BRPI1000969A2 - forno de micro-ondas com um sistema de regulação que utiliza sensores de campo - Google Patents
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Abstract
FORNO DE MICRO-ONDAS COM UM SISTEMA DE REGULAçãO QUE UTILIZA SENSORES DE CAMPO. A presente invenção refere-se a um dispositivo de aquecimento de micro-ondas e um método para aquecer uma carga utilizando micro- ondas. O dispositivo de aquecimento de micro-ondas (100) compreende uma cavidade (150) adaptada para receber uma carga e pelo menos duas fontes de micro-ondas (110, 112) para alimentar a energia de micro-ondas para dentro da cavidade através de pelo menos dois orifícios de alimentação (120, 122), respectivamente. O dispositivo de aquecimento de micro-ondas ainda compreende pelo menos dois sensores de campo (160, 162) adaptados para medir as intensidades de campo da energia de micro-ondas dentro da cavidade. Um primeiro sensor de campo (160) está disposto em uma primeira localização para medir a intensidade de campo representativa de um modo alimentado de um primeiro orifício de alimentação (120) e um segundo sensor de campo (162) está disposto em uma segunda localização para me- dir a intensidade de campo representativa de um modo alimentado de um segundo orifício de alimentação (122). O dispositivo de aquecimento de mi- cro-ondas ainda compreende uma unidade de controle (180) conectada nas fontes de micro-ondas para regular as fontes de micro-ondas com base nas intensidades de campo medidas. A presente invenção é vantajosa pelo fato de que esta permite um aquecimento uniforme da carga dentro da cavidade.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FORNO DEMICRO-ONDAS COM UM SISTEMA DE REGULAÇÃO QUE UTILIZA SENSORES DE CAMPO".
CAMPO DA TÉCNICA
A presente invenção refere-se ao campo de aquecimento de mi-croondas e em particular à regulação de dispositivos de aquecimento demicro-ondas.
ANTECEDENTES
A arte de aquecimento de micro-ondas envolve a alimentação deenergia de micro-ondas dentro de uma cavidade. Quando aquecendo umacarga na forma de, por exemplo, um alimento por meio de um dispositivo deaquecimento de micro-ondas, existe um número de aspectos os quais preci-sam ser considerados. A maioria destes aspectos é bem conhecida daque-les versados na técnica e incluem, por exemplo, o desejo de obter um aque-cimento uniforme do alimento ao mesmo tempo em que uma quantidademáxima de potência de micro-ondas disponível é absorvida no alimento paraconseguir um grau satisfatório de eficiência.
Como é conhecido de uma pessoa versada na técnica, um a-quecimento desigual quando utilizando a energia de micro-ondas pode serdevido à presença de pontos quentes e frios no campo de modo. As solu-ções tradicionais para eliminar, ou reduzir, o efeito de pontos quentes e friossão a utilização de uma mesa giratória para girar a carga dentro da cavidadedo forno de micro-ondas durante o aquecimento ou a utilização de um assimdenominado "agitador de modo" para alterar continuamente os padrões demodo dentro da cavidade. As desvantagens de tais técnicas são que estasnão são completamente satisfatórias em termos de uniformidade de aqueci-mento e que estas envolvem peças rotativas ou móveis.
Alternativamente, como descrito na US5632921, um forno demicro-ondas com uma disposição quadrática entre uma primeira e uma se-gunda aberturas de alimentação e um deslocamento de fase de noventagraus entre a entrada de micro-ondas de uma primeira alimentação de guiade onda conectado na primeira abertura de alimentação e uma segunda ali-mentação de guia de onda conectado na segunda abertura de alimentaçãopode ser provido para produzir um padrão de micro-ondas rotativo dentro dacavidade, por meio disto produzindo um aquecimento mais uniforme. No en-tanto, uma desvantagem é que tal forno de micro-ondas requer uma estrutu-ra bastante avançada para alimentar as micro-ondas para dentro da cavida-de do forno de micro-ondas e um projeto não-padrão da cavidade.
Assim, existe uma necessidade para prover novos métodos edispositivos que superem estes problemas.
SUMÁRIO
Um objetivo da presente invenção é prover uma alternativa aper-feiçoada para as técnicas acima e a técnica anterior.
Geralmente, é um objetivo da presente invenção prover um dis-positivo de aquecimento de micro-ondas que aperfeiçoa a uniformidade deaquecimento.
Estes e outros objetos da presente invenção são conseguidospor meio de um método e um dispositivo de aquecimento de micro-ondasque têm as características definidas nas reivindicações independentes. Asmodalidades preferíveis da invenção estão caracterizadas pelas característi-cas das reivindicações dependentes.
Com isto, de acordo com um primeiro aspecto da presente in-venção, um dispositivo de aquecimento de micro-ondas como definido nareivindicação 1 está provido. O dispositivo de aquecimento de micro-ondascompreende uma cavidade e pelo menos duas fontes de micro-ondas paraalimentar a energia de micro-ondas para dentro da cavidade através de pelomenos dois orifícios de alimentação, respectivamente. O dispositivo de a-quecimento de micro-ondas ainda compreende pelo menos dois sensores decampo para medir as intensidades de campo da energia de micro-ondasdentro da cavidade e uma unidade de controle para regular as fontes de mi-cro-ondas com base nas intensidades de campo medidas. Um primeiro sen-sor de campo está disposto em uma primeira localização para medir a inten-sidade de campo representativa de um. modo alimentado de um primeiro ori-fício de alimentação, e um segundo sensor de campo está disposto em umasegunda localização para medir a intensidade de campo representativa deum modo alimentado de um segundo orifício de alimentação.
De acordo com o segundo aspecto da presente invenção, ummétodo para aquecer uma carga utilizando micro-ondas como definido nareivindicação 12 está provido.
A presente invenção faz uso de uma compreensão que um dis-positivo de aquecimento de micro-ondas pode estar equipado com pelo me-nos dois sensores de campo para detectar um campo de micro-ondas emlocalizações específicas dentro da cavidade do dispositivo de aquecimentode micro-ondas. O primeiro sensor de campo está disposto em uma primeiralocalização onde a intensidade de campo representativa do modo alimenta-do do primeiro orifício de alimentação pode ser medida enquanto que o se-gundo sensor de campo está disposto em uma segunda localização onde aintensidade de campo representativa do modo alimentado do segundo orifí-cio de alimentação pode ser medida. Será apreciado que a primeira localiza-ção, onde a intensidade de campo representativa do modo alimentado doprimeiro orifício de alimentação pode ser medida, não corresponde a umaúnica localização dentro da cavidade. O mesmo aplica-se para a segundalocalização. Em outras palavras, os sensores de campo podem estar dispos-tos em qualquer posição (ou localização) dentro da cavidade de modo que aintensidade de campo do modo alimentado do primeiro orifício de alimenta-ção é medida pelo primeiro sensor de campo e a intensidade de campo domodo alimentado do segundo orifício de alimentação é medida pelo segundosensor de campo. As fontes de micro-ondas que geram as micro-ondastransmitidas para a cavidade são então reguladas de acordo com as medi-ções feitas com os sensores de campo. Quando de uma mudança ou varia-ção da medição obtida pelos sensores de campo, a unidade de controle dodispositivo de aquecimento de micro-ondas regulará pelo menos um parâ-metro de pelo menos uma das fontes de micro-ondas. O método e o disposi-tivo de aquecimento de micro-ondas da presente invenção são vantajosospelo fato de que o padrão de aquecimento que resulta dos modos alimenta-dos dos orifícios de alimentação para dentro da cavidade pode ser controla-do. Especificamente, o método e o dispositivo de aquecimento de micro-ondas da presente invenção são vantajosos pelo fato de que um aquecimen-to uniforme dentro da cavidade pode ser conseguido.
A presente invenção é também vantajosa pelo fato de que estanão requer nenhuma peça móvel ou rotativa, por meio disto provendo umdispositivo de aquecimento de micro-ondas o qual é mecanicamente confiável.
De acordo com uma modalidade, o primeiro sensor de campopode estar disposto em uma região da cavidade que corresponde a uma in-tensidade de campo máxima para o modo alimentado do primeiro orifício dealimentação e o segundo sensor de campo pode estar disposto em uma re-gião da cavidade que corresponde a uma intensidade de campo máximapara o modo alimentado do segundo orifício de alimentação, o que é vanta-joso pelo fato de que os sinais medidos pelo sensores de campo têm umaamplitude relativamente grande (pelo menos em comparação a sinais medi-dos se os sensores de campo fossém dispostos em regiões da cavidade quecorrespondem a intensidades de campo mínimas), por meio disto aumen-tando a precisão das medições.
