WO2018003152A1 - 高周波加熱装置 - Google Patents

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佳伸 友村
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a high-frequency heating apparatus that applies a high-frequency electric field to food or the like to perform heat treatment, thawing treatment, and the like.
  • a microwave heating cooker heats an object to be heated, which is a dielectric, using high-frequency dielectric heating using a semiconductor element.
  • the output of the high-frequency oscillator is amplified by a plurality of high-frequency power amplifier circuits, and microwave power is radiated from the antenna into the cooking chamber.
  • the high frequency power amplifier circuit is mainly intended for application to wireless communication. Therefore, in order to output a stable high frequency from the high frequency power amplifier circuit, a DC voltage is generally supplied to the power supply. And since commercial power is supplied by alternating current, when supplying a voltage to the power supply of a high frequency power amplifier circuit, it is desirable to convert into a DC voltage in consideration of a power factor. For example, in Patent Document 1, in a microwave utilization device having a relatively large power capacity, a commercial AC voltage is converted into a DC voltage with less pulsation while improving the power factor of the input voltage with a power factor correction circuit (PFC). A configuration for supplying power to the power supply circuit is taken. The PFC is composed of a large capacity electrolytic capacitor.
  • the circuit is simplified by supplying a non-smooth rectified voltage of the commercial power supply voltage to the high frequency power amplifier circuit.
  • the microwave utilization apparatus described in Patent Document 2 includes a power supply unit 4 that activates a smoothed voltage obtained by full-wave rectification of the commercial power supply 1.
  • the microwave cooking device widely spread for consumer use is equipped with an infrared cooking function using a heater, a hot air cooking function, a superheated steam cooking function and the like in addition to the microwave heating function.
  • a heater for example, a heater, a hot air cooking function, a superheated steam cooking function and the like.
  • the microwave heating cooker provided with such a heater, the temperature inside the cooking appliance housing greatly increases during use.
  • a PFC configured with a large-capacity electrolytic capacitor as described in Patent Document 1 has a property of being vulnerable to a high temperature environment. Therefore, if a heater function is added to a microwave heating cooker equipped with a large-capacity electrolytic capacitor, there is a possibility that the lifetime of the capacitor and thus the product life may be shortened. In addition, there is a problem that mounting a large-capacity electrolytic capacitor increases the size of the circuit structure or increases the manufacturing cost.
  • the microwave utilization apparatus described in Patent Document 2 the commercial power supply is smoothed to some extent without using an electrolytic capacitor.
  • the improvement of the input power factor is not considered.
  • an object of the present invention is to provide a high-frequency heating device that can improve the input power factor of an AC power supply without using a large-capacity electrolytic capacitor.
  • a high-frequency heating device includes an AC power supply that supplies electric power, an oscillator that generates a high-frequency signal, and amplitude-modulates the high-frequency signal with a signal wave synchronized with a half cycle of the AC power supply.
  • the signal wave synchronized with a half cycle of the AC power supply may be a full-wave rectified waveform of the voltage of the AC power supply.
  • the frequency of the high-frequency power may be in a UHF band
  • the power supply unit may include an antenna that radiates the high-frequency power to the object to be heated.
  • the UHF band refers to a frequency band within a range of 0.3 GHz to 3 GHz.
  • the frequency of the high-frequency power is in an HF band or a VHF band
  • the power supply unit includes at least two electrodes for placing the object to be heated between, May form a high-frequency electric field between the at least two electrodes.
  • the HF band refers to a frequency band within a range of 3 MHz to 30 MHz.
  • the VHF band refers to a frequency band within a range of 30 MHz to 300 MHz.
  • the high-frequency heating device is connected to the AC power source and rectifies a current supplied to a power supply terminal of the amplifier; a second rectifier circuit connected to the AC power source via a transformer; May be further provided.
  • the signal wave synchronized with a half cycle of the AC power supply may be generated by the second rectifier circuit.
