JP5128025B1 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

高周波加熱装置（１００）は、複数の高周波電力発生ユニット（１０２ｘ）と、高周波電力発生ユニットのそれぞれに設定可能な周波数または位相の値から、前記複数の高周波電力発生ユニットの一部のみが前記高周波を放射する際に適した周波数または位相の値を選択して、一部のみから前記高周波を放射させる制御部（１０３）とを備え、一部の高周波電力発生ユニットが停止した場合などであっても、残りの高周波電力発生ユニットを用いて被加熱物を最適に加熱できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を使った増幅器を有する高周波電力発生ユニットを複数備える高周波加熱装置に関する。

従来の、電子レンジ等の高周波加熱装置では、大電力の高周波発生デバイスとして、マグネトロンが用いられていた。最近では、マグネトロンに代えて、発振器と、半導体素子からなる増幅器とを用いた電子レンジが検討されている（特許文献１）。

特許文献１に記載の電子レンジは、高周波を発生させる発振器を有している。この発振器から発生した高周波は、半導体素子からなる増幅器で増幅される。そして、増幅された高周波は、加熱室内に配置された複数の平面アンテナから、被加熱物へ照射される。

また、照射された高周波のうち、被加熱物によって反射した反射波は、各平面アンテナで受信され、受信された反射波は、受信回路によって検出される。そして、特許文献１に記載の電子レンジでは、高周波の位相を変化させることができる位相変換回路を備え、位相変換回路を使って、高周波の位相を制御する。このことによって、反射波を制御し、比較的好ましい状態で、被加熱物を加熱できる。

特開２０００−３５７５８３号公報

特許文献１に記載の電子レンジでは、長期使用による劣化によって、複数の平面アンテナのうちの一部の平面アンテナから、高周波が照射されなくなることがある。また、照射する高周波電力を小さくするために、複数の平面アンテナのうちの一部のアンテナに対して、高周波を照射しないように設定することも考えられる。

しかし、このような場合において、特許文献１に記載の電子レンジでは、残りの平面アンテナから照射される高周波における位相を、どのように設定するかについては、何ら開示されていない。

本発明は、半導体素子からなる増幅器を有する高周波電力発生ユニットを複数備えた高周波加熱装置において、一部の高周波電力発生ユニットが停止した場合や、一部の高周波電力発生を停止させる場合であっても、他の高周波電力発生ユニットを用いて、被加熱物を最適に（比較的適切に）加熱できる高周波加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の一例である高周波加熱装置（電子レンジなど）は、被加熱物を収納する加熱室と、高周波を前記加熱室内へ放射する複数の高周波電力発生ユニットと、前記複数の高周波電力発生ユニットのそれぞれに設定可能な周波数または位相の値から、前記複数の高周波電力発生ユニットの一部のみが前記高周波を放射する際に適した周波数または位相の値を選択して、選択した前記周波数または位相の値に従って、前記複数の高周波電力発生ユニットの一部のみから前記高周波を放射させる制御部とを備える、高周波加熱装置である。

なお、高周波を放射するとは、例えば、マイクロ波などの、放射により加熱をするのに適切な程度に、十分に高い周波数の電磁波を放射することなどをいう。

本発明によれば、半導体素子からなる増幅器を有する高周波電力発生ユニットを複数備えた高周波加熱装置において、一部の高周波電力発生ユニットが停止した場合や、一部の高周波電力発生を停止させる場合であっても、停止していない高周波電力発生ユニットを用いて、被加熱物を最適に（適切に）加熱することが可能となる。

複数備えた高周波電力発生ユニットを全て使用する場合と、一部が停止した場合とでは、加熱室内の電界分布が変化し、適切な周波数または位相の条件が異なる。しかし、使用する高周波電力発生ユニットの組み合わせに応じて、周波数または位相の値を変更し、加熱室内の電界分布を調整することで、例えば、より確実に、加熱効率が高くできる。

図１は、本発明の実施形態１における高周波加熱装置のブロック図である。 図２は、本発明の実施形態１における電力検出器のブロック図である。 図３は、本発明の実施形態１におけるアルゴリズムの選択フローチャートである。 図４Ａは、本発明の実施形態１における記憶部の概念図である。 図４Ｂは、本発明の実施形態１におけるアルゴリズムが選択される実例を示したフローチャートである。 図５は、本発明の実施形態２における高周波加熱装置のブロック図である。 図６は、本発明の実施形態２におけるアルゴリズムの選択フローチャートである。 図７は、本発明の実施形態３における高周波加熱装置のブロック図である。 図８Ａは、シミュレーション条件を説明する図である。 図８Ｂは、シミュレーション結果を示す図である。 図８Ｃは、シミュレーション結果を示す図である。 図９は、本発明の実施形態２における変形例である高周波加熱装置のブロック図である。 図１０は、対応関係の表を示す図である。 図１１は、高周波加熱装置の処理のフローチャートである。 図１２は、短絡制御部などを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施する形態の一例を説明する。

実施形態の高周波加熱装置１００は、図１に示すように、被加熱物１１０を収納する加熱室１０１と、高周波を加熱室１０１内へ放射する複数の高周波電力発生ユニット１０２ａ〜１０２ｃと、複数の高周波電力発生ユニット１０２ａ〜１０２ｃのそれぞれに設定可能な周波数または位相の値から、複数の高周波電力発生ユニット１０２ａ〜１０２ｃの一部のみが高周波を放射する際に適した周波数または位相の値を選択して、選択した周波数または位相の値に従って、複数の高周波電力発生ユニット１０２ａ〜１０２ｃの一部のみから高周波を放射させる制御部とを備える高周波加熱装置である。

例えば、実施の形態の高周波加熱装置１００は、一般家庭で利用される電子レンジなどである。そして、この高周波加熱装置１００は、被加熱物１１０（例えば、図１での食品など）を収納する加熱室１０１と、高周波を前記加熱室１０１内へ放射する複数（例えば、図１での３個）の高周波電力発生ユニット１０２ｘとを備える。

そして、複数の高周波電力発生ユニット１０２ｘの一部のみが高周波の放射をして被加熱物１１０を加熱する場合（図４ＢのＳ４０２：Ｙｅｓ）もある。ここで、上述の一部は、例えば、図１で示される３個の高周波電力発生ユニット１０２ｘのうちの、高周波電力発生ユニット１０２ｂ、１０２ｃでもよい。

つまり、複数の高周波電力発生ユニット１０２ｘの全部から高周波を放射させる場合（Ｓ４０２：Ｎｏ）と共に、一部のみから高周波を放射させる場合（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）もある。

そして、複数の高周波電力発生ユニット１０２ｘの全部から高周波を放射させる場合（Ｓ４０２：Ｎｏ）に適した周波数または位相の値（例えば、図８Ｂの周波数９Ｆ１を参照）は、一部のみから放射させる際（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）に適した周波数または位相の値（周波数９Ｈ１を参照）とは異なることが考えられる。

そこで、制御部１０３が、周波数または位相の値を複数個（周波数９Ｆ１、９Ｈ１を参照）のうちから選択してもよい。つまり、当該一部のみが高周波を放射する際に適した周波数または位相の値（周波数９Ｈ１を参照）を選択して、選択した周波数または位相の値（周波数９Ｈ１を参照）に従って、前記一部のみから放射させる制御部１０３を備えてもよい。

なお、複数の高周波電力発生ユニット１０２ｘの全部から高周波を放射させる場合に適した周波数または位相の値は、例えば、複数の高周波電力発生ユニット１０２ｘ全部から高周波を放射させる際において（Ｓ４０２：Ｎｏ）、加熱効率が最大になる周波数または位相の値などである。そして、一部のみから放射させる際に適した周波数または位相の値は、例えば、複数の高周波電力発生ユニット１０２ｘの一部のみから高周波を放射させる際に（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）、加熱効率が最大になる周波数または位相の値などである。

なお、例えば、予め、加熱効率が最大になることが確認された周波数または位相の値（周波数９Ｆ１、９Ｈ１を参照）を記憶部に記憶しておき、使用する高周波電力発生ユニットの組み合わせに応じて、記憶部から読み出してもよい。また、周波数や位相を掃引し、加熱効率が最大となる周波数または位相の値を算出するアルゴリズムにより周波数または位相の値を決定してもよい。