De acordo com uma modalidade, o modo alimentado do primeiroorifício de alimentação pode ser um modo de centro quente e o modo ali-mentado do segundo orifício de alimentação pode ser um modo de centrofrio, o que é vantajoso pelo fato de que este provê dois padrões de aqueci-mento complementares, por meio disto facilitando um aquecimento uniformedentro da cavidade.
De acordo com uma modalidade, a unidade de controle podeestar adaptada para regular as fontes de micro-ondas para uma alimentaçãoseqüencial das micro-ondas para dentro da cavidade através dos orifícios dealimentação. Apesar de uma alimentação simultânea das micro-ondas paradentro da cavidade ser também prevista no dispositivo de aquecimento demicro-ondas e no método da presente invenção, uma alimentação seqüenci-al é vantajosa pelo fato de que o risco de desacoplamento de componentesde freqüência indesejados dentro da cavidade é eliminado, ou pelo menosreduzido. A utilização de uma alimentação simultânea de micro-ondas de,por exemplo, duas diferentes freqüências através de dois orifícios de alimen-tação, respectivamente, estes componentes de freqüência indesejados sãoinduzidos devido a um processo de subtração. Ainda, uma alimentação se-quencial é vantajosa em comparação com uma alimentação simultânea pelofato de que o risco de cancelamento de campo dentro da cavidade é elimi-nado, ou pelo menos reduzido.
Um número de parâmetros pode ser regulado pela unidade decontrole. Por exemplo, no caso de alimentação seqüencial, a unidade decontrole pode estar adaptada para regular, para um ciclo de operação, umaordem de seqüência dos orifícios de alimentação para uma alimentação se-qüencial das micro-ondas dentro da cavidade. Ainda, a unidade de controlepode estar adaptada para regular o tempo de operação de cada uma dasfontes de micro-ondas durante uma porção do ciclo de operação (tempo deoperação para a alimentação de cada um dos orifícios de alimentação). Ain-da, a unidade de controle pode estar adaptada para regular o nível de po-tência de saída de pelo menos uma das fontes de micro-ondas. Ainda, a u-nidade de controle pode estar adaptada para regular a freqüência das micro-ondas geradas por pelo menos uma das fontes de micro-ondas. Ainda, ape-sar de ser menos relevante para a alimentação seqüencial, a unidade decontrole pode estar adaptada para regular a fase das micro-ondas geradaspelas fontes de micro-ondas.
No caso de alimentação simultânea, a unidade de controle podeestar adaptada para regular pelo menos um parâmetro do grupo que com-preende a freqüência, o nível de potência de saída e a fase das micro-ondasgeradas por pelo menos uma das fontes de micro-ondas.
De acordo com uma modalidade, o dispositivo de aquecimentode micro-ondas pode ainda compreender pelo menos um sensor adicionaldisposto em uma terceira localização da cavidade para medir a intensidadede campo representativa de um dos modos alimentados do primeiro ou dosegundo orifícios de alimentação, o que é vantajoso pelo fato de que a dis-torção de modo pode ser determinada. Por exemplo, um sensor adicionalpode estar disposto dentro da cavidade para medir uma intensidade decampo representativa do modo alimentado do primeiro orifício de alimenta-ção. Se uma variação na intensidade de campo (ou de sinal) medida peloprimeiro sensor de campo for observada, a diferença ou a comparação entreas intensidades de campo medidas pelo primeiro e pelo sensor adicionalpodem ser utilizadas para determinar se o modo alimentado do primeiro ori-fício de alimentação está distorcido. A unidade de controle pode então seradaptada para, com base em se o modo está distorcido, regular pelo menosum dos parâmetros das fontes de micro-ondas, tal como, por exemplo, a fre-quência e o nível de potência de saída.
Geralmente, uma distorção de modo pode ser causada, por e-xemplo, por uma mudança na carga, tal como uma mudança em geometria,peso ou estado da carga. No exemplo acima, tal mudança pode significarque a primeira fonte de micro-ondas não é operada a uma freqüência quecorresponde a um mínimo de reflexão ou ressonância dentro da cavidade.
Neste caso, a unidade de controle pode estar adaptada para regular a fre-qüência da primeira fonte de micro-ondas de modo que a fonte de micro-ondas seja operada a uma freqüência que corresponde a um mínimo de re-flexão (outros exemplos de regulações possíveis serão a seguir descritos emmais detalhes). Assim, a presente invenção é também vantajosa pelo fato deque esta provê um dispositivo de aquecimento de micro-ondas com uma efi-ciência de energia aperfeiçoada já que as fontes de micro-ondas são opera-das a freqüências que correspondem aos mínimos de reflexão.
De acordo com uma modalidade, o sensor adicional está dispos-to em uma localização que corresponde a uma intensidade de campo míni-ma (ou comparativamente baixa) para o modo alimentado do primeiro ou dosegundo orifícios de alimentação, o que é vantajoso pelo fato de que a sen-sibilidade na detecção de uma distorção de modo é otimizada, ou pelo me-nos aperfeiçoada. Por exemplo, em um caso extremo de distorção de modo,as intensidades medidas pelo primeiro e pelo sensor de campo adicionalpodem ser invertidas, em que o primeiro sensor de campo mede uma inten-sidade de campo mínima e o sensor de campo adicional mede uma intensi-dade de campo máxima.
De acordo com outra modalidade, o dispositivo de aquecimentode micro-ondas pode ainda compreender uma unidade de medição paramedir um sinal refletido da cavidade como uma função da freqüência de ope-ração da fonte de micro-ondas associada com um do primeiro ou do segun-do orifícios de alimentação, o que é vantajoso pelo fato de que pode ser de-terminado se uma variação em uma intensidade de campo medida origina deuma mudança em características de reflexão do primeiro ou do segundo ori-fícios de alimentação. Por exemplo, uma razão para a diminuição da intensi-dade de campo medida no primeiro sensor de campo pode ser o aumento dosinal refletido da cavidade para o primeiro orifício de alimentação. A unidadede controle pode então ser adaptada para regular a fonte de micro-ondasassociada com o primeiro orifício de alimentação consequentemente.
De acordo com uma modalidade, a unidade de controle podeestar adaptada para regular as fontes de micro-ondas de modo que a dife-rença entre as intensidades de campo medidas esteja abaixo de um valorpredeterminado. Alternativamente, a unidade de controle pode estar adapta-da para regular as fontes de micro-ondas de modo que a diferença entre asintensidades de campo medidas esteja compreendida dentro de uma faixapredeterminada. Alternativamente, a unidade de controle pode estar adapta-da para regular as fontes de micro-ondas de modo que a diferença entre asintensidades de campo medidas seja mantida constante.
Para a regulação (ou sintonização) da freqüência, do nível depotência de saída e/ou da fase das micro-ondas alimentadas para dentro dacavidade, as fontes de micro-ondas são de preferência geradores de micro-ondas baseados em estado sólido.
Objetivos, características e vantagens adicionais da presenteinvenção ficarão aparentes quando estudando a descrição detalhada seguin-te, os desenhos e as reivindicações anexas. Aqueles versados na técnicaperceberão que as diferentes características da presente invenção podemser combinadas para criar outras modalidades do que aquelas descritas aseguir.BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
O acima, assim como os objetivos, características e vantagensadicionais da presente invenção, serão melhor compreendidos através dadescrição detalhada ilustrativa e não-limitante seguinte de modalidades pre-feridas da presente invenção, com referência aos desenhos anexos, nosquais:
figura 1 mostra esquematicamente um dispositivo de aquecimen-to de micro-ondas de acordo com uma modalidade da presente invenção;
figura 2 mostra esquematicamente um exemplo de uma unidadede medição para medir as características de reflexão em um orifício de ali-mentação;
figura 3 mostra as características de reflexão para a cavidadeduplamente alimentada mostrada na figura 1 ;
figura 4 mostra um exemplo de ciclo de operação para uma ali-mentação seqüencial;
figura 5 mostra um diagrama de blocos que ilustra as funçõesgerais do dispositivo de aquecimento de micro-ondas de acordo com umamodalidade da presente invenção; e
figura 6 é um esboço geral do método da presente invenção.
