微波爐腔和微波爐的制作方法

專利名稱：微波爐腔和微波爐的制作方法
微波爐腔和微波爐
本申請針對微波爐腔和包括這樣的腔的微波爐。微波爐腔通常適于在通過將電磁波(即微波)耦合到微波腔中產生的微波電場中加熱特定的負載。在腔內建立的電磁駐波使得難以產生或保持恒定且均勻的電場。這反過來導致腔內的電場線的強度中的峰峰值的變化，特別地這阻止了目標負載的均勻加熱。在單位體積的待加熱的負載中吸收的微波功率的值是幾個參數以及發生器的頻率、介電常數、復阻抗負載的介電損失或負載內部電場的強度的函數。最后一項是最重要的并且決定著負載內的溫度的變化。通常，為確保均勻的加熱或防止過熱區域，已知的微波輻射器提供了以下方法中的至少一個:-在微波饋送輸入端的攪拌器，其將改變電磁場的入射角，從而改變微波駐波的位置；或-通過使用旋轉板或線性輸送器(conveyor)移動加熱區域上的負載位置；迄今為止所提到的方法是比較精細的和/或昂貴的。因此，仍然有改善均勻加熱和加熱效率的需要。因此，本發明的目的是克服已知的缺點。特別地，應提供一種具有改進的均勻加熱和優異的加熱效率的微波爐腔。此外，應提供一種微波爐。這個目的由獨立權利要求實現。其實施方案由從屬權利要求產生。根據權利要求1，一種微波爐腔被提供，其中，至少一個內壁包括至少一個菲涅爾反射元件。這樣的菲涅爾反射元件適合于以預定的方式反射從微波源耦合到腔中的微波。菲涅爾反射元件可包括可與光學中的菲涅爾透鏡相比較的幾個菲涅爾區。腔內的微波的反射由至少一個菲涅爾反射元件修改，使得例如可以是食品原料的負載中的熱點和/或冷點可被防止。因此，可以獲得均勻加熱和優異的加熱效率。本發明特別基于以下發現:用于獲得均勻加熱的一個相關因素是確保微波腔內的微波的正確的路徑。微波的正確的或適當的路徑尤其取決于腔的內部幾何形狀、微波源的波長或波長范圍以及腔內的電磁場的傳播模式。另外，可以是微波饋送器的微波源的位置，即微波被耦合到空腔內的方位，對加熱的均勻性和加熱效率起著重要的作用。因此，為了提高加熱的均勻性和減小駐波效應，本發明提出使用設有微波爐腔的內壁的菲涅爾反射元件。微波爐腔的內壁，其包括一個或幾個菲涅爾反射元件，特別是內壁幾乎完全用菲涅爾反射元件覆蓋或設有菲涅爾反射元件，可被指定為菲涅爾反射壁。菲涅爾反射元件可被認為代表在光學中是已知的逆菲涅爾透鏡。菲涅爾反射元件可以包括至少一個小平面(facet)，該小平面優選為線性類型。術語線性類型應意味著該小平面平行延伸，并沿內壁，優選腔的側壁的橫向或縱向方向延伸。這樣的線性小平面可被認為實現了具有某一幾何形狀和反射率的反射平行條。小平面可以隨內壁在其橫截線方向或縱向的方向上設置。術語線性類型應特別指出，小平面在其維度的至少一個上是線性的。如果菲涅爾反射元件包括并排布置的幾個小平面，并且該小平面的幾何形狀相應地適合，則獲得線性菲涅爾反射器。這樣的線性菲涅爾反射器可將微波反射到腔的平行柱狀體元件中，但也可將照射在菲涅爾反射器上的微波聚焦到腔內的給定區域，該給定區域優選為負載被放置或位于的區域。菲涅爾反射元件或菲涅爾反射壁的使用將導致增強的均勻加熱和優異的加熱效率。例如，微波爐的傳統的微波腔的三個垂直壁可以是菲涅爾反射壁。提供這樣的菲涅爾反射元件時，特別可能解決反射波的電磁密度問題，特別是在比較大量的微波功率被負載吸收的情況下。每個菲涅爾反射壁在腔內可具有不同的目標區域，并且可以覆蓋微波爐腔內的有效區域，該有效區域不僅相對于表面，而且相對于負載的體積。至少一個菲涅爾反射元件的孔徑可以是至少部分的圓形、橢圓形、雙曲線或拋物線形狀。組成菲涅爾反射器的菲涅爾反射元件的孔徑的形狀尤其可以根據微波腔的形狀和尺寸以及其它相關參數來選擇。例如，圓形形狀可以與微波腔的方形的有效區域一起使用，而且橢圓形形狀可以與矩形有效區·域一起使用。