УСТРОЙСТВО МИКРОВОЛНОВОГО НАГРЕВА
MICROWAVE HEATING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству микроволнового нагрева, включающему узел микроволнового генератора, который образован с использованием полупроводниковых элементов, служащих в качестве твердотельных компонентов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Типичное устройство в устройстве микроволнового нагрева, нагревающее объект, который должен быть нагрет с помощью микроволны, включает в себя микроволновую печь. Согласно микроволновой печи микроволна, сформированная узлом микроволнового генератора, излучается в металлическую камеру нагрева, и объект, который должен быть нагрет, нагревается с помощью излучаемой микроволны в камере нагрева.
В традиционной микроволновой печи в узле микроволнового генератора использован магнетрон. Микроволна, сформированная магнетроном, подводится в камеру нагрева через волноводную трубу и излучается на объект, который должен быть нагрет, при помощи чего нагревается объект, который должен быть нагрет.
В качестве узла микроволнового генератора для формирования микроволны привлек внимание узел, состоящий из полупроводниковых элементов, служащих в качестве твердотельных компонентов.
Такой узел микроволнового генератора имеет узел полупроводникового генератора, узел делителя для разделения выходного сигнала узла полупроводникового генератора, множество узлов усилителей для усиления разделяемых выходных сигналов и синтетический узел для повторного синтеза выходных сигналов узлов усилителей, и фазосдвигающее устройство предоставляется между узлом делителя и узлом усилителя. В качестве устройства микроволнового нагрева, использующего вышеупомянутый узел микроволнового генератора, микроволновая печь раскрывается, например, в нерассмотренной публикации патента Японии № S 56-132793.
В соответствии с микроволновой печью, раскрытой в нерассмотренной публикации патента Японии № S 56-132793, фазосдвигающее устройство переключает длину линии передачи микроволны посредством характеристик включения/выключения у диода. В соответствии с микроволновой печью 90-градусные и 180-градусные разветвители гибридного типа используются в качестве синтезаторов для формирования двух выходных сигналов. В соответствии с традиционной микроволновой печью фазы между двумя выходными сигналами устанавливаются в одинаковую фазу или противоположные фазы путем управления фазосдвигающим устройством, чтобы менять отношение мощностей между двумя выходными сигналами. В соответствии с традиционной микроволновой печью, имеющей такое фазосдвигающее устройство, микроволны, излучаемые из двух выходов синтезатора, переключаются на одинаковую фазу или противоположную фазу посредством фазосдвигающего устройства, чтобы менять отношение мощностей и разность фаз, излучаемую из двух излучающих антенн.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, КОТОРЫЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ РЕШЕНЫ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
В соответствии с устройством микроволнового нагрева, представленным микроволновой печью, объект, который должен быть нагрет, имеющий разную конфигурацию, вид, размер и объем, содержится в камере нагрева, к которой подводится микроволна. Пока микроволна излучается на объект, который должен быть нагрет, содержащийся в камере нагрева, формируются отражаемые мощности, имеющие разные значения, на основе конфигурации, вида, размера и объема объекта, который должен быть нагрет. Когда сформированная отражаемая мощность высокая, это означает, что теплопроизводительность низкая, и объект, который должен быть нагрет, не нагревается в нужном режиме с высокой эффективностью. Поэтому важной задачей, которую нужно довести до конца в этой области, является повышение теплопроизводительности путем уменьшения отражаемой мощности насколько возможно, когда объект, который должен быть нагрет, имеющий разную конфигурацию, вид, размер и объем, содержащийся в камере нагрева, к которой подводится микроволна, нагревается до состояния, нужного пользователю.
Настоящее изобретение выполнено для решения вышеупомянутой задачи в традиционном устройстве микроволнового нагрева, и его цель - предоставить устройство микроволнового нагрева, допускающее нагрев различных объектов, которые должны быть нагреты, имеющих разные конфигурации, виды, размеры и объемы, содержащиеся в камере нагрева, с высокой эффективностью путем уменьшения отражаемой мощности микроволны, излучаемой из средства подвода микроволн, из камеры нагрева. К тому же другая цель настоящего изобретения - предоставить устройство микроволнового нагрева, допускающее образование равномерного распределения электромагнитного поля микроволны в камере нагрева и выполнение операции нагрева подходящим образом на основе объекта, который должен быть нагрет, и допускающее уменьшение размеров путем подходящего расположения множества средств подвода микроволн на разных поверхностях стенок камеры нагрева.
Настоящее изобретение достигает вышеупомянутых целей и предоставляет устройство микроволнового нагрева, допускающее нагрев объекта, который должен быть нагрет, до нужного состояния с высокой эффективностью путем уменьшения отражаемой мощности, сформированной на основе объекта, который должен быть нагрет, имеющего разную конфигурацию, вид, размер и объем, путем расположения первого узла подачи на поверхности стенки камеры нагрева и расположения второго узла подачи для излучения отражаемой мощности, принимаемой первым узлом подачи, снова в камеру нагрева, служащих в качестве множества средств подвода микроволн, причем каждое имеет функцию излучения микроволны.
СРЕДСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
Устройство микроволнового нагрева в связи с первым аспектом в соответствии с настоящим изобретением включает в себя камеру нагрева, содержащую в себе объект, который должен быть нагрет, узел генератора, узел делителя мощности для разделения выходного сигнала узла генератора на множество выходных сигналов, множество узлов усилителей мощности для усиления выходных сигналов узла делителя мощности, множество первых узлов подачи для подвода выходных сигналов узлов усилителей мощности в камеру нагрева, множество вторых узлов подачи для подвода отражаемых мощностей, вводимых в первые узлы подачи, в камеру нагрева, и циркуляционный тип необратимой схемы для подвода отражаемой мощности от первого узла подачи во второй узел подачи, в котором первый узел подачи и второй узел подачи образованы таким образом, что направления возбуждения микроволн, подводимых в камеру нагрева, отличаются.
В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с первым аспектом, образованным как описано выше, поскольку отражаемая мощность микроволны, принимаемая первым узлом подачи, снова излучается в камеру нагрева вторым узлом подачи, микроволна, выводимая из узла усилителя мощности, может с высокой эффективностью поглощаться в объекте, который должен быть нагрет. К тому же, в соответствии с настоящим изобретением, поскольку микроволны излучаются из разного множества узлов подачи, микроволны могут излучаться на объект, который должен быть нагрет, непосредственно с разных направлений с высокой эффективностью.
Устройство микроволнового нагрева в связи со вторым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором в соответствии с первым аспектом предусматриваются по меньшей мере два узла микроволновых генераторов, причем каждый состоит из узла генератора, узла делителя мощности, узла усилителя мощности, первого узла подачи, второго узла подачи и необратимой схемы. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи со вторым аспектом, образованным, как описано выше, поскольку микроволны могут излучаться непосредственно на объект, который должен быть нагрет, из разных направлений, то объект, который должен быть нагрет, имеющий разную конфигурацию, вид, размер и объем, может нагреваться до нужного состояния с высокой эффективностью.
Устройство микроволнового нагрева в связи с третьим аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором первый узел подачи и второй узел подачи согласно второму аспекту располагаются на одной и той же поверхности стенки из поверхностей стенок, образующих камеру нагрева. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с третьим аспектом, образованным как описано выше, минимизируется физическое расстояние между первым узлом подачи и вторым узлом подачи, и потери при передаче на линии передачи между обоими узлами подачи значительно уменьшаются, чтобы микроволна, выводимая из узла усилителя мощности, могла излучаться в камеру нагрева с высокой эффективностью.
Устройство микроволнового нагрева в связи с четвертым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором множество первых узлов подачи согласно второму аспекту располагаются на одной и той же поверхности стенки из поверхностей стенок, образующих камеру нагрева. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с четвертым аспектом, образованным, как описано выше, протяженность линии передачи, соединяющей компоненты в узле микроволнового генератора, может быть минимизирована физически, потери при передаче на линии передачи могут быть минимизированы, чтобы микроволна, выводимая из узла усилителя мощности, могла излучаться с высокой эффективностью.
Устройство микроволнового нагрева в связи с пятым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором множество первых узлов подачи согласно второму аспекту располагаются на разных поверхностях стенки среди поверхностей стенок, образующих камеру нагрева. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с пятым аспектом, образованным, как описано выше, микроволна может излучаться непосредственно на объект, который должен быть нагрет, с разных направлений, чтобы даже когда объект, который должен быть нагрет, имеющий разную конфигурацию, вид, размер и объем, помещается в камеру нагрева, микроволна, излучаемая в камеру нагрева, могла быть эффективно поглощена в объекте, который должен быть нагрет, и объект, который должен быть нагрет, может нагреваться эффективно, в то время как минимизируется отражаемая мощность, чтобы нагрев мог выполняться за короткое время.
Устройство микроволнового нагрева в связи с шестым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором множество узлов генераторов в соответствии со вторым аспектом генерируют на одинаковой частоте. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с шестым аспектом, образованным, как описано выше, узел генератора в каждом узле микроволнового генератора, образующим устройство микроволнового нагрева, может использоваться совместно, чтобы устройство микроволнового нагрева могло быть уменьшено в размере.
Устройство микроволнового нагрева в связи с седьмым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором множество узлов генераторов в соответствии со вторым аспектом генерируют на разных частотах. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с седьмым аспектом, образованным, как описано выше, поскольку частота, показывающая наименьшую отражаемую мощность, может выбираться независимо в каждом узле микроволнового генератора, даже когда объект, который должен быть нагрет, имеющий разную конфигурацию, вид, размер и объем, помещается в камеру нагрева, микроволна, излучаемая в камеру нагрева, может эффективно поглощаться в объекте, который должен быть нагрет, и объект, который должен быть нагрет, может нагреваться эффективно, в то время как минимизируется отражаемая мощность, чтобы нагрев мог выполняться за короткое время.
