TWI535337B - High frequency heating device - Google Patents

Description

高頻加熱裝置

本發明係有關於高頻加熱裝置，尤其係有關於作成抑制被加熱物之無益加熱的高頻加熱裝置。

作為以往的高頻加熱裝置，提議「包括：加熱室，係收容被加熱物；高頻振盪器，係使用以將該加熱室內之被加熱物加熱的高頻波振盪；導波管，係用以將從該高頻振盪器所振盪之高頻波引導至該加熱室；及天線，係使從該導波管所傳播之高頻波向該加熱室內擴散；該天線係由放出該高頻波的平板及天線軸所構成，而該天線軸係一端配置於該導波管內，在另一端連接該平板，並將該導波管的高頻波傳播至該平板，該平板與該天線軸係以從該天線軸上部所二分支的導電路徑連接」者(例如參照專利文獻1)。

[專利文獻]

[專利文獻1]特開2009-170335號公報(第3頁，第3圖、第4圖)

該專利文獻1所記載的高頻加熱裝置係包括：加熱室，係設置成約長方體；高頻振盪器，係使高頻波振盪；導波管，係傳播高頻波；及天線，係將導波管內的高頻波傳播至加熱室內；兼具保護天線與被加熱物之設置板的高頻波透過板設置於此天線的上面的構成。

而，該天線係由放出高頻波的平板部分及天線軸所構成，而該天線軸係一端配置於導波管內，在另一端連接平板，並將導波管的高頻波傳播至平板，平板與天線軸係以從天線軸上部所二分支的導電路徑連接。利用這種天線的構成，因為可在天線平板上的廣泛區域放出強電場，所以對將被加熱物相對地有效加熱具有一定之效果。

可是，另一方面，因為大電流易從導波管經由天線軸流至與放出高頻波之平板部分連接的導電路徑部分，而有在導電路徑部分具有比平板部分更強之微波放射特性的情況。因而，結果亦擔心位於加熱室中心部之導電路徑正上的加熱變成過強的弊病，或因導電路徑部分之電阻發熱而金屬氧化等加速劣化的弊病。

本發明係為了解決如上述所示之課題而開發的，其提供一種可使從高頻振盪器所振盪之高頻波向加熱室內更均勻地傳播的高頻加熱裝置。

本發明的高頻加熱裝置，包括：加熱室，係收容被加熱物；高頻振盪器，係使用以將被加熱物加熱的高頻波振盪；導波管，係用以引導從該高頻振盪器所振盪之高頻波；天線軸，係傳播該導波管內的高頻波；平板狀天線，係與該天線軸連結，同時配置成與該加熱室的底部大致平行，使高頻波向該加熱室內擴散；及轉動驅動手段，係經由該天線軸使該天線轉動；該天線係包括：第一天線，係將形成於與該天線軸連結之導體部的開口部作為第一放射部；從該第一天線所二分支的第一導電路徑及第二導電路徑；及第二天線，係將與該第一導電路徑及第二導電路徑連接的平板部作為第二放射部。

若依據本發明，從是供電部的天線軸，經由具有第一放射部的第一天線，連接第一導電路徑及第二導電路徑。因而，可抑制往第一導電路徑及第二導電路徑的電場集中，而可抑制導電路徑的劣化。

又，因為從第一放射部向相對窄之範圍放射電場，從第二放射部向相對廣大之範圍放射中等強度的電場，所以可使從高頻振盪器所振盪之高頻波向加熱室內更均勻地傳播。

實施形態

在本實施形態，作為高頻加熱裝置的一例，說明家庭等所使用之加熱烹調器。

第1圖係實施形態之加熱烹調器之主部的剖面模式圖。第2圖係實施形態之加熱烹調器之主部的立體圖。第3圖係實施形態之加熱烹調器之加熱室底面的主部立體圖。第3圖所示的天線是本實施形態之加熱烹調器的特徵性構成。