  • the high-frequency heating device may further include a rectifier circuit and a switching converter between the AC power supply and the amplifier.
  • the switching converter may include a transformer and an auxiliary winding provided in the transformer. The signal wave synchronized with a half cycle of the AC power source may be obtained from the auxiliary winding.
  • the high-frequency heating device includes the amplitude modulation unit that amplitude-modulates the high-frequency signal with the signal wave synchronized with the half cycle of the AC power supply cycle. Therefore, the input power factor of the AC power supply can be improved without using a large-capacity electrolytic capacitor.
  • FIG. (A) is a wave form diagram which shows the waveform of the input voltage (60 Hz) of the commercial power source (alternating current power supply) of the microwave heating cooker shown in FIG. (B) is a wave form diagram which shows the waveform of the input current (60 Hz) of the commercial power source (alternating current power supply) of the microwave heating cooker shown in FIG. (C) is a wave form diagram which shows the waveform of the primary side voltage of the switching converter of the microwave heating cooker shown in FIG.
  • (D) is a wave form diagram which shows the waveform (waveform before amplitude modulation) of the high frequency voltage output from the high frequency oscillator of the microwave heating cooker shown in FIG.
  • (E) is a wave form diagram which shows the waveform of the high frequency voltage after the high frequency voltage shown in (d) was amplitude-modulated.
  • (F) is a wave form diagram which shows the waveform of the electric current which flows into the power supply terminal of the semiconductor amplifier circuit of the microwave heating cooker shown in FIG. It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the high frequency power supply of the microwave heating cooker concerning the 2nd Embodiment of this invention. It is a schematic diagram which shows the internal structure of the dielectric heating thawing machine concerning the 3rd Embodiment of this invention.
  • FIG. It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the high frequency power supply of the dielectric heating thawer shown in FIG. It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the high frequency power supply of the conventional high frequency heating apparatus.
  • A is a wave form diagram which shows the waveform of the electric current which flows into the power supply terminal of the semiconductor amplifier circuit of the high frequency heating apparatus shown in FIG.
  • B is a wave form diagram which shows the waveform of the high frequency voltage output from the high frequency oscillator of the high frequency heating apparatus shown in FIG.
  • C is a wave form diagram which shows the waveform of the high frequency voltage output from the 1st and 2nd semiconductor amplifier circuit of the high frequency heating apparatus shown in FIG.
  • a microwave heating cooker that is an example of the high-frequency heating device according to one aspect of the present invention will be described as an example.
  • a microwave heating cooker heats an object to be heated, such as food, using an electromagnetic wave having a frequency of 2.4 GHz to 2.5 GHz, which is a UHF band frequency.
  • the frequency of the electromagnetic wave used in the high-frequency heating device of one embodiment of the present invention is not limited to this.
  • the microwave heating cooker 1 emits electromagnetic waves of high-frequency power to a heated object A such as food, and performs a heating process, a thawing process, and the like of the heated object.
  • the microwave heating cooker 1 includes a cooking chamber 2, a first semiconductor amplifier circuit (amplifier) 3, a second semiconductor amplifier circuit (amplifier) 4, an antenna (power) as main components.
  • Supply unit 5 high frequency generation unit 6, temperature sensor 8, control unit 9, and the like.
  • the first semiconductor amplification circuit 3, the second semiconductor amplification circuit 4, the antenna 5, and the high frequency generator 6 constitute a high frequency power supply 10.
  • the cooking chamber 2 is formed of a metal casing.
  • a heated object A such as food is placed inside the cooking chamber 2.
  • High frequency electromagnetic waves are radiated from an antenna 5 of a high frequency power source 10 to be described later, and the object A to be heated in the cooking cabinet 2 is heated.