Устройство микроволнового нагрева в связи с восьмым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором узел микроволнового генератора в соответствии со вторым аспектом имеет узел переменной фазы, подключаемый к выходу узла делителя мощности, чтобы менять выходную фазу узла делителя мощности, и узел управления. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с восьмым аспектом, образованным, как описано выше, поскольку микроволна, излучаемая из первого узла подачи, может сталкиваться в положении объекта, который должен быть нагрет, то микроволна, излучаемая в камеру нагрева, может эффективно поглощаться в объекте, который должен быть нагрет, и объект, который должен быть нагрет, может эффективно нагреваться, в то время как минимизируется отражаемая мощность, чтобы нагрев мог выполняться за короткое время.
Устройство микроволнового нагрева в связи с девятым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором каждый из множества узлов переменной фазы в соответствии с восьмым аспектом переменно управляет независимой величиной фазы. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с девятым аспектом, образованным, как описано выше, поскольку величина фазы в каждом узле микроволнового генератора может управляться независимо, даже когда объект, который должен быть нагрет, имеющий разную конфигурацию, вид, размер и объем, помещается в камеру нагрева, микроволна, излучаемая в камеру нагрева, может эффективно поглощаться в объекте, который должен быть нагрет, и объект, который должен быть нагрет, может нагреваться эффективно, в то время как минимизируется отражаемая мощность, чтобы нагрев мог выполняться за короткое время.
Устройство микроволнового нагрева в связи с десятым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором узел микроволнового генератора в соответствии с первым аспектом имеет узел детектора мощности для детектирования отражаемой мощности из камеры нагрева в узел усилителя мощности, и узел управления для управления частотой генерации узла генератора, чтобы та была частотой, где отражаемая мощность в узел усилителя мощности становится наименьшей. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с десятым аспектом, образованным, как описано выше, даже когда объект, который должен быть нагрет, имеющий разную конфигурацию, вид, размер и объем, помещается в камеру нагрева, то объект, который должен быть нагрет, может нагреваться эффективно, хотя узел усилителя не повреждается фатально из-за чрезмерной отражаемой мощности, так что объект, который должен быть нагрет, может нагреваться эффективно.
Устройство микроволнового нагрева в связи с одиннадцатым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором мощность, выводимая из узла усилителя мощности в соответствии с десятым аспектом, уменьшается с заранее определенной скоростью, когда отражаемая мощность, детектируемая узлом детектора мощности, становится заранее определенным значением или больше. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с одиннадцатым аспектом, образованным, как описано выше, даже когда объект, который должен быть нагрет, имеющий разную конфигурацию, вид, размер и объем, помещается в камеру нагрева, то объект, который должен быть нагрет, может нагреваться эффективно, хотя узел усилителя не повреждается фатально из-за чрезмерной отражаемой мощности, так что объект, который должен быть нагрет, может нагреваться эффективно. Одновременно, поскольку разность фаз и частота генерации могут постоянно поддерживаться ниже заранее определенной отражаемой мощности во время операции нагрева, даже когда поглощение электрической волны и условие отражения меняются из-за подъема температуры у объекта, который должен быть нагрет, объект, который должен быть нагрет, может постоянно нагреваться эффективно.
Устройство микроволнового нагрева в связи с двенадцатым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором узел управления выполняет операцию обнаружения минимальной отражаемой мощности, чтобы обнаружить частоту, показывающую наименьшую отражаемую мощность, из частотных характеристик касательно отражаемой мощности, детектируемой узлом детектора мощности в используемой полосе частот в исходном состоянии операции нагрева из десятого аспекта. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с двенадцатым аспектом, образованным, как описано выше, даже когда объект, который должен быть нагрет, имеющий разную конфигурацию, вид, размер и объем, помещается в камеру нагрева, то объект, который должен быть нагрет, может эффективно нагреваться, в то время как минимизируется отражаемая мощность.
Устройство микроволнового нагрева в связи с тринадцатым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором узел управления в соответствии с двенадцатым аспектом понижает выход узла усилителя мощности, когда выполняется операция обнаружения минимальной отражаемой мощности, и повышает выход узла усилителя мощности, когда завершается операция обнаружения минимальной отражаемой мощности, и операция нагрева выполняется на частоте, показывающей наименьшую отражаемую мощность. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с тринадцатым аспектом, образованным, как описано выше, даже когда объект, который должен быть нагрет, имеющий разную конфигурацию, вид, размер и объем, помещается в камеру нагрева, то объект, который должен быть нагрет, может нагреваться эффективно, хотя узел усилителя не повреждается фатально из-за чрезмерной отражаемой мощности, так что объект, который должен быть нагрет, может нагреваться эффективно.
Устройство микроволнового нагрева в связи с четырнадцатым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором узел управления выполняет операцию отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности, чтобы последовательно выбирать частоту, показывающую меньшее значение отражаемой мощности, детектируемой узлом детектора мощности, для продолжения операции нагрева, во время операции нагрева из десятого аспекта. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с четырнадцатым аспектом, образованным, как описано выше, отражаемая мощность также может минимизироваться во время операция нагрева, чтобы объект, который должен быть нагрет, мог эффективно нагреваться.
Устройство микроволнового нагрева в связи с пятнадцатым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором узел управления в соответствии с четырнадцатым аспектом понижает выход узла усилителя мощности, когда значение отражаемой мощности, детектируемой узлом детектора мощности, превышает заранее определенное значение в операции отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с пятнадцатым аспектом, образованным, как описано выше, объект, который должен быть нагрет, может эффективно нагреваться, хотя узел усилителя не повреждается фатально из-за чрезмерной отражаемой мощности.
Устройство микроволнового нагрева в связи с шестнадцатым аспектом согласно настоящему изобретению может иметь строение, в котором узел управления в соответствии с четырнадцатым аспектом прекращает операцию нагрева, когда значение отражаемой мощности, детектируемой узлом детектора мощности, превышает заранее определенное значение в операции отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности и выполняет операцию обнаружения минимальной отражаемой мощности, чтобы обнаружить частоту, показывающую наименьшую отражаемую мощность. В соответствии с устройством микроволнового нагрева в связи с шестнадцатым аспектом, образованным, как описано выше, устройство может быть очень надежным наряду с тем, что узел усилителя не повреждается фатально из-за чрезмерной отражаемой мощности во время операции нагрева.
РЕЗУЛЬТАТ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство микроволнового нагрева в соответствии с настоящим изобретением может нагревать любой объект, который должен быть нагрет, имеющий разную конфигурацию, вид, размер и объем, до нужного состояния с высокой эффективностью путем оптимального расположения узла подачи, служащего в качестве множества средств подвода микроволн, имеющих функцию излучения микроволны, на поверхности стенки камеры нагрева, и путем излучения микроволны, принимаемой первым узлом подачи, из второго узла подачи снова в камеру нагрева.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 является схематичным чертежом, показывающим строение устройства микроволнового нагрева из первого варианта осуществления в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 является изображением, показывающим пример расположения узлов подачи в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления;
Фиг.3А является изображением, показывающим преобладающее направление возбуждения первого узла подачи в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления;
Фиг.3В является изображением, показывающим преобладающее направление возбуждения второго узла подачи в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления;
Фиг.4 является блок-схемой алгоритма, показывающей пример управления разностью фаз и частотой генерации в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления;
Фиг.5 является блок-схемой алгоритма, показывающей операцию обнаружения минимальной отражаемой мощности в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления;
Фиг.6 является изображением, показывающим один пример частотных характеристик в операции обнаружения минимальной отражаемой мощности, показанной на фиг.5;
Фиг.7 является блок-схемой алгоритма, показывающей операцию отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления;
Фиг.8А является изображением для объяснения операции отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности, показанной на фиг.7;
Фиг.8В является изображением, показывающим операцию в непредусмотренный момент в операции отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности, показанной на фиг.7;
Фиг.9 является плоским видом в разрезе, показывающим камеру нагрева, используемую в опыте по распределению электромагнитного поля в камере нагрева путем регулирования разности фаз в устройстве микроволнового нагрева, если смотреть сверху;
Фиг.10 является изотермической диаграммой, показывающей результат опыта по распределению электромагнитного поля в камере нагрева, когда разность фаз составляет 0 градусов;
Фиг.11 является изотермической диаграммой, показывающей результат опыта по распределению электромагнитного поля в камере нагрева, когда разность фаз составляет 40 градусов;
Фиг.12 является изотермической диаграммой, показывающей результат опыта по распределению электромагнитного поля в камере нагрева, когда разность фаз составляет 80 градусов;
Фиг.13 является изотермической диаграммой, показывающей результат опыта по распределению электромагнитного поля в камере нагрева, когда разность фаз составляет 120 градусов;
Фиг.14 является изотермической диаграммой, показывающей результат опыта по распределению электромагнитного поля в камере нагрева, когда разность фаз составляет 160 градусов;
Фиг.15 является изотермической диаграммой, показывающей результат опыта по распределению электромагнитного поля в камере нагрева, когда разность фаз составляет 200 градусов;
Фиг.16 является изотермической диаграммой, показывающей результат опыта по распределению электромагнитного поля в камере нагрева, когда разность фаз составляет 240 градусов;
Фиг.17 является изотермической диаграммой, показывающей результат опыта по распределению электромагнитного поля в камере нагрева, когда разность фаз составляет 280 градусов;
Фиг.18 является изотермической диаграммой, показывающей результат опыта по распределению электромагнитного поля в камере нагрева, когда разность фаз составляет 320 градусов;
Фиг.19 является изображением, показывающим пример расположения узлов подачи в устройстве микроволнового нагрева из второго варианта осуществления в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.20 является изображением для объяснения операции обнаружения минимальной отражаемой мощности в устройстве микроволнового нагрева из третьего варианта осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.21 является изображением для объяснения операции обнаружения минимальной отражаемой мощности в устройстве микроволнового нагрева из третьего варианта осуществления.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предпочтительные варианты осуществления устройства микроволнового нагрева в соответствии с настоящим изобретением будут описываться со ссылкой на прилагаемые чертежи. К тому же, хотя микроволновая печь будет описываться в качестве устройства микроволнового нагрева в следующем варианте осуществления, микроволновая печь является лишь пояснительной, и устройство микроволнового нагрева в соответствии с настоящим изобретением не ограничивается микроволновой печью и включает в себя устройство микроволнового нагрева, такое как устройство нагрева, использующее диэлектрический нагрев, диспоузер и полупроводниковое производственное оборудование. К тому же настоящее изобретение не ограничивается нижеследующими определенными вариантами осуществления, и строение на основе одинаковой технической идеи содержится в настоящем изобретении.