如第1圖所示，加熱室2設置於加熱烹調器之本體1的內部，門4及操作面板3設置於本體1的前面。

加熱室2由前面開放之形成大致長方體形的筐體所構成。具有作為加熱室2所收容之被加熱物7的載置台之功能的高頻波透過板6可拆裝地設置於加熱室2的底部。高頻波透過板6由高頻波透過之例如陶瓷所構成。操作面板3受理開始加熱指示或加熱時間的設定、目標加熱溫度的設定等來自使用者的各種輸入操作。門4開閉自如地安本體1，並設置以玻璃夾住衝孔金屬所構成之門視窗5。利用此門視窗5，可確認加熱室2內所收容之被加熱物7的烹調狀態。

如第2圖所示，使用以將被加熱物7加熱之高頻波振盪的高頻振盪器11、將從高頻振盪器11所振盪之高頻波引導至加熱室2的導波管12設置於本體1內。設置於本體1之加熱室2的底部之高頻振盪器11是使高頻波振盪的磁控管。

收容天線20的天線室10形成於加熱室2的底板9與高頻波透過板6之間。天線20是用以使從高頻振盪器11所振盪之微波向加熱室2內擴散。用以使天線20轉動的天線馬達23安裝於天線20。

設置於加熱室2的溫度檢測裝置8例如是根據從被加熱物7所放射的紅外線測量被加熱物7之溫度的紅外線感測器。

加熱烹調器包括控制部(未圖示)，該控制部係包括根據來自操作面板3的輸入控制高頻振盪器11或天線馬達23等之驅動的控制電路。此控制部包括根據溫度檢測裝置8的檢測溫度控制高頻振盪器11的輸出，又，在既定時序使天線馬達23轉動/停止之功能。依此方式，利用天線馬達23使天線20轉動/停止，藉此，改變微波對被加熱物7的照射狀態，而可均勻且高速地將被加熱物7加熱。

在此，說明從高頻振盪器11經由天線20至向被加熱物7照射之高頻波的傳播方法。

從是高頻振盪器11的磁控管使例如在家庭用之電子微波爐為2.45GHz的高頻波振盪。例如在家庭用之電子微波爐，使輸出功率約1000W~200W的高頻波振盪。

利用高頻振盪器11所振盪之高頻波在以導電體所封閉、構成的導波管12內，在空間傳播。

軸孔12a、軸孔9a分別在導波管12、加熱室2的底板9設置於彼此對應的位置，在導波管12內之空間傳播的高頻波是經由軸孔12a、軸孔9a向加熱室2內傳播的結構。

但，只是設置軸孔12a、軸孔9a，高頻波不會高效率地流入加熱室2內。因而，將金屬製之導電性的天線軸22與天線馬達23的軸同軸聯結，並插入軸孔12a、軸孔9a，同時將與天線軸22的一端連接之平板狀的天線20配置於加熱室2的天線室內。在這種構造，在天線20的天線軸22，將在導波管12內所傳播之高頻波變換成表面電流。所變換之電流在天線20的表面流動，伴隨高頻波所造成之電流的時間變化，藉該電流激發磁場，再利用所激發之磁場產生電場。磁場與電場的時間變化隨著高頻波的相位增減，藉此，放射電磁波。

即，因為電流在天線20的表面流動，所以根據高頻波的時間變化(相位變化)之表面電流的流動方法，從天線20平板部分向加熱室2內所傳播之高頻波動作或變化。因此，可說可藉由在更廣泛的區域產生在天線表面流動的電流及電流的時間變化，而從平板上之寬廣區域產生高頻波。依此方式，藉由經由天線軸22與天線20在加熱室2內傳播高頻波，而使傳送效率提高。

在此，說明以往的天線。第10圖係以往之天線的上視圖。在習知例，從是與成為往天線60之電流源的天線軸(未圖示)之連結部的軸連接部66，使電流的路徑二分支。採用分支的電流分別經由從軸連接部66朝向紙面橫方向延伸並一度彎曲後到達天線平板63的導電路徑64、從軸連接部66朝向紙面橫方向延伸並二度彎曲後到達天線平板63的導電路徑65，作為個別的電流，在第10圖中以圓盤狀所示之天線平板63上匯流的形式。習知例以向量將經由導電路徑64從紙面下側傳來的高頻波電流、及經由導電路徑65從紙面右側傳來的高頻波電流合成，而在天線平板63上多樣化的電流流動，係著眼於可使所產生之電磁波的之布多樣化的效果。

