JP6793192B2

JP6793192B2 - 高周波加熱装置

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Description

本発明は、食品などに高周波電界を印加して、加熱処理、解凍処理などを行う高周波加熱装置に関する。

マイクロ波加熱調理器（高周波加熱装置）は、半導体素子を用いた高周波誘電加熱を利用して、誘電体である被加熱物を加熱する。この高周波加熱装置では、高周波発振器の出力を複数段の高周波電力増幅回路で電力増幅し、アンテナから調理庫内へマイクロ波電力を放射する構成がとられている。

高周波電力増幅回路は、無線通信等への応用を主要な目的としている。そこで、高周波電力増幅回路から安定した高周波を出力するために、その電源には直流電圧を供給するのが一般的である。そして、商用電源は交流で供給されるため、高周波電力増幅回路の電源に電圧を供給する際には、力率を考慮しながら直流電圧に変換することが望まれる。例えば、特許文献１では、比較的電力容量の大きいマイクロ波利用装置において、力率改善回路（ＰＦＣ）で入力電圧の力率改善をしながら、商用交流電圧を脈動の少ない直流電圧に変換して電源回路に供給する構成がとられる。ＰＦＣは、大容量電解コンデンサで構成される。

また、特許文献２に開示されたマイクロ波利用装置では、商用電源電圧を非平滑整流した電圧を高周波電力増幅回路に供給することで、回路を簡略化している。具体的には、特許文献２に記載のマイクロ波利用装置には、商用電源１を全波整流して平滑した電圧を活性させる電力供給手段４が備えられている。

特開２００８−６００１７号公報特開２００７−３２９０２１号公報

ところで、民生用として広く普及しているマイクロ波加熱調理器には、マイクロ波加熱機能に加えて、ヒータを用いた赤外線調理機能、熱風調理機能、および過熱水蒸気調理機能なども備えられているものがある。このようなヒータを備えたマイクロ波加熱調理器では、使用時に調理器筺体内の温度が大きく上昇する。

しかし、特許文献１に記載されているような大容量電解コンデンサで構成されたＰＦＣは、高温環境に弱いという性質を有している。そのため、大容量電解コンデンサを備えたマイクロ波加熱調理器にヒータ機能を追加すると、コンデンサの寿命、延いては製品寿命を短くしてしまう可能性がある。また、大容量の電解コンデンサを搭載することで、回路構造が大型化したり、製造コストが増大したりするという問題もある。

また、特許文献２に記載のマイクロ波利用装置では、電解コンデンサを用いることなく商用電源をある程度平滑化している。しかしながら、特許文献２に記載のマイクロ波利用装置では、入力力率の改善は考慮されていない。

そこで、本発明では、大容量電解コンデンサを用いることなく、交流電源の入力力率を改善することのできる高周波加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面にかかる高周波加熱装置は、電力を供給する交流電源と、高周波信号を発生する発振器と、前記高周波信号を、前記交流電源の周期の半周期に同期した信号波で振幅変調する振幅変調部と、前記振幅変調部によって振幅変調された前記高周波信号を増幅する増幅器と、前記増幅器によって増幅された前記高周波信号によって得られる高周波電力を被加熱物へ供給する電力供給部とを備えている。

前記高周波加熱装置において、前記交流電源の周期の半周期に同期した前記信号波は、前記交流電源の電圧の全波整流波形であってもよい。

前記高周波加熱装置において、前記高周波電力の周波数は、ＵＨＦ帯域内にあり、前記電力供給部は、前記被加熱物に対して前記高周波電力を放射するアンテナを有していてもよい。ここで、ＵＨＦ帯域とは、０．３ＧＨｚ以上３ＧＨｚ以下の範囲内の周波数帯域のことをいう。

前記高周波加熱装置において、前記高周波電力の周波数は、ＨＦ帯域内あるいはＶＨＦ帯域内にあり、前記電力供給部は、前記被加熱物を間に載置する少なくとも２つの電極を有し、前記高周波電力は、前記少なくとも２つの電極の間に高周波電界を形成してもよい。ここで、ＨＦ帯域とは、３ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の範囲内の周波数帯域のことをいう。また、ＶＨＦ帯域とは、３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下の範囲内の周波数帯域のことをいう。

前記高周波加熱装置は、前記交流電源と接続され、前記増幅器の電源端子に供給する電流を整流する第１の整流回路と、前記交流電源と変圧器を介して接続された第２の整流回路とをさらに備えていてもよい。そして、前記交流電源の周期の半周期に同期した前記信号波を、前記第２の整流回路で生成してもよい。