(Первый вариант осуществления)
Фиг.1 является схематичным чертежом, показывающим строение устройства микроволнового нагрева в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. В частности, фиг.1 является блок-схемой, показывающей строение узла микроволнового генератора, служащего в качестве средства формирования микроволн в устройстве микроволнового нагрева в первом варианте осуществления.
Ссылаясь на фиг.1, узел микроволнового генератора в первом варианте осуществления включает в себя, в виде полупроводниковых элементов, два узла 2a и 2b генераторов, узлы 3a и 3b делителей мощности для разделения выходного сигнала каждого из узлов 2a и 2b генераторов на два выходных сигнала, узлы 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности для усиления выходных сигналов узлов 3a и 3b делителей, первые узлы 8a, 8b, 8c и 8d подачи для излучения микроволновых выходных сигналов, усиленных узлами 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности, внутрь камеры 10 нагрева, и вторые узлы 9a, 9b, 9c и 9d подачи для повторного излучения отражаемых мощностей, принимаемых первыми узлами 8a, 8b, 8c и 8d подачи внутрь камеры нагрева через циркуляционный тип необратимых схем 7a, 7b, 7c и 7d.
Циркуляционный тип необратимых схем 7a, 7b, 7c и 7d имеет три порта ввода/вывода, в которые микроволновая мощность, вводимая из первого порта, приходит во второй порт и не появляется в третьем порту, а микроволновая мощность, вводимая из второго порта, полностью приходит в третий порт и не появляется в первом порту. Вообще, такой циркуляционный тип необратимой схемы называется циркулятором. Необратимые схемы 7a, 7b, 7c и 7d называются циркуляторами в нижеследующем описании изобретения.
К тому же узел микроволнового генератора в первом варианте осуществления содержит узлы 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы, помещенные в линию передачи микроволн, соединяющую узлы 3a и 3b делителей мощности, и узлы 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности для формирования необязательных разностей фаз в качестве выходных сигналов для узлов 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности, узлы 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности, помещенные в линию передачи микроволн, соединяющую узлы 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности, и первые узлы 8a, 8b, 8c и 8d подачи для детектирования отражаемых мощностей, принимаемых вторыми узлами 9a, 9b, 9c и 9d подачи из камеры, и узел 12 управления, принимающий сигналы детектирования от узлов 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности для приведения в действие и управления узлами 2a и 2b генераторов, узлами 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы и узлами 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности.
Циркуляторы 7a, 7b, 7c и 7d, помещенные между узлами 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности, и первые узлы 8a, 8b, 8c и 8d подачи приводят отражаемую мощность, принимаемую первыми узлами 8a, 8b, 8c и 8d подачи, соответственно, во вторые узлы 9a, 9b, 9c и 9d подачи. Узел 12 управления управляет частотами генерации узлов 2a и 2b генераторов, величинами фаз узлов 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы, и коэффициентами усиления узлов 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности на основе отражаемых мощностей, принимаемых узлами 6a 6b, 6c и 6d детекторов мощности.
Устройство микроволнового нагрева из первого варианта осуществления имеет камеру 10 нагрева, имеющую приблизительно прямоугольную сплошную конструкцию для вмещения объекта, который должен быть нагрет 11, и камера 10 нагрева состоит из поверхности левой стенки, поверхности правой стенки, поверхности нижней стенки, поверхности верхней стенки, поверхности задней стенки, которые сделаны из металлического материала, и открывающуюся и закрывающуюся дверь (на передней стороне на фиг.1, просто не показана), используемую, когда помещается объект, который должен быть нагрет 11. Вышеописанная камера 10 нагрева образована с тем, чтобы ограничить микроволну, поступающую в камеру нагрева, чтобы предотвратить ее утечку, когда закрыта открывающаяся и закрывающаяся дверь. К тому же в камере нагрева предоставляется стол 13, на который кладется объект, который должен быть нагрет 11.
К тому же, в соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления, пара первых узлов 8a, 8b, 8c и 8d подачи и вторых узлов 9a, 9b, 9c и 9d подачи, принимающая выходные сигналы узла микроволнового генератора и подводящая микроволны радиально в камеру нагрева, располагается на каждой поверхности стенки в камере 10 нагрева.
В соответствии с устройством микроволнового нагрева в первом варианте осуществления узлы подачи, управляемые как пара, располагаются на противоположных поверхностях стенок. Точнее говоря, пара первых узлов 8a и 8b подачи, к которой подводятся микроволны, разделяемые первым узлом 3а делителя мощности, располагается приблизительно в центре поверхности левой стенки и поверхности правой стенки соответственно. К тому же вторые узлы 9a и 9b подачи, управляемые как пара, которые выводят отражаемые мощности, принимаемые парой первых узлов 8a и 8b подачи, управляемых как пара, посредством циркуляторов 7a и 7b, располагаются на поверхности левой стенки и поверхности правой стенки соответственно.
Хотя первые узлы 8a и 8b подачи располагаются приблизительно в центре поверхности левой стенки и поверхности правой стенки, соответственно, в первом варианте осуществления, они смещены друг от друга, чтобы их направления микроволнового излучения не были полностью противоположными. К тому же, хотя вторые узлы 9a и 9b подачи также располагаются на поверхности левой стенки и поверхности правой стенки, соответственно, на чертеже, они смещены друг от друга, чтобы их направления микроволнового излучения не были полностью противоположными. Вторые узлы 9a и 9b подачи располагаются ниже первых узлов 8a и 8b подачи, соответственно, и располагаются в местах, чтобы надежно облучать объект, который должен быть нагрет 11, на столе 13 с помощью микроволны.
В соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления первые узлы 8c и 8d подачи, управляемые как пара, располагаются приблизительно в центре поверхности верхней стенки и поверхности нижней стенки камеры 10 нагрева, соответственно, и аналогичным образом вторые узлы 9c и 9d подачи располагаются на поверхности верхней стенки и поверхности нижней стенки камеры 10 нагрева, соответственно. Здесь нужно отметить, что строение устройства микроволнового нагрева в настоящем изобретении не ограничивается расположением узлов подачи в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления, и могут применяться различные виды расположений. Например, множество первых узлов подачи может предоставляться на любой из поверхностей стенок, либо узлы подачи, управляемые как пара, могут предоставляться не на противоположных поверхностях, а на соседних поверхностях стенок, например поверхности правой стенки и поверхности нижней стенки.
В соответствии с каждым из узлов 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности, имеющих полупроводниковый элемент, схема образуется посредством рисунка межсоединений, образованного на одной поверхности диэлектрической подложки, образованной из диэлектрического материала с малыми потерями, и согласующая схема располагается на каждой из входной стороны и выходной стороны полупроводникового элемента для предпочтительной работы полупроводникового элемента, служащего в качестве усилительного элемента у каждого из узлов 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности.
Схема передачи, имеющая характеристический импеданс около 50Ω, образуется посредством рисунка межсоединений, предоставленного на одной поверхности диэлектрической подложки в линии передачи микроволн, соединяющей функциональные блоки.
Первый узел 3а делителя мощности и второй узел 3b делителя мощности могут быть делителями с одинаковой фазой, которые не формируют разность фаз между выходными сигналами, например делителем Уилкинсона, или могут быть делителями, которые формируют разность фаз между выходными сигналами, например типа ответвителя или типа гибридного кольца. Первый узел 3а делителя мощности выводит около 1/2 микроволновой мощности, вводимой из первого узла 2a генератора, в два узла 4a и 4b переменной фазы. К тому же второй узел 3b делителя выводит около 1/2 микроволновой мощности, вводимой из второго узла 2a генератора, в два узла 4c и 4d переменной фазы.
К тому же каждый из узлов 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы образуется из элемента переменной емкости, изменяющего емкость на основе приложенного напряжения, и диапазон переменной фазы у каждого из узлов 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы составляет от 0 градусов до примерно 180 градусов. Поэтому разность фаз микроволновой мощности, выводимой из каждого из узлов 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы, может управляться в диапазоне от 0 градусов до ±180 градусов.
Узлы 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности выделяют мощность отражаемой волны, принимаемой вторыми узлами 9a, 9b, 9c и 9d подачи из камеры 10 нагрева и требуемой для передачи узлам 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности через циркуляторы 7a, 7b, 7c и 7d. Степень связывания мощности у узлов 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности составляет около 40 дБ, и выделяется величина мощности около 1/10000 отражаемой мощности. Электрический сигнал, детектируемый каждым из узлов 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности, выпрямляется детекторным диодом (не показан) и сглаживается конденсатором (не показан), и сглаженный сигнал вводится в узел 12 управления.
Узел 12 управления управляет мощностью возбуждения, подаваемой на первый узел 2a генератора и второй узел 2b генератора, и узлы 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности, служащие в качестве компонентов узла микроволнового генератора, и управляет напряжением, подаваемым на узлы 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы, чтобы оптимально нагревать объект, который должен быть нагрет 11 в камере 10 нагрева до состояния, нужного пользователю, на основе информации о нагреве, получаемой из режима нагрева объекта, который должен быть нагрет, вводимого непосредственно пользователем, или нагретого состояния объекта, который должен быть нагрет, во время нагрева, и информации об отражаемых мощностях в виде сигналов мощности, детектируемых узлами 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности. К тому же в узле микроволнового генератора предусматривается средство выделения тепла (не показано) для выделения тепла, образованного преимущественно в полупроводниковых элементах, предоставленных в узлах 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности.
