JP5286898B2 - Microwave processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発生部を備えたマイクロ波処理装置に関するものである。 The present invention relates to a microwave processing apparatus including a microwave generation unit configured using a semiconductor element.
従来より、マイクロ波発生装置として一般的に用いられるマグネトロンに代えて、半導体素子を用いたマイクロ波発生装置が提案されてきた。半導体素子を用いたマイクロ波発生装置によれば、小型でかつ安価な構成でマイクロ波の周波数を容易に調整することができる。このように、半導体素子を用いたマイクロ波発生装置を備える高周波加熱装置が特許文献1に記載されている。
Conventionally, microwave generators using semiconductor elements have been proposed in place of magnetrons generally used as microwave generators. According to the microwave generator using the semiconductor element, the frequency of the microwave can be easily adjusted with a small and inexpensive configuration. As described above,
特許文献1の高周波加熱装置においては、所定の周波数帯域でマイクロ波の周波数が掃引され、反射電力が最小値を示すときのマイクロ波の周波数が記憶される。そして、記憶された周波数のマイクロ波が加熱室内のアンテナから放射され、対象物が加熱される。これにより、電力変換効率が向上する。
半導体素子は放熱部材が接触した状態で用いられる。反射電力により半導体素子が発熱した場合、放熱部材により放熱が行われる。 The semiconductor element is used in a state where the heat dissipation member is in contact. When the semiconductor element generates heat due to the reflected power, heat dissipation is performed by the heat dissipation member.
しかしながら、マイクロ波の周波数が掃引される際に非常に大きい反射電力が発生すると、その反射電力により発生する熱が放熱部材の放熱能力を超える場合がある。この場合、半導体素子が破損するおそれがある。また、被加熱物を加熱する過程において被加熱物を含む加熱室のインピーダンスは被加熱物の温度によって大きな変化を伴うため、加熱前後における反射電力の発生状況は大きな差異を持つことが容易に推測され、加熱前の周波数特性に基づいて加熱する周波数を選択すると加熱中の効率を高く維持することができないという課題がある。 However, when a very large reflected power is generated when the microwave frequency is swept, the heat generated by the reflected power may exceed the heat dissipation capability of the heat dissipation member. In this case, the semiconductor element may be damaged. In addition, the impedance of the heating chamber containing the object to be heated is greatly changed depending on the temperature of the object to be heated in the process of heating the object to be heated. However, if the frequency to be heated is selected based on the frequency characteristics before heating, there is a problem that the efficiency during heating cannot be maintained high.
本発明の目的は、電力変換効率を向上させるとともに、反射電力によるマイクロ波発生装置の破損を防止できるマイクロ波処理装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a microwave processing apparatus capable of improving power conversion efficiency and preventing damage to the microwave generation apparatus due to reflected power.
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波処理装置は、被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、前記発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、前記電力分配部の出力をそれぞれ電力増幅する複数の電力増幅部と、前記電力増幅部の出力を前記加熱室に供給する複数の給電部と、前記給電部から前記電力増幅部に反射する電力を検出する電力検出部と、前記発振部の発振周波数と前記電力増幅部を制御する制御部とを備え、前記給電部は前記加熱室を構成する壁面に配置するとともに、前記電力検出部の検
出する反射電力が所定の値を超えると一時加熱動作を中断し、前記電力増幅部の出力電力を減じて前記発振部の発振周波数を所定区間掃引し、前記電力検出部によって検出される反射電力が最小となる周波数にした後に加熱動作を再開するとともに、前記電力分配部の出力に各々位相可変部を設け、前記位相可変部によって前記給電部から放射されるマイクロ波の位相を制御するとともに、前記電力検出部によって検出される反射電力が所定の値を超えない範囲で前記位相可変部によって前記マイクロ波の位相を制御し、前記位相可変部が位相を可変する可変幅が所定の値よりも小さくなると前記発振部の出力を減じて前記発振部の発振周波数を所定区間掃引し、前記電力検出部によって検出される反射電力が最小となる周波数にした後に前記発振部の出力を所定値に復帰させ加熱動作を再開する構成としたものである。