前記高周波加熱装置は、前記交流電源と前記増幅器との間に、整流回路およびスイッチングコンバータをさらに備えていてもよい。また、前記スイッチングコンバータは、トランスと、該トランスに設けられた補助巻線とを有していてもよい。そして、前記交流電源の周期の半周期に同期した前記信号波は、前記補助巻線から得られるようにしてもよい。

以上のように、本発明の一局面にかかる高周波加熱装置には、交流電源の周期の半周期に同期した信号波で高周波信号を振幅変調する振幅変調部が備えられている。したがって、大容量電解コンデンサを用いることなく交流電源の入力力率を改善することができる。

本発明の第１の実施形態にかかるマイクロ波加熱調理器の内部構成を示す模式図である。図１に示すマイクロ波加熱調理器の高周波電源の回路構成を示す回路図である。（ａ）は、図１に示すマイクロ波加熱調理器の商用電源（交流電源）の入力電圧（６０Ｈｚ）の波形を示す波形図である。（ｂ）は、図１に示すマイクロ波加熱調理器の商用電源（交流電源）の入力電流（６０Ｈｚ）の波形を示す波形図である。（ｃ）は、図１に示すマイクロ波加熱調理器のスイッチングコンバータの一次側電圧の波形を示す波形図である。（ｄ）は、図１に示すマイクロ波加熱調理器の高周波発振器から出力された高周波電圧の波形（振幅変調される前の波形）を示す波形図である。（ｅ）は、（ｄ）に示す高周波電圧が振幅変調された後の高周波電圧の波形を示す波形図である。（ｆ）は、図１に示すマイクロ波加熱調理器の半導体増幅回路の電源端子に流れる電流の波形を示す波形図である。本発明の第２の実施形態にかかるマイクロ波加熱調理器の高周波電源の回路構成を示す回路図である。本発明の第３の実施形態にかかる誘電加熱解凍機の内部構成を示す模式図である。図５に示す誘電加熱解凍機の高周波電源の回路構成を示す回路図である。従来の高周波加熱装置の高周波電源の回路構成を示す回路図である。（ａ）は、図７に示す高周波加熱装置の半導体増幅回路の電源端子に流れる電流の波形を示す波形図である。（ｂ）は、図７に示す高周波加熱装置の高周波発振器から出力された高周波電圧の波形を示す波形図である。（ｃ）は、図７に示す高周波加熱装置の第１および第２の半導体増幅回路から出力される高周波電圧の波形を示す波形図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜第１の実施形態＞
本実施形態では、本発明の一局面の高周波加熱装置の一例であるマイクロ波加熱調理器を例に挙げて説明する。マイクロ波加熱調理器は、ＵＨＦ帯域周波数である２．４ＧＨｚ以上２．５ＧＨｚ以下の周波数の電磁波を用いて、食品などの被加熱物の加熱を行う。但し、本発明の一態様の高周波加熱装置で用いる電磁波の周波数は、これに限定されない。

（マイクロ波加熱調理器（高周波加熱装置）の概略構成）
先ず、本実施の形態にかかるマイクロ波加熱調理器（高周波加熱装置）１の概略構成について、図１を用いて説明する。マイクロ波加熱調理器１は、食品などの被加熱物Ａに高周波電力の電磁波を放射して、被加熱物の加熱処理、解凍処理などを行う。図１に示すように、マイクロ波加熱調理器１は、主な構成部材として、調理庫２、第１の半導体増幅回路（増幅器）３、第２の半導体増幅回路（増幅器）４、アンテナ（電力供給部）５、高周波発生部６、温度センサ８、および制御部９などを備えている。第１の半導体増幅回路３、第２の半導体増幅回路４、アンテナ５、および高周波発生部６は、高周波電源１０を構成する。

調理庫２は、金属製の筐体で形成されている。調理庫２の内部には、食品などの被加熱物Ａが載置される。後述する高周波電源１０のアンテナ５から高周波数の電磁波が放射され、調理庫２内の被加熱物Ａが加熱される。

第１の半導体増幅回路３、第２の半導体増幅回路４、アンテナ５、および高周波発生部６は、高周波電源１０を構成する。具体的には、高周波発生部６では、高周波信号の発振周波数を、２．４ＧＨｚ以上２．５ＧＨｚ以下の範囲内において、被加熱物Ａのサイズや物性に適した周波数に調節する。第１の半導体増幅回路３、および第２の半導体増幅回路４では、高周波発生部６から送られた高周波信号を増幅する。アンテナ５は、各増幅回路で増幅された高周波信号によって得られる高周波電力を調理庫２内へ放射する。