在優選的實施方案中，腔的至少一個側壁，優選三個側壁，包括具有線性類型的小平面的至少一個菲涅爾反射元件。優選的是，這樣的線性菲涅爾反射器的小平面在從腔的底壁到頂壁的方向上延伸。但是，應提及的是，小平面的位置和定向可取決于微波源或微波饋送器相對于腔的位置，從底部延伸到頂部或相反地延伸的小平面可特別用于布置在腔的頂壁或上壁中或腔的頂壁或上壁處的微波源或饋送器。在腔的相對壁之間如底壁和頂壁之間或在相對的側壁之間延伸的菲涅爾反射元件，可延續覆蓋相應的壁例如其橫向或縱向維度之間的幾乎全部距離。在這種情況下，可獲得優異的加熱特性。然而，也可能的是，其至少一個菲涅爾反射元件或小平面僅延續覆蓋相應的壁尺寸的部分。在菲涅爾反射元件在腔的底壁和頂壁之間延續的情況下，小平面的相應的菲涅爾反射元件的縱向尺寸優選與底壁和頂壁之間的距離大約相等。此處，可將微波能量的最大值施加到負載。在一個實施方案中，至少一個菲涅爾反射元件適于反射至少一個給定的波長范圍的微波，并且其中，與其縱向方向成直角的至少一個菲涅爾反射元件(優選每個小平面)的寬度大于所述波長范圍的中心波長的一半。特別地，術語“波長范圍”應解釋如下事實:甚至“單色”的微波源通常發出微波波長的光譜。如果使用原則上僅生成一個單一波長的微波源，則該單一波長將與所述中心波長相對應。這種情況適用于使用給定頻率例如2.45GHz和其它頻率的磁控管的大多數微波爐。在使用2.45GHz的微波源的情況下,所述寬度優選在從65mm至85mm的范圍內。在另外的優選實施方案中，與其縱向方向和與內壁都成直角的菲涅爾反射元件的深度，優選為每個小平面的深度，不超過波長范圍的中心波長的四分之一。在微波源為
2.45GHz類型的微波源的情況下，所述深度優選在從5mm到30mm的范圍內。在特定的實施方案中，至少一個微波源和至少一個菲涅爾反射元件被定位和對準，使得(i) a =1/2(90° -β ),
(ii) ^ =90° -2 a 以及(iii) y=2a ,其中-a是菲涅爾反射元件，特別是小平面相對于相應的內壁的橫向維度的傾斜角，是微波饋送角，以及-Y是與相應的菲涅爾反射元件或小平面的表面法線相對的鏡像角(mirrorangle)。根據微波的傳播角度，給定的布置導致照射在菲涅爾反射元件上的微波或被反射在平行柱狀體的區域內或被聚焦到給定的有效區域中。特別是2.45GHz的微波源，有利的是，如果傾斜角a位于從3度至30度的范圍內，則微波饋送角0位于從30度到84度的范圍內，并且鏡像角Y位于從6度到60度的范圍內。在另外的優選實施方案中，至少一個菲涅爾反射元件通過微波透明蓋遮蔽污垢。所述蓋特別地可以由玻璃、陶瓷和塑料中的至少一種制成。菲涅爾反射元件可被附接到所述蓋，這意味著所述蓋用作蓋的基板或載體，或所述蓋可被放置在腔的相應的壁的前面，即菲涅爾反射元件的前面。為了獲得加熱的最大均勻性和有效性，如果腔的至少三個側壁設有菲涅爾反射元件是特別有利的。在實施方案中， 至少一個菲涅爾反射元件被布置和設計成使得由微波源發射的和照射在菲涅爾反射元件上的微波被反射到相應的平行條或柱狀體積，并且基本上與內壁(inter wall)或多個內壁(inter walls)成直角照射的微波被聚焦到腔體的給定區域或給定體積，特別是有效區域。在這里，特別地，可以獲得有效和均勻的加熱。根據獨立權利要求15，提供了包括如預先所描述的任何實施方案的微波爐腔的微波爐。關于微波爐的優點和有益效果，參考了上面的描述。本發明的實施方案現在將結合附圖被描述，其中

