JP2001148284A - マイクロ波発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大電力のマイクロ波を出力することができる比
較的小型で安価なマイクロ波発生装置を提供する。 【解決手段】マグネトロン管４９ｕ〜４９ｗを励起して
マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置において、３
相交流電圧を入力し、３個のマグネトロン管の各フィラ
メント４９ｆｕ，４９ｆｖ，４９ｆｗへ給電は、各相間
に接続した３個のフィラメントトランス４６ｕ，４６
ｖ，４６ｗにより行うようにし、各アノード４９ａｕ，
４９ａｖ，４９ａｗへの給電は、３相電力調整器４３に
よって調整した３相交流電圧を各相間に接続した３つの
高圧トランス４７ｕ，４７ｖ，４７ｗにより変圧して行
うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロン管を
励起発振させマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロン管により３〜３，０００Ｍ
Ｈｚ帯のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置とし
て、例えば２，４５０ＭＨｚでは、１〜５ｋＷ出力機が
安定して生産されている。マイクロ波加熱では、被加熱
物特有の誘電体損失係数ｋ（＝εｒ×ｔａｎδ）が存在
し、ｋが大きいほど分子振動加熱による発熱量が多いこ
とが知られており、乾燥や殺菌処理用として使われてい
る。例えば、特開昭６１−２８５３７６号公報の「マイ
クロ波乾燥加熱装置」は、被加熱物を連続的に乾燥させ
るためにマイクロ波を使用している。

【０００３】大規模のマイクロ波加熱装置は、１〜５ｋ
Ｗ出力機のマイクロ波源を１０〜１００台並列に用いて
マイクロ波を供給するようにしている。

【０００４】マイクロ波による加熱エネルギー（被対象
物に吸収される電力Ｐ0）は、次式で与えられる。

【０００５】Ｐ0＝4.18・Ｍ・Ｃｐ・ΔＴ／ｔ・η ［Ｗ］ ここに、Ｍは被対象物の重量（ｇ）、Ｃｐは比熱、ΔＴ
は上昇させたい温度（℃）、ｔは時間、ηは効率であ
る。つまり、重量Ｍが大きい程大電力Ｐ0のマイクロ波
発生装置を必要とする。従って、８０〜１００ｋＷのマ
イクロ波電力を照射する加熱装置では、出力電力が１台
当り１〜５ｋＷ機が標準化されていることから、この標
準化された複数台のマイクロ波発生装置を並列に使用す
るようにしている。

【０００６】図３は、このような従来のマイクロ波発生
装置のブロック図である。このマイクロ波発生装置は、
電源端子２１に単相交流電圧を入力し、配線用遮断器２
２を介して単相自動電力調整器２３と制御装置２４に給
電し、更にタップ切り換え接点２５ａを介してフィラメ
ントトランス２６の１次側に給電する。

【０００７】単相自動電力調整器２３は、設定入力器２
３ａからの指示に基づいて出力電力を制御する。

【０００８】単相自動電力調整器２３の出力電圧は、開
閉接点２５ｂを介して高圧トランス２７の１次側に供給
する。そして、高圧トランス２７の二次側は、コンデン
サＣと抵抗ＲとダイオードＤによる倍電圧半波整流回路
２８を介してマグネトロン管２９のフィラメント（カソ
ード）２９ｆとアノード２９ａの間に直流高電圧を供給
する。