温度センサ８は、例えば、調理庫２の上面に配置されている。温度センサ８は、被加熱物Ａの温度をモニタリングする。制御部９は、マイクロ波加熱調理器１内の各構成部品と接続され、これらの制御を行う。例えば、制御部９は、温度センサ８がモニタリングした温度情報に基づいて、高周波発生部６から供給される高周波電力の調整や、加熱の終了などの制御を行う。

（高周波電源の構成）
続いて、マイクロ波加熱調理器１の高周波電源１０の内部構成について、図２を参照しながら説明する。図２には、高周波電源１０の回路構成を示す。高周波電源１０は、主な構成部材として、第１の半導体増幅回路３、第２の半導体増幅回路４、アンテナ５、高周波発生部６、商用電源（交流電源）７、第１の全波整流回路１１、スイッチングコンバータ１２などを備えている。

商用電源７は、交流電力を供給する。第１の全波整流回路（第１の整流回路）１１は、商用電源７からの単相交流電圧を整流してスイッチングコンバータ１２に電力を供給する。

スイッチングコンバータ１２は、フライバック方式であり、商用電源７の電圧（図３の（ａ）参照）に、商用電源７の電流（図３の（ｂ）参照）が追従するように制御する。これにより、商用電源７の入力力率の改善を図っている。なお、スイッチングコンバータ１２としては、上述のフライバック方式のものの他に、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いることもできる。

スイッチングコンバータ１２は、１次側平滑コンデンサ１３、電源コントローラ１４、トランス（変圧器）１５、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１６、およびスナバコンデンサ１７などで構成されている。さらに、スイッチングコンバータ１２は、トランス（変圧器）１５の２次側に、ダイオード１８、および２次側平滑コンデンサ１９などが備えられている。１次側平滑コンデンサ１３および２次側平滑コンデンサ１９は、スイッチング周波数成分を吸収する。

なお、本発明の一態様においては、２次側平滑コンデンサ１９として、大容量電解コンデンサではなく、フィルムコンデンサなどの比較的小容量のコンデンサを用いている。これにより、高周波電源１０の耐熱性を高めることができる。また、大容量電解コンデンサを使用した場合と比較して、製品の寿命を延ばすことができる。

スイッチングコンバータ１２の後段には、第１の半導体増幅回路３、第２の半導体増幅回路４、およびアンテナ５が接続される。

スイッチングコンバータ１２は、電源コントローラ１４によってＦＥＴ１６のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって、商用電源７の電圧に、商用電源７の電流を追従させている。これにより、商用電源７の入力力率の改善を図ることができる。

なお、本実施形態のマイクロ波加熱調理器１では、２次側平滑コンデンサ１９に、フィルムコンデンサなどの比較的小容量なコンデンサを適用している。２次側平滑コンデンサ１９は、大容量電解コンデンサなどと比較して、電力蓄積能力が小さい。そのため、スイッチングコンバータ１２は、出力電圧を、ある程度平滑化することは可能であるが、例えば、特許文献１に開示されたマイクロ波利用装置のように、出力電圧を完全に直流化するものではない。すなわち、スイッチングコンバータ１２の後段に配置された第１の半導体増幅回路３および第２の半導体増幅回路４に供給される電力の振幅は一定ではない。

そのため、本実施形態のマイクロ波加熱調理器１では、高周波発生部６から出力される高周波信号の振幅を変調するための構成が設けられている。これにより、スイッチングコンバータ１２の２次側に伝送され、後段の第１の半導体増幅回路３および第２の半導体増幅回路４に供給される電力に、第１の半導体増幅回路３および第２の半導体増幅回路４での消費電力を追従させることができる。

（高周波発生部の構成）
高周波発生部６は、高周波信号を発生する高周波発振器（発振器）２６を有している。高周波発生部６から出力された高周波信号は、第１の半導体増幅回路３および第２の半導体増幅回路４において増幅される。

高周波発生部６は、商用トランス（変圧器）２０、第２の全波整流回路（第２の整流回路）２１、抵抗２２・２３、増幅器２４、アナログ乗算器（振幅変調部）２５、および高周波発振器２６などで構成されている。

