УСТРОЙСТВО МИКРОВОЛНОВОЙ ОБРАБОТКИ
DEVICE OF MICROWAVE TREATMENT

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству микроволновой обработки, которое обрабатывает объект с использованием микроволн.
Предшествующий уровень техники
Примеры устройств, которые обрабатывают объекты с использованием микроволн, включают в себя микроволновые печи. В микроволновых печах микроволны, генерируемые микроволновыми генераторами, излучаются в нагревательные камеры, выполненные из металлов. Это вызывает нагрев объектов, размещенных внутри нагревательных камер, с использованием микроволн.
Традиционно магнетроны использовались как устройства генерации микроволн в микроволновых печах. В этом случае микроволны, генерируемые магнетронами, подаются в нагревательные камеры по волноводам.
Здесь, когда распределения электромагнитных волн для микроволн внутри нагревательных камер неоднородны, объекты не могут быть однородно нагреты. Поэтому была предложена микроволновая печь, которая подает микроволну, генерируемую магнетроном, в нагревательную камеру через первый и второй волноводы (см. патентный документ 1).
Патентный документ 1: JP 2004-47322 A
Раскрытие изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
Волноводы для подачи микроволн, генерируемых магнетронами, в нагревательные камеры, сформированы из полых металлических трубок. Следовательно, в микроволновой печи, раскрытой в патентном документе 1, множество металлических трубок требуется для формирования первого и второго волноводов. Это приводит к увеличению размеров микроволновой печи.
Кроме того, патентный документ 1 раскрывает, что микроволна, генерируемая магнетроном, излучается от множества излучающих антенн, обеспеченных с возможностью вращения. В этом случае микроволновая печь также увеличивается в размерах, чтобы обеспечить пространство для вращения каждой из излучающих антенн.
Целью настоящего изобретения является создать устройство микроволной обработки, которое доставляет микроволну на объект с желательным распределением электромагнитной волны и является в достаточной степени миниатюризированным.
Средства для решения проблем
(1) Согласно аспекту настоящего изобретения устройство микроволновой обработки, которое обрабатывает объект, используя микроволну, содержит микроволновый генератор, который генерирует микроволну, и, по меньшей мере, первый и второй излучатели, которые излучают к объекту микроволну, генерированную микроволновым генератором, причем разность фаз между микроволнами, излучаемыми, соответственно, от первого и второго излучателей, изменяется.
В устройстве микроволновой обработки микроволна, генерируемая микроволновым генератором, излучается к объекту от первого и второго излучателей. Это приводит к тому, что микроволна, излученная от первого излучателя, и микроволна, излученная от второго излучателя, интерферируют друг с другом вблизи объекта.
Здесь, когда разность фаз между микроволнами, соответственно излученными от первого и второго излучателей, изменяется, состояние, где микроволны, соответственно излученные от первого и второго излучателей, интерферируют друг с другом, изменяется. Это вызывает изменение распределения электромагнитной волны вокруг объекта. Следовательно, возможно подавать микроволны на объект с желательным распределением электромагнитной волны. В результате объект может быть однородно обработан или желательная часть объекта может быть обработана концентрично.
В этом случае потребность в механизме и пространстве для перемещения объекта, а также первого и второго излучателей устранена, что позволяет в значительной степени миниатюризировать устройство микроволновой обработки и снизить его стоимость.
(2) Согласно другому аспекту настоящего изобретения устройство микроволновой обработки, которое обрабатывает объект, используя микроволну, содержит микроволновый генератор, который генерирует микроволны, первый и второй излучатели, которые соответственно излучают к объекту микроволну, генерированную микроволновым генератором, и первый вариатор фазы, который изменяет разность фаз между микроволнами, соответственно излученными от первого и второго излучателей, причем первый и второй излучатели выполнены таким образом, что излученные микроволны интерферируют друг с другом.
В устройстве микроволновой обработки микроволна, генерируемая микроволновым генератором, излучается к объекту от первого и второго излучателей.
Первый и второй излучатели выполнены таким образом, что микроволны, соответственно излученные от них, интерферируют друг с другом. Это приводит к тому, что микроволна, излученная от первого излучателя, и микроволна, излученная от второго излучателя, взаимодействуют друг с другом.
Первый вариатор фазы изменяет разность фаз между микроволнами, соответственно излученными от первого и второго излучателей. Таким образом, состояние, где микроволны, соответственно излученные от первого и второго излучателей, интерферируют друг с другом, изменяется. Это вызывает изменение распределения электромагнитной волны вокруг объекта. Следовательно, возможно подавать микроволны на объект с желательным распределением электромагнитной волны. В результате объект может быть однородно обработан или желательная часть объекта может быть обработана концентрично.
В этом случае потребность в механизме и пространстве для перемещения объекта, а также первого и второго излучателей устранена, что позволяет в значительной степени миниатюризировать устройство микроволновой обработки и снизить его стоимость.
(3) Первый и второй излучатели могут быть противоположны друг другу.
В этом случае объект размещен между первым излучателем и вторым излучателем, что позволяет надежно излучать микроволны к объекту соответственно от первого и второго излучателей. Кроме того, первый и второй излучатели противоположны друг другу, так что микроволна, излученная от первого излучателя, и микроволна, излученная от второго излучателя, надежно интерферируют друг с другом.
(4) Устройство микроволновой обработки может, кроме того, включать в себя детектор, который обнаруживает соответствующие отраженные мощности от первого и второго излучателей, и контроллер, который управляет микроволновым генератором, причем контроллер может вызвать излучение первым и вторым излучателями микроволн к объекту при изменении частоты микроволны, генерированной микроволновым генератором, определение частоты микроволны для обработки объекта как частоты обработки на основе частоты, на которой отраженная мощность, детектированная детектором, становится минимумом или принимает минимальное значение и вызывает генерацию микроволновым генератором микроволны, имеющей определенную частоту обработки.
В этом случае микроволны соответственно излучаются к объекту от первого и второго излучателей при изменении частоты микроволны, генерированной микроволновым генератором. В это время частота микроволны для обработки объекта определяется как частота обработки на основе частоты, на которой сумма отраженных мощностей от первого и второго излучателей, которые детектированы детектором, соответственно равна минимуму или минимальному значению. Микроволна, имеющая определенную частоту обработки, генерируется микроволновым генератором.
Так как микроволна, имеющая частоту обработки, определена на основе частоты, при которой сумма отраженных мощностей от первого и второго излучателей соответственно равна минимуму или минимальному значению, используется для обработки объекта, отраженные мощности, генерируемые при обработке объекта, уменьшаются. Это обуславливает повышение эффективности преобразования мощности устройства микроволновой обработки.
Кроме того, даже когда микроволновый генератор генерирует тепло вследствие отраженных мощностей, величина тепла снижается. В результате предотвращаются повреждение и отказ микроволнового генератора под воздействием отраженных мощностей.
(5) Контроллер может обусловить то, что первый и второй излучатели будут излучать микроволны к объекту при изменении частоты микроволны, генерируемой микроволновым генератором, до обработки объекта, и определять частоту микроволны для обработки объекта как частоты обработки на основе частоты, при которой отраженная мощность, детектированная детектором, равна минимуму или минимальному значению.
В этом случае микроволны соответственно излучаются к объекту от первого и второго излучателей при изменении частоты микроволны, генерируемой микроволновым генератором, до обработки объекта. В это время частота микроволны для обработки объекта определяется как частота обработки на основе частоты, на которой сумма отраженных мощностей от первого и второго излучателей, которые соответственно детектированы детектором, равна минимуму или минимальному значению.
Таким образом, микроволновый генератор может генерировать микроволну, имеющую определенную частоту обработки, когда обработка объекта начинается. Это позволяет уменьшить отраженные мощности, генерируемые, когда обработка объекта началась. В результате предотвращаются повреждение и отказ микроволнового генератора под воздействием отраженных мощностей.
(6) Контроллер может обусловить то, что первый и второй излучатели будут излучать микроволны к объекту при изменении частоты микроволны, генерируемой микроволновым генератором, во время обработки объекта и определять частоту микроволны для обработки объекта как частоту обработки на основе частоты, на которой отраженная мощность, детектированная детектором, имеет минимум или минимальное значение.
В этом случае микроволны соответственно излучаются к объекту от первого и второго излучателей при изменении частоты микроволны, генерируемой микроволновым генератором, во время обработки объекта. В это время частота микроволны для обработки объекта определяется как частота обработки на основе частоты, на которой сумма отраженных мощностей от первого и второго излучателей, которые соответственно детектированы детектором, равна минимуму или минимальному значению.
Поэтому даже во время обработки объекта микроволна, имеющая определенную частоту обработки, используется для обработки объекта каждый раз, когда, например, прошел заданный интервал времени или когда отраженные мощности превышают заданное пороговое значение. Таким образом, предотвращается увеличение мощностей, которые изменяются во времени по мере осуществления обработки объекта. Это обеспечивает повышение эффективности преобразования мощности устройства микроволновой обработки.
Кроме того, даже когда микроволновый генератор генерирует тепло вследствие отраженных мощностей, величина тепла уменьшается. В результате предотвращаются повреждение и отказ микроволнового генератора под воздействием отраженных мощностей.