Todas as figuras são esquemáticas, não necessariamente emescala, e geralmente somente mostram partes as quais são necessárias demodo a elucidar a invenção, em que outras partes podem ser omitidas oumeramente sugeridas.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Com referência à figura 1, está mostrado um dispositivo de a-quecimento de micro-ondas 100, por exemplo, um forno de micro-ondas, quetem características e funções de acordo com uma modalidade da presenteinvenção.
O forno de micro-ondas 100 compreende uma cavidade 150 de-finida por uma superfície de fechamento. Uma das paredes laterais da cavi-dade 150 pode estar equipada com uma porta 155 para permitir a introduçãode uma carga, por exemplo, um item de alimento, na cavidade 150. Ainda, acavidade 150 está provida com pelo menos dois orifícios de alimentação, umprimeiro orifício de alimentação 120 e um segundo orifício de alimentação122, através dos quais as micro-ondas são alimentadas para dentro da cavi-dade 150 do forno de micro-ondas 100. A cavidade 150 é geralmente feitade metal.
Apesar do forno de micro-ondas 100 descrito com referência àfigura 1 ter uma superfície de fechamento retangular, será apreciado que acavidade do forno de micro-ondas não está limitada a tal forma e pode, porexemplo, ter uma seção transversal circular, ou outras geometrias descreví-veis em coordenadas curvilíneas ortogonais.
O forno de micro-ondas 100 ainda compreende pelo menos duasfontes de micro-ondas 110 e 112 conectadas com o primeiro e o segundoorifícios de alimentação 120 e 122, respectivamente, da cavidade 150 pormeio de linhas de transmissão ou guias de onda 130 e 132, respectivamen-te. No exemplo mostrado na figura 1, guias de onda regulares são utilizadoscomo as linhas de transmissão e as aberturas são do mesmo tamanho que aseção transversal de guia de onda. No entanto, este não é necessariamenteo caso e uma multiplicidade de outras disposições pode ser utilizada taiscomo, por exemplo, sondas E, laços H, hélices, antenas direcionais e corposde alto ε ressonantes dispostos na junção entre a linha de transmissão e acavidade. As linhas de transmissão podem ser, por exemplo, cabos coaxiaisou linhas de fita.
Ainda, o forno de micro-ondas 100 pode compreender comuta-dores (não-mostrados), cada um estando associado com um orifício de ali-mentação disposto na linha de transmissão para parar a alimentação de umrespectivo orifício de alimentação.
Geralmente, a presente invenção é aplicável a fornos que com-preendem uma cavidade projetada para suportar pelo menos dois camposde modo (ou modos).
Em geral, o número e/ou o tipo de campos de modo disponíveisdentro de uma cavidade são determinados pelo projeto da cavidade. O pro-jeto da cavidade compreende as dimensões físicas da cavidade e a localiza-ção do(s) orifício(s) de alimentação dentro da cavidade. As dimensões dacavidade são geralmente denotadas pelos sinais de referência h, d e w paraa altura, a profundidade e a largura, respectivamente, tal como mostrado nafigura 1 provida com um sistema de coordenadas (x, y, z). A cavidade 150está projetada de modo que esta suporte um primeiro modo alimentado doprimeiro orifício de alimentação 120 e um segundo modo alimentado do se-gundo orifício de alimentação 122.
Além disso, os dois modos podem ser selecionados de modoque a interferência seja limitada. Para este propósito, o forno de micro-ondas100 pode opcionalmente compreender uma unidade de medição 166 (mos-trada na figura 5) para medir, ou sendo adaptada para medir, para um dosorifícios de alimentação 120 ou 122, um sinal refletido da cavidade 150 comouma função da freqüência de operação da fonte de micro-ondas 110 ou 112,respectivamente, associada com o orifício de alimentação. Será apreciadoque cada um dos orifícios de alimentação pode estar equipado com tal uni-dade de medição. Como será a seguir descrito em mais detalhes, as micro-ondas transmitidas para uma cavidade pode ser ou absorvidas pela cargadisposta dentro da cavidade, absorvidas por elementos da cavidade tais co-mo as paredes, dissipadas em outras aberturas ou orifícios da cavidade, ourefletidas de volta da cavidade (ou orifício de alimentação). O sinal refletidomedido por uma unidade de medição é representativo da energia refletida dacavidade 150. Por exemplo, um comutador associado com um orifício dealimentação pode compreender uma unidade de medição para medir a po-tência de micro-ondas que é refletida do orifício de alimentação correspon-dente.
Em geral, o sinal refletido medido (em, por exemplo, uma "rami-ficação" de reflexão de circulador) em um orifício de alimentação geralmentedenotado (i+1) pode ser utilizado para determinar a interferência induzidadurante a operação de um orifício de alimentação geralmente denotado i. Osparâmetros de operação para o orifício de alimentação i, tipicamente a fre-qüência das micro-ondas, podem então ser ajustados consequentemente(tipicamente de modo que o sinal medido no orifício de alimentação denota-do (i+1) seja minimizado). Uma medição similar pode ser feita no orifício dealimentação i para ajustar os parâmetros para o orifício de alimentação (i+1).Para o propósito de análise teórica, a assim denominada matriz de dispersãopode ser utilizada, onde cada elemento de matriz pode ser expresso como:
<formula>formula see original document page 12</formula>
No exemplo descrito com referência à figura 1, i = 1 ou 2 e j = 1ou 2. De acordo com a equação 1, o termo Sn corresponde ao sinal que vaido primeiro gerador 110 (associado com o primeiro orifício de alimentação120) e que retorna para o primeiro orifício de alimentação 120 enquanto queo termo S22 corresponde ao sinal que vai do segundo gerador 112 (associa-do com o segundo orifício de alimentação 122) e que retorna para o segundoorifício de alimentação 122. Similarmente, o termo Si2 corresponde ao sinaldetectado no primeiro orifício de alimentação 120 quando o segundo orifíciode alimentação está ativo (o segundo gerador 112 está LIGADO) e o primei-ro orifício de alimentação está inativo (por exemplo, o primeiro gerador 110está DESLIGADO e/ou a alimentação através do primeiro orifício de alimen-tação está bloqueada). O termo S21 corresponde ao sinal detectado no se-gundo orifício de alimentação 122 quando o primeiro orifício de alimentação120 está ativo (o primeiro gerador 110 está LIGADO) e o segundo orifício dealimentação 122 está inativo (o segundo gerador 112 está DESLIGADO e/oua alimentação através do segundo orifício de alimentação 122 está bloqueada).
A medição da reflexão de entrada em um orifício de alimentaçãoprove as informações sobre o acoplamento entre a linha de transmissão e acavidade. Como acima mencionado, as medições podem ser executadasem, por exemplo, uma "ramificação" do circulador.
O resultado de tal medição pode então ser transmitido para ummeio ou unidade de controle 180 (abaixo explicado em mais detalhes) o qualpode utilizar as medições para controlar a freqüência das micro-ondas gera-das pela fonte de micro-ondas correspondente (por exemplo, o controle dafreqüência de operação da fonte de micro-ondas). Um modo para controlarse existe um acoplamento satisfatório com a cavidade 150 é, portanto pelamedição da potência que é refletida de um orifício de alimentação, por e-xemplo, em um comutador. Será apreciado que o nível do sinal refletido noorifício de alimentação pode depender da freqüência das micro-ondastransmitidas. A figura 2 mostra um exemplo preferido de como tal mediçãopode ser provida no caso com um orifício de alimentação, por exemplo, oprimeiro orifício de alimentação 120, o qual compreende uma fenda 183 noplano de solo. Um acoplador direcional 181 está disposto adjacente à linhade transmissão 130 acima, a qual está a montante da fenda 183. O acopla-dor direcional 181 está na forma de uma linha que corre paralela à linha detransmissão 130 através de uma distância a qual corresponde a um quartodo comprimento de onda das micro-ondas na linha 130. Qualquer potênciade micro-ondas sendo refletida será detectada através do acoplador direcio-nal 181 e pode subseqüentemente ser medida em um modo já conhecido.
A unidade de medição 166 pode estar ou integrada como umasubunidade na unidade de controle 180 ou disposta como uma unidade se-parada conectada na unidade de controle 180.