これにより、複数の高周波電力発生ユニット１０２ｘ全部から高周波が放射される場合（Ｓ４０２：Ｎｏ）だけでなく、一部のみから放射される場合にも（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）、確実に、適切な条件での放射ができる。これにより、ひいては、例えば、確実に、加熱効率が高くできる。

なお、例えば、制御部１０３は、複数の高周波電力発生ユニットの全部（例えば、図１のアンテナ１０８ａ〜１０８ｃを参照）から高周波が放射される（Ｓ４０２：Ｎｏ）か、一部（例えば、図１のアンテナ１０８ｂ、１０８ｃ）のみから高周波が放射される（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）かを示す情報を取得してもよい。なお、取得される情報の具体例として、後で、図１の情報１０９Ｉ、図７の情報７０１Ｉなどが例示される。

そして、制御部１０３は、取得された当該情報により、複数の高周波電力発生ユニット全部から高周波が放射される場合にのみ（Ｓ４０２：Ｎｏ）、複数の高周波電力発生ユニットの全部から高周波を放射させる場合に適した周波数または位相の値で高周波を放射させる。一方、一部のみから高周波が放射される場合には（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）、一部のみから放射させる際に適した周波数または位相の値で高周波を放射させてもよい。

なお、制御部１０３は、後で詳しく説明されるように、例えば、上述の取得を行う取得部１０３ａと、取得された情報に基づく動作をする放射制御部１０３ｂとを含んでもよい。

（実施形態１）
以下、本発明における実施の形態１における高周波加熱装置１００について、図面を参照して説明する。

図１は、実施の形態１における高周波加熱装置１００のブロック図である。

図１の高周波加熱装置１００は、被加熱物１１０を入れる加熱室１０１と、複数の高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと、制御部１０３と、記憶部１０４と、停止判定器１０９を備える。

加熱室１０１は、複数の高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃからの高周波が、加熱室１０１の外へ漏洩されないように構成されている。また、加熱室１０１は、高周波のエネルギーを閉じ込めて、被加熱物１１０（電子レンジの場合は主に食品）を、効率よく温めることができるようにも構成されている。

つまり、それぞれの高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、高周波を出力する発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを有する。また、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃから出力される高周波を増幅して出力する、半導体素子を用いた増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃを有する。また、増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃから出力される高周波を、加熱室１０１内へ放射する放射器１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを有する。

これらの高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを用いることで、大電力の高周波出力を得ることができる。さらに、複数の高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを用いることで、加熱室１０１における空間電力合成によっても、出力が高くできる。

発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃには、例えば、フェーズ・ロックド・ループ（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）を用いた周波数シンセサイザなどを用いることができる。ＰＰＬを使用した場合には、与えられた周波数のデジタル・データに基づいて、発振周波数が決定される。

増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃに用いる半導体素子には、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）で形成されるＨＦＥＴ（Heterojunction Field Effect Transistor：異種接合２次元電子ガス電界効果トランジスタ）を最終段に用いた多段増幅器などを用いることができる。半導体素子を用いた電力増幅器は、近年の半導体デバイス技術の進化により、電子レンジで使用される２．４ＧＨｚ帯でも、数百Ｗクラスの出力に増幅できる。

放射器１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは、高周波を放射するアンテナである。なお、放射器１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃには、高出力に対応できる構造が必要である。

高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、それぞれ、電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃを備える。放射器１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃから放射された高周波が、加熱室１０１内で反射して、それぞれの高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃへ戻ってくる。それらの高周波（以降、「反射波」と称す）が、それぞれ、電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃにより測定される。なお、電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは、例えば、４分の１波長結合伝送線路などで形成される方向性結合器と、検波ダイオードとで構成することができる。

図２は、電力検出器１０７ａのブロック図である。なお、他の電力検出器１０７ｂ、１０７ｃの構成も、この電力検出器１０７ａと同様な構成であるので、詳しい説明は省略する。

図２の電力検出器１０７ａは、方向性結合器２０１と、検波ダイオード２０２と、終端抵抗により構成されている。方向性結合器２０１は、増幅器１０６ａ（図１）と接続されたポート１（Ｐ１）と、放射器１０８ａと接続されたポート２（Ｐ２）とを結ぶ第１伝送線路を有する。さらに、方向性結合器２０１は、グランドに、抵抗を介して接続されたポート３（Ｐ３）と、検波ダイオード２０２に接続されたポート４（Ｐ４）とを結ぶ、上述された第１伝送線路と平行な第２伝送線路を有する。

検波ダイオード２０２は、ポート４から出力される、高周波の電力を観測することができる。

つまり、ポート１から高周波が入射された場合には、第１伝送線路を介して、ポート２に、高周波の大部分が出力される。ポート２への、高周波の出力と同時に、ポート１から入射された高周波は、第１伝送線路と第２伝送線路との結合量だけ小さくなって、ポート３（Ｐ３）にも出力される。ここで、ポート１から入射された高周波は、ポート４（Ｐ４）には出力されない。一方、ポート２から高周波が入射された場合には、第１伝送線路を介して、ポート１に、入射された高周波の大部分が出力される。ポート１への、高周波の出力と同時に、ポート２へ入射された高周波は、第１伝送線路と第２伝送線路との結合量だけ小さくなって、ポート４にも出力される。ここでも、ポート２から入射された高周波は、ポート３には出力されない。

このような特性を有する方向性結合器２０１のポート４の高周波の出力を、検波ダイオード２０２を用いて観測することによって、放射器１０８ａから戻ってくる反射波１０７Ａの反射量を観測できる。

制御部１０３は、記憶部１０４と、停止判定器１０９と、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃと、電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃとのそれぞれに接続されている。さらに、制御部１０３は、記憶部１０４からアルゴリズムを読み出し、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃへ周波数を指示する機能を有している。なお、制御部１０３は、例えば、ＬＳＩまたはマイクロプロセッサ等で構成できる。

記憶部１０４には、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃから出力される、高周波の周波数の値を決定するためのアルゴリズムが複数記憶されている。

本実施形態では、すべての発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを使用する場合における、すべての発振器の各周波数の値を決定するためのアルゴリズムだけが記憶されるのではない。つまり、本実施形態では、少なくとも１つの発振器を含む、選択可能な発振器の組み合わせがある。それぞれの組み合わせに対して、その組み合わせの各発振器の周波数を決定するためのアルゴリズムが記憶されている。なお、記憶されたアルゴリズムは、各高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃから出力された高周波が、最も十分に、被加熱物１１０へ吸収されるような周波数の値を決定するものである。すなわち、反射波が、最も少なくなるような周波数の値を決定するアルゴリズムである。

なお、記憶部１０４は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）や不揮発性のＲＡＭ（Random Access Memory）で構成できる。

以下に、記憶部１０４に記憶されたアルゴリズムによる具体的な動作について説明する。

まず、制御部１０３は、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが制御できる周波数帯域（例えば、２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚまで）を分割した周波数である、ｆ１からｆｎまで（ｆ１＜ｆ２＜・・・＜ｆｎ：ｎは３以上の自然数）の各周波数に、それぞれの発振器の周波数をスイープさせる。この時に、ｆ１からｆｎまでの各周波数に対する反射波の反射量Ｐｒｅｆｉ（ｉ＝１，・・・ｎ）を、電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃで観測する。

ここで、被加熱物１１０以外での電力損失がないと仮定すれば、被加熱物１１０に吸収された電力Ｐａｂｓｉ（ｉ＝１，・・・ｎ）は、
Ｐａｂｓｉ＝Ｐｏｕｔ−Ｐｒｅｆｉ ・・・・（式１）
で求めることができる。この式により、Ｐａｂｓｉが、より大きい周波数の時には、反射がより少なくて、高周波のエネルギーが被加熱物１１０に、より多く吸収され、加熱効率が高いことがわかる。

制御部１０３は、電力検出器で観測されたＰａｂｓｉに基づいて、最も加熱効率が高くなる、各発振器の周波数の値を決定する。そして、制御部１０３は、決定された値の周波数となるように、各発振器の周波数を設定する。

以上の説明は、すべての発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを使用した場合に、各発振器のうちの全ての周波数の値を決定するためのアルゴリズムについてである。

一方で、発振器の、それぞれの組み合わせに対するアルゴリズムも、例えば、制御対象とする発振器の数が異なるだけで、基本的には同じでもよい。但し、制御対象としない発振器は、停止され、停止された発振器に対応する電力検出器からの出力は無視される。