(7) Первый излучатель может излучать микроволну вдоль первого направления, и второй излучатель может излучать микроволну вдоль второго направления, противоположного первому направлению. Устройство микроволновой обработки может дополнительно включать в себя третий излучатель, который излучает микроволну, генерируемую микроволновым генератором, к объекту вдоль третьего направления, пересекающего первое направление.
В этом случае микроволна излучается к объекту вдоль первого направления от первого излучателя, и микроволна излучается к объекту во втором направлении, противоположном первому направлению, от второго излучателя. Кроме того, микроволна излучается к объекту в третьем направлении, пересекающем первое направление, от третьего излучателя.
Микроволны могут, таким образом, соответственно излучаться к объекту вдоль различных первого, второго и третьего направлений. Поэтому объект может быть эффективно нагрет независимо от направленности микроволн.
(8) Микроволновый генератор может включать в себя первый и вторые микроволновые генераторы, причем первый и второй излучатели могут излучать к объекту микроволну, генерируемую первым микроволновым генератором, а третий излучатель может излучать к объекту микроволну, генерируемую вторым микроволновым генератором.
В этом случае микроволны, генерируемые общим первым микроволновым генератором, соответственно излучаются к объекту от первого и второго излучателей. Поэтому разность фаз между микроволнами, соответственно излученными от первого и второго излучателей, может быть легко изменена первым вариатором фазы.
Кроме того, микроволна, генерируемая вторым микроволновым генератором, излучается к объекту от третьего излучателя. Поэтому частотой микроволны, излучаемой от третьего излучателя, можно управлять независимо от частот микроволн, соответственно излучаемых от первого и второго излучателей. Это позволяет существенно снизить отраженные мощности, генерируемые при обработке объекта. В результате эффективность преобразования мощности устройства микроволновой обработки достаточно повышается.
(9) Первый излучатель может излучать микроволну вдоль первого направления, и второй излучатель может излучать микроволну вдоль второго направления, противоположного первому направлению. Устройство микроволновой обработки может дополнительно включать в себя третий излучатель, который излучает микроволну, генерируемую микроволновым генератором, к объекту вдоль третьего направления, пересекающего первое направление, и четвертый излучатель, который излучает микроволну, генерируемую микроволновым генератором, к объекту вдоль четвертого направления, противоположного третьему направлению, причем третий и четвертый излучатели могут быть противоположны друг другу.
В этом случае микроволна излучается к объекту вдоль первого направления от первого излучателя, и микроволна излучается к объекту во втором направлении, противоположном первому направлению, от второго излучателя. Кроме того, микроволна излучается к объекту вдоль третьего направления, пересекающего первое направление, от третьего излучателя, и микроволна излучается к объекту вдоль четвертого направления, противоположного третьему направлению, от четвертого излучателя.
Объект может, таким образом, облучаться вдоль различных первого, второго, третьего и четвертого направлений. Поэтому объект может более эффективно нагреваться независимо от направленности микроволн.
(10) Устройство микроволновой обработки может дополнительно включать в себя второй вариатор фазы, который изменяет разность фаз между микроволнами, соответственно излученными от третьего и четвертого излучателей.
Распределение электромагнитных волн между третьим излучателем и четвертым излучателем, которые являются противоположными друг другу, может быть изменено путем изменения разности фаз между микроволнами, соответственно излученными от третьего и четвертого излучателей. Следовательно, можно подать микроволны на объект с желательным распределением электромагнитных волн. В результате объект может быть равномерно обработан или желательная часть объекта может быть обработана концентрично.
В этом случае исключается потребность в механизме и пространстве для перемещения объекта, а также первого, второго, третьего и четвертого излучателей, что позволяет миниатюризировать устройство микроволновой обработки и снизить его стоимость.
(11) Микроволновый генератор может включать в себя первый и второй микроволновые генераторы, причем первый и второй излучатели могут излучать к объекту микроволну, генерируемую первым микроволновым генератором, а третий и четвертый излучатели могут излучать к объекту микроволну, генерируемую вторым микроволновым генератором.
В этом случае микроволны, генерируемые общим первым микроволновым генератором, соответственно излучаются к объекту от первого и второго излучателей. Поэтому первый вариатор фазы может легко изменять разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от первого и второго излучателей.
Кроме того, микроволны, генерируемые общим вторым микроволновым генератором, соответственно излучаются к объекту от третьего и четвертого излучателей. Поэтому второй вариатор фазы может легко изменять разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от третьего и четвертого излучателей.
Это позволяет независимо управлять частотами микроволн, соответственно излучаемых от первого и второго излучателей, и частотами микроволн, соответственно излучаемых от третьего и четвертого излучателей.
Это позволяет в достаточной степени снизить отраженную мощность, генерируемую при обработке объекта. В результате эффективность преобразования мощности устройства микроволновой обработки достаточно повышается.
(12) Объект может обрабатываться путем обработки нагревом. Устройство микроволновой обработки может дополнительно включать в себя нагревательную камеру, в которой размещается объект для нагревания. В этом случае объект может подвергаться обработке нагревом путем размещения объекта внутри нагревательной камеры.
Эффекты изобретения
Согласно настоящему изобретению распределение электромагнитных волн между первым излучателем и вторым излучателем, которые противоположны друг другу, может быть изменено путем изменения разности фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от первого и второго излучателей. Следовательно, можно подать микроволны на объект с желательным распределением электромагнитных волн. В результате объект может быть равномерно обработан или желательная часть объекта может быть обработана концентрично.
В этом случае исключается потребность в механизме и пространстве для перемещения объекта, а также первого, второго, третьего и четвертого излучателей, что позволяет миниатюризировать устройство микроволновой обработки и снизить его стоимость.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема, показывающая конфигурацию микроволновой печи согласно первому варианту осуществления.
Фиг.2 - схематичный вид сбоку устройства генерации микроволн, образующего микроволновую печь, показанную на фиг.1.
Фиг.3 - блок-схема части устройства генерации микроволн, показанного на фиг.2.
Фиг.4 - блок-схема, показывающая процедуру для управления микрокомпьютером, показанным на фиг.1.
Фиг.5 - блок-схема, показывающая процедуру для управления микрокомпьютером, показанным на фиг.1.
Фиг.6 - диаграмма, поясняющая взаимную интерференцию между микроволнами, соответственно излучаемыми от антенн, показанных на фиг.1.
Фиг.7 - диаграмма, поясняющая взаимную интерференцию между микроволнами в случае, где разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от антенн, показанных на фиг.1, изменяется.
Фиг.8 - диаграмма, показывающая содержание эксперимента для исследования соотношения между разностью фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от двух противоположных антенн, и распределением электромагнитных волн в корпусе, и результаты эксперимента.
Фиг.9 - диаграмма, показывающая содержание эксперимента для исследования соотношения между разностью фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от двух противоположных антенн, и распределением электромагнитных волн в корпусе, и результаты эксперимента.
Фиг.10 - диаграмма, показывающая содержание эксперимента для исследования соотношения между разностью фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от двух противоположных антенн, и распределением электромагнитных волн в корпусе, и результаты эксперимента.
Фиг.11 - диаграмма для пояснения конкретного примера свипирования (качания) частоты и извлечения частоты микроволны.
Фиг.12 - блок-схема, показывающая конфигурацию микроволновой печи согласно второму варианту осуществления.
Фиг.13 - блок-схема, показывающая конфигурацию микроволновой печи согласно второму варианту осуществления.
Фиг.14 - блок-схема, показывающая конфигурацию микроволновой печи согласно третьему варианту осуществления.
Фиг.15 - блок-схема, показывающая конфигурацию микроволновой печи согласно четвертому варианту осуществления.
Лучший способ выполнения изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны подробно со ссылками на чертежи. Варианты осуществления, приведенные ниже, описывают устройство микроволновой обработки. Микроволновая печь будет описана в качестве примера устройства микроволновой обработки.
Первый вариант осуществления
(1-1) Описание конфигурации и операций микроволновой печи
На фиг.1 представлена блок-схема, показывающая конфигурацию микроволновой печи согласно первому варианту осуществления. Как показано на фиг.1, микроволновая печь 1 согласно настоящему варианту осуществления включает в себя устройство 100 генерации микроволн и корпус 501. Три антенны А1, A2 и A3 предусмотрены в корпусе 501.
В настоящем варианте осуществления две антенны А1 и A2 из трех антенн А1, A2 и А3 в корпусе 501 являются противоположными друг другу в горизонтальном направлении.
Устройство 100 микроволновой обработки включает в себя источник 200 напряжения, микроволновый генератор 300, распределитель 350 мощности, три вариатора 351a, 351b и 351c фазы, имеющие одинаковую конфигурацию, три микроволновых усилителя 400, 410 и 420, имеющие одинаковую конфигурацию, три устройства 600, 610 и 620 детектирования отраженной мощности, имеющие одинаковую конфигурацию, и микрокомпьютер 700. Устройство 100 генерации микроволн связано с коммерческим электропитанием через штепсель 10 электропитания.