  • the first semiconductor amplifier circuit 3, the second semiconductor amplifier circuit 4, the antenna 5, and the high frequency generator 6 constitute a high frequency power source 10. Specifically, the high frequency generator 6 adjusts the oscillation frequency of the high frequency signal to a frequency suitable for the size and physical properties of the object to be heated A within a range of 2.4 GHz to 2.5 GHz. In the first semiconductor amplifier circuit 3 and the second semiconductor amplifier circuit 4, the high frequency signal sent from the high frequency generator 6 is amplified. The antenna 5 radiates high-frequency power obtained from the high-frequency signal amplified by each amplifier circuit into the cooking cabinet 2.
  • the temperature sensor 8 is disposed on the upper surface of the cooking chamber 2, for example.
  • the temperature sensor 8 monitors the temperature of the object A to be heated.
  • the control unit 9 is connected to each component in the microwave heating cooker 1 and controls these components. For example, the control unit 9 controls the adjustment of the high frequency power supplied from the high frequency generation unit 6 and the end of heating based on the temperature information monitored by the temperature sensor 8.
  • FIG. 2 shows a circuit configuration of the high-frequency power supply 10.
  • the high-frequency power source 10 includes, as main constituent members, a first semiconductor amplifier circuit 3, a second semiconductor amplifier circuit 4, an antenna 5, a high-frequency generator 6, a commercial power source (AC power source) 7, and a first full-wave rectifier circuit. 11 and a switching converter 12 are provided.
  • the first full-wave rectifier circuit (first rectifier circuit) 11 rectifies the single-phase AC voltage from the commercial power supply 7 and supplies power to the switching converter 12.
  • the switching converter 12 is a flyback method, and is controlled so that the current of the commercial power supply 7 (see FIG. 3B) follows the voltage of the commercial power supply 7 (see FIG. 3A). Thereby, the input power factor of the commercial power source 7 is improved.
  • a DC-DC converter can be used in addition to the above flyback type.
  • the switching converter 12 includes a primary side smoothing capacitor 13, a power supply controller 14, a transformer (transformer) 15, an FET (field effect transistor) 16, a snubber capacitor 17, and the like. Furthermore, the switching converter 12 includes a diode 18 and a secondary smoothing capacitor 19 on the secondary side of a transformer (transformer) 15. The primary side smoothing capacitor 13 and the secondary side smoothing capacitor 19 absorb the switching frequency component.
  • the secondary-side smoothing capacitor 19 is not a large-capacity electrolytic capacitor but a relatively small-capacitance capacitor such as a film capacitor. Thereby, the heat resistance of the high frequency power supply 10 can be improved. In addition, the life of the product can be extended as compared with the case where a large capacity electrolytic capacitor is used.
  • the first semiconductor amplifier circuit 3, the second semiconductor amplifier circuit 4, and the antenna 5 are connected to the subsequent stage of the switching converter 12.
  • the switching converter 12 controls the ON / OFF of the FET 16 by the power supply controller 14 to cause the current of the commercial power supply 7 to follow the voltage of the commercial power supply 7. Thereby, the input power factor of the commercial power source 7 can be improved.
  • the microwave heating cooker 1 of the present embodiment a relatively small capacitor such as a film capacitor is applied to the secondary smoothing capacitor 19.
  • the secondary side smoothing capacitor 19 has a smaller power storage capacity than a large-capacity electrolytic capacitor or the like. Therefore, although the switching converter 12 can smooth the output voltage to some extent, for example, unlike the microwave utilization apparatus disclosed in Patent Document 1, the output voltage is not completely converted to direct current. . That is, the amplitude of the electric power supplied to the first semiconductor amplifier circuit 3 and the second semiconductor amplifier circuit 4 arranged at the subsequent stage of the switching converter 12 is not constant.
  • the microwave heating cooker 1 of the present embodiment a configuration for modulating the amplitude of the high frequency signal output from the high frequency generator 6 is provided.
  • the first semiconductor amplifier circuit 3 and the second semiconductor are transmitted to the secondary side of the switching converter 12 and supplied to the first semiconductor amplifier circuit 3 and the second semiconductor amplifier circuit 4 in the subsequent stage.