【０００９】また、フィラメントトランス２６の二次側
は、前記マグネトロン管２９のフィラメント２９ｆに加
熱電圧を供給する。

【００１０】マグネトロン管２９は、フィラメント２９
ｆを加熱し、アノード２９ａに直流高点圧を印加して励
起すると発振してマイクロ波電力μＰを出力する。

【００１１】そして、制御装置２４は、電磁接触器２５
を制御して前記接点２５ａ，２５ｂを開閉する。

【００１２】このマイクロ波発生装置において、制御装
置２４は、配線用遮断器２２が閉じられると、電磁接触
器２５のタップ切り換え接点２５ａは、フィラメントト
ランス２６がマグネトロン管２９のフィラメント２９ｆ
を低電圧で予備加熱するように該フィラメントトランス
２６のタップを接続し、また、開閉接点２５ｂは開くよ
うに該電磁接触器２５を制御する。そして、所定時間経
過後に、電磁接触器２５のタップ切り換え接点２５ａ
は、フィラメントトランス２６がマグネトロン管２９の
フィラメント２９ｆを所定の電圧で加熱するように該フ
ィラメントトランス２６のタップを接続し、また、開閉
接点２５ｂは閉じるように該電磁接触器２５を制御する
ことにより、マグネトロン管２９のアノード２９ａに直
流高点圧を印加して励起することにより発振させてマイ
クロ波電力μＰを出力させる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このようなマイクロ波
発生装置は、大電力のマイクロ波電力を出力するため
に、前述したような電源系とマグネトロン管を複数個並
設した装置を構成すると、電源系が大型化すると共に割
高になる。

【００１４】本発明の１つの目的は、大電力のマイクロ
波を出力することができる比較的小型で安価なマイクロ
波発生装置を提供することにある。

【００１５】本発明の他の目的は、大電力のマイクロ波
を安定に出力することができる比較的小型で安価なマイ
クロ波発生装置を提供することにある。

【００１６】本発明の更に他の目的は、フィラメントト
ランスとマグネトロン管の間の配線による損失を軽減す
ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、電源装置から
の給電によりマグネトロン管を励起してマイクロ波を発
生するマイクロ波発生装置において、前記電源装置は、
３相交流電圧を入力し、３個のマグネトロン管の各フィ
ラメントへ給電は、各相間に接続した３個のフィラメン
トトランスにより行うようにし、前記３個のマグネトロ
ン管の各アノードへの給電は、１個の３相電力調整器に
よって調整した３相交流電圧を各相間に接続した３つの
高圧トランスにより変圧して行うようにした。

【００１８】また、前記各マグネトロン管のフィラメン
トとアノードへの給電は、３相交流電圧の同一の相を使
用して行うようにした。

【００１９】また、前記各フィラメントトランスのタッ
プ切り換え接点および３相電力調整器と高圧トランスの
間の開閉接点は、１つの制御装置により制御するように
した。

【００２０】そして、前記フィラメントトランスとマグ
ネトロン管を近接して設置してマグネトロン管ユニット
を構成するようにした。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明のマイクロ波発生装置の一
実施の形態を図１および図２を参照して説明する。この
実施の形態は、電源として３相交流電圧を使用して３個
のマグネトロン管を励起するものである。

【００２２】図１は、この実施の形態を示すマイクロ波
発生装置のブロック図である。また、図２は、動作タイ
ミングチャートである。

【００２３】電源端子４１は、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）交流
電圧を入力し、３相配線用遮断器４２を介して３相自動
電力調整器４３と制御装置４４に給電し、更にタップ切
り換え接点４５ａｕ，４５ａｖ，４５ａｗを介して３個
のフィラメントトランス４６ｕ，４６ｖ，４６ｗの各１
次側にそれぞれ給電する。すなわち、フィラメントトラ
ンス４６ｕにはＵ相とＶ相の相間電圧を印加し、フィラ
メントトランス４６ｖにはＶ相とＷ相の相間電圧を印加
し、フィラメントトランス４６ｗにはＷ相とＶ相の相間
電圧を印加する。

【００２４】３相自動電力調整器４３は、設定入力器４
３ａからの指示に基づいて３相出力電力を制御する。

【００２５】３相自動電力調整器４の各相の出力電圧
は、開閉接点４５ｂｕ，４５ｂｖ，４５ｂｗを介して３
個の高圧トランス４７ｕ，４７ｖ，４７ｗの各１次側に
供給する。そして、各高圧トランス４７ｕ，４７ｖ，４
７ｗの各二次側は、コンデンサＣと抵抗Ｒとダイオード
Ｄによる倍電圧半波整流回路４８ｕ，４８ｖ，４８ｗを
介して３個のマグネトロン管４９ｕ，４９ｖ，４９ｗの
各フィラメント（カソード）４９ｆｕ，４９ｆｖ，４９
ｆｗとアノード４９ａｕ，４９ａｖ，４９ａｗの間に直
流高電圧を供給する。各マグネトロン管４９ｕ，４９
ｖ，４９ｗの各アノード４９ａｕ，４９ａｖ，４９ａｗ
は、接地する。