In order to solve the above-described conventional problems, a microwave processing apparatus of the present invention includes a heating chamber that accommodates an object to be heated, an oscillation unit, and a power distribution unit that distributes and outputs the output of the oscillation unit to a plurality of units. A plurality of power amplifying units each for amplifying the output of the power distribution unit, a plurality of power feeding units for supplying the output of the power amplifying unit to the heating chamber, and power reflected from the power feeding unit to the power amplifying unit And a control unit that controls the oscillation frequency of the oscillating unit and the power amplifying unit, and the power feeding unit is disposed on a wall surface that constitutes the heating chamber, and the detection of the power detecting unit When the reflected power exceeds a predetermined value, the temporary heating operation is interrupted, the output power of the power amplification unit is reduced, the oscillation frequency of the oscillation unit is swept for a predetermined period, and the reflected power detected by the power detection unit is To the lowest frequency As to resume the heating operation after each phase variable part is provided, wherein to control the phases of microwaves emitted from the feeding unit by the phase variable parts, detected by the power detector to the output of the power distribution unit The phase of the microwave is controlled by the phase variable unit within a range where the reflected power does not exceed a predetermined value, and when the variable width by which the phase variable unit varies the phase becomes smaller than a predetermined value, The output is reduced, the oscillation frequency of the oscillation unit is swept for a predetermined period, and the output of the oscillation unit is returned to a predetermined value after the reflected power detected by the power detection unit is minimized, and the heating operation is resumed. It is a configuration.
これによって、制御部は電力切換部を制御することによって対となる給電部を任意に構成できるため給電部が加熱室内に放射するマイクロ波を効率よく被加熱物に吸収させることができ、またマイクロ波放射を異なる複数の給電部から行うことで異なる方向から被加熱物に直接的にマイクロ波を入射させることができ、電力切換部によって給電部の対を切換えることによって被加熱物へのマイクロ波の照射状況を変化させることができるので、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱することができる。 As a result, the control unit can arbitrarily configure the pair of power feeding units by controlling the power switching unit, so that the microwave to be radiated by the power feeding unit into the heating chamber can be efficiently absorbed by the object to be heated. Microwave radiation can be directly incident on the object to be heated from different directions by performing wave radiation from different power supply units. Microwaves to the object to be heated can be switched by switching the pair of power supply units by the power switching unit. Therefore, it is possible to heat an object to be heated having various shapes, types, and amounts to a desired state.
本発明のマイクロ波処理装置は、加熱中に電力検出部によって検出される反射電力が所定の値を超えるといったん加熱動作を中断し、電力増幅部の出力を小さくして周波数を掃引し反射電力が小さくなる周波数を選択して、再度新たに選択した周波数で加熱動作を再開することで、被加熱物の温度変化によって被加熱物を含む加熱室のインピーダンスが大きく変化しても常に反射電力が小さい状態で加熱動作ができるので、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を効率よく所望の状態に加熱するマイクロ波処理装置を提供することができる。 The microwave processing apparatus of the present invention interrupts the heating operation once the reflected power detected by the power detection unit exceeds a predetermined value during heating, sweeps the frequency by reducing the output of the power amplification unit, and reflects the reflected power. By selecting a frequency that reduces the frequency and restarting the heating operation at the newly selected frequency again, the reflected power always remains even if the impedance of the heating chamber containing the object to be heated changes greatly due to the temperature change of the object to be heated. Since the heating operation can be performed in a small state, it is possible to provide a microwave processing apparatus that efficiently heats an object to be heated of various shapes, types, and amounts to a desired state.
