JP2890661B2

JP2890661B2 - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JP2890661B2
Application number: JP10843290A
Authority: JP
Inventors: 隆柏本; 公明山口; 浩二吉野; 正人要田; 伸一酒井; 智美森山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JPH046322A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、食品の解凍の自動化を達成する高周波加熱
装置に関する。

従来の技術従来、この種の高周波加熱装置（以後電子レンジと呼
ぶ。）の解凍状態の自動化を達成する例としては、第９
図に示すように加熱室２の中に置かれた食品１を均一に
加熱させる均一手段であるターンテーブル13上の食品１
の重量を検出してその重量に対応した解凍加熱シーケン
スを制御手段であるマイコン12が、駆動手段11を制御し
高周波放射手段３の出力の制御を行うものであった。す
なわち、重量センサ32である食品１の重量を検出したな
らば、駆動手段のオンオフを繰り返すことによって食品
の解凍制御を行なうものであった。なお、５は高周波放
射手段を冷却する冷却ファンである。

また、特開昭59−207595号公報にみられるように、食
品１の加熱度合に応じて変化する食品の誘電率変化を検
出して高周波加熱装置を制御するものが示されている。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記のような構成においては、食品の開
始温度がある決められた温度の場合（例えば解凍庫温度
−18℃）や、形状が標準の場合に限り成立するものであ
り、食品の解凍開始温度や形状によっては、食品の煮え
や、未解凍であったりして解凍の仕上がりが不充分であ
った。そこで本発明の目的は、簡単の構成で食品の解凍
を失敗なく実現することを目的とするものである。

課題を解決するための手段上記の目的を達成するために本発明は、食品の解凍状
態を食品の誘電体損失の温度依存性と、高周波放射手段
の発振周波数帯における検波手段の出力との関係から間
接的に把握するものである。そして前記検波手段の信号
をアナログ・デジタル変換する変換器と、制御手段で、
前記信号の時間相対変化量、前記信号の極小点までの経
過時間、前記信号の加熱開始時の信号値、前記信号の極
小点の信号値の少なくとも２つ以上の信号にもとづいて
ファジー推論し、前記高周波放射手段、前記駆動手段、
前記均一手段を制御する構成とするものである。

作用本発明によれば、冷凍食品に対して、高周波放射手段
の信号電波が、冷凍食品の加熱に伴う誘電体損失の増加
によって食品が氷点以下であれば高周波電波は、食品に
吸収されにくいので検波出力は大きく、氷点を越え水分
の部分が増加するとその部分に高周波が吸収され始める
ので検波出力が小さくなる作用を有し、また食品の重量
によって、検波手段の信号が特有の信号変化をするの
で、食品の解凍時間を推定できる作用を有する。

実施例以下、本発明の一実施例について添付図面にもとづい
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例の高周波加熱装置の本体
構成図である。

１は食品、２は加熱室、３は高周波放射手段（以後マ
グネトロンと呼ぶ）、４はマグネトロン３を動作させる
ための高圧トランス、５はマグネトロン３を冷却する冷
却ファン、６はアンテナでマグネトロン３の発振周波数
の1/4波長より短い（本発明では、15mm）ものである。
７は食品の汚れ防止用の誘電体、８は加熱室２に施した
開口部、９は６のアンテナと一体になっている検波手
段、10は検波した信号をアナログ・デジタル変換する変
換器、11はマグネトロン３の高周波電力を可変させる駆
動手段、12は変換後の検波信号に基づいて、ファジー推
論する制御手段（本発明ではマイクロコンピューター）
である。13は、食品１を均一に加熱するための均一手段
のターンテーブルであり、14はターンテーブル13を駆動
するモータである。

第２図は、マグネトロン３の発振信号を検波する検波
手段９の回路図である。15は50オームの抵抗、16は検波
ダイオード（例えば、ショットキーバリアダイオー
ド）、17,18は抵抗、19はコンデンサでこれらによって
マグネトロン３の発振周波数帯において食品１に吸収さ
れない高周波電力を検波し、電圧VSとして検出される。
第１図において加熱室２の開口部６の大きさを適当な寸
法（20mm×4mm）にすることによってマグネトロン３が
加熱室２内に放射する高周波電力の数百ワットの大電力
が検波手段８に入らないようになっている。

第３図は、検波手段８をマイクロストリップラインで
構成した図である。

ある誘電率E_Rを有する誘電体両面銅張基板20上に銅箔
のパターン21,22,23,24,25をエッチングしている。21の
銅箔の部分は第２図15の50オームを形成しているもので
あり、24,25の部分と基板19の反対側に形成したアース
面とスルーホール26で導通している。27,28,29,30は加
熱室２に支持具で取り付けるための穴であり、同様に基
板20の反対側に形成したアース面25と導通してある。