【００２６】また、各フィラメントトランス４６ｕ，４
６ｖ，４６ｗの各二次側は、前記各マグネトロン管４９
ｕ，４９ｖ，４９ｗの各フィラメント４９ｆｕ，４９ｆ
ｖ，４９ｆｗに加熱電圧を供給する。

【００２７】ここで、各マグネトロン管４９ｕ〜４９ｗ
のフィラメント４９ｆｕ〜４９ｆｗとアノード４９ａｕ
〜４９ａｗは、３相交流電源電圧のそれぞれ対応する同
一の相から給電するようにする。すなわち、マグネトロ
ン４９ｕのフィラメント４９ｆｕとアノード４９ａｕに
はＵ相とＶ相の相間電圧に基づいて給電し、マグネトロ
ン管４９ｖのフィラメント４９ｆｖとアノード４９ａｖ
にはＶ相とＷ相の相間電圧に基づいて給電し、マグネト
ロン管４９ｗのフィラメント４９ｆｗとアノード４９ａ
ｗにはＷ相とＶ相の相間電圧に基づいて給電する。

【００２８】マグネトロン管４９ｕ〜４９ｗは、各フィ
ラメント４９ｆｕ〜４９ｆｗを加熱し、各アノード２９
ａｕ〜２９ａｗに直流高点圧を印加して励起するとそれ
ぞれ発振してマイクロ波電力μＰ１〜μＰ３を出力す
る。

【００２９】そして、制御装置４４は、電磁接触器４５
を制御して前記接点４５ａｕ〜４５ａｗ，４５ｂｕ〜４
５ｂｗを開閉する。

【００３０】電源端子４１，配線用遮断器４２，３相自
動電力調整器４３，制御装置４４，電磁接触器４５，高
圧トランス４７ｕ〜４７ｗ，倍電圧半波整流回路４８ｕ
〜４８ｗは近くに設置して電源ユニット５０を構成し、
各フィラメントトランス４６ｕ〜４６ｗとマグネトロン
管４９は近接して設置してマグネトロン管ユニット５１
を構成している。各フィラメントトランス４６ｕ〜４６
ｗとマグネトロン管４９の間には大きな電流が流れるの
で、両者を近接して設置したマグネトロン管ユニット５
１を構成することにより、配線による損失を軽減できる
ようにする。

【００３１】このように構成したマイクロ波発生装置に
おいて、制御装置４４は、図２に示すように、配線用遮
断器４２が閉じられると、電磁接触器４５の各タップ切
り換え接点４５ａｕ〜４５ａｗは、各フィラメントトラ
ンス４６ｕ〜４６ｗが各マグネトロン管４９ｕ〜４９ｗ
の各フィラメント４９ｆｕ〜４９ｆｗを低電圧で予備加
熱するように該フィラメントトランス４６ｕ〜４６ｗの
タップを接続し、また、各開閉接点４５ｂｕ〜４５ｂｗ
を開くように該電磁接触器４５を制御する。

【００３２】そして、制御装置４４は、所定時間（遅れ
時間τｔ＝数十秒）経過後に、電磁接触器４５の各タッ
プ切り換え接点４５ａｕ〜４５ａｗは、各フィラメント
トランス４６ｕ〜４６ｗが各マグネトロン管４９ｕ〜４
９ｗの各フィラメント４９ｆｕ〜４９ｆｗを所定の電圧
で加熱するように該フィラメントトランス４６ｕ〜４６
ｗのタップを切り換え接続し、また、各開閉接点４５ｂ
ｕ〜４５ｂｕは閉じるように該電磁接触器４５を制御す
ることにより、各マグネトロン管４９ｕ〜４９ｗの各ア
ノード４９ａｕ〜４９ａｗに直流高点圧を印加して励起
して発振させてマイクロ波電力μＰｕ〜μＰｗを出力さ
せる。

【００３３】マイクロ波電力μＰｕ〜μＰｗは、高圧ト
ランス４７ｕ〜４７ｗから各マグネトロン管４９ｕ〜４
９ｗへの供給電力により増減制御することができる。つ
まり、３相自動電力調整器４３の出力電力を設定入力器
４３ａにより制御することにより増減することができ
る。

【００３４】マイクロ波電力の出力を停止するときに
は、設定入力器４３ａにより３相自動電力調整器４３の
出力電力を低下させた後に配線用遮断器４２を開くする
ようにすると良い。