第1の発明は、被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、前記発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、前記電力分配部の出力をそれぞれ電力増幅する複数の電力増幅部と、前記電力増幅部の出力を前記加熱室に供給する複数の給電部と、前記給電部から前記電力増幅部に反射する電力を検出する電力検出部と、前記発振部の発振周波数と前記電力増幅部を制御する制御部とを備え、前記給電部は前記加熱室を構成する壁面に配置するとともに、前記電力検出部の検出する反射電力が所定の値を超えると一時加熱動作を中断し、前記電力増幅部の出力電力を減じて前記発振部の発振周波数を所定区間掃引し、前記電力検出部によって検出される反射電力が最小となる周波数にした後に加熱動作を再開するとともに、前記電力分配部の出力に各々位相可変部を設け、前記位相可変部によって前記給電部から放射されるマイクロ波の位相を制御するとともに、前記電力検出部によって検出される反射電力が所定の値を超えない範囲で前記位相可変部によって前記マイクロ波の位相を制御し、前記位相可変部が位相を可変する可変幅が所定の値よりも小さくなると前記発振部の出力を減じて前記発振部の発振周波数を所定区間掃引し、前記電力検出部によって検出される反射電力が最小となる周波数にした後に前記発振部の出力を所定値に復帰させ加熱動作を再開する構成とすることにより、多様な被加熱物の形状・種類・量に対して常に反射電力が少ない状態で加熱することができ、かつ、加熱中に被加熱物を含む給電部から見たインピーダンスが大きく変化しても再度加熱周波数を設定する動作をすることにより被加熱物を所望の状態に効率よく加熱することができるとともに位相可変部によって発生するマイクロ波の位相を変化させることで、加熱室内でマイクロ波が集中する位置を変化させることができ被加熱物を全体的に加熱ムラが少ない状態に加熱することができる。 1st invention is the heating chamber which accommodates a to-be-heated object, the oscillation part, the electric power distribution part which distributes and outputs the output of the said oscillation part to multiple, and the plurality which each carries out electric power amplification of the output of the said electric power distribution part A power amplifying unit, a plurality of power feeding units that supply the output of the power amplifying unit to the heating chamber, a power detection unit that detects power reflected from the power feeding unit to the power amplifying unit, and an oscillation of the oscillation unit A control unit that controls the frequency and the power amplification unit, and the power feeding unit is disposed on a wall surface constituting the heating chamber, and a temporary heating operation is performed when the reflected power detected by the power detection unit exceeds a predetermined value , The output power of the power amplification unit is reduced, the oscillation frequency of the oscillation unit is swept for a predetermined period, and the heating operation is resumed after the reflected power detected by the power detection unit is reduced to a minimum frequency. The power distribution In the range in which the phase variable unit is provided in each of the outputs, the phase variable unit controls the phase of the microwave radiated from the power feeding unit, and the reflected power detected by the power detection unit does not exceed a predetermined value. The phase of the microwave is controlled by the phase variable unit, and the output of the oscillating unit is reduced to reduce the oscillation frequency of the oscillating unit to a predetermined interval when a variable width by which the phase variable unit varies the phase becomes smaller than a predetermined value. By sweeping and setting the output of the oscillating unit to a predetermined value after the frequency at which the reflected power detected by the power detection unit is minimized, the heating operation is resumed, thereby allowing various shapes of the object to be heated.・ Although it can be heated with a small amount of reflected power with respect to the type and amount, it can be reapplied even if the impedance seen from the power supply part including the object to be heated changes greatly during heating. By changing the phases of microwaves generated by the phase variable parts it is possible to efficiently heat the object to be heated to a desired state by the operation of setting the frequency, position the microwave is concentrated in the heating chamber The object to be heated can be heated to a state where there is little unevenness in heating as a whole .
