CN113330822A - 高频加热装置 - Google Patents

Abstract

高频加热装置具有加热室(1)、产生部(2)、辐射部(3)和控制部(30)。加热室(1)具有金属制的壁面，收纳被加热物(4)。产生部(2)产生2.4GHz～2.5GHz的频带中的任意频率的高频电力。辐射部(3)具有包含多个环形部(3A、3B)的环形天线(3)，将从产生部(2)产生的高频电力辐射到加热室(1)。控制部(30)控制从产生部(2)产生的高频电力的频率。根据本方式，无需设置输送高频电力的波导管，能够均匀地加热被加热物，或者局部地加热被加热物。

Description

高频加热装置

技术领域

本公开涉及具有高频产生部的高频加热装置。

背景技术

以往，在高频加热装置中，利用从设置于加热室的壁面的供电口供给的高频电力对被加热物进行加热。专利文献1所记载的高频加热装置具有多个供电口，能够使从多个供电口分别辐射的电力量发生变化。由此，以往的高频加热装置使加热室内的电磁场分布随时间变化，从而将被加热物均匀地加热。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭59-29397号公报

发明内容

然而，以往的高频加热装置需要将高频电力引导到设置于加热室的壁面的供电口的波导管。因此，装置大型化，或者在高频电力在波导管中输送时产生能量损失。

本公开的一个方式的高频加热装置具有加热室、产生部和辐射部。加热室具有金属制的壁面，构成为收纳被加热物。产生部产生高频电力。辐射部具有包含多个环形部的环形天线，将从产生部产生的高频电力向加热室辐射。

根据本方式，无需设置传输高频电力的波导管，能够均匀地加热被加热物，或者局部地加热被加热物。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的实施方式1的高频加热装置的结构的图。

图2是示意性地表示实施方式1中的环形天线的结构的图。

图3是示意性地表示本公开的实施方式2的高频加热装置的结构的图。

图4是示意性地表示本公开的实施方式3的加热室的壁面附近的结构的图。

图5是示意性地表示本公开的实施方式4的高频加热装置的结构的图。

图6是示意性地表示实施方式4的环形天线和扼流结构体的结构的图。

图7是实施方式4的扼流结构体的立体图。

图8是表示实施方式4的环形天线与扼流结构体的位置关系的结构。

图9是示意性地表示实施方式4的加热室的壁面附近的结构的图。

图10A是示意性地表示环形天线辐射2.4GHz的频率的高频电力的情形的图。

图10B是示意性地表示环形天线辐射2.5GHz的频率的高频电力的情形的图。

图10C是示意性地表示环形天线辐射2.45GHz的频率的高频电力的情形的图。

具体实施方式

本公开的第一方式的高频加热装置具有加热室、产生部以及辐射部。加热室具有金属制的壁面，构成为收纳被加热物。产生部产生高频电力。辐射部具有包含多个环形部的环形天线，将从产生部产生的高频电力辐射到加热室。

在本公开的第二方式中，基于第一方式，还具有控制部，该控制部构成为控制从产生部产生的高频电力的频率。

在本公开的第三方式中，基于第一方式，产生部产生2.4GHz～2.5GHz的频带中的任意频率的高频电力。

在本公开的第四方式中，基于第三方式，多个环形部具有彼此不同的长度。

在本公开的第五方式中，基于第一方式，多个环形部各自的长度是高频电力的波长的一半的整数倍。

在本公开的第六方式中，基于第一方式，环形天线具有从被供给高频电力的分支点起延伸至多个环形部的多个传输路径。多个传输路径与加热室的壁面平行。

在本公开的第七方式中，基于第六方式，多个传输路径各自的长度为高频电力的波长λ的1/4以上且一半以下。

在本公开的第八方式中，基于第一方式，还具有扼流结构体，该扼流结构体以从加热室突出的方式配置于环形天线的上方的加热室的外侧。扼流结构体具有设置于与加热室的壁面相接的表面的缝隙和从缝隙延伸的空腔。

