(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁調理装置であって、
食品負荷が中に置かれる閉じられたキャビティと、
電磁放射を前記閉じられたキャビティ内に導入して前記食品負荷を加熱し、調製するように構成された複数のＲＦ供給部であって、前記複数のＲＦ供給部において順方向および逆方向の電力の測定を可能にするように構成される、複数のＲＦ供給部と、
コントローラであって、
（ａ）ＲＦ励起の生成を、指定された周波数および位相シフトで前記複数のＲＦ供給部の各々から所定の期間の間引き起こすように、
（ｂ）前記所定の期間中、前記複数のＲＦ供給部において前記逆方向電力を測定し、分析して効率を算出し、前記効率の変動係数を決定し、前記変動係数を監視して、前記食品負荷の特性における予想される変化を識別するように、
（ｃ）調理サイクルにわたる前記変動係数の変化に基づいて前記食品負荷の特性において予想される変化が識別されるまで、ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返し実行するように構成され、前記ＲＦ励起は、他の所定の期間の間加熱ストラテジにしたがって異なる周波数および／または位相シフトにおけるものである、コントローラと、
を備える、電磁調理装置。
【請求項２】
前記コントローラが、前記所定の期間中、前記効率の標準偏差に基づいて変動係数を決定する、請求項１に記載の調理装置。
【請求項３】
前記コントローラが、
前記所定期間中の前記効率の平均値および標準偏差を決定し、
前記平均値および標準偏差に基づいて前記効率の変動係数を計算することによって変動係数を決定する、請求項１に記載の調理装置。
【請求項４】
前記コントローラが、前記標準偏差を前記平均で割ったものとして前記効率の変動係数を計算する、請求項３に記載の調理装置。
【請求項５】
前記コントローラが、前記変動係数を監視して前記食品負荷の体積の予想される変化を識別する、請求項１から４のいずれか一項に記載の調理装置。
【請求項６】
ステップ（ｃ）において、前記コントローラは、前記食品負荷の体積の特定の変化が識別されるまで、ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返し実行する、請求項１から５のいずれか一項に記載の調理装置。
【請求項７】
前記食品負荷の体積の特定の変化が識別されたとき、前記コントローラは前記調理サイクルを停止する、請求項６に記載の調理装置。
【請求項８】
前記食品負荷の体積の特定の変化が識別されたとき、前記コントローラは、加熱ストラテジを変更し、前記調理サイクルを継続する、請求項６に記載の調理装置。
【請求項９】
食品負荷が中に置かれる閉じられたキャビティと、電磁放射を前記閉じられたキャビティ内に導入して前記食品負荷を加熱し、調製するように構成された複数のＲＦ供給部であって、前記複数のＲＦ供給部において順方向および逆方向の電力の測定を可能にするように構成される、複数のＲＦ供給部とを有する電磁調理装置における調理を制御する方法であって、
（ａ）ＲＦ励起の生成を、指定された周波数および位相シフトにおいて前記複数のＲＦ供給部の各々から所定の期間の間引き起こすステップと、
（ｂ）前記所定の期間中、前記複数のＲＦ供給部において前記逆方向電力を測定し、分析して効率を算出し、前記効率の変動係数を決定し、前記変動係数を監視して、前記食品負荷の体積における予想される変化を識別するステップと、
（ｃ）調理サイクルにわたる前記変動係数の変化に基づいて前記食品負荷の体積において変化が識別されるまで、ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返し実行するステップとを含み、前記ＲＦ励起は、他の所定の期間の間加熱ストラテジにしたがって異なる周波数および／または位相シフトにおけるものである、方法。
【請求項１０】
前記変動係数が、前記所定期間中、前記効率の標準偏差に基づいて決定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記変動係数は、
前記所定期間中の前記効率の平均値および標準偏差を決定し、
前記平均値および標準偏差に基づいて前記効率の変動係数を計算することによって、
決定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記効率の変動係数が、前記標準偏差を前記平均で割ったものとして計算される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記変動係数が、前記食品負荷の体積の予想される変化を識別するために監視される、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
ステップ（ｃ）において、前記食品負荷の体積の特定の変化が識別されるまでステップ（ａ）および（ｂ）が繰り返し実行される、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記食品負荷の体積の特定の変化が識別されたとき、前記調理サイクルが停止される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記食品負荷の体積の特定の変化が識別されたとき、新しい加熱ストラテジが選択され、前記調理サイクルが継続される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
電磁調理装置であって、
食品負荷が中に置かれる閉じられたキャビティと、
電磁放射を前記閉じられたキャビティ内に導入して前記食品負荷を加熱し、調製するように構成された複数のＲＦ供給部であって、前記複数のＲＦ供給部において順方向および逆方向の電力の測定を可能にするように構成される、複数のＲＦ供給部と、
コントローラであって、
（ａ）前記複数のＲＦ供給部に、指定された周波数、振幅、および位相シフトで所定の期間の間ＲＦ励起を生成させるように、
（ｂ）前記所定の期間中、前記複数のＲＦ供給部において前記逆方向電力を測定し、分析して効率を算出し、前記効率の変動係数を決定し、前記変動係数を監視して、前記食品負荷の体積における予想される変化を識別するように、
（ｃ）調理サイクルにわたる前記変動係数の変化に基づいて前記食品負荷の体積において変化が識別されるまで、ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返し実行するように構成される、コントローラと、
を備える、電磁調理装置。
【請求項１８】
ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返すとき、前記ＲＦ励起は、他の所定の期間の間加熱ストラテジに従って異なる周波数および／または位相シフトにおけるものである、請求項１７に記載の調理装置。
【請求項１９】
前記コントローラが、前記所定期間中、前記効率の標準偏差に基づいて変動係数を決定する、請求項１７または１８に記載の調理装置。
【請求項２０】
前記コントローラが、
前記所定期間中の前記効率の平均値および標準偏差を決定し、
前記平均値および標準偏差に基づいて前記効率の変動係数を計算することによって
変動係数を決定する、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の調理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本装置は、一般に、電磁調理のための方法および装置に関し、より詳細には電子レンジ内の共振モードを決定し制御するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子レンジは、高周波交流電磁界が閉じられたキャビティ全体に分布する誘電加熱プロセスによって食品を調理する。無線周波数スペクトルのサブバンド、２．４５ＧＨｚまたはその付近のマイクロ波周波数が、主に水へのエネルギーの吸収によって誘電加熱を引き起こす。
【０００３】
従来の電子レンジにおいてマイクロ波周波数放射を生成するために、高電圧変圧器に印加される電圧の結果、マイクロ波周波数放射を生成するマグネトロンに印加される高電圧電力が生じる。マイクロ波は次に、導波管を介して食品を含む閉じられたキャビティに送信される。マグネトロンのような単一の非コヒーレントソースを用いて閉じられたキャビティ内で食品を調理すると、食品の加熱が不均一になる可能性がある。より均一に食品を加熱するために、電子レンジは、とりわけ、電子レンジスターラーおよび食品を回転させるためのターンテーブルなどの機械的解決法を含む。一般的なマグネトロンベースのマイクロ波ソースは、狭帯域ではなく同調可能でもない（すなわち、経時的に変化し、選択不可能な周波数でマイクロ波を発する）。そのような一般的なマグネトロンベースのマイクロ波ソースの代替策として、同調可能でコヒーレントであるソリッドステートソースを電子レンジに含むことができる。
【発明の概要】
【０００４】
１つの態様によれば、電磁調理装置であって、食品負荷が中に置かれる閉じられたキャビティと、電磁放射を閉じられたキャビティ内に導入して食品負荷を加熱し調製するように構成された複数のＲＦ供給部であって、複数のＲＦ供給部において順方向および逆方向の電力の測定を可能にするように構成される、複数のＲＦ供給部と、コントローラとを備える、電磁調理装置が提供される。コントローラは、（ａ）ＲＦ励起の生成を、指定された周波数および位相シフトで複数のＲＦ供給部の各々から所定の期間の間引き起こすように、（ｂ）所定の期間中、複数のＲＦ供給部において逆方向電力を測定し、分析して効率を算出し、効率の変動係数を決定し、変動係数を監視して食品負荷の特性における予想される変化を識別するように、（ｃ）調理サイクルにわたる変動係数の変化に基づいて、食品負荷の特性において予想される変化が特定されるまで、ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返し実行するように構成され、ＲＦ励起は、他の所定期間の間、加熱ストラテジに従って異なる周波数および／または位相シフトにおけるものである。
【０００５】
別の態様によれば、電磁調理装置における調理を制御するための方法であって、電磁調理装置は、食品負荷が中に置かれる閉じられたキャビティと、電磁放射を閉じられたキャビティ内に導入して食品負荷を加熱し調製するように構成された複数のＲＦ供給部であって、複数のＲＦ供給部において順方向および逆方向の電力の測定を可能にするように構成される、複数のＲＦ供給部とを有する、方法が提供される。方法は、（ａ）ＲＦ励起の生成を、指定された周波数および位相シフトで複数のＲＦ供給部の各々から所定の期間の間引き起こすステップと、（ｂ）所定の期間中、複数のＲＦ供給部において逆方向電力を測定し、分析して効率を算出し、効率の変動係数を決定し、変動係数を監視して食品負荷の体積における予想される変化を識別するステップと、（ｃ）調理サイクルにわたる変動係数の変化に基づいて、食品負荷の体積において変化が特定されるまで、ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返し実行するステップとを含み、ＲＦ励起は、他の所定期間の間加熱ストラテジに従って異なる周波数および／または位相シフトにおけるものである。
【０００６】
別の態様によれば、電磁調理装置であって、食品負荷が中に置かれる閉じられたキャビティと、電磁放射を閉じられたキャビティ内に導入して食品負荷を加熱し調製するように構成された複数のＲＦ供給部であって、複数のＲＦ供給部において順方向および逆方向電力の測定を可能にするように構成される、複数のＲＦ供給部と、コントローラとを備える、電磁調理装置が提供される。
コントローラは、（ａ）複数のＲＦ供給部に、指定された周波数、振幅、および位相シフトで所定の期間の間ＲＦ励起を生成させるように、（ｂ）所定の期間中、複数のＲＦ供給部において逆方向電力を測定し、分析して効率を算出し、効率の変動係数を決定し、変動係数を監視して、食品負荷の体積における予想される変化を識別するように、（ｃ）調理サイクルにわたる変動係数の変化に基づいて、食品負荷の体積において変化が識別されるまで、ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返し実行するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図において：
【０００８】
【図１】本明細書に説明する様々な態様による複数のコヒーレント無線周波数フィードを備えた電磁調理装置のブロック図である。
【０００９】
【図２】図１の無線周波数信号発生器のブロック図である。
【００１０】
【図３】本明細書に説明する様々な態様による導波管に結合された高出力無線周波数増幅器を示す概略図である。
【００１１】
【図４】本明細書に説明する様々な態様による高出力無線周波数増幅器に使用するための集積サーキュレータを示す断面図である。
【００１２】
【図５】図４の集積サーキュレータを示す上面図である。
【００１３】
【図６】本明細書に説明する様々な態様による、統合測定システムを用いて導波管に結合された高出力無線周波数増幅器を示す概略図である。
【００１４】
【図７】本明細書に説明する様々な態様による、反射率計を含む統合測定システムを用いて導波管に結合された高出力無線周波数増幅器を示す概略図である。
【００１５】
【図８】高出力増幅器の出力電力を制御するための二進制御ルーチンを示すフロー図である。
【００１６】
【図９】本明細書に説明する様々な態様による、２つの無線周波数導波管に結合された共振キャビティを示す概略図である。
【００１７】
【図１０】図８の共振キャビティの同相および逆位相励起についての効率対周波数を示すグラフ図である。
【００１８】
【図１１】本明細書に説明する様々な態様による、キャビティの共振モードを決定するための分析方法の特徴を示す図である。
【００１９】
【図１２】本明細書に説明する様々な態様による、キャビティの共振モードを評価するための方法の特徴を示す図である。
【００２０】
【図１３Ａ】本明細書に説明する様々な態様による、共振キャビティ内に配置された食品を位置特定して分類するための方法の特徴を示す概略図である。
【図１３Ｂ】本明細書に説明する様々な態様による、共振キャビティ内に配置された食品を見つけて分類するための方法の特徴を示す概略図である。
【００２１】
【図１４】Ｑ値を示す、図８の共振キャビティの同相励起についての効率対周波数を示すグラフ図である。
【００２２】
【図１５】本明細書に説明する様々な態様による、キャビティの不平衡共振モードを評価するための方法の特徴を示す図である。
【００２３】
【図１６】本明細書に説明する様々な態様による、キャビティの平衡共振モードを評価するための方法の特徴を示す図である。
【００２４】
【図１７】本明細書に説明する様々な態様による、無線周波数放射で、閉じられたキャビティを励起する方法を示すフロー図である。
【００２５】
【図１８】本明細書に説明する様々な態様による、中心に置かれない食品負荷が存在するときのキャビティの不平衡共振モードを評価するための方法の特徴を示す図である。
【００２６】
【図１９】本明細書に説明する様々な態様による、中心に置かれない食品負荷が存在するときのキャビティの平衡共振モードを評価するための方法の特徴を示す図である。
【００２７】
【図２０】２つの対称性についての１つの例の位相対効率曲線のプロットである。
【００２８】
【図２１】２つの対称性についての別の例の位相対効率曲線のプロットである。
【００２９】
【図２２】加熱ストラテジ合成の開ループ調節を示すブロック図である。
【００３０】
【図２３】加熱ストラテジ合成の閉ループ調節を示すブロック図である。
【００３１】
【図２４】加熱キャビティの効率応答および電子撹拌動作のための撹拌ルートを示す位相および周波数のプロットである。
【００３２】
【図２５Ａ】調理機器が２つのポートを含む、閉じられたキャビティ内の食品負荷の１つの例の効率マップである。
【００３３】
【図２５Ｂ】調理器具が４つのポートを含む、閉じられたキャビティ内の食品負荷の１つの例の効率マップである。
【００３４】
【図２６Ａ】システムがほぼ対称的であり、共振のほとんどが回転されていない例の効率マップである。
【００３５】
【図２６Ｂ】システムがほとんど非対称であり、共振のほとんどが回転されている例の効率マップである。
【００３６】
【図２７】本明細書に説明する様々な態様による、無線周波数放射で、閉じられたキャビティを励起する代替方法を示すフロー図である。
【００３７】
【図２８】調理キャビティ内の共振モードのスペクトルモーダル同定法を示すフロー図である。
【００３８】
【図２９Ａ】偶数対称性を有する位相シフトを示す加熱キャビティの概略図である。
【００３９】
【図２９Ｂ】奇数対称性を有する位相シフトを示す加熱キャビティの概略図である。
【００４０】
【図３０】適応フィルタリングの例を示すグラフである。
【００４１】
【図３１】効率の変動係数を使用して食品負荷を監視する方法を示すフロー図である。
【００４２】
【図３２Ａ】静止段階、弱い沸騰状態、および強い沸騰状態中に調理キャビティ内で加熱される液体の効率についてのサンプルデータを示す図である。
【００４３】
【図３２Ｂ】図３２Ａに示す効率から決定される変動係数のサンプルデータを示す図である。
【００４４】
【図３３】図３１Ｂに示す効率の変動係数および閾値に基づいて液体を加熱する方法を示すフロー図である。
【００４５】
【図３４】図３１Ｃに示す効率の変動係数およびマスクに基づいて液体を加熱する代替の方法を示すフロー図である。
【００４６】
【図３５】調理キャビティ内で加熱された牛乳の効率の変動係数のサンプルデータを示す図である。
【００４７】
【図３６】効率の変動係数およびユーザ指定の温度を示す閾値に基づいて牛乳を加熱する方法を示すフロー図である。
【００４８】
【図３７】共振の変化および効率の変動係数に基づいて食品負荷を融解する方法を示すフロー図である。
【００４９】
【図３８】キャビティ内で加熱されたソースの効率の変動係数についてのサンプルデータを示す図である。
【００５０】
【図３９】効率の変動係数およびソースの沸騰状態を表す閾値に基づいてソースを加熱する方法を示すフロー図である。
【００５１】
【図４０】キャビティ内でポッピングされたポップコーンの効率の変動係数についてのサンプルデータを示す図である。
【００５２】
【図４１】効率の変動係数およびポップコーンのポッピング状態を示す閾値に基づいてポップコーンをポッピングさせる方法を示すフロー図である。
【図４２】効率の変動係数およびポップコーンのポッピング状態を示す閾値に基づいてポップコーンをポッピングさせる方法を示すフロー図である。
【００５３】
【図４３】Ｑ値を使用して食品負荷を監視する方法を説明するフロー図である。
【００５４】
【図４４Ａ】パンベースの食品負荷についての比誘電率を示すプロットである。
【００５５】
【図４４Ｂ】パンベースの食品負荷についての損失正接を示すプロットである。
【００５６】
【図４４Ｃ】パンベースの食品負荷についてのＱ値を示すプロットである。
【００５７】
【図４５Ａ】ジャガイモベースの食品負荷についての比誘電率を示すプロットである。
【００５８】
【図４５Ｂ】ジャガイモベースの食品負荷についての損失正接を示すプロットである。
【００５９】
【図４５Ｃ】ジャガイモベースの食品負荷についてのＱ値を示すプロットである。
【００６０】
【図４６Ａ】食肉ベースの食品負荷についての比誘電率を示すプロットである。
【００６１】
【図４６Ｂ】食肉ベースの食品負荷についての損失正接を示すプロットである。
【００６２】
【図４６Ｃ】食肉ベースの食品負荷についてのＱ値を示すプロットである。
【００６３】
【図４７】本開示によるＱ値に基づいて調理具合のレベルを識別する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
添付の図に示し、以下の明細書に説明する特定の装置およびプロセスは、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の概念の単なる例示的な実施形態であることを理解されたい。したがって、本明細書に開示する実施形態に関連する他の物理的特徴は、特許請求の範囲が明示的にそうでないと述べない限り、限定的であると見なされるべきではない。
【００６５】