  • the power consumption in the amplifier circuit 4 can be followed.
  • the high frequency generator 6 includes a high frequency oscillator (oscillator) 26 that generates a high frequency signal.
  • the high frequency signal output from the high frequency generator 6 is amplified in the first semiconductor amplifier circuit 3 and the second semiconductor amplifier circuit 4.
  • the high frequency generator 6 includes a commercial transformer (transformer) 20, a second full-wave rectifier circuit (second rectifier circuit) 21, resistors 22 and 23, an amplifier 24, an analog multiplier (amplitude modulator) 25, and a high frequency It is composed of an oscillator 26 and the like.
  • the commercial transformer 20 transforms the input voltage (primary side voltage) from the commercial power source 7 and outputs a secondary side voltage having a waveform similar to the input voltage.
  • the second full-wave rectifier circuit 21 is connected to the secondary side of the commercial transformer 20.
  • the single-phase AC voltage on the secondary side of the commercial transformer 20 is rectified, as in the first full-wave rectifier circuit 11.
  • the resistors 22 and 23 divide the output voltage of the second full-wave rectifier circuit 21.
  • the waveform of the voltage divided by the resistors 22 and 23 is similar to the full-wave rectified waveform of the commercial power supply 7 (the waveform rectified by the first full-wave rectifier circuit 11) (see FIG. 3C). .
  • the signal wave rectified by the second full-wave rectifier circuit 21 and divided by the resistors 22 and 23 becomes a signal wave synchronized with a half cycle of the cycle of the commercial power supply 7.
  • the amplifier 24 amplifies this signal wave.
  • the signal wave whose level is adjusted by the amplifier 24 is then input to the analog multiplier 25.
  • the high-frequency oscillator 26 generates a non-modulated voltage (see (d) of FIG. 3) within a range of 2.4 GHz to 2.5 GHz (for example, 2.45 GHz), for example.
  • the voltage output from the high frequency oscillator 26 is input to the analog multiplier 25.
  • the analog multiplier 25 generates a signal composed of a full-wave rectified waveform of the commercial power supply 7 output from the amplifier 24 (a signal wave synchronized with a half cycle T / 2 of the period T of the commercial power supply 7). ) (See FIG. 3C) for amplitude modulation.
  • FIG. 3E shows the waveform of the high-frequency signal amplitude-modulated by the analog multiplier 25.
  • the current flowing from the commercial power supply 7 to the switching converter 12 is similar to the voltage of the commercial power supply 7 (see FIG. 3A) because the power factor is improved. . Therefore, the instantaneous value P 1 of the input power on the primary side of the transformer 15 is expressed by the following equation (1).
  • V 1 V 1 ⁇ I 1 ⁇ sin 2 (2 ⁇ ft) (1)
  • V 1 is the voltage peak value of the commercial power source 7
  • I 1 is the current peak value of the commercial power source 7
  • f is the frequency of the commercial power source 7
  • t is the elapsed time.
  • V 1 cannot be operated by controlling the switching converter 12. Therefore, by controlling the ON / OFF of the FET 16, it is adjusted to a necessary amount effective value of power consumption P 1 on the primary side by adjusting the current peak value I 1.
  • the secondary side first semiconductor amplifying circuit 3 of the transformer 15, the power P 2 of the second semiconductor amplifier circuit 4 will be described below. Note that the power consumption of the first semiconductor amplifier circuit 3 and the bias current of the second semiconductor amplifier circuit 4 are small and will be omitted from the calculation.
  • the high-frequency signal output from the antenna 5 of the high-frequency power supply 10 is amplitude-modulated with a signal composed of the full-wave rectified waveform of the commercial power supply 7.
  • I 2 is a peak value of the current flowing through the power supply terminal 27 of the second semiconductor amplifier circuit 4.
  • Z is a resistance value viewed from the power supply terminal 27 of the second semiconductor amplifier circuit 4.