商用トランス２０は、商用電源７からの入力電圧（一次側電圧）を変圧して、入力電圧と相似波形の二次側電圧を出力する。第２の全波整流回路２１は、商用トランス２０の二次側に接続される。第２の全波整流回路２１では、第１の全波整流回路１１と同様に、商用トランス２０の二次側の単相交流電圧を整流する。抵抗２２・２３は、第２の全波整流回路２１の出力電圧を分圧する。

抵抗２２・２３によって分圧した電圧の波形は、商用電源７の全波整流波形（第１の全波整流回路１１によって整流された波形）（図３の（ｃ）参照）と相似形となる。この第２の全波整流回路２１によって整流され、抵抗２２・２３によって分圧された信号波は、商用電源７の周期の半周期に同期した信号波となる。

増幅器２４は、この信号波を増幅する。増幅器２４によってレベル調整された信号波は、その後、アナログ乗算器２５へ入力される。

一方、高周波発振器２６では、例えば、２．４ＧＨｚ以上２．５ＧＨｚ以下（例えば、２．４５ＧＨｚ）の範囲内の無変調電圧（図３の（ｄ）参照）を生成する。高周波発振器２６から出力された電圧は、アナログ乗算器２５へ入力される。アナログ乗算器２５は、２．４５ＧＨｚの無変調電圧を、増幅器２４から出力された商用電源７の全波整流波形から成る信号（商用電源７の周期Ｔの半周期Ｔ／２に同期した信号波）（図３の（ｃ）参照）で振幅変調する。図３の（ｅ）には、アナログ乗算器２５において振幅変調された高周波信号の波形を示す。

（高周波電源における電力の制御方法）
続いて、高周波電源１０から出力される高周波電力の制御方法について、以下に説明する。

商用電源７からスイッチングコンバータ１２に流れる電流（図３の（ｂ）参照）は、力率改善が図られているため、商用電源７の電圧（図３の（ａ）参照）と相似形となる。したがって、トランス１５の１次側の入力電力の瞬時値Ｐ_１は、以下の式（１）で表される。

Ｐ_１＝Ｖ_１・Ｉ_１・ｓｉｎ^２（２πｆｔ）・・・（１）
上記式（１）において、Ｖ_１は商用電源７の電圧ピーク値、Ｉ_１は商用電源７の電流ピーク値、ｆは商用電源７の周波数、ｔは経過時間である。一般にＶ_１はスイッチングコンバータ１２の制御で操作することができない。そのため、ＦＥＴ１６のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、電流ピーク値Ｉ_１を調整して１次側の消費電力Ｐ_１の実効値を必要量に調整する。

次に、トランス１５の２次側の第１の半導体増幅回路３、第２の半導体増幅回路４での消費電力Ｐ_２について、以下に説明する。なお、第１の半導体増幅回路３の消費電力、および第２の半導体増幅回路４のバイアス電流は小さいものとして計算から省略する。上述したように、高周波電源１０のアンテナ５から出力される高周波信号は、商用電源７の全波整流波形から成る信号で振幅変調される。

２次側の消費電力Ｐ_２は、第２の半導体増幅回路４の電源端子２７に流れる電流（図３の（ｆ）参照）と、第２の半導体増幅回路４の電源端子２７から見た抵抗値を用いて、以下の式（２）で表される。

Ｐ_２＝（Ｉ_２・｜ｓｉｎ（２πｆｔ）｜）^２・Ｚ
＝Ｉ_２ ^２・Ｚ・ｓｉｎ^２（２πｆｔ）
＝（Ｇ・Ｖ_ｈ）^２・Ｚ・ｓｉｎ^２（２πｆｔ）・・・（２）
上記式（２）において、Ｉ_２は、第２の半導体増幅回路４の電源端子２７に流れる電流ピーク値である。Ｚは、第２の半導体増幅回路４の電源端子２７から見た抵抗値である。Ｇは、第２の半導体増幅回路４のゲインである。Ｖ_ｈは、アナログ乗算器２５へ入力する全波整流波形のピーク値である。

式（１）と式（２）とを比較する、両者に、因数としてｓｉｎ^２（２πｆｔ）が含まれている。この点に着目すると、Ｉ_１とＶ_ｈを適切に制御すれば、Ｐ_２はＰ_１に追従可能であることがわかる。

２次側の消費電力Ｐ_２が、１次側の消費電力Ｐ_１に追従できれば、２次側で電力を蓄積する必要性は低い。すなわち、特許文献１に記載のマイクロ波利用装置のように、トランスの二次側において、大容量電解コンデンサを用いて商用交流電圧を直流電圧に変換する必要性がなくなる。