可是，從得到本發明的研究得知，在習知例的天線，因為在至天線平板63的導電路徑64、65電流亦流動，所以產生無法忽略其影響之位準的電磁波。

在是表面積比天線平板63更小之細路徑的導電路徑64、65，因為其表面積小，所以相對地電流易變大，進而作為電磁波所放出之每單位面積的能量(電力密度)變大。

即，從是供電部的天線軸易將軸附近之導電路徑64、65的正上部分相對地加熱，而會導至無益的加熱。

本實施形態的天線20係鑑於如上述所示之習知例所構成。第4圖係實施形態之加熱烹調器之天線的上視圖，是用以在構造上說明天線20的圖。

首先，從構造上的觀點說明天線20。

如第4圖所示，天線20整體上以平板狀的導體構成，並與天線軸22連接。此天線20作成平板面與加熱室2的底面大致平行，並收容於天線室10。

天線20包括2個槽天線31、32(將兩者總稱為第一天線)、圓盤狀的天線平板41(第二天線)、連接天線平板41與槽天線31的導電路徑42(第一導電路徑)及連接天線平板41與槽天線32的導電路徑43(第二導電路徑)。用以垂直地連結天線軸22的軸連接部21設置於天線20的中心部。天線20藉由以軸連接部21為中心在保持大致水平之狀態轉動，使照射於被加熱物7的高頻波均勻化，藉此，使加熱均勻化。

槽天線31、槽天線32分別包括形成於導體部31a、32a之長方形或圓弧形的縫隙孔31b、縫隙孔32b(開口部)。槽天線31、32將該縫隙孔31b、32b作為高頻波的放射部。尤其，在縫隙孔31b、32b的長度是使用波長之約1/2的情況發生共振，而可放射強的高頻波。槽天線31、32分別外形是大致扇形，導電路徑42、43與相當於扇形之半徑的邊31c、32c連接。又，在本實施形態，將是天線20之中心部的軸連接部21作為中心，對稱地配置2個槽天線31、32。

天線平板41如後述所示，是可放射高頻波的放射部。在本實施形態，天線平板41是圓盤形，並配置於被槽天線31與槽天線32之同一平面上夾住之大致扇形的區域。天線平板41的直徑比槽天線31之邊31c的長度稍短。天線平板41利用從第一天線所二分支的導電路徑42及導電路徑43與第一天線連接。在本實施形態，天線平板41利用導電路徑42與一方的槽天線31連接，並利用導電路徑43與另一方的導電路徑43連接。

導電路徑42與導電路徑43位於相對於天線平板41的中心挪移約90°的位置，並在與天線平板41同一平面內連接。又，構成為從導電路徑43與天線平板41之連接點43a至軸連接部21的距離L2比從導電路徑42與天線平板41之連接點42a至軸連接部21的距離L1長。因為依此方式構成，所以在本實施形態，將槽天線31之邊31c與導電路徑42的連接點設為連接點42b、並將槽天線32之邊32c與導電路徑43的連接點設為連接點43b時，作成從連接點42b至軸連接部21的距離比從連接點43b至軸連接部21的距離更短。

天線平板41配置於被大致扇形之槽天線31與槽天線32夾住之扇形的區域，同時連接天線平板41與槽天線31、32之導電路徑42、43與槽天線31、32的邊31c、32c連接。利用這種配置關係，可不會彎曲，以直線狀形成導電路徑42、43，而可使導電路徑42、43的路徑長度變短。

其次，說明天線20之功能面。第5圖係實施形態之天線的上視圖，是用以在功能上說明天線20的圖。第6圖係實施形態之加熱烹調器之天線上之高頻波傳播的模式圖，第7圖係實施形態之加熱烹調器的天線平板上之表面電流的轉移圖。

如第6圖所示，從槽天線31、32以將橫切縫隙孔31b、32b之面作為平面的直線極化波100放出高頻波。將放射此高頻波的縫隙孔31b、32b稱為第一放射部30。而，將槽天線31、32上稱為具有強的電場的強電場區域F(參照第5圖)。在本實施形態，藉由設置2處可放射強的高頻波的槽天線31、32，可提高來自天線20的放射效率，而使被加熱物7的加熱效率提高。