またアンテナ６も基板20の反対側25に銅箔で検波手段
９と一体に構成しているもので21の銅箔の部分とは31の
スルーホールで導通させている。

なおマイクロストリップライン上で検波手段９を構成
することによって、ラインの長さを検波する周波数帯に
合わせて最適に設計するのが容易であり、エッチングで
行っているので寸法精度が向上するものである。

第４図は、加熱室２内に標準（−18℃）の食品１をタ
ーンテーブル13の中央に置いて解凍した時の検波手段９
で検波される加熱開始時の信号電圧値と食品重量との関
係を示す特性図である。

この信号電圧値はターンテーブル13の一周期中（例え
ば10秒）の商用電源（50Hzまたは60Hz）の周波数に同期
してアナログ・デジタル変換器10で変換した信号を積分
したものである。この特性図からわかるように検波電圧
VSと食品１の重量とは、反比例の関係があることがわか
る。これは、食品１の重量が軽いとマグネトロン３の高
周波電力を吸収する量が少なく開口部８を通して相対的
にアンテナ６に検波される電力は多く、逆に食品１の重
量が重いとマグネトロン３の高周波電力を吸収する量が
多く開口部８を通して相対的にアンテナ６に検波される
電力が少なくなるからである。

第５図は、加熱室２内に標準（−18℃）の食品１をタ
ーンテーブル13の中央に置いて解凍した時の食品の重量
をパラメータとして、検波手段９で検波される加熱開始
時からの信号電圧値（ターンテーブル１周期）の時間相
対変化を示す特性図である。

このように食品１の温度が−２℃付近になると、検波
手段９の検波電圧Vsが極小点もしくは、ほとんど変化を
示さない点を示す。これは、食品１の一部が氷点付近に
なると誘電体損失が増加し、その部分に高周波が吸収さ
れ始めるためであり、したがって相対的に検波手段９に
検波される高周波電力が減少し、その後再び食品１の誘
電体損失が減少すると検波電圧は上昇するからである。

この第５図より、次のことがわかる。

食品１の重量が軽いほど極小点が発生する時間が早
い。（図中矢印）極小点の信号電圧値も第４図の様に反比例である。
（図中○で示す）食品１の重量が軽いほど時間相対変化量が大きい。

これらの関係をファジー推論に積極的に利用し、食品
の重量の高確度な推定ができる。

第６図は、加熱室２内に半解凍品（−10℃）の食品１
をターンテーブル13の中央に置いて解凍した時の食品の
重量をパラメーターとして、検波手段９で検波される加
熱開始時からの信号電圧値（ターンテーブル１周期）の
時間相対変化を示す特性図である。

この第６図から次のことがわかる。

第５図に比べて食品１の重量が軽いほど極小点が発生
する時間がさらに早い（図中矢印）極小点の信号電圧値も第４図の様に反比例であり、食
品１の初期温度によらない。（図中○で示す）食品１の重量によらず時間相対変化量が小さい。

これは、食品１が氷点よりやや低めから解凍を始めて
いるからであり、すでに高周波が吸収され始めるからで
ある。この関係をファジー推論に積極的に利用し、食品
の初期の温度の高確度な推定ができる。

まず、一つ目の食品１の重量の推論を説明する。

制御手段12は、第４図に示された加熱開始時の検波電
圧VSの関係式から食品が軽いか、重いか、中くらいの重
さかを判断する。第４図によれば、100グラムは４ボル
ト、300グラムは2.75ボルト、700グラムは１ボルトであ
る。

これらの電圧値で大まかに重量分類推定が標準品（−
18℃）では可能である。

ファジー推論の説明としては、第７図に示すように食
品の重さと信号電圧に対するメンバーシップ関数を定義
する。食品が軽い時のメンバーハップ関数に照らしあわ
せ、信号電圧が４ボルトであったら、これは間違いなく
軽いと判断し、信号電圧が3.2ボルトであったらこれは
0.4ぐらいなので、やや重めと判断する。この様な推論
を以下に述べる関係式にも同様に適用するものである。

二つ目は、極小点の信号電圧値も重量に反比例するか
ら、これからも食品が軽いか、重いか、中くらいの重さ
か判断することが可能である。第５図，第６図によれ
ば、100グラムは2.9ボルト、300グラムは1.85ボルト、7
00グラムは0.55ボルトである。

これらの電圧値でおおまかに重量分類推定が初期温度
によらず可能である。

三つ目は、食品１の重量が軽いほど極小点が発生する
時間が早いことである。第５図によれば、100グラムは3
0秒、300グラムは50秒、700グラムは100秒である。