  • G is the gain of the second semiconductor amplifier circuit 4.
  • V h is the peak value of the full-wave rectified waveform input to the analog multiplier 25.
  • Power P 2 on the secondary side if follow the power P 1 of the primary side, is little need to accumulate power in the secondary side. That is, unlike the microwave utilization apparatus described in Patent Document 1, it is not necessary to convert a commercial AC voltage into a DC voltage using a large-capacity electrolytic capacitor on the secondary side of the transformer.
  • the microwave heating cooker 1 of the present embodiment the electric power transmitted to the secondary side of the switching converter 12 while improving the input power factor of the commercial power supply 7 on the primary side of the switching converter 12.
  • the power consumption in the first semiconductor amplifier circuit 3 and the second semiconductor amplifier circuit 4 arranged in the subsequent stage can be made to follow.
  • the high-frequency power source 910 includes a first semiconductor amplifier circuit 903, a second semiconductor amplifier circuit 904, an antenna 905, a high-frequency oscillator 906, a commercial power source 907, a full-wave rectifier circuit 911, a switching converter 912, and the like as main components. ing.
  • the full-wave rectifier circuit 911 has substantially the same configuration as the first full-wave rectifier circuit 11 of the high-frequency power supply 10 of the present embodiment.
  • the switching converter 912 includes a primary side smoothing capacitor 913, a power supply controller (not shown), a transformer 915, an FET 916, a snubber capacitor 917, a diode 918, a secondary side electrolytic capacitor 919, and the like.
  • the switching converter 912 has substantially the same configuration as the switching converter 912 of the high-frequency power supply 10 of the present embodiment.
  • the configuration of the high-frequency oscillator 906 is different from that of the high-frequency generator 6 of the high-frequency power supply 10 of the present embodiment. That is, the high frequency oscillator 906 generates a non-modulated voltage of 2.45 GHz, for example.
  • the unmodulated voltage is supplied to the first semiconductor amplifier circuit 903 without being amplitude-modulated.
  • FIG. 8B shows the waveform of the unmodulated voltage supplied to the first semiconductor amplifier circuit 903.
  • FIG. 8A shows a voltage waveform supplied to the second semiconductor amplifier circuit 904.
  • the first semiconductor amplification circuit is rectified full-wave by the full-wave rectifier circuit 911 and smoothed by the secondary electrolytic capacitor 919 which is a small-capacity film capacitor.
  • 903 and the second semiconductor amplifier circuit 904 are supplied.
  • the amplitude of the voltage supplied to the second semiconductor amplifier circuit 904 fluctuates periodically as shown in the power waveform of FIG.
  • the output from the high-frequency oscillator 906 is stopped, and other than that In the period, the amplitude of the voltage output from the high-frequency oscillator 906 is not changed (see FIG. 8B).
  • the envelope of the output power from the first semiconductor amplifier circuit 903 and the second semiconductor amplifier circuit 904 is not similar to the full-wave rectified waveform as shown in FIG.
  • the high frequency power source 910 cannot improve the power factor of the commercial power source 907.
  • the amplitude modulation of the high frequency voltage is performed in the high frequency generator 6 as described above.
  • the non-modulated voltage (see FIG. 3D) output from the high-frequency oscillator 26 is amplitude-modulated with a signal composed of the full-wave rectified waveform of the commercial power supply 7 output from the amplifier 24 (see FIG. 3). 3 (e)).
  • the supply voltage from the commercial power supply 7 is rectified into a full-wave rectified waveform by the first full-wave rectifier circuit 11.
  • Input power is immediately output from the secondary smoothing capacitor 19 (small-capacity film capacitor).
  • the waveform of the input power rectified by the first full-wave rectifier circuit 11 and supplied to the second semiconductor amplifier circuit 4 via the transformer 15 and the amplitude-modulated high-frequency voltage output from the high-frequency generator 6 The waveform is similar. Thereby, the input power factor of the commercial power source 7 (AC power source) can be improved.