В устройстве 100 генерации микроволн источник 200 напряжения преобразует напряжение переменного тока (AC), поставляемое от коммерческого электропитания в переменное напряжение и напряжение постоянного тока (DC), и подает переменное напряжение на микроволновый генератор 300, а напряжение DC - на микроволновые усилители 400, 410 и 420.
Микроволновый генератор 300 генерирует микроволну на основе переменного напряжения, подаваемого от источника 200 напряжения. Распределитель 350 мощности по существу одинаково распределяет микроволну, генерируемую микроволновым генератором 300 на вариатор 351a, 351b и 351c фазы. Распределитель 350 мощности задерживает фазу микроволны, вводимой в вариатор 351b фазы, на 180 градусов и задерживает фазу микроволны, вводимой в вариатор 351c фазы, на 90 градусов, когда, например, фаза микроволны, вводимой в вариатор 351a фазы, используется как основа.
Каждый из вариаторов 351a, 351b и 351c фазы включает в себя, например, варакторный диод (диод переменной емкости). Каждым из вариаторов 351a, 351b и 351c фазы управляет микрокомпьютер 700 для настройки фазы подаваемой микроволны.
Отметим, что каждый из вариаторов 351a, 351b и 351c фазы может включать в себя pin-диод и множество линий, например, вместо варакторного диода.
Например, разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от противоположных двух антенн А1 и A2, может изменяться путем управления, по меньшей мере, одним из вариаторов 351a и 351b фазы. Детали будут описаны ниже.
Микроволновые усилители 400, 410 и 420 управляются напряжением DC, подаваемым от источника 200 напряжения, для соответствующего усиления микроволн, подаваемых от вариаторов 35la, 351b и 351c фазы. Детали соответствующих конфигураций и операций источника 200 напряжения, микроволнового генератора 300 и микроволновых усилителей 400, 410 и 420 будут описаны ниже.
Устройства 600, 610 и 620 детектирования отраженной мощности соответственно включают в себя детекторные диоды, направленные ответвители, согласованные нагрузки и т.д. и подают микроволны, усиленные микроволновыми усилителями 400, 410 и 420, на антенны А1, A2 и A3, предусмотренные в корпусе 501. Это приводит к излучению микроволн антеннами А1, A2 и A3 в корпусе 501.
В это время отраженные мощности соответственно подаются на устройства 600, 610 и 620 детектирования отраженной мощности от антенн А1, A2 и A3. Устройства 600, 610 и 620 детектирования отраженной мощности соответственно подают сигналы отраженной мощности, соответствующие поступившим отраженным мощностям, на микрокомпьютер 700.
Температурный датчик TS для измерения температуры объекта предусмотрен в корпусе 501. Значение температуры объекта, измеренное температурным датчиком TS, выдается в микрокомпьютер 700.
Микрокомпьютер 700 управляет источником 200 напряжения, микроволновым генератором 300 и вариаторами 351a, 351b и 351c фазы. Детали будут описаны ниже.
(1-2) Детали конфигурации устройства генерации микроволн
На фиг.2 представлен схематичный вид сбоку устройства 100 генерации микроволн, образующего микроволновую печь 1, показанную на фиг.1, и на фиг.3 представлена диаграмма, схематично показывающая схемную конфигурацию части устройства 100 генерации микроволн, показанного на фиг.2.
Детали каждого из компонентов, образующих устройство 100 генерации микроволн, будут описаны со ссылками на фиг.2 и 3. На фиг.2 и 3 не показаны распределитель 350 мощности, вариаторы 351a, 351b и 351c фазы, микроволновые усилители 410 и 420, устройства 600, 610 и 620 детектирования отраженной мощности и микрокомпьютер 700.
Источник 200 напряжения, показанный на фиг.2, включает в себя выпрямительную схему 201 (фиг.3) и устройство 202 управления напряжением (фиг.3). Устройство 202 управления напряжением включает в себя трансформатор 202a и схему 202b управления напряжением. Выпрямительная схема 201 и устройство 202 управления напряжением размещены в корпусе IM1 (фиг.2), который выполнен из изоляционного материала, такого как смола.
Микроволновый генератор 300, показанный на фиг.2, содержит пластину 301 радиатора и схемную плату 302. Микроволновый генератор 303, показанный на фиг.3, сформирован на схемной плате 302. Схемная плата 302 предусмотрена на пластине 301 радиатора. Схемная плата 302 и микроволновый генератор 303 размещены в металлическом корпусе IM2 на пластине 301 радиатора. Микроволновый генератор 303 образован схемным элементом, например, таким как транзистор.
Микроволновый генератор 303 связан с микрокомпьютером 700, показанным на фиг.1. Это обеспечивает возможность управлять работой микроволнового генератора 303 с помощью микрокомпьютера 700.
Микроволновый усилитель 400, показанный на фиг.2, включает в себя пластину 401 радиатора и схемную плату 402. Три усилителя 403, 404 и 405, показанные на фиг.3, сформированы на схемной плате 402. Схемная плата 402 предусмотрена на пластине 401 радиатора. Схемная плата 402 и усилители 403, 404 и 405 размещены в металлическом корпусе IM3 на пластине 401 радиатора. Каждый из усилителей 403, 404 и 405 образован полупроводниковым прибором с высокой термостабильностью и устойчивым к высокому давлению, таким как транзистор, с использованием GaN (нитрид галлия) и Sic (карбид кремния).
Как показано на фиг.3, выходной вывод микроволнового генератора 303 связан с входным выводом усилителя 403 через линию LI, сформированную на схемной плате 302, распределитель 350 мощности и вариатор 351a фазы, показанные на фиг.1 (которые не показаны на фиг.3), коаксиальный кабель CC1 и линию L2, сформированную на схемной плате 402. Отметим, что коаксиальный кабель CC1 и линия L2 связаны друг с другом в изолирующем соединителе МС.
Выходной вывод усилителя 403 связан с входным выводом распределителя 406 мощности через линию L3, сформированную на схемной плате 402. Распределитель 406 мощности распределяет микроволну, введенную от усилителя 403, через линию L3 на два вывода.
Два выходных вывода распределителя 406 мощности связаны с соответствующими входными выводами усилителей 404 и 405 через линии L4 и L5, сформированные в схемной плате 402.
Соответствующие выходные выводы усилителей 404 и 405 связаны с входным выводом терминалом синтезатора 407 мощности через линии L6 и L8, сформированные на схемной плате 402. Синтезатор 407 мощности синтезирует соответствующие микроволны, подаваемые на него. Выходной вывод синтезатора 407 мощности связан с одним концом коаксиального кабеля CC2 через линию L7, сформированную на схемной плате 402. Устройство 600 детектирования отраженной мощности, показанное на фиг.1, введено через коаксиальный кабель CC2.
Другой конец коаксиального кабеля CC2 связан с антенной А1, предусмотренной в корпусе 501. Коаксиальный кабель CC2 и линия L7 связаны друг с другом в изолирующем соединителе МС.
cc
cc
Напряжение переменного тока (AC) V приложено от коммерческого источника PS электропитания к паре входных выводов выпрямительной схемы 201 и к первичной обмотке трансформатора 202a. Напряжение AC Vравно, например, 100 В. Линия LV1 источника питания для высокого потенциала и линия LV2 источника для низкого потенциала связаны с парой выходных выводов выпрямительной схемы 201.
cc,
DD
DD
Выпрямительная схема 201 выпрямляет напряжение AC V подаваемое от коммерческого источника электропитания PS, и прикладывает напряжение постоянного тока (DC) V между линиями LV1 и LV2 источника питания. Напряжение DC V, например, равно 140 В. Соответствующие выводы питания усилителей 403, 404 и 405 связаны с линией LV1 источника питания, и соответствующие выводы заземления усилителей 403, 404 и 405 связаны с линией LV2 источника питания.
cc
VA
VA
Вторичная обмотка трансформатора 202a связана с парой входных выводов терминалов схемы 202b управления напряжением. Трансформатор 202a уменьшает напряжение AC V. Схема 202b управления напряжением подает переменное напряжение V, факультативно регулируемое напряжением AC, уменьшенным трансформатором 202a, на микроволновый генератор 303. Переменное напряжение V является напряжением, регулируемым, например, между 0 В и 10 В.
VA
Микроволновый генератор 303 генерирует микроволну на основе переменного напряжения V, приложенного от схемы 202b управления напряжением. Микроволна, генерируемая микроволновым генератором 303, подается на усилитель 403 через линию LI (распределитель 350 мощности и вариаторы 351a-351c фазы на фиг.1), коаксиальный кабель CC1 и линию L2.
Усилитель 403 усиливает мощность микроволны, поданной от микроволнового генератора 303. Микроволна, усиленная усилителем 403, подается на усилители 404 и 405 через линию L3, распределитель 406 мощности и линии L4 и L5.
Усилители 404 и 405 усиливают мощность микроволны, поданной от усилителя 403. Микроволны, усиленные усилителями 404 и 405, соответственно вводятся в синтезатор 407 мощности через линии L6 и L8 и синтезируются синтезатором 407 мощности. Составная микроволна выводится синтезатором 407 мощности и вводится в антенну А1 через линию L7 и коаксиальный кабель CC2. Соответствующие микроволны, поданные в антенну А1 с усилителей 404 и 405, излучаются в корпус 501.