第2の発明は、特に第1の発明の発振部を少なくとも2つ以上有するとともに、各々の電力検出部において検出される反射電力が所定の値を超えると、その電力検出部に接続される発振部の出力を減じて前記発振部の発振周波数を所定区間掃引し、前記電力検出部によって検出される反射電力が最小となる周波数にした後に前記発振部の出力を所定値に復帰させ加熱動作を再開する構成とすることにより、多様な被加熱物の形状・種類・量に対して常に反射電力が少ない状態で加熱することができ、かつ、加熱中に被加熱物を含む給電部から見たインピーダンスが大きく変化しても再度加熱周波数を設定する動作をすることにより被加熱物を所望の状態に効率よく加熱することができるとともに、周波数再設定時において、反射電力が所定値を超えていない発振部は加熱動作を継続するため、加熱時間が長くなることを防止することができる。 In particular, the second invention has at least two or more oscillation units of the first invention, and if the reflected power detected in each power detection unit exceeds a predetermined value, the oscillation connected to the power detection unit The output of the oscillation unit is reduced to sweep the oscillation frequency of the oscillation unit for a predetermined period, and after the reflected power detected by the power detection unit is set to a frequency that minimizes, the output of the oscillation unit is returned to a predetermined value to perform a heating operation. By resuming the configuration, it is possible to always heat with a small amount of reflected power for various shapes, types, and quantities of the object to be heated, as viewed from the power supply unit that includes the object to be heated during heating. Even if the impedance changes greatly, the heating frequency can be set to the desired state efficiently by setting the heating frequency again, and when the frequency is reset, the reflected power is a predetermined value. The oscillation unit does not exceed to continue the heating operation, it is possible to prevent the heating time becomes longer.
第3の発明は、特に第2の発明の電力検出部に周波数検出手段を設け、前記電力検出部によって検出される反射電力を周波数成分ごとに検出する構成とすることにより、周波数再設定時において加熱動作を継続している発振部によって電力検出部に反射電力として検出される成分と周波数再設定動作を行っている発振部によって検出される反射電力を分離してインピーダンス特性を測定し、反射電力が少ない周波数を最適に設定することができる。 In the third aspect of the invention, the frequency detector is provided in the power detector of the second invention, and the reflected power detected by the power detector is detected for each frequency component. The impedance characteristics are measured by separating the component detected as reflected power in the power detection unit by the oscillation unit that continues the heating operation and the reflected power detected by the oscillation unit that is performing the frequency resetting operation. Can be optimally set.
第4の発明は、特に第2ないし第3の発明の発振部の出力を減じて前記発振部の発振周波数を掃引する際、所定出力で動作している発振部の発振周波数と一致しないように周波数挿引する構成とすることにより、周波数再設定時において加熱動作を継続している発振部によって電力検出部に反射電力として検出される成分と周波数再設定動作を行っている発振部によって検出される反射電力を分離してインピーダンス特性を測定し、反射電力が少ない周波数を最適に設定することができる。 In the fourth aspect of the invention, particularly when the oscillation frequency of the oscillation unit is swept by reducing the output of the oscillation unit of the second to third inventions, the oscillation frequency of the oscillation unit operating at a predetermined output is not matched. By adopting a frequency insertion configuration, the component detected as reflected power in the power detection unit by the oscillation unit that continues the heating operation at the time of frequency resetting and the oscillation unit that performs the frequency resetting operation are detected. It is possible to measure the impedance characteristics by separating the reflected power, and optimally set the frequency with less reflected power.