在本公开的第九方式中，基于第八方式，空腔的深度为高频电力的波长λ的大约1/4。

在本公开的第十方式中，基于第八方式，缝隙的宽度为1mm以上且5mm以下。

在本公开的第十一方式中，基于第八方式，缝隙的长度比高频电力的波长λ的一半长。

在本公开的第十二方式中，基于第八方式，扼流结构体以隔着壁面而与环形天线交叉的方式配置。

以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。在以下的所有附图中，对相同或相当的部分标注相同的参照标号，并省略重复说明。

(实施方式1)

图1示意性地表示本公开的实施方式1的高频加热装置的结构。图1是从正面观察本实施方式的高频加热装置的图。如图1所示，本实施方式1的高频加热装置具有加热室1、产生部2以及环形天线3。

加热室1的壁面5由珐琅、铁等导电性材料构成。产生部2包含半导体放大器，产生微波等高频电力。由产生部2产生的高频电力经由同轴线20和连接部21从分支点7向环形天线3供给。

环形天线3是向加热室1辐射高频电力的辐射部。利用环形天线3辐射的高频电力对载置于加热室1内的被加热物4进行加热。环形天线3一般为铜制。但是，环形天线3只要能够传导高频波则不一定是铜制。

图2是为了表示环形天线3的结构而从下方观察加热室1的上侧的壁面5的图。如图1、图2所示，环形天线3具有两个传输路径(传输路径6A、6B)和两个环形部(环形部3A、3B)。

传输路径6A具有在分支点7处与连接部21连接的一端，与加热室1的壁面5平行地延伸。传输路径6A的另一端在连接点P1处与环形部3A连接。

传输路径6B具有在分支点7处与连接部21连接的一端，与加热室1的壁面5平行地在与传输路径6A不同的方向上延伸。传输路径6A、6B所成的角度为T。传输路径6B的另一端在连接点Q1处与环形部3B连接。

环形部3A具有在连接点P1处与传输路径6A连接的一端和在连接点P2处与壁面5连接的另一端。环形部3A具有从连接点P1起与壁面5垂直地延伸的传输路径、与壁面5平行且与传输路径6A平行的传输路径、以及从连接点P2起与壁面5垂直地延伸的传输路径。

环形部3B具有在连接点Q1处与传输路径6B连接的一端和在连接点Q2处与壁面5连接的另一端。环形部3B具有从连接点Q1起与壁面5垂直地延伸的传输路径、与壁面5平行且与传输路径6B平行的传输路径、以及从连接点P2起与壁面5垂直地延伸的传输路径。

通过由产生部2产生的高频电力，使高频电流流过环形天线3。通过该高频电流激励电磁场。由环形部3A激励的电磁场与环形部3A所形成的平面垂直地(沿着图2的Y轴)传播。由环形部3B激励的电磁场与环形部3B所形成的平面垂直地(沿着图2的Z轴)传播。

在高频电力的频率与相对于环形部3A、3B的传输路径的长度的谐振频率一致的情况下，从环形天线3向加热室1内的辐射效率变高。环形部3A的传输路径的长度是指从构成环形部3A的传输路径的连接点P1到连接点P2为止的长度。环形部3B的传输路径的长度是指从构成环形部3B的传输路径的连接点Q1到连接点Q2为止的长度。

在本实施方式中，环形天线3具有至少两个环形部，该至少两个环形部具有彼此不同的激励方向。由此，能够向多个方向辐射高频电力。

在本实施方式中，环形天线3具有两个环形部。然而，本公开不限于此。即使在环形天线3具有三个以上的环形部的情况下，也能够得到同样的效果。

如图2所示，在角度T小于90°的情况下或者角度T大于270°的情况下，环形部3A、3B的激励方向的差较小。因此，通过环形部3A、3B在加热室1内产生的电磁场分布彼此类似。

在该情况下，在加热室1内不产生覆盖被加热物4整体的电磁场分布。其结果，几乎无法获得均匀加热的效果。即，环形部3A、3B之间的角度T优选为90°以上且270°以下。

另外，在本实施方式中，环形天线3设置于加热室1的上侧的壁面5。但是，环形天线3也可以设置于加热室1的侧方的壁面。

(实施方式2)