(1-3) Процедура для управления микрокомпьютером
На фиг.4 и 5 показаны блок-схемы процедуры для управления микрокомпьютером 700, показанным на фиг.1.
Микрокомпьютеру 700, показанному на фиг.1, дается команда нагреть объект посредством операции пользователя, чтобы выполнить микроволновую обработку, описанную ниже.
Как показано на фиг.4, микрокомпьютер 700 сначала заставляет отдельный таймер запустить операцию измерения (этап Sll). Микрокомпьютер 700 управляет микроволновым генератором 300, показанным на фиг.1, чтобы установить предопределенную первую выходную мощность как выходную мощность микроволновой печи 1 (этап S12). Первая выходная мощность меньше, чем вторая выходная мощность, как описано ниже. Способ определения первой выходной мощности будет описан ниже.
Микрокомпьютер 700 затем свипирует (непрерывно изменяет) частоту микроволны, генерируемой микроволновым генератором 300, в пределах полного диапазона частот от 2400 до 2500 МГц, используемого в микроволновой печи 1, и сохраняет соотношения между отраженной мощностью, детектированной каждым из устройств 600, 610 и 620 детектирования отраженной мощности, показанных на фиг.1, и частотой (этап S13). Диапазон частот упоминается как ISM-диапазон (диапазон частот для применения в промышленности, научных исследованиях и медицине).
Отметим, что микрокомпьютер 700 может сохранить только соотношение между отраженной мощностью и частотой в случае, когда отраженная мощность принимает минимальное значение, вместо того, чтобы сохранять соотношение между отраженной мощностью и частотой в полном диапазоне частот, когда частота микроволны свипируется. В этом случае используемая область памяти в микрокомпьютере 700 может быть уменьшена.
Микрокомпьютер 700 затем выполняет обработку извлечения частоты для того, чтобы извлечь конкретную частоту из ISM-диапазона (этап S14).
В обработке извлечения частоты конкретная отраженная мощность (например, минимальное значение) идентифицируется из сохраненных отраженных мощностей, и частота, на которой получена отраженная мощность, извлекается, например, как частота фактического нагревания. Этот конкретный пример будет описан ниже.
Когда микрокомпьютер 700 сохраняет множество наборов соотношений между отраженной мощностью и частотой только в случае, когда отраженная мощность принимает минимальное значение, конкретная частота извлекается из сохраненного множества частот как частота фактического нагревания.
Микрокомпьютер 700 затем устанавливает предопределенную вторую выходную мощность в качестве выходной мощности микроволновой печи 1 (этап S15).
Вторая выходная мощность - это мощность для нагревания объекта, размещенного в корпусе 501, показанном на фиг.1, и соответствует максимальной выходной мощности (оцененной выходной мощности) микроволновой печи 1. Когда номинальная выходная мощность микроволновой печи 1 равна, например, 950 Вт, вторая выходная мощность ранее определена как 950 Вит.
Микрокомпьютер 700 излучает микроволну, имеющую частоту фактического нагревания, в корпус 501 от антенн А1, A2 и A3, используя вторую выходную мощность (этап S16). Это вызывает нагрев объекта, находящегося в корпусе 501 (фактическое нагревание).
Здесь микрокомпьютер 700 управляет, по меньшей мере, одним из вариаторов фазы 351a и 351b, показанных на фиг.1, для непрерывного или постепенного изменения разности фаз между микроволнами, соответственно излученными от противоположных двух антенн А1 и A2 (этап S17).
После этого микрокомпьютер 700 определяет, достигает ли температура объекта, определяемая температурным датчиком TS, показанным на фиг.1, целевой температуры (например, 70°C) (этап S18). Отметим, что целевая температура может быть ранее постоянно установлена или может быть дополнительно вручную установлена пользователем.
Если температура объекта не достигает целевой температуры, микрокомпьютер 700 определяет, превышает ли отраженная мощность, детектированная устройством 600 детектирования отраженной мощности, предопределенное пороговое значение (этап S19). Способ определения порогового значения будет описан ниже.
Если отраженная мощность не превышает ранее определенного порогового значения, микрокомпьютер 700 определяет, истек ли предопределенный период времени (например, 10 секунд) с момента запуска операции измерения таймера на этапе S11 (этап S20).
Если предопределенный период времени не истек, микрокомпьютер 700 повторяет операции на этапах от S18 до S20, поддерживая состояние, когда микроволна, имеющая частоту фактического нагревания, излучается с использованием второй выходной мощности.
Когда температура объекта достигает целевой температуры на этапе S18, микрокомпьютер 700 заканчивает микроволновую обработку.
Кроме того, когда отраженная мощность превышает предопределенное пороговое значение на этапе S19, микрокомпьютер 700 возвращается к операции на этапе S11.
Если предопределенный период времени истек на этапе S20, микрокомпьютер 700 сбрасывает таймер, как показано на фиг.5, и запускает операцию измерения таймера снова (этап S21).
Здесь микрокомпьютер 700 управляет, по меньшей мере, одним из вариаторов фазы 351a и 351b, показанных на фиг.1, таким образом, что разность фаз между микроволнами, соответственно излученными от противоположных двух антенн А1 и A2, возвращается к нулю (этап S22).
Микрокомпьютер 700 устанавливает первую выходную мощность как выходную мощность микроволновой печи 1, как на этапе S12 (этап S23).
Микрокомпьютер 700 затем устанавливает частоту фактического нагревания, извлеченную на этапе S16, как опорную частоту, частично свипирует частоту микроволны в полосе частот в предопределенном диапазоне, включая опорную частоту (например, в полосе частот в диапазоне ± 5 МГц от опорной частоты), и сохраняет соотношение между отраженной мощностью, детектированной устройством 600 детектирования отраженной мощности, и частотой (этап S24).
Микрокомпьютер 700 может сохранить только соотношение между отраженной мощностью и частотой в случае, где отраженная мощность принимает минимальное значение, вместо того, чтобы сохранять отношения между отраженной мощностью и частотой в вышеупомянутом частичном диапазоне частот, когда частота микроволны свипируется. В этом случае используемая область памяти в микрокомпьютере 700 может быть уменьшена.
Диапазон частот, служащий объектом свипирования на этапе S24, является более узким, чем диапазон частот, служащий объектом свипирования на этапе S13, то есть диапазон ISM. Следовательно, период времени, требуемый для свипирования на этапе S24, сделан короче, по сравнению с периодом времени, требуемым для свипирования на этапе S13.
Микрокомпьютер 700 затем выполняет обработку повторного извлечения частоты для извлечения конкретной частоты снова из диапазона частот, служащего объектом свипирования на этапе S24 (этап S25). Обработка повторного извлечения частоты является той же самой, что и обработка извлечения частоты на этапе S14.
Кроме того, микрокомпьютер 700 устанавливает вышеупомянутую вторую выходную мощность в качестве выходной мощности микроволновой печи 1 (этап S26).
Микрокомпьютер 700 вызывает излучение антеннами А1, A2 и A3 микроволны, имеющей частоту фактического нагревания, вновь извлеченную с использованием второй выходной мощности, в корпус 501 (этап S27).
Микрокомпьютер 700 управляет, по меньшей мере, одним из вариаторов фазы 351a и 351b, показанных на фиг.1, чтобы непрерывно или постепенно изменять разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от противоположных двух антенн А1 и A2 (этап S28), как в операции на этапе S17.
После этого микрокомпьютер 700 выполняет операции на этапах от S29 до S31, как на предшествующих этапах от S18 до S20. Когда отраженная мощность превышает предопределенное пороговое значение на этапе S30, микрокомпьютер 700 возвращается к операции на этапе S11, показанной на фиг.4. Когда предопределенный период времени истек на этапе S31, микрокомпьютер 700 возвращается к операции на этапе S21.
(1-4) Разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от противоположных антенн
Как описано выше, на этапах S17 и S28 микрокомпьютер 700 изменяет разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от противоположных двух антенн А1 и A2, во время фактического нагревания объекта. Причина, по которой микрокомпьютер таким образом выполняет управление, описана ниже.
Эти две антенны А1 и A2 из трех антенн А1, A2 и A3 в корпусе 501 противоположны друг другу в горизонтальном направлении, как описано выше. Таким образом, предполагается, что на оси, соединяющей противоположные две антенны А1 и A2, микроволны, соответственно излученные от антенн А1 и A2, интерферируют друг с другом.
На фиг.6 показана диаграмма для объяснения взаимной интерференции между микроволнами, соответственно излученными от антенн А1 и A2, показанных на фиг.1. Фиг.6(a) иллюстрирует состояние, где микроволны соответственно излучаются с той же самой фазой (разность фаз равна нулю градусов) от антенн А1 и A2.
Как показано на фиг.6(a), интенсивности микроволн, соответственно излучаемых от антенн А1 и A2, изменяются синусоидальным образом. На фиг.6(a) положения антенн А1 и A2 соответственно сдвинуты в продольном направлении для пояснения интенсивностей микроволн, соответственно излучаемых от антенн А1 и A2.