ソリッドステート無線周波数（ＲＦ）調理機器は、電磁放射を閉じられたキャビティに導入することによって食品を加熱し調製する。閉じられたキャビティ内の異なる場所にある複数のＲＦ供給部は、これらが放射するときに動的電磁波パターンを生み出す。閉じられたキャビティ内で波パターンを制御し、成形するために、複数のＲＦ供給部は、閉じられたキャビティ内でコヒーレンス（すなわち、静止干渉パターン）を維持するために別々に制御された電磁特性を有する波を放射することができる。例えば、各ＲＦ供給部は、その他のフィードとは異なる周波数、位相および／または振幅を送信することができる。他の電磁気特性は、ＲＦ供給部の間で共通し得る。例えば、各ＲＦ供給部は、共通だが可変の周波数で送信することができる。以下の実施形態は、閉じられたキャビティ内で対象物を加熱するようにＲＦ供給部が電磁放射を向ける調理器具を対象とするが、本明細書に説明する方法およびそれに由来する発明の概念はそのように限定されない。カバーされた概念および方法は、電磁放射が閉じられたキャビティに向けられてキャビティの内側の物体上に作用する任意のＲＦ装置に適用可能である。例示的な装置は、レンジ、乾燥機、スチーマーなどを含む。
【００６６】
図１は、１つの実施形態による複数のコヒーレントＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄを有する電磁調理装置１０のブロック図を示す。図１に示すように、電磁調理装置１０は、電源１２と、コントローラ１４と、ＲＦ信号発生器１６と、ヒューマン−マシンインターフェース２８と、複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄに結合された複数の高出力ＲＦ増幅器１８Ａ〜Ｄとを含む。複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄはそれぞれ、ＲＦ電力を複数の高出力ＲＦ増幅器１８Ａ〜Ｄのうちの１つから閉じられたキャビティ２０内に伝達する。
【００６７】
電源１２は、幹線の電力から導出された電力をコントローラ１４、ＲＦ信号発生器１６、ヒューマン−マシンインターフェース２８、および複数の高出力ＲＦ増幅器１８Ａ〜Ｄに供給する。電源１２は、幹線の電力を、これが給電する装置の各々の必要な電力レベルに変換する。電源１２は、可変出力電圧レベルを送出することができる。例えば、電源１２は、０．５ボルトごとに選択的に制御された電圧レベルを出力することができる。このようにして、電源１２は、通常２８ボルトの直流を各高出力ＲＦ増幅器１８Ａ〜１８Ｄの各々に供給するように構成することができるが、１５ボルトの直流などのより低い電圧を供給してＲＦ出力電力レベルを所望のレベルだけ下げることもできる。
【００６８】
コントローラ１４を電磁調理装置１０に含むことができ、これは電磁調理装置１０の様々な構成要素と動作可能に結合して調理サイクルを実装することができる。コントローラ１４はまた、ユーザ選択入力を受け取り、ユーザに情報を伝えるために、制御パネルまたはヒューマン−マシンインターフェース２８と動作可能に結合することができる。ヒューマン−マシンインターフェース２８は、ダイヤル、ライト、スイッチ、タッチスクリーン要素、およびユーザが調理サイクルなどのコマンドをコントローラ１４に入力し、情報を受け取ることを可能にするディスプレイなどの動作制御を含むことができる。ユーザインターフェース２８は、互いに集中化または分散させることができる１つまたは複数の要素を含むことができる。コントローラ１４はまた、電源１２によって供給される電圧レベルを選択することができる。
【００６９】
コントローラ１４には、メモリおよび中央処理装置（ＣＰＵ）を設けることができ、好ましくはマイクロコントローラで具現化することができる。メモリは、調理サイクルを完了する際にＣＰＵによって実行され得る制御ソフトウェアを記憶するために使用され得る。例えば、メモリは、ユーザによって選択され、電磁調理装置１０によって完了することができる１つまたは複数の予めプログラムされた調理サイクルを記憶することができる。コントローラ１４はまた、１つまたは複数のセンサから入力を受け取ることができる。コントローラ１４と通信可能に結合することができるセンサの非限定的な例は、ＲＦ電力レベルを測定するためのＲＦエンジニアリングの分野で知られているピークレベル検出器、および閉じられたキャビティまたは高出力増幅器１８Ａ〜Ｄの１つまたは複数の温度を測定するための温度センサを含む。
【００７０】
ヒューマン−マシンインターフェース２８によって提供されるユーザ入力と、複数の高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄから来る順方向および逆方向（または反射）電力の大きさを含むデータ（図１では、高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄの各々からＲＦ信号発生器１６を通ってコントローラ１４までの経路によって表される）とに基づいて、コントローラ１４は、調理ストラテジを決定し、ＲＦ信号発生器１６の設定を算出することができる。このようにして、コントローラ１４の主な機能の１つは、ユーザによって開始されたときに調理サイクルをインスタンス化するように電磁調理装置１０を動作させることである。以下に説明するＲＦ信号発生器１６は、コントローラ１４によって示される設定に基づいて、複数のＲＦ波形、すなわち各高出力増幅器１８Ａ〜Ｄごとに１つの波形を生成することができる。
【００７１】
各々がＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄのうちの１つに結合された高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄはそれぞれ、ＲＦ信号発生器１６によって提供された低電力ＲＦ信号に基づいて高電力ＲＦ信号を出力する。高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄの各々に入力される低出力ＲＦ信号は、電源１２によって供給される直流電力を高出力無線周波数信号に変換することによって増幅することができる。１つの非限定的な例では、各高出力増幅器１８Ａ〜Ｄは、５０から２５０ワットの範囲のＲＦ信号を出力するように構成され得る。各高出力増幅器の最大出力ワット数は、実装に応じて２５０ワットを上回るか、または下回ることができる。各高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄは、過度のＲＦ反射を吸収するためのダミー負荷を含むことができる。
【００７２】
複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄは、複数の高出力ＲＦ増幅器１８Ａ〜Ｄから閉じられたキャビティ２０に電力を伝達する。複数のＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄは、空間的に分離されているが固定された物理的位置で閉じられたキャビティ２０に結合され得る。複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄは、ＲＦ信号の低電力損失伝搬用に設計された導波管構造を介して実装され得る。非限定的な１つの例では、マイクロ波エンジニアリングで知られている金属製の矩形導波管は、１メートル当たり約０．０３デシベルの電力減衰で、ＲＦ電力を高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄから閉じられたキャビティ２０に案内することができる。
【００７３】
さらに、ＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄの各々は、増幅器出力における順方向および逆方向の電力レベルまたは位相の大きさを測定するための感知能力を含むことができる。測定された逆方向電力は、高出力増幅器１８Ａ〜Ｄと閉じられたキャビティ２０との間のインピーダンス不整合の結果として高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄに戻された電力レベルを示す。部分的に調理ストラテジを実装するためにコントローラ１４およびＲＦ信号発生器１６にフィードバックを提供することに加えて、逆方向電力レベルは、高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄを損傷し得る過剰な反射電力を示すことができる。
【００７４】
高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄの各々における逆方向電力レベルの決定と共に、ダミー負荷を含む高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄにおける温度感知は、逆方向電力レベルが所定の閾値を超えているどうかを決定するために必要なデータを提供することができる。閾値を超えた場合、電源１２、コントローラ１４、ＲＦ信号発生器１６、または高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄを含むＲＦ送信チェーン内の制御要素のいずれかが、高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄをより低い電力レベルに切り替えるか、完全にオフにできることを決定することができる。例えば、各高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄは、逆方向電力レベルまたは感知された温度が数ミリ秒の間高すぎる場合、それ自体を自動的にオフに切り替えることができる。あるいは、電源１２は、高出力増幅器１８Ａ〜Ｄに供給される直流電力を遮断することができる。
【００７５】
閉じられたキャビティ２０は、その中に任意選択の仕切り２４を挿入することによってサブキャビティ２２Ａ〜Ｂを選択的に中に含むことができる。閉じられたキャビティ２０は、食品または任意選択の仕切り２４の配置および回収のために閉じられたキャビティ２０の内部にユーザがアクセスするのを可能にするために、少なくとも片側に遮蔽ドアを含むことができる。
【００７６】
ＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄの各々の送信帯域幅は、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの範囲の周波数を含むことができる。ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄは、他のＲＦ帯域を送信するように構成され得る。たとえば、２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚの間の周波数帯域幅は、産業、科学、および医療（ＩＳＭ）の無線帯域を構成するいくつかの帯域のうちの１つである。他のＲＦ帯域の送信が考えられ、１３．５５３ＭＨｚから１３．５６７ＭＨｚ、２６．９５７ＭＨｚから２７．２８３ＭＨｚ、９０２ＭＨｚから９２８ＭＨｚ、５．７２５ＧＨｚから５．８７５ＧＨｚ、および２４ＧＨｚから２４．２５０ＧＨｚの周波数によって定義されたＩＳＭ帯域に含まれる非限定的な例を含むことができる。
【００７７】
図２を参照すると、ＲＦ信号発生器１６のブロック図が示される。ＲＦ信号発生器１６は、順次結合され、すべてＲＦコントローラ３２の指示下にある周波数発生器３０、位相発生器３４および振幅発生器３８を含む。このようにして、ＲＦ信号発生器１６から高出力増幅器に出力される実際の周波数、位相および振幅は、好ましくはデジタル制御インターフェースとして実装されるＲＦコントローラ３２を介してプログラム可能である。ＲＦ信号発生器１６は、調理コントローラ１４から物理的に分離することができ、またはコントローラ１４上に物理的に装着するかまたはその中に一体化することができる。ＲＦ信号発生器１６は、好ましくは、特注の集積回路として実装される。
【００７８】
図２に示すように、ＲＦ信号発生器１６は、共通だが可変の周波数（例えば２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚの範囲）を共有するが、ＲＦチャネル４０Ａ〜Ｄごとに位相および振幅が設定可能である４つのＲＦチャネル４０Ａ〜Ｄを出力する。本明細書に説明する構成は例示的なものであり、限定的なものと見なすべきではない。例えば、ＲＦ信号発生器１６は、より多いまたはより少ないチャネルを出力するように構成することができ、実装に応じてチャネルごとに固有の可変周波数を出力する能力を含むことができる。
【００７９】
前述のように、ＲＦ信号発生器１６は、電源１２から電力を引き出すことができ、コントローラ１４から１つまたは複数の制御信号を入力することができる。追加の入力は、高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄによって決定された順方向および逆方向電力レベルを含むことができる。これらの入力に基づいて、ＲＦコントローラ３２は、周波数を選択し、周波数発生器３０に信号を送って選択された周波数を示す信号を出力させることができる。図２の周波数発生器３０を表すブロックに図式的に表すように、選択された周波数は、正弦波信号を決定し、その周波数は、離散周波数のセットの範囲にわたるものである。１つの非限定的な例では、２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚまでの範囲の選択可能な帯域幅を１ＭＨｚの分解能で離散化することができ、１０１個の固有の周波数選択を可能にする。
【００８０】
周波数発生器３０の後で、信号は、出力チャネルごとに分割され、位相発生器３４に向けられる。各チャネルには離散位相、すなわち正弦関数の初期角度を割り当てることができる。図２のチャネルごとの位相発生器３６Ａ〜３６Ｄを表すブロックに図式的に表すように、チャネルに対するＲＦ信号の選択された位相は、離散角度のセットにわたる範囲のものであることができる。１つの非限定的な例では、選択可能な位相（振動の半サイクルまたは１８０度にわたって折り返される）は、１０度の分解能で離散化することができ、チャネルごとに１９の固有の位相選択を可能にする。
【００８１】
位相発生器３４に続いて、チャネルごとのＲＦ信号を振幅発生器３８に向けることができる。ＲＦコントローラ３２は、チャネル４０Ａ〜Ｄ内に離散振幅を出力するように（共通周波数および離散位相を有して図２に示す）各チャネルに割り当てることができる。図２のチャネルごとの振幅発生器を表すブロックに図式的に表されるように、ＲＦ信号の選択された振幅は、離散振幅（または電力レベル）のセットの範囲にわたるものであることができる。１つの非限定的な例では、選択可能な振幅は、０から２３デシベルの範囲にわたって０．５デシベルの分解能で離散化することができ、チャネル当たり４７の固有の振幅選択を可能にする。
【００８２】
各チャネル４０Ａ〜Ｄの振幅は、実装に応じていくつかの方法のうちの１つによって制御することができる。例えば、各チャネルに対する振幅発生器３８の供給電圧の制御の結果、それぞれの高出力増幅器１８Ａ〜Ｄに対する所望のＲＦ信号出力に正比例する、ＲＦ信号発生器１６からの各チャネル４０Ａ〜Ｄの出力振幅を生じさせることができる。あるいは、チャネル当たりの出力を、振幅レベルがパルス幅変調信号のデューティサイクルによって符号化されるパルス幅変調信号として符号化することができる。さらに別の代替策は、閉じられたキャビティ２０に送信されるＲＦ信号の最終振幅を制御するために、高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄの各々に供給される供給電圧を変えるように電源１２のチャネルごとの出力を調整することである。
【００８３】
上記で説明したように、電磁調理装置１０は、複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄで制御された量の電力を閉じられたキャビティ２０内に送出することができる。さらに、各ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄから送出される電力の振幅、周波数、および位相の制御を維持することによって、電磁調理装置１０は、閉じられたキャビティ２０内に送出される電力をコヒーレントに制御することができる。コヒーレントＲＦソースは、電磁波の干渉特性を利用するために制御された方法で電力を送出する。すなわち、定義された空間領域および持続時間にわたって、コヒーレントＲＦソースは、電場が加算的に分布するように静止干渉パターンを生成することができる。その結果、干渉パターンは、ＲＦソースの任意のものより振幅が大きい（すなわち、強め合う干渉）か、またはＲＦソースの任意のものより小さい（すなわち、相殺的干渉）、電磁場分布を作りだすように追加することができる。
【００８４】
ＲＦソースの調整および動作環境（すなわち、閉じられたキャビティおよびその中の内容物）の評価は、電磁調理のコヒーレント制御を可能にし、閉じられたキャビティ２０内の対象物とＲＦ電力の結合を最大化することができる。動作環境への効率的な送信は、ＲＦ生成手順の較正を必要とし得る。上記で説明したように、電磁加熱システムでは、電力レベルは、電源１２から出力される電圧、高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄおよび振幅発生器３８の両方を含む可変利得増幅器の段数上の利得、周波数発生器３０の同調周波数などを含む多くの構成要素によって制御され得る。出力電力レベルに影響を与えるその他の要因は、構成要素の寿命、構成要素間の相互作用、および構成要素温度を含む。
【００８５】
次に図３を参照すると、本明細書に説明する様々な態様による導波管１１０に結合された高出力増幅器１８を示す概略図が、示される。高出力増幅器１８は、案内構造１０２を介してサーキュレータ１０４に結合された１つまたは複数の増幅段１００を含む。サーキュレータ１０４は、案内構造１０６によって導波管励振器１０８に結合される。高出力増幅器１８は、導波管励振器１０８によって導波管１１０に電気的に結合され、電磁ガスケット１１２によって機械的に結合される。
【００８６】
高出力増幅器１８は、増幅器入力から増幅器出力まで無線周波数信号を増幅するためにいくつかの増幅段１００が相互接続されるように構成される。増幅段１００は、入力電圧の小さな変化を変換して出力電圧の大きな変化を生成するように構成された１つまたは複数のトランジスタを含む。回路の構成に応じて、増幅段１００は、電流利得、電圧利得またはその両方を生成することができる。
【００８７】
増幅段１００の出力部は、案内構造１０２を介してサーキュレータ１０４に結合される。案内構造１０２は、それだけに限定されないが、印刷回路基板の誘電体基板上に印刷されたマイクロストリップを含む、高出力無線周波数信号を搬送することができる任意の電気コネクタとすることができる。サーキュレータ１０４は、１つのポートから次のポートに無線周波数信号を送信する受動マルチポート構成要素であり、ここでポートは、１つの構成要素から別の構成要素に無線周波数信号を結合するためのサーキュレータ１０４上の点である。高出力増幅器１８において、サーキュレータ１０４は、不整合負荷が電力を反映するときに起こり得る有害な影響から増幅段１００を隔離するための保護装置として作用する。
【００８８】
サーキュレータ１０４は、案内構造１０６を介して導波管励振器１０８に結合される。高出力増幅器１８は、導波管励振器１０８によってその出力で終端される。導波管励振器１０８は、高出力増幅器１８内での送信に適した第１のモードから、導波管１１０内での送信に適した第２のモードに電磁エネルギーを変換する。このようにして、導波管１１０は、ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄとして作用して、増幅された電磁信号を高出力増幅器からマイクロ波キャビティに伝える。
【００８９】
電磁ガスケット１１２は、高出力増幅器１８と導波管１１０との間の安全な接続を提供し、高出力増幅器１８と導波管１１０との間に配置された導波管励振器１０８の部分を取り囲む。電磁ガスケット１１２は、高出力増幅器１８と導波管１１０との間の接続を確実にし、無線周波数で電磁遮蔽を提供するのに有用な１つまたは複数の材料から形成され得る。そのような材料は、それだけに限定されないが、銀またはニッケルなどの導電性粒子で充填されたシリコーンベースの構成成分を含むことができる。
【００９０】
高出力増幅器１８の出力を終端させる導波管励振器１０８を設けることにより、従来のコネクタを介して結合されたマイクロ波装置の接合部で通常生じる電磁損失が減少する。すなわち、従来のマイクロ波装置は同軸コネクタ（例えばＢＮＣまたはＮ型コネクタ）を介して相互接続されており、このコネクタは、コネクタの追加経路長さおよび同軸コネクタの結合における損失によりＲＦ損失を被る。電磁ガスケット１１２は、導波管励振器１０８を遮蔽すると共に高出力増幅器１８と導波管１１０との間の結合を機械的に支持することにより導波管励振器１０８の効率を高める。
【００９１】
次に図４を参照すると、本明細書に説明する様々な態様によるサーキュレータ１０４を示す横断面図が示される。上記で説明したように、サーキュレータ１０４は、案内構造１０２を介して増幅段の出力に結合される。サーキュレータ１０４は、金属ベースプレート１２０に装着された積層体１２２を含む。