其次，說明來自天線平板41的電場放射。

對天線平板41，在將導電路徑42、43當作電流源的情況，因為將幾何學上之電流源的配置挪移90°後導入，所以在天線平板41上，表面電流的向量大為變化，而可朝向多樣的方向放射高頻波。

進而，被導入天線平板41上的高頻波被設置成分別與作為導入位置之天線軸22的距離(L1、L2)相異，使可導入相位偏移90°的電流。然後，藉由將所導入之電流合成，而可產生可圓環狀地進行高電場放射的圓極化波101。將此天線平板41稱為第二放射部40。

在此，使用第7圖說明圓極化波產生原理。第7圖表示在天線平板41上流動的電流，實線表示在天線平板41上流動的電流，虛線表示從各個導電路徑流入、流出的電流。又，虛線的長度表示電流的大小。

藉高頻波所激發之電流振動成每隔相位90°流動的方向反轉。例如，在相位0°之從紙面下側所流入之來自導電路徑43的入射向下大為流動，而隨著相位變成相位22.5°、45°，其電流逐漸變小，然後，電流的流動方向開始反轉，在相位90°，成為與相位0°時大小相同，而方向相反的電流。

從紙面下側與從右側所流動之電流的合成，在天線平板41上以實線表示，作為合成電流，使在各相位的流動方向依序逐漸變化。結果，在相位變化180°中，在天線平板41上流動之電流的方向轉動一圈。

即，伴隨電流的動作所產生之在紙面鉛垂方向產生的電磁波使強電場部分圓環狀地伴隨相位逐漸移動。

如第6圖所示，利用從天線平板41所放出的圓極化波101，雖然比從槽天線31所放出的能量稍弱，但是可放出具有中等能量的高頻波。此高頻波成為在天線平板41中尤其電流易流動之端部相對地較強的傾向。將此天線平板41之圓盤部分的內周端部稱為具有中等電場強度的中電場區域G(參照第5圖)。

此外，在使流入天線平板41上之電流的相位挪移90°時，例如可講求藉由以電磁場模擬軟體等分析、確認，改變導電路徑43之位置與長度等的手段。

第8圖係說明實施形態之天線轉動時之電場分布的模式圖。參照第5圖、第8圖，說明使天線20轉動時之電場分布。

首先，如第5圖所示，以軌跡C表示在使天線20轉動的情況之槽天線31、32之強電場區域F之中心部的軌跡。又，分別以軌跡D、軌跡E表示在使天線20轉動的情況之天線平板41之中電場區域G之外端部與內端部附近的軌跡。

如第8圖所示，藉由天線20轉動，因為強電場區域F加強軌跡C之區域的電場，所以成為槽天線31、32之正上部分的電場同心圓狀地變強的傾向。因此，極接近被放置於槽天線31、32之正上的天線20的被加熱物7亦以一樣的傾向被加熱。又，藉由天線20轉動，因為中電場區域G加強軌跡D與軌跡E之間之區域的電場，所以成為天線平板41之正上部分的電場亦同心圓狀地變強的傾向。

依此方式，藉由天線20轉動，利用強電場區域F形成相對窄之範圍的環狀電場區域F1，並利用中電場區域G形成相對窄之範圍的環狀電場區域G1。因為強電場區域F與中電場區域G之範圍與位置彼此相異，所以雖然強電場區域F所造成之環狀電場區域F1與中電場區域G所造成之環狀電場區域G1重複，但是電場區域F1與電場區域G1未一致。因為對天線20之正上的轉動區域，與軌跡C一併從軌跡D、軌跡E放出電場，所以從天線20之轉動區域的廣範圍放出電場。因為從廣範圍放出電場，所以可對被加熱物7以高效率賦與均勻的溫度上昇效果。例如，在僅設置槽天線31、32的情況，因為在與軌跡C偏移的位置無加熱元件，所以相對地加熱變弱。可是，如本實施形態般藉由設置天線平板41，作為第二放射部，與僅設置槽天線31、32所構成之情況相比，可實現均勻化的加熱。