Фиг.6(b)-6(e) показывают временные изменения в интенсивностях микроволн в положениях x1, x2, x3 и x4. Положения xl, x2, x3 и x4 находятся на оси сх, соединяющей антенны А1 и A2. На фиг.6(b)-6(e) вертикальная ось указывает интенсивность микроволны, а горизонтальная ось указывает время.
Соответствующие интенсивности микроволн в положениях от x1 до x4 получаются путем синтезирования микроволн, соответственно излученных антеннами А1 и A2. Сравнение фиг.6(b) с 6(e) показывает, что амплитуда интенсивности микроволны принимает максимальное значение в положении x1, является средней в положениях x2 и x4 и становится нулем в положении x3.
В микроволновой печи 1, чем больше амплитуда интенсивности микроволны, тем выше становится повышение температуры объекта. С другой стороны, чем меньше амплитуда интенсивности микроволны, тем ниже повышение температуры объекта.
Следовательно, в этом примере температура объекта может быть максимально повышена в положении x1 и умеренно повышается в положениях x2 и x4. С другой стороны, температура объекта по существу не повышается в положении x3.
Предположим, что разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от антенн A2 и А1, изменяется. На фиг.7 показана диаграмма для пояснения взаимной интерференции между микроволнами, соответственно излучаемыми от антенн А1 и A2, показанных на фиг.1, в случае, где разность фаз между ними изменяется.
Когда разность фаз между микроволнами, соответственно излученными от антенн А1 и A2, изменяется, как показано на фиг.7(a), состояние взаимной интерференции между микроволнами, соответственно излученными от антенн А1 и A2, также изменяется.
Фиг.7(b)-7(e) показывают временные изменения в интенсивностях микроволн в положениях xl, x2, x3 и x4. Также на фиг.7(b)-7(e) вертикальная ось указывает интенсивность микроволн, а горизонтальная ось указывает время.
Сравнение фиг.7(b)-7(e) показывает, что амплитуда интенсивности микроволны умеренна в положениях x1, x3 и x4 и равна нулю в положении x2.
Следовательно, в этом случае температура объекта может быть умеренно повышена в положениях xl, x3 и x4. С другой стороны, температура объекта по существу не повышается в положении x2.
Исходя из описанного выше, изобретатели пришли к выводу, что состояние взаимной интерференции между противоположно излучаемыми микроволнами можно легко изменить, изменяя разность фаз между микроволнами, и в результате пришли к тому, что распределение интенсивностей микроволн (распределение электромагнитной волны) в микроволновой печи 1 может быть легко изменено путем изменения разности фаз между микроволнами.
Хотя выше описана интерференция между микроволнами на оси сх, соединяющей антенны А1 и A2, полагается, что взаимная интерференция между микроволнами, соответственно излученными от антенн А1 и A2, происходит в пространстве вокруг оси сх, соединяющей антенны А1 и A2.
Изобретатели провели следующий тест, чтобы подтвердить, что неоднородность распределения электромагнитных волн изменяется в зависимости от разности фаз между микроволнами, соответственно излученными от противоположных двух антенн А1 и A2.
На фиг.8-10 показаны диаграммы, иллюстрирующие содержание эксперимента для исследования соотношения между разностью фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от противоположных двух антенн А1 и A2, и распределением электромагнитных волн в корпусе 501, а также результаты эксперимента.
На фиг.8(a) показано поперечное сечение корпуса 501, показанного на фиг.1. В этом эксперименте множество чашек CU, содержащих заданное количество воды, было сначала размещено в корпусе 501.
Микроволны были соответственно излучены от противоположных двух антенн А1 и A2. После этого излучение микроволн было остановлено на предопределенный период времени, и повышение температуры воды за счет излучения микроволн было измерено в центре каждой из чашек CU (точка P на фиг.8(a)).
Множество разностей фазы было установлено между микроволной, излученной от антенны А1, и микроволной, излученной от антенны A2, и микроволны излучались множество раз для каждой из установленных разностей фаз. В этом эксперименте разность фаз была установлена на 40 градусов от 0 градусов до 320 градусов.
Таким образом, изобретатели исследовали распределение электромагнитных волн для микроволн путем измерения повышения температуры воды, находящейся в горизонтальной плоскости в корпусе 501. Этот эксперимент позволяет установить, что энергия электромагнитной волны высока в области, где повышение температуры воды высоко, и низка в области, где повышение температуры воды низко.
Фиг.8(b) показывает результаты эксперимента в случае, где разность фаз между микроволнами была установлена на нуль градусов с использованием изотермы, основываясь на повышении температуры воды. Точно так же фиг.8(c)-10(j) показывают результаты эксперимента в случае, где разность фаз между микроволнами была установлена на 40 градусов от 40 до 320 градусов.
Таким образом, результаты эксперимента, представленные на фиг.8(b)-фиг.10(j), показали, что повышение температуры воды значительно изменяется в корпусе 501, и изменение в установленной разности фаз вызывает изменение в вариации повышения температуры.
Когда разность фаз установлена на 120 градусов и 160 градусов, как показано, например, на фиг.9(e) и 9(f), повышение температуры становится значительным в области HR1, близкой к одной боковой поверхности корпуса 501.
С другой стороны, как показано на фиг.10(i) и 10(j), когда разность фазы установлена на 280 градусов и 320 градусов, повышение температуры становится значительным в области HR2, близкой к другой боковой поверхности корпуса 501.
Это позволило изобретателям заметить, что неоднородность распределения электромагнитных волн в корпусе 501 изменяется в зависимости от разности фаз, чтобы прийти к выводу, что можно однородно нагревать объект и концентрически нагревать конкретную часть объекта, изменяя разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от противоположных двух антенн А1 и A2, во время фактического нагревания объекта.
В представленном варианте осуществления вышеупомянутые операции на этапах S17 и S28 позволяют однородно нагревать объект, размещенный в корпусе 501, во время фактического нагревания объекта.
Так как распределение электромагнитных волн в корпусе 501 может быть изменено путем изменения разности фаз, объект, размещенный в корпусе 501, не требуется перемещать в корпусе 501. Кроме того, исключается необходимость в перемещении антенны для излучения микроволн, чтобы изменить распределение электромагнитных волн.
Поэтому исключается необходимость в механизме для перемещения объекта или антенны, а также потребность в обеспечении пространства для перемещения объекта или антенны в корпусе 501. В результате снижается стоимость микроволновой печи 1 и обеспечивается возможность ее миниатюризации.
В настоящем варианте осуществления предполагается, что микрокомпьютер 700 непрерывно или постепенно изменяет разность фазы. Однако когда разность фаз постепенно изменяется, разность фаз может изменяться, например, на 40 градусов или может изменяться на 45 градусов. В этом случае разность фаз, которая изменяется на шаг, не ограничена предыдущими значениями. Однако предпочтительно устанавливать разность фаз на значение, которое является настолько низким, насколько возможно. Это позволяет дополнительно снизить неоднородность нагревания объекта.
Период изменения разности фаз может быть заранее установлен фиксированным или может, при необходимости, вручную устанавливаться пользователем.
При фиксированной установке период изменения разности фаз может, например, изменяться от 0 до 360 градусов за 30 секунд или может изменяться от 0 до 360 градусов за 10 секунд.
Разность фаз не должна обязательно изменяться от 0 до 360 градусов. Например, соотношение между множеством значений разности фаз и распределением электромагнитных волн, соответствующим этим значениям, заранее сохраняется в отдельной памяти в микрокомпьютере 700.
В этом случае микрокомпьютер 700 может выборочно установить множество значений разности фаз в зависимости от состояния нагревания объекта.
Более конкретно множество температурных датчиков TS размещается в корпусе 501. В этом случае температура объекта может быть измерена относительно множества частей, так что распределение температуры объекта может быть известным.
Микрокомпьютер 700 устанавливает разность фаз таким образом, что энергия электромагнитной волны увеличивается в части, где температура объекта низка, на основе соотношения между значениями разности фаз и распределением электромагнитных волн, которое сохранено в отдельной памяти. Это обеспечивает возможность более однородного нагревания объекта.
(1-5) Способ определения первой выходной мощности
Как описано выше, в микроволновой печи 1, показанной на фиг.1, частота микроволновой печи свипируется с использованием первой выходной мощности, прежде чем объект будет нагреваться с использованием второй выходной мощности, чтобы выполнить обработку извлечения частоты. Причина этого состоит в следующем.
Отраженная мощность, генерируемая излучением микроволны, изменяется в зависимости от частоты микроволны. При этом, когда элементы схемы, соответственно составляющие микроволновый генератор 300 и микроволновые усилители 400, 410 и 420, показанные на фиг.3, генерируют тепло посредством отраженной мощности, тепло излучается пластинами радиатора 301 и 401, показанными на фиг.2. Когда отраженная мощность увеличивается выше возможностей излучения тепла пластин 301 и 401 радиатора, элементы схемы, соответственно обеспеченные на пластинах 301 и 401 радиатора, могут быть повреждены генерируемым теплом.