【００９２】
積層体１２２に対して垂直な軸方向に整列している２つのフェライト磁石１２６、１２８が、クリップ１３０によって積層体１２２に固定される。フェライト磁石１２６、１２８は、それだけに限定されないが、円盤を含む、サーキュレータ設計に適した任意の形状とすることができる。
【００９３】
案内構造１０２は、積層体１２２上に印刷されたマイクロストリップを含むことができる。積層体１２２は、それだけに限定されないが、ＦＲ−２材料またはＦＲ−４材料を含む、印刷回路板の絶縁層を設けるのに適した任意の材料を含むことができる誘電体基板である。積層体１２２は、サーキュレータ１０４を機械的に支持する金属ベースプレート１２０上に配置される。さらに、金属ベースプレート１２０は、熱放散マスとして、およびサーキュレータ１０４によって発生した熱を拡散させるように作用する。金属ベースプレート１２０は、下側フェライト磁石１２８を収容するためのポケット１２４を含む。
【００９４】
サーキュレータ１０４の製造中、下側フェライト磁石１２８は、金属ベースプレート１２０のポケット１２４内に置かれる。積層体１２２およびマイクロストリップ案内構造は、金属ベースプレート１２０に加えられる。上側フェライト磁石１２６は、下側フェライト磁石１２８の上方に配置され、クリップ１３０によって積層体１２２に固定される。
【００９５】
図５は、図４の集積サーキュレータを示す上面図である。上述のように、サーキュレータ１０４は、その磁気回路の一部として、プリント回路基板の積層体１２２と共に、増幅段の出力部（たとえば図３の要素１００）に結合されたマイクロストリップ案内構造１０２を含む。このように、サーキュレータ１０４は、製造プロセス中にはんだ付け接続を必要とする入力ピンまたは出力ピンを含まない。従来のはんだ接合は、はんだ付けプロセスの結果コールドスポットまたは結合不良が発生する可能性があるため、信頼性の問題に高出力増幅器をさらす可能性がある。したがって、サーキュレータ１０４は、高出力増幅器にはんだ付けされた従来の個別構成要素ではない。そうではなく、サーキュレータ１０４は、高出力増幅器の構成要素として直接一体化される。
【００９６】
増幅段１００の端部の出力電力レベルが所望の設定点レベルに達するために、ＲＦ信号発生器（図１の要素１６を参照）は、順方向および逆方向の電力レベル、または閉じられたキャビティ（図１の要素２０を参照）に伝えられる無線周波数信号の相対位相を示す信号の形態でのフィードバックに依存することができる。したがって、入力高周波信号に対して電力増幅された無線周波信号を出力するための増幅構成要素に加えて、従来の高出力増幅器は、増幅構成要素によって送受信された無線周波数電力を示す信号を出力する測定構成要素を含み得る。しかし、そのような測定構成要素を高出力増幅器内に一体化することにより、高出力増幅器の出力段は、導波管などの無線周波数フィード（図１の２６Ａ〜２６Ｄを参照）に出力される無線周波数信号の電力および忠実度を低下させる可能性がある電気的損失を被る可能性がある。
【００９７】
次に図６を参照すれば、本明細書に説明する様々な態様による、統合測定システム１５０を有する導波管１１０に結合された高出力増幅器１８を示す概略図が示される。統合測定システム１５０は、電子構成要素１５４に結合されたプローブアンテナ１５２を含む。プローブアンテナ１５２は、導波管１１０内の無線周波数電磁波をアナログ電力信号に変換する、導波管１１０内に配置された部分を含む。プローブアンテナ１５２は、それだけに限定されないが、ダイポールアンテナを含む導波管内の無線周波数電磁波を測定するのに有用な任意の種類のアンテナとすることができる。
【００９８】
電子構成要素１５４は、プローブアンテナ１５２に結合され、出力信号がデジタルであり、かつＲＦ信号発生器（図１の要素１６を参照）、コントローラ（図１の要素１４を参照）またはＲＦコントローラ（図１の要素３２を参照）などの装置に容易に入力されるようにアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含むことができる。電子構成要素１５４は、それだけに限定されないが、導波管１１０内で検出された無線周波数電力レベルに対して対数線形である直流出力電圧を提供する無線周波数ログ電力検出器を含む、無線周波数信号の測定に有用な任意の構成要素とすることができる。
【００９９】
測定システムは、導波管１１０を通って伝えられた無線周波数送信をさらに評価するために有用な追加の構成要素を含むことができる。次に図７を参照すれば、本明細書に説明する様々な態様による反射率計１６４を含む統合測定システム１６０を有する導波管１１０に結合された高出力無線周波数増幅器１８を示す概略図が、示される。統合測定システム１６０は、反射率計１６４に結合されたプローブアンテナ１６２を含む。プローブアンテナ１６２は、導波管１１０内の高周波数電磁波をアナログ電力信号に変換する、導波管１１０内に配置された部分を含む。プローブアンテナ１６２は、それだけに限定されないが、ダイポールアンテナを含む導波管内の無線周波数電磁波を測定するのに有用な任意の種類のアンテナとすることができる。
【０１００】
反射率計１６４は、それだけに限定されないが、整合較正検出器を含む方向性結合器、または導波管１１０内で両方向に流れる電力を測定するように配向された単一検出器結合器の対を含む、無線周波数信号の位相を測定するのに有用な任意の構成要素を含むことができる。このようにして、統合測定システム１６０は、電力および位相に従って無線周波数送信を評価することができ、散乱行列またはＳパラメータで具現化されるようなネットワーク化記述を形成するために使用することができる。１つの非限定的な実装では、反射率計１６４は、導波管内の順方向および逆方向の無線周波数放射の位相を測定するように構成された６ポート反射率計である。
【０１０１】
反射率計１６４は、プローブアンテナ１６２に結合されるとともに、導波管１１０内の無線周波数電磁波の位相もしくは電力または散乱行列を示す出力信号がデジタルであり、ＲＦ信号発生器（図１の要素１６を参照）、コントローラ（図１の要素１４を参照）またはＲＦコントローラ（図１の要素３２を参照）などの装置に容易に入力されるようにアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含むことができる。
【０１０２】
電磁調理装置１０は、１つまたは複数の制御方法を利用して所望の設定点レベルに到達するように電力レベルを調整することができる。そのようなプロセスは、従来の制御方式によって容易に解決されない課題を有し得る。例えば、調理時間を最小にするために、装置１０は、最大電力レベルまたは設定点レベルにできるだけ速く到達しようと試みることがある。しかし、最大電力レベルがオーバーシュートされると、高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄは損傷を受ける可能性がある。このため、システムは、調理時間を延ばし得る過減衰を防止しながら、回路およびハードウェアが最大電力レベルを超えないように保護する制御方式を実装することができる。
【０１０３】
図８を参照すると、装置１０の出力電力レベルを制御するための方法６００のフロー図が示される。いくつかの実施形態では、ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄを生成するために利用される電力の振幅は、通常、電源１２および／または振幅発生器３８と通信するコントローラ１４によって制御され得る。さらに、コントローラ１４は、測定システム（例えば統合測定システム１５０、１６０）を介して高出力増幅器１８Ａ〜Ｄの各々から出力された電力レベルを検出するように動作可能であり得る。したがって、ステップ６０２において加熱プロセスが開始されると、コントローラ１４は、高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄの１つまたは複数の出力電力レベルＰｏを所望のまたは目標の出力電力ＰＴに設定することができる。さらに、コントローラ１４は、測定された電力Ｐｘを監視することができる。ステップ６０４において、コントローラ１４はまた、ＲＦコントローラ３２を制御することによってＲＦ供給部１８Ａ〜１８Ｄ間またはこれらの中の位相シフトを制御または更新することもできる。方法６００全体を通して、コントローラ１４は、測定された電力Ｐｘを伝える信号を測定システムから受信することができる。このようにして、装置１０は、目標出力電力ＰＴが迅速に達成され維持されることを確実にするために閉ループフィードバックを提供することができる。
【０１０４】
これまでに論じたように、電力レベルが最大電力レベルＰｍａｘまたは定格電力レベルを超えると、高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄは損傷を受ける可能性がある。したがって、ステップ６０６において、コントローラ１４は測定された電力Ｐｘを最大電力レベルＰｍａｘと比較することができる。最大電力レベルＰｍａｘを超えている場合、コントローラ１４はステップ６０８に進み、最大電力調整Ｐｍａｘ＿減少によって出力電力Ｐｏの設定を減少させることができる。最大電力調整は、高出力増幅器１８Ａ〜Ｄからの出力電力Ｐｏを調整するためにコントローラ１４によって適用され得る複数の電力調整レベルのうちの１つであってよい。追加の電力調整レベル、および電力調整レベル間の関係が、以下の説明でさらに論じられる。コントローラは、電源１２および／または振幅発生器３８を制御することによって出力電力Ｐｏを調整することができる。
【０１０５】
ステップ６０６において、測定された電力レベルＰｘが最大電力レベルＰｍａｘより小さい場合、方法はステップ６１０に進んで目標電力ＰＴを設定または更新することができる。ステップ６１２において、コントローラ１４は、測定された電力レベルＰｘを目標電力ＰＴと比較して電力差ΔＰを決定することができる。ステップ６１４に続き、コントローラ１４は、電力差ΔＰが負であるか正であるかどうか、したがって、出力電力Ｐｏをそれぞれ増加させる必要があるか減少させる必要があるかどうかを決定することができる。電力差ΔＰがゼロより大きい場合、ステップ６１６から６２４において、コントローラ１４は電力差ΔＰを複数の調整閾値と比較し、出力電力Ｐｏを電力調整レベルだけ減少させることができる。電力差ΔＰがゼロより小さい場合、ステップ６２６から６３４において、コントローラ１４は電力差ΔＰを複数の調整閾値と比較し、出力電力Ｐｏを電力調整レベルだけ増加させることができる。このようにして、装置１０は、コントローラ１４からの大きな処理能力を必要とすることなく、測定された電力レベルＰｘと目標電力ＰＴとの間の差を効率的に補償することができる。
【０１０６】
ステップ６１４において、電力差ΔＰがゼロより大きい場合、コントローラ１４はステップ６１６に進んで、電力差の絶対値｜ΔＰ｜を低電力減少閾値と比較することができる。ステップ６１８において、電力差｜ΔＰ｜が、低電力減少閾値より小さい場合、コントローラ１４は、出力電力レベルＰｏを現在の設定に維持することができる。電力差｜ΔＰ｜が低電力減少閾値より大きい場合、コントローラ１４はステップ６２０に進んで電力差｜ΔＰ｜を高減少閾値と比較する。ステップ６２０において、電力差｜ΔＰ｜が高電力減少閾値より大きい場合、コントローラ１４はステップ６２２に進んで、出力電力レベルＰｏを高速減少電力調整レベルＰ高速＿減少だけ減少させることができる。ステップ６２０において、電力差｜ΔＰ｜が高電力減少閾値より小さい場合、コントローラ１４はステップ６２４に進んで、出力電力レベルＰｏを低速減少電力調整レベルＰ低速＿減少だけ減少させることができる。高速減少電力調整レベルＰ高速＿減少は、低速減少電力調整レベルＰ低速＿減少よりも大きさが大きくてよい。このようにして、コントローラ１４は、装置１０の所望のシステム応答を提供するために出力電力レベルＰｏを高速または低速で変化させることができる。ステップ６１８、６２２、または６２４のいずれかの後、コントローラ１４はステップ６０２に戻ることができる。
【０１０７】
ステップ６１４において電力差ΔＰがゼロより小さい場合、コントローラ１４は、ステップ６２６に進んで、電力差｜ΔＰ｜の絶対値を低電力増加閾値と比較することができる。ステップ６２８において、電力差｜ΔＰ｜が低電力増加閾値よりも小さい場合、コントローラ１４は、出力電力レベルＰｏを現在の設定に維持することができる。電力差｜ΔＰ｜が低電力増加閾値よりも大きい場合、コントローラ１４はステップ６３０に進んで、電力差｜ΔＰ｜を高増加閾値と比較することができる。ステップ６３０において、電力差｜ΔＰ｜が高電力増加閾値よりも大きい場合、コントローラ１４はステップ６３２に進んで、出力電力レベルＰｏを高速増加電力調整レベルＰ高速＿増加だけ増加させることができる。ステップ６３０において、電力差｜ΔＰ｜が高電力増加閾値より小さい場合、コントローラ１４はステップ６３４に進んで、出力電力レベルＰｏを低速増加電力調整レベルＰ低速＿増加だけ増加させることができる。高速増加電力調整レベルＰ高速＿増加は、低速増加電力調整レベルＰ低速＿増加よりも大きさが大きくてよい。このようにして、コントローラ１４は、装置１０の所望のシステム応答を提供するために出力電力レベルＰｏを高速または低速で変化させることができる。ステップ６２８、６３２、または６３４のいずれかの後、コントローラ１４はステップ６０２に戻ることができる。
【０１０８】
本明細書で論じるように、方法６００は、出力電力レベルＰｏを複数の電力調整レベルで調整することを実現することができる。異なる電力調整レベルは、出力電力レベルＰｏを、目標電力レベルＰＴおよび最大電力レベルＰｍａｘと比較して出力電力レベルＰｏの特定の状態に見合った大きさだけ調整することを実現することができる。例えば、本明細書で論じる電力調整レベルの関係は以下の通りであり得る：Ｐｍａｘ＿減少＞Ｐ高速＿増加＞Ｐ低速＿増加  および  Ｐｍａｘ＿減少＞Ｐ高速＿減少＞Ｐ低速＿減少  さらに、高増加閾値および高減少閾値は、低増加および低減少閾値よりも大きい値に対応することができる。したがって、本明細書で論じる複数の電力調整レベルおよび電力レベル閾値の各々は、装置１０の所望の応答を提供するために様々な用途に適するように調整され得る。
【０１０９】
電力および位相の測定値または散乱行列に従って、搬送された無線周波数送信を評価することにより、ソリッドステート無線周波数ソースを有する電磁調理装置（図１の要素１０を参照）は閉じられたキャビティ（図１の要素２０を参照）を、その中の加熱パターンを決定する共振モードまたは定在波の結合係数を制御することによって正確に励起することができる。すなわち、ソリッドステート電磁調理装置は、特定の共振モードを無線周波数ソースの動作を介してマイクロ波キャビティに結合することによって所望の加熱パターンを励磁することができ、この場合、加熱パターンは共振モードの係数によって決定される。共振モードは、キャビティ寸法、食品負荷タイプ、食品負荷配置および複数のコヒーレント無線周波数ソースの励起条件（例えば、動作周波数およびソース間の位相シフトなど）の関数である。電磁調理装置は、特定の加熱パターンまたは一連の加熱パターンを経時的に励磁するために共振モードの結合係数を選択するようにソリッドステート無線周波数ソースを制御するように構成され得る。特定の共振モードに関連する加熱パターンは、調理工程の均一性または不均一性を決定することができる。しかし、共振モードは食品負荷タイプおよび配置、キャビティサイズおよび励起条件の関数であるため、共振モードおよびそれらの臨界周波数について先験的に知ることは不可能である。
【０１１０】
したがって、電磁調理装置は、その場で閉じられたキャビティ内の共振モードを決定するように構成され得る。次に図９を参照すれば、本明細書に説明する様々な態様による、導波管として具現化された２つのＲＦ供給部２２６Ａ、Ｂに結合された共振キャビティ２２２を示す概略図が、示される。ＲＦ供給部２２６Ａ、Ｂは、それらのそれぞれの高出力増幅器（図１の要素１８Ａ、Ｂを参照）からの電力を閉じられたキャビティ２２２に伝達する。ＲＦ供給部２２６Ａ、Ｂは、空間的に分離されているが固定された物理的位置で閉じられたキャビティ２２２に結合され得る。ＲＦ供給部２２６Ａ、Ｂは、選択された周波数および位相で閉じられたキャビティ２２２にＲＦ送信を伝えることができ、この場合、ＲＦ送信間の位相シフトまたは差は、励起された共振モードの対称性のクラスに直接関係する。例えば、同相関係（すなわち位相シフト＝０°）でＲＦソースを活性化させると、偶数対称性モードが活性化し、逆位相関係（すなわち位相シフト＝１８０°）でソースを活性化させると、奇数対称性モードが活性化する。対称性は、以下に説明するようにレンジ内の加熱パターンを決定する。この例では、同相関係（すなわち位相シフト＝０°）でＲＦソースを活性化させると、偶数対称性モードが活性化し、逆位相関係（すなわち位相シフト＝１８０°）でソースを活性化させると、奇数対称性モードが活性化する例が与えられているが、システムのハードウェアアーキテクチャに応じて、他の位相シフトが採用されてもよい。
【０１１１】
動作中、電磁調理装置は、キャビティ２２２内で励起されるべき共振モードについて対称性のセット（例えば偶数または奇数）を決定する。電磁調理装置は、動作周波数のセットに対してキャビティ２２２を励起し、周波数ごとに測定された効率を記憶するように構成される。効率は、
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のように順方向電力に対する順方向電力から逆方向電力を引いたものの比に従って測定することができる、消費された総電力で割った有効電力出力によって決定される。
電磁調理装置は、励起された対称性クラスについて効率マップをメモリに記憶するように構成される。
【０１１２】
ここで図１０を参照すれば、共振キャビティの同相励起２２８および逆位相励起２３０についての効率対周波数を示すグラフ図が、示される。この非限定的な例示的な例では、電磁調理装置は、動作周波数ごとに２セットの励起を行い、２つの効率測定値を得るように構成される。
【０１１３】
次に図１１を参照すれば、本明細書に説明する様々な態様による、キャビティの共振モードを決定するための分析方法の特徴を示す図が、示される。電磁調理装置は、特定のクラスの対称性に対して励起された極の臨界周波数（すなわち、共振モードの共振周波数）を認識するために、応答を通過帯域ＲＬＣ回路としてモデル化することによって、（同相励起２２８について示される）記録された効率マップを分析することができる。この目的のために、コントローラ（図１の要素１４を参照）またはＲＦコントローラ（図２の要素３２を参照）の物理的または論理的サブ構成要素としてのプロセッサ２５０は、効率関数の極大値を識別するように構成され得る。プロセッサ２５０は、それだけに限定されないが、ベクトルフィッティング、マグニチュードベクトルフィッティングなどを含む、効率マップの極の臨界周波数を決定するのに有用な任意のアルゴリズムを実装することができる。このようにして、プロセッサ２５０は対称面ごとの共振周波数のリスト２５２を決定することができる。
【０１１４】
さらに、プロセッサ２５０は、決定された各極の相対帯域幅に基づいて品質係数（Ｑ値）を決定することができる。プロセッサ２５０は、Ｑ値の推定値に基づいて、キャビティ内に位置する食品の存在を決定することができる。例えば、プロセッサ２５０が、選択された共振モードが７以下などの低いＱ値を有すると決定した場合、プロセッサ２５０は、励起モードが極大値または最大値を有する閉じられたキャビティの部分が食品を含むと決定することができる。同様に、プロセッサ２５０が、選択された共振モードが１０００を超えるなどの高いＱ値を有すると決定した場合、プロセッサは、励起モードが極大値または最大値を有する閉じられたキャビティの部分に食品がないと決定することができる。プロセッサ２５０は、Ｑ値の推定値に基づいて、キャビティ内に位置する食品の種類を分類することができる。例えば、冷凍食品のＱ値は約３００、水のＱ値は約７、金属製品のＱ値は約１０００である。決定された各極について、プロセッサ２５０は、モードを励起するために使用される共振周波数と、モードによって加熱される食品の種類を決定するためのＱ値とを関連付けることができる。Ｑ値を決定することのさらなる利点が、以下に説明される。
【０１１５】
次に図１２を参照すれば、本明細書に説明する様々な態様によるキャビティの共振モードを評価するための方法の特徴を示す図が、示される。電磁調理装置のプロセッサがキャビティ２２２内で励起可能な共振モードを示す極のセット２５２を決定する、無線周波数フィード２２６Ａ、Ｂの同相励起２２８のこれまで説明した例に基づき、決定された極２５２Ａ〜Ｃのそれぞれは、キャビティ２２２内の加熱パターン２６０Ａ〜Ｃに対応する。加熱パターンは共振モードの係数によって決定されることを想起されたい。各加熱パターン２６０Ａ〜Ｃは、均一な加熱を示す輪郭を有する空間パターンを有することになる。図１２では２進セットの輪郭で描かれているが、実際の加熱パターンは、連続した加熱レベルを示す多くの輪郭を含むことになる。理解を容易にするために、単一の輪郭レベルは、加熱パターンの最も高温の領域を示し、共振モードの偶数対称性および奇数対称性を示す。