Normalmente, o sinal refletido é medido pela unidade de medi-ção 166 no início de um ciclo de operação. No entanto, como será a seguirexplicado em mais detalhes, a unidade de medição 166 pode também estaradaptada para monitorar o sinal refletido da cavidade 150 dinamicamente,isto é, durante um ciclo de operação. Durante a operação, as freqüências deressonância identificadas no início de um ciclo de operação podem ser utili-zadas como valores de referência para determinar se a freqüência das mi-cro-ondas transmitidas para a cavidade 150 deve ser regulada. A unidade demedição 166 pode estar adaptada para medir o sinal refletido da cavidade150 após um pulso ser enviado pela fonte de micro-ondas 110. Para a sin-cronização das medições em relação ao, ou dentro do, ciclo de operação, oforno de micro-ondas pode ainda compreender um sistema de relógio.
Com referência à figura 3, um exemplo de características de re-flexão para uma cavidade duplamente alimentada, tal como a cavidade 150descrita com referência à figura 1, está mostrado. Para a característica dereflexão representada com uma linha tracejada, um mínimo de reflexão éidentificado a aproximadamente 2410 MHz enquanto que para a característi-ca de reflexão representada com uma linha cheia, um mínimo de reflexão éidentificado a aproximadamente 2450 MHz.
Vantajosamente, a cavidade está projetada para ressonar pordois modos diferentes que resultam em padrões de aquecimento comple-mentares, isto é, resultando em um aquecimento uniforme de uma cargadielétrica disposta dentro da cavidade.
Em geral, uma cavidade com uma carga, por exemplo uma cavi-dade típica de 20-25 litros com uma carga típica de aproximadamente 350 gsuporta (ou pode ser projetada para suportar) dois modos dominantes, porexemplo, um modo de centro quente e um modo de centro frio. Em tal dispo-sitivo de aquecimento de micro-ondas, se a carga estiver centrada dentro dacavidade, o centro da carga é aquecido com o modo de centro quente en-quanto esta não é aquecida, ou no mínimo menos aquecida, com o modo decentro frio. Ao contrário, o modo de centro frio é utilizado para aquecer asregiões que circundam o centro da carga.
Os orifícios de alimentação 120 e 122 podem estar dispostos,em princípio, em qualquer das paredes da cavidade 150. No entanto, existegeralmente uma localização otimizada do orifício de alimentação para ummodo predefinido. Por exemplo, os orifícios de alimentação podem estar lo-calizados em uma parede lateral ou na parede de teto da cavidade 150. Noexemplo mostrado na figura 1, o primeiro orifício de alimentação 120 estádisposto na parte superior de uma parede lateral interna da cavidade, a sa-ber, a parede lateral direita quando abrindo a porta 155 do forno de micro-ondas. O segundo orifício de alimentação 122 está disposto na parte superi-or da parede traseira da cavidade 150, isto é, a parede da cavidade que fa-ceia a parede dianteira provida com uma porta 155. Ainda, pode ser con-templado implementar a presente invenção utilizando mais do que dois orifí-cios de alimentação.
De acordo com uma modalidade, as fontes de micro-ondas 110e 112 são geradores de micro-ondas baseados em estado sólido que com-preendem, por exemplo, componentes de carbureto de silício (SiC) ou denitreto de gálio (GaN). Outros componentes de semicondutor podem tam-bém ser adaptados para constituir as fontes de micro-ondas. Além da possi-bilidade de controlar a freqüência das micro-ondas geradas, as vantagens deum gerador de micro-ondas baseado em estado sólido compreendem a pos-sibilidade de controlar o nível de potência de saída do gerador e uma carac-terística de banda estreita inerente. As freqüências das micro-ondas que sãoemitidas de um gerador baseados em estado sólido usualmente constituemuma faixa estreita de freqüências tais como 2,4 a 2,5 GHz. No entanto, apresente invenção não está limitada a tal faixa de freqüências e as fontes demicro-ondas baseadas em estado sólido 110 e 112 poderiam ser adaptadaspara emitir em uma faixa centrada em 915 MHz, por exemplo 875-955 MHz,ou qualquer outra faixa de freqüência (ou largura de banda) adequada. Apresente invenção é, por exemplo, aplicável para as fontes padrão que têmfreqüências de banda média de 915 MHz, 2450 MHz, 5800 MHz e 22,125GHz. Alternativamente, as fontes de micro-ondas 110 e 112 podem sermagnétrons controláveis por freqüência tais como aqueles descritos no do-cumento GB2425415.
Ainda, o dispositivo de aquecimento de micro-ondas 100 com-preende pelo menos dois sensores de campo 160 e 162. Um primeiro sensorde campo 160 está disposto em uma primeira localização para medir a in-tensidade de campo representativa do modo alimentado do primeiro orifíciode alimentação 120 e um segundo sensor de campo 162 está disposto emuma segunda localização para medir a intensidade de campo representativado modo alimentado do segundo orifício de alimentação 122.
Diferentes tipos de sensores de campo para medir as intensida-des de campo de micro-ondas são conhecidos por pessoas versadas na téc-nica. A presente invenção não está limitada a um único tipo de sensor decampo de micro-ondas e, geralmente, qualquer tipo de sensor de campo demicro-ondas pode ser utilizado. Um exemplo pode ser uma sonda elétricainserida na cavidade em uma localização adequada. Vantajosamente, asonda elétrica está disposta de modo que o componente de campo elétricoparalelo à sonda seja máximo. O acoplamento entre o campo elétrico demodo de cavidade e o sensor é governado através da inserção de sondaelétrica na cavidade.
Vantajosamente, o primeiro sensor de campo 160 está dispostoem uma região da cavidade que corresponde a uma intensidade de campomáxima para o modo alimentado do primeiro orifício de alimentação 120 e osegundo sensor de campo 162 está disposto em uma região da cavidadeque corresponde a uma intensidade de campo máxima para o modo alimen-tado do segundo orifício de alimentação 122. No exemplo mostrado na figura1, tanto o primeiro quanto o segundo sensores de campo 160 e 162 estãodispostos na parede de teto. O primeiro sensor de campo 160 está dispostona parede de teto em uma zona próxima da parede lateral oposta à paredelateral na qual o primeiro orifício de alimentação 120 está disposto. O se-gundo sensor de campo 162 está disposto na parede de teto em uma zonapróxima da parede traseira na qual o segundo orifício de alimentação 122está disposto. Com tal disposição, o dispositivo de aquecimento de micro-ondas 100 é sensível a qualquer variação nos sinais medidos por qualquerum dos sensores de campo 160 e 162. Será apreciado que, para um modoespecífico, é suficiente dispor o sensor de campo em uma região que cor-responda a uma intensidade de campo máxima e não necessariamente naposição exata que corresponde à intensidade de campo máxima. Por exem-plo, um modo é normalmente caracterizado pelo um padrão de aquecimentoespecífico ao longo de uma parede da cavidade e uma localização específi-ca que corresponde a uma intensidade de campo máxima pode ser identifi-cada sobre esta parede (tal como a parede de teto no exemplo descrito comreferência à figura 1). Um sensor de campo pode estar disposto nesta locali-zação específica ou em uma região que circunda esta localização específica,desde que o sinal medido pelo sensor de campo para este modo específicoseja, por exemplo, mantido sobre um limite específico para esta região ourepresente uma percentagem predefinida da intensidade de campo máxima.
Ainda, o forno de micro-ondas 100 compreende uma unidade decontrole 180 para controlar as fontes de micro-ondas 110 e 112 e, por meiodisto, as propriedades (tais como a freqüência, a fase e a potência) das mi-cro-ondas transmitidas para dentro da cavidade 150. A unidade de controle180 está conectada nas fontes de micro-ondas 110 e 112 e nos sensores decampo 160 e 162 para regular as fontes de micro-ondas 110 e 112 com basenas intensidades de campo medidas pelos sensores de campo 160 e 162.
Utilizando dois orifícios de alimentação associados com duasfontes de micro-ondas, respectivamente, dois modos diferentes de alimentaras micro-ondas para dentro da cavidade existem, a saber uma alimentaçãoseqüencial e uma alimentação simultânea.
A seguir, a alimentação seqüencial das micro-ondas para dentroda cavidade será descrita em mais detalhes.