これらの時間値からおおまかに重量分類推定が可能で
あり、食品の解けかけがわかり、マグネトロン３の出力
の低減のタイミングに利用できる。また、第６図の半解
凍品では、さらに早く極小点が発生し、マグネトロン３
の出力の低減のタイミングが早くなる。

次に食品１の初期温度の推論を説明する。

第５図と、第６図で大きく異なる点は、極小点までの
時間相対変化量の差である。

例えば、100グラムであれば標準品で1.1ボルトも変化
しているのに半解凍品では0.1ボルトしか変化していな
い。

他の重量も同様な傾向である。

また、第６図の半解凍品では、さらに早く極小点の時
間が発生する。

したがって、これらの現象からファジー推論の制御ア
ルゴリズムの一例の概略を第８図を用いて説明する。

まず、加熱開始時の信号電圧と、極小点の信号電圧で
食品１の重量をファジー推論する。

次にまず、加熱開始時の信号電圧と、極小点の信号電
圧の差で食品１の初期温度をファジー推論する。制御手
段12は、その推論結果に基づいて最適な解凍時間を決定
する。すなわち、食品１が100グラムの標準品が２分の
解凍時間であったら、100グラムの半解凍品は、加熱開
始時と極小点の信号電圧の差が少ないので短めの１分40
秒の解凍時間にする制御を行う。

なお、ファジー推論の関係式としては、他に信号の時
間相対変化量、信号の極小点までの経過時間、信号の加
熱開始時の信号値、信号の極小点の信号値のうちの少な
くとも２つ以上の信号にもとづいてファジー推論すれば
よく本発明の一実施例に限定されるものではない。

また、信号電圧としてターンテーブル13の一周期の積
分値を用いたが、加熱開始時のターンテーブル13の一周
期中の最大点で固定して検出してもよく同様に本発明の
一実施例に限定されるものではない。

さらに、マグネトロン３の出力電力を制御するのに駆
動手段10として、インバータ回路を用いてもよく、本発
明の一実施例に限定されるものではない。

発明の効果以上述べてきたように本発明によれば、以下に述べる
効果が得られる。

高周波放射手段の周波数帯の高周波を、検波手段で検
出した電圧をアナログ・デジタル変換し、変換した信号
のうち、その時間相対変化量、信号の極小点までの経過
時間、信号の加熱開始時の信号値、信号の極小点の信号
値のうちの少なくとも２つの信号にもとづいてファジー
推論をする構成なので、信号電圧の絶対値のばらつき
や、食品の重さ、初期温度によらず最適な解凍時間に制
御し、失敗なく食品の解凍の自動化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の高周波加熱装置の本体構成
図、第２図は同装置の検波手段の回路図、第３図は同装
置の検波手段をマイクロストリップライン上に構成した
平面図、第４図は同装置の検波手段の信号値と食品の重
量との関係を示す特性図、第５図は同装置の標準解凍品
の信号値と経過時間に対する特性図、第６図は同装置の
半解凍品の信号値と経過時間に対する特性図、第７図は
同装置の食品が軽い時のメンバーシップ関数を示す特性
図、第８図は同装置のファジー推論する制御アルゴリズ
ムを示すフロー図、第９図は従来の高周波加熱装置の本
体構成図である。１……食品、２……加熱室、３……高周波放射手段、６
……アンテナ、９……検波手段、10……アナログ・デジ
タル変換器、11……駆動手段、12……制御手段、13……
均一手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者要田正人大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者酒井伸一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者森山智美大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平３−219586（ＪＰ，Ａ) 特開平２−44126（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−207595（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−5116（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−204002（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24C 7/02 310 F24C 7/02 340

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】食品を出し入れする加熱室と、前記加熱室
内へ高周波を給電する高周波放射手段と、前記高周波放
射手段を駆動する駆動手段と、前記食品を均一に加熱す
る均一手段と、アンテナと、前記アンテナを介して前記
食品の解凍進行状態を検出する検波手段と、前記検波手
段の信号をアナログ・デジタル変換する変換器と、前記
高周波放射手段、前記駆動手段、前記均一手段を制御す
る制御手段とからなり、前記制御手段は、前記変換器で
変換した後の信号のうち、加熱開始時からの信号の相対
変化量、前記信号の極小点までの経過時間、前記信号の
加熱開始時の信号値、前記信号の極小点の信号値の少な
くとも２つの信号値にもとづいてファジー推論し加熱制
御する高周波加熱装置。
【請求項２】信号電圧は均一手段の１周期毎の変換器で
変換した後の信号の積分値の信号もしくは最大値とする
特許請求の範囲第１項記載の高周波加熱装置。