  • the necessity of holding power in the secondary side smoothing capacitor 19 is low. Therefore, in the microwave heating cooker 1 according to the present embodiment, a small-capacity capacitor such as a film capacitor can be applied as the secondary-side smoothing capacitor 19.
  • ⁇ Small-capacity film capacitors are more resistant to high temperatures than large-capacity electrolytic capacitors. Therefore, the microwave heating cooker 1 manufactured using a small-capacity film capacitor can extend the product life compared to the microwave heating cooker manufactured using a large-capacity electrolytic capacitor.
  • the microwave heating cooker 1 of this embodiment also has an advantage in manufacturing cost.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of a circuit (specifically, a high-frequency generator 106 and the like) that generates a full-wave rectified waveform for amplitude-modulating a high-frequency signal.
  • a circuit specifically, a high-frequency generator 106 and the like
  • FIG. 1 shows a microwave heating cooker (high-frequency heating device) 100 according to a second embodiment of the present invention.
  • the basic configuration of the microwave heating cooker 100 is the same as that of the microwave heating cooker 1 (see FIG. 1) according to the first embodiment. Therefore, in the microwave heating cooker 100, members having the same structure and function as those of the microwave heating cooker 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the microwave heating cooker 100 includes a high-frequency power source 110.
  • the configuration of the high frequency power supply 110 is different from that of the high frequency power supply 10 of the first embodiment.
  • FIG. 4 shows a circuit configuration of the high frequency power supply 110.
  • the high-frequency power supply 110 includes, as main components, a first semiconductor amplifier circuit 3, a second semiconductor amplifier circuit 4, an antenna 5, a high-frequency generator 106, a commercial power supply (AC power supply) 7, a full-wave rectifier circuit (rectifier circuit). ) 11, a switching converter 112 and the like.
  • the first semiconductor amplifier circuit 3, the second semiconductor amplifier circuit 4, the antenna 5, the commercial power supply 7, and the full-wave rectifier circuit 11 (corresponding to the first full-wave rectifier circuit 11 of the first embodiment) A configuration similar to that of the first embodiment can be applied.
  • the switching converter 112 is a flyback system, and controls so that the current of the commercial power supply 7 (see FIG. 3B) follows the voltage of the commercial power supply 7 (see FIG. 3A). Thereby, the input power factor of the commercial power source 7 is improved.
  • the switching converter 112 includes a primary side smoothing capacitor 13, a power supply controller 14, a transformer (transformer) 133, an FET (field effect transistor) 16, a snubber capacitor 17, and the like. Further, the switching converter 112 includes a diode 18, a secondary side smoothing capacitor 19, and the like on the secondary side of the transformer (transformer) 133.
  • an input voltage is obtained from the commercial power source 7 using the commercial transformer 20.
  • a transformer 133 provided with a primary winding 134 and an auxiliary winding 135 is provided in the switching converter 112.
  • the same configuration as the winding applied to the transformer 15 of the first embodiment can be applied. Further, from the auxiliary winding 135, primary side voltage information proportional to the turn ratio of the primary winding 134 and the auxiliary winding 135 can be obtained only during the ON period of the FET 16.
  • the high frequency generator 106 includes an auxiliary winding 135, a diode 136, a low-pass filter 140, an amplifier 124, an analog multiplier (amplitude modulator) 125, a high frequency oscillator 126, and the like.
  • the low pass filter 140 includes a resistor 137, a resistor 138, a capacitor 139, and the like.
  • the primary side voltage information can be obtained from the auxiliary winding 135 only in the ON period of the FET 16. Therefore, the diode 136 is provided in a direction in which it is conducted only during the ON period of the FET 16.
  • the voltage output from the diode 136 is filtered by the low-pass filter 140 having the above configuration, and only a specific frequency component is input to the amplifier 124.
  • the amplifier 124 amplifies the input voltage signal.