Com referência à figura 4, para o propósito de descrever a ali-mentação seqüencial, o tempo de aquecimento que corresponde a um ciclode operação é considerado ser dividido em um número de porções de tempodenominadas mesociclos. Uma porção de tempo ( ou mesociclo) correspon-de a um par de subciclos que compreende um subciclo para o primeiro orifí-cio de alimentação 120 durante o qual as micro-ondas são primeiramentealimentadas do primeiro orifício de alimentação 120 (a alimentação do se-gundo orifício de alimentação estando desabilitada, por exemplo, com o se-gundo gerador de micro-ondas estando desligado ou a alimentação do se-gundo orifício de alimentação estando bloqueada) e um subciclo para o se-gundo orifício de alimentação 122 durante o qual as micro-ondas são primei-ramente alimentadas do segundo orifício de alimentação 122 (a alimentaçãodo primeiro orifício de alimentação estando desabilitada, por exemplo, com oprimeiro gerador de micro-ondas estando desligado ou a alimentação do pri-meiro orifício de alimentação estando bloqueada). Um ciclo de operação tipi-camente compreende um número η de porções de tempo ou de mesociclos.
A seguir, a potência disponível de um orifício de alimentaçãogeralmente denotado i para a cavidade durante um subciclo geralmente de-notado k é expressa como:
pdisponível(k) = p.origem(k) _ Sj.2(k) (Equação 2)
onde k=(1,2,3,......), i=(1,2), Piorigem(k) é a potência disponível na linha detransmissão diretamente antes do is gerador de micro-ondas durante o sub-ciclo k e Sü2(k) é o quadrado do sinal de reflexão e entrada para o orifício dealimentação i durante o subciclo k (tal como definido na equação 1).
Expressando a potência de entrada alimentada do primeiro ge-rador de micro-ondas 120 para dentro da cavidade 150 através do primeiroorifício de alimentação 120 durante o primeiro subciclo como Piorigem(I)1 apotência disponível para a cavidade 150 pode então ser expressa comoPiOngem^1 ^ _ S^2(I), de acordo com a equação 2. A potência suprida peloprimeiro gerador 120 pode ou ser medida na linha de transmissão 130 antesda cavidade 150 ou calculada através da função de transferência de fonte deenergia do gerador e da eficiência do gerador.
Geralmente, a potência transmitida através do primeiro orifíciode alimentação 120 e disponível para a cavidade 150 durante o primeirosubciclo (1) é dividida entre o primeiro orifício de alimentação 120 (potênciade reflexão de entrada Sn2(I)), o segundo orifício de alimentação 122 (apotência expressa como S2i2(1)), o orifício 3 correspondendo ao primeirosensor de campo 160 (expressa como S3i2(1)), o orifício 4 correspondendoao segundo sensor de campo 162 (a potência expressa como S4i2(1 )), asperdas de parede (a potência expressa como Pi,perdaparede), e as perdas dealimento dielétrico (a potência expressa como Pi,perdadieletnca). por meio distoresultando a seguinte expressão:
<formula>formula see original document page 18</formula>
Analogamente, a potência transmitida através do segundo orifí-cio de alimentação 122 e disponível para a cavidade 150 durante o primeirosubciclo (1) (isto é, a segunda parte do mesociclo 1) pode ser expressa como:
<formula>formula see original document page 18</formula>
onde p2ongem(1) é a potência de entrada alimentada do segundogerador de micro-ondas 112 para dentro da cavidade 150 através do segun-do orifício de alimentação 122 durante o primeiro subciclo, S222(1) é a potên-cia que corresponde à reflexão de entrada para o segundo orifício de alimen-tação 122 (o quadrado do sinal de reflexão de entrada), Si22O) é a potênciatransmitida para o primeiro orifício de alimentação 120, S322(1) é a potênciatransmitida para o orifício 3 que corresponde ao primeiro sensor de campo160, S42^2(1) é a potência transmitida para o orifício 4 que corresponde aosegundo sensor de campo 162, P2,perdaparede corresponde a perdas de paredee P2,perdadieletrica corresponde a perdas de alimento dielétrico.
As potências detectadas pelo primeiro e pelo segundo sensoresde campo 120 e 122 durante o primeiro subciclo correspondem aos termosS31^2(1) e S42^2(1), respectivamente.
A seguir, somente o primeiro subciclo (1) durante o qual o pri-meiro orifício de alimentação está ativo, isto é, a primeira parte do primeiromesociclo, é considerado. Será apreciado que a descrição dos subciclosdurante os quais o segundo orifício de alimentação está ativo, por exemplo,a segunda parte do primeiro mesociclo (1), é análoga. Além disso, será a-preciado que a análise do primeiro mesociclo é suficiente já que a análisedos números restantes de mesociclos para definir o ciclo de aquecimentocompleto é análoga.
Como acima mencionado, o primeiro sensor de campo 160 quecorresponde ao orifício 3 no presente exemplo, está disposto em uma locali-zação da cavidade para medir a intensidade de campo do modo alimentaçãodo primeiro orifício de alimentação 120. Com base na equação 3, a potênciade sinal no primeiro sensor de campo 120 pode ser expressa como:S3I2(I) = P1ori^m(I) - S112O) - S212O) - S412O) - P1lPerdaparede 0) "P1iPerdadiel6trica(I) (Equação 5)
De acordo com uma modalidade, o segundo orifício de alimenta-ção 122 e o segundo sensor de campo 162 disposto em uma localizaçãopara medir a intensidade de campo do modo alimentado do segundo orifíciode alimentação 122 estão dispostos ortogonais ao primeiro orifício de ali-mentação 120 e o seu sensor de campo 122, tal como mostrado na figura 1.Tal disposição ortogonal provê um baixo acoplamento cruzado e interferên-cia reduzida. Assim, é assumido que os termos S212O) e S412O) na equação5 são insignificantes.
Em geral, a cavidade de um dispositivo de aquecimento de micro-ondas é feita de um material de baixa perda e as perdas de parede são assu-midas serem constantes (isto é, não-dispersivas). Assim, o termo Pparedei,perda(1)é também assumido ser insignificante. Por exemplo, o interior da cavidadepode ser feito de um material de baixa perda tal como, por exemplo, um açorevestido de Zn ou revestido de Al, por meio disto reduzindo as perdas depotência nas paredes.
Ainda, pode também ser assumido que um orifício de alimenta-ção e o seu sensor de campo correspondente (por exemplo, o primeiro orifí-cio de alimentação 120 e o primeiro sensor de campo 160) estejam adequa-damente desacoplados, por exemplo, utilizando um transformador dedicado,de modo que a potência de entrada não seja fortemente dissipada no sensorde campo correspondente.
A potência detectada no primeiro sensor de campo pode entãoser expressa como:
<formula>formula see original document page 20</formula>
Assumindo que a equação 6 descreve a condição em um tempoti, por exemplo, a condição de partida para o primeiro subciclo para o primei-ro orifício de alimentação 120, dependendo do sinal medido no tempo Xz (>ti), três cenários principais são possíveis. Entre os tempos ti e t2, a potênciaS3I2(I) pode permanecer constante, aumentar ou diminuir.
A seguir, o caso de uma diminuição de S312 está descrito. Assu-mindo que P1onSem(I) seja mantido constante entre os tempos ti e t2, umadiminuição de S3I2 pode indicar que:
i. as perdas da carga dielétrica (Pi,Perdadieletnca) aumentaram;
ii. a reflexão no primeiro orifício de alimentação (Sn2(I)) diminuiu; ou
iii. o primeiro modo alimentado do primeiro orifício de alimenta-ção está distorcido.
Será apreciado que o caso no qual ambas as perdas na cargadielétrica e a reflexão medida no primeiro orifício de alimentação ter aumen-tado normalmente não é possível.
Um aumento das perdas na carga dielétrica é geralmente dese-jado. No entanto, um aumento da reflexão e uma distorção do modo geral-mente não são desejados. Os métodos para determinar a origem da diminui-ção de S31 estão a seguir descritos.