К тому же, чтобы предотвратить совпадение преобладающего направления возбуждения у микроволн, излучаемых из первых узлов 8a, 8b, 8c и 8d подачи, с преобладающим направлением возбуждения микроволн, излучаемых из вторых узлов 9a, 9b, 9c и 9d подачи, первые узлы 8a, 8b, 8c и 8d подачи и вторые узлы 9a, 9b, 9c и 9d подачи образуются следующим образом.
В соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления первые узлы 8a, 8b, 8c и 8d подачи и вторые узлы 9a, 9b, 9c и 9d подачи, которые располагаются на каждой стенке камеры нагрева, имеют отверстия, служащие в качестве антенн. Фиг.2 показывает один пример конфигураций отверстий у первых узлов 8a, 8b, 8c и 8d подачи и вторых узлов 9a, 9b, 9c и 9d подачи. В соответствии с узлом подачи открытого типа конфигурация отверстия, служащего в качестве антенны для излучения микроволны в камеру нагрева, определяет преобладающее направление возбуждения у микроволны.
В соответствии со строениями первых узлов 8a, 8b, 8c и 8d подачи и вторых узлов 9a, 9b, 9c и 9d подачи необходимо согласовать полное сопротивление в отверстии с полным сопротивлением пространства в камере нагрева, чтобы эффективно излучать микроволну из отверстия в камеру нагрева. Точнее говоря, когда полное сопротивление отверстия проектируется таким образом, что отражение отверстия в открытое пространство в камере нагрева не превышает - 20 дБ, 99% мощности, подводимой в отверстие, может излучаться из отверстия.
10
Поскольку каждое отверстие у первых узлов 8a, 8b, 8c и 8d подачи и вторых узлов 9a, 9b, 9c и 9d подачи служит в качестве антенны, когда одномодовая микроволна появляется в волноводе для введения микроволны в каждый узел подачи, расчет полного сопротивления простой. Режим распространения электромагнитной волны включает в себя три режима: режим TE (поперечная электрическая волна), режим TM (поперечная магнитная волна) и режим TEM (поперечная электромагнитная волна). Например, когда используется прямоугольная волноводная труба, в которой частота излучаемой микроволны находится в полосе частот 2450 МГц ±50 МГц, используемой в микроволновой печи, и соотношение длин между длинной стороной и короткой стороной в прямоугольном отверстии равно 2:1, чтобы распространить микроволну в TE - режиме, в котором электрическое поле образуется в направлении, перпендикулярном короткой стороне, то должна использоваться волноводная труба WR-430 (стандартное наименование EIA), в которой длина длинной стороны отверстия равна 110 мм, а длина короткой стороны равна 55 мм. Длина λg волны внутри трубы в то же время составляет около 148 мм, и когда длина короткой стороны отверстия устанавливается около λg/4, микроволна может эффективно излучаться из отверстия.
В соответствии со строением устройства микроволнового нагрева из первого варианта осуществления, в связи с результатом различных опытов, выполненных автором изобретения и их изучения, длина короткой стороны отверстия узла подачи устанавливается в 30 мм, а длина его длинной стороны устанавливается в 80 мм. Хотя установленная длина определенно отличается от 1/4 длины волны в трубе, такая небольшая разница не уменьшает результат настоящего изобретения.
Фиг.3a и 3b являются изображениями, показывающими преобладающие направления возбуждения микроволн, излучаемых из отверстий первого узла 8a подачи и второго узла 9a подачи, предоставленных на поверхности левой стенки в камере 10 нагрева. Фиг.3А показывает стрелками направление возбуждения (продольное направление на фиг.3А) в отверстии первого узла 8a подачи, а фиг.3B показывает стрелками направление возбуждения (горизонтальное направление на фиг.3B) в отверстии второго узла 9a подачи.
В соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления, преобладающие направления возбуждения микроволн, излучаемых из первого узла 8a подачи на поверхности левой стенки, первого узла 8b подачи на поверхности правой стенки, первого узла 8c подачи на поверхности нижней стенки и первого узла 8d подачи на поверхности верхней стенки, образованы так, чтобы совпадать друг с другом. К тому же преобладающие направления возбуждения микроволн, излучаемых из второго узла 9a подачи на поверхности левой стенки, второго узла 9b подачи на поверхности правой стенки, второго узла 9c подачи на поверхности нижней стенки и второго узла 9d подачи на поверхности верхней стенки, образованы так, чтобы совпадать друг с другом. Между тем, поскольку отверстие в первых узлах 8a, 8b, 8c и 8d подачи и вторых узлах 9a, 9b, 9c и 9d подачи располагаются, как показано на фиг.2, преобладающие направления возбуждения микроволн, излучаемых из первых узлов 8a, 8b, 8c и 8d подачи и микроволн, излучаемых из вторых узлов 9a, 9b, 9c и 9d подачи, не совпадают.
Выполнено описание случая, где продольные направления отверстия первого узла 8a подачи и отверстия второго узла 9a подачи на поверхности левой стенки находятся под прямым углом друг к другу, как показано на фиг.2 в первом варианте осуществления, настоящее изобретение не ограничивается этим примером. Например, угол, образованный между продольным направлением отверстия первого узла 8a подачи и продольным направлением отверстия второго узла 9a подачи, может устанавливаться в любой угол, например 30 градусов и 45 градусов вместо 90 градусов.
Как показано на фиг.3А и 3B, преобладающее направление возбуждения микроволны, излучаемой из каждого отверстия, находится в направлении короткой стороны, перпендикулярном продольному направлению отверстия, и преобладающая микроволна возбуждается в направлении короткой стороны и излучается из отверстия. Поэтому, в то время как микроволна, сгенерированная в преобладающем направлении в отверстии, может легко проходить через отверстие, из которого излучается микроволна, микроволна, сгенерированная в направлении, отличном от направления короткой стороны отверстия (например, в продольном направлении, повернутом на 90 градусов от направления короткой стороны), почти не проходит через отверстие. Поэтому микроволны, излучаемые из отверстий первых узлов 8a, 8b, 8c и 8d подачи, почти не передаются напрямую в отверстие вторых узлов 9a, 9b, 9c и 9d подачи, так что большинство микроволн излучаются в камеру нагрева, чтобы нагреть объект, который должен быть нагрет 11.
Операция нагрева
Далее будет выполнено описание операции нагрева в устройстве микроволнового нагрева, представленном, как описано выше в первом варианте осуществления.
Фиг.4 является блок-схемой алгоритма, показывающей операцию нагрева, исполняемую в устройстве микроволнового нагрева в первом варианте осуществления. Как показано на фиг.4, в исходном состоянии операции нагрева до фактической операции нагрева (основной операции нагрева) на заранее определенной мощности на практике в устройстве микроволнового нагрева в первом варианте осуществления, выполняется операция обнаружения минимальной отражаемой мощности для обнаружения частоты, на которой отражаемая мощность от объекта, который должен быть нагрет 11, показывает минимальное значение (этап 1) при условии, что объект, который должен быть нагрет 11, помещается в камеру 10 нагрева. В течение операции обнаружения минимальной отражаемой мощности выход микроволны поддерживается на низком уровне. Первый узел 2a генератора и второй узел 2b генератора генерируют на частоте, показывающей минимальную отражаемую мощность, детектируемую на этапе 1, чтобы начать основную операцию нагрева, выполняемую на фактической, заранее определенной мощности (этап 2). В этой основной операции нагрева исполняется операция отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности (этап 3). Операция отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности выполняется до конца операции нагрева, то есть пока выполняется условие нагрева, заданное пользователем (например, выдерживается заданное время, заданная температура или т.п.) (этап 4). Операция обнаружения минимальной отражаемой мощности и операция отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления будут подробно описываться ниже.
Сначала пользователь помещает объект, который должен быть нагрет 11, в камеру нагрева, и на операционном узле (не показан) вводится условие нагрева для объекта, который должен быть нагрет 11. Когда пользователь нажимает кнопку начала нагрева, формируется сигнал начала нагрева, и сигнал начала нагрева вводится в узел 12 управления. Когда узел 12 управления принимает сигнал начала нагрева, он формирует управляющий выходной сигнал, а затем узел микроволнового генератора начинает свою работу. Узел 12 управления начинает подвод мощности возбуждения (не показано) для подвода мощности к первому узлу 2a генератора и второму узлу 2b генератора. В то же время узел 12 управления подводит сигнал, в котором задается начальная частота генерации, например 2400 МГц, к первому узлу 2a генератора и второму узлу 2b генератора и заставляет первый узел 2a генератора и второй узел 2b генератора начать генерацию.
Когда первый узел 2a генератора и второй узел 2b генератора начинают их операции генерации, выходные сигналы разделяются приблизительно на 1/2 посредством первого узла 3а делителя мощности и второго узла 3b делителя мощности, чтобы образовались четыре сигнала микроволновой мощности. Разделенные сигналы микроволновой мощности вводятся в узлы 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности через узлы 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы соответственно. Узел 12 управления управляет подачей мощности возбуждения и управляет выходными сигналами узлов 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности.
Сигналы микроволновой мощности, разделяемые первым узлом 3а делителя мощности и вторым узлом 3b делителя мощности, выводятся в виде микроволновой мощности из четырех первых узлов 8a, 8b, 8c и 8d подачи и излучаются в камеру 10 нагрева через узлы 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы, узлы 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности, работающие параллельно, и узлы 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности. В операции обнаружения минимальной отражаемой мощности в исходном состоянии операции нагрева перед основной операцией нагрева каждый из узлов 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности выводит микроволновую мощность менее 100 Вт, например 50 Вт. В соответствии с операцией обнаружения минимальной отражаемой мощности низкая микроволновая мощность излучается из антенны в камеру 10 нагрева, предотвращая превышение степени нагрева у каждого из узлов 5a, 5b, 5c и 5d усилителей количества тепла, которое может быть выделено благодаря отражаемой мощности.