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施形態におけるマイクロ波処理装置の構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a microwave processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1において、マイクロ波発生部は半導体素子を用いて構成した発振部2a,2b、発振部2a,2bの出力を2分配する電力分配部3a,3bと、電力分配部3a,3bそれぞれの出力を増幅する半導体素子を用いて構成した電力増幅部5a〜5dと、電力増幅部5a〜5dによって増幅されたマイクロ波出力を加熱室10内に放射する給電部8a〜8dと、電力分配部3a,3bと電力増幅部5a〜5dを接続するマイクロ波伝送路に挿入され入出力に任意の位相差を発生させる位相可変部4a〜4dと、電力増幅部5a〜5dと給電部8a〜8dを接続するマイクロ波伝送路に挿入され給電部8a〜8dから反射する電力を検出する電力検出部6a〜6dと、電力検出部6a〜6dと、電力検出部6a〜6dによって検出される反射電力に応じて発振部2a,2bの発振周波数と位相可変部4a〜4dの位相量および電力切換部7を制御する制御部12とで構成している。
In FIG. 1, the microwave generation unit includes
また、本発明のマイクロ波処理装置は、被加熱物を収納する略直方体構造からなる加熱室10を有し、加熱室10は金属材料からなる左壁面、右壁面、底壁面、上壁面、奥壁面および被加熱物11を収納するために開閉する開閉扉(図示していない)と、被加熱物11を載置する載置台から構成し、供給されるマイクロ波を内部に閉じ込めるように構成している。そして、マイクロ波発生部の出力が伝送されそのマイクロ波を加熱室10内に放射供給する給電部8a〜8dが加熱室10を構成する壁面に配置されている。本実施の形態では位相差を制御する際に制御的に対となる給電部を対向構成の左壁面と右壁面の略中央にそれぞれ給電部8aと給電部8bとを配置し、加熱室10の上壁面と底面の略中央に
それぞれ給電部8cと給電部8dとを配置した構成を示している。この給電部の配置は本実施の形態に拘束されるものではなくいずれかの壁面に複数の給電部を設けてもよいし、対向面ではない例えば右壁面と底壁面のような隣接する組合せで対となる給電部を構成してもかまわない。
In addition, the microwave processing apparatus of the present invention has a
電力増幅部5a〜5dは、低誘電損失材料から構成した誘電体基板の片面に形成した導電体パターンにて回路を構成し、各増幅部の増幅素子である半導体素子を良好に動作させるべく各半導体素子の入力側と出力側にそれぞれ整合回路を配している。
Each of the power amplifying
各々の機能ブロックを接続するマイクロ波伝送路は、誘電体基板の片面に設けた導電体パターンによって特性インピーダンスが略50Ωの伝送回路を形成している。 The microwave transmission path connecting each functional block forms a transmission circuit having a characteristic impedance of about 50Ω by a conductor pattern provided on one side of the dielectric substrate.
電力分配部3aおよび電力分配部3bは、例えばウィルキンソン型分配器のような出力間に位相差を生じない同相分配器であってもよいし、ブランチライン型やラットレース型のような出力間に位相差を生じる分配器であってもかまわない。この電力分配部3a,3bによって各々の出力には発振部2a,2bから入力されたマイクロ波電力の略1/2の電力が伝送される。
The
また、位相可変部4a〜4dは、印加電圧に応じて容量が変化する容量可変素子を用いて構成し、各々の位相可変範囲は、0度から略180度の範囲としている。これによって位相可変部4a〜4dより出力されるマイクロ波電力の位相差は0度から±180度の範囲を制御することができる。
Further, the
また、電力検出部6a〜6dは、加熱室8側から電力増幅部5a〜5d側にそれぞれ伝送するいわゆる反射波の電力を抽出するものであり、電力結合度をたとえば約40dBとし、反射電力の約1/10000の電力量を抽出する。この電力信号はそれぞれ、検波ダイオード(図示していない)で整流化し、コンデンサ(図示していない)で平滑処理し、その出力信号を制御部12に入力させている。
The
制御部12は、使用者が直接入力する被加熱物の加熱条件あるいは加熱中に被加熱物の加熱状態から得られる加熱情報と電力検知部6a〜6dよりの検知情報に基づいて、マイクロ波発生部の構成要素である発振部2aおよび発振部2bと電力増幅部5a〜5dのそれぞれに供給する駆動電力の制御や位相可変部4a〜4dに供給する電圧を制御し、加熱室10内に収納された被加熱物を最適に加熱する。
The
また、マイクロ波発生部には主に電力増幅部5a〜5dに備えた半導体素子の発熱を放熱させる放熱手段(図示していない)を配する。
In addition, a heat radiating means (not shown) for dissipating heat generated by the semiconductor elements provided in the
以上のように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the microwave processing apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず被加熱物を加熱室10に収納し、その加熱条件を操作部(図示していない)から入力し、加熱開始キーを押す。加熱開始信号を受けた制御部12の制御出力信号によりマイクロ波発生部が動作を開始する。制御部12は、駆動電源(図示していない)を動作させて発振部2aおよび2bに電力を供給する。この時、発振部2a,2bの初期の発振周波数は、たとえば2400MHzに設定する電圧信号を供給し、発振が開始する。