Um aumento da reflexão pode ser detectado utilizando uma uni-dade de medição, tal como a unidade de medição 166 descrita com referên-cia à figura 1, para medir no primeiro orifício de alimentação o sinal refletidoda cavidade. A unidade de controle 180 pode estar conectada na fonte demicro-ondas 110 que corresponde ao primeiro orifício de alimentação 120 eà unidade de medição 166 de modo que a fonte de micro-ondas 110 varra asua freqüência através da largura de banda permissível e a unidade de me-dição 166 mede o sinal refletido da cavidade 150. A unidade de controle 180está adaptada para identificar as freqüências de ressonância dentro da cavi-dade 150 com base no sinal medido pela unidade de medição 166. Nesteaspecto, as freqüências de ressonância identificadas são as freqüências quecorrespondem aos mínimos de reflexão no sinal medido. Opcionalmente, aunidade de controle 180 pode estar adaptada para identificar as freqüênciasde ressonância cujos mínimos de reflexão estão abaixo de uma magnitudepredeterminada (ou valor limite).
Dependendo das características de reflexão, diferentes açõespodem ser tomadas para reduzir a reflexão. Por exemplo, se a freqüênciaque correspondem a um mínimo de reflexão nas características de reflexãomedidas no tempo t2 corresponderem à freqüência de operação (isto é, afreqüência no tempo ti), a unidade de controle 180 pode aumentar o nível depotência de saída do primeiro gerador de micro-ondas 120 e/ou o tempo deoperação do primeiro gerador de micro-ondas 120 e deixar a freqüência deoperação inalterada.
De acordo com outro exemplo, se a freqüência para a melhorcombinação medida no tempo t2 (isto é, a freqüência que corresponde a ummínimo de reflexão nas características de reflexão) não corresponder à fre-quência de operação selecionada no tempo ti (ligeiro deslocamento de fre-qüência) e o valor do mínimo de reflexão que corresponde à freqüência paraum melhor combinação no tempo t2 for o mesmo que aquele medido duranteuma medição anterior (por exemplo, no tempo ti, o início do ciclo de opera-ção), a unidade de controle 180 pode regular a primeira fonte de micro-ondas 120 de modo que a sua freqüência de operação corresponda à fre-qüência para a melhor combinação e o seu nível de potência de saída per-manece inalterado.
De acordo com ainda outro exemplo, se a freqüência para a me·Ihor combinação no tempo X2 for grandemente deslocada em comparaçãocom a freqüência de operação, a unidade de controle 180 pode ser adaptadapara regular o primeiro gerador de micro-ondas 120 de modo que a freqüên-cia de operação permaneça inalterada e o nível de potência de saída sejaaumentado já que um grande deslocamento em freqüência pode resultar emuma mudança de modo.
De acordo com um exemplo adicional, se a freqüência para amelhor combinação no tempo X2 for ligeiramente deslocada em comparaçãocom a freqüência de operação no tempo t1 e o valor do mínimo de reflexãoque corresponde à freqüência de melhor combinação for diferente do que ovalor do mínimo de reflexão para a freqüência de operação medida no tempoti, a unidade de controle 180 pode regular o primeiro gerador de micro-ondas 110 de modo que a freqüência de operação seja ligeiramente deslo-cada para a freqüência de melhor combinação e o nível de potência de saídaé ou aumentado ou diminuído em vista do valor do mínimo de reflexão quecorresponde à freqüência de melhor combinação (alternativamente, a unida-de de controle 180 pode aumentar ou reduzir o tempo de operação do pri-meiro gerador de micro-ondas 110).
Uma diminuição de S312 pode também originar de uma distorçãode modo. Uma distorção de modo pode não necessariamente ser uma des-vantagem com relação à eficiência elétrica e de aquecimento. No entanto, aperda do controle do balanceamento de modo pode causar um padrão deaquecimento inesperado. Em um cenário de pior caso, o padrão de aqueci-mento que corresponde ao modo distorcido alimentado através do primeiroorifício de alimentação pode cancelar o padrão de aquecimento alimentadodo segundo orifício de alimentação.
Uma distorção no primeiro modo alimentado do primeiro orifíciode alimentação pode ser identificada utilizando pelo menos um sensor decampo adicional 164 disposto em uma terceira localização da cavidade 150para medir a intensidade de campo representativa do primeiro modo alimen-tado do primeiro orifício de alimentação. Múltiplos sensores podem ser utili-zados para medir a intensidade de campo do mesmo modo em diferenteslocalizações.
Vantajosamente, o sensor de campo adicional 164 está dispostoem uma região da cavidade que corresponde a uma intensidade de campomínima para o modo alimentado do primeiro orifício de alimentação. O sen-sor de campo adicional 164 pode estar disposto em uma localização próximaa uma intensidade de campo mínima ou em uma localização que correspon-da à intensidade de campo mínima. A unidade de controle 180 pode estarconfigurada para analisar a diferença entre os sinais destes sensores, pormeio disto provendo as informações sobre qualquer distorção de modo. Van-tajosamente, ambos os sensores associados com o primeiro orifício de ali-mentação 120 estão suficientemente desacoplados do primeiro orifício dealimentação 120 e estão de preferência dispostos em um modo ortogonalem relação ao segundo orifício de alimentação 122.
Será apreciado que o cenário que corresponde a um aumentoda potência S312 detectada no primeiro sensor de campo 160 é análogo aocenário acima descrito para uma diminuição de S312.
Ainda, se S312 permanecer constante entre os tempos ti e t2, aunidade de controle 180 pode estar configurada para determinar se houveuma distorção de modo. A determinação da distorção de modo é executadaem um modo similar àquele acima descrito para o caso de uma diminuiçãode S312, isto é, utilizando um sensor de campo adicional 164 disposto emuma localização para medir a intensidade de campo do modo alimentado doprimeiro orifício de alimentação 120.Será apreciado que um raciocínio similar pode ser aplicado paraa regulação das micro-ondas alimentadas do segundo orifício de alimenta-ção 122 (isto é, as micro-ondas geradas pela segunda fonte de micro-ondas112) durante a segunda parte do primeiro subciclo, isto é, o caso onde oprimeiro orifício de alimentação 120 está inativo e o segundo orifício de ali-mentação 122 está ativo. Para a regulação das micro-ondas alimentadas dosegundo orifício de alimentação 122, a seguinte expressão da potência de-tectada no segundo sensor de campo pode ser utilizada:
<formula>formula see original document page 24</formula>
Para a regulação do segundo gerador de micro-ondas 112 du-rante a segunda parte do primeiro subciclo, o sinal medido pelo primeirosensor de campo e a reflexão de entrada medida no primeiro orifício de ali-mentação durante a primeira parte do primeiro subciclo são vantajosamentegravados e armazenados em uma memória. Por exemplo, se o sinal refletidomedido no segundo orifício de alimentação for muito próximo do sinal refleti-do medido no primeiro orifício de alimentação durante a primeira parte doprimeiro subciclo e a potência provida pelo segundo gerador for a mesmaque a potência provida pelo primeiro gerador, tanto a potência absorvida pe-Ia carga díelétrica quanto o sinal medido no segundo sensor de campo (sesimilarmente desacoplado do orifício de alimentação) estarão muito próxi-mos da potência absorvida pela carga díelétrica e do sinal medido no primei-ro sensor de campo durante a primeira parte do primeiro subciclo com o pri-meiro orifício de alimentação estado ativo.
Em geral, Sn2 e S222 podem variar entre 0 e 1. No caso extremoonde Sn2 = S222 = 0, toda a potência disponível para a cavidade é em princí-pio absorvida pela carga díelétrica (é somente a porção desacoplada, relati-vamente pequena, da potência que vai para o sensor de campo a qual exclu-ída). Ainda, em um caso extremo onde Sn2 = S222 = 1, a dissipação dentroda carga díelétrica e dos sensores de campo é nula.
A seguir, uma alimentação simultânea das micro-ondas paradentro da cavidade está descrita em mais detalhes.Utilizando a alimentação simultânea, a diferença entre as inten-sidades de campo medidas no primeiro e no segundo sensores de campopode ser regulada pela unidade de controle 180. A diferença por ser expres-sa como:
<formula>formula see original document page 25</formula>
Vantajosamente, quanto à alimentação seqüencial, os sensoresestão desacoplados de seus respectivos orifícios de alimentação.
De acordo com uma modalidade, a unidade de controle está a-daptada para regular as fontes de micro-ondas de modo que a diferença en-tre as intensidades de campo medidas no primeiro e no segundo sensoresde campo fique abaixo de um valor predeterminado. Alternativamente, a dife-rença pode estar compreendida dentro de uma faixa predeterminada. Alter-nativamente, a diferença pode ser mantida constante. De acordo com a e-quação 8, se os sinais refletidos medidos nos orifícios de alimentação e aspotências dos geradores de micro-ondas forem mantidas constantes, a mes-ma dissipação de energia é obtida na carga díelétrica para o primeiro e osegundo modos se a diferença entre os sinais de sensor for monitorada demodo que esta seja mantida constante. Com tal regulação, um aquecimentoquase igual (mesma dissipação de energia) é obtido para os dois modos.