【０１１６】
次に図１３Ａおよび図１３Ｂを参照すれば、本明細書に説明する様々な態様による、共振キャビティ２２２内に配置された食品３００Ａ、３００Ｂを位置特定して分類する方法の特徴を示す概略図が、示される。逆位相励起（図１３Ａに示す）を開始すると、電磁調理装置は、偶数対称性でキャビティ２２２内に加熱パターン３６０Ａを生成することができ、この場合、最大加熱輪郭３０２はキャビティ２２２の中心に生じない。食品３００Ａの大部分３１２は最小限の加熱パターン３６０Ａ内にあり、食品３００Ａの小部分３１０のみが最大限の加熱パターン３６０Ａ内にあるので、キャビティ反射は、食品３００Ａからの電磁応答よりも大きく、それによって比較的低い効率をもたらす。対照的に、同相励起（図１３Ｂ）では、食品３００Ｂの大部分３１４は最大限の加熱パターン３６０Ｂ内にあり、食品３００Ｂの小部分３１６のみが最小限の加熱パターン３６０Ｂ内にあるので、キャビティ反射は最小化され、効率は偶数対称性励起中に決定された効率よりも高い。したがって、電磁調理装置は、同相励起と逆位相励起との間の効率間の効率を比較することによって、食品がキャビティ２２２の中心に位置するかどうかを決定することができる。言い換えると、同相励起での効率の方が高いと、食品がキャビティ２２２の中心に位置しないことを示し、逆位相励起での効率の方が高いと、食品がキャビティ２２２の中心に位置することを示す。このようにして、電磁調理装置は、偶数対称性の活性化された共振モードの効率に基づいてマイクロ波キャビティ２２２の中心に配置された食品の存在を決定し、または奇数対称性の活性化された共振モードの効率に基づいて、マイクロ波キャビティ２２２の中心から離れて配置された食品の存在を決定するように構成され得る。
【０１１７】
加えて、プロセッサは、共振モードの効率および対称性に従ってＱ値をさらに分析して、キャビティ２２２内の複数のタイプの食品を検出および位置特定するように構成され得る。プロセッサは、マイクロ波キャビティ２２２内の食品の位置に従って食品３００Ａ、３００Ｂの部分３１０、３１４を分類するために、特定された共振モードのサブセットについてＱ値を平均するように構成され得る。例えば、プロセッサは、偶数対称性加熱パターン３６０ＡのＱ値を平均して、偶数対称性加熱パターン３６０Ａの最大加熱輪郭３０２と交差する食品３００Ａの部分３１０内に位置する食品のタイプを決定することができる。同様に、プロセッサは、奇数対称性加熱パターン３６０ＢのＱ値を平均して、奇数対称性加熱パターン３６０Ｂの最大加熱輪郭３０４と交差する食品３００Ｂの部分３１４内に位置する食品のタイプを決定することができる。
【０１１８】
電子レンジにおけるマグネトロン加熱ソースの非常に一般的な電力量は８００〜１０００Ｗの範囲であるので、調理用途は通常数百ワットの範囲の電力レベルを必要とする。それでも、すべての用途がそのような高い電力レベルを必要とするわけではない。例えば、用途が、均一な加熱および／または制御されたプロセスを確実にするために８０Ｗ程度の低い電力レベルを必要とすることがある。さらに、高すぎる電力レベルが使用されると、一部の調理プロセスは破壊されるかまたは損なわれる（すなわち、電力レベルが増加するにつれて調理プロセスの品質は低下する）。そのような方法の一例は、バターまたはチョコレートの融解である。他の例はパンを発酵させることであり、この場合、酵母の成長に適した温度は、ある一定の時間量を超えてはならない。
【０１１９】
ソリッドステートソースの使用は、閉じられたキャビティ２０、２２２の正確な励起、すなわち特定の加熱パターンが対応する特定の共振モードとの正確な結合を可能にする。上記で指摘したように、共振モードは、キャビティ寸法、食品負荷タイプ、ならびに変位および励起条件（すなわち、複数のコヒーレントソースを使用する場合のソース間の動作周波数および位相シフト）の関数である。一方、従来の非コヒーレントマグネトロン源では、動作周波数が固定されており、位相シフト関係が存在しないため、このような結合は制御が困難である。ソリッドステートソースの高められた制御性を活用するために、共振モードの結合係数を制御して、特定の共振モードに関連付けられた特定の加熱パターンおよび／または特定の一連の経時的な加熱パターンを実現し、それによって高められた均一性および／または制御された不均一性を達成することが望ましい。そのような制御された不均一性は、電界、すなわち加熱パターンのソースが、閉じられたキャビティ２０、２２２の左側または別の部分に対して不平衡であるゾーン調理用途に使用され得る。共振モードは食品負荷およびその変位、キャビティサイズ、および励起条件の関数であるため、共振モードおよびそれらの臨界周波数について先験的に知ることは不可能である。したがって、特定のセットのキャビティサイズ／食品負荷タイプならびに変位および励起条件についてどの共振モードが励起されるかを、これらすべての情報を有することなく、たとえばユーザインターフェース２８でユーザ入力を受信せずに、またはカメラなどの追加のセンサを有して閉じられたキャビティ２０の負荷状態およびすべてのその特性を検出することなく、決定することは不可能である。重ねて、この情報は、加熱パターンについての情報を得て、これを適切に使用するために必要とされる。
【０１２０】
本明細書に説明する実施形態は、食品負荷の均一または不均一な加熱を得るために、閉じられたキャビティ２０、２２２内に活性化される（すなわち、エネルギー源がエネルギーを伝達する）事前分類された共振モードを使用する方法に関する。この技術は、吸収スペクトルと共振モードとの間の関連に基づいているので、スペクトルモーダル制御と呼ばれ得る。この理論は、均一な加熱パターン、中心部優勢の加熱パターン、または不平衡なパターンを確実にする。この理論は、閉じられたキャビティ２０、２２２において、ソースと共振モードとの間の結合は、そのような共振モードが特定の離散周波数（共振周波数、臨界周波数、またはいわゆるモードの固有値）においてのみ存在するので動作周波数の関数であるという観察から生じる。マイクロ波キャビティは、同じ周波数応答を共有する等価回路を見つける回路として表され得る。この回路的（フィルタ状）表現を鑑みて、共振モードは、それらの臨界周波数を中心とし、それらのＱ値に反比例する帯域を有する通過帯域フィルタとして表され得る。Ｑ値は損失（負荷内に生じる誘電損失と金属内に生じる表面電流から来る金属損失）に関連する。閉じられたキャビティ２０、２２２の通過帯域図が、図１４に示される。動作周波数に関するそのような共振モードの結合は、励起の周波数／時間係数に関連する結合係数として考えることができる。
【０１２１】
ソースと閉じられた共振キャビティ２０、２２２のモードとの結合は、閉じられたキャビティ２０、２２２に対する、励起変位とそれらの間の位相関係（複数のコヒーレント源が使用される場合）の関数である。この第２の結合係数は、励起の「空間」係数に関連していると考えることができる。加えられた位相シフトは、伝達された共振モードの対称性のクラスに直接関連する。例として、図９に描く閉じられたキャビティ２２２を取り上げる。ソースを同相関係で活性化させると、偶数対称性モードが活性化し、ソースを逆位相関係で活性化させると、奇数対称性モードが活性化する。この挙動は図１３Ａおよび図１３Ｂに示されており、この場合、図１３Ａは逆位相関係を表し、図１３Ｂは同相関係を表している。説明は、２つのソースが置かれる２つの平面間の位相関係、すなわち、２つの前述のクラスの対称性が閉じられたキャビティ２２２に課す自然位相シフトを考慮して見出すことができる。例えば、（閉じられたキャビティ２０のいわゆる自由応答を構成する）あらゆる共振モードは、キャビティ壁、すなわちソースが配置されている場所に特定の境界条件を課す。電子レンジ１０の非常に一般的なケースである、閉じられたキャビティ２０、２２２の励起が導波管を介して得られる場合、導波管は、それらが励起するように設計されている共振モードに一致する場所に、かつこれらの間に位相シフトを有して置かれるものとする。この場合、閉じられたキャビティ２０、２２２は、励起されたとき（いわゆる強制応答）、励起の標的となる共振モードが有するであろうものに対応する電磁場構成を呈することになる。このような考察を使用して、臨界周波数および対称性のクラスのマップを得ることが可能である（スペクトルモーダル同定）。さらに、特定された各共振モードについて結合効率を測定または推定することが可能である。
【０１２２】
図１５は、閉じられたキャビティ２２２内の不平衡な励起および結果として生じる加熱パターンの例を示すために提供される。図１６は、閉じられたキャビティ２２２内の平衡な励起および結果として生じる加熱パターンの例を示すために提供される。
【０１２３】
以下は、共振モードをそれらの対称性に従って分類し、それらの臨界周波数および効率が提供されたリストである。図示する値は、例示を目的とする。
対称性１（偶数、平均効率＝７９％）
モード１（周波数＝２．４０ＧＨｚ、効率＝７０％）
モード２（周波数＝２．４１ＧＨｚ、効率＝９５％）
モード３（周波数＝２．４５ＧＨｚ、効率＝８０％）
モード４（周波数＝２．５０ＧＨｚ、効率＝７２％）
対称性２（奇数、平均効率＝７９％）
モード１（周波数＝２．４０ＧＨｚ、効率＝６９％）
モード２（周波数＝２．４１ＧＨｚ、効率＝７８％）
モード３（周波数＝２．４５ＧＨｚ、効率＝９０％）
【０１２４】
コントローラ１４は、図１７に示す、複数のＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６ＢからのＲＦ放射を用いて内部の加熱パターンを制御するために閉じられたキャビティ２０、２２２内に事前分類された一連の共振モードを活性化する方法（４００）を実行するように構成され得る。複数のＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂは、ＲＦ放射を閉じられたキャビティ２０、２２２内に伝達し、複数のＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂにおいて順方向および逆方向の電力を測定する。方法は、閉じられたキャビティ２０、２２２内に配置された負荷に部分的に基づいて、閉じられたキャビティ２０、２２２内の各対称面に送出されるべきエネルギー量に対応する加熱目標を選択するステップ（ステップ４０２）と、非対称性を検出し、最適な回転面を見つけるステップ（ステップ４０４）と、加熱目標に基づいて加熱ストラテジを生成して所望の加熱パターンを決定するステップ（４０６）であって、加熱ストラテジは、所望の加熱パターンに対応する閉じられたキャビティ２０、２２２内に励起される、選択された一連の共振モードを有する、ステップと、選択された一連の共振モードの各共振モードに対応する周波数のセットについてフェーザの選択されたセットを用いて、閉じられたキャビティ２０、２２２を励起して加熱パターンを作りだすステップ（４０８）と、ＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂにおける順方向および逆方向の電力測定値に基づいて、作りだされた加熱パターンを監視して閉ループ調節を使用して、閉じられたキャビティ２０、２２２内への一連の共振モードを、所望の加熱パターンおよび監視されている作りだされた加熱パターンに基づいて選択的に変更するステップ（ステップ４１０）とを含む。
【０１２５】
加熱目標は、閉じられたキャビティ２０、２２２内の対称面に従って指定されたエネルギー設定点である。換言すれば、加熱目標は、電子レンジ１０が各対称面に送出するように構成されたエネルギー量である。さらに、目標設定点は、対称面の間の比に従って指定することができる。例えば、目標設定点は、偶数対称面が奇数対称面の２倍のエネルギーを受けるように設定されている場合、偶数対象面および奇数対称面について２：１の比として設定することができる。加熱目標は、食品負荷および調理サイクル要件に従って構成される。例えば、平衡加熱目標が、再加熱サイクルにあわせて構成され得る。別の例では、２つの小さなグラスのような２つの別々の食品負荷がレンジ１０の左半分および右半分のキャビティ中心に関して対称的に置かれる場合、加熱目標は偶数対称性加熱パターンに合わせて構成され得る。
【０１２６】
スペクトルモーダル理論は、同相および逆相におけるソースが、キャビティ２０、２２２の中心に対して対称的な特定の加熱パターンを生じさせることを確実にする。したがって、これらのパターンは、中心に置かれた食品負荷を管理するのに適しているが、２つのパターンの重なりのためにエネルギーの大部分が食品負荷の右側に注入される図１８で強調されるように、変位の影響を非常に受けやすくなり得る。
【０１２７】
要点は、中心に置かれていない食品負荷が対称面内で回転を引き起こし、この回転によってシステムのレンジ負荷にその対称性を失わせることである。したがって、実際の対称面の回転を識別し、これをＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂに適用し、したがって、図１９に示すように、その位相関係を変更して、この望ましくないシナリオを補償することが可能である。ここでαおよびβがＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂ間のデルタ位相である。
【０１２８】
この方法は、ＲＦ供給部位相シフトを適切な対称面に適用するだけで、たとえば（図１８で既に説明したような）幅軸、高さ軸および深さ軸上の３Ｄ変位を管理するために利用することができる。
【０１２９】
ステップ４０２において加熱目標を選択することの結果は、１つの特定の共振モードと結合する各ＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂについての周波数位相シフト励起のセットである。適用される位相シフトは、各対称性クラスに固有のもの、すなわち対称性クラスがキャビティ２０、２２２に課す自然位相シフトである。これらの共振モードは、そのため、「非回転」または「公称」共振モードと呼ばれ得る。非対称性を識別し、最適な回転面を見つける方法（ステップ４０４）が、以下に説明される。
【０１３０】
選択された非回転共振モードは、対称性の理想的なシナリオを参照しているため、これらは、非対称性のシナリオには最適以下の可能性がある。そのような非対称性のシナリオは、食品負荷の位置によって、またはシステム自体（例えば、ＲＦ励起がキャビティに供給される方法における非対称性）によって引き起こされ得る。非回転共振モードを識別した後、コントローラ１４は、最終的な非対称性を補償し、したがって最適化された共振モードを提供する最適な回転を見つけるために、これらが実際のシステムに適しているかをチェックする。一部の場合、非回転共振モードの一部は、効率の最適化のために回転を必要としないことが判明し得る。従って、全ての最適化共振モードが回転するわけではない。ステップ４０２は、種々のサブステップからなる。（１）フェーザ励起、（２）励起解析（３）、共振モード回転、および（４）電力センサ（スカラ）の代わりに電力および位相センサ（ベクトル）の使用。
【０１３１】
公称フェーザを選択した後の最初のサブステップ（フェーザ励起サブステップ（１））について、位相シフトに作用して周波数をその共振モードの間ロックし続けることにより、分析される共振モードごとに励起のセットを識別することが可能である。詳細には、非回転共振モードごとに、コントローラ１４は、（公称モードの）同じ周波数および位相シフトの組み合わせを有する励起のセットを生成する。位相のセットは、事前に定義されるか、実行時に静的に定義されるか、または異なるパラメータに従って適応的であってよい。さらに、近似を犠牲にして計算時間を節約するために、位相軸は、分析範囲内のすべての位相シフトまたは少数のサンプルのみを含むことができる。特定の対称面に関連する励起は、別のものに近づきすぎて回転するとそれと結合する可能性があるため、位相シフトは任意に定義されない。したがって、コントローラ１４が位相軸に対して適切な範囲を設定することが有利である。
【０１３２】
選択された動作は、それらの効率と共に記憶することができ、これは以下のように算出することができる。
効率＝（入力電力の合計−反射電力の合計）／（入力電力の合計）。
【０１３３】
各対称性クラスのモードごとに、マップフェーザ／効率が記憶される。すなわち、キャビティが２つの可能なクラスを有する２つのポートを有し、各々に対して２つのモードが選択された場合、４セットの励起が実行され、各セットは、定義されたすべての位相シフトを有し、したがってさらに分析されるべき４セットの効率測定値を得る。視覚的な例が図２０に示されており、ここでは共振モードごとに、コントローラ１４は以下を実行する。
対称性１の場合、フェーザψは、両ポートについてａｂｓ（ψ）＝１であり、ａｒｇ（ψ）＝ｅ＾ｊｆ０−φであり、ここでφ＝｛−６７．５°、−２２．５°、０°、２２．５°、６７．５°｝であり、
対称性２の場合、フェーザψはａｂｓ（ψ）＝１であり、ａｒｇ（ψ）＝ｅ＾ｊｆ０−φであり、ここでポート１の場合はφ＝｛−６７．５°、−２２．５°、０°、２２．５°、６７．５°｝であり、ポート２の場合はφ＝−１８０°−｛−６７．５°、−２２．５°、０°、２２．５°、６７．５°｝である。
【０１３４】
理論的には効率対位相曲線は、（対称性のものについて０°である）システムの実際の対称面上に最大値を有する正弦波の傾向をたどるべきであるため、次いで、記録された効率マップは効率を最適化する位相シフトを見つけるために第２のサブステップ（励起分析サブステップ（２））において分析される。
【０１３５】
前の段階で行われた選択に応じて、効率対位相曲線を描くためにさまざまなストラテジを採用することができる。すべての位相軸が考慮されている場合、励起を走査して最も効率の良い励起を見つけるだけで十分である。別の形では、補間アルゴリズム（線形、スプラインなど）を適用するか、または曲線の傾向に関する先験的な知識を利用したモデル（ＬＳＱ、線形回帰など）を定義することも可能である。視覚的な例が図２１に示される。
【０１３６】
軸の回転は、ＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂの各対の間の位相シフトの組み合わせであり、したがって、１つのソース／ソース位相関係をある値にロックすることは、他のすべての関係に影響を及ぼすため、１つの位相方向の最大検出は他のすべてに相関付けられる。そのため、位相シフトの最適な組み合わせは、別々にとられた方向ごとの最適値の組み合わせに等しくない。
【０１３７】
これは、（ｎｐｏｒｔ−１）次元関数の最適化問題につながり、そのため、４ポート電子レンジ１０の場合、最大値は３次元平面で探索されなければならない。
【０１３８】
例えば、４ポート電子レンジ１０および４つの要素［−ｐｉ／４−ｐｉ／８＋ｐｉ／８＋ｐｉ／４］から作られた、走査されるべき位相軸が与えられる場合、ポート間の位相シフトの全ての可能な組み合わせは（１つが参照として使用されており、そのためフェーズは変わらない条件で）、
0006853876.tif 000003
である。
したがって、２ポート電子レンジ１０では調査すべき効率−位相曲線は１つしかないが、より複雑なシステムでは、実際の最適回転を見出すために必要な励起および感知の数は、劇的に増加し得る。
【０１３９】
たとえば、３ポートシステムの場合：
Ｓｘ＝ｙ
0006853876.tif 000004
0006853876.tif 000005
0006853876.tif 000006
0006853876.tif 000007
0006853876.tif 000008
0006853876.tif 000009
【０１４０】
前式における「自由」位相シフト（すなわち、制御される量）は、３の数であり、制御変数はちょうど２である。これは、第１のポートと第２のポート間の位相シフト
0006853876.tif 000010
および第１のポートと第３のポート間の位相シフト
0006853876.tif 000011
が与えられる場合、最後の位相シフト
0006853876.tif 000012
は、制御変数ではなく、前の２つの式を満たすという事実に由来する。これは、制御変数の数は制御される変数の数より少なく、１つの係数ずつ最適化する最適な制御は不可能であることを意味する。
【０１４１】
以下のように、解決策を見つけるためにさまざまなアプローチが使用され得る。
・全問題を解決する。
・全問題をヒューリスティック関数で近似する。
・すべての副問題を別々に検討し、結果を組み合わせる（図２１に示すように）。または、