【００３５】このようなマイクロ波発生装置によれば、
３個のマグネトロン管４９ｕ〜４９ｗに対して１つの３
相自動電力調整器４３および制御装置４４とすることが
できるので、比較的小型で安価なマイクロ波発生装置と
なる。

【００３６】また、３個のマグネトロン管４９ｕ〜４９
ｗのフィラメント４９ｆｕ〜４９ｆｗとアノード４９ａ
ｕ〜４９ａｗは、３相交流電源電圧のそれぞれ対応する
同一の相から給電するようにしているので、それぞれ、
マイクロ波電力を安定に出力することができる。因に、
異なる相を使用して給電するようにすると、位相がずれ
たときに、マグネトロン管４９ｕ〜４９ｗの内部の電子
の円周運度が乱れてアーク放電し易くなる。

【００３７】また、各フィラメントトランス４６ｕ〜４
６ｗとマグネトロン管４９を近接して設置してマグネト
ロン管ユニット５１を構成したことにより、配線による
損失を軽減することができる。

【００３８】更に、マイクロ波電力出力を大きくするた
めに、マグネトロン管を増設するときには、このような
マイクロ波発生装置を並設したり、各構成部品の電力容
量を大きくして各フィラメントトランス４６ｕ〜４６ｗ
と各倍電圧半波整流回路４８ｕ〜４８ｗに複数のマグネ
トロン管を並列接続するようにすると良い。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が得ら
れる。

【００４０】（１）複数個のマグネトロン管を使用する
マイクロ波発生装置において、自動電力調整器と制御装
置は各々１個で足りるので比較的小型で割安に製作でき
る。

【００４１】（２）複数個のマグネトロン管を使用する
マイクロ波発生装置において、マグネトロン管のフィラ
メントとアノードへの給電は交流電圧の同一の相を使用
して行うようにしたので、安定した出力が得られる。

【００４２】（３）複数個のマグネトロン管を使用する
マイクロ波発生装置において、フィラメントトランスと
マグネトロン管を近接して設置してマグネトロン管ユニ
ットを構成したことにより、フィラメントトランスとマ
グネトロン管の間の配線による損失を軽減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロ波発生装置の一実施の形態を
示すブロック図である。

【図２】図１に示したマイクロ波発生装置の動作タイミ
ングチャートである。

【図３】従来のマイクロ波発生装置のブロック図であ
る。

【符号の説明】

４１…電源端子、４３…３相自動電力調整器、４４…制
御装置、４６ｕ，４６ｖ，４６ｗ…フィラメントトラン
ス、４７ｕ，４７ｖ，４７ｗ…高圧トランス、４８ｕ，
４８ｖ，４８ｗ…倍電圧半波整流回路、４９ｕ，４９
ｖ，４９ｗ…マグネトロン管、４９ｆｕ，４９ｆｖ，４
９ｆｗ…フィラメント、４９ａｕ，４９ａｖ，４９ａｗ
…アノード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 晃広 茨城県日立市東金沢町一丁目15番25号 株 式会社日立エレクトリックシステムズ内 Ｆターム(参考） 3K086 AA02 AA08 AA09 BA05 BA08 CB13 CD27 DA06 DA12 DB15 DB22 FA02 5C029 NN04 NN05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源装置からの給電によりマグネトロン管
   を励起してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置に
   おいて、 前記電源装置は、３相交流電圧を入力し、３個のマグネ
   トロン管の各フィラメントへ給電は、各相間に接続した
   ３個のフィラメントトランスにより行うようにし、前記
   ３個のマグネトロン管の各アノードへの給電は、１個の
   ３相電力調整器によって調整した３相交流電圧を各相間
   に接続した３つの高圧トランスにより変圧して行うよう
   にしたことを特徴とするマイクロ波発生装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記各マグネトロン管
   のフィラメントとアノードへの給電は、３相交流電圧の
   同一の相を使用して行うようにしたことを特徴とするマ
   イクロ波発生装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記各フィラ
   メントトランスのタップ切り換え接点および３相電力調
   整器と高圧トランスの間の開閉接点は、１つの制御装置
   により制御するようにしたことを特徴とするマイクロ波
   発生装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記フィラメントトラ
   ンスとマグネトロン管を近接して設置してマグネトロン
   管ユニットを構成するようにしたことを特徴とするマイ
   クロ波発生装置。