Когда микроволновая мощность, подводимая в камеру 10 нагрева, поглощается на 100%, отражаемая мощность из камеры 10 нагрева становится равной 0 Вт. Однако поскольку объект, который должен быть нагрет 11, помещенный в камеру 10 нагрева, каждый раз отличает по виду, конфигурации, размеру и объему, микроволновая мощность не поглощается постоянно на 100% объектом, который должен быть нагрет 11, так что в камере нагрева формируется отражаемая мощность. Электрические характеристики камеры 10 нагрева, содержащей в себе объект, который должен быть нагрет 11, отличаются в зависимости от вида, конфигурации, размера и объема объекта, который должен быть нагрет 11. Поэтому отражаемая мощность формируется на основе выходного полного сопротивления узла микроволнового генератора и полного сопротивления камеры 10 нагрева, на основе электрических характеристик, определенных объектом, который должен быть нагрет 11. Отражаемая мощность передается из камеры 10 нагрева в узел микроволнового генератора.
Устройство микроволнового нагрева из первого варианта осуществления образовано так, что циркуляторы 7a, 7b, 7c и 7d приводят микроволновые мощности (отражаемые мощности), отражаемые изнутри камеры 10 нагрева и принимаемые первыми узлами 8a, 8b, 8c и 8d подачи, ко вторым узлам 9a, 9b, 9c и 9d подачи и повторно излучают их из вторых узлов 9a, 9b, 9c и 9d подачи снова в камеру 10 нагрева.
Как описано выше, в соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления, поскольку первые узлы 8a, 8b, 8c и 8d подачи и вторые узлы 9a, 9b, 9c и 9d подачи располагаются так, что их направления возбуждения у микроволн различны, величина микроволновой мощности, передаваемой напрямую от первых узлов 8a, 8b, 8c и 8d подачи ко вторым узлам 9a, 9b, 9c и 9d подачи, очень низкая. К тому же, по той же причине величина микроволновой мощности, передаваемой напрямую от вторых узлов 9a, 9b, 9c и 9d подачи к первым узлам 8a, 8b, 8c и 8d подачи, устанавливается очень низкой. Поэтому микроволновые мощности, выводимые из узлов 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности, надежно излучаются из первых узлов 8a, 8b, 8c и 8d подачи и вторых узлов 9a, 9b, 9c и 9d подачи в камеру 10 нагрева, тогда как отражаемая мощность подавляется, чтобы объект, который должен быть нагрет 11, мог нагреваться эффективно.
Узлы 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности, предоставленные между узлами 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности и циркуляторами 7a, 7b, 7c и 7d соответственно, детектируют величину отражаемой мощности, передаваемой изнутри камеры 10 нагрева в направлении узла микроволнового генератора в целевой полосе частот детектирования (например, от 2400 МГц до 2500 МГц), и выделяют сигнал детектирования, пропорциональный величине отражаемой мощности. Когда узел 12 управления принимает сигнал детектирования, пропорциональный величине отражаемой мощности, он выбирает частоту генерации, в которой отражаемая мощность является минимальным значением в целевой полосе частот детектирования (например, от 2400 МГц до 2500МГц). В этой операции выбора частоты генерации узел 12 управления постепенно меняет частоты генерации у первого узла 2a генератора и второго узла 2b генератора при условии, что разности фаз, сформированные между первыми узлами 8a и 8b подачи и первыми узлами 8c и 8d подачи, устанавливаются в 0 градусов, с помощью узлов 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы, с начального значения в 2400 МГц к большей частоте с шагом 1 МГц, например, вплоть до 2500 МГц, что является верхним пределом в диапазоне переменной частоты. Отражаемая мощность во время этой операции детектируется узлами 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности, и сигналы детектирования вводятся в узел 12 управления.
Таким образом, когда узел 12 управления выполняет операцию обнаружения минимальной отражаемой мощности касательно частоты генерации, узел 12 управления распознает промежуточное состояние отражаемой мощности на основе частот генерации у первого узла 2a генератора и второго узла 2b генератора. Узел 12 управления управляет первым узлом 2a генератора и вторым узлом 2b генератора для вывода частоты генерации, при которой отражаемая мощность становится наименьшей в целевой полосе частот детектирования, и приводит в действие и управляет первым узлом 2a генератора, вторым узлом 2b генератора и узлами 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности таким образом, что может обеспечиваться тепловая мощность, соответствующая условию нагрева для объекта, который должен быть нагрет 11, вводимому пользователем. Нужные сигналы микроволновой мощности, которые являются выходными сигналами приводимых в действие и управляемых узлов 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности, подаются в первые узлы 8a, 8b, 8c и 8d подачи через узлы 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности и циркуляторы 7a, 7b, 7c и 7d. Первые узлы 8a, 8b, 8c и 8d подачи выводят в камеру 10 нагрева вводимую микроволновую мощность в объект, который должен быть нагрет 11, и отражаемая мощность, принимаемая первыми узлами 8a, 8b, 8c и 8d подачи, подается во вторые узлы 9a, 9b, 9c и 9d подачи через циркуляторы 7a, 7b, 7c и 7d. Вторые узлы 9a, 9b, 9c и 9d подачи излучают микроволновую мощность отражаемой мощности в камеру 10 нагрева, чтобы нагреть объект, который должен быть нагрет 11.
Операция для обнаружения минимальной отражаемой мощности
Далее будет подробно описываться операция для обнаружения минимальной отражаемой мощности, выполняемая перед основной операцией нагрева, чтобы в действительности нагреть объект, который должен быть нагрет, на заранее определенной мощности в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления. Фиг.5 является блок-схемой алгоритма, показывающей операцию для обнаружения минимальной отражаемой мощности, выполняемую в операции нагрева в устройстве микроволнового нагрева, показанной на фиг.4.
Операция для обнаружения минимальной отражаемой мощности начинается, когда пользователь нажимает кнопку начала нагрева. Затем разность (φ) фаз, выводимая из узлов подачи, управляемых как пара (например, первых узлов 8a и 8b подачи), фиксируется в 0, и частота (F(m)) генерации устанавливается на минимальную частоту в целевой полосе частот детектирования (Fmin, например 2400 МГц) на этапе 101, и детектируется отражаемая мощность из камеры нагрева (этап 102). Затем частота генерации постепенно повышается с наименьшей частоты до наибольшей частоты (Fmax, например 2500 МГц) по ширинам ΔF изменения "m" раз (m - положительное целое число). В то же время последовательно детектируется отражаемая мощность из камеры нагрева (этап 102). Операция детектирования отражаемой мощности продолжается до максимальной частоты в целевой полосе частот детектирования (этап 102 - этап 104). Частота, показывающая значение минимальной отражаемой мощности, детектируется на основе частотных характеристик по отношению к отражаемой мощности, детектируемой в операции детектирования отражаемой мощности, и вышеупомянутая частота назначается частоте генерации у первого узла 2a генератора и второго узла 2b генератора во время основной операции нагрева (этап 105). К тому же узел 12 управления в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления синтезирует информацию о частотной характеристике касательно отражаемой мощности, вводимой из узлов 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности, чтобы вычислить одну кривую частотных характеристик для детектирования частоты, показывающей минимальную отражаемую мощность. Вышеприведенное является операцией для обнаружения минимальной отражаемой мощности, выполняемой перед основной операцией нагрева в устройстве микроволнового нагрева в соответствии с первым вариантом осуществления. Фиг.6 является изображением, показывающим один пример частотных характеристик, предоставленных путем выполнения операции изменения с наименьшей частоты (2400 МГц) до наибольшей частоты (2500 МГц), чтобы измерить колебание отражаемой мощности в операции для обнаружения минимальной отражаемой мощности. Минимальное значение кривой отражаемой мощности является частотой (fop) минимальной отражаемой мощности, как показано на фиг.6.
К тому же, хотя выполнено описание случая, где операция для обнаружения минимальной отражаемой мощности выполняется от наименьшей частоты до наибольшей частоты в целевой полосе частот детектирования только в одном направлении в первом варианте осуществления настоящего изобретения, операция обнаружения может выполняться от наибольшей частоты до наименьшей частоты в целевой полосе частот детектирования в одном направлении или в обоих направлениях.
Таким образом, после того как выполняется операция для обнаружения минимальной отражаемой мощности, которая описана выше, может начинаться нагрев для объекта, который должен быть нагрет 11, имеющего разную конфигурацию, размер и объем при условии, что отражаемая мощность является наименьшей, чтобы препятствовать формированию чрезмерного тепла полупроводниковым элементом, предусмотренным в каждом из узлов 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности, из-за отражаемой мощности, и можно избежать термической деструкции.
Операция отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности
Далее будет выполнено описание операции отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности, выполняемой в основной операции нагрева во время операции нагрева в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления. Операция отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности является операцией для последовательного отслеживания локального минимального значения отражаемой мощности во время основной операции нагрева.
В основной операции нагрева на частоте, детектируемой вышеупомянутой операцией для обнаружения минимальной отражаемой мощности, операция отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности выполняется таким образом, чтобы отражаемая мощность сохранялась в локальном минимальном значении. В нижеследующем описании операции отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности будет выполнено описание управления касательно частоты генерации у первого узла 2 генератора во время операции нагрева и разности фаз у узлов 4a и 4b переменной фазы, управляемых как пара, в которую вводится выходной сигнал из первого узла 2 генератора. Поскольку такое же управление, как в узлах 4a и 4b переменной фазы, выполняется для другой пары узлов 4c и 4d переменной фазы, здесь показательно описывается только управление узлами 4a и 4b переменной фазы, а управление узлами 4c и 4d переменной фазы не будет здесь описываться.
В устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления фиг.7 является блок-схемой алгоритма, показывающей операцию отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности, выполняемую в основной операции нагрева, в которой отслеживается локальное минимальное значение отражаемой мощности, мгновенно меняющееся в окрестности частоты генерации, путем управления частотой генерации первого узла 2 генератора и разностью фаз узлов 4a и 4b переменной фазы.
В устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления узлы 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы меняют свои фазы постепенно с начала нагрева на заранее определенные величины (Δφ) изменений. Положение, подверженное микроволне, излучаемой первыми узлами 8a и 8b подачи, может меняться в камере нагрева путем изменения фазы узлов 4a и 4b переменной фазы. Поэтому объект, который должен быть нагрет 11, может нагреваться равномерно или частично путем изменения положения воздействия с помощью управления фазой на основе положения объекта, который должен быть нагрет 11, в камере 10 нагрева.
Во время операции нагрева в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления разность φ(n) фаз (n - положительное целое число) узлов 4a и 4b переменной фазы меняется в регулярные интервалы времени на постоянную ширину Δφ изменения, например 10 градусов (этап 301). В то же время первый узел 2a генератора меняет свою частоту генерации на заранее определенную ширину Δf изменения, например 0,1 МГц в том же интервале времени, когда узлы 4a и 4b переменной фазы меняют разность фаз (этап 302). Как описано выше, отражаемая мощность (Pr(n)) детектируется узлами 6a и 6b детекторов мощности каждый раз, когда меняются разность фаз узлов 4a и 4b переменной фазы и частота генерации первого узла 2a генератора (этап 303).
Определяется, больше или нет отражаемая мощность (Pr(n)), детектируемая на этапе 303, заранее определенного значения X (этап 304). Когда детектируемая отражаемая мощность (Pr(n)) выше заранее определенного значения X (Pr(n)>X), то определяется, что в объекте, который должен быть нагрет 11 в камере 10 нагрева, формируется состояние, которое в значительной степени отличается от исходного состояния, основная операция нагрева сразу останавливается (этап 305), и операция обнаружения минимальной отражаемой мощности, выполняемая прямо перед основной операцией нагрева, снова выполняется в устройстве микроволнового нагрева (этап 306). Эта операция обнаружения минимальной отражаемой мощности выполняется таким образом, что разность фаз устанавливается в 0 градусов, как описано выше, частота повышается с наименьшей частоты (например, 2400 МГц) в целевой полосе частот детектирования на заранее определенную ширину изменения (например, 0,1 МГц), и отражаемая мощность детектируется каждый раз, когда меняется частота. Выполняется операция для обнаружения минимальной отражаемой мощности, и детектируются частотные характеристики касательно отражаемой мощности в камере нагрева, в которой содержится объект, который должен быть нагрет 11. Узел 12 управления детектирует частоту, показывающую минимальную отражаемую мощность, на основе детектируемых частотных характеристик и управляет первым узлом 2a генератора и вторым узлом 2b генератора для генерации на детектируемой частоте. Далее выполняются этап 2 и последующие этапы, показанные на фиг.4.
Между тем, когда детектируемая отражаемая мощность (Pr(n)) меньше заранее определенного значения X (Pr(n)≤X), процесс переходит к этапу 307. Узел 12 управления сравнивает отражаемую мощность (Pr(n)), детектируемую в этот момент, с отражаемой мощностью (Pr(n-1)), детектируемой в последний раз, и когда отражаемая мощность, детектируемая в этот момент, ниже (Pr(n)≤Pr(n-1)), сохраняется существующая частота генерации (этап 308). Таким образом, знак (+) у ширины Δf изменения сохраняется как есть (этап 309), и процесс переходит к следующему этапу 301. В то же время, когда выполняется условие нагрева для объекта, который должен быть нагрет 11, операция нагрева завершается, и одновременно также завершается операция отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности (этап 312).
Между тем отражаемая мощность, детектируемая в этот момент, выше (Pr(n)>Pr(n-1)), существующая частота генерации заменяется предыдущей частотой генерации (этап 310). Тогда знак у ширины Δf изменения изменяется на противоположный знак (-) (этап 311), и процесс переходит к следующему этапу 301. В то же время, когда выполняется условие нагрева для объекта, который должен быть нагрет 11, операция нагрева завершается, и одновременно также завершается операция отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности (этап 312).
Таким образом, путем повторения вышеприведенной операции отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности в основной операции нагрева, пока постепенно меняются разность фаз и частота генерации, отражаемая мощность из камеры 10 нагрева может управляться для постоянного достижения локального минимального значения.
К тому же, в соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления, когда детектируемая отражаемая мощность (Pr(n)) выше заранее определенного значения X (Pr(n)>X), основная операция нагрева сразу останавливается, и снова выполняется операция для обнаружения минимальной отражаемой мощности (этап 306). Однако, когда основная операция нагрева сразу останавливается, поскольку могла бы возникнуть проблема, имеющая отношение к кулинарии, то в качестве другого строения мощности, выводимые из узлов 5a, 5b, 5c и 5d усилителей мощности, могут, например, уменьшаться с заранее определенной скоростью.
Фиг.8А и 8B являются графиками частотных характеристик по отношению к отражаемой мощности в операции отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности. Ссылаясь на фиг.8А, (а) является графиком частотной характеристики, детектируемой перед основной операцией нагрева, показанной на фиг.6, а (b) показывает состояние, в котором локальное значение меняется в частотных характеристиках, изменяемых во время основной операции нагрева. Ссылаясь на (b) из фиг.8А, пунктирная линия показывает кривую частотной характеристики перед основной операцией нагрева, а сплошная линия показывает кривую частотной характеристики во время основной операции нагрева. Поскольку локальное минимальное значение отражаемой мощности отслеживается посредством операции отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности во время операции нагрева в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления, нагрев всегда может выполняться эффективно.
Однако, как показано на фиг.8B, когда кривая частотной характеристики во время операции нагрева меняется в значительной степени, то есть когда значение (Pr(n)) отражаемой мощности больше заранее определенного значения X на этапе 304 на фиг.7, поскольку локальное минимальное значение не может отслеживаться операцией отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности, основная операция нагрева сразу останавливается, и выполняется операция обнаружения минимальной отражаемой мощности. Ссылаясь на фиг.8B, (а) является графиком частотной характеристики, детектируемой перед основной операцией нагрева, показанной на фиг.6, а (b) показывает кривую частотной характеристики, меняющейся в значительной степени в основной операции нагрева. Ссылаясь на (b) из фиг.8B, пунктирная линия показывает кривую частотной характеристики перед основной операцией нагрева, а сплошная линия показывает кривую частотной характеристики, меняющейся в значительной степени во время основной операции нагрева.
Как описано выше, в операции отслеживания локальной минимальной отражаемой мощности узлы 4a и 4b переменной фазы мгновенно меняют разность φ фаз на постоянные ширины Δφ изменения (например, разность фаз в 10 градусов). Положение воздействия микроволны в камере 10 нагрева меняется путем изменения разности φ фаз, сформированной узлами 4a и 4b переменной фазы, чтобы объект, который должен быть нагрет 11, мог нагреваться равномерно. Между тем положение воздействия микроволны в камере 10 нагрева фиксируется путем фиксирования разности φ фаз в определенном значении, чтобы объект, который должен быть нагрет 11, мог нагреваться частично.
В соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления, поскольку операция нагрева управляется, как описано выше, и узлы 6a и 6b детекторов мощности детектируют отражаемую мощность из камеры 10 нагрева во время операции нагрева, узел 12 управления постоянно распознает состояние отражаемой мощности, чтобы тонко регулировать частоту генерации мгновенно, чтобы внутренняя часть камеры 10 нагрева могла поддерживаться в состоянии низкой отражаемой мощности. К тому же, в соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления, поскольку меняется разность фаз, то разность фаз мгновенно тонко регулируется в связи с состоянием отражаемой мощности, чтобы внутренняя часть камеры 10 нагрева могла поддерживаться в состоянии низкой отражаемой мощности.
Поэтому в соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления можно предотвратить выработку теплоты полупроводниковым элементом, и теплопроизводительность может сохраняться высокой, чтобы нагрев мог быть выполнен за короткое время.
К тому же, в соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления, оно может быть образовано так, что допустимое значение отражаемой мощности определяется как заранее определенное значение, и узел 12 управления временно меняет разность фаз узлов 4a и 4b переменной фазы и частоты генерации первого узла 2a генератора и второго узла 2b генератора вплоть до допустимого значения отражаемой мощности. Таким образом, поскольку условие распространения микроволны в камере 10 нагрева может временно меняться путем изменения разности фаз и частоты генерации, то объект, который должен быть нагрет 11, может нагреваться равномерно без частичного нагрева.
К тому же, хотя два узла 4a и 4b переменной фазы и узлы 4c и 4d переменной фазы помещаются соответственно к выходам первого узла 3а делителя мощности и второго узла 3b делителя мощности в вышеприведенном описании, строение может быть таким, что узел переменной фазы помещается либо к первому узлу 3а делителя мощности, либо ко второму узлу 3b делителя мощности, и его ширина изменения фазы регулируется в диапазоне от 0 градусов до 360 градусов.
Операция управления фазой
Устройство микроволнового нагрева из первого варианта осуществления имеет такое строение, что узлы 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы при желании могут менять разности фаз микроволн, излучаемых из двух первых узлов 8a и 8b подачи и двух первых узлов 8c и 8d подачи, расположенных противоположно для управления парами, на основе управляющего сигнала от узла 12 управления. Таким образом, фазы микроволн, подводимые с противоположных положений в камере нагрева, регулируются узлами 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы, и в камере нагрева может формироваться нужное распространение электромагнитной волны. Каждый из узлов 4a, 4b, 4c и 4d переменной фазы в первом варианте осуществления образуется из элемента переменной емкости, чья емкость меняется на основе приложенного напряжения, и диапазон переменной фазы составляет от 0 градусов до 180 градусов. К тому же, даже когда пара первых узлов 8a и 8b подачи и пара первых узлов 8c и 8d подачи, управляемых парами, не располагаются противоположно, например в разных положениях на одной и той же поверхности стенки или в положениях на поверхностях соседних стенок, распространение электромагнитной волны в камере 10 нагрева может меняться путем регулирования фазы.
Как описано выше, во время операции нагрева в устройстве микроволнового нагрева из первого варианта осуществления разности фаз микроволн, излучаемых из пары первых узлов 8a и 8b подачи и пары первых узлов 8c и 8d подачи, управляемых парами, в первых узлах 8a, 8b, 8c и 8d подачи, служащих в качестве антенн, меняются посредством управления фазой в узле 12 управления.