以上のように、本実施形態のマイクロ波加熱調理器１では、スイッチングコンバータ１２の１次側で商用電源７の入力力率の改善を図りつつ、スイッチングコンバータ１２の２次側に伝送される電力に、その後段に配置される第１の半導体増幅回路３および第２の半導体増幅回路４での消費電力を追従させることができる。

（従来の高周波加熱装置の高周波電源について）
ここで、比較のために、従来の高周波加熱装置の高周波電源の一例として、特許文献２に開示されているマイクロ波利用装置の高周波電源の構成の概要について説明する。図７には、従来の高周波加熱装置の高周波電源９１０の回路構成を示す。高周波電源９１０は、主な構成部材として、第１の半導体増幅回路９０３、第２の半導体増幅回路９０４、アンテナ９０５、高周波発振器９０６、商用電源９０７、全波整流回路９１１、スイッチングコンバータ９１２などを備えている。

全波整流回路９１１については、本実施形態の高周波電源１０の第１の全波整流回路１１と概ね同様の構成となっている。スイッチングコンバータ９１２は、１次側平滑コンデンサ９１３、電源コントローラ（図示せず）、トランス９１５、ＦＥＴ９１６、スナバコンデンサ９１７、ダイオード９１８、および２次側電解コンデンサ９１９などで構成されている。スイッチングコンバータ９１２は、本実施形態の高周波電源１０のスイッチングコンバータ９１２と概ね同様の構成となっている。

一方、高周波発振器９０６の構成は、本実施形態の高周波電源１０の高周波発生部６とは異なっている。すなわち、高周波発振器９０６は、例えば、２．４５ＧＨｚの無変調電圧を生成する。そして、この無変調電圧は、振幅変調されることなく、第１の半導体増幅回路９０３に供給される。図８（ｂ）には、第１の半導体増幅回路９０３に供給される無変調電圧の波形を示す。

図８（ａ）には、第２の半導体増幅回路９０４に供給される電圧波形を示す。高周波電源９１０では、商用電源９０７からの供給電力を、全波整流回路９１１によって全波整流し、小容量のフィルムコンデンサである２次側電解コンデンサ９１９で平滑化することなく第１の半導体増幅回路９０３及び第２の半導体増幅回路９０４に供給する。

ここで、第２の半導体増幅回路９０４に供給される電圧の振幅は、図８（ａ）の電力波形に示すように、周期変動する。これに対して、第２の半導体増幅回路９０４に供給される瞬時電圧が低い期間（図８（ａ）において、円で囲んだ領域）では、高周波発振器９０６からの出力は停止され、それ以外の期間では、高周波発振器９０６から出力される電圧の振幅は、変化しない構成となっている（図８の（ｂ）参照）。

したがって、第１の半導体増幅回路９０３及び第２の半導体増幅回路９０４からの出力電力の包絡線は、図８（ｃ）に示すように全波整流波形と相似形ではない。このように、高周波電源９１０では、商用電源９０７の力率改善を行うことができない。

（本実施形態の高周波電源の利点）
これに対して、本実施形態の高周波電源１０では、上述のように、高周波発生部６内において、高周波電圧の振幅変調が行われる。具体的には、高周波発振器２６から出力された無変調電圧（図３の（ｄ）参照）は、増幅器２４から出力された商用電源７の全波整流波形から成る信号で振幅変調される（図３の（ｅ）参照）。

なお、商用電源７からの供給電圧は、第１の全波整流回路１１によって全波整流波形に整流される。そして、２次側平滑コンデンサ１９（小容量フィルムコンデンサ）からは、入力電力がすぐに出力される。

そのため、第１の全波整流回路１１によって整流され、トランス１５を経て第２の半導体増幅回路４に供給される入力電力の波形と、高周波発生部６から出力される振幅変調された高周波電圧の波形とは、相似形となる。これにより、商用電源７（交流電源）の入力力率を改善することができる。

以上のように、本実施形態の高周波電源１０では、２次側平滑コンデンサ１９において電力を保持する必要性が低い。そのため、本実施形態にかかるマイクロ波加熱調理器１では、２次側平滑コンデンサ１９として、フィルムコンデンサのように小容量なコンデンサを適用することができる。