なお、記憶部１０４に記憶されたアルゴリズムとしては、上記のように、周波数をスイープさせて、最適な周波数の値を決定するアルゴリズムに限らない。つまり、例えば、予め工場出荷前に、選択可能な、発振器の組み合わせのそれぞれに対して、上記のようなアルゴリズムで、各発振器の最適な周波数の値を求めておいて、それらの最適な周波数の値を記憶しておいてもよい。

停止判定器１０９は、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃからの高周波の出力が停止したことを判定する。なお、例えば、増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃからの電流を観測することで、高周波が出力されているかを判定することができる。

続いて、実施形態１における、被加熱物１１０を加熱するためのアルゴリズムを選択する流れを説明する。

図３は、実施形態１の高周波加熱装置１００における、被加熱物１１０を加熱するためのアルゴリズムを選択するフローチャートである。

高周波加熱装置１００の長期間の使用が原因で、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを構成する部品が劣化すること等によって、高周波が出力されない状態（以降、停止した状態とも称する）となることがある。

停止判定器１０９は、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうちの一部が停止したことを判定する（ステップＳ３０１）。高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうちの少なくとも１つが停止したと判定された場合、停止判定器１０９は、次の動作をする。その動作では、いずれの高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃからの、加熱室１０１への高周波の出力が停止したかを示す情報を、制御部１０３へ出力する（ステップＳ３０２）。

制御部１０３は、高周波の出力が停止していない１つ以上の高周波電力発生ユニットを特定する。つまり、それらの１つ以上の高周波電力発生ユニットから選択可能な、高周波電力発生ユニットの組み合わせが１つ以上ある。制御部１０３は、それぞれの組み合わせに対応するアルゴリズムを、記憶部１０４から特定する（ステップＳ３０３）。制御部１０３は、記憶部１０４から特定したアルゴリズムを順に実行し、加熱効率が最も良くなる高周波電力発生ユニットの組み合わせを決定する。また、その最も良くなるときの、各高周波電力発生ユニットの周波数の値を決定する（ステップＳ３０４）。

制御部１０３は、決定した組み合わせに含まれる高周波電力発生ユニットにおける発振器へ、決定した周波数の値を出力する（ステップＳ３０５）。これにより、その発振器は、出力された周波数の値に設定される（ステップＳ３０６）。

この設定された周波数で、高周波電力発生ユニットは、高周波を発振して、加熱室１０１内の被加熱物１１０を加熱する。

図４Ａは、記憶部１０４に記憶されるデータを示す図である。

図４Ｂは、図３のフローチャートの処理によって、加熱条件が切り替えられた場合の例を示した図である。

図４Ａで模式的に示すように、記憶部１０４には、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの全てを使って最適加熱条件となる周波数を決定するアルゴリズムＡ１（アルゴリズム９１）が記憶されている。また、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうち２つを選択して最適加熱条件となる周波数を決定するアルゴリズムＡ２、Ａ３、Ａ４（アルゴリズム９２１〜９２３）が記憶されている。また、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうち１つを選択して最適加熱条件となる周波数を決定するアルゴリズムＡ５、Ａ６、Ａ７（アルゴリズム９３１〜９３４）が記憶されている。

通常、高周波加熱装置１００は、すべての高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを使って最適加熱条件となる周波数を決定するアルゴリズムＡ１で決定した周波数により、加熱をしている。しかしながら、高周波加熱装置１００の経時劣化などによって、１つの高周波電力発生ユニットが停止した場合が考えられる。

図４Ｂのフローチャートに記載の通り、最初は、アルゴリズムＡ１を使って、被加熱物１１０を加熱中である（ステップＳ４０１）。

その後に、高周波電力発生ユニット１０２ａが停止したか否かを、停止判定器１０９が判定する（ステップＳ４０２）。停止したと判定されない場合には（ステップＳ４０２：Ｎｏ）、アルゴリズムＡ１での加熱が続けられ、その判定より後にも、アルゴリズムＡ１での加熱が行われる（Ｓ４０１）。一方で、停止したと判定される場合には（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、次の動作が行われる（Ｓ４０３〜）。つまり、制御部１０３は、高周波電力発生ユニット１０２ａ以外の高周波電力発生ユニット１０２ｂ、１０２ｃを使って最適加熱条件となる周波数を決定するアルゴリズムＡ４、Ａ６、Ａ７に従って順に、実行させる。これにより、制御部１０３は、最も加熱効率が良い高周波電力発生ユニットの組み合わせ、および各高周波電力発生ユニットの周波数の値を決定する（ステップＳ４０３）。

今回の例では、アルゴリズムＡ４に従って決定された周波数において、最も良い加熱効率が得られたと仮定する。そこで、このアルゴリズムＡ４で決定される周波数に従って、高周波電力発生ユニット１０２ｂ、１０２ｃで、加熱を再開する（ステップ４０４）。

以上のような、実施形態１の構成およびフローチャートによって、本実施形態の高周波加熱装置１００は、以下の効果を得ることができる。

高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの少なくとも１つが停止し、停止していない残りの高周波電力発生ユニットで加熱する場合、すべての高周波電力発生ユニットを使用して加熱する場合と比較して、加熱室１０１内のマイクロ波分布が変化する。そのため、残りの高周波電力発生ユニットで加熱するこの場合における、最適になる高周波の周波数の値は、次の値とは異なる。つまり、全ての高周波電力発生ユニットで加熱する場合における、最適になる高周波の周波数の値とは異なる。このため、高い加熱効率を維持して、加熱を継続させるためには、再度、アルゴリズムに従って、高周波の周波数を設定する必要がある。

そこで、本実施形態の高周波加熱装置１００は、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが停止することを見越して、次の記憶をしている。つまり、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃから選択可能な高周波電力発生ユニットの組み合わせがある。それぞれの組み合わせに対して、効率良く加熱するために各高周波電力発生ユニットに設定する周波数の値を決定するアルゴリズムが、予め記憶部１０４に記憶されている。

そして、高周波加熱装置１００は、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの少なくとも１つが停止した場合に、アルゴリズムを選択するつまり、残りの、停止していない高周波電力発生ユニットの全て、または、一部を用いて最適加熱条件となる周波数を決定するためのアルゴリズムの１つ以上を、記憶部１０４から選択する。そして、それらの１つ以上のアルゴリズムのそれぞれを実行することにより、加熱に用いる高周波電力発生ユニットの組み合わせ、および各発振器の周波数の値を決定する。

これらの構成により、一部の高周波電力発生ユニットが停止した場合でも、加熱効率を可能な限り、向上することができる。

なお、本実施形態１では、高周波電力発生ユニットを停止させた場合、停止した高周波電力発生ユニットの検出器も停止していることを前提に説明した。一方、必ずしも、停止した高周波電力発生ユニットの検出器を停止させる必要はない。つまり、高周波電力発生ユニットが停止すると、その高周波電力発生ユニットのアンテナから、高周波を放射することはできないが、アンテナを介して、反射波を検出することは可能である。このため、検出器の機能のみを使用し、最適加熱条件となる周波数を決定してもよい。

例えば、高周波電力発生ユニット１０２ａが停止した場合に、高周波の周波数を再選択する過程において、高周波電力発生ユニット１０２ｂ、１０２ｃのアンテナ１０８ｂ、１０８ｃから放射させ、加熱効率を計算する際に、次の動作が行われてもよい。その動作では、その計算のための反射波の検出では、停止した高周波電力発生ユニット１０２ａの検出器（電力検出器）１０７ａを含む、すべての検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃを使用する。この動作により、高周波の周波数が最適化される。

加熱室１０１内では、高周波の周波数よって、被加熱物１１０での吸収の程度が大きく変化する。例えば、すべての高周波電力発生ユニットで加熱するよりも、一部のみの高周波電力発生ユニットで加熱する方が、加熱効率が高い場合もある。すなわち、投入電力に加熱効率をかけた値の比較によっては、停止していない全ての高周波電力発生ユニットを使うよりも、停止していないそれら全ての高周波電力発生ユニットのうちの一部だけを使う方が良いこともある。特に、半導体素子を用いた発振器と増幅器とを使用した場合、マグネトロンを使用した場合と異なり、周波数を細かく制御でき、かつ位相も制御できるので、加熱室１０１の空間内の電界分布を比較的大きく変化させることができる。