First, an object to be heated is stored in the
発振部2a,2bを動作させると、その出力は電力分配部3a、3bにて各々略1/2分配され、4つのマイクロ波電力信号となる。以降、駆動電源を制御して電力増幅部5a〜5dを動作させる。
When the
そしてそれぞれのマイクロ波電力信号は並列動作する電力増幅部5a〜5d、電力検知部6a〜6dを経て給電部8a〜8dにそれぞれ出力され加熱室10内に放射される。このときの各電力増幅部はそれぞれ100W未満、たとえば50Wのマイクロ波電力を出力する。
The microwave power signals are output to the
加熱室10内に供給されるマイクロ波電力が被加熱物に100%吸収されると加熱室10からの反射電力は0Wになるが、被加熱物の種類・形状・量が被加熱物を含む加熱室10の電気的特性を決定し、マイクロ波発生部の出力インピーダンスと加熱室10のインピーダンスとに基づいて、加熱室10側からマイクロ波発生部側に伝送する反射電力が生じる。
When 100% of the microwave power supplied into the
電力検出部6a〜6dは、マイクロ波発生部側に伝送する反射電力を検出し、その反射電力量に比例した信号を検出するものであり、その検出信号を受けた制御部12は、反射電力が極小値となる発振周波数および位相差の選択を行う。この周波数、位相差の選択に対して、制御部12は、位相可変部4a〜4dによって生じる位相差を0度の状態で発振部2aおよび発振部2bの発振周波数を初期の2400MHzから例えば1MHzピッチで高い周波数側に変化させ、周波数可変範囲の上限である2500MHzに到達する。
The
この操作を行うことで制御部12は発振部2a,2bの発振周波数に対する反射電力の配列を得ることができる。制御部12はこの反射電力が最も小さくなる発振部2a,2bの条件で制御するとともに発振出力を入力された加熱条件に対応した出力が得られるように制御する。これにより、各増幅部5a〜5dはそれぞれ所定のマイクロ波電力を出力する。そして、それぞれの出力は給電部8a〜8dに伝送され加熱室10内に放射される。
By performing this operation, the
位相可変部4a〜4dは加熱開始から所定の変化量で時々刻々その位相を変化させる。位相可変部4a〜4dによって位相を変化させることによって加熱室10内で給電部8a〜8dが放射するマイクロ波が干渉する位置を変化させることができるので加熱室10内に載置された被加熱物11の位置に応じて干渉位置を制御することで被加熱物11を均等もしくは局部的に加熱することができる。
The
このように動作することで様々な形状・大きさ・量の異なる被加熱物に対しても反射電力が最も小さくなる条件で加熱を開始することができ、電力増幅部5a〜5dに備えられた半導体素子が反射電力によって過剰に発熱することを防止でき熱的な破壊を回避することができる。
By operating in this way, it is possible to start heating under the condition that the reflected power is the smallest even for heated objects having various shapes, sizes, and amounts, and the
図3は加熱動作中における制御的に対となっている位相可変部4a,4bの位相差および発振部2の発振周波数の制御例を示すフローチャート図である。別の対である位相可変部4c,4dも同様の制御をするためここでは代表して一方の対である位相可変部4a,4bの制御フローについて説明する。はじめにある周波数fで発振部2が発振している状態でΔf(例えば0.1MHz)発振周波数をずらした状態に制御(ステップ102)し、そのときの反射電力を計測する(ステップ103)。制御部12はこの反射電力と前回(発振周波数を変化させる前に)計測した反射電力を比較し、反射電力が減少していればΔfをそのままの値とし(ステップ106)、反射電力が増加していればΔfの符号を逆にする(ステップ108)。この操作によって発振周波数の変化に対して反射電力が常に減少する方向で制御することができる。
FIG. 3 is a flowchart showing a control example of the phase difference between the phase
しかしながら上記のような動作を継続していても加熱動作の進行によって被加熱物11の温度が上昇してくると、被加熱物11の周波数特性が初期に計測した特性と加熱途中の特性に大きな差を生じる可能性がある。特に冷凍されていた被加熱物11が融解したり、
温度上昇によって被加熱物11から水蒸気を発生させたりし始めるとその周波数特性には大きな変化を生じることが予想される。この場合、初期に測定した周波数近傍とは離れた周波数で反射電力がより小さくなる可能性がある。
However, if the temperature of the object to be heated 11 rises due to the progress of the heating operation even if the above operation is continued, the frequency characteristic of the object to be heated 11 is greatly different from the characteristic measured in the initial stage and the characteristic during the heating. Can make a difference. In particular, the object to be heated 11 that has been frozen melts,
When water vapor starts to be generated from the object to be heated 11 due to temperature rise, it is expected that the frequency characteristics will change greatly. In this case, the reflected power may be smaller at a frequency away from the vicinity of the frequency measured in the initial stage.