如以上所示，若依據本實施形態，包括：槽天線31、32，係將形成於與天線軸22連結之導體部31a、32a的縫隙孔31b、32b作為第一放射部30；從槽天線31、32所二分支的導電路徑42、43；及第二天線，係將與導電路徑42、43連接的天線平板41作為第二放射部。

在本實施形態，因為以從是供電部的天線軸22經由第一天線(槽天線31、32)連接導電路徑42及導電路徑43的方式構成，所以導電路徑42、43可構成為比習知例所示之天線的導電路徑64、65短，來自該部分的電場放射幾乎無，可亦抑制局部性加熱變強的弊病。因此，可抑制往導電路徑42及導電路徑43之電場集中，而可抑制導電路徑42、43的劣化。

又，從與天線軸22連接之槽天線31、32向縫隙孔31b、32b上部之相對窄範圍放射強的磁場，另一方面，從天線平板41向相對廣範圍放射中等強度的磁場。依此方式，藉由設置電場強度相異的放射部，可使天線20上之電場放射的強度多樣化。例如，藉由使第一放射部30與第二放射部40之電場放射的範圍相異，而具有改變天線20上之電場放射的強度的效果。又，亦可藉由調整第一放射部30與第二放射部40之範圍與配置，使天線20上之電場放射的強度更均勻化。

又，因為設置2個槽天線31、32，所以轉動時的重心穩定，天線20之平面部分在轉動時振動小，而動作穩定。又，槽天線31、32設置於相對於是天線20之中心的軸連接部21對稱的位置。藉由依此方式，可使槽天線31與槽天線32的距離遠離。因此，可抑制從槽天線31、32各自所放射之高頻波的相互作用，而可從各個槽天線31、32高效率地放射高頻波。依此方式，利用2個槽天線31、32可實現重心穩定且高效率地放出高頻波。

又，在本實施形態，使在天線20轉動的情況之第一放射部30的軌跡與第二放射部40的軌跡相異。即，如第8圖所示，作成雖然第一放射部30之強電場區域F所造成的環狀電場區域F1與第二放射部40之中電場區域G所造成的環狀電場區域G1重複，但是兩電場區域未一致。因而，因為可在天線20上之廣範圍放射電場，所以可抑制無益的加熱。

又，在本實施形態，在第二放射部40，作成放射電場週期性變化的圓極化波。因而，可使射入被加熱物7之微波的方向多樣化，而具有提高無益加熱抑制效果的效果。波的方向多樣化，而具有提高無益加熱抑制效果的效果。

此外，在該實施形態，雖然說明縫隙孔31b與縫隙孔32b位於同一半徑上之情況的例子，但是亦可配置於彼此在半徑方向挪移的位置。在此情況，因為需要使縫隙孔31b與縫隙孔32b的長度相同，雖然扇形的角度彼此相異，但是具有更加抑制無益加熱之效果。

又，此時為了取得重量的平衡，亦可使扇形的角度比較大之縫隙孔之半徑方向的長度比另一方之縫隙孔之半徑方向的長度更短。

又，在該實施形態，雖然表示設置2個槽天線31、32的例子，但是亦可採用設置1個槽天線(第一天線)的構成。第9圖係說明實施形態之其他的天線的上視圖。對照第9圖所示的天線20與第4圖所示者時，第9圖所示的天線20在未具有縫隙孔31b上相異。例如，在設置2個槽天線時加熱太強的情況，如第9圖所示，設置1個槽天線32，使僅從縫隙孔32b放射高頻波，藉此，有可使加熱更均勻化的情況。又，亦可設置3個以上的槽天線。又，亦可對一個槽天線(第一天線)設置複數個開口部，而構成複數個放射部。又，亦可設置複數個第二放射部。

此外，亦可將是未圖示之加熱裝置的輻射加熱器設置於加熱室頂面，或將熱風加熱器設置於背面，再設置蒸氣產生裝置後，與是本發明的高頻加熱裝置組合。又，亦可使用設置於加熱室內的溫度檢測裝置等，因應於被加熱物的加工狀態，進行包含停止電力的加熱控制。