このため、被加熱物の材質や分量、形状によっては、一部の高周波電力発生ユニットを使う方が、良い場合が生じ易くなる。したがって、高周波電力発生ユニットの組み合わせによっては、次のような場合もある。つまり、多くの高周波電力発生ユニットを使うよりも、少ない高周波電力発生ユニットを使う方が、被加熱物１１０の部分に、高周波のエネルギーを集中させることができ、加熱効率も向上させることが可能な場合もある。なお、例えば、加熱効率とは、放射器から放射される高周波のエネルギーが被加熱物にどれだけ吸収されるかを表した効率をいう。

以上のように、高周波電力発生ユニットの少なくとも１つが故障した場合に、停止していない全てのユニットで加熱しないで、一部の高周波電力発生ユニットのみを用いて加熱することで、加熱効率を向上させることができる場合がある。

なお、本実施形態１では、工場出荷時に、すなわち、ユーザが、被加熱物の加熱を始める指示を、高周波加熱装置１００に出す前に、予め、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの一部が停止した場合に使用するアルゴリズムを記憶部１０４に記憶している。これにより、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの一部が停止した場合でも、記憶部１０４に記憶しているアルゴリズムを読み出すだけで対応できる。これにより、短時間に、加熱条件を再選択して、加熱を開始できる。

なお、実施形態１では、記憶部１０４に記憶されたアルゴリズムに従い、高周波加熱装置１００に備え付けられた電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃを用いて計算をした。しかしながら、工場出荷前に、予め、発振器のすべての組み合わせに対して、上記のようなアルゴリズムで、各発振器の最適な周波数の値を求めておいて、その最適な周波数の値を、記憶部に記憶しておいてもよい。その場合には、高周波加熱装置１００において、電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは必ずしも必須の構成ではない。

また、例えば、決定される、それぞれの発振器（発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ）の周波数の値は、次のような値などでもよい。つまり、それぞれの電力検出器（電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ）で観測される反射量が合計された合計量（反射量の平均量）として、最も少ない量を生じさせる周波数の値などでもよい。

なお、例えば、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに、互いに異なる周波数が設定されても良い。つまり、それぞれの発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの周波数を、個別にスイープして、上述された合計量が、最も少ない量となる各周波数の値が、それらの発振器１０５ａ等にそれぞれ設定されても良い。

（実施形態２）
本実施形態２では、実施形態１と比較して、高周波の位相を制御できる点で異なる。以下、本発明の実施形態２における高周波加熱装置５００について、図面を参照して説明する。なお、実施形態１と共通する部分は、適宜、同一符号を記して、重複した説明を省略する。

図５は、本発明の実施形態１における高周波加熱装置５００のブロック図である。

実施形態２は、実施形態１と比較して、発振器１０５ａと増幅器１０６ａとの間に、位相変換器５０１ａを更に備える。そして、発振器１０５ｂと増幅器１０６ｂとの間に、位相変換器５０１ｂを更に備える。そして、発振器１０５ｃと増幅器１０６ｃとの間に、位相変換器５０１ｃを更に備える。

位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃは、制御部１０３に接続されている。そして、位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃは、制御部１０３からの位相情報に基づいて、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃからの高周波の位相を変化させる。これにより、位相が変化した高周波が、位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃから、増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃへと出力される。

記憶部１０４は、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃから出力する高周波の、周波数および位相の値を決定するためのアルゴリズムが複数記憶されている。

本実施形態では、全ての発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを使用する場合の、各発振器の周波数および位相の値を決定するためのアルゴリズムだけが記憶されるのでない。発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃから選択される、１以上の発振器の組み合わせのそれぞれに対応したアルゴリズムが記憶されている。

なお、記憶されたそれぞれのアルゴリズムは、対応する１以上の高周波電力発生ユニットから出力された高周波が、最も被加熱物１１０へ吸収されるような、周波数および位相を決定するものである。すなわち、反射波が最も少なくなるような周波数および位相を決定するアルゴリズムである。

以下に、記憶部１０４に記憶されたアルゴリズムによる具体的な動作について説明する。

まず、制御部１０３は、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが制御できる周波数帯域を分割した周波数である、ｆ１からｆｎまで（ｆ１＜ｆ２＜・・・＜ｆｎ：ｎは３以上の自然数）の各周波数に、それぞれの発振器の周波数をスイープさせる。なお、上述された、制御ができる周波数帯域の一例としては、例えば、２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚまでの周波数帯域が挙げられる。この時に、ｆ１からｆｎまでの各周波数に対する反射波の反射量Ｐｒｅｆｉ（ｉ＝１，・・・ｎ）を、電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃで観測する。

被加熱物１１０以外での電力損失がないと仮定すれば、被加熱物１１０に吸収された電力Ｐａｂｓｉ（ｉ＝１，・・・ｎ）は、
Ｐａｂｓｉ＝Ｐｏｕｔ−Ｐｒｅｆｉ ・・・・（式１）
で求めることができる。この式により、Ｐａｂｓｉが大きい周波数の時には、反射が少なく、高周波のエネルギーが、被加熱物１１０に良く吸収され、加熱効率が高いことがわかる。

制御部１０３は、電力検出器で観測されたＰａｂｓｉに基づいて、最も加熱効率が高くなる、各発振器の周波数を決定する。そして、決定された周波数となるように、各発振器の周波数を設定する。

次に、位相変換器５０１ａが制御できる位相のオフセット量θａについての処理がされる。オフセット量θａとは、発振器の位相に対する、位相変換器５０１ａで調整する位相の変化量である。つまり、位相のオフセット量θａの所定範囲を分割した、位相のオフセット量θａ１からθａｍまで（θ１＜θ２＜・・・＜θｍ：ｍは３以上の自然数）に、位相のオフセット量をスイープさせる。上述の所定範囲は、例えば、０°から３６０°までの範囲である。

周波数をスイープした場合と同様に、θａ１からθａｍまでの各オフセット量に対する反射波の反射量Ｐｒｅｆｊ（ｊ＝１、・・・、ｍ）を、電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃで観測する。

被加熱物１１０以外での電力損失がないと仮定すれば、被加熱物１１０に吸収された電力Ｐａｂｓｊ（ｊ＝１、・・・、ｍ）は、
Ｐａｂｓｊ＝Ｐｏｕｔ−Ｐｒｅｆｊ ・・・・（式２）
で求めることができる。この式により、Ｐａｂｓｊが大きい位相のオフセット量の時には、反射が少なく、高周波のエネルギーが、被加熱物１１０に良く吸収され、加熱効率が高いことがわかる。

制御部１０３は、電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃで観測されたＰａｂｓｊに基づいて、最も加熱効率が高くなる、位相変換器５０１ａの位相のオフセット量を決定する。そして、決定された、位相のオフセット量となるように、位相変換器５０１ａの、位相のオフセット量を設定する。

同様に、位相変換器５０１ｂ、５０１ｃについても、順にオフセット量を決定し、各位相変換器５０１ｂ、５０１ｃの、位相のオフセット量を設定する。

ここで、加熱室１０１内の電磁界分布を制御するためには、必ずしも全ての高周波電力発生ユニットの位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃのオフセット量を設定する必要はない。加熱室１０１内の電磁界分布は、各位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃの相対的な位相差で制御可能である。このため、例えば、制御部１０３は、位相変換器５０１ａを使用せず、位相変換器５０１ｂ、５０１ｃのみに位相変化量を設定してもよい。

以上の説明は、すべての発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを使用した場合に、各発振器のうちの全ての発振器の周波数を決定するためのアルゴリズムについてである。そして、発振器の全ての組み合わせに対するアルゴリズムも、例えば、制御対象とする発振器の数が異なるだけで、基本的には、上述されたアルゴリズムと同じである。

なお、本実施形態２では、制御部１０３は、各発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの周波数を設定後に、各位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃの位相のオフセット量を設定した。一方、設定の順序が前後した、順序が逆の方法が採られてもよい。また、制御部１０３は、各発振器の周波数と、各位相変換器の位相のオフセット量の設定を繰り返し実施し、設定を微調整してもよい。