图3示意性地表示本公开的实施方式2的高频加热装置的结构。图3是从正面观察本实施方式的高频加热装置的图。

本实施方式的高频加热装置具有控制从产生部2产生的高频电力的频率的控制部30。在本实施方式中，产生部2输出作为ISM频带(Industrial,Scientific and MedicalRadio Band：工业、科学和医疗无线电频带)的2.4GHz～2.5GHz的频带中的任意频率的高频电力。

自由空间中的2.4GHz的高频电力的波长λ1约为12.50cm。自由空间中的2.5GHz的高频电力的波长λ2约为12.00cm。在本实施方式中，环形部3A的传输路径的长度被设定为波长λ1的大约一半。环形部3B的传输路径的长度被设定为波长λ2的大约一半。

若控制部30以输出2.4GHz的高频电力的方式控制产生部2，则在环形部3A产生共振，高频电流主要流向环形部3A。其结果，主要从环形部3A向加热室1辐射高频电力(参照图3的箭头12A)。

若控制部30以输出2.5GHz的高频电力的方式控制产生部2，则在环形部3B产生共振，高频电流主要流向环形部3B。其结果，主要从环形部3B向加热室1辐射高频电力(参照图3的箭头13A)。

即，当产生部2输出2.4GHz的高频电力时，能够对载置于环形部3A附近的被加热物4集中地加热。当产生部2输出2.5GHz的高频电力时，能够对载置于环形部3B附近的被加热物4集中地加热。

当产生部2以规定的时间间隔交替地输出2.4GHz的高频电力和2.5GHz的高频电力时，能够均匀地加热被加热物4整体。这样，能够均匀地加热被加热物4或者局部地加热被加热物4。

如上所述，在本实施方式中，将环形部3A的传输路径的长度设定为波长λ1的大约一半，将环形部3B的传输路径的长度设定为波长λ2的大约一半。然而，本公开不限于此。环形部3A的传输路径的长度被设定为波长λ1的大约一半的整数倍，如果环形部3B的传输路径的长度被设定为波长λ2的大约一半的整数倍，则能够得到同样的效果。

(实施方式3)

图4示意性地表示本公开的实施方式3的高频加热装置的加热室1的壁面5附近的结构。

如图4所示，在本实施方式中，传输路径6A、6B的长度比实施方式1的传输路径6A、6B的长度长。具体而言，传输路径6A、6B的长度被设定为约5cm。

若延长传输路径6A、6B，则环形部3A与环形部3B之间的距离增加。因此，由环形部3A、3B激振的两个电磁场的干涉变小，加热室1内的电磁场的分布发生变化。其结果，加热效率提高。

另外，在将高频电力的波长设为λ的情况下，传输路径6A、6B各自的长度优选为波长λ的1/4以上且波长λ的一半以下。

(实施方式4)

图5示意性地表示本公开的实施方式4的高频加热装置的结构。图6示意性地表示本实施方式中的环形天线3以及扼流结构体8A、8B的结构。图6是为了表示环形天线3与扼流结构体8A、8B的位置关系而从下方观察加热室1的上侧的壁面5的图。图7是从斜下方观察的扼流结构体8A、8B的立体图。

如图5所示，以从加热室1突出的方式，在环形天线3的上方的加热室1的外侧配置扼流结构体8A、8B。如图7所示，扼流结构体8A、8B是平坦的长方体形状的金属体。

如图5、图7所示，在扼流结构体8A、8B的与加热室1的壁面5相接的表面分别设置有相同形状及大小的缝隙9A、9B。缝隙9A、9B具有长度L(长度方向的大小)、宽度W(短边方向的大小)。在扼流结构体8A、8B的内部分别设置有从缝隙9A、9B延伸的深度D的空腔。

在加热室1的壁面5设置有形状以及大小与缝隙9A、9B相同的两个开口部。扼流结构体8A以缝隙9A与壁面5的两个开口部中的一个开口部对置的方式配置。扼流结构体8B以缝隙9B与壁面5的两个开口部中的另一个开口部对置的方式配置。根据该结构，加热室1经由缝隙9A、9B和两个开口部而分别与扼流结构体8A、8B的内部的空腔连通。

