【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネトロンの駆動に係る電源装置を制御しながら、発生する高周波加熱エネルギーによって食品を加熱する高周波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波加熱装置について図面を用いて説明する。図５は回路構成を示した図である。この図において１は商用単相交流電源、２はインバータ回路、３は整流回路、４、５は半導体スイッチング素子、６は制御回路、７は第１の共振コンデンサ、８は第２の共振コンデンサ、９は昇圧トランス、１０は高圧整流回路、１１はマグネトロンである。従来の家庭用の高周波加熱装置は、商用単相交流電源１を一旦整流回路３で直流電圧に変換し、この直流電圧を半導体スイッチング素子４、５のオンオフを制御回路６で制御することによってインバータ回路２で２０ｋＨｚ以上の高周波電圧に変換している。
【０００３】
さらにインバータ回路２は、この高周波電圧を昇圧トランス９によって高周波高電圧に昇圧し、高圧整流回路１０を介して直流高電圧をマグネトロン１１に印加している。また、昇圧トランス９は第３の巻線を有しており、この第３の巻線によってマグネトロン１１のカソードを加熱するフィラメント電力を供給している。この電力によってカソードから熱電子を放出している。この熱電子とマグネトロン１１に備えられた永久磁石と高圧整流回路１０から得られる直流高電圧によってマグネトロン１１は真空管発振を行い、２．４５ＧＨｚの電波を加熱室に放射することによって被加熱物を高周波電界で加熱している。
【０００４】
このような、家庭用の高周波加熱装置は１０００Ｗ以上の変換電力を扱うため、インバータ回路２の高効率化が重要な技術である。そのために、インバータ回路２は第１の共振コンデンサ７と昇圧トランス９の１次巻線によって共振回路を構成し、この共振回路の共振現象を利用して半導体スイッチング素子４、５がターンオフあるいはターンオンする際の電圧の傾きを緩やかにしている。この結果、半導体スイッチング素子４、５のスイッチング損失が低減され、インバータ回路２を高効率化する構成となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
家庭用電子レンジは１００Ｖの単相電源より１０００Ｗから１５００Ｗ程度の電力供給を受けてマイクロ波で食品を加熱する調理器であるが、一方、レストランやコンビニ、ファーストフードといった外食産業の中で、使用される電子レンジも存在する。いわゆる業務用電子レンジと称され、短時間に大量の食品を加熱、調理するもので、必然的に扱う電力が大きくなり、単相電源では不十分となる場合も多い。これを解決する為には、より多くの電力を扱える三相電源より電力の供給を受け、この電力をマイクロ波に変換する構成とすることが必要であるが、次に挙げるような課題がある。
【０００６】
マグネトロン１１は前述のようにカソードを加熱して、その熱電子の放出によって電波を発生させている。したがってカソードを予熱する時間が必要となる。また、予熱するための電力はインバータ回路２に備えられた昇圧トランス９から供給されるので、予熱する電力と同時に高圧整流回路１０へも電圧が供給される。このためマグネトロン１１が発振するまでの期間も高電圧が印加されることになる。そしてこれらの高周波加熱装置においては、カソードの供給電力を多くし起動時間を短縮するためにマグネトロン１１に印加される電圧は通常の発振に必要な電圧（約−４ｋＶ）よりも高い負電圧が印加されるのが一般的である。このように高い負電圧を印加して起動すると、起動状態から定常の発振状態に遷移するまでの間にモーディング発振の状態を経て定常発振へ状態が遷移する。
【０００７】
三相電源で電子レンジを使用するためには三相を整流する必要が有るが、この整流出力は、単相の場合と異なり、交流の一周期毎に電位が０になることは無く、常に一方向に電位が存在する直流に近いものとなる。このことは、通常状態では、電圧変動が少ない分、安定してマグネトロン１１が発振し、単相の場合に比べ大幅に発振効率を上げることが出来るという利点がある一方で、この様な直流或いは、直流に近い電圧源でインバータ回路２を駆動すると、起動状態から定常発振へ遷移するときに、前述のようにモーディング発振の状態を経るまでに正常な発振まで遷移せずにモーディング発振の状態が継続してしまうことがある事が知られている。モーディング発振の状態は異常な発振状態であり、マグネトロン１１の寿命を著しく縮めてしまう。