なお、記憶部１０４に記憶されたアルゴリズムとしては、上記のような動作をさせるようなアルゴリズムに限らない。つまり、例えば、予め工場出荷前に、発振器のすべての組み合わせに対して、上記のようなアルゴリズムで、各発振器の最適な周波数および位相のオフセット量を求めておいて、その、周波数および位相のオフセット量を記憶しておいてもよい。

なお、その他の構成は、例えば、実施形態１と同様である。

続いて、本実施形態２の高周波加熱装置５００における、被加熱物１１０を加熱するためのアルゴリズムを選択する動作を説明する。

図６は、実施形態２の高周波加熱装置５００における、被加熱物１１０を加熱するためのアルゴリズムを選択する処理のフローチャートである。

停止判定器１０９は、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの一部が停止したことを判定する（ステップＳ３０１）。高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうちの少なくとも１つが停止したと判定された場合、停止判定器１０９は、次の出力をする。つまり、何れの高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃからの、加熱室１０１への高周波の出力が停止したかを示す情報を、制御部１０３へ出力する（ステップＳ３０２）。

制御部１０３は、高周波の出力が停止していない１つ以上の高周波電力発生ユニットを特定する。つまり、それらの１つ以上の高周波電力発生ユニットから選択可能な高周波電力発生ユニットの組み合わせがある。制御部１０３は、それぞれの組み合わせに対応するアルゴリズムを、記憶部１０４から特定する（ステップＳ３０３）。制御部１０３は、記憶部１０４から特定したアルゴリズムを順に実行し、加熱効率が最もよくなる高周波電力発生ユニットの組み合わせと、その最もよくなるときの各高周波電力発生ユニットの周波数と位相とを決定する（ステップＳ３０４）。制御部１０３は、決定した組み合わせに含まれる各高周波電力発生ユニットにおける発振器へ、決定した周波数を出力し、位相変換器へ、位相のオフセット量を出力する（ステップＳ５０５）。

決定した組み合わせに含まれる高周波電力発生ユニットにおける発振器と位相変換器とについて、次の動作がされる。つまり、その発振器の周波数と、その位相変換器の、位相のオフセット量とは、それぞれ、制御部１０３から出力された周波数と、位相のオフセット量とに設定される（ステップＳ５０６）。この設定された周波数と位相で、高周波電力発生ユニットは、高周波を発振して、加熱室１０１内の被加熱物１１０を再び加熱する。

以上のような実施形態２の構成およびフローチャートによって、本実施形態の高周波加熱装置５００は、以下の効果を得ることができる。

高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの少なくとも１つが停止し、停止していない残りの高周波電力発生ユニットで加熱する場合、全ての高周波電力発生ユニットを使用して加熱する場合と比較して、加熱室１０１内のマイクロ波分布が変化する。そのため、加熱効率が最適になる高周波の周波数と位相のオフセット量とが、全てで加熱される場合とは異なる。このため、高い加熱効率を維持して加熱を継続させるためには、再度、アルゴリズムに従って、高周波の周波数と位相のオフセット量とを設定する必要がある。

そこで、本実施形態の高周波加熱装置５００は、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが停止することを見越して、次の記憶をしている。つまり、１つ以上の高周波電力発生ユニットを使って効率良く加熱ができる周波数と位相とを決定するためのアルゴリズムを、予め記憶部１０４に記憶している。

また、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの少なくとも１つが停止した場合に、次の選択をする。つまり、制御部１０３は、残りの、停止していない高周波電力発生ユニットの全て、または、一部を用いて、最適加熱条件となる周波数と位相の値を決定するためのアルゴリズムを１つ以上、記憶部１０４から選択する。そして、それらの１つ以上のアルゴリズムを実行することにより、加熱に用いる高周波電力発生ユニットの組み合わせ、および各発振器の周波数と位相変換器の位相のオフセット量とを決定する。

そして、実施形態１と比較して、本実施形態２の構成では、高周波電力発生ユニットの発振器の周波数と、位相変換器の位相のオフセット量との両方を制御する点が異なる。これにより、加熱室１０１内の電界分布をより細かく制御でき、被加熱物１１０への加熱効率は、より高くなる。したがって、一部の高周波電力発生ユニットが停止した場合でも、実施形態１と比較して、加熱効率を、より高い効率に向上することができる。

なお、制御部１０３が、停止していないすべての高周波電力発生ユニットを使用して、加熱をさせるのではない、次のような場合があることは、実施形態１と同様である。つまり、停止していない高周波電力発生ユニットの一部のみの高周波の周波数と位相とを制御するアルゴリズムを記憶部１０４から選択する場合がある。

また、本実施形態では、周波数と位相とを制御したが、周波数を固定した発振器を用いて、位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃの位相のみを制御してもよい。

さらに、記憶部１０４に記憶されたアルゴリズムの具体的な内容は、次の点以外については、実施形態１と同様である。つまり、高周波の周波数に加えて、位相もスイープさせて、高周波の反射量を測定して、被加熱物１１０へ吸収された電力を計算して求める点以外は同様である。

すなわち、記憶部１０４には、複数（１以上）の高周波電力発生ユニットから選択可能な、高周波電力発生ユニットの組み合わせのそれぞれに対応して、アルゴリズムが記憶されている。つまり、被加熱物１１０へ最も大きなエネルギーが吸収される、周波数と位相のオフセット量、すなわち、反射波が最も少なくなる、周波数と位相のオフセット量とを決定するためのアルゴリズムが、記憶部１０４に記憶されている。

なお、実施形態２では、記憶部１０４に記憶されたアルゴリズムに従い、高周波加熱装置５００に備え付けられた電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃを用いて計算をした。しかしながら、工場出荷前に、予め、発振器の全ての組み合わせに対して、上記のようなアルゴリズムで、各発振器の最適な周波数と、各位相変換器の、位相のオフセット量とを求めておいてもよい。求められたその最適な、周波数と、位相のオフセット量とを記憶部に記憶１０４しておく。この場合には、高周波加熱装置５００において、電力検出器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは、必ずしも必須の構成ではない。

次に、シミュレーション結果を用いて、本願発明の効果を説明する。

図８Ａは、加熱室の底面を上方から見た図であり、シミュレーション条件を示している図である。

図８Ａに示すように、幅４１０ｍｍ、奥行き３１４ｍｍ、高さ２３０ｍｍの大きさで構成した加熱室の底面８０１に、４個の平面アンテナ８０１ａ、８０１ｂ、８０１ｃ、８０１ｄを配置している。平面アンテナ８０１ａ、８０１ｂ、８０１ｃ、８０１ｄが配置された４つの位置は、加熱室の底面８０１の中心から等間隔になるようにされた、一辺１２０ｍｍの正方形の４つの頂点の位置である。また、被加熱物として、２８５ｇの水負荷を想定し、この被加熱物に対する加熱効率を計算した。

図８Ｂは、４個すべての高周波電力発生ユニット（高周波電力発生ユニット１０２ａ〜１０２ｄ：図８Ａ参照）を使用した場合と、３個または２個の高周波電力発生ユニットを使用した場合とでの加熱効率を計算した結果の第１の部分を示す図である。

図８Ｃは、その結果の第２の部分を示す図である。

つまり、各アルゴリズムにより決定された、加熱効率が最も良くなる周波数、または、周波数および位相のオフセット量を設定した時の加熱効率を示している。

図８Ｂの（０−１）は、周波数のみを最適化するアルゴリズムを使用して、４個すべての高周波電力発生ユニットの周波数を制御した場合を表している。（０−２）は、周波数と位相のオフセット量を最適化するアルゴリズムを使用して、４個すべての高周波電力発生ユニットの周波数と位相のオフセット量とを制御した場合を表している。周波数のみの最適化では、加熱効率が７８．４％であるのに対し、周波数と位相のオフセット量の両方を最適化することによって、加熱効率を、９４．９８％まで向上させることができる。つまり、これらは、周波数のみの制御よりも、周波数と位相のオフセット量との両方を制御することで、より加熱効率が高くなることを表している。

図８Ｂの（１ａ−１）〜（１ｄ−３）は、高周波電力発生ユニットのうちの１個を停止させた場合の加熱効率を計算した結果である。

（１ａ−１）〜（１ａ−３）は、アンテナ８０２ｄでの、高周波の放射を停止させた場合について示す。

（１ａ−１）は、４個すべての高周波電力発生ユニットを使用し、周波数と位相のオフセット量とを最適化した、上述の（０−２）の、周波数と位相のオフセット量とをそのまま適用して、アンテナ（平面アンテナ）８０１ａ、８０１ｂ、８０１ｃから、高周波を放射した場合の加熱効率を示している。この加熱効率は、（０−２）で示される通り、７１．２５％であり、４個のアンテナを使用して高周波を放射した、上述の（０−２）での加熱効率９４．９８％と比べ、大幅に低下している。つまり、低下した低下幅は、９４．９８−７１．２５＝２３．７３％である。