・副問題の１つまたはサブセットのみ（特定の基準に関して最も意味のある問題）を考え、これ／これらを正確にまたは近似的に解決する。
【０１４２】
最適な回転面を見つけた後、それに応じて共振モードが第３のサブステップごとに変更される（共振モード回転サブステップ（３））。全ての対称面からの情報を一致させることから、対称性のクラスごとに分類されたキャビティ内で利用可能な共振モードの全体像を得ることが可能である。
【０１４３】
サブステップ（３）に続いて、位相センサを使用して、システムのＳ行列（散乱行列）を第４のサブステップで収集する（電力および位相センサの使用サブステップ（４））。散乱行列は、実際にシステムを励起することなくスペクトルモーダル励起を実行することを可能にする。その代わりに式を適用することが可能である。
Ｓｘ＝ｙ
ここで、Ｓはシステムの散乱行列であり、ｘは入力フェーザであり、ｙは出力フェーザであり、入力電力および反射電力を次のように計算する。
入力電力＝ｘ＊ｃｏｎｊ（ｘ）
出力電力＝ｙ＊ｃｏｎｊ（ｙ）
ここで、ｃｏｎｊは、複素共役を表す。
【０１４４】
上記で留意したように、効率は次のように算出することができる。
効率＝（入力電力の合計−反射電力の合計）／（入力電力の合計）。
【０１４５】
非対称性を検出し、最適な回転面、したがって最適化された共振モードを見つけた後（ステップ４０４）、コントローラ１４は、最適化された共振モードを利用するために加熱ストラテジを生成する（ステップ４０６）。所与の加熱ストラテジに対して、最適化された、選択された一連の共振モードは、コントローラ１４に関連したメモリ内に記憶される。電子レンジ１０は、リスト内に存在する最適化された共振モードを活性化し、エネルギーをそれらに閉じられたキャビティ２０、２２２内で結合させるためにＲＦチャネル４０Ａ〜４０Ｄの適切な位相シフトおよび動作周波数を適用することによって、選択された一連を実行するように構成される。最適化された各共振モードは、特定の持続時間の間活性化させことができる。例えば、各モードは同じ持続時間の間励起することができ、または別の例では、各モードは、実験的に決定されたモードの効率に反比例する持続時間の間励起することができる。さらに、一連の最適化されたモードは、すべての最適化された共振モード、または加熱目標比に比例するサブセットのみを含むことができる。２：１の目標比の先の例を拡張すると、一連の最適化されたモードは、第２の対称面に属する共振モードの数に関して、第１の対称面に属する共振モードの２倍の数を含むことができる。特定の対称性に属する共振モードは、他の対称性に属する共振モードと交互に配置されて、加熱性能に悪影響を及ぼしかねないあまり長い時間同じ加熱パターンを適用しないようにすることができる。別の例では、第１の対称性に属するモードの逆効率の合計と第２の対称性に属するモードの逆効率の合計とが比率目標エネルギーを満たすように選択されるように、一連の最適化されたモードを選択することができる。別の例では、電子レンジ１０は、ＲＦチャネル４０Ａ〜４０Ｄに使用される電力出力を調節することによってエネルギー目標設定点を実現することができる。まとめると、上記で説明した例は、加熱ストラテジが設定され、次いで適用される開ループ動作を表す。開ループアルゴリズムの一例が図２２に示される。
【０１４６】
加熱ストラテジにおいて決定される一連の加熱パターンは、本明細書で「電子撹拌」と呼ばれるものを実行するように選択され得る。「電子撹拌」は、１つの課された動作と次のものとの間の空間的相関が高いように加熱パターンの滑らかな変化を結果としてもたらす一連の加熱パターンである。信号発生器１６は小型の信号発生器であってよく、周波数および位相シフトが経時的に滑らかに変化するように設定されてよく、それにより、そのような励起によって引き起こされる加熱パターンもまた滑らかに変化するようになる。電子撹拌の例が図２４に示されており、この図は、様々な位相および周波数指数における効率を示す。図２４に重ね合わされた様々な線によって示すように、一連の加熱パターンは、効率マップにおいて特定された共振モード（ＡおよびＢ）間のいくつかの経路（Ｐ）をたどる。したがって、共振モード（ＡおよびＢ）を生成するもの間で単に励起を交互にするのではなく、共振モード（ＡおよびＢ）の間にある様々な中間励起が生成される。経路（Ｐ）は図２４では直線的であるが、経路は階段状、補間的または特定の経路をたどることができる。そのような設定は、特定のハードウェア実装形態および／または周波数／位相領域における検出された共振マップの変動に基づいて変動し得る。選択された経路にかかわらず、制御方式は、第１の検出された共振（例えば、Ａ）から第２の検出された共振（例えば、Ｂ）に移動することによって加熱パターンの滑らかな変化を引き起こすことを試みることができる。
【０１４７】
電子撹拌における各経路は、特定の周波数および位相シフトを有する励起を生成することによって横断することができる。例えば、経路の開始および終了共振モードの周波数および位相は、２つの共振モードの間の経路を横切るように一連の位相および周波数シフトを識別するために使用され得る。経路が線形であり励起が段階的である場合、各励起に対する位相シフトは、開始点の位相（第１の共振モード）と終了点の位相（第２の共振モード）との差を、２つのモード間で発生するステップまたは励起の数で割ったものとして算出することができる。同様に、各励起についての周波数シフトは、開始点の周波数（第１の共振モード）と終了点の周波数（第２の共振モード）との間の差を、２つのモード間で発生するステップまたは励起の数によって割ったものとして算出することができる。
【０１４８】
変動の速度（すなわち、撹拌経路の速度）は、特定の食品のタイプおよび／または調理サイクル段階に従って変更され得る。制御信号の位相および周波数を指定することに加えて、コントローラ１４は、経路（Ｐ）を横切るときの制御信号の周波数および位相の変化率をさらに制御することができる。このようにして、経路（Ｐ）に沿った変化速度または移動速度を利用して撹拌速度を制御することができる。そのような速度は、調理サイクルのタイプおよび／または食品負荷のタイプに基づいて変化して調理動作を改善することができる。例えば、撹拌ルートの速度は、食品負荷が凍結されているときは解凍サイクルのセグメントに対してより速くてよく、食品負荷が解凍し始めるときはより遅くてよい。解凍プロセスが開始したとコントローラ１４が決定することができる方法は、以下にさらに説明される。
【０１４９】
そのような電子撹拌を提供することにより、加熱パターンの多様性が増す（すなわち、２つ以上の共振との同時結合）ことによって調理をより均一に実行することができる。さらに、選択された特定の撹拌ルートおよび選択された励起による連続的な加熱パターンの高い空間的相関により、食品負荷の縁部は均一に照射され得る。これにより、調理プロセスの縁部管理が可能になり、それによって縁部の加熱部分が経時的に交互にされて部分ごとに休ませ、食品負荷のより低温の部分と熱的に熱交換して縁部が焦げるのを回避する。
【０１５０】
電子撹拌はこうして、機械的解決法（すなわち撹拌機またはターンテーブル）が提供するものに似た加熱ストラテジを提供する。これにより、特に解凍性能が向上する。本明細書で論じるように、モードは、各ＲＦ信号および対応するＲＦ供給部（例えば、ＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂ）の周波数および位相に対応することができる。例えば、第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号は、周波数および位相シフトを含むモードにおいてＲＦ供給を活性化するためのコントローラ１４からの命令に応答してＲＦコントローラ３２によって生成することができる。命令に応答して、第１のＲＦ信号は、第２のＲＦ信号のタイミングに対する周波数および位相シフトで動作するように設定され得る。さらに、第２のＲＦ信号は、第１のＲＦ信号のタイミングに対する周波数および位相シフトで動作するように設定され得る。このようにして、コントローラ１４は、調理キャビティ２０内に電磁放射を誘発して、本明細書で論じるように電子撹拌を提供するのに必要とされる周波数および位相を達成することができる。
【０１５１】
より具体的には、上記で述べた電子撹拌を実行するために、コントローラ１４は、共振キャビティのための走査動作を制御するように構成され得る。走査動作は、ＲＦ供給部（例えば、ＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂ）の間またはそれらの中で複数の周波数および対応する位相シフトを発することを含むことができる。複数の周波数を発している間、コントローラ１４は、調理キャビティ２０内の反射電力の効率を測定することができる。図２８を参照してさらに論じるように、コントローラ１４は、周波数および位相領域において調理キャビティ２０の全体の効率応答をマッピングおよび／または補間するように動作可能であってよい。
【０１５２】
測定値または補間された効率の結果に基づいて、コントローラ１４は、特定の食品負荷を有する調理キャビティ２０のための複数の共振周波数を検出することができる。共振モードは、調理キャビティ２０の臨界周波数または共振周波数に対応することができる。例えば、ＲＦ供給部の共振周波数は、第１の位相および第１の周波数を含む第１の共振モードと、第２の周波数の第２の位相を含む第２の共振モードとに対応することができる。コントローラ１４は、撹拌ルートの中間点または開始点および終了点として、第１の共振モードおよび第２の共振モードを選択することができる。このようにして、コントローラ１４は、撹拌ルートを規定する経路を、第１のモードと第２のモードとの間の複数の中間モードとして決定するように動作可能であってよい。
【０１５３】
第１の共振モードと第２の共振モードとの間で撹拌ルートが特定されると、コントローラは、中間モードに沿って高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄに供給されるＲＦ信号を制御することによって電気撹拌手順を制御することができる。撹拌ルートを制御するために、コントローラ１４は、複数の高出力増幅器（例えば、高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄ）を順次活性化させて、中間モードに沿って調理キャビティ内に対応するＲＦ供給を発することができる。このようにして、コントローラ１４は、中間モードによって規定される周波数および位相シフトで調理キャビティ２０を順次励起することができる。コントローラ１４は、２つの共振モード間の経路を横切るようにＲＦ信号間またはＲＦ信号の中で周波数および位相シフトを滑らかに調整するために、周波数および位相シフトを増分的に調整することができる。
【０１５４】
コントローラ１４は、さらに、撹拌速度を制御するために、１つの中間モードから次への変化率を調整することができる。変化率は、１つまたは複数のユーザ設定および／または特定の食品タイプまたは調理プロセスに対する自動設定に基づいて調整することができる。例えば、コントローラ１４は、撹拌速度を制御して、ＲＦ供給部の周波数および位相の設定を、モード毎に約０．１秒から約４秒まで変化する速度で変化するように維持し、または同様に各周波数および／または位相の変動を撹拌経路に沿って維持することができる。解凍動作の場合、撹拌速度は１モードあたり約０．０５〜０．５秒であってよい。高速加熱動作中の典型的な食品負荷については、撹拌速度はモード当たり約０．５から１秒であってよい。最後に、一部の特定の食品では、モードごとに最大１から３秒までのより低速の撹拌速度が適用され得る。特定の例では、撹拌速度は、ジャガイモまたはマッシュポテトの加熱設定について、１モードあたり約２から３秒であってよい。
【０１５５】
図１７に戻って参照すれば、ステップ４０６において加熱ストラテジを生成した後、コントローラ１４は、ＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂによって、選択された一連の加熱パターンに対応する周波数のセットについてのフェーザの選択されたセットを用いて閉じられたキャビティ２０、２２２を励起する（ステップ４０８）。
【０１５６】
動作中、コントローラ１４は、総入力電力から総反射電力を引いたものとして表された正味電力を決定するために、負荷に送出されるエネルギーまたは効率などの送出されたエネルギーの代用物を検出するために統合増幅器電力測定システム１５０を使用することによって閉ループ調節を実装することができる（ステップ４１０）。エネルギー測定は、電流対称面に対してアキュムレータ内に統合することができる。指定された時間間隔で、コントローラ１４は閉ループ調節を使用して励起モードの動作シーケンスを再平衡化し、特定の対称面に対する動作回数を増減して必要なエネルギー目標設定点をより良好に達成する。別の例では、コントローラ１４は、閉ループ調節を使用して、特定の対称面または特定のモードに対して閉じられたキャビティ２０、２２２に印加される電力を調整することができる。閉ループアルゴリズムの一例が、図２４に示される。この例では、再平衡化後、最初の対称面内の最適化された共振モードの数は１つ減少する。適用された回転軸についてのフィードバックを得るために、コントローラ１４はエネルギー（または代用物）を監視することもできる。
【０１５７】
図２５Ａは、調理機器が２つのポートを含む、閉じられたキャビティ内の食品負荷の１つの例の効率マップである。図２５Ｂは、調理器具が４つのポートを含む、閉じられたキャビティ内の食品負荷の１つの例の効率マップである。したがって、これらの効率マップは、２つの異なる状態の周波数／位相表現である。各マップにおいて、共振モードは、それらが存在する対称面に関して正方形／三角形でマークされている。図２５Ｂに示す十字マーカは、何らかの理由で（例えば、それが別のものに近すぎるために）アルゴリズムがフィルタリングした共振モードを示す。
【０１５８】
図２６Ａは、システムがほぼ対称であり、共振のほとんどが約０°（第１の対称面）および１８０°（第２の対称面）である周波数／位相領域における効率マップの例を示す。そのような共振は、回転させる必要はない。この例では、公称軸を使用して最高の効率（結合）が得られる（第１：０°、第２：１８０°）。図２６Ｂは、システムが非対称であり、ほとんどの共振が０°（第１の対称面）または１８０°（第２の対称面）のいずれの辺りにもない周波数／位相領域における効率マップの例を示す。そのような共振は、回転を受けやすくなり得る。この例では、各極に特定の回転を適用して最高の効率（結合）が得られる。公称軸（第１：０°、第２：１８０°）を使用すると、より低い効率が得られる。
【０１５９】
上記で説明した方法に対する代替案が、図２７を参照して以下に論じられる。ここで、コントローラ１４は、図２７に示す複数のＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６ＢからのＲＦ放射を用いて内部の加熱パターンを制御するために事前分類された一連の共振モードを閉じられたキャビティ２０、２２２内に活性化する方法（５００）を実行するように構成され得る。複数のＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂは、ＲＦ放射を閉じられたキャビティ２０、２２２内に伝達し、複数のＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂにおいて順方向および逆方向の電力を測定する。方法は、非対称性を検出し、最適な回転面を見つけるステップ（ステップ５０２）と、閉じられたキャビティ２０、２２２内に配置された負荷に部分的に基づいて、閉じられたキャビティ２０、２２２内の各対称面に送出されるべきエネルギー量に対応する加熱目標を選択するステップ（ステップ５０４）と、加熱目標に基づいて加熱ストラテジを生成して所望の加熱パターンを決定するステップ（ステップ５０６）であって、加熱ストラテジは、所望の加熱パターンに対応する閉じられたキャビティ２０、２２２に伝達される選択された一連の共振モードを有する、ステップと、選択された一連の共振モードの各共振モードに対応する周波数のセットについてフェーザの選択されたセットを用いて、閉じられたキャビティ２０、２２２を励起して加熱パターンを作りだすステップ（ステップ５０８）と、ＲＦ供給部２６Ａ〜２６Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｂにおける順方向および逆方向の電力測定値に基づいて、作りだされた加熱パターンを監視して閉ループ調節を使用して、閉じられたキャビティ２０、２２２内への一連の共振モードを、所望の加熱パターンおよび監視されている作りだされた加熱パターンに基づいて選択的に変更するステップ（ステップ５１０）と、を含む。
【０１６０】
方法５００では、非対称性を検出し、最適な回転面を見つけるステップ（ステップ５０２）、および加熱目標を選択するステップ（ステップ５０４）は、図１７に関して上記で説明した方法４００とは逆の順序で実行される。さらに、これら２つのステップの詳細は異なる。具体的には、ステップ４０２において、第１、第２、および第３のサブステップ（フェーザ励起サブステップ（１）、励起分析サブステップ（２）、および共振モード回転サブステップ（３））は、ここでは加熱目標選択ステップ５０４ではなく非対称性検出ステップ５０２において実行される。最適な回転を見つけるために、コントローラ１４は、非回転共振モードを表す周波数を見つけるために励起の予め選択されたセットを生成し、次に位相をシフトし、その結果得られる効率を測定しながら、共振モードを表すそれらの周波数近くの小さな領域内で励起を生成する。ある周波数における特定の位相が効率の向上につながる場合、最適化された共振モードは、位相シフトしたものであり、回転は位相シフトである。したがって、ステップ５０２のサブステップ（１）において、コントローラ１４は、複数の予め選択された周波数でキャビティを最初に励起して非回転共振モードを識別し、次いで、複数の位相シフト上で作用し、その共振モードに対して周波数をロックし続けることによって、分析される非回転共振モードごとに励起のセットを識別する。詳細には、非回転共振モードごとに、コントローラ１４は、（公称モードの）同じ周波数および位相シフトの組み合わせを有する励起のセットを生成する。位相のセットは、事前に定義されるか、実行時に静的に定義されるか、または異なるパラメータに従って適応的であってよい。さらに、近似を犠牲にして計算時間を節約するために、位相軸は、分析範囲内のすべての位相シフトまたは少数のサンプルのみを含むことができる。特定の対称面に関連する励起は、別のものに近づきすぎて回転するとそれと結合する可能性があるため、位相シフトは任意に定義されない。したがって、コントローラ１４が位相軸に対して適切な範囲を設定することが有利である。
【０１６１】
選択された動作は、それらの効率と共に記憶され得る。各対称性クラスのモードごとに、マップフェーザ／効率が記憶される。すなわち、キャビティが２つの可能なクラスを有する２つのポートを有し、各々に対して２つのモードが選択された場合、４セットの励起が実行され、各セットは、定義されたすべての位相シフトを有し、したがってさらに分析されるべき４セットの効率測定値を得る。
【０１６２】
理論的には効率対位相曲線は、システムの実際の対称面上に最大値を有する正弦波の傾向をたどるべきであるため、記録された効率マップは次いで、効率を最適化する位相シフトを見つけるために第２のサブステップ（励起分析サブステップ（２））において分析される。
【０１６３】
最適な回転面を見つけた後、それに応じて共振モードが第３のサブステップごとに変更される（共振モード回転サブステップ（３））。全ての対称面からの情報を一致させることから、対称性のクラスごとに分類されたキャビティ内で利用可能な共振モードの全体像を得ることが可能である。サブステップ（１）〜（３）のさらなる詳細は、図１７に関して上記で説明されている。
【０１６４】
次に、ステップ５０４において、加熱目標が、次いで、閉じられたキャビティ内に配置された食品負荷に部分的に基づいて、閉じられたキャビティ内の各対称面に送出されるべきエネルギー量に対応して選択され、この場合、加熱目標は、先行するステップ５０２において選択された回転を使用して回転される複数の共振モードを含む。したがって、ステップ５０２は、上記で説明したステップ４０２のサブステップ（４）を含む。加熱目標を選択するとき、コントローラ１４は、さらに、食品負荷および調理サイクル要件に従って加熱目標を選択するように構成される。
【０１６５】
ステップ５０４に続いて、コントローラ１４は、図１７のステップ４０６〜４１０に対応するステップ５０６〜５１０を実行する。これらのステップが同じである限り、ステップ５０６〜５１０の詳細は、提供されない。その代わりに、上記のステップ４０６〜４１０の説明は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１６６】