  • the voltage signal level-adjusted by the amplifier 124 is then input to the analog multiplier 125.
  • the signal input to the analog multiplier 125 is a signal composed of a full-wave rectified waveform of the commercial power source 7 (a signal wave synchronized with a half cycle of the cycle of the commercial power source 7).
  • the high-frequency oscillator 126 generates an unmodulated voltage (see (d) in FIG. 3) within a range of 2.4 GHz to 2.5 GHz (specifically, 2.45 GHz), for example.
  • the voltage output from the high frequency oscillator 126 is input to the analog multiplier 125.
  • the analog multiplier 125 generates a signal composed of a full-wave rectified waveform of the commercial power supply 7 output from the amplifier 124 (a signal wave synchronized with a half cycle T / 2 of the period T of the commercial power supply 7). ) (See FIG. 3C) for amplitude modulation.
  • FIG. 3E shows the waveform of the high-frequency signal amplitude-modulated by the analog multiplier 125.
  • the same method as that of the first embodiment can be applied to the method of controlling the high-frequency power output from the high-frequency power source 110. That is, in the first embodiment, the method described with reference to FIG. 3 and the expressions (1) and (2) can be applied to the second embodiment.
  • the high frequency generator 106 of the second embodiment can amplitude-modulate a high frequency signal with a signal wave synchronized with a half cycle of the commercial power supply 7. Therefore, in the microwave heating cooker 100 of this embodiment, while improving the input power factor of the commercial power source 7 on the primary side of the switching converter 112, the power transmitted to the secondary side of the switching converter 112 is thereafter The power consumption in each amplifier circuit 3 and 4 arrange
  • positioned at a stage can be tracked.
  • the circuit configuration can be further simplified as compared with the first embodiment.
  • a third embodiment of the present invention will be described.
  • the microwave heating cooker that is an example of the high-frequency heating device of one aspect of the present invention has been described as an example.
  • a dielectric heating and thawing machine will be described as another example of the high-frequency heating device according to one aspect of the present invention.
  • the dielectric heating and thawing machine (high-frequency heating device) 200 uses an electromagnetic wave having a frequency of 30 MHz or more and 300 MHz or less (specifically, a frequency of 40.68 MHz) that is a VHF band frequency. Heat or thaw the heated product.
  • the frequency of the electromagnetic wave used in the dielectric heating and thawing machine of the present embodiment is not limited to this.
  • an electromagnetic wave having an HF band frequency (3 MHz or more and 30 MHz or less) can be used.
  • the dielectric heating and thawing machine 200 irradiates an object to be heated (an object to be thawed) A such as food with a high-frequency electric field, and performs a heating process, a thawing process, and the like on the object to be heated.
  • the dielectric heating and thawing machine 200 includes a casing 201, a cooking chamber 202, a control unit 209, a high-frequency power source 210, and the like as main components.
  • the high-frequency power supply 210 includes a first semiconductor amplifier circuit (amplifier) 3, a second semiconductor amplifier circuit (amplifier) 4, a high-frequency generator 206, an upper electrode (power supply unit, electrode) 251, and a lower electrode (power supply unit). Electrode) 252, a matching circuit 254, and the like.
  • the housing 201 forms the outer shape of the dielectric heating and thawing machine 200.
  • the cooking cabinet 202 is formed of a metal casing. Inside the cooking chamber 202, an object A to be heated such as food is placed. In the cooking chamber 202, an upper electrode 251, a lower electrode 252, a ceramic plate 253, and the like are arranged. The lower electrode 252 is disposed under the ceramic plate 253. Further, the lower electrode 252 is grounded and has a zero potential.
  • a high frequency electric field is applied between the upper electrode 251 and the lower electrode 252 from the high frequency power supply 210 as will be described later.
  • the object to be heated A is placed between the upper electrode 251 and the lower electrode 252.
  • a high frequency high voltage is applied between the two electrodes 251 and 252, and dielectric heating is performed with the object A to be heated interposed therebetween.