小容量のフィルムコンデンサは、大容量電解コンデンサと比較して、高温環境下における耐性が高い。そのため、小容量のフィルムコンデンサを用いて製造されたマイクロ波加熱調理器１は、大容量電解コンデンサを用いて製造されたマイクロ波加熱調理器と比較して、製品寿命を延ばすことができる。

また、小容量のフィルムコンデンサは、大容量電解コンデンサと比較して、安価に製造することができる。そのため、本実施形態のマイクロ波加熱調理器１は、製造コスト上の利点も有している。

＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、高周波信号を振幅変調するための全波整流波形を生成する回路（具体的には、高周波発生部１０６など）の構成が第１の実施形態とは異なっている。

図１には、本発明の第２の実施形態にかかるマイクロ波加熱調理器（高周波加熱装置）１００を示す。マイクロ波加熱調理器１００の基本的な構成は、第１の実施形態にかかるマイクロ波加熱調理器１（図１参照）と同じである。そこで、マイクロ波加熱調理器１００において、マイクロ波加熱調理器１と同一の構造及び機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施形態にかかるマイクロ波加熱調理器１００は、高周波電源１１０を備えている。高周波電源１１０の構成は、第１の実施形態の高周波電源１０とは異なっている。図４には、高周波電源１１０の回路構成を示す。高周波電源１１０は、主な構成部材として、第１の半導体増幅回路３、第２の半導体増幅回路４、アンテナ５、高周波発生部１０６、商用電源（交流電源）７、全波整流回路（整流回路）１１、スイッチングコンバータ１１２などを備えている。

第１の半導体増幅回路３、第２の半導体増幅回路４、アンテナ５、商用電源７、および全波整流回路１１（第１の実施形態の第１の全波整流回路１１に相当）は、第１の実施形態と同様の構成が適用できる。

スイッチングコンバータ１１２は、フライバック方式であり、商用電源７の電圧（図３の（ａ）参照）に、商用電源７の電流（図３の（ｂ）参照）が追従するように制御する。これにより、商用電源７の入力力率の改善を図っている。

スイッチングコンバータ１１２は、１次側平滑コンデンサ１３、電源コントローラ１４、トランス（変圧器）１３３、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１６、およびスナバコンデンサ１７などで構成されている。さらに、スイッチングコンバータ１１２は、トランス（変圧器）１３３の２次側に、ダイオード１８、および２次側平滑コンデンサ１９などが備えられている。

第１の実施形態の高周波電源１０内の高周波発生部６では、商用トランス２０を用いて、商用電源７から入力電圧を得ていた。これに対して、第２の実施形態では、商用トランス２０の代わりに、スイッチングコンバータ１１２内に、１次巻線１３４および補助巻線１３５が施されたトランス１３３が備えられている。

１次巻線１３４については、第１の実施形態のトランス１５に施された巻線と同様の構成が適用できる。また、補助巻線１３５からは、ＦＥＴ１６のＯＮ期間のみにおいて１次巻線１３４と補助巻線１３５との巻数比に比例した１次側電圧情報を得ることができる。

高周波発生部１０６は、補助巻線１３５、ダイオード１３６、ローパスフィルタ１４０、増幅器１２４、アナログ乗算器（振幅変調部）１２５、および高周波発振器１２６などで構成されている。ローパスフィルタ１４０は、抵抗１３７、抵抗１３８、およびコンデンサ１３９などで構成されている。

上述のように、補助巻線１３５からは、ＦＥＴ１６のＯＮ期間のみにおいて１次側電圧情報を得ることができる。そのため、ダイオード１３６は、ＦＥＴ１６のＯＮ期間にのみ導通する方向に備えられる。そして、ダイオード１３６から出力された電圧は、上記の構成を有するローパスフィルタ１４０においてフィルタリングされ、特定の周波数成分のみが増幅器１２４へ入力する。増幅器１２４は、入力した電圧信号を増幅する。増幅器１２４によってレベル調整された電圧信号は、その後、アナログ乗算器１２５へ入力される。

以上の構成により、アナログ乗算器１２５に入力される信号は、商用電源７の全波整流波形から成る信号（商用電源７の周期の半周期に同期した信号波）となる。

一方、高周波発振器１２６では、例えば、２．４ＧＨｚ以上２．５ＧＨｚ以下（具体的には、２．４５ＧＨｚ）の範囲内の無変調電圧（図３の（ｄ）参照）を生成する。高周波発振器１２６から出力された電圧は、アナログ乗算器１２５へ入力される。アナログ乗算器１２５は、２．４５ＧＨｚの無変調電圧を、増幅器１２４から出力された商用電源７の全波整流波形から成る信号（商用電源７の周期Ｔの半周期Ｔ／２に同期した信号波）（図３の（ｃ）参照）で振幅変調する。図３の（ｅ）には、アナログ乗算器１２５において振幅変調された高周波信号の波形を示す。