Поэтому в настоящем варианте осуществления первая выходная мощность определена таким образом, что отраженная мощность не превышает возможностей излучения тепла пластин 301 и 401 радиатора.
(1-6) Обработка извлечения частоты и обработка повторного извлечения частоты
(1-6-а)
В микроволновой печи 1 согласно настоящему варианту осуществления обработка для свипирования и извлечения частоты микроволны осуществляется перед фактическим нагреванием объекта (см. этапы S13 и 14 на фиг.4).
На фиг.11 представлена диаграмма для пояснения конкретного примера обработки для свипирования и извлечения частоты микроволны.
Фиг.11(a) графически показывает изменение в отраженной мощности в случае, когда частота микроволны свипируется. На фиг.11(a) вертикальная ось указывает отраженную мощность, и горизонтальная ось указывает частоту микроволны.
В этом примере только отраженная мощность в антенне А1, показанной на фиг.1, иллюстрируется на фиг.11(a) для упрощения описания.
Как описано выше, в микроволновой печи 1 согласно настоящему варианту осуществления частота микроволновой печи свипируется по всему диапазону частот ISM перед фактическим нагреванием объекта (см. стрелку SW1). Микрокомпьютер 700 сохраняет соотношения между отраженной мощностью и частотой.
Микрокомпьютер 700 извлекает в качестве частоты фактического нагревания частоту fl, на которой отраженная мощность принимает минимальное значение, например, путем обработки извлечения частоты. Хотя в этом примере поясняется только отраженная мощность в антенне А1, в действительности измеряются все отраженные мощности в антеннах А1, A2 и A3, и частота fl, на котором отраженная мощность принимает минимальное значение, извлекается как действительная частота нагревания.
Это вызывает то, что микроволна, имеющая частоту fl фактического нагревания, излучается от антенны А1 к объекту в корпусе 501 с использованием второй выходной мощности. В результате объект может нагреваться, уменьшая отраженную мощность.
Отметим, что частота микроволны свипируется, например, согласно 0.001 секунды на 0.1 МГц. В этом случае одна секунда требуется для свипирования по полному диапазону частот ISM.
(1-6-b)
Изменение в отраженной мощности в зависимости от частоты (в дальнейшем упоминаемое как частотные характеристики отраженной мощности) зависит от положения, размера, состава, температуры и т.д. объекта в корпусе 501. Следовательно, когда объект нагревается микроволновой печью 1 и температура объекта повышается, частотные характеристики отраженной мощности также изменяются.
Фиг.11(b) графически показывает изменение в частотных характеристиках отраженной мощности за счет нагревания объекта. На фиг.11(b) вертикальная ось указывает отраженную мощность, и горизонтальная ось указывает частоту микроволны. Далее частотные характеристики отраженной мощности во время свипирования перед фактическим нагреванием обозначены сплошной линией, а частотные характеристики отраженной мощности в случае, когда объект нагревается при фактическом нагревании, обозначены прерывистой линией.
Таким же образом, как описано выше, только отраженная мощность в антенне А1, показанной на фиг.1, иллюстрируется на фиг.11(b) для упрощения описания.
Частотные характеристики отраженной мощности изменяются, так что частота, на которой отраженная мощность становится минимумом или принимает минимальные значения, изменяется. На фиг.11(b) g1 указывает частоту, на которой отраженная мощность принимает минимальное значение, когда объект нагревается.
Таким образом, частотные характеристики отраженной мощности также изменяются в зависимости от температуры объекта. Поэтому в микроволновой печи 1 согласно настоящему варианту осуществления обработка для свипирования и повторного извлечения частоты микроволны выполняется для каждого прошедшего или заданного периода времени, когда объект подвергается фактическому нагреванию (см. этапы S24 и S25 на фиг.5).
Однако частота микроволны свипируется в это время в полосе частот в диапазоне ± 5 МГц, причем частота f1, установленная во время фактического нагревания непосредственно перед свипированием, использована как опорная частота (см. стрелку SW2). Это вызывает то, что частота g1, на которой отраженная мощность принимает минимальное значение, будет извлечена снова как новая частота фактического нагревания.
Частота микроволновой печи свипируется в частичной полосе частот в заданном диапазоне, включая частоту фактического нагревания, установленную непосредственно перед свипированием, что обуславливает укорочение периода времени, требуемого для свипирования. Когда частота микроволны свипируется, например, согласно 0.001 секунды на 0.1 МГц, период времени, требуемый для свипирования в полосе частот в диапазоне ± 5 МГц от опорной частоты, составляет 0.1 секунды.
Хотя в настоящем варианте осуществления обработка для свипирования и повторного извлечения частоты в частичном диапазоне частот выполняется в заданных временных интервалах, предпочтительно, чтобы временные интервалы были установлены, например, на 10 секунд, чтобы частотные характеристики отраженной мощности не изменялись в значительной степени путем нагревания объекта.
(1-7) Пороговое значение отраженной мощности
В микроволновой печи 1 согласно настоящему варианту осуществления определяется, не превышает ли отраженная мощность заданного порогового значения во время фактического нагревания объекта (см. этапы S18 на фиг.4 и этап S30 на фиг.5).
Здесь пороговое значение определяется согласно значению, полученному путем добавления 50 Вт к минимальному значению отраженной мощности, детектированной, например, во время обработки извлечения частоты. Поэтому когда отраженная мощность увеличивается выше 50 Вт от ее значения в начале фактического нагревания, микрокомпьютер 700 свипирует частоту микроволны по всему частотному диапазону ISM для выполнения обработки извлечения частоты.
Это может предотвратить существенное увеличение отраженной мощности во время фактического нагревания объекта. Даже когда частотные характеристики отраженной мощности в значительной степени изменяются посредством нагревания объекта, частота микроволны свипируется по всему частотному диапазону ISM, чтобы выполнялась обработка извлечения частоты. Это обеспечивает возможность уменьшения отраженной мощности.
(1-8) Другой пример обработки извлечения частоты
Обработка извлечения частоты может быть выполнена следующим образом. Как показано на фиг.11(a), частотные характеристики отраженной мощности могут в некоторых случаях иметь, например, множество минимальных значений. В этом случае микрокомпьютер 700 может извлечь частоты fl, f2 и f3, соответствующие множеству минимальных значений, как частоты фактического нагревания.
В этом случае микрокомпьютер 700 может переключать частоты fl, f2 и f3 фактического нагревания в этом порядке. Например, микрокомпьютер 700 переключает частоты fl, f2 и f3 фактического нагревания в этом порядке в течение 3 секунд от начала фактического нагревания объекта.
Поэтому когда множество минимальных значений на том же самом уровне существует во время свипирования при фактическом нагревании на множестве частот, соответствующих множеству минимальных значений, объект может подвергаться фактическому нагреванию с использованием микроволны, имеющей частоту, соответствующую каждому из минимальных значений.
(1-9) Эффекты
(1-9-а)
В микроволновой печи 1 согласно настоящему варианту осуществления разность фаз между микроволнами, соответственно излученными от противоположных двух антенн А1 и A2, изменяется во время фактического нагревания объекта. Это приводит к однородному нагреванию объекта, размещенному в корпусе 501.
Так как распределение электромагнитных волн в корпусе 501 может быть изменено путем изменения разности фаз, объект не требуется перемещать в корпусе 501. Кроме того, не требуется перемещать антенну для излучения микроволны, чтобы изменять распределение электромагнитных волн.
Это исключает необходимость в механизме для перемещения объекта или антенны и устраняет необходимость в обеспечении пространства для перемещения объекта или антенны в корпусе 501. В результате снижается стоимость микроволновой печи 1 и обеспечивается возможность ее миниатюризации.
(1-9-b)
Как показано на фиг.1, предусмотрена антенна A3 в дополнение к двум противоположным антеннам А1 и A2, причем антенна A3 не является противоположной антеннам А1 и A2 в корпусе 501 в микроволновой печи 1. Причина для этого состоит в следующем.
Микроволна обладает направленностью. Следовательно, состояние размещения или форма объекта в корпусе 501 не могут в некоторых случаях обеспечить эффективное нагревание объекта с использованием микроволн, соответственно излученных от антенн А1 и A2.
Следовательно, антенна A3, которая излучает микроволну вертикально вверх снизу, предоставляется в дополнение к антеннам А1 и A2, которые в этом примере излучают микроволны вдоль горизонтального направления. Это обеспечивает возможность эффективного нагревания объекта независимо от направленности микроволны.
(1-9-c)
В микроволновой печи 1 согласно настоящему варианту осуществления частота микроволны, на которой отраженная мощность, генерируемая при нагревании объекта, принимает минимальное значение, извлекается обработкой извлечения частоты, прежде чем объект будет подвергнут фактическому нагреванию. Извлеченная частота используется как частота фактического нагревания, которая обеспечивает повышение эффективности преобразования мощности микроволновой печи 1.
Кроме того, в обработке извлечения частоты выходная мощность микроволновой печи 1 устанавливается на первую выходную мощность существенно ниже, чем мощность во время фактического нагревания. Это вызывает значительное излучение тепла пластинами 301 и 401 радиатора, даже когда элементы схемы, соответственно составляющие микроволновую печь 300 и микроволновый усилитель 400, генерируют тепло посредством отраженной мощности, когда частота микроволны свипируется.