  • the object A to be heated is heated or thawed by dielectric loss.
  • the control unit 209 is connected to each component in the dielectric heating and thawing machine 200 and controls them.
  • the control unit 209 performs control such as adjustment of high-frequency power and termination of heating.
  • the high-frequency power source 210 includes, as main components, a first semiconductor amplifier circuit 3, a second semiconductor amplifier circuit 4, a high-frequency generator 206, a commercial power source (AC power source) 7, a full-wave rectifier circuit 11, a switching converter 112, A matching circuit 254 and the like are provided.
  • the high frequency generator 206 In the high frequency power supply 210, the high frequency generator 206 generates a high frequency signal of 40.68 MHz, for example.
  • the high frequency signal is amplified by the first semiconductor amplifier circuit 3 and the second semiconductor amplifier circuit 4 and then impedance-matched by the matching circuit 254.
  • the high-frequency power obtained by this high-frequency signal is applied to an equivalent capacitor 261 composed of the upper electrode 53 and the lower electrode 55 and an equivalent resistor 262 composed of the heated object A.
  • a high-frequency electric field is formed between the upper electrode 53 and the lower electrode 55, and high-frequency power is applied to the heated object A positioned between the upper electrode 53 and the lower electrode 55.
  • the same configuration as that of the second embodiment can be applied to the high frequency generation unit 206, the commercial power supply (AC power supply) 7, the full wave rectifier circuit 11, and the switching converter 112.
  • the frequency band to be used is different from that of the second embodiment, the internal configurations of the first semiconductor amplifier circuit 3 and the second semiconductor amplifier circuit 4 are different from those of the second embodiment.
  • the first semiconductor amplifier circuit 3 and the second semiconductor amplifier circuit 4 in the present embodiment have a configuration suitable for the frequency in the VHF band.
  • the high frequency generator 206 of the third embodiment can amplitude-modulate a high frequency signal with a signal wave synchronized with a half cycle of the commercial power supply 7. Therefore, in the dielectric heating and thawing machine 200 of the present embodiment, while improving the input power factor of the commercial power supply 7 on the primary side of the switching converter 112, the power transmitted to the secondary side of the switching converter 112 is converted to the subsequent stage.
  • the power consumption in each of the amplifier circuits 3 and 4 arranged in the can be followed.

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Abstract

マイクロ波加熱調理器（１）は、高周波電源（１０）を備えている。高周波電源（１０）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）、アンテナ（電力供給部）（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。高周波発生部（６）は、商用トランス（２０）、第２の全波整流回路（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（発振器）（２６）などで構成されている。アナログ乗算器（２５）は、高周波発振器（２６）からの出力電圧を、商用電源（７）の周期の半周期に同期した信号波で振幅変調する。

Description

高周波加熱装置
　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Ｐ１は、以下の式（１）で表される。
　　Ｐ１＝Ｖ１・Ｉ１・ｓｉｎ２（２πｆｔ）・・・（１）
　上記式（１）において、Ｖ１は商用電源７の電圧ピーク値、Ｉ１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Ｖ１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Ｉ１を調整して１次側の消費電力Ｐ１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Ｐ２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Ｐ２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。
　　Ｐ２＝（Ｉ２・｜ｓｉｎ（２πｆｔ）｜）２・Ｚ
　　　　＝Ｉ２ ２・Ｚ・ｓｉｎ２（２πｆｔ）
　　　　＝（Ｇ・Ｖｈ）２・Ｚ・ｓｉｎ２（２πｆｔ）・・・（２）
　上記式（２）において、Ｉ２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。Ｖｈ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ｓｉｎ２（２πｆｔ）が含まれている。この点に着目すると、Ｉ１とＶｈを適切に制御すれば、Ｐ２はＰ１に追従可能であることがわかる。
　２次側の消費電力Ｐ２が、１次側の消費電力Ｐ１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 (6)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
     
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