如图6所示，传输路径6A、6B以彼此大致正交的方式延伸。环形部3A、3B分别向与传输路径6A、6B相同的方向延伸。其结果，环形部3A、3B以彼此大致正交的方式延伸。

扼流结构体8A以隔着壁面5在扼流结构体8A的大致中央处与环形天线3交叉的方式配置。扼流结构体8B以隔着壁面5在扼流结构体8B的大致中央处与环形天线3交叉的方式配置。在本实施方式中，传输路径6A、6B分别与扼流结构体8A、8B正交。

由产生部2产生的高频电力分别与扼流结构体8A、8B垂直地流过传输路径6A、6B。在扼流结构体8A、8B的空腔的深度D为高频电力的波长λ的1/4时，从缝隙9A、9B观察的扼流结构体8A、8B的空腔内的阻抗成为无限大。

在本结构中，c/λ(c是光的速度)的频率的高频电力被扼流结构体8A、8B全反射。即，扼流结构体8A、8B能够阻断规定频率的高频电力而不提供给环形部3A、3B。

如图7所示，扼流结构体8A、8B的内部的空腔既可以是在深度方向上笔直的形状，也可以是在中途弯折的形状。

扼流结构体8A、8B的缝隙9A、9B的宽度W越窄，则越具有更高的电力阻断性能。然而，若宽度W过窄，则宽度方向的电场有可能变得过强。相反，若宽度W过大，则电力阻断性能降低。因此，需要鉴于所使用的电力量与所需的电力阻断性能的关系来设定宽度W。具体而言，宽度W优选为1mm以上且5mm以下。

缝隙9A、9B的长度L被设定为比高频电力的波长λ的一半长。若将扼流结构体8A、8B考虑为矩形的波导管，则能够通过波导管内的电磁波的最大波长(管内阻断波长)小于缝隙9A、9B的宽度W的2倍。

即，若缝隙9A、9B的宽度W比波长λ的一半窄，则电磁波无法通过扼流结构体8A、8B内。若扩大缝隙9A、9B的宽度W，则扼流结构体8A、8B内的空腔的表面积增大，沿着空腔的内壁流动的电流的路径变长。因此，阻断频率转移为更低的频率。

图8示意性地表示本实施方式中的环形天线3以及扼流结构体8A、8B的其他结构。图8是为了表示环形天线3与扼流结构体8A、8B的位置关系而从下方观察加热室1的上侧的壁面5的图。

如图8所示，在本结构中，从图6所示的结构起，使扼流结构体8A相对于传输路径6A垂直地移动，使扼流结构体8B相对于传输路径6B垂直地移动。但是，在本结构中，与图6所示的结构相同，扼流结构体8A、8B分别与环形天线3的传输路径6A、6B重合。

换言之，在本结构中，扼流结构体8A以隔着壁面5在扼流结构体8A的中央以外处与环形天线3交叉的方式配置。扼流结构体8B以隔着壁面5在扼流结构体8B的中央以外处与环形天线3交叉的方式配置。

根据该结构，阻断频率发生变化，阻断精度发生变化。其结果，扼流结构体8A、8B的配置的自由度提高，也能够调整阻断的微妙的偏差。

(实施方式5)

图9示意性地表示本公开的实施方式5的高频加热装置中的加热室1的壁面5附近的结构。如图9所示，在本实施方式中，环形部3A的传输路径的长度被设定为自由空间中的2.4GHz的高频电力的波长λ1的大约一半。环形部3B的传输路径的长度被设定为自由空间中的2.5GHz的高频电力的波长λ2的大约一半。

本实施方式的高频加热装置具有扼流结构体8A、8B，该扼流结构体8A、8B以从加热室1突出的方式配置在环形天线3的上方的加热室1的外侧。扼流结构体8A内的空腔的深度D1大约为波长λ2的1/4。扼流结构体8B内的空腔的深度D2大约为波长λ1的1/4。

在产生部2输出2.4GHz的频率的高频电力的情况下，如上所述，在环形部3A产生共振。因此，大部分的电流流过环形部3A(参照图9的箭头12B)。一部分的电流朝向环形部3B，但扼流结构体8A将该电流的大部分阻断并反射(参照图9的箭头13B)。其结果，几乎全部的电流流向环形部3A，从环形部3A辐射高频电力(参照图9的箭头12C)。