Причина, по которой объект, который должен быть нагрет 11, может нагреваться равномерно или частично посредством управления фазой в узле 12 управления, будет описываться ниже.
Сначала автором изобретения выполнялся эксперимент, чтобы узнать, как распространение электромагнитной волны в камере нагрева меняется путем изменения разности фаз микроволн, излучаемых из антенн в виде узлов подачи, расположенных противоположно на поверхностях стенок камеры 10 нагрева, который [эксперимент] будет описываться ниже.
Фиг.9 является плоским видом в разрезе, показывающим камеру 10 нагрева, используемую в этом опыте, взятом выше. В этом опыте, как показано на фиг.9, множество чашек (обозначенных как CU на фиг.9), каждая содержащая в себе заранее определенный объем воды, располагалось в камере 10 нагрева. Измерялась температура воды в центре (обозначенном как P на фиг.9) чашки (CU).
Затем микроволны, имеющие измененные фазы, излучались из антенн (A1 и A2), расположенных на поверхностях противоположных стенок камеры 10 нагрева. Затем излучение микроволн прекращалось после истечения заранее определенного времени, и значение подъема температуры у воды из-за излучения микроволн измерялось в центре (Р) каждой чашки (CU).
Было задано множество разностей фаз между микроволной, излучаемой из антенны A1, и микроволной, излучаемой из антенны A2, и микроволны излучались относительно каждой заданной разности фаз. К тому же в этом опыте разность фаз менялась каждые 40 градусов в диапазоне от 0 градусов до 320 градусов.
Как описано выше, распределение электромагнитного поля у микроволн в камере нагрева исследовалось путем измерения значения подъема температуры воды, расположенной на горизонтальной поверхности камеры нагрева в устройстве микроволнового нагрева. В соответствии с этим опытом можно определить, что электромагнитное поле сильное в области, имеющей высокое значение подъема температуры воды, и распределение электромагнитного поля слабое в области, имеющей низкое значение подъема температуры воды.
Фиг.10 показывает экспериментальный результат посредством изотерм на основе значений подъема температуры воды, когда разность фаз микроволны, излучаемой из антенны A1, и микроволны, излучаемой из антенны A2, устанавливается в 0 градусов. Аналогичным образом фиг.11-18 показывают экспериментальный результат посредством изотерм, когда разности фаз микроволны, излучаемой из антенны A1, и микроволны, излучаемой из антенны A2, меняются каждые 40 градусов в диапазоне от 40 градусов до 320 градусов. К тому же каждая разность фаз, показанная на фиг.11-18, показывает фазу задержки микроволны, излучаемой из антенны A1, на основе фазы микроволны, излучаемой из антенны A2.
В соответствии с экспериментальными результатами, показанными на фиг.10-18, значения подъема температуры воды в значительной степени меняются в камере нагрева. К тому же, как показано на фиг.13 и 14, когда разности фаз устанавливаются в 120 градусов и 160 градусов, значение подъема температуры очень высокое в области (обозначенной как HR1 на фиг.13 и 14) рядом с поверхностью одной стороны (поверхностью левой стенки) камеры 10 нагрева.
К тому же, как показано на фиг.17 и 18, когда разности фаз устанавливаются в 280 градусов и 320 градусов, значение подъема температуры очень высокое в области (обозначенной как HR2 на фиг.17 и 18) рядом с поверхностью другой стороны (поверхностью правой стенки) камеры 10 нагрева.
В соответствии с экспериментальными результатами автор изобретения обратил внимание на то, что распределение электромагнитного поля в камере нагрева меняется на основе разности фаз микроволн, излучаемых из двух антенн A1 и A2, расположенных в разных положениях. Таким образом, автор изобретения обнаружил, что объект, который должен быть нагрет в камере нагрева, может нагреваться равномерно, а определенная часть объекта, который должен быть нагрет, может нагреваться интенсивно путем изменения разности фаз микроволн, излучаемых из антенн A1 и A2, расположенных в разных положениях, например поверхностях противоположных стенок.
Поэтому подразумевается, что распространение электромагнитной волны в камере нагрева может меняться до нужного состояния путем изменения разности фаз микроволн, излучаемых из антенн A1 и A2, расположенных в разных положениях. Таким образом, не нужно обеспечивать традиционный механизм для перемещения объекта, который должен быть нагрет, в камере нагрева, чтобы равномерно нагреть объект, который должен быть нагрет. Кроме того, поскольку распространение электромагнитной волны в камере нагрева может меняться путем изменения разности фаз, как описано выше, не нужно обеспечивать традиционный механизм для перемещения антенны, излучающей микроволну.
Кроме того, как может быть понятно из вышеприведенных экспериментальных результатов, поскольку явление, вызванное столкновением микроволн, излучаемых противоположно, формируется как колебание распределения электромагнитного поля, такое же явление также формируется путем расположения антенн A1 и A2 таким образом, что пересекаются направления излучения микроволн, излучаемых из антенны A1 и антенны A2. Это также может быть реализовано в строении, в котором антенны A1 и A2 располагаются на поверхностях соседних стенок камеры нагрева.
Поэтому, в соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления настоящего изобретения, поскольку механизм для перемещения объекта, который должен быть нагрет, или антенны не нужен для обеспечения нужного распределения электромагнитного поля, то не нужно резервировать пространство для перемещения объекта, который должен быть нагрет, или антенны. В результате может предоставляться строение устройства микроволнового нагрева из первого варианта осуществления по низкой стоимости, и оно может быть уменьшено в размерах.
Как описано выше, в соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления настоящего изобретения, когда узлы подачи в качестве средства подвода микроволн, имеющего функцию излучения микроволн, оптимально располагаются на поверхностях стенок камеры нагрева, и отражаемая мощность микроволны, излучаемой из первого узла подачи, снова излучается из второго узла подачи в камеру нагрева, различные объекты, которые должны быть нагреты, имеющие разные конфигурации, виды, размеры и объемы, могут нагреваться эффективно до нужного состояния.
Второй вариант осуществления
Фиг.19 является схематичным чертежом, показывающим строение узла подачи в камере нагрева в устройстве микроволнового нагрева из второго варианта осуществления, в соответствии с настоящим изобретением. Устройство микроволнового нагрева из второго варианта осуществления отличается от устройства микроволнового нагрева из первого варианта осуществления в строении узлов подачи, служащих в качестве антенн, расположенных на поверхности стенки камеры нагрева.
Как показано на фиг.19, в соответствии с устройством микроволнового нагрева из второго варианта осуществления множество узлов подачи предоставляется только на поверхности нижней стенки камеры 210 нагрева. Поскольку устройство микроволнового нагрева из второго варианта осуществления отличается от устройства микроволнового нагрева из первого варианта осуществления в расположении узлов подачи, а строение узла микроволнового генератора такое же, как показано на фиг.1, будет выполнено описание другого вопроса во втором варианте осуществления.
Ссылаясь на фиг.19, четыре первых узла 208a, 208b, 208c и 208d подачи и четыре вторых узла 209a, 209b, 209c и 209d подачи предоставляются на поверхности нижней стенки камеры 210 нагрева. Как показано на фиг.19, отверстия первых узлов 208a и 208b подачи, управляемых как пара, располагаются на прямой линии с заранее определенным расстоянием, чтобы их продольные направления совпадали с направлением вправо-влево. К тому же отверстия у первых узлов 208c и 208d подачи располагаются на прямой линии с заранее определенным расстоянием, чтобы их продольные направления совпадали с направлением вперед-назад. Четыре первых узла 208a, 208b, 208c и 208d подачи располагаются радиальным образом приблизительно вокруг оси области нагрева, на которую кладется объект, который должен быть нагрет, под углом в 90 градусов.
Между тем отверстия вторых узлов 209a и 209b подачи, управляемых как пара, располагаются параллельно друг другу на поверхности нижней стенки и предоставляются приблизительно на таком же расстоянии от центральной оси области нагрева, на которую кладется объект, который должен быть нагрет. В соответствии с устройством микроволнового нагрева из второго варианта осуществления второй узел 209a подачи предоставляется между первыми узлами 208a и 208d подачи под углом 45 градусов относительно каждого из них. Аналогичным образом второй узел 209b подачи образуется между первыми узлами 208b и 208c подачи под углом 45 градусов относительно каждого из них. К тому же продольные направления отверстий вторых узлов 209c и 209d подачи, управляемых как пара, располагаются параллельно друг другу на поверхности нижней стенки и предоставляются приблизительно на таком же расстоянии от центральной оси области нагрева, на которую кладется объект, который должен быть нагрет. В соответствии с устройством микроволнового нагрева из второго варианта осуществления второй узел 209c подачи предоставляется между первыми узлами 208a и 208c подачи под углом 45 градусов относительно каждого из них. Аналогичным образом второй узел 209d подачи образуется между первыми узлами 208b и 208d подачи под углом 45 градусов относительно каждого из них.
Как описано выше, четыре первых узла 208a, 208b, 208c и 208d подачи располагаются приблизительно радиальным образом вокруг центральной оси области нагрева, на которую кладется объект, который должен быть нагрет, а четыре вторых узла 209a, 209b, 209c и 209d подачи располагаются на поверхности нижней стенки противоположно на приблизительно таком же расстоянии от центральной оси области нагрева, на которую кладется объект, который должен быть нагрет. Хотя выполнено описание примера, в котором узлы подачи располагаются, как описано выше во втором варианте осуществления, устройство микроволнового нагрева, образованное так, что узлы подачи, управляемые как пара, располагаются с одинаковым направлением возбуждения, и предотвращается передача микроволны из первого узла подачи во второй узел подачи, оно также содержится в настоящем изобретении и имеет такой же результат настоящего изобретения.