В результате надежно предотвращается возможность повреждения отраженной мощностью элементов схем, соответственно предусмотренных на пластинах 301 и 401 радиатора.
(1-9-d)
В настоящем варианте осуществления две антенны А1 и A2 напротив друг друга вдоль горизонтального направления предусмотрены немного ниже центра в вертикальном направлении корпуса 501, как показано на фиг.1. Это позволяет эффективно нагревать объект, размещенный в нижней части корпуса 501, когда микроволновая печь 1 используется.
(1-10) Модификация
Хотя в первом варианте осуществления микрокомпьютер 700 изменяет разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми противоположными антеннами А1 и A2, при каждом запуске фактического нагревания с использованием второй выходной мощности (см. этап S17 на фиг.4) и разность фаз между микроволнами возвращается в ноль каждый раз, когда фактическое нагревание останавливается (см. этап S22 на фиг.5), разность фаз не должна обязательно возвращаться к нулю. Микрокомпьютер 700 может установить разность фаз на заданное значение на этапе S22.
Хотя в настоящем варианте осуществления был описан пример, в котором разность фаз между микроволнами во время фактического нагревания объекта изменяется, чтобы однородно нагреть объект, соотношение между разностью фаз и распределением электромагнитных волн может быть заранее сохранено в отдельной памяти в микрокомпьютере 700, чтобы изменять разность фаз на основе такого соотношения, чтобы концентрично нагревать желательную часть объекта.
Например, разность фаз устанавливается так, что электромагнитное поле интенсивно в, по существу, центральной части области, где объект размещен в корпусе 501. В этом случае даже маленький объект может быть эффективно нагрет.
Хотя вторая выходная мощность принята как максимальная выходная мощность микроволновой печи 1, вторая выходная мощность может быть произвольно вручную установлена пользователем.
Хотя в настоящем варианте осуществления микрокомпьютер 700 определяет, что микроволновая обработка закончена, на основе измеренного значения температуры объекта, которая измеряется температурным датчиком TS, показанным на фиг.1, микроволновая обработка может быть завершена на основе ее времени завершения, вручную установленного пользователем.
В микроволновой печи 1 согласно настоящему варианту осуществления, если происходит взаимная интерференция между микроволнами, соответственно излучаемыми от антенн А1 и A2, антенны А1 и A2 не должны обязательно быть друг напротив друга.
На фиг.12 представлена диаграмма, показывающая другие примеры конфигурации антенн А1 и A2, показанной на фиг.1. В примере, показанном на фиг.12(a), антенна А1 горизонтально размещена в верхней части одной боковой поверхности корпуса 501, а антенна A2 горизонтально размещена на, по существу, центральной части другой боковой поверхности корпуса 501.
В примере, показанном на фиг.12 (b), антенна А1 размещена в верхней части одной боковой поверхности корпуса 501 так, чтобы быть направленной к, по существу, центральной части нижней поверхности корпуса 501, а антенна A2 размещена горизонтально на, по существу, центральной части другой боковой поверхности корпуса 501.
В примере, показанном на фиг.12 (c), антенна А1 размещена на, по существу, центральной части нижней поверхности корпуса 501 так, чтобы быть наклоненной к другой боковой поверхности корпуса 501, а антенна A2 размещена горизонтально на, по существу, центральной части другой боковой поверхности корпуса 501.
В этих случаях микроволны соответственно излучаются от антенн А1 и A2 так, что взаимная интерференция происходит между обеими микроволнами. В результате распределение электромагнитных волн в корпусе 501 изменяется путем изменения разности фаз между обеими микроволнами.
Второй вариант осуществления
Микроволновая печь согласно второму варианту осуществления отличается от микроволновой печи 1 согласно первому варианту осуществления в следующих аспектах.
(2-1) Схема конфигурации и операции микроволновой печи
На фиг.13 представлена блок-схема, показывающая конфигурацию микроволновой печи согласно второму варианту осуществления. Как показано на фиг.13, микроволновая печь 1 согласно второму варианту осуществления отличается от микроволновой печи 1 (Фиг.1) согласно первому варианту осуществления конфигурацией устройства 100 генерации микроволн.
В микроволновой печи 1 согласно настоящему варианту осуществления устройство 100 генерации микроволн включает в себя источник 200 напряжения, два микроволновых генератора 300 и 310 одинаковой конфигурации, распределитель 360 мощности, два вариатора 351a и 351b фазы одинаковой конфигурации, три микроволновых усилителя 400, 410 и 420 одинаковой конфигурации, три устройства 600, 610 и 620 детектирования отраженной мощности одинаковой конфигурации и микрокомпьютер 700.
Конфигурация микроволнового генератора 310 является той же самой, что и у микроволнового генератора 300, описанного в первом варианте осуществления.
Вилка 10 электропитания соединяется с коммерческим источником электропитания так, что напряжение переменного тока (AC) подается на источник 200 напряжения.
Источник 200 напряжения преобразует напряжение AC, поставляемое от коммерческого источника электропитания, в переменное напряжение и напряжение постоянного тока (DC) и подает переменное напряжение на микроволновые генераторы 300 и 310, а напряжение DC - на микроволновые усилители 400, 410 и 420.
Микроволновый генератор 300 генерирует микроволну на основе переменного напряжения, поданного от источника 200 напряжения. Распределитель 360 мощности почти одинаково распределяет микроволну, генерированную микроволновым генератором 300, между вариаторами 351a и 351b фазы.
Каждый из вариаторов 351a и 351b фазы управляется микрокомпьютером 700 для регулировки фазы подаваемой микроволны. Регулирование фазы микроволны каждым из вариаторов 351a и 351b фазы является тем же самым, что и в первом варианте осуществления.
Микроволновые усилители 400 и 410 управляются напряжением DC от источника 200 напряжения, чтобы соответственно усиливать микроволны, подаваемые от вариаторов 351a и 351b фазы. Усиленные микроволны соответственно подаются на антенны А1 и A2, противоположные друг другу вдоль горизонтального направления в корпусе 501, через устройства 600 и 610 детектирования отраженной мощности.
Микроволновый генератор 310 также генерирует микроволну на основе переменного напряжения, подаваемого от источника 200 напряжения. Микроволна, генерируемая микроволновым генератором 310, подается на микроволновый усилитель 420.
Микроволновым усилителем 420 управляется напряжением DC, подаваемым от источника 200 напряжения, чтобы усиливать микроволну, генерируемую микроволновым генератором 300. Усиленная микроволна подается на антенну A3 в корпусе 501 через устройство 620 детектирования отраженной мощности.
(2-2) Эффекты
Как описано выше, в настоящем варианте осуществления источник генерации (микроволновый генератор 310) микроволны, излучаемой от антенны A3, отличается из источника генерации (микроволнового генератора 300) микроволн, соответственно излучаемых от противоположных антенн А1 и A2.
Это обеспечивает то, что частота микроволны, излучаемая от антенны A3, управляется для установки на частоту, отличающуюся от частот микроволн, соответственно излучаемых от других антенн А1 и A2. Это позволяет дополнительно повысить эффективность преобразования мощности.
Конфигурации распределителя мощности и вариатора фазы не требуется предусматривать в тракте передачи микроволны, излучаемой от антенны A3. Это обеспечивает возможность упрощения конфигурации микроволновой печи 1, так что стоимость микроволновой печи 1 снижается, и обеспечивается возможность ее миниатюризации.
Третий вариант осуществления
Микроволновая печь согласно третьему варианту осуществления отличается от микроволновой печи 1 согласно первому варианту осуществления в следующих аспектах.
(3-1) Схема конфигурации и операции микроволновой печи
На фиг.14 представлена блок-схема, показывающая конфигурацию микроволновой печи согласно третьему варианту осуществления. Как показано на фиг.14, микроволновая печь 1 согласно третьему варианту осуществления отличается от микроволновой печи 1 (Фиг.1) согласно первому варианту осуществления конфигурацией устройства 100 генерации микроволн.
В микроволновой печи 1 согласно настоящему варианту осуществления устройство 100 генерации микроволн включает в себя источник 200 напряжения, микроволновый генератор 300, три распределителя 350A, 350B и 350C мощности одинаковой конфигурации, четыре вариатора 351a, 351b, 351c и 351d фазы одинаковой конфигурации, четыре микроволновых усилителя 400, 410, 420 и 430 одинаковой конфигурации, четыре устройства 600, 610, 620 и 630 детектирования отраженной мощности одинаковой конфигурации и микрокомпьютер 700.
Вилка 10 электропитания соединяется с коммерческим источником электропитания так, что напряжение AC подается на источник 200 напряжения.
Источник 200 напряжения преобразует напряжение AC, поставляемое от коммерческого источника электропитания, в переменное напряжение и напряжение DC и подает переменное напряжение на микроволновый генератор 300, а напряжение DC - на микроволновые усилители 400, 410, 420 и 430.