なお、高周波電源１１０から出力される高周波電力の制御方法は、第１の実施形態と同様の方法が適用できる。すなわち、第１の実施形態において、図３、並びに、式（１）および式（２）を参照しながら説明した方法が、第２の実施形態においても適用できる。

以上の構成により、第２の実施形態の高周波発生部１０６では、商用電源７の周期の半周期に同期した信号波で、高周波信号を振幅変調することができる。したがって、本実施形態のマイクロ波加熱調理器１００では、スイッチングコンバータ１１２の１次側で商用電源７の入力力率の改善を図りつつ、スイッチングコンバータ１１２の２次側に伝送される電力に、その後段に配置される各増幅回路３・４での消費電力を追従させることができる。

また、第２の実施形態の高周波発生部１０６によれば、第１の実施形態と比較して、回路構成をより簡略化することができる。

＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。上述した第１及び第２の実施形態では、本発明の一局面の高周波加熱装置の一例であるマイクロ波加熱調理器を例に挙げて説明した。第３の実施形態では、本発明の一局面の高周波加熱装置の他の例として、誘電加熱解凍機を例に挙げて説明する。

本実施形態にかかる誘電加熱解凍機（高周波加熱装置）２００は、ＶＨＦ帯域周波数である３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下の周波数（具体的には、４０．６８ＭＨｚの周波数）の電磁波を用いて、食品などの被加熱物の加熱または解凍を行う。但し、本実施形態の誘電加熱解凍機で用いる電磁波の周波数は、これに限定されない。本実施形態の誘電加熱解凍機では、例えば、ＨＦ帯域周波数（３ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下）の電磁波を用いることもできる。

（誘電加熱解凍機（高周波加熱装置）の概略構成）
先ず、本実施の形態にかかる誘電加熱解凍機（高周波加熱装置）２００の概略構成について、図５を用いて説明する。誘電加熱解凍機２００は、食品などの被加熱物（被解凍物）Ａに高周波電界を照射して、被加熱物の加熱処理、解凍処理などを行う。図５に示すように、誘電加熱解凍機２００は、主な構成部材として、筐体２０１、調理庫２０２、制御部２０９、および高周波電源２１０などを備えている。

高周波電源２１０は、第１の半導体増幅回路（増幅器）３、第２の半導体増幅回路（増幅器）４、高周波発生部２０６、上側電極（電力供給部、電極）２５１、下側電極（電力供給部、電極）２５２、および整合回路２５４などを備えている。

筐体２０１は、誘電加熱解凍機２００の外形を形成する。調理庫２０２は、金属製の筐体で形成されている。調理庫２０２の内部には、食品などの被加熱物Ａが載置される。また、調理庫２０２内には、上側電極２５１、下側電極２５２、およびセラミックプレート２５３などが配置される。下側電極２５２は、セラミックプレート２５３の下に配置される。また、下側電極２５２は、接地され、０電位となっている。

上側電極２５１と下側電極２５２との間には、後述するように、高周波電源２１０から高周波電界が与えられる。被加熱物Ａは、上側電極２５１と下側電極２５２との間に載置される。この状態で、２つの電極２５１・２５２間に高周波高電圧が印加され、その間に誘電体である被加熱物Ａを挟んで誘電加熱が行われる。被加熱物Ａは、誘電損失によって、加熱または解凍される。

制御部２０９は、誘電加熱解凍機２００内の各構成部品と接続され、これらの制御を行う。制御部２０９では、高周波電力の調整や加熱終了などの制御が行われる。

（高周波電源の構成）
続いて、誘電加熱解凍機２００の高周波電源２１０の内部構成について、図６を参照しながら説明する。図６には、高周波電源２１０の回路構成を示す。高周波電源２１０は、主な構成部材として、第１の半導体増幅回路３、第２の半導体増幅回路４、高周波発生部２０６、商用電源（交流電源）７、全波整流回路１１、スイッチングコンバータ１１２、整合回路２５４などを備えている。