В соответствии с устройством микроволнового нагрева из второго варианта осуществления, поскольку все узлы подачи предоставляются на поверхности нижней стенки, как описано выше, строение узла микроволнового генератора, показанного на фиг.1, может располагаться совместно в нижней части устройства микроволнового нагрева. В соответствии с устройством микроволнового нагрева из второго варианта осуществления, поскольку узел микроволнового генератора располагается совместно, линия передачи микроволн может быть укорочена, и потери в линии передачи микроволн могут быть значительно уменьшены.
В качестве линии передачи микроволн используется, например, микрополосковая линия, коаксиальная линия, например полужесткий кабель или волноводная труба, предоставленная на подложке. Хотя в качестве микрополосковой линии обычно используется линия, образованная путем обработки напечатанной подложки, в соответствии со вторым вариантом осуществления используется линия, составленная путем предоставления проводника в виде линии на одной поверхности диэлектрической пластины и припаивания проводящей пленки для заземления к другой ее поверхности. К тому же в качестве диэлектрической пластины используется материал, например политетрафторэтилен, чьи потери являются низкими даже на высокой частоте. К тому же в качестве коаксиальной линии, используемой в качестве линии передачи микроволн, обычно используется линия, в которой соединение в виде линии утапливается в диэлектрическую основу, и оболочечный (полый) проводник в качестве заземления предоставляется на внешней поверхности диэлектрической основы в форме кабеля. Как описано выше, поскольку микрополосковая линия и коаксиальная линия, используемые в качестве линии передачи микроволн, образуются из диэлектрической основы и проводника, то формируются диэлектрические потери в диэлектрической основе и омические потери в проводнике.
К тому же используемая волноводная труба обычно образуется из металла (обычно имеющего прямоугольное сечение), обладающего недостатком большого размера, хотя его потери невелики. Например, чтобы передавать частоту около 2450 МГц в волноводной трубе, необходима прямоугольная волноводная труба, имеющая конфигурацию в сечении около 110 мм × 55 мм. Таким образом, волноводная труба в значительной степени занимает пространство узла микроволнового генератора.
В соответствии с устройством микроволнового нагрева из второго варианта осуществления длина линии передачи микроволн короткая, потому что узел микроволнового генератора располагается совместно. Поэтому потери в линии передачи микроволн значительно уменьшаются, и нагрев выполняется эффективно.
Третий вариант осуществления
Устройство микроволнового нагрева из третьего варианта осуществления в соответствии с настоящим изобретением будет описываться со ссылкой на фиг.20 и 21. Устройство микроволнового нагрева из третьего варианта осуществления отличается от устройства микроволнового нагрева из первого варианта осуществления в операции управления узла управления в узле микроволнового генератора. Поэтому момент, отличный от первого и второго вариантов осуществления, будет описываться в устройстве микроволнового нагрева из третьего варианта осуществления, и опираются на ссылки, используемые в описании из первого варианта осуществления.
Фиг.20 показывает один пример кривых частотных характеристик отражаемых мощностей, детектируемых четырьмя узлами 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности в операции обнаружения минимальной отражаемой мощности, выполняемой на начальном этапе операции нагрева. На фиг.20 ссылка A является кривой частотной характеристики отражаемой мощности, которая принимается вторым узлом 9a подачи из камеры 10 нагрева и детектируется посредством циркулятора 6a. Ссылка B является кривой частотной характеристики, которая принимается вторым узлом 9b подачи из камеры 10 нагрева и детектируется посредством циркулятора 6b.
Вторые узлы 9a и 9b подачи соответствуют первым узлам 8a и 8b подачи, управляемым как пара. Аналогичным образом ссылка C является кривой частотной характеристики отражаемой мощности, которая принимается вторым узлом 9a подачи из камеры 10 нагрева и детектируется посредством циркулятора 6c. Ссылка D является кривой частотной характеристики, которая принимается вторым узлом 9d подачи из камеры нагрева и детектируется посредством циркулятора 6d. Вторые узлы 9c и 9d подачи соответствуют первым узлам 8c и 8d подачи, управляемым как пара.
Как показано на одном примере кривых A, B, C и D частотных характеристик на фиг.20, отражаемые мощности, детектируемые узлами 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности, не всегда показывают одинаковые характеристические кривые и не всегда показывают минимальное значение на одинаковой частоте. Причина в том, что конфигурация объекта, который должен быть нагрет, содержащегося в камере нагрева, не является симметричной конфигурацией, и полное сопротивление в камере нагрева отличается, если смотреть из каждого узла подачи.
Узел 12 управления (см. фиг.1) в устройстве микроволнового нагрева из третьего варианта осуществления синтезирует частотные характеристики A и B, C и D, управляемые парами в частотных характеристиках касательно отражаемых мощностей, вводимых из узлов 6a, 6b, 6c и 6d детекторов мощности.
Фиг.21 показывает кривые частотных характеристик, предоставленные путем синтезирования кривых A и B частотных характеристик и кривых C и D частотных характеристик. Ссылаясь на фиг.21, кривая Y частотной характеристики образуется путем синтезирования кривых A и B частотных характеристик на фиг.20. К тому же кривая Z частотной характеристики образуется путем синтезирования кривых C и D частотных характеристик на фиг.20.
Как показано на фиг.21, в соответствии с кривой Y частотной характеристики, образованной путем синтезирования кривых A и B частотных характеристик, отражаемая мощность является наименьшей при частоте f1, а в соответствии с кривой Z частотной характеристики, образованной путем синтезирования кривых C и D частотных характеристик, отражаемая мощность является наименьшей при частоте f2. Поэтому микроволна, имеющая частоту f1, выводится из каждого из первых узлов 8a и 8b подачи, управляемых как пара, чтобы выполнялся эффективный нагрев на низкой отражаемой мощности. Аналогичным образом микроволна, имеющая частоту f2, выводится из каждого из первых узлов 8c и 8d подачи, управляемых как пара, чтобы выполнялся эффективный нагрев на низкой отражаемой мощности.
Как описано выше, в соответствии с устройством микроволнового нагрева из третьего варианта осуществления частота, показывающая меньшую отражаемую мощность, детектируется для пары узлов подачи, и процесс нагрева выполняется на этой частоте. Поэтому в соответствии с устройством микроволнового нагрева из третьего варианта осуществления в настоящем изобретении нагрев может выполняться на низкой отражаемой мощности в системе нагрева в целом, чтобы создавалась система нагрева, работающая на оптимальной частоте нагрева.
В соответствии с устройством микроволнового нагрева в настоящем изобретении объект, который должен быть нагрет, расположенный в камере нагрева, может нагреваться равномерно или частично путем изменения разности фаз микроволн, излучаемых из пары узлов подачи, управляемых как пара, чтобы изменить распространение электромагнитной волны в камере нагрева во время операции нагрева объекта, который должен быть нагрет.
В соответствии с устройством микроволнового нагрева из настоящего изобретения, поскольку распространение электромагнитной волны в камере нагрева может меняться путем изменения разности фаз, объект, который должен быть нагрет, может нагреваться равномерно или частично без перемещения, например, без вращения в камере нагрева.
К тому же в соответствии с устройством микроволнового нагрева из настоящего изобретения не нужно перемещать антенну, служащую в качестве узла подачи, излучающего микроволну, чтобы равномерно нагреть объект, который должен быть нагрет, и изменить электромагнитное распределение. Поэтому в соответствии с устройством микроволнового нагрева из настоящего изобретения, поскольку не нужен механизм для перемещения объекта, который должен быть нагрет, или антенны, не нужно резервировать пространство для перемещения объекта, который должен быть нагрет, и антенны в камере нагрева, так что устройство микроволнового нагрева может предоставляться по низкой стоимости и может быть уменьшено в размерах.
В соответствии с устройством микроволнового нагрева из первого варианта осуществления операция управления для изменения разности фаз последовательно или поэтапно выполняется узлом управления. Когда разность фаз меняется поэтапно, разность фаз может меняться каждые 40 градусов или меняться каждые 45 градусов. Однако значение разности фаз, изменяемое по отношению к каждому этапу, не ограничивается вышеупомянутым значением, и предпочтительно, чтобы значение было как можно меньше. Таким образом, объект, который должен быть нагрет, может нагреваться равномернее, и неравномерный нагрев можно уменьшить.
К тому же в соответствии с устройством микроволнового нагрева в настоящем изобретении цикл изменения разности фаз может устанавливаться заранее либо, при желании, устанавливаться пользователем вручную. Когда цикл изменения разности фаз жестко задается, он может устанавливаться так, чтобы меняться от 0 градусов до 360 градусов за 30 секунд, или он может устанавливаться так, чтобы меняться от 0 градусов до 360 градусов за 10 секунд.
К тому же диапазон изменения разности фаз не обязательно является диапазоном от 0 градусов до 360 градусов. Например, значение может выборочно устанавливаться узлом управления из множества разностей фаз на основе режима нагрева объекта, который должен быть нагрет, при условии, что соотношения между значением из множества разностей фаз и распределениями электромагнитного поля, соответствующими разностям фаз, заранее сохраняются во встроенной памяти узла управления. Точнее говоря, множество температурных датчиков располагаются в камере нагрева для детектирования температуры области процесса нагрева в камере нагрева. В этом случае температура объекта, который должен быть нагрет, может измеряться во множестве положений, и можно узнать распределение температуры объекта, который должен быть нагрет.
В то же время узел управления задает разность фаз так, что электромагнитное поле становится сильным в части с низкой температурой объекта, который должен быть нагрет, для равномерного нагрева, на основе соотношения между разностью фаз и распределением электромагнитного поля, сохраненного во встроенной памяти. Таким образом объект, который должен быть нагрет, может нагреваться равномерно с высокой эффективностью путем регулирования разности фаз.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
В соответствии с устройством микроволнового нагрева в настоящем изобретении, поскольку операция нагрева может выполняться с высокой эффективностью путем управления операцией переключения у множества узлов подачи, излучающих микроволны, и изменения разности фаз микроволн между узлами подачи в операции, она может применяться к устройству нагрева, представленному микроволновой печью, использующей диэлектрический нагрев, диспоузер или источник микроволновой мощности в виде плазменного источника, служащего в качестве полупроводникового производственного оборудования.