在本实施方式中，分支点7与缝隙9B之间的最短距离被设定为波长λ1的大约1/4。因此，由扼流结构体8B反射的电流的相位与从产生部2直接朝向环形部3A的电流的相位相同。由此，流过环形部3A的电流被增强。

分支点7与缝隙9A之间的最短距离被设定为波长λ2的大约1/4。因此，在产生部2输出2.5GHz的频率的高频电力的情况下，与上述相反，几乎全部的电流流向环形部3B，从环形部3B辐射高频电力。

图10A示意性地表示环形天线辐射2.4GHz的频率的高频电力的情形。图10B示意性地表示环形天线辐射2.5GHz的频率的高频电力的情形。图10C示意性地示出环形天线辐射2.45GHz的频率的高频电力的情形。

如图10A所示，在2.4GHz的频率的高频电力的情况下，扼流结构体8B几乎阻断该高频电力。其结果，从环形部3A辐射高频电力。

如图10B所示，在2.5GHz的频率的高频电力的情况下，扼流结构体8A几乎阻断该高频电力。其结果，从环形部3B辐射高频电力。

如图10C所示，在2.45GHz的频率的高频电力的情况下，扼流结构体8A、8B都不能阻断该高频电力。其结果，从环形部3A、3B双方大致均等地辐射高频电力。

这样，通过改变高频电力的频率，能够以不同的模式向加热室1内辐射高频电力。由此，能够使电磁场分布发生变化，能够均匀地加热被加热物，或者局部地加热被加热物。

产业上的利用可能性

本公开的高频加热装置能够应用于利用了感应加热的加热装置、生活垃圾处理机等。

标号说明

1：加热室；2：产生部；3：环形天线；3A、3B：环形部；4：被加热物；5：壁面；6A、6B：传输路径；7：分支点；8A、8B：扼流结构体；9A、9B：缝隙；12A、12B、12C、13A、13B：箭头；20：同轴线；21：连接部；30：控制部。

Claims (12)

1.一种高频加热装置，所述高频加热装置具有：

加热室，其具有金属制的壁面，构成为收纳被加热物；

产生部，其产生高频电力；以及

辐射部，其具有包含多个环形部的环形天线，将从所述产生部产生的所述高频电力辐射到所述加热室。

2.根据权利要求1所述的高频加热装置，其中，

所述高频加热装置还具有控制部，该控制部构成为控制从所述产生部产生的所述高频电力的频率。

3.根据权利要求1所述的高频加热装置，其中，

所述产生部产生2.4GHz～2.5GHz的频带中的任意频率的高频电力。

4.根据权利要求3所述的高频加热装置，其中，

所述多个环形部具有彼此不同的长度。

5.根据权利要求1所述的高频加热装置，其中，

所述多个环形部各自的长度是所述高频电力的波长的一半的整数倍。

6.根据权利要求1所述的高频加热装置，其中，

所述环形天线具有从被供给所述高频电力的分支点起延伸至所述多个环形部的多个传输路径，所述多个传输路径与所述加热室的壁面平行。

7.根据权利要求6所述的高频加热装置，其中，

所述多个传输路径各自的长度为所述高频电力的波长的1/4以上且一半以下。

8.根据权利要求1所述的高频加热装置，其中，

所述高频加热装置还具有扼流结构体，该扼流结构体以从所述加热室突出的方式配置于所述环形天线的上方的所述加热室的外侧，所述扼流结构体具有：缝隙，其设置于与所述加热室的所述壁面相接的表面；以及空腔，其从所述缝隙延伸。

9.根据权利要求8所述的高频加热装置，其中，

所述空腔的深度为所述高频电力的波长的1/4。

10.根据权利要求8所述的高频加热装置，其中，

所述缝隙的宽度为1mm以上且5mm以下。

11.根据权利要求8所述的高频加热装置，其中，

所述缝隙的长度比所述高频电力的波长的一半长。

12.根据权利要求8所述的高频加热装置，其中，

所述扼流结构体以隔着所述壁面而与所述环形天线交叉的方式配置。

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