本実施の形態では反射電力が所定の値を超えて大きくなると、一旦加熱動作を中断し、発振部2a,2bの出力を減じて周波数の選択動作を再度行い、加熱途中での被加熱物11の周波数特性を測定することで、加熱途中の被加熱物11の周波数特性に対応した加熱周波数を選択する。このように動作することによって加熱動作の進行によって周波数特性が大きく変化しても、反射電力を低く抑えて効率的な加熱ができ、また、反射電力が少ない状態で動作を継続できるため電力増幅部5a〜5dに備えられた半導体素子の熱損失をすくなくすることができ、高い信頼性を得ることが可能となる。
In the present embodiment, when the reflected power increases beyond a predetermined value, the heating operation is temporarily stopped, the outputs of the
また、上記では発振部2a,2bをともに加熱動作停止させる説明をしたが、反射電力が大きくなった一方の発振部のみを加熱中断し、周波数の再選択動作をさせても同様の効果を発揮できる。このとき、電力検出部6a〜6dは検出される反射電力の周波数とその周波数における反射電力値をそれぞれ別々に検出できるよう構成しておくと周波数再設定時における反射電力の小さい周波数の選択が容易になる。図3は一方の発振部たとえば2aは通常加熱状態の出力を維持し、他方の発振部2bが加熱中に周波数再選択の動作になった状態を想定している。このとき周波数再選択動作を行っている発振部2bにつながっている給電部8c、8dから放射されるマイクロ波は通常加熱動作時よりも小さい値となるが、電力検出部6c,6dで検出される反射電力としては8a,8bから放出されるマイクロ波が給電部8cあるいは給電部8dへ到達することによっても検出される。
In the above description, the heating operation of both the
給電部8a,8bからは通常加熱動作中のマイクロ波が放出されているため給電部8a,8bから給電部8c,8dへ到達するマイクロ波も自ずと大きくなることが予想される。このため、周波数と反射電力値を分離せずに検出すると図3(b)のように大きな値が常に検出され、周波数に対する反射電力の変化量が検出しづらくなるが、周波数と反射電力値を分離して検出することによって図3(a)のように反射電力の周波数特性にメリハリをつけることができ、反射電力が極小値あるいは最小値を示す周波数を検出することが容易になる。
Since the microwaves during the normal heating operation are emitted from the
また、位相可変部4a,4bは加熱動作中に一定の変化幅ΔΦでその位相差を時々刻々変化させていく(ステップ101)。この位相可変部4a,4bによって生じる位相差Φによって加熱室10内でのマイクロ波の干渉位置が変化するため被加熱物11を均等もしくは局部的に加熱することができる。
Further, the phase
このように制御することで、加熱動作中においても電力検出部6a,6bは加熱室10からの反射電力を検出できるので、制御部12がこれを判断し、発振周波数および位相差を時々刻々微調整し常に反射電力が低い状態を維持できるのでさらに半導体素子の発熱を低く抑えることが可能となり、加熱効率を高く維持できるので短時間での加熱を図ることができる。あるいは、許容する反射電力を所定の値に定めその許容する反射電力の範囲において制御部12は時間的に位相可変部4a,4bの位相差と発振部2の発振周波数を変化させることもできる。このような動作をすることで加熱室10内でのマイクロ波の伝播状態を時間的に変化させることができるので、被加熱物の局所加熱を解消し、加熱の均一化を図ることも可能である。
By controlling in this way, the
なお、上記の説明では、位相可変部4a,4bを2つ挿入した例で説明したが、電力分配部3aのいずれかの出力にのみ挿入し、その位相変化幅を0度から360度となるように構成することもできる。
In the above description, an example in which two phase
以上のように、本発明に係るマイクロ波処理装置は、複数の給電部を有しマイクロ波を放射する給電部を切換制御したり、動作中の給電部間のマイクロ波の位相差を変化させる装置を提供できるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。 As described above, the microwave processing apparatus according to the present invention switches and controls the power supply unit that has a plurality of power supply units and radiates microwaves, or changes the phase difference of the microwaves between the power supply units in operation. Since the apparatus can be provided, the present invention can be applied to uses such as a heating apparatus using dielectric heating as represented by a microwave oven, a garbage disposal machine, or a microwave power source of a plasma power source as a semiconductor manufacturing apparatus.
