面波激振体；以及设置台，其设置被加热物。高频功率产生部根据所期望的表面波激振体附近的高频功率的表面集中度，设定提供给表面波激振体的高频功率的频率与表面波激振体的激振频率之间的大小关系而对被加热物进行加热处理。

根据该结构，在被加热物的厚度方向上，根据用户所期望的加热状态，设定提供给表面波激振体的高频功率的频率与表面波激振体的激振频率之间的大小关系。由此，能够在被加热物的厚度方向上以期望的加热状态对被加热物进行加热处理。

此外，本发明的高频加热装置可以将提供给表面波激振体的高频功率的频率设定为与表面波激振体的激振频率相等、或者低于表面波激振体的激振频率。

通过该结构，提供给表面波激振体的高频功率成为利用表面波沿表面波激振体的表面附近传播的“表面波模式”的动作。由此，能够对被加热物的靠近表面波激振体的一侧集中地进行加热。

此外，本发明的高频加热装置可以将提供给表面波激振体的高频功率的频率设定为高于表面波激振体的激振频率。

根据该结构，提供给表面波激振体的高频功率成为不利用表面波沿表面波激振体的表面附近传播而是朝向空间放射的“放射模式”的动作。由此，能够对被加热物整体均匀地进行加热。

此外，本发明的高频加热装置可以由产生所设定的频率的高频功率的频率可变的高频振荡器构成高频功率产生部。

通过该结构，能够使提供给表面波激振体的高频功率的频率可变。由此，能够任意设定高频功率相对于表面波激振体的激振频率的频率。其结果是能够任意调整由表面波激振体形成的电场强度分布。因此，能够在被加热物的厚度方向上以各种各样的加热状态对被加热物进行加热处理。

此外，本发明的高频加热装置可以由能够改变激振频率的激振频率可变的表面波激振体构成表面波激振体。

通过该结构，能够使表面波激振体的激振频率相对于提供给表面波激振体的高频功率的频率可变。由此，能够在被加热物的厚度方向上以各种各样的加热状态对被加热物进行加热处理。

【产业上的可利用性】

本发明对于希望在被加热物的厚度方向上以期望的加热状态进行加热处理的微波加热设备等烹饪家电等有用。

标号说明：

100 高频加热装置

101 设置台

102 被加热物

103 表面波激振体

110 高频功率供给部

120 高频功率产生部

130 方形波导管

131 锥形形状的方形波导管

141，142 电场强度分布

Claims (5)

1.一种高频加热装置，其中，所述高频加热装置具有：

高频功率产生部，其产生高频功率；

表面波激振体，其利用表面波来传播所述高频功率而对所述被加热物进行加热；

高频功率供给部，其将所述高频功率提供给所述表面波激振体；以及

设置台，其设置所述被加热物，

所述高频功率产生部根据所期望的所述表面波激振体附近的所述高频功率的表面集中度，设定提供给所述表面波激振体的所述高频功率的频率与所述表面波激振体的激振频率之间的大小关系而对所述被加热物进行加热处理。

2.根据权利要求1所述的高频加热装置，其中，

提供给所述表面波激振体的高频功率的频率与所述表面波激振体的激振频率相等、或者低于所述表面波激振体的激振频率。

3.根据权利要求1所述的高频加热装置，其中，

提供给所述表面波激振体的高频功率的频率高于所述表面波激振体的激振频率。

4.根据权利要求1所述的高频加热装置，其中，

所述高频功率产生部由产生所设定的频率的高频功率的频率可变的高频振荡器构成。

5.根据权利要求1所述的高频加热装置，其中，

所述表面波激振体由能够改变激振频率的激振频率可变的表面波激振体构成。