Por exemplo, o primeiro e o segundo sensores de campo podemestar adaptados para medir as correntes representativas das intensidadesde campo detectadas em duas localizações específicas, respectivamente,dentro da cavidade. A unidade de controle 180 pode estar adaptada parasubtrair os dois valores, por exemplo correntes, medidos pelos sensores decampo para comparação e, então regula as fontes de micro-ondas de modoque a diferença seja nula ou pelo menos abaixo de um valor predetermina-do.
Uma desvantagem da alimentação simultânea é o desacopla-mento de componentes de freqüência indesejados dentro da cavidade e ocancelamento de campo. O risco de cancelamento de campo pode ser redu-zido pela utilização de alimentação ortogonal da cavidade.No caso de alimentação simultânea, a unidade de controle podeestar adaptada para regular a freqüência, a potência e/ou a fase das micro-ondas geradas por pelo menos uma das fontes de micro-ondas. Para a regu-lação dos geradores de micro-ondas, o dispositivo de aquecimento de micro-ondas pode estar equipado com os mesmos meios e características que odispositivo de aquecimento de micro-ondas acima descrito para a alimenta-ção seqüencial. Por exemplo, o dispositivo de aquecimento de micro-ondaspode estar equipado com uma ou mais unidades de medição para medir osinal refletido da cavidade para um orifício de alimentação específico.
Será apreciado que a regulação da fase das micro-ondas trans-mitidas para dentro da cavidade através dos orifícios de alimentação é espe-cificamente vantajosa para a alimentação simultânea. Especificamente, aunidade de controle pode estar adaptada para regular o deslocamento defase entre as micro-ondas transmitidas do primeiro e do segundo orifícios dealimentação. A regulação do deslocamento de fase permite o ajuste dos pa-drões de aquecimento resultantes. Para exemplificar, se os dois orifícios dealimentação fossem adaptados para alimentar o mesmo modo em fases o-postas, os dois geradores de micro-ondas iriam, em princípio, cancelar osseus respectivos padrões de aquecimento e o padrão de aquecimento resul-tante seria nulo, ou pelo menos não eficiente. Ao contrário, se os dois orifí-cios de alimentação fossem adaptados para alimentar o mesmo modo namesma fase, os dois campos de micro-ondas seriam somados, por meio dis-to resultando em um padrão de aquecimento eficiente. Apesar dos dois orifí-cios de alimentação do dispositivo de aquecimento de micro-ondas da pre-sente invenção estarem adaptados para alimentar diferentes modos, o e-xemplo acima ilustra que a unidade de controle pode de preferência estaradaptada para regular o deslocamento de fase entre os dois modos paraotimizar o padrão de aquecimento que resulta da soma dos dois modos.
De acordo com uma modalidade da presente invenção, a unida-de de controle 180 pode estar adaptada para regular os parâmetros das fon-tes de micro-ondas com base em uma função de cozimento predeterminadae/ou uma carga predeterminada. A presente modalidade é vantajosa pelofato de que várias funções de cozimento e/ou tipos de carga podem requererdiferentes tipos de padrão de aquecimento. Pode ser contemplado que, parauma certa função de cozimento, algumas das condições de regulação sãomais adequadas do que outras. Por exemplo, ao invés de manter a diferençaentre a intensidade de campo medida para o primeiro modo e a intensidadede campo medida para o segundo modo nula, ou pelo menos abaixo de umvalor predeterminado, isto é, tendo a mesma dissipação de energia na cargadielétrica para ambos os modos, pode ser preferível manter as íntensidadesde campo dos dois modos em outro valor constante. Ainda, uma certa fun-ção de cozimento pode, de preferência, ser conseguida utilizando um modode centro frio ao invés de um modo de centro quente (ou vice-versa). A fun-ção de cozimento ou tipo de carga pode ser um parâmetro definido pelo u-suário. Para este propósito, o forno de micro-ondas 100 pode estar providocom os interruptores de pressão e os botões usuais, como denotado por 190na figura 1, para ajustar os parâmetros de operação tais como a função decozimento e o tipo de carga, assim como um display 195. Por exemplo, nocaso de alimentação simultânea, uma função de cozimento selecionada porum usuário pode automaticamente determinar a diferença a ser mantida en-tre os sinais medidos dos dois sensores de campo. Alternativamente, no ca-so de alimentação simultânea, uma função de cozimento predefinida podedeterminar os parâmetros, tal como o tempo de operação, para cada um dosorifícios de alimentação.
A função geral do forno de micro-ondas 100 da presente inven-ção está adicionalmente ilustrada na figura 5 na forma de um diagrama deblocos. Os geradores 110 e 112 alimentam as micro-ondas para dentro dacavidade 150. Ainda, dois sensores de campo 160 e 162 estão dispostosdentro da cavidade 150 para medir as íntensidades de campo de um primei-ro modo alimentado para dentro da cavidade de um primeiro orifício de ali-mentação associado com o primeiro gerador 110· e um segundo modo ali-mentado para dentro da cavidade de um segundo orifício de alimentaçãoassociado com o segundo gerador 112. Opcionalmente, sensores de campoadicionais podem estar dispostos dentro da cavidade para medir as intensi-dades de sinal dos modos alimentados para dentro da cavidade em outraslocalizações do que a primeira e a segunda localizações que correspondemao primeiro e segundo sensores de campo, respectivamente. Os sinais dossensores de campo são transmitidos para uma unidade de controle 180. Op-cionalmente, o sinal refletido da cavidade 150 para um orifício de alimenta-ção específico pode ser medido por uma unidade de medição 166 e o sinalmedido é transmitido para a unidade de controle 180. Será apreciado que,apesar do exemplo acima mostrar somente uma unidade de medição asso-ciada com o primeiro orifício de alimentação, cada um dos orifícios de ali-mentação pode estar equipado com um orifício de alimentação. A unidadede controle 180 pode compreender um processador 185 para analisar asintensidades de campo medidas pelos sensores de campo e/ou o(s) sinal(is)medido(s) pela(s) unidade(s) de medição. A unidade de controle 180 aindacompreende um meio de armazenamento 186 para armazenar a(s) intensi-dade(s) de campo e o(s) sinal(is) medido(s) em diferentes tempos de umciclo de operação para comparação e identificação de qualquer mudançaentre dois tempos (ou períodos de tempo) de um ciclo de operação. Comoacima mencionado, a unidade de controle 180 pode também compreenderum sistema de relógio 187.
As etapas gerais do método 600 de acordo com a presente in-venção estão delineadas na figura 6. O método 600 é executado dentro deuma cavidade 150 adaptada para receber uma carga. As micro-ondas sãoalimentadas para dentro da cavidade de pelo menos duas fontes de micro-ondas através de pelo menos dois orifícios de alimentação, respectivamente.
O método compreende a etapa de medir 610 as intensidades de campo daenergia de micro-ondas dentro da cavidade em uma primeira localizaçãopara medir a intensidade de campo representativa de um modo alimentadode um primeiro orifício de alimentação 120 e em uma segunda localizaçãopara medir a intensidade de campo representativa de um modo alimentadode um segundo orifício de alimentação 122. O método ainda compreende aetapa de regular 620 as fontes de micro-ondas com base nas intensidadesde campo medidas.De acordo com uma modalidade, pelo menos um parâmetro dogrupo que compreende a freqüência, o nível de potência de saída, o tempode operação durante uma porção de um ciclo de operação e a fase das mi-cro-ondas emitidas de pelo menos uma das fontes de micro-ondas, é regulado.
As fontes de micro-ondas podem ser operadas ou simultanea-mente ou em seqüência.
De acordo com uma modalidade, o método ainda compreende aetapa de determinar se existe uma mudança na intensidade de campo entreduas porções subsequentes de um ciclo de operação na primeira e/ou se-gunda localizações.
Ainda, se uma mudança for identificada, o método ainda com-preende a etapa de medir 630 um sinal refletido da cavidade para as micro-ondas alimentadas do orifício de alimentação que corresponde à localizaçãona qual uma mudança é identificada. Com tal medição, é determinado se amudança no sinal medido origina de uma mudança no sinal refletido.