図２８を参照して、調理キャビティ２０内の共振モードのスペクトルモーダル同定の方法７００が次に説明される。システム１０は、出力信号のある範囲の周波数および位相シフトにわたって共振ピークをマッピングすることができる。共振マップは調理動作中の食品負荷および加熱キャビティ２０の変化に基づいて変化し得るので、その結果がシステム１０および食品負荷ごとに測定されることが重要である。一般に、コントローラ１４は、周波数掃引を完了することによって共振マップを検出することができ（ステップ７０２）、それによって、システム１０内で励起することができる対称性に従って、様々な周波数および所定の位相シフトにおける励起がキャビティ２０にかけられる。ステップ７０２中、高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄの出力電力は、安全レベル（すなわち、高反射が発生した場合でも損傷を確実に防止するのに十分低いレベル）に下げられるものである。
【０１６７】
図２９Ａおよび図２９Ｂを参照すれば、４つの導波管入口ポート（ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄ）を含む調理キャビティ２０の実施形態が、示される。ステップ７０２において、コントローラ１４は、ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄから発せられた放射に与えられ得る３つの位相シフトが存在することができるように、４つの対応する増幅器１８Ａ〜１８Ｄの各々に異なる制御信号を供給するように構成され得る。したがって、コントローラ１４は、特定の食品負荷に対するシステム１０の応答を測定するために励起対称性が適用され得るように制御することができる。たとえば、４ポートシステムの場合、位相は、［０、０、０］°、［０、４５、４５］°、［０、９０、９０］°、［０、１８０、１８０］°、などであってよい。任意選択により、ステップ７０２について、コントローラ１４は、所与の周波数／位相シフト点ごとに効率を収集する詳細な共振マップを構築するために、すべての位相シフトベクトルを試験することができる。
【０１６８】
任意選択により、コントローラ１４は、ステップ７０４において、ローパスフィルタを用いて、固定位相シフトを与えられた周波数スパンにわたって測定された効率をフィルタリングすることもできる。あるいは、測定された効率は、適応フィルタを用いて、固定位相シフトを与えられた周波数スパンにわたってフィルタリングされてよい。適応フィルタは、増幅器１８Ａ〜１８Ｄの各々によって供給される、測定された不平衡電力分布によって与えられた重みを有することができる。結果をフィルタリングすることにより、増幅器１８Ａ〜１８Ｄからの注入された電力のピークを取り除くことができる。このようにして、装置１０の共振に対応しない誤ったピークを結果から除去することができる。適応フィルタリングの一例が、図３０に示される。
【０１６９】
いくつかの実施形態では、コントローラ１４は、ステップ７０６に示すように、食品負荷を含む調理キャビティ２０を数値モデルまたは数学モデルでモデル化することができる。このモデルは、食品負荷を有する調理キャビティ２０の効率をＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄの動作周波数に関連付けることができる。例えば、すべての軸について、モデルは、システム効率ηおよびＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄのチャネル毎の反射ρを回転角度γ（ポート間の位相シフトのベクトル）に関連付けることができる。この関係は、式１および式２として表される。
0006853876.tif 000013
0006853876.tif 000014
式１および式２は、式３に示される一般形でさらに表すことができる。
0006853876.tif 000015
【０１７０】
したがって、調理キャビティ２０のモデルは、複数の未知の補間パラメータを含むことができる。これらの補間パラメータは、３つの変数に対応することができる：
0006853876.tif 000016
周波数ごとに３つのパラメータが存在するので、調理キャビティ２０のモデルを反転することができるようにするためにサンプリングされるべき効率の最小数は、３に等しい。例えば、所与の周波数ｆに対して、コントローラ１４は、［０、１２０、２４０°］に等しい位相シフトでシステム１０を励起することができる。次に、これらの効率を測定システムによって測定して、以下のように３つの効率（例えば８５°、７０°、６９°）を記録することができる。
0006853876.tif 000017
0006853876.tif 000018
0006853876.tif 000019
このようにして、コントローラ１４は、ステップ７０８に示されるように、測定された効率に基づいて、数値モデルの係数として複数の補間パラメータを算出し続けることができる。したがって、補間パラメータは、以下に対応することができる：
0006853876.tif 000020
【０１７１】
補間パラメータを用いて、コントローラ１４は、ステップ７１０に示すように、測定された効率を誘発するために利用される位相シフトとは異なる追加の位相シフトを含む効率結果を推定することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１４は、システムのモデルを利用してシステムの動作範囲にわたるすべての可能な位相シフトについて全空間を補間することができる。すなわち、コントローラ１４は、ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄの実質的にすべての動作周波数および位相シフトにわたる各食品負荷の調理キャビティ２０についてのシステム１０の効率応答をモデル化することができる。
【０１７２】
本明細書で論じるように、開示する補間方法は、コントローラ１４がちょうど３つまたは４つの周波数および位相モードについて効率応答を測定できるようにすることができる。測定された効率を用いて、コントローラ１４は、結果を補間して、試験されていないものを含むシステムの補間係数に基づいて他の全ての位相シフトに対する効率応答を得ることができる。補間係数は、メモリ内に記憶され得る。この構成では、コントローラ１４は、ほんの少数の入力信号の反射信号の応答を試験して、周波数／位相領域における加熱キャビティ２０の全効率を推定することができる。共振マップの例が、図２５および図２６に示される。図２５および２６の共振マップは、正方形および三角形で複数の共振ピークを示す。正方形は、偶数対称性のピークを表し、三角形は、奇数対称性のピークを表す。
【０１７３】
ステップ７１２において、コントローラ１４は、システム１０の共振を共振マップ内の極大値に関連付けることができる。本明細書で論じるように、システムの共振は、システムの臨界周波数または共振周波数を示す共振モードに対応することができる。コントローラ１４は、モードをメモリ内に記憶することができ、いくつかの実施形態では、モードに関連する位相シフトおよび周波数を利用して、調理キャビティ２０内に供給されるＲＦ供給部を制御することができる。このようにして、コントローラは、調理キャビティ２０内の電磁エネルギーの分布を識別し、制御することができる。
【０１７４】
ステップ７１４において、システム１０の共振マップは、位相シフトの中の奇数、偶数、または組み合わせられた周波数分布に基づいて分類され得る。すなわち、適用される位相シフトは、結合された共振モードの対称性のクラスに直接関係する。例えば、図２９Ａにおける位相シフトは、偶数対称性に対応することができる。図２９Ｂの位相シフトは、逆位相関係にあるソースが奇数対称性のモードを活性化することを示すことができる。そのような共振の分類は、それらの絶対位相に従って行うことができる（すなわち、これらが９０°〜２７０°の間にある場合は二次対称面として分類し、９０°未満または２７０°を超える場合は第一の対称面として分類する）。このようにして、コントローラ１４は、各ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄからの反射信号を監視して、加熱キャビティ２０の共振マップのためのサンプルデータを識別することができる。
【０１７５】
図２８に関して上記で説明した方法は、以下のように要約され得る。コントローラ１４は、第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号に対応するＲＦ供給部を制御することができる。ＲＦ信号は、システム１０の動作範囲内にあり、第１のＲＦ信号と第２のＲＦ信号との間の複数の位相シフトにおいてコントローラ１４によって制御され得る。加えて、コントローラ１４は、調理キャビティ２０内にＲＦ供給部を生成するために、ＲＦ信号を増幅するように増幅器１８を制御することができる。コントローラ１４はさらに、複数の位相シフトについてＲＦ供給部によって誘発されたキャビティ内の反射信号の複数の効率を測定し、キャビティ２０の周波数応答についての効率結果を推定することができる。効率結果は、調理装置の動作範囲について推定された追加の位相シフトを含むことができる。この例では、追加の位相シフトは、ＲＦ供給部を生成するために利用される複数の位相シフトとは異なる。
【０１７６】
効率に加えて、コントローラ１４は、ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄの各々についての最大反射電力信号を追加的に監視して、増幅器１８Ａ〜Ｄの各々の能力を識別して、本明細書において論じる動作のモードの各々の動作を維持することができる。例えば、反射電力信号に基づいて、コントローラ１４は、ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄの個々の各チャネルの最大反射を識別することができる。このようにして、コントローラ１４は、増幅器１８Ａ〜１８Ｄに供給された駆動電力を、増幅器１８Ａ〜１８Ｄの各々に対応する最大反射信号と比較して、増幅器１８Ａ〜１８Ｄの各々が所望の周波数および電力における動作を維持するように動作可能であるかどうかを決定することができる。したがって、コントローラ１４は、増幅器１８Ａ〜１８Ｄの動作を保って増幅器１８Ａ〜１８Ｄのシステムモデルを動作にわたって維持することを検証することができる。コントローラ１４は、さらに、複数の補間パラメータを含む数値モデルに基づいて効率結果を推定するように構成され得る。補間パラメータは、反射信号について測定された複数の効率に基づいて数値モデルに対して算出される。いくつかの実施形態では、コントローラは、調理プロセス中に調理キャビティ２０の補間パラメータを更新することができる。補間パラメータを更新するために、コントローラ１４は、反射信号の追加の効率を測定し、補間パラメータを再算出して食品負荷を加熱した結果生じ得る効率応答の変化を考慮することができる。
【０１７７】
上記で説明したスペクトルモーダル同定方法の利点は、システムの効率応答および共振マップを検出する能力、調和しない電力がシステムに印加されたときのより良好な雑音除去（高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄのオーバーシュート、電力の粗調整）、および（ステップ７０２中に高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄの出力電力を安全なレベルまで減少させることによる）より高い有効電力を結果として生じさせる検知−識別時間の低減を含む。任意選択により、ランダムアクセスメモリを使用してシステムの「スナップショット」を記憶してユーザに通知し、スナップショットの経時的な変化を測定または定量化することができる。別の選択肢は、ベクトルフィッティングまたは他のフィッティング技術などの技術を使用してＱ値および共振（臨界）周波数に関して共振を分類することである。
【０１７８】
電磁調理装置のＲＦシステムが（マルチポートシステムの設定周波数および設定位相シフトで）所与のＲＦ励起に対して安定しているとき、反射電力は一定である。反射電力が効率に反比例する限り、ＲＦシステムが所与の励起に対して安定しているとき、効率も一定のままである。しかし、ＲＦシステムが不安定である場合、反射電力、従って効率は、経時的にノイズを含む形で変動する。ＲＦシステムの不安定性が強いほど、反射電力の振動が大きくなる。そのような不安定性の原因は、調理サイクルが進行するにつれて食品負荷の特性の変化により起こり得る。以下にさらに説明するように、食品負荷の特性におけるそのような変化は、体積的であってよい。したがって、調理サイクル全体を通して反射電力または効率の変化を監視することにより、食品負荷の体積の変化を検出することができる。食品負荷の体積の変化を検出できること、または食品負荷の特性の他の変化を検出できることは、次の特定のプロセス、すなわちポップコーンの調理、牛乳の加熱、液体の沸騰、およびチョコレートまたはバターなどの食品の融解を制御するのに有利である。別の利点は、この能力を使用して、調理キャビティ内の食品負荷の飛散を検出し、したがってそれを防ぐことができることである。これらの特定の例は、各プロセスに関する別々の見出しの下で以下にさらに論じられる。
【０１７９】
複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄを有する上記で説明したようなマルチポートシステムでは、入力フェーザのどのような変化（すなわち、周波数、振幅、位相シフト）も効率に影響を与える。したがって、効率の変化は食品負荷の変化ではなくフェーザの変化によって引き起こされ得るため、その調理サイクルのための加熱ストラテジがサイクル全体を通して入力フェーザを変更することを伴う場合、調理サイクル全体を通した効率を表す数値を単純に監視して食品負荷の特性の変化を検出することはできない。したがって、効率の変動係数の時間変動を使用して、入力フェーザの変化から引き起こされるとものと対照させて、食品負荷の特性の変化によって引き起こされる効率の変化を分離することができる。
【０１８０】
したがって、電磁調理装置１０であって、食品負荷が中に置かれる閉じられたキャビティ２０と、コントローラ１４と、電磁放射を閉じられたキャビティ内に導入して食品負荷を加熱し、調製するように構成された複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄであって、複数のＲＦ供給部における順方向および逆方向電力の測定を可能にするように構成される、複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄとを含む、電磁調理装置１０が提供され得る。コントローラ１４は、図３１に示す方法７２０のステップを実行するように構成され得る。具体的には、コントローラ１４は、上記で論じたような加熱ストラテジに従って、システムが、所定の期間（例えば、０．５〜４．０秒）の間複数のＲＦ供給部ＲＦ２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄから指定された周波数および位相シフトでＲＦ励起を生成する（ステップ７２２）ようにシステムを制御することができる。次に、所定の期間にわたって（または励起期間の持続時間の間）、コントローラ１４は、複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄにおける逆方向電力を測定および分析して（上記で論じた方法で）効率を算出し（ステップ７２４）、効率の変動係数を決定し（ステップ７２６および７２８）、変動係数を監視して食品負荷の特性の予想される変化を識別する（ステップ７３０）。効率の変動係数の決定は、所定の期間にわたる効率の平均値および標準偏差（ｓｔｄ）を決定し（ステップ７２６）、平均値および標準偏差から変動係数を算出すること（ステップ７２８）によって行われ得る。ステップ７２８において、変動係数は、（ｓｔｄ／平均）として算出され得る。次に、ステップ７３２において、コントローラ１４は、食品負荷の特性における予想される変化が、そのような変化（例えば、体積の指定された変更）が一部の特定の閾値に到達する時点までの調理サイクル上での変動係数の変化に基づいて識別されたかどうかを決定する。ステップ７３２を満たすために必要とされる食品負荷特性の変化の指定された程度は、以下に説明する例から明らかになるように食品負荷のタイプに応じて変わることに留意されたい。食品負荷特性におけるそのような変化が特定されない場合、そのような変化が特定されるまで、コントローラ１４はステップ７２２〜７３２を繰り返す。ステップ７２２を繰り返す際、加熱ストラテジに従って異なる入力フェーザを使用できることに留意されたい。したがって、方法７２０を実行する際、コントローラ１４は、平均値および標準偏差、したがって各々異なる入力フェーザ励起の持続時間についての変動係数を再計算する。このようにして、平均値および標準偏差は、すべての異なるＲＦ励起にわたって効果的に正規化され、入力フェーザの変化によって引き起こされる効率の変化に関係なく同等である。
【０１８１】
コントローラ１４が、ステップ７３０および７３２において、指定された閾値に達する食品負荷の特性の変化（例えば、指定された体積変化）を識別した後、コントローラ１４は、ステップ７３４を実行し、そこで調理サイクルを停止することができ、または入力フェーザの振幅、周波数および／または位相シフトを含む加熱ストラテジなどの調理制御パラメータを変更することができ、そして、加熱ストラテジのさらに別の変更を引き起こし得るか、または調理サイクルを停止させ得る別の変化が起こるようになるまでステップ７２２〜７３２を続ける。重ねて、ステップ７３４でとられる特定の作用は、食品負荷のタイプ、ならびに食品負荷のそのタイプについての対応する調理サイクルおよび加熱ストラテジに依存することになる。
【０１８２】
重要なのは経時的な変化率であって絶対的なレベルではないので、効率の変動係数を算出することにより、食品負荷の特性における変化の識別は、相対的な効率レベルに対して敏感ではない。これは、異なる振幅、周波数および位相シフトにおける異なる励起間の比較を可能にする。
【０１８３】
上記で留意したように、変動係数の変化が食品負荷の特性の指定された程度までの変化を識別した後、調理プロセスを停止または変更することができる。任意選択により、共振モードを再マッピングするために周波数走査を繰り返すことができる。
【０１８４】
本明細書では効率の変動係数が使用される例が提供されているが、他の測定基準を使用して食品負荷の特性の変化を決定することができる。そのような他の測定基準は、効率に重ね合わされる「ノイズ」の量を測定することができ、この場合、ノイズをすべての入力フェーザにわたって正規化することができる。そのような測定基準は、変動の種類またはシステムの不安定性を区別することができる。１つの方法は、食品負荷の変化によって引き起こされた高い周波数成分に焦点を当てるために測定された逆方向電力または計算された効率に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行することとすることができ、これは、入力フェーザの変化によって引き起こされる変化が、入力フェーザが０．５から４．０秒きざみで変化することによって低い周波数成分内にそれら自体が存在するためである。食品負荷の変化を任意の１つの励起中に検出することができるように、効率は各別々のＲＦ励起の持続期間を通して連続的に算出されており、監視されている変化は秒領域ではなく、むしろ１秒未満の領域であることに留意されたい。
【０１８５】
変動係数を計算することができる方法をこれまで説明してきたが、次にいくつかの用途が説明される。
Ａ．自動沸騰検出
【０１８６】
図３２ＡおよびＢを参照すれば、ある期間にわたって調理キャビティ２０内で加熱された液体についての効率（図３２Ａ）および対応する効率の変動係数（図３２Ｂ）についてのサンプルデータが、示される。説明のために、液体の静止段階、弱い沸騰状態、および強い沸騰状態のそれぞれの間の効率および対応する変動係数が、示される。効率の変動係数を算出し、信号特性を監視することにより、コントローラ１４は、液体の体積内の振動に比例する反射電力内の振動を検出するように動作可能である。特に、効率の変動係数は、液体の沸騰レベルに比例する。すなわち、沸騰度が大きいほど、効率の変動係数が大きい。これらの特性に基づいて、コントローラ１４は、沸騰の開始時間、弱い沸騰状態、および強い沸騰状態を含むことができる液体の加熱状態を検出することができる。
【０１８７】