（１ａ−２）は、アンテナ８０２ｄの高周波の放射を停止させた状態で、４個の高周波電力発生ユニットの電力検出部のデータを使用して、再度、周波数と位相のオフセット量とを最適化した時の加熱効率を示している。この加熱効率は、７６．３６％である。この（１ａ−２）では、（１ａ−１）での加熱効率７１．２５％と比較して、加熱効率が改善しているが、（０−２）の加熱効率９４．９８％と比較すると、かなり低い。

（１ａ−３）は、停止している高周波電力発生ユニットのアンテナ８０２ｄを、加熱室の壁面と短絡させるなどした（例えば、図１２の短絡制御部１０３Ｑがショートさせてもよい）場合の加熱効率を示している。その場合には、停止している高周波電力発生ユニットの電力検出器のデータを使用せず、残りの３個の高周波電力発生ユニットの電力検出器のデータのみを使用して、周波数と位相のオフセット量とを最適化する。この加熱効率は、９３．２９％である。（１ａ−３）におけるこの加熱効率９３．２９％は、先述の（０−２）の加熱効率９４．９８％とほぼ同等である。

同様に、アンテナ８０２ｃに接続している高周波電力発生ユニットが停止した場合の結果を、（１ｂ−１）〜（１ｂ−３）に示している。また、アンテナ８０２ｂに接続している高周波電力発生ユニットを停止した場合の結果を、（１ｃ−１）〜（１ｃ−３）に示している。また、アンテナ８０２ａに接続している高周波電力発生ユニットを停止した場合の結果を、（１ｄ−１）〜（１ｄ−３）に示している。

これらの結果も、上述した、（１ａ−１）〜（１ａ−３）の結果と同様に、停止している高周波電力発生ユニットのアンテナを、加熱室の壁面と短絡させるなどして、（０−２）に近い加熱効率が実現できている。つまり、停止している高周波電力発生ユニットの電力検出器のデータを使用せず、残りの３個の高周波電力発生ユニットの電力検出器のデータのみを使用して、周波数と位相のオフセット量とを最適化する。このことで、近い加熱効率が実現できている（（１ｂ−３）での９１．４２％、（１ｃ−３）での９６．２４％、（１ｄ−３）での８９．０２％を参照）。

図８Ｃは、各高周波電力発生ユニットのうちの２個を停止させた場合の加熱効率を計算した結果を示す図である。

（２ａ−１）〜（２ａ−３）は、アンテナ８０２ｃ、８０２ｄの高周波の放射を停止させた場合である。

（２ａ−１）は、４個すべての高周波電力発生ユニットを使用し、周波数と位相のオフセット量とを最適化した（０−２）の、周波数と位相のオフセット量とをそのまま適用して、アンテナ８０１ａ、８０１ｂから高周波を放射した場合の加熱効率である。この加熱効率は、４８．１６％で、４個のアンテナを使用して、高周波を放射した（０−２）での加熱効率９４．９８％と比べ、大幅に低下している。つまり、この低下での低下幅は、９４．９８−４８．１６＝４６．８２％である。

（２ａ−２）は、アンテナ８０２ｃ、８０２ｄの高周波の放射を停止させた状態で、４個の高周波電力発生ユニットの電力検出部のデータを使用して、再度、周波数と位相のオフセット量とを最適化した時の加熱効率を示す。この加熱効率は、５６．０４％である。上述された（２ａ−１）での加熱効率４８．１６％と比較して、加熱効率が改善しているが、先述の（０−２）の加熱効率９４．９８％と比較すると、かなり低い。

（２ａ−３）は、停止している高周波電力発生ユニットのアンテナ８０２ｃ、８０２ｄを、加熱室の壁面と短絡させるなどし、停止している高周波電力発生ユニットの電力検出器のデータを使用せず、残りの２個の高周波電力発生ユニットの電力検出器のデータのみを使用して、周波数と位相のオフセット量とを最適化した場合の加熱効率を示している。この加熱効率は、８９．９９％である。（２ａ−３）におけるこの加熱効率８９．９９％は、（２ａ−１）、（２ａ−２）での加熱効率４８．１６％、５６．０４％に比べ大幅に改善している。

同様に、アンテナ８０２ｂ、８０２ｃに接続している高周波電力発生ユニットが停止した場合の結果を、（２ｂ−１）〜（２ｂ−３）に示している。また、アンテナ８０２ａ、８０２ｂに接続している高周波電力発生ユニットが停止した場合の結果を、（２ｃ−１）〜（２ｃ−３）に示している。また、アンテナ８０２ａ、８０２ｄに接続している高周波電力発生ユニットが停止した場合の結果を、（２ｄ−１）〜（２ｄ−３）に示している。また、アンテナ８０２ｂ、８０２ｄに接続している高周波電力発生ユニットが停止した場合の結果を、（２ｅ−１）〜（２ｅ−３）に示している。また、アンテナ８０２ａ、８０２ｃに接続している高周波電力発生ユニットが停止した場合の結果を、（２ｆ−１）〜（２ｆ−３）に示している。

これらの結果も、（２ａ−１）〜（２ａ−３）の結果と同様に、停止している高周波電力発生ユニットのアンテナを、加熱室の壁面と短絡させるなどし、停止している高周波電力発生ユニットの電力検出器のデータを使用せず、残りの２個の高周波電力発生ユニットの電力検出器のデータのみを使用して周波数と位相のオフセット量を最適化することで、高い加熱効率が実現できている。

このように、高周波電力発生ユニットの組み合わせのそれぞれに対応したアルゴリズムが予め用意される。つまり、４個全ての高周波電力発生ユニットの電力検出器のデータを使用してでの最適な加熱条件を決定するアルゴリズムが用意されるだけでなく、１個または複数の高周波電力発生ユニットを停止させて、残りの高周波電力発生ユニットの電力検出器のデータを使用してでの最適な加熱条件（周波数と位相の値）を決定するアルゴリズムが用意される。これにより、状況に応じてアルゴリズムを切り替えて使用することにより、高い加熱効率を維持することができる。

さらに、次の各加熱効率がある。つまり、（１ｃ―３）のように、アンテナ８０２ｂに接続している高周波電力発生ユニットを停止させて、残りの高周波電力発生ユニットの周波数と位相のオフセット量とを調整した時の加熱効率（９６．２４％）がある。また、（２ｆ−３）のように、アンテナ８０２ａ、８０２ｃに接続している高周波電力発生ユニットを停止させて、残りの高周波電力発生ユニットの周波数と位相のオフセット量とを調整したときの加熱効率（９６．３６％）がある。これらの各熱効率は、それぞれ、４個すべての高周波電力発生ユニットの周波数と位相のオフセット量とを調整した（０−２）の加熱効率（９４．９８％）よりも高くなっている。

つまり、この点などに鑑みれば、次の動作をすることが考えられる。つまり、長期間の使用が原因で、高周波電力発生ユニットが劣化した場合以外の他の場合（劣化してない場合）にも、１個または複数の高周波電力発生ユニットを、積極的に停止させ、より高い加熱効率で、加熱することもできる。このような、積極的な停止をさせる実施形態を次に説明する。

（実施形態３）
本実施形態３では、実施形態１と比較して、ユーザが、加熱電力を指定できる入力部（図７の入力部７０１）がある点で異なる。以下、本発明の実施形態３における高周波加熱装置７００について、図面を参照して説明する。なお、実施形態１と共通する部分は、同一符号を記して、詳しい説明を省略する。

図７は、本実施形態における高周波加熱装置７００のブロック図である。

実施形態３は、実施形態１と比較して、ユーザ７０１ｕが加熱電力を指定できる入力部７０１を更に備える。入力部７０１は、制御部１０３に接続されている。入力部７０１には、ユーザが、被加熱物１１０を加熱する電力（情報７０１Ｉを参照）を指定できるようになっている。例えば、５００Ｗ、７５０Ｗ、１０００Ｗ等を、ユーザが指定できる。