Alternativamente ou além disso, o método ainda compreende aetapa de determinar 640 se o modo alimentado do orifício de alimentaçãoque corresponde à localização na qual uma mudança foi identificada estádistorcido. Como anteriormente mencionado, a determinação de uma distor-ção de modo pode ser executada apesar de nenhuma mudança nas medi-ções feitas com os sensores de campo ser identificada.
A determinação sobre se existe uma mudança no sinal refletidoe/ou se existe uma distorção do modo pode então ser utilizada para regularos parâmetros das fontes de micro-ondas.
Como acima mencionado, os parâmetros ótimos (ordem de se-qüência, tempo de operação e nível de potência de saída) podem tambémdepender de uma função de cozimento predeterminada e/ou tipo de cargapredeterminado inseridos por um usuário.
Vantajosamente, o meio de armazenamento 186 da unidade decontrole 180 está implementado como uma tabela de consulta em que umacorrespondência é estabelecida entre os parâmetros preferidos para as fon-tes de micro-ondas e as funções de cozimento predefinidas e/ou as cargaspredefinidas.
Apesar do exemplo acima ser baseado em uma cavidade quetem uma superfície de fechamento retangular definida por coordenadas car-tesianas, será apreciado que a presente invenção pode também ser imple-mentada com uma cavidade que tem uma superfície de fechamento definidapor qualquer conjunto de coordenadas curvilíneas ortogonais.
Apesar da cavidade da presente modalidade compreender doisorifícios de alimentação separados, será apreciado que a presente invençãonão está limitada a tal modalidade e que uma cavidade que compreendemais do que dois orifícios de alimentação está também dentro do escopo dapresente invenção.
Geralmente, referindo aos exemplos acima, os campos de modopreferidos selecionados durante o projeto de uma cavidade são campos demodo que resultam em padrões de aquecimento complementares, por meiodisto aperfeiçoando um aquecimento uniforme.
A presente invenção é aplicável para os aparelhos domésticosque utilizam as micro-ondas para aquecer tal como um forno de micro-ondas.
O método da presente invenção, como acima descrito, podetambém ser implementado em um programa de computador que, quandoexecutado, executa o método inventivo em um forno de micro-ondas.
Apesar de modalidades específicas terem sido descritas, a pes-soa versada na técnica compreenderá que várias modificações e alteraçõessão concebíveis dentro do escopo como definido nas reivindicações anexas.
Claims (15)
1. Dispositivo de aquecimento de micro-ondas (100), compreen-dendo:uma cavidade (150) adaptada para receber uma carga a ser a-quecida;pelo menos duas fontes de micro-ondas (110, 112) conectadas adita cavidade para alimentar a energia de micro-ondas para dentro da cavi-dade através de pelo menos dois orifícios de alimentação (120, 122), respec-tivamente;pelo menos dois sensores de campo (160, 162) adaptados paramedir as intensidades de campo da energia de micro-ondas dentro da ditacavidade, em que um primeiro sensor de campo (160) está disposto em umaprimeira localização para medir a intensidade de campo representativa deum modo alimentado de um primeiro orifício de alimentação (120), e um se-gundo sensor de campo (162) está disposto em uma segunda localizaçãopara medir a intensidade de campo representativa de um modo alimentadode um segundo orifício de alimentação (122); euma unidade de controle (180) conectada nas ditas fontes demicro-ondas e adaptada para regular as ditas fontes de micro-ondas combase nas intensidades de campo medidas.
2. Dispositivo de aquecimento de micro-ondas de acordo com areivindicação 1, em que o primeiro sensor de campo está disposto em umaregião da cavidade que corresponde a uma intensidade de campo máximapara o modo alimentado do primeiro orifício de alimentação e o segundosensor de campo está disposto em uma região da cavidade que correspondea uma intensidade de campo máxima para o modo alimentado do segundoorifício de alimentação.
3. Dispositivo de aquecimento de micro-ondas de acordo com areivindicação 1 ou 2, em que o modo alimentado do primeiro orifício de ali-mentação é um modo de centro quente e o modo alimentado do segundoorifício de alimentação é um modo de centro frio.
4. Dispositivo de aquecimento de micro-ondas de acordo comqualquer uma das reivindicações precedentes, em que a unidade de controleestá adaptada para regular as ditas fontes de micro-ondas para uma alimen-tação seqüencial, através dos ditos orifícios de alimentação, das micro-ondas para dentro da dita cavidade.
5. Dispositivo de aquecimento de micro-ondas de acordo comqualquer uma das reivindicações precedentes, em que a unidade de controleestá adaptada para regular, para um ciclo de operação, pelo menos uma deuma ordem de seqüência para uma alimentação seqüencial das micro-ondasdentro da cavidade através dos ditos orifícios de alimentação, o tempo deoperação das fontes de micro-ondas durante uma porção do ciclo de opera-ção, a freqüência das micro-ondas geradas por pelo menos uma das fontesde micro-ondas e o nível de potência de saída de pelo menos uma das fon-tes de micro-ondas.
6. Dispositivo de aquecimento de micro-ondas de acordo comqualquer uma das reivindicações precedentes, ainda compreendendo pelomenos um sensor adicional (164) disposto em uma terceira localização dadita cavidade para medir a intensidade de campo representativa de um dosmodos alimentados do primeiro ou do segundo orifícios de alimentação.
7. Dispositivo de aquecimento de micro-ondas de acordo com areivindicação 6, em que o dito sensor adicional está disposto em uma regiãoda cavidade que corresponde a uma intensidade de campo mínima para omodo alimentado do primeiro ou do segundo orifícios de alimentação.
8. Dispositivo de aquecimento de micro-ondas de acordo comqualquer uma das reivindicações precedentes, ainda compreendendo umaunidade de medição (166) para medir um sinal refletido da dita cavidade co-mo uma função da freqüência de operação da fonte de micro-ondas associ-ada com qualquer um do primeiro ou do segundo orifícios de alimentação.
9. Dispositivo de aquecimento de micro-ondas de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a unidade de controle estáadaptada para regular as ditas fontes de micro-ondas para uma alimentaçãosimultânea das micro-ondas dentro da dita cavidade.
10. Dispositivo de aquecimento de micro-ondas de acordo com areivindicação 9, em que a unidade de controle está adaptada para regularpelo menos um parâmetro do grupo compreendendo a freqüência, a potên-cia e a fase das micro-ondas geradas por pelo menos uma das ditas fontesde micro-ondas.
11. Dispositivo de aquecimento de micro-ondas de acordo comqualquer uma das reivindicações precedentes, em que a dita unidade decontrole está adaptada para regular as fontes de micro-ondas de modo quea diferença entre as intensidades de campo medidas esteja abaixo de umvalor predeterminado, compreendida dentro de uma faixa predeterminada oumantida constante.
12. Método para aquecer uma carga disposta dentro de uma ca-vidade (150) que utiliza micro-ondas alimentadas para dentro da cavidade depelo menos duas fontes de micro-ondas (110, 112) através de pelo menosdois orifícios de alimentação (120, 122), respectivamente, o dito métodocompreendendo:medir (610) as intensidades de campo da energia de micro-ondas dentro da dita cavidade em uma primeira localização para medir aintensidade de campo representativa de um modo alimentado de um primei-ro orifício de alimentação (120) e em uma segunda localização para medir aintensidade de campo representativa de um modo alimentado de um segun-do orifício de alimentação (122); eregular (620) as ditas fontes de micro-ondas com base nas in-tensidades de campo medidas.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, em que pelo me-nos um parâmetro do grupo compreendendo a freqüência, o nível de potên-cia de saída, o tempo de operação durante uma porção de um ciclo de ope-ração e a fase das micro-ondas geradas por pelo menos uma das ditas fon-tes de micro-ondas é regulado.
14. Método de acordo com a reivindicação 12 ou 13, em que asditas fontes de micro-ondas são operadas ou simultaneamente ou em se-qüência.
15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12a 14, ainda compreendendo:medir (630) um sinal refletido da cavidade para as micro-ondasalimentadas do orifício de alimentação que corresponde a uma das localiza-ções na qual uma mudança em intensidade de campo entre duas porçõessubsequentes de um ciclo de operação é identificada; e/oudeterminar (640) se o modo alimentado de um dos orifícios dealimentação está distorcido.
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