大電力下ではその影響は大きく、従来より三相電源を用いたインバータ回路でマグネトロンを駆動する高周波加熱装置の大きな課題であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するもので、マグネトロンが定常発振に至る迄のモーディングの発生が、その間の、カソードの電子放出量に依存しているという観点から、マグネトロンのカソードを加熱するフィラメント電源と、三相整流装置の出力により駆動されるマグネトロンアノードに電力を付勢するインバータ回路のそれぞれを個別に制御し、カソードからの電子放出が充分な状態でのみ高周波の発振が行なわれ、又モーディングが発生した場合は、一旦アノードへの電力の付勢を停止し再起動させることでモーディング発振が起きないようにしたものであり、このことで三相交流電源を使用した大電力，高効率の高周波加熱装置を実現出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、高周波加熱にかかるマグネトロンと、前記マグネトロンのカソードを加熱するフィラメント電源と、三相交流電源より受電し整流する三相整流装置と前記三相整流装置の出力により駆動され前記マグネトロンアノードに電力を付勢するインバータ回路と、前記インバータ電源に備えられた半導体スイッチング素子及び、前記フィラメント電源のそれぞれを制御する制御回路とを設け、前記フィラメント電源がマグネトロンのカソードを加熱するフィラメントに通電開始後、予め設定した時間以降にインバータ電源の半導体スイッチング素子に通電が開始される構成としたものである。
【００１０】
そして、マグネトロンのカソードからの電子放出が充分な状態になった後に高周波の発振が行なわれ、モーディング発振そのものを無くし、モーディング継続を無くすことができるようにし、確実に安定発振を行うことでマグネトロンの寿命劣化を防止することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、高周波加熱にかかるマグネトロンと、前記マグネトロンのカソードを加熱するフィラメント電源と、三相交流電源より受電し整流する三相整流装置と前記三相整流装置の出力により駆動され前記マグネトロンアノードに電力を付勢するインバータ回路と、前記インバータ電源に備えられた半導体スイッチング素子及び、前記フィラメント電源のそれぞれを制御する制御回路とを設け、前記、制御回路がマグネトロンのモーディング発振を検出するモーディング発振検知部を備え、モーディング発振検知部がモーディング発振を検出すると前記インバータ電源を一旦停止させ、その後再起動させる構成としたものである。
【００１２】
そして、一旦起きたモーディング発振を停止させ、再度カソードが充分加熱された状態で発振を再開することで、マグネトロンがモーディング発振を継続することなく確実に安定発振を行うことでマグネトロンの寿命劣化を防止することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項２に記載のモーディング発振検知部が、流れる電流値に応じて発光度合いが変化する発光素子と電気的に絶縁された受光素子からなるフォトカプラーを設け、マグネトロン流れる電流波形に応じた出力波形を受光素子より制御回路に出力する構成とし、インバータ回路の断続と異なる周期での断続の発生を検出すると、モーディングの発生と判断し、前記インバータ回路の高周波発振を電源の１周期のみ一旦停止させるようにしたものである。
【００１４】
そして一旦発生したモーディング発振を即座に一旦停止させ、カソードが電子の放出に充分な状態にして次の一周期の発振に備えるようにすることで、モーディング発振を継続することなく安定発振を行うと同時に、発振停止の時間を極力短くすることで、発振停止時間の発生による加熱効率低下を防ぎながら、マグネトロンの寿命劣化を防止することができる。
【００１５】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、従来例と同一符号のものは同一構造を有し、説明を省略する。
【００１６】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における高周波加熱装置の回路を示すものである。
【００１７】
図１において１２は三相交流電源、２はインバータ回路、４、５は半導体スイッチング素子、７は第１の共振コンデンサ、８は第２の共振コンデンサ、９は昇圧トランスで、１０は高圧整流回路、１１はマグネトロンである。但し、昇圧トランス９は従来の物と異なり、マグネトロンのカソードの加熱にかかるフィラメントに電力を供給する巻線を持っていない。１３は前記マグネトロン１１のカソードを加熱するフィラメントに加熱電力を供給するフィラメントトランスで、１次コイルは制御用のリレー１４の接点を介して三相交流電源１２の１相に接続される。三相交流電源１２より受電した電力は装置の操作にかかる電源スイッチ１５を通し三相ブリッジ整流回路１６に接続される。更に、三相ブリッジ整流回路１６の出力はチョークコイル１７とコンデンサ１８よりなる平滑回路を通しスイッチング素子４、５に供給される回路構成をなしている。