コントローラ１４は、図３３に示す加熱方法７４０を実行することによって液体の加熱を制御することができ、この方法では、コントローラ１４は、初期加熱期間に対応することができる静止段階中、効率の変動係数を最初に測定する（ステップ７４２）。例えば、静止段階は、図３２Ｂに示すように所定の期間を含むことができる。静止段階中に測定された効率の変動係数を利用して、強い沸騰状態を示す閾値（例えば、閾値７４３、図３２Ｂ）を定義することができる（ステップ７４４）。いくつかの実施形態では、静止段階中に測定された効率の変動係数は、閾値を定義する前にメモリ内に記憶され得る。あるいは、閾値は、メモリに記憶された所定の値によって定義され得る。例えば、閾値は、静止段階またはその中の期間（例えば最初の２０秒間）中の変動係数の平均を測定し、その平均に定数（例えば３）を掛けることによって決定され得る。したがって、いくつかの実施形態では、閾値は、静止段階の期間中に測定された効率の変動係数の平均と所定の乗数との間の積に対応することができることが理解されよう。
【０１８８】
閾値が定義された後、コントローラ１４は、効率の変動係数を監視し（ステップ７４６）、効率の変動係数が所定の期間にわたって閾値以上である場合（ステップ７４８）、液体が強い沸騰状態にあることを決定し、それに応答して、コントローラ１４は、増幅器１８Ａ〜１８Ｄの電力レベルを（たとえばデューティサイクル、入力電力などを変更して）調整する（ステップ７５０）。別の形では、コントローラ１４は、液体が弱い沸騰状態にあると決定し、ステップ７４８において指定された条件が満たされるまで効率の変動係数を監視し続ける（ステップ７４６）。ステップ７５０に関して、調整は、液体を強い沸騰状態に保つために電力レベルを維持または増加すること、液体を強い沸騰状態近くに維持するために電力レベルを下げること、または液体を弱い沸騰状態に戻すこと、または増幅器１８Ａ〜１８Ｄを非活性化することによって液体の加熱をすべて停止させることを含むことができる。さらに、電力レベルの調整は、コントローラ１４によって設定された期間に限定され得る。任意選択により、ステップ７４８で指定された条件が満たされた後、すなわち換言すれば、コントローラ１４が、液体が強い沸騰状態に達したことを検出した後、コントローラ１４は、ユーザインターフェース２８またはスマートフォンなどのモバイル装置に通知を出力することができる（ステップ７５２）。それに応答して、ユーザは、（ユーザインターフェース２８またはモバイル装置を介して）コントローラ１４に入力を提供して、ステップ７５０で説明した調整を受け入れるか、またはそうでなければ必要に応じて他の調整を行うことができる。
【０１８９】
コントローラ１４は、追加的にまたは代替的に、図３４に示す加熱方法７６０を実行することによって液体の加熱を制御することができ、この方法では、コントローラ１４は、静止段階中、効率の変動係数を最初に測定する（ステップ７６２）。静止段階中に測定された効率の変動係数を利用して、強い沸騰状態を示すマスク（例えば、図３２Ｂのマスク７６３）を定義することができる（ステップ７６４）。いくつかの実施形態では、静止段階中に測定された効率の変動係数は、マスクを定義する前にメモリに記憶され得る。あるいは、マスクは、メモリに記憶された所定の機能によって定義され得る。マスクは、上昇線形、指数関数、または対数関数として表すことができると考えられる。マスクが定義された後、コントローラ１４は、効率の変動係数を監視し（ステップ７６６）、効率の変動係数が所定の期間マスクに適合する場合（ステップ７６８）、コントローラ１４は、液体が強い沸騰状態であることを決定し、それに応じて増幅器１８Ａ〜１８Ｄの電力レベルを調整する（ステップ７７０）。別の形では、コントローラ１４は、液体が弱い沸騰状態にあると決定し、ステップ７６８において指定された条件が満たされるまで効率の変動係数を監視し続ける（ステップ７４６）。ステップ７７０に関して、調整は、電力レベルを維持すること、電力レベルを上げること、電力レベルを下げること、または液体の加熱をすべて停止することを含むことができる。任意選択により、ステップ７６８で指定された条件が満たされた後、すなわち換言すれば、コントローラ１４が、液体が強い沸騰状態に達したことを検出した後、コントローラ１４は、ユーザインターフェース２８またはスマートフォンなどのモバイル装置に通知を出力することができる（ステップ７７２）。それに応答して、ユーザは、（ユーザインターフェース２８またはモバイル装置を介して）コントローラ１４に入力を提供して、ステップ７７０で説明した調整を受け入れるか、またはそうでなければ所望に応じて他の調整を行うことができる。
【０１９０】
ユーザは、ユーザインターフェース２８またはモバイル装置を使用してどの方法７４０、７６０を実装するかを選択することができることが理解されよう。有利には、上記で説明した方法７４０、７６０は、エネルギー消費を大幅に改善し、ユーザが質量または体積などの液体の任意の特定の特性を入力する必要なしに液体の最適な沸騰レベルおよび温度を得ることを可能にする。同様に、システム１０は、液体の特定の質量または体積を検出する必要なしに方法７４０、７６０を実施することができる。
Ｂ．自動牛乳加熱
【０１９１】
図３５を参照すれば、調理キャビティ２０内である期間にわたって加熱された特定の液体、すなわち牛乳についての効率の変動係数（メトリック出力）についてのサンプルデータが示される。牛乳の変動係数の結果は、タンパク質の変性およびその他の化学的変化に関連する、温度上昇に対する誘電率の急な変化に基づいて、約３７℃、５０℃、および８５℃での反射電力の変化を示す。これらの化学反応は、システム１０の共振における周波数シフトおよびＱ値の変動を引き起こす。変化の各々は牛乳の状態に対応し、この状態は、コントローラ１４によって検出され、測定された共振シフトと共に利用されて牛乳の温度を推定し、自動加熱機能を制御することができる。すなわち、コントローラ１４は、牛乳の温度を間接的に検出し、牛乳温度が３７℃未満、３７℃から５０℃の間、５０℃から８５℃の間、８５°を上回ることに応じて牛乳の加熱状態を制御することができる。このようにして、コントローラ１４は、ユーザ指定の温度入力に基づいて牛乳を特定の温度または範囲に自動的に調製することができる。そのような特徴は、幼児または乳児にとって牛乳を適切な温度に加熱するのに特に有益である。
【０１９２】
コントローラ１４は、図３６に示す加熱方法７８０を実行することによって液体の加熱を制御することができ、この方法では、コントローラ１４は、初期加熱期間に対応することができる静止段階中に効率の変動係数を最初に測定する（ステップ７８２）。静止段階中に測定された効率の変動係数を利用して、例えば、ユーザインターフェース２８またはモバイル装置を介してユーザによって指定された温度を示す閾値を定義することができる（ステップ７８４）。いくつかの実施形態では、静止段階中に測定された効率の変動係数は、閾値を定義する前にメモリ内に記憶され得る。閾値が定義された後、コントローラ１４は、共振シフトと共に効率の変動係数を監視し（ステップ７８６）、効率の変動係数が閾値以上である場合（ステップ７８８）、コントローラ１４は、増幅器１８Ａ〜１８Ｄの電力レベルを調整する（ステップ７９０）。１つの特定の例では、コントローラ１４は、ユーザによって指定された温度で牛乳を維持するか（例えば、「保温」機能）、または牛乳の加熱を完全に停止することができる。任意選択により、ステップ７８８で指定された条件が満たされた後、すなわち換言すれば、牛乳がユーザによって指定された温度に達したとコントローラ１４が推定した後、コントローラ１４は、ユーザインターフェース２８および／またはスマートフォンなどのモバイル装置に通知を出力することができる（ステップ７９２）。それに応答して、ユーザは、（ユーザインターフェース２８またはモバイル装置を介して）コントローラ１４に入力を提供して、ステップ７９０で説明した調整を受け入れるか、またはそうでなければ所望に応じて他の調整を行うことができる。
【０１９３】
有益なことに、上記で説明した方法７８０は、エネルギー消費を大幅に改善し、ユーザが質量または体積などの牛乳の任意の特定の特性を入力する必要なく最適な牛乳温度を得ることを可能にする。同様に、システム１０は、牛乳の特定の質量または体積を検出する必要なしに方法７８０を実装することができる。
Ｃ．自動のバターおよびチョコレートの融解
【０１９４】
システム１０はまた、融解液体を過熱することなくバターおよびチョコレートを正確に融解するために利用されてもよい。コントローラ１４は、図３７に示す方法８００を実行することによって、バターまたはチョコレートなどの食品負荷の融解を制御することができ、この方法では、コントローラ１４は、最初にキャビティ２０を走査してスペクトルモーダル同定を用いて共振を測定し、その結果生じる共振マップを生成し（ステップ８０２）、これはメモリに記憶することができる。加えて、コントローラ１４は、初期加熱期間および初期体積に対応することができる静止段階中の効率の変動係数を検出することができる（ステップ８０４）。次に、コントローラ１４は、所定の期間の経過後および／または効率の変動係数の変化が検出されたときに、共振の測定を条件付きで繰り返す（ステップ８０６）。例えば、コントローラ１４は、静止段階に続く効率の変動係数の１つまたは複数の変化を食品負荷の体積の変化であると識別することができる。チョコレート、バター、および類似の物質の場合、体積の変化は、融解開始時の形状および粘度の変化に対応する。次に、コントローラ１４は、共振マップ間の変動が、融解状態（すなわち、食品負荷が融解していること）を示す閾値条件を満たすかどうかを決定することができる（ステップ８０８）。そうでない場合、コントローラ１４は、増幅器１８Ａ〜Ｄを制御して、ステップ８０６に戻る前に（例えば、所定の量のエネルギーで）キャビティ２０に電力を印加する（ステップ８１０）。そうでなければ、ステップ８０８で閾値条件が満たされた後、コントローラ１４は、増幅器１８Ａ〜１８Ｄの電力レベルを調整する（ステップ８１２）。１つの具体例では、コントローラ１４は、共振の経時変化率が所定の閾値を下回る場合、ステップ８０８で指定された条件が満たされると決定する。それに応答して、コントローラ１４は、食品負荷の加熱を停止する。いくつかの実施形態では、コントローラ１４は、所定量のエネルギーが食品負荷に加えられた後、加熱プロセスを停止する。いくつかの制御方式では、コントローラ１４が食品負荷の状態に従ってシステム１０の電力レベルを調整することもできると考えられる。任意選択により、ステップ８０８で指定された条件が満たされた後、すなわち換言すれば、コントローラ１４が、食品負荷が融解したことを検出した後、コントローラ１４は、ユーザインターフェース２８またはスマートフォンなどのモバイル装置に通知を出力することができる（ステップ８１４）。それに応答して、ユーザは、（ユーザインターフェース２８またはモバイル装置を介して）コントローラ１４に入力を提供して、ステップ８１２で説明した調整を受け入れるか、またはそうでなければ所望に応じて他の調整を行うことができる。
【０１９５】
方法８００を使用して融解プロセス中にシステム１０を制御することにより、完全な融解または軟化を、焦げた部分を有することなく自動的に達成することができる。追加的に、ユーザは、融解されるべき食品負荷の質量または体積を入力する必要がない。さらに、融解が達成された後に自動的に停止するため、エネルギーが節約される。
Ｄ．液体、ソース、および混合された負荷のための自動スプラッタ制御
【０１９６】
次に図３８を参照すれば、調理キャビティ２０内である期間にわたって加熱された液体についての効率の変動係数（メトリック出力）についてのサンプルデータが、示される。液体は、例えばソースに対応する。いくつかの実施形態では、液体は、混合された負荷、すなわち液体成分と固体成分の両方を有する食品負荷の一部であってよい。
【０１９７】
コントローラ１４は、図３９に示す方法８２０を使用して液体または少なくとも部分的に液体化された食品負荷の加熱を制御することができ、この方法では、コントローラ１４は、初期加熱期間に対応することができる静止段階（たとえば図３８の開始点）中に効率の変動係数を最初に測定する（ステップ８２２）。静止段階の効率の変動係数を利用して、沸騰状態を示す閾値（例えば、図３８の閾値８２３）を定義することができる（ステップ８２４）。いくつかの実施形態では、静止段階中に測定された効率の変動係数は、閾値を定義する前にメモリに記憶され得る。あるいは、閾値は、メモリに記憶された所定の値によって定義され得る。閾値が定義された後、コントローラ１４は、効率の変動係数を監視し（ステップ８２６）、効率の変動係数が閾値以上である場合（ステップ８２８）、コントローラ１４は、増幅器１８Ａ〜１８Ｄの電力レベルを（たとえばデューティサイクル、入力電力などを変更して）調整する（ステップ８３０）。そうでなければ、コントローラ１４は、ステップ８２８で指定された条件が満たされるまで効率の変動係数を監視し続ける（ステップ８２６）。ステップ８３０に関して、調整は、効率の変動係数が所定の量だけ減少するまで電力レベルを減少させ、続いて所定の時間量の間、または効率の変動係数がステップ８２８で指定された条件を満たす（たとえば閾値に達する）まで電力レベルを増加させることを含むことができる。このようにして、飛散を回避しながら液体が加熱される。ステップ８２８で指定された条件が満たされる限り、ステップ８２８および８３０は、連続的に繰り返されてよく、または所定の期間が経過した後に液体の加熱が停止されてもよい。任意選択により、ステップ８２８で指定された条件が満たされた後、すなわち換言すれば、コントローラ１４は液体が沸騰状態に達したことを検出した後、コントローラ１４は、ユーザインターフェース２８またはスマートフォンなどのモバイル装置に通知を出力することができる（ステップ８３２）。それに応答して、ユーザは、（ユーザインターフェース２８またはモバイル装置を介して）コントローラ１４に入力を提供して、ステップ８３０で説明した調整を受け入れるか、またはそうでなければ所望に応じて他の調整を行うことができる。
Ｅ．自動ポップコーン調理
【０１９８】
次に図４０を参照すれば、キャビティ２０内である期間にわたってポッピングされているポップコーンについての効率の変動係数（メトリック出力）についてのサンプルデータが、示される。この結果から、効率の変動係数は、経時的なポッピングされたカーネルの周波数に比例する。追加的に、効率の変動係数は、ポッピングが始まった後にポップコーンの袋の中の突然の体積増加によって影響を受ける。したがって、効率の変動係数を監視することにより、コントローラ１４は、経時的にポッピングされるカーネルの周波数またはタイミングに基づいてポップコーンのポッピングを制御することができる。ポッピングに応答した効率の変動係数の変化は、ポップコーン袋内のカーネルの体積および分布の変化にリンクされ得る。以下により詳細に説明するように、コントローラ１４は、ポッピングの開始およびポッピングが完了する閾値を検出することに基づいて、ポップコーンのポッピングを制御することができる。
【０１９９】
コントローラ１４は、図４１に示す方法８４０を使用することによってポップコーンのポッピングプロセスを制御することができ、この方法では、コントローラ１４は、初期ポッピング期間（たとえば図３９の開始点）に対応することができる静止段階中に効率の変動係数を最初に測定する（ステップ８４２）。静止段階中に測定された効率の変動係数を利用して、ポップコーンのポッピング状態を示す閾値（例えば、図４０の閾値８４３）を定義することができる（ステップ８４４）。いくつかの実施形態では、静止段階中に測定された効率の変動係数は、閾値を定義する前にメモリ内に記憶され得る。あるいは、閾値は、メモリに記憶された所定の値によって定義され得る。閾値が定義された後、コントローラ１４は、効率の変動係数を監視し（ステップ８４６）、効率の変動係数が所定の期間の間閾値以上である場合（ステップ８４８）、コントローラ１４は、増幅器１８Ａ〜１８Ｄの電力レベルを（たとえばデューティサイクル、入力電力などを変更して）調整する（ステップ８５０）。そうでなければ、コントローラ１４は、ステップ８４８で指定された条件が満たされるまで効率の変動係数を監視し続ける（ステップ８４６）。ステップ８５０に関して、調整は、増幅器１８Ａ〜１８Ｄの電力レベルを調整する（例えば、維持するまたは減少させる）ことを含むことができ、また時間制限を割り当てることを含むこともできる。任意選択により、ステップ８４８で指定された条件が満たされた後、すなわち換言すれば、コントローラ１４がポップコーンがポッピング状態にあることを検出した後、コントローラ１４は、ユーザインターフェース２８またはスマートフォンなどのモバイル装置に通知を出力することができる（ステップ８５２）。それに応答して、ユーザは、（ユーザインターフェース２８またはモバイル装置を介して）コントローラ１４に入力を提供して、ステップ８５０において説明した調整を受け入れるか、またはそうでなければ所望に応じて他の調整を行うことができる。
【０２００】
方法８４０の完了に続いて、ポッピングプロセスの終了は、効率の変動係数が所定の時間量の間閾値を下回ることに応答して検出され得る。図４２に示すように、方法８６０は、コントローラ１４が効率の変動係数を測定することから始まる（ステップ８６２）。コントローラ１４は、効率の変動係数を監視し（ステップ８６４）、効率の変動係数が方法８４０のステップ８４４で定義された閾値を所定の期間の間下回った場合（ステップ８６６）、コントローラ１４は、電力レベルを調整し（たとえば低下させ）、ポッピングプロセスを終了させる時間制限を割り当てることもできる（ステップ８６８）。あるいは、コントローラ１４は、ポッピング処理を直ちに停止することもできる。そうでなければ、コントローラ１４は、ステップ８６６で指定された条件が満たされるまで効率の変動係数を監視し続ける（ステップ８６４）。任意選択により、ステップ８６６で指定された条件が満たされた後、すなわち換言すれば、コントローラ１４がポップコーンのポッピングが完了したか、またはほぼ完了していることを検出した後、コントローラ１４は、ユーザインターフェース２８またはスマートフォンなどのモバイル装置に通知を出力することができる（ステップ８７０）。それに応答して、ユーザは、（ユーザインターフェース２８またはモバイル装置を介して）コントローラ１４に入力を提供して、ステップ８６８で説明した調整を受け入れるか、またはそうでなければ所望に応じて電力レベルおよび／または時間制限に他の調整を行うことができる。
【０２０１】
有益なことに、上記で説明した方法８４０および８６０は、ポップコーンを焦がすことなく、または過少調理することなくシステム１０が自動的にポップコーンをポッピングさせることを可能にする。さらに、ユーザが電力レベルおよび／または時間制限を調整することを可能にすることにより、ユーザは、自分の好みに合わせて自動ポッピング機能を微調整することができる。
【０２０２】
システム１０のＱ値の変化を検出する方法が、次に図４３を参照しながら説明される。システム１０は、ＲＬＣ回路と等価の線形受動で時間に独立なシステムとして局所的にモデル化することができる無線周波数（ＲＦ）システムに対応することができる。そのようなモデル化は、アドミタンスのフォスター表現に対応することができる。回路等価物は、調理キャビティ１４のサイズ、供給システム（例えば、ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜２２６Ｄの位置決め）、食品負荷のタイプ（材料および温度）、ならびに食品負荷サイズおよび変位に基づいて変化する抵抗器／インダクタ／コンデンサ（ＲＬＣ）等価物に対応することができる。食品負荷が加熱されると、等価ＲＬＣ回路との関係によって、共振（ＲＬＣ回路）がシフトし、Ｑ値が変化する。Ｑ値の式は式４として示される。
0006853876.tif 000021
【０２０３】
システム１０は、反射モード信号を監視することによって調理キャビティ２０を走査してスペクトルモード理論に従ってシステム応答をモデル化するようにさらに構成され得る。
【０２０４】
例えば、ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄからの反射信号に基づいて、システム１０の誘電率εを同定することができる。さらに、システム１０の損失正接は、虚数部誘電率成分ε”と無損失誘電率成分ε’との間の比として算出されてよく、ここで、無損失誘電率成分は、自由空間誘電率および比誘電率の積である。損失正接の式は式５として示される。
0006853876.tif 000022
損失正接に基づいて、Ｑ値は、式６に示すように損失正接の逆数として算出され得る。
0006853876.tif 000023
このようにして、コントローラ１４は、ＲＦ供給部からの反射信号に基づいてＱ値を算出するように動作可能であり得る。共振キャビティをモデル化する方法を説明するさらなる詳細が、Ｋｕｒｏｋａｗａ、Ｋ．、ｅｄ．の出版物「  Ａｎ  Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」：Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ、２０１２年に論じられており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０２０５】