Микроволновый генератор 300 генерирует микроволну на основе переменного напряжения, поданного от источника 200 напряжения, и подает микроволну на распределитель 350А мощности.
Распределитель 350А мощности почти одинаково распределяет микроволну между распределителями 350В и 350С мощности. Распределитель 350В мощности почти одинаково распределяет поданную микроволну между вариаторами 351a и 351b фазы. Распределитель 350С мощности почти одинаково распределяет поданную микроволну между вариаторами 351с и 351d фазы.
Каждый из вариаторов 351a, 351b, 351с и 351d фазы управляется микрокомпьютером 700 для регулировки фазы подаваемой микроволны. Детали описаны ниже.
Микроволновые усилители 400 и 410 управляются напряжением DC от источника 200 напряжения, чтобы соответственно усиливать микроволны, подаваемые от вариаторов 351a и 351b фазы. Усиленные микроволны соответственно подаются на антенны А1 и A2, противоположные друг другу вдоль горизонтального направления в корпусе 501, через устройства 600 и 610 детектирования отраженной мощности.
Кроме того, микроволновые усилители 420 и 430 также управляются напряжением DC от источника 200 напряжения, чтобы соответственно усиливать микроволны, подаваемые от вариаторов 351с и 351d фазы. Усиленные микроволны соответственно подаются на антенны А3 и A4, противоположные друг другу вдоль вертикального направления в корпусе 501, через устройства 620 и 630 детектирования отраженной мощности.
(3-2) Регулирование фазы микроволны
Как показано на фиг.14, в корпусе 501 антенны А1 и A2 противоположны друг другу вдоль горизонтального направления, а антенны A3 и A4 противоположны друг другу вдоль вертикального направления.
Здесь тракт передачи микроволны, излученной от антенны А1, снабжен вариатором 351a фазы, а тракт передачи микроволны, излученной от антенны A2, снабжен вариатором 351b фазы.
Кроме того, тракт передачи микроволны, излученной от антенны A3, снабжен вариатором 351c фазы, а тракт передачи микроволны, излученной от антенны A4, снабжен вариатором 351d фазы.
Таким образом, в настоящем варианте осуществления микрокомпьютер 700 выполняет ту же самую обработку, как и в первом варианте осуществления, относительно двух вариаторов 351a и 351b фазы соответственно противоположным антеннам А1 и A2. Таким образом, микрокомпьютер 700 изменяет разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от двух противоположных антенн А1 и A2, во время фактического нагревания объекта.
Кроме того, микрокомпьютер 700 выполняет ту же самую обработку, как и в первом варианте осуществления, относительно двух вариаторов 351с и 351d фазы соответственно противоположным антеннам А3 и A4. Таким образом, микрокомпьютер 700 изменяет разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от двух противоположных антенн А3 и A4, во время фактического нагревания объекта.
(3-3) Эффекты
В настоящем варианте осуществления разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от антенн А1 и A2, противоположных друг другу вдоль горизонтального направления, изменяется, и разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от антенн A3 и A4, противоположных друг другу вдоль вертикального направления, также изменяется. Таким образом, распределение электромагнитных волн в корпусе 501 в достаточной степени изменяется, что вызывает более однородное нагревание объекта, размещенного в корпусе 501.
В настоящем варианте осуществления объект, размещенный в корпусе 501, нагревается микроволнами, соответственно излучаемыми от антенн А1 и A2, противоположных друг другу вдоль горизонтального направления, и нагревается микроволнами, соответственно излучаемыми от антенн A3 и A4, противоположных друг другу вдоль вертикального направления. Это обеспечивает возможность достаточно эффективного нагревания объекта независимо от направленности микроволн.
Четвертый вариант осуществления
Микроволновая печь согласно четвертому варианту осуществления отличается от микроволновой печи 1 согласно первому варианту осуществления в следующих аспектах.
(4-1) Схема конфигурации и операции микроволновой печи
На фиг.15 представлена блок-схема, показывающая конфигурацию микроволновой печи согласно четвертому варианту осуществления. Как показано на фиг.15, микроволновая печь 1 согласно четвертому варианту осуществления отличается от микроволновой печи 1 (фиг.1) согласно первому варианту осуществления конфигурацией устройства 100 генерации микроволн.
В микроволновой печи 1 согласно настоящему варианту осуществления устройство 100 генерации микроволн содержит источник 200 напряжения, микроволновые генераторы 300 и 310, два распределителя 370 и 380 мощности одинаковой конфигурации, четыре вариатора 351a, 351b, 351с и 351d фазы одинаковой конфигурации, четыре микроволновых усилителя 400, 410, 420 и 430 одинаковой конфигурации, четыре устройства 600, 610, 620 и 630 детектирования отраженной мощности одинаковой конфигурации и микрокомпьютер 700.
Вилка 10 электропитания соединяется с коммерческим источником электропитания так, что напряжение AC подается на источник 200 напряжения.
Источник 200 напряжения преобразует напряжение AC, поставляемое от коммерческого источника электропитания, в переменное напряжение и напряжение DC и подает переменное напряжение на микроволновые генераторы 300 и 310, а напряжение DC - на микроволновые усилители 400, 410, 420 и 430.
Микроволновый генератор 300 генерирует микроволну на основе переменного напряжения, поданного от источника 200 напряжения, и подает микроволну на распределитель 350А мощности. Распределитель 350А мощности почти одинаково распределяет микроволну, генерированную микроволновым генератором 300, между вариаторами 351a и 351b фазы.
Микроволновый генератор 310 генерирует микроволну на основе переменного напряжения, поданного от источника 200 напряжения, и подает микроволну на распределитель 380 мощности. Распределитель 380 мощности почти одинаково распределяет микроволну, генерированную микроволновым генератором 310, между вариаторами 351с и 351d фазы.
Каждый из вариаторов 351a, 351b, 351с и 351d фазы управляется микрокомпьютером 700 для регулировки фазы подаваемой микроволны.
Здесь регулирование фазы микроволны каждым из вариаторов 351a, 351b, 351c и 351d фазы является тем же, что и в третьем варианте осуществления.
Микроволновые усилители 400 и 410 управляются напряжением DC от источника 200 напряжения, чтобы соответственно усиливать микроволны, подаваемые от вариаторов 351a и 351b фазы. Усиленные микроволны соответственно подаются на антенны А1 и A2, противоположные друг другу вдоль горизонтального направления в корпусе 501, через устройства 600 и 610 детектирования отраженной мощности.
Кроме того, микроволновые усилители 420 и 430 также управляются напряжением DC от источника 200 напряжения, чтобы соответственно усиливать микроволны, подаваемые от вариаторов 351с и 351d фазы. Усиленные микроволны соответственно подаются на антенны А3 и A4, противоположные друг другу вдоль вертикального направления в корпусе 501, через устройства 620 и 630 детектирования отраженной мощности.
(4-2) Эффекты
В настоящем варианте осуществления разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от антенн А1 и A2, противоположных друг другу вдоль горизонтального направления, изменяется, и разность фаз между микроволнами, соответственно излучаемыми от антенн A3 и A4, противоположных друг другу вдоль вертикального направления, также изменяется. Таким образом, распределение электромагнитных волн в корпусе 501 в достаточной степени изменяется, что вызывает более однородное нагревание объекта, размещенного в корпусе 501. Это обеспечивает достаточно эффективное нагревание объекта независимо от направленности микроволн.
В настоящем варианте осуществления источник генерации (микроволновый генератор 300) микроволн, соответственно излучаемых от антенн А1 и A2, отличается от источника генерации (микроволнового генератора 310) микроволн, соответственно излучаемых от антенн A3 и A4.
Это обеспечивает возможность регулирования частот микроволн, соответственно излучаемых от антенн А1 и A2, для установки на частоты, отличающиеся от частот микроволн, соответственно излучаемых от других антенн A3 и A4. Это обеспечивает возможность дополнительного повышения эффективности преобразования мощности.
Соответствия между элементами в пунктах формулы изобретения и частями в вариантах осуществления
В следующих абзацах поясняются не ограничивающие примеры соответствий между различными элементами, цитированными в пунктах формулы изобретения, приведенных ниже, и элементами, описанными выше в отношении различных предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения.
В вариантах осуществления с первого по четвертый, описанных выше, микроволновая печь 1 является примером устройства микроволновой обработки, микроволновые генераторы 300 и 310 являются примерами микроволнового генератора, антенна А1 является примером первого излучателя, а антенна A2 - примером второго излучателя.
Вариаторы 351a и 351b фазы являются примерами первого вариатора фазы, устройства 600, 610, 620 и 630 детектирования отраженной мощности являются примерами детектора, и микрокомпьютер 700 является примером контроллера.
Кроме того, антенна A3 является примером третьего излучателя, микроволновый генератор 300 является примером первого микроволнового генератора, микроволновый генератор 310 является примером второго микроволнового генератора, антенна A4 является примером четвертого излучателя, и вариаторы фазы 351c и 351d являются примерами второго вариатора фазы.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение применимо к устройствам обработки, которые генерируют микроволны, например микроволновой печи, устройству генерации плазмы, устройству высушивания и устройству поддержки реакции с кислородом.