【００１８】
スイッチング素子４、５を駆動、制御する制御回路１９は、マイクロコンピュータ２０を主体に構成するもので、あらかじめ記憶装置に保存されたプログラムデータに従い、それぞれの条件に応じスイッチング素子４、５及びリレー１４の駆動や制御を行う構成をなす。マイクロコンピュータ２０の入力ポートの１つは本体内への食品の搬入、搬出にかかる扉にかかり扉が開成状態でＯＦＦ、閉成状態でＯＮ状態となる扉開閉信号スイッチ２１に接続される。更に他の入力ポートの１つは、操作者が食品の加熱を開始を指示する作動スイッチ２２に接続される。
【００１９】
マイクロコンピュータ２０の出力ポートの１つは２０ＫＨｚ以上の発振回路２３を制御する。マイクロコンピュータ２０に制御された発振出力は波形整形回路２４で所定の発振波形に整形され、さらにスイッチング素子駆動回路２５で駆動に必要な電力に増幅され、スイッチング素子４、５に伝送されこれを駆動する構成をなしている。又、マイクロコンピュータ２０の出力ポートの一つは、リレー駆動回路２６に接続される。リレー駆動回路２６の出力はリレー１４の駆動コイルに接続され、マイクロコンピュータ２０の指示に従い、リレー１４の接点を開閉するようにしている。これらの動作にかかる制御回路１９はフィラメントトランス１３同様、三相交流電源１２の１相に接続された電源回路２７により動作に必要な電力を得ている。
【００２０】
上記の構成で、次のような動作が行われるようにしている。
【００２１】
本体の操作者装置の動作にかかる電源スイッチ１５をＯＮすると装置各部に通電され、制御回路１９にも電源回路２７により電力が供給され、マイクロコンピュータ２０が動作を開始する。
【００２２】
図２は動作を示すタイムチャートである。
【００２３】
操作者が食品を加熱庫内に設置のため、本体の扉を開成すると扉信号スイッチ２１がＯＦＦし、マイクロコンピュータ２０はリレー駆動回路２６に信号を送り、リレー１４の接点をＯＮさせる。フィラメントトランス１３に電圧が印加され、マグネトロン１１のフィラメントに通電が始まり、カソードが加熱開始する。同時にマイクロコンピュータ２０は、リレー駆動回路２６に信号を送った後の経過時間を計測開始する。この計時は予め設定されたマグネトロン１１のカソードが充分に加熱され、マグネトロンがモーディング発振となる事のない状態までに要する時間に達するまで行われる。
【００２４】
一方、三相ブリッジ整流回路１６出力電圧は、スイッチング素子４、５に印加されるが、スイッチング素子４、５の入力ゲートには信号が入力されないため、ＯＦＦ状態が保たれ、昇圧トランス９の二次には電圧が発生しない。
【００２５】
次に操作者が食品の設置を完了し扉を閉成し、加熱開始を指示する作動スイッチ２２を瞬時ＯＮさせる。マイクロコンピュータ２０はこの時、前述のリレー駆動回路２６に信号を送った後の経過時間を調べ、もし、予め設定されたマグネトロン１１のカソードが充分に加熱され、マグネトロン１１がモーディング発振となる事のない状態までに要する時間に達しておれば、発振回路２３にたいし、スイッチング素子４、５が２０ｋＨｚ以上の高周波で断続するように信号を送る。又、もし、予め設定されたマグネトロン１１のカソードが充分に加熱され、マグネトロン１１がモーディング発振となる事のない状態までに要する時間達していなければ、発振回路２３への発振開始の指示を保留し、予め設定した時間に達したときに発振開始の指示をおこなう。
【００２６】
スイッチング素子４、５が２０ｋＨｚ以上の高周波で断続を始めると、昇圧トランス９によって高周波高電圧に昇圧され、高圧整流回路１０を介して直流高電圧がマグネトロン１１に印加される。マグネトロン１１はこの直流高電圧によって駆動され、２．４５ＧＨｚの高周波を発生し、被加熱物を加熱する。予め操作者によって設定されている、食品の加熱時間が経過すると、マイクロコンピュータ２０は発振回路へ発振信号をＯＦＦし、食品の加熱が停止される。同時にフィラメントトランス１３への通電もマイクロコンピュータ２０がリレー駆動回路３１を通じリレー１４の接点を閉成し、フィラメントへの加熱電流が遮断され、カソードの温度を下げる。
【００２７】
その後、操作者が食品を取り出す為に本体の扉を開成すると、扉信号スイッチ２１がＯＦＦし、マイクロコンピュータ２０は再度リレー駆動回路３１を通じリレー１４をＯＮする。以後もし操作者が加熱を終えた食品を取り出し、新たに次の食品を設置して扉を閉成して、その後作動スイッチ２２を押した場合は前述が繰り返される。又、もし、予め設定されたマグネトロン１１のカソードが充分に加熱され、マグネトロン１１がモーディング発振となる事のない状態までに要する時間を経過した後、一定時間何も操作が行われない場合は、加熱作業の終了と判断し、マイクロコンピュータ２０はリレー１４の接点をＯＦＦし、フィラメントトランス