したがって、ＲＦ供給部からの反射信号に基づいて、コントローラ１４は、キャビティ２０の様々なスペクトルモーダル特性を同定することができる。このようにして、システム１０は、極（すなわち共振周波数）を決定し記憶して、調理キャビティ２０のＱ値を周波数／位相領域内にマッピングすることができる。システム１０は、調理作業の開始時に最初にＱ値を走査しマッピングすることができる。システム１０は、所定の時間量の後、または反射パターンの変化が検出されたときに、走査をさらに繰り返し、Ｑ値をマッピングすることができる。
【０２０６】
経時的なＱ値の変化を比較することにより、システム１０は、食品負荷の変化（例えば、誘電加熱による温度上昇）に起因するシステム１０内の変動量を定量化するように動作可能である。このようにして、システムは、１つまたは複数の自動調理機能についての食品負荷の様々な変化を検出することができる。
【０２０７】
図４３を参照すると、食品負荷が中に置かれる閉じられたキャビティ２０と、電磁放射を閉じられたキャビティ２０内に導入して食品負荷を加熱し、調製するように構成された複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄとを有する電磁調理装置１０において調理を制御するための方法９００が提供され、複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄは、複数のＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄにおける順方向および逆方向の電力の測定を可能にするように構成される。方法は、コントローラ１４によって実行されてよく、閉じられたキャビティ２０内に配置された食品負荷に送出されるべきエネルギー量に対応する加熱目標を選択するステップ（ステップ９０２）と、一連の所望の加熱パターンを決定するために加熱目標に基づいて加熱ストラテジを生成するステップであって、加熱ストラテジは、一連の所望の加熱パターンに対応する閉じられたキャビティ２０内へのエネルギー伝達のための選択された一連の共振モードを有する、ステップ（ステップ９０４）と、ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄに、選択された周波数、選択された位相値および選択された電力レベルの無線周波数信号を出力させ、それによって、選択された一連の共振モードの各共振モードに対応する周波数のセットについてフェーザの選択されたセットを用いて、閉じられたキャビティを励起して加熱パターンを作りだす、ステップ（９０６）と、ＲＦ供給部２６Ａ〜Ｄ、２２６Ａ〜Ｄにおける順方向および逆方向の電力測定値に基づいて作りだされた加熱パターンを監視して、スペクトルモーダル同定を使用して閉じられたキャビティ内の共振を測定し、共振モードおよび識別された共振モードの各々に関連するＱ値をコントローラが識別する周波数および位相領域内の効率マップを記憶するステップ（ステップ９０８）と、指定された変化が少なくとも１つのＱ値で検出されたかどうかを決定するステップ（ステップ９１０）と、少なくとも１つのＱ値の指定された変化が識別されたとき、生成された加熱ストラテジを使用して食品負荷の調理を停止するステップ（ステップ９１２）、または別の場合ステップ９０６〜９１０において加熱ストラテジにしたがってキャビティを励起し続け、Ｑ値を監視することを含む。
【０２０８】
Ｑ値の指定された変化は、Ｑ値が解凍の完了を示すＱ値に変化したときであってよい。具体的には、Ｑ値の指定された変化は、Ｑ値が約８に等しくなるように変化するときであってよい。氷のＱ値は約３００であり、水のＱ値は約８である。したがって、解凍した食品負荷は、約８のＱ値を有することになる。したがって、Ｑ値を監視することにより、電磁調理装置１０は、ユーザが食品のタイプまたは食品の質量を入力する必要のない自動解凍機能を実装することができる。
【０２０９】
また、Ｑ値を監視することにより、電磁調理装置１０は、食品負荷の調理がいつ完了したかを自動的に決定することができる。この場合、Ｑ値の指定された変化は、Ｑ値が調理の完了を示すＱ値に変化したときである。調理の完了を示すＱ値は、ユーザがユーザインターフェース２８を介して食品タイプの識別を入力することによって決定され得る。次に、コントローラ１４は、加熱目標を選択し、この食品負荷の識別に基づいて加熱ストラテジを生成することができる。さらに、コントローラは、識別された食品負荷のタイプの完全に調理された食品負荷に対応する共振モードを示す事前に記憶された効率マップを選択し、事前に記憶されたマップ内の共振モードのＱ値を識別し、調理プロセスの間に記憶された効率マップと前に記憶されたマップを比較して、少なくとも１つのＱ値が、調理の完了を示す、事前記憶されたマップから識別されたＱ値に変わったときを決定することができる。
【０２１０】
次に図４４、４５、および４６を参照すれば、複数の食品タイプについての比誘電率、損失正接、およびＱ値を示すプロットが、示される。最初に図４４Ａ、４４Ｂ、および４４Ｃを参照すれば、パンまたは穀物ベースの食品負荷についての実験結果が、示される。実験結果は、パンの温度に関連するパンの比誘電率を図４４Ａに、損失正接を図４４Ｂに、Ｑ値を図４４Ｃに含む。プロットの各々は、パンの調理具合または調理レベルを識別するために利用され得る様々な特性の指標を示すことができる。本明細書で論じるように、調理具合または調理レベルは、調理キャビティ２０内で食品負荷を所望のレベルまで加熱し終えたことを示し得る温度に対応することができる。したがって、様々な実施形態では、コントローラ１４は、経過調理時間とは無関係に、および食品負荷の開始温度とは無関係に、調理温度または調製のレベルまたは調理具合を決定することができる。
【０２１１】
図４４Ａ、図４４Ｂ、および図４４Ｃのうちの１つまたは複数において実証された結果から、コントローラ１４は、食品負荷の化学的変化または物理的変化の形で調理具合のレベルを識別することができる。図４４Ｃを参照すれば、Ｑ値は、約２５℃から４５℃までの温度にわたって比較的一貫した変化を維持する。次いで、４７℃から５３℃の間で、Ｑ値は急激に変化する。したがって、食品負荷についてＱ値を監視することにより、コントローラ１４は、所定の変化閾値を超えるＱ値の変化を識別することができる。より具体的には、コントローラ１４は、Ｑ値を監視して第１の変化９２２にわたって所定の変化閾値を超えるＱ値の減少を識別することができる。この場合、食品負荷がパンを含むという表示に応答して、コントローラは、約１．０５から０．８５へのＱ値の減少、または所定の期間にわたって起こり得る、少なくとも０．１の減少閾値を超える変化についてＱ値を監視することができる。
【０２１２】
Ｑ値は調理プロセスの他の期間中よりも第１の変化９２２にわたってより急激に変化するので、コントローラ１４は、パンに関する所定の閾値を超えるＱ値の変化率の増加を識別することができる。したがって、コントローラ１４は、パンの第１の変化９２２を一貫して識別し、第１の変化９２２の検出に応答して調理サイクルを自動的に停止または調整することができる。パンのこの特定の例では、第１の変化９２２は、パンの酵母の第１のガス発生に対応することができる。したがって、第１の変化９２２を識別することに応答して、コントローラは、パンの酵母の第１のガス発生を識別し、調理サイクルを調整または停止することができる。
【０２１３】
図４４、４５、および４６に留意される特定の温度は近似的であり得ることに留意されたい。したがって、本明細書で論じる特定の温度範囲（例えば第１の範囲９２２）および他のものは、酵母の第１のガス発生に対応する既知の温度およびコントローラ１４によって検出された、本明細書で論じる他の物理的および／または化学的変化と近似的にのみ同じになり得る。しかし、この見かけ上の誤差は、Ｑ値を利用して実験結果に実証された誤差なしに食品負荷の変化を検出する強みを示すにすぎない。換言すれば、コントローラ１４は、Ｑ値を監視して、図４４、４５、および４６の実験結果を集めるために利用されるもののような温度プローブを利用するよりもより正確に、食品負荷の物理的および／または化学的構造の変化を検出することができる。また、特定の食品および温度に関して説明したが、本開示は、様々な食品負荷の様々な特性およびそれらの構成成分の自動検出を提供することができる。
【０２１４】
さらに図４４Ｃを参照すれば、コントローラは、Ｑ値の第２の変化９２４をさらに識別することができる。より具体的には、コントローラ１４は、Ｑ値を監視して第２の変化９２２にわたって所定の変化閾値を超えるＱ値の増加を識別することができる。この場合、食品負荷がパンを含むという表示に応答して、コントローラは、最初にＱ値の第１の変化９２２を監視する。次に、コントローラは、食品負荷を、第２の変化９２４について、または所定の期間内に起こり得る、少なくとも０．１の増加閾値を超えるＱ値の増加を示す約０．８から１または０．９から０．９８のＱ値の減少の増加について監視することができる。パンの場合、第２の変化９２４は、約６６℃〜７１℃の測定された温度にわたって起こる同時の酵素効果およびデンプン糊化に対応することができる。また、第２の変化９２４の識別に応答して、コントローラは、調理サイクルを自動的に停止または調整することができる。
【０２１５】
次に図４５Ａ、４５Ｂ、および４５Ｃを参照すれば、牛肉または食肉ベースの食品負荷についての実験結果が、示される。実験結果は、牛肉の温度に関連する牛肉の比誘電率を図４５Ａに、損失正接を図４５Ｂに、Ｑ値を図４５Ｃに含む。プロットの各々は、牛肉の調理具合のレベルまたは調理レベルを識別するために利用され得る様々な特性の指標を示すことができる。図４５Ａ、図４５Ｂ、および図４５Ｃの１つまたは複数に示す結果から、コントローラ１４は、食品負荷の化学的変化または物理的変化の形で調理具合のレベルを識別することができる。
【０２１６】
図４５Ｃを参照すれば、Ｑ値は、約２０℃から８０℃までの温度にわたって比較的一貫した変化を維持する。次いで、８０℃から９０℃の間で、Ｑ値は急激に変化する。したがって、食品負荷についてＱ値を監視することにより、コントローラ１４は、所定の変化閾値を超えるＱ値の変化を識別することができる。より具体的には、コントローラ１４は、Ｑ値を監視して第３の変化９３２にわたって所定の変化閾値を超えるＱ値の増加を識別することができる。この場合、食品負荷が牛肉を含むという表示に応答して、コントローラは、約０．６から１．１へのＱ値の増加、または所定の期間にわたって起こり得る、少なくとも０．４の増加閾値を超える変化についてＱ値を監視することができる。このようにして、コントローラは、牛肉の初期温度とは無関係に、また牛肉を調理するために経過した総調理時間とも無関係に、牛肉の調理具合のレベルを検出することができる。
【０２１７】
Ｑ値は調理プロセスの他の期間中よりも第３の変化９３２にわたってより急激に変化するので、コントローラ１４は、牛肉に関する所定の閾値を超えるＱ値の変化率の増加を識別することができる。したがって、コントローラ１４は、牛肉の第３の変化９３２を一貫して識別し、第３の変化９３２の検出に応答して調理サイクルを自動的に停止または調整することができる。牛肉のこの特定の例では、第３の変化９３２は、牛肉のタンパク質変性に対応することができる。したがって、第３の変化９３２を識別したことに応答して、コントローラ１４は、肉のタンパク質変性を識別し、調理サイクルを調整または停止することができる。
【０２１８】
次に図４６Ａ、４６Ｂ、および４６Ｃを参照すれば、ジャガイモまたはジャガイモデンプンを含有する食品負荷についての実験結果が、示される。実験結果は、ジャガイモの温度に関連するジャガイモの比誘電率を図４６Ａに、損失正接を図４６Ｂに、Ｑ値を図４６Ｃに含む。プロットの各々は、ジャガイモの調理具合または調理レベルを識別するために利用され得る様々な特性の指標を示すことができる。図４５Ａ、図４５Ｂ、および図４５Ｃの１つまたは複数に示す結果から、コントローラ１４は、食品負荷の化学的変化または物理的変化の形で調理具合のレベルを識別することができる。
【０２１９】
図４６Ｃを参照すれば、Ｑ値は、約２０℃から６０℃までの温度にわたって徐々に減少するという形で比較的一貫した変化を維持する。次いで、６０°Ｃから６５°Ｃの間で、Ｑ値は方向を変え、増加する。したがって、食品負荷についてＱ値を監視することにより、コントローラ１４は、所定の変化閾値を超えるＱ値の変化、またはＱ値の変化率または変化の方向における変化を識別することができる。より具体的には、コントローラ１４は、Ｑ値を監視して第４の変化９４２にわたって所定の変化閾値を超えるＱ値の増加を識別することができる。この場合、食品負荷がジャガイモを含むという表示に応答して、コントローラ１４は、約１．４から１．７へのＱ値の増加、または所定の期間における少なくとも０．２の増加閾値を超える変化についてＱ値を監視することができる。このようにして、コントローラ１４は、ジャガイモの初期温度とは無関係に、またジャガイモを調理するために経過した総調理時間とも無関係に、ジャガイモの調理具合のレベルを検出することができる。
【０２２０】
Ｑ値の傾向は、第４の変化９４２にわたって方向および速度が変化するので、コントローラ１４は、ジャガイモについての所定の閾値を超えるＱ値の変化率の増加を識別することができる。したがって、コントローラ１４は、ジャガイモの第４の変化９３２を一貫して識別し、第４の変化９４２の検出に応答して調理サイクルを自動的に停止または調整することができる。ジャガイモのこの特定の例では、第４の変化９４２は、ジャガイモデンプンのデンプン糊化に対応することができる。したがって、第４の変化９４２の識別に応答して、コントローラ１４は、ジャガイモデンプンのデンプン糊化を識別し、調理サイクルを調整または停止することができる。
【０２２１】
次に図４７を参照すれば、算出されたＱ値に基づいて食品負荷の調理具合のレベルを識別する方法９５０が、さらに詳細に論じられる。方法９５０は、ステップ９５２においてＲＦ信号の周波数および位相を制御することによって開始することができる。ステップ９５４において、コントローラ１４は、少なくとも第１のＲＦ供給および第２のＲＦ供給を生成し、ＲＦ供給を調理キャビティ２０内に放射する高出力増幅器１８Ａ〜１８Ｄを制御することができる。コントローラ１４は、ステップ９５６において、食品負荷の食品タイプの指示を追加的に受け取ることができる。食品タイプに基づいて、コントローラ１４は、Ｑ値閾値または食品タイプの調理具合レベルもしくは調理レベルに対応するメモリからの所定の変化閾値を識別することができる。調理プロセスが開始された後、ステップ９５８において、コントローラ１４は、調理キャビティ２０からの少なくとも１つの反射信号を測定し、その反射信号に基づいてＱ値を算出することができる。反射信号は、キャビティ１４内の順方向および逆方向（または反射）電力の大きさの表示に対応することができる。
【０２２２】
Ｑ値の算出から、コントローラ１４は、Ｑ値を監視して、ステップ９６０において所定の変化閾値を超えるＱ値の変化を識別することができる。一般に所定の変化閾値として説明されるが、所定の変化閾値は、所定の変化率、変化率の所定の方向（増加または減少）、および／またはＱ値の現在の方向、傾向、または変化率を参照した所定の変化または一連の変化に対応することができる。変化率の率および方向（増加または減少）の検出のいくつかの例が、図４４、４５、および４６を参照して論じられる。Ｑ値の変化が所定の閾値を超えない場合、方法９５０はステップ９５８に戻ることができる。Ｑ値の変化が所定の閾値を超える場合、コントローラ１４は、食品負荷が、ステップ９５６において示された特定の食品タイプに基づいて識別された完成レベルまたは調理具合状態のレベルに達したことを識別することができる。このようにして、コントローラ１４は、食品負荷の初期温度とは無関係に、また食品負荷を調理するために経過した総調理時間とも無関係に、食品負荷の調理具合のレベルを検出するように動作可能であり得る。
【０２２３】
上記の方法はコントローラ１４によって実行されるように説明されているが、方法の全部または一部は、ＲＦコントロール３２または他の任意のコントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、論理回路、またはプログラムゲートアレイによって、別々にまたは組み合わせて実行されてよい。
【０２２４】
本開示の目的のために、用語「結合された」（その形態の全てにおいて、結合、結合している、結合された等）は、一般に、２つの構成要素（電気的または機械的）を互いに直接的または間接的に接合することを意味する。そのような接合は、本質的に静止していても、本質的に移動可能であってもよい。このような接合は、２つの構成要素（電気的または機械的）と、互いにまたは２つの構成要素と一体の単一本体として一体的に形成されている任意の追加の中間部材とによって達成され得る。そのような接合は、本質的に恒久的であってよく、または別段の指定がない限り、本質的に取り外し可能または解放可能であってもよい。
【０２２５】
例示的な実施形態に示すような装置の要素の構成および配置は例示にすぎないことに留意することも重要である。本発明のいくつかの実施形態のみが本開示に詳細に説明されているが、本開示を検討する当業者は、列挙した主題の新規の教示および利点から実質的に逸脱することなく、多くの改変が可能であることを容易に理解するであろう（例えば、さまざまな要素のサイズ、寸法、構造、形状および比率、パラメータの値、装着配置、材料の使用、色、配向における変動）。例えば、一体的に形成されたものとして示されている要素は、多数の部分から構成されてよく、または多数部分として示す要素は一体的に形成されていてもよく、インターフェースの動作は逆転されても、または別の形でさまざまであってよく、システムの構造および／または部材またはコネクタまたは他の要素の長さまたは幅はさまざまであってよく、要素間に設けられた調整位置の性質または数はさまざまであってよい。システムの要素および／またはアセンブリは、任意の多種多様な色、質感、および組み合わせにおいて、十分な強度または耐久性を提供する多種多様な材料のうちの任意のものから構築され得ることに留意されたい。したがって、そのような改変はすべて、本発明の範囲内に含まれることが意図されている。本発明の趣旨から逸脱することなく、設計、動作条件、および所望のおよび他の例示的な実施形態の配置において、他の置き換え、改変、変更、および省略が加えられてよい。
【０２２６】
説明したプロセス内の任意の説明したプロセスまたはステップを他の開示したプロセスまたはステップと組み合わせて、本装置の範囲内で構造を形成することができることが理解されよう。本明細書に開示する例示的な構造およびプロセスは、例示目的のためであり、限定として解釈されるべきではない。
【０２２７】
本装置の概念から逸脱することなく前述の構造および方法に変更および改変を加えることができ、さらに、そのような概念が以下の請求項によって、これらの請求項がそうではないと文字通り明示的に述べない限り、包含されることを意図することも理解されたい。
【０２２８】
上記の説明は、例示する実施形態の説明のみと考えられる。装置の改変形態が、当業者および装置が製造または使用する者には想定されるであろう。したがって、図に示し上記で説明する実施形態は単に例示を目的としており、均等論を含む特許法の原理に従って解釈されるように特許請求の範囲によって定義される装置の範囲を限定することを意図するものではないことが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４Ａ】
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【図４４Ｂ】
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【図４４Ｃ】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４５Ｃ】
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【図４６Ａ】
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【図４６Ｂ】
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【図４６Ｃ】
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【図４７】
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