2a、2b 発振部
3a、3b 電力分配部
4a〜4d 位相可変部
5a〜5d 電力増幅部
6a〜6d 電力検出部
8a〜8d 給電部
10 加熱室
11 被加熱物
12 制御部
2a,
Claims (4)
前記給電部は前記加熱室を構成する壁面に配置するとともに、前記電力検出部の検出する反射電力が所定の値を超えると一時加熱動作を中断し、前記電力増幅部の出力電力を減じて前記発振部の発振周波数を所定区間掃引し、前記電力検出部によって検出される反射電力が最小となる周波数にした後に加熱動作を再開するとともに、
前記電力分配部の出力に各々位相可変部を設け、前記位相可変部によって前記給電部から放射されるマイクロ波の位相を制御するとともに、前記電力検出部によって検出される反射電力が所定の値を超えない範囲で前記位相可変部によって前記マイクロ波の位相を制御し、
前記位相可変部が位相を可変する可変幅が所定の値よりも小さくなると前記発振部の出力を減じて前記発振部の発振周波数を所定区間掃引し、前記電力検出部によって検出される反射電力が最小となる周波数にした後に前記発振部の出力を所定値に復帰させ加熱動作を再開する構成としたマイクロ波処理装置。 A heating chamber that houses an object to be heated; an oscillation unit; a power distribution unit that distributes and outputs the output of the oscillation unit; and a plurality of power amplification units that respectively amplify the output of the power distribution unit; A plurality of power supply units that supply the output of the power amplification unit to the heating chamber, a power detection unit that detects power reflected from the power supply unit to the power amplification unit, an oscillation frequency of the oscillation unit, and the power amplification unit And a control unit for controlling
The power feeding unit is disposed on a wall surface constituting the heating chamber, and when the reflected power detected by the power detection unit exceeds a predetermined value, the temporary heating operation is interrupted, and the output power of the power amplification unit is reduced to reduce the power Sweeping the oscillation frequency of the oscillating unit for a predetermined interval, and restarting the heating operation after setting the reflected power detected by the power detection unit to a minimum ,
A phase variable unit is provided at each output of the power distribution unit, the phase variable unit controls the phase of the microwave radiated from the power feeding unit, and the reflected power detected by the power detection unit has a predetermined value. The phase of the microwave is controlled by the phase variable unit within a range not exceeding,
When the variable width by which the phase variable unit varies the phase becomes smaller than a predetermined value, the output of the oscillating unit is reduced to sweep the oscillation frequency of the oscillating unit for a predetermined period, and the reflected power detected by the power detecting unit is A microwave processing apparatus configured to resume the heating operation by returning the output of the oscillation unit to a predetermined value after setting the frequency to a minimum .
のマイクロ波処理装置。
4. The structure according to claim 2 or 3, wherein when the output of the oscillation unit is reduced to sweep the oscillation frequency of the oscillation unit, the frequency is inserted so as not to coincide with the oscillation frequency of the oscillation unit operating at a predetermined output. Microwave processing device.
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