ユーザ７０１ｕが、入力部７０１から、加熱する電力を指定すると、指定された電力を示す電力情報（図１０第１列参照）は、制御部１０３へ出力される。

制御部１０３は、ユーザ７０１ｕが指定した電力を満たすために、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃから、使用する高周波電力発生ユニットの個数を決定する（図１０第３列、図１１のＳ５１参照）。制御部１０３は、決定した高周波電力発生ユニットの個数（例えば２個）を使って加熱するためのアルゴリズムを、記憶部１０４から特定する。制御部１０３は、特定したアルゴリズムを順に実行し、最も加熱効率が良くなる高周波電力発生ユニットの組み合わせ、および各高周波電力発生ユニットの周波数を決定する（第２、第３列、Ｓ５２ａ、Ｓ５２ｂ参照）。

そして、加熱に使用すると判断した高周波電力発生ユニット（例えば、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ）の発振器へは、決定した周波数を出力する。また、加熱に使用しないと判断した高周波電力発生ユニット（例えば、高周波電力発生ユニット１０２ｃ）の発振器へは、発振を停止する情報を出力する。

以上のように、本実施形態３では、ユーザが、加熱に使用する電力を、適宜選択できる入力部７０１を有し、ユーザが指定した電力に従って、適した個数の高周波電力発生ユニットを決定し、個数に対応したアルゴリズムを選択する。選択したアルゴリズムに従って、最も加熱効率が良くなる、高周波電力発生ユニットの組み合わせ、および各高周波電力発生ユニットの周波数を決定する。高周波電力発生ユニットの一部からの、加熱室１０１への高周波の出力を停止させて、停止させなかった高周波電力発生ユニットには、決定した周波数を出力する。

これらの構成によって、ユーザが指定した電力においても、加熱効率も最大化できる。

なお、実施形態３では、制御部１０３が、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの周波数のみを規定したが、実施形態２のように、位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃを更に備えて、周波数と位相のオフセット量との両方を制御しても良い。また、実施形態２の変形例にもあるように、周波数を固定した発振器を用いて、位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃの位相のオフセット量のみを制御してもよい。

なお、例えば、上述のように、高周波電力発生ユニットの個数が決定されてもよい。そして、決定される個数は、例えば、指定された電力が、より大きい電力であるほど、より多い個数でもよい。

（実施形態４）
本実施形態４では、実施形態１と比較して、ユーザが、省エネモードを選択できる入力部がある点で異なる。

例えば、本発明の実施形態４でのブロック図は、図７に示す、実施形態３でのブロック図と同じである。但し、入力部７０１には、ユーザ７０１ｕ（図７）が、被加熱物１１０を加熱するモードを指定できるようになっている。例えば、最も加熱効率が高い加熱モード（省エネモード）等をユーザが指定できる。ユーザが、入力部７０１から、省エネモードを指定すると、指定されたモードを示す情報（図７の情報７０１Ｉを参照）は、制御部１０３へ出力される。

制御部１０３は、全ての高周波電力発生ユニットから選択可能な高周波電力発生ユニットの組み合わせのそれぞれに対応するアルゴリズムを、記憶部１０４から呼び出す。制御部１０３は、呼び出したアルゴリズムを順に実行し、最も加熱効率が良くなる高周波電力発生ユニットの組み合わせ、および各高周波電力発生ユニットの周波数を決定する。そして、加熱に使用すると判断した高周波電力発生ユニット（例えば、高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ）の発振器へは、決定した周波数を出力する。一方、加熱に使用しないと判断した高周波電力発生ユニット（例えば、高周波電力発生ユニット１０２ｃ）の発振器へは、発振を停止する情報を出力する。

以上のように、本実施形態４では、ユーザが、加熱モードを選択できる入力部７０１を有し、ユーザが指定したモードに従って、選択可能な組み合わせに対応するアルゴリズムを順に実行し、最も加熱効率が良くなる、高周波電力発生ユニットの組み合わせ、および各高周波電力発生ユニットの周波数を決定する。そして、選択したアルゴリズムに従って、高周波電力発生ユニットの一部からの、加熱室１０１への高周波の出力を停止させて、停止させなかった高周波電力発生ユニットには、加熱効率が高くなる周波数を出力する。これらの構成によって、加熱効率を最大化できる。

なお、実施形態４では、制御部１０３が、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの周波数のみを規定したが、実施形態２のように、位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃを更に備えて、周波数と位相のオフセット量との両方を制御しても良い。また、実施形態２の変形例にもあるように、周波数を固定した発振器を用いて、位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃの位相のオフセット量のみを制御してもよい。

また、本実施形態の変形例として、ユーザが、入力部７０１から、加熱時間を指定することも可能である。

この場合には、高周波電力発生ユニットの各組み合わせに対応するアルゴリズムを順に実行し、各組み合わせにおける最も高い加熱効率と加熱電力とから逆算して、指定した時間で、加熱処理が完了するように、高周波電力発生ユニットの組み合わせ、および各高周波電力発生ユニットの周波数を決定する。なお、その際には、被加熱物１１０の重量により、同じ加熱電力であっても、加熱に要する時間が異なる。このため、例えば、加熱室１０１の底面に、重量センサを配置し、被加熱物の重量を正確に測定することにより、加熱時間をより正確に見積もることができる。

（変形した実施形態）
実施形態１から４までのアルゴリズムでは、加熱室１０１からの反射波を測定することによって、高周波の周波数と位相のオフセット量とを最適化した。しかしながら、反射波の中には、次の第１、第２の反射波がある。第１の反射波は、アンテナ端からみた、高周波電力発生ユニット１０２ｘ側のインピーダンスと、加熱室１０１側のインピーダンスとの間の不整合による反射波である。第２の反射波は、各高周波電力発生ユニットから、一旦、加熱室１０１に放射された高周波が、被加熱物１１０で消費されずにアンテナを介して戻ってくる反射波である。これらの２種類の反射波を別々に検出し、いずれかの反射波のみを優先的に制御してもよい。

実施形態１または２において、高周波電力発生ユニットの一部から高周波が放射されなくなった場合には、高周波加熱装置に備え付けられたＬＥＤや液晶等によって、ユーザに故障を知らせても良い。

実施形態１から４までは、３つの高周波電力発生ユニットで説明をしたが、４つ以上の高周波電力発生ユニットを用いても、アルゴリズムを記憶部に記憶しておくことで、同様な効果を得ることができる。

実施形態１から４までは、停止判定器１０９を有しているが、制御部１０３が、停止判定の機能を有することで、停止判定器１０９を無くすこともできる。また、実施形態３、４では、停止判定器１０９を省略してもよい。

実施形態２では、高周波の周波数と位相のオフセット量との両方を設定するアルゴリズムを使用した。一方、周波数を固定した１つの発振器を用いて、位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃの位相のオフセット量のみを設定するアルゴリズムを記憶部１０４に記憶して、使用しても良い。そのような変形例を、図９に示す。

図９は、本発明の実施形態２における変形例である高周波加熱装置８００のブロック図である。

図９に記載の高周波加熱装置８００では、図５の高周波加熱装置５００と比較して、発振器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが、１つの発振器８０１ｘである点で異なる。この発振器８０１ｘからの高周波出力は、各位相変換器５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃへ分配されて、出力される。他の構成は、高周波加熱装置５００と同一である。なお、発振器の数は、１つに限定されない。

なお、こうして、例えば、次の動作がされる。つまり、高周波加熱装置１００では、複数の高周波電力発生ユニット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうち少なくとも１つからの、加熱室への高周波の出力が停止した場合に、次の動作をする。つまり、この場合に、制御部１０３は、停止していない高周波電力発生ユニットを使って被加熱物１１０を加熱する際に最適な位相を決定するアルゴリズムを記憶部１０４から選択する。そして、選択したアルゴリズムに従って、停止していない高周波電力発生ユニットの発振器から出力される高周波の位相を制御する。この構成により、停止していない、残りの高周波電力発生ユニットを用いて加熱した場合においても、加熱効率が高くでき、確実に、高い加熱効率を維持することができる。

なお、一部のみ（例えば、高周波電力発生ユニット１０２ｂ、１０２ｃのみ）での放射がされる場合に（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）、当該一部に含まれないそれぞれの高周波電力発生ユニット１０２ｘ（例えば、高周波電力発生ユニット１０２ａ）のアンテナをショートさせるショート制御部（図１２の短絡制御部１０３Ｑ）が設けられてもよい。