1‧‧‧本體

2‧‧‧加熱室

3‧‧‧操作面板

4‧‧‧門

5‧‧‧門視窗

6‧‧‧高頻波透過板

7‧‧‧被加熱物

8‧‧‧溫度檢測裝置

9‧‧‧底板

9a‧‧‧軸孔

10‧‧‧天線室

11‧‧‧高頻振盪器

12‧‧‧導波管

12a‧‧‧軸孔

20‧‧‧天線

21‧‧‧軸連接部

22‧‧‧天線軸

23‧‧‧天線馬達

30‧‧‧第一放射部

31‧‧‧槽天線

31a‧‧‧導體部

31b‧‧‧縫隙孔

31c‧‧‧邊

40‧‧‧第二放射部

41‧‧‧天線平板

42‧‧‧導電路徑

42a‧‧‧連接點

42b‧‧‧連接點

43‧‧‧導電路徑

43a‧‧‧連接點

43b‧‧‧連接點

100‧‧‧直線極化波

101‧‧‧圓極化波

第1圖係實施形態之加熱烹調器之主部的剖面模式圖。

第2圖係實施形態之加熱烹調器之主部的立體圖。

第3圖係實施形態之加熱烹調器之加熱室底面的主部立體圖。

第4圖係實施形態之加熱烹調器之天線的上視圖。

第5圖係實施形態之加熱烹調器之天線的上視圖。

第6圖係實施形態之加熱烹調器之天線上之高頻波傳播的模式圖。

第7圖係實施形態之加熱烹調器的天線平板上之表面電流的轉移圖。

第8圖係說明實施形態之天線轉動時之電場分布的模式圖。

第9圖係說明實施形態之其他的天線的上視圖。

第10圖係以往之其他的加熱烹調器之天線的上視圖。

20．．．天線

21．．．軸連接部

22．．．天線軸

30．．．第一放射部

31．．．槽天線

32．．．槽天線

31a、32a．．．導體部

31b、32b．．．縫隙孔

40．．．第二放射部

41．．．天線平板

42．．．導電路徑

43．．．導電路徑

100．．．直線極化波

101．．．圓極化波

Claims (7)

1. 一種高頻加熱裝置，包括：加熱室，係收容被加熱物；高頻振盪器，係使用以將被加熱物加熱的高頻波振盪；導波管，係用以引導從該高頻振盪器所振盪之高頻波；天線軸，係傳播該導波管內的高頻波；平板狀天線，係與該天線軸連結，同時配置成與該加熱室的底部大致平行，使高頻波向該加熱室內擴散；及轉動驅動手段，係經由該天線軸使該天線轉動；其特徵在於：該天線係包括：為槽天線之第一天線，係將形成於與該天線軸連結之導體部的開口部作為第一放射部，其中直線極化波自該開口部之平面朝向該加熱室的底部放出；從為槽天線之該第一天線所二分支的第一導電路徑及第二導電路徑；及為平板天線之第二天線，係將與該第一導電路徑及第二導電路徑連接的平板部作為第二放射部，且經由該天線軸、該第一天線的導體部、以及該第一導電路徑與該第二導電路徑供電而放射圓形極化波。
2. 如申請專利範圍第1項之高頻加熱裝置，其中使該天線軸轉動時之藉該第一放射部所規定之轉動的軌跡與藉該第二放射部所規定之轉動的軌跡相異。
3. 如申請專利範圍第1或2項之高頻加熱裝置，其中包括複數個該第一放射部與該第二放射部中之一方或雙方。
4. 如申請專利範圍第1或2項之高頻加熱裝置，其中包括一對該第一天線，係以與該天線軸的連結部為中心構成對稱形狀；該第一導電路徑與一方之該第一天線連接，同時該第二導電路徑與另一方之該第一天線連接。
5. 如申請專利範圍第1或2項之高頻加熱裝置，其中使從與該天線軸的連結部至該平板部與該第一導電路徑之連接點的距離和從與該天線軸的連結部至該平板部與該第二導電路徑之連接點的距離相異。
6. 如申請專利範圍第1或2項之高頻加熱裝置，其中相對該平板部的中心，該第一導電路徑與第二導電路徑係在幾何學上偏移約90°的位置連接。
7. 如申請專利範圍第1或2項之高頻加熱裝置，其中從該第一導電路徑向該第二放射部所射入之高頻波的相位與從該第二導電路徑向該第二放射部所射入之高頻波的相位相差約90°。