高周波電源２１０では、高周波発生部２０６にて、例えば４０．６８ＭＨｚの高周波信号を生成する。この高周波信号は、第１の半導体増幅回路３および第２の半導体増幅回路４で増幅された後、整合回路２５４でインピーダンスマッチングが施される。そして、この高周波信号によって得られる高周波電力は、上側電極５３および下側電極５５で構成される等価コンデンサ２６１、および被加熱物Ａで構成される等価抵抗２６２へ印加される。これにより、上側電極５３と下側電極５５との間には、高周波電界が形成され、上側電極５３と下側電極５５との間に位置する被加熱物Ａには、高周波電力が与えられる。

高周波電源２１０において、高周波発生部２０６、商用電源（交流電源）７、全波整流回路１１、およびスイッチングコンバータ１１２の構成は、第２の実施形態と同様の構成が適用できる。但し、第２の実施形態とは使用する周波数帯域が異なるため、第１の半導体増幅回路３および第２の半導体増幅回路４の内部構成は、第２の実施形態とは異なっている。本実施形態における第１の半導体増幅回路３および第２の半導体増幅回路４は、ＶＨＦ帯域の周波数に適した構成となっている。

なお、高周波電源２１０から出力される高周波電力の制御方法は、第２の実施形態と同様の方法が適用できる。すなわち、第１の実施形態において、図３、並びに、式（１）および式（２）を参照しながら説明した方法が適用できる。

以上の構成により、第３の実施形態の高周波発生部２０６では、商用電源７の周期の半周期に同期した信号波で、高周波信号を振幅変調することができる。したがって、本実施形態の誘電加熱解凍機２００では、スイッチングコンバータ１１２の１次側で商用電源７の入力力率の改善を図りつつ、スイッチングコンバータ１１２の２次側に伝送される電力に、その後段に配置される各増幅回路３・４での消費電力を追従させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、本明細書で説明した異なる実施形態の構成を互いに組み合わせて得られる構成についても、本発明の範疇に含まれる。

１：マイクロ波加熱調理器（高周波加熱装置）
２：調理庫
３：第１の半導体増幅回路（増幅器）
４：第２の半導体増幅回路（増幅器）
５：アンテナ（電力供給部）
６：高周波発生部
７：商用電源（交流電源）
１０：高周波電源
１１：第１の全波整流回路１１（第１の整流回路）
１２：スイッチングコンバータ
２０：商用トランス（変圧器）
２１：第２の全波整流回路（第２の整流回路）
２５：アナログ乗算器（振幅変調部）
２６：高周波発振器（発振器）
２７：電源端子
１００：マイクロ波加熱調理器（高周波加熱装置）
１１０：高周波電源
１１２：スイッチングコンバータ
１３３：トランス（変圧器）
１３５：補助巻線
２００：誘電加熱解凍機（高周波加熱装置）
２１０：高周波電源
２５１：上側電極（電力供給部、電極）
２５２：下側電極（電力供給部、電極）

Claims

電力を供給する交流電源と、
高周波信号を発生する発振器と、
前記高周波信号を、前記交流電源の周期の半周期に同期した信号波で振幅変調する振幅変調部と、
前記振幅変調部によって振幅変調された前記高周波信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器によって増幅された前記高周波信号によって得られる高周波電力を被加熱物へ供給する電力供給部と
を備えている高周波加熱装置。
前記交流電源の周期の半周期に同期した前記信号波は、前記交流電源の電圧の全波整流波形である、請求項１に記載の高周波加熱装置。
前記高周波電力の周波数は、ＵＨＦ帯域内にあり、
前記電力供給部は、前記被加熱物に対して前記高周波電力を放射するアンテナを有している、
請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
前記高周波電力の周波数は、ＨＦ帯域内あるいはＶＨＦ帯域内にあり、
前記電力供給部は、前記被加熱物を間に載置する少なくとも２つの電極を有し、
前記高周波電力は、前記少なくとも２つの電極の間に高周波電界を形成する、
請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
前記交流電源と接続され、前記増幅器の電源端子に供給する電流を整流する第１の整流回路と、
前記交流電源と変圧器を介して接続された第２の整流回路とを
さらに備え、
前記交流電源の周期の半周期に同期した前記信号波は、前記第２の整流回路で生成される、
請求項１から４の何れか１項に記載の高周波加熱装置。
前記交流電源と前記増幅器との間に、整流回路およびスイッチングコンバータをさらに備え、
前記スイッチングコンバータは、トランスと、該トランスに設けられた補助巻線とを有し、
前記交流電源の周期の半周期に同期した前記信号波は、前記補助巻線から得られる、
請求項１から４の何れか１項に記載の高周波加熱装置。