圖1示意性地示出了微波腔的透視圖；圖2示出了菲涅爾反射元件的橫截面圖；圖3示出了菲涅爾反射元件的透視圖；圖4示出了菲涅爾反射元件連同微波源的頂視圖；圖5示出了微波腔的頂視圖；圖6在頂視圖中示出了微波腔中的微波分布；圖7在橫截面中可視化了微波腔內的微波反射；圖8示出了菲涅爾反射元件的小平面的幾何關系；圖9示出了菲涅爾反射元件連同蓋板的部分。實施方案的以下描述不應被解釋為限制本發明的范圍。特別地，在圖形中的任何中共同地示出的特征可以被單獨實現或與上面進一步討論的任何其它組合實現。如果沒有另外說明，在整個附圖中，相同的元件由相同的參考標記表示。附圖可能不是準確的按比例繪制的，而且不同附圖的比例可能會不同。圖1示意性地示出了微波腔I的透視圖。腔I包括底壁2、頂壁3和三個側壁4，所述三個側壁更詳細地為左側壁、右側壁和后側壁。可以是具有用于將由磁控管產生的微波耦合到腔I中的裝置的微波饋送器的微波源5被布置在頂壁3并與其附接，以便將微波適當地耦合到腔I中。大約在底壁2的中心，放置有待使用由微波源5發射的微波加熱的負載6。為了確保效率高和均勻的加熱，三個側壁4包括菲涅爾反射元件7。在本情況下，每個側壁4包括一個菲涅爾反射元件7,且每個菲涅爾反射元件7反過來包括幾個小平面
8。小平面8是線性的條狀的微波反射元件，其沿側壁從底壁延伸到頂壁。為了獲得均勻的加熱，小平面8，更詳細的是小平面8的反射面，以在下面被進一步描述的特殊的方式被定向。圖2和3示出了菲涅爾反射元件7的橫截面圖和透視圖。如可以看出的，小平面8被定向成使得菲涅爾反射元件7具有橢圓形的孔徑，所述孔徑由圖2中示出的橢圓指示。這樣的孔徑對于微波腔I內的矩形形狀的有效區域是有利的。其它有效區域可能需要其它的孔徑，以便獲得一致且均勻的加熱。例如，圓形的孔徑適用于方形的有效區域。如從圖2中可以看出的，在焦點處發射的微波可以被平行化，并且照射在菲涅爾反射元件4上的平行的微波可以被聚焦。圖4示出了菲涅爾反射元件7連同微波源5的頂視圖。微波源5被定位在菲涅爾反射元件7的焦點的位置或附近，或換句話說，小平面被設計和定向成使得微波源5大約位于焦點位置或附近。由微波源5發射的和照射在菲涅爾反射元件7上的微波被平行化，其在圖4中通過照射在小平面8上的中心束以及陰影的平行條被可視化。圖5示出了具有三個菲涅爾反射元件7的微波腔I的頂視圖。菲涅爾反射元件7，特別是其小平面8，其被布置并配合成使得其焦點與微波源5的位置重合。正如已經提到的，微波源5可以是用于將微波耦合到微波腔I中的微波饋送器。耦合到微波腔I中的照射在菲涅爾反射元件7上的微波，在被負載6吸收之前被平行化，即在如小平面8的定向所定義的平行體條中被反射。在圖5中，由微波源5發射的微波的反射被相應的中心束可視化。如從圖4和5中變得清晰的，被負載6吸收之前在側壁4首先被反射的微波被均勻地分布在微波腔I的體積上，這借助圖6中的陰影條和箭頭被可視化。結合菲涅爾反射元件7所獲得的這種有利的微波分布導致了均勻的加熱模式，同時防止了熱點和冷點。圖7在橫截面圖中可視化了微波腔I內的微波反射。正如可以看到的，由微波源5發射并具有在向下的方向上的傳播分量的微波被反射到負載5位于的區域。未被負載5吸收并在內壁處再次被反射的微波將被聚焦到微波腔I內負載6所位于的有效區域。總之，可以看出的是，設有內壁4的菲涅爾反射元件7導致了在微波腔I內更均勻和一致分布的微波輻射。此外，由于微波也朝微波腔I的有效區域聚焦的事實，，可獲得優異的加熱效率。圖8示出了菲涅爾反射元件7的小平面8的幾何關系，該關系對于獲得均勻和有效的加熱是特別有利的。該關系在原則上適用于菲涅爾反射元件7的任何小平面8。如已經在圖4和圖5中示出的中心束代表照射在菲涅爾反射元件7上的微波輻射。
在圖8中，角度a是小平面8的傾斜角，即小平面8相對于相應側壁4的橫向延伸的傾斜度。角度P是微波饋送角，其是從微波源5發射的中心束和平行于相應側壁4的平面之間的角度。角度Y是與相應的菲涅爾反射元件的表面法線相關的鏡像角，或更詳細地，是表面法線和中心束之間的角度，其可以被指定為入射角。注意，對于每個小平面，角度
a、P和Y的值具有特定值。根據圖8，角度a、P和Y之間的如下的關系適用:

由于:
權利要求
1.微波爐腔(1)，其中至少一個內壁(4)包括適合于反射從微波源(5)耦合到所述腔(I)中的微波的至少一個菲涅爾反射元件(7)。
2.根據權利要求1所述的微波爐腔(1)，其中每個菲涅爾反射元件(7)包括至少一個小平面(8)，所述至少一個小平面(8)優選為線性類型的，優選沿所述腔(I)的側壁(4)的橫向方向或縱向方向延伸。
3.根據權利要求1或2所述的微波爐腔(1)，其中所述至少一個菲涅爾反射元件(7)的孔徑是圓形、橢圓形、雙曲線或拋物線形狀的。
4.根據權利要求1至3中至少一項所述的微波爐腔(I)，其中至少一個側壁(4)包括具有從所述腔(I)的底壁(2)到頂壁(2)的方向上延續的線性類型的小平面(8)的至少一個菲涅爾反射元件(7)。
5.根據權利要求1至4中至少一項所述的微波爐腔(I)，其中在所述腔(I)的相對壁之間延伸的菲涅爾反射元件(7)延續幾乎覆蓋相應的壁(2、3、4)之間的整個距離。
6.根據權利要求1至5中至少一項所述的微波爐腔(1)，其中所述至少一個菲涅爾反射元件(7)適合于反射至少給定波長范圍的微波，并且其中與其縱向方向成直角的所述至少一個菲涅爾反射元件(7)的寬度(wf)，優選每個小平面(8)的寬度(Wf)大于所述波長范圍的中心波長的一半。
7.根據權利要求6所述的微波爐腔(1)，其中所述寬度(Wf)在從65mm至85mm的范圍內。
8.根據權利要求1至7中至少一項所述的微波爐腔(1)，其中所述至少一個菲涅爾反射元件(7)適合于反射給定波長范圍的微波，并且其中與其縱向方向和所述內壁(4)都成直角的所述至少一個菲涅爾反射元件(7)的深度(df)不超過所述波長范圍的中心波長的四分之一。
9.根據權利要求8所述的微波爐腔(I),其中所述深度(df)在5mm和30mm之間。
10.根據權利要求1至9中至少一項所述的微波爐腔(1)，還包括至少一個微波源(5)，其中所述至少一個菲涅爾反射元件(7)和所述至少一個微波源(5)中的至少一個被定位和對準，使得(i) a=l/2(90° -￠), (ii) ￠=90° _2a 以及(iii) Y=2a，其中 a 是菲涅爾反射元件(7)相對于相應的內壁(4)的橫向維度的傾斜角，P是微波饋送角，且Y是與所述相應的菲涅爾反射元件(7)的表面法線相關的鏡像角。
11.根據權利要求10所述的微波爐腔(1)，其中所述傾斜角a位于從3度到30度的范圍內，所述微波饋送角P位于從30度至84度的范圍內，并且所述鏡像角Y位于從6度到60度的范圍內。
12.根據權利要求1到11中至少一項所述的微波爐腔(1)，其中所述至少一個菲涅爾反射元件(7)被特別是由玻璃、陶瓷和塑料中的至少一種制成的微波透明蓋(9)遮蔽以避免污垢。
13.根據權利要求1到12中至少一項所述的微波爐腔(I)，其中所述微波爐腔(I)的至少三個側壁(4)設有菲涅爾反射元件(7)。
14.權利要求1至13中至少一項所述的微波爐腔(1)，其中所述菲涅爾反射元件(7)被布置和設計成使得由所述微波源(5)發射的并照射在所述菲涅爾反射元件(7)上的微波被反射到相應的平行條或柱狀體積中，并且基本上與所述內壁(4)成直角地照射的微波被聚焦到所述腔(I)內的給定區域或體積(6)。
15.微波爐，其包括根據 權利要求1至14中的至少一項所述的微波爐腔(I)。
全文摘要
本申請特別針對微波爐腔(1)。為了獲得均勻加熱和優異的加熱效率，至少一個內部壁(4)包括適合于反射從微波源(5)耦合到腔(1)中的微波的至少一個菲涅爾反射元件(7)。
文檔編號H05B6/64GK103098543SQ201180040310
公開日2013年5月8日 申請日期2011年9月23日 優先權日2010年10月21日
發明者特卡丘克·索林 申請人:伊萊克斯家用產品股份有限公司