これにより、それらのアンテナのそれぞれが（比較的大きな）負荷となり、加熱により、被加熱物１１０に与えられる熱量が少なくなってしまうのが回避される。

なお、本発明は、装置、システム、集積回路などとして実現できるだけでなく、その装置等を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な、ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体として実現したり、そのプログラムを示す情報、データ又は信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データ及び信号は、インターネット等の通信ネットワークを介して配信してもよい。

なお、本発明について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

本発明は、複数の高周波電力発生ユニットを有する高周波加熱装置において、一部の高周波電力発生ユニットが停止した場合や、一部の高周波電力発生を停止させる場合であっても、停止していない高周波電力発生ユニットを用いて、被加熱物を最適に（比較的適切に）加熱できるので、電子レンジ等の高周波加熱装置として有用である。

確実に、適切な条件（周波数など）での放射ができる。ひいては、例えば、確実に、加熱効率が高くできる。

１００ 高周波加熱装置
１０１ 加熱室
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ 高周波電力発生ユニット
１０２ｘ 複数の高周波電力発生ユニット
１０３ 制御部
１０４ 記憶部
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、８０１ 発振器
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ 増幅器
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ 電力検出器
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ 放射器
１０９ 停止判定器
５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ 位相変換器
７０１ 入力部
８０１ 底面
８０１Ｘ 幅
８０１Ｙ 奥行き
８０２Ｘ 距離
８０２Ｙ 距離
９Ｆ１、９Ｇ１、９Ｈ１ 周波数
９Ｆ２、９Ｇ２、９Ｈ２ 加熱効率
８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、８０２ｄ 平面アンテナ

Claims (11)

1. 被加熱物を収納する加熱室と、
   高周波を前記加熱室内へ放射する複数の高周波電力発生ユニットと、
   前記複数の高周波電力発生ユニットのそれぞれに設定可能な周波数または位相の値から、前記複数の高周波電力発生ユニットの一部のみが前記高周波を放射する際に適した周波数または位相の値を選択して、選択した周波数または位相の値に従って、前記複数の高周波電力発生ユニットの前記一部のみから前記高周波を放射させる制御部と、
   ユーザが、前記複数の高周波電力発生ユニットから前記加熱室内へ放射される高周波の電力を指定する入力部と、
   前記複数の高周波電力発生ユニットの全部に前記高周波を放射させて前記被加熱物を加熱する際に適した周波数または位相の値を決定するアルゴリズムと、前記複数の高周波電力発生ユニットの前記一部のみに前記高周波を放射させて加熱する際に適した周波数または位相の値を決定するアルゴリズムとを含む複数のアルゴリズムを記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、記憶された複数の前記アルゴリズムのうち、指定された前記電力に対応した個数の高周波電力発生ユニットに対応する前記アルゴリズムを実行し、前記アルゴリズムによって決定される、最も加熱効率が高くなる前記高周波電力発生ユニットの組み合わせと、それぞれの前記高周波電力発生ユニットの周波数または位相の値を選択し、選択した前記高周波電力発生ユニットと前記周波数または位相の値に従って、選択した前記組み合わせの高周波電力発生ユニットに前記高周波を放射させる、
   高周波加熱装置。
2. 前記入力部は、ユーザが省エネモードを指定する入力部であり、
   前記制御部は、
   前記省エネモードが指定された場合、
   記憶された前記複数のアルゴリズムのそれぞれを実行し、前記アルゴリズムによって決定される、最も加熱効率が高くなる前記高周波電力発生ユニットの組み合わせと、それぞれの前記高周波電力発生ユニットの周波数または位相の値を選択し、前記周波数または位相の値に従って、選択した前記組み合わせの高周波電力発生ユニットに前記高周波を放射させる、
   請求項１に記載の高周波加熱装置。
3. 前記入力部は、ユーザが加熱時間を指定する入力部であり、
   前記制御部は、
   記憶された前記複数のアルゴリズムのそれぞれを実行し、前記アルゴリズムのそれぞれによって決定される最も高い加熱効率と加熱電力とから逆算して、指定された前記加熱時間で、加熱処理が完了するように、前記高周波電力発生ユニットの組み合わせと、それぞれの前記高周波電力発生ユニットの周波数または位相の値を選択し、前記周波数または位相の値に従って、選択した前記組み合わせの高周波電力発生ユニットに前記高周波を放射させる、
   請求項１に記載の高周波加熱装置。
4. １以上の前記高周波電力発生ユニットのそれぞれは、高周波を出力する発振器と、前記発振器から出力される前記高周波を増幅して出力する増幅器と、前記増幅器から出力される前記高周波を前記加熱室内へ放射する放射器と、を有する、
   請求項１に記載の高周波加熱装置。
5. １以上の前記高周波電力発生ユニットのそれぞれは、高周波を出力する発振器と、前記発振器から出力される前記高周波の位相を変化させて出力する位相変換器と、前記位相変換器から出力される前記高周波を増幅して出力する増幅器と、前記増幅器から出力される前記高周波を、前記加熱室内へ放射する放射器と、を有する、
   請求項１に記載の高周波加熱装置。
6. 前記記憶部は、前記複数のアルゴリズムを、前記被加熱物の加熱が開始されるよりも前から予め記憶する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
7. 高周波を放射することが不能となった前記高周波電力発生ユニットを検出する検出部を備え、
   前記制御部は、前記検出部によって不能となったことが検出された前記高周波電力発生ユニットを除く前記高周波電力発生ユニットの全部または一部のみが前記高周波を放射する際に適した周波数また位相の値を選択して、選択した前記周波数または位相の値に従って、前記不能となったことが検出された高周波電力発生ユニットを除く前記高周波電力発生ユニットの前記全部または一部のみから、前記高周波を放射させる、
   請求項１に記載の高周波加熱装置。
8. 前記制御部は、前記複数の高周波電力発生ユニットのそれぞれに設定可能な周波数または位相の値から、前記複数の高周波電力発生ユニットの一部のみが前記高周波を放射する際に加熱効率が最大となる周波数または位相の値を選択する、
   請求項１に記載の高周波加熱装置。
9. さらに、前記複数の高周波電力発生ユニットの全部に前記高周波を放射させて前記被加熱物を加熱する際に適した周波数または位相の値を決定するアルゴリズムと、前記複数の高周波電力発生ユニットの前記一部のみに前記高周波を放射させて加熱する際に適した周波数または位相の値を決定するアルゴリズムとを含む複数のアルゴリズムを記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、記憶された前記複数のアルゴリズムから所定のアルゴリズムを選択し、選択した前記アルゴリズムにより決定される周波数または位相の値を選択し、選択した前記周波数または位相の値に従って、前記複数の高周波電力発生ユニットの全部または前記一部のみから前記高周波を放射させる、
   請求項１に記載の高周波加熱装置。
10. 高周波を放射することが不能となった前記高周波電力発生ユニットを検出する検出部を備え、
    前記制御部は、前記検出部によって不能となったことが検出された前記高周波電力発生ユニットを除く前記高周波電力発生ユニットの全部または一部のみが前記高周波を放射する際に適した周波数また位相の値を決定するアルゴリズムを選択し、選択した前記アルゴリズムにより決定される周波数または位相の値を選択し、選択した前記周波数または位相の値に従って、前記不能となったことが検出された高周波電力発生ユニットを除く前記高周波電力発生ユニットの全部または前記一部のみから前記高周波を放射させる、
    請求項９に記載の高周波加熱装置。
11. 被加熱物を収納する加熱室と、
    それぞれ高周波を前記加熱室内へ放射する放射器を有する複数の高周波電力発生ユニットと、
    前記複数の高周波電力発生ユニットのそれぞれに設定可能な周波数または位相の値から、前記複数の高周波電力発生ユニットの一部のみが前記高周波を放射する際に適した周波数または位相の値を選択して、選択した周波数または位相の値に従って、前記複数の高周波電力発生ユニットの前記一部のみから前記高周波を放射させる制御部と、
    前記制御部が前記一部のみから高周波を放射させる場合に、当該一部に含まれない前記高周波電力発生ユニットのそれぞれの前記放射器をショートさせるショート制御部とを備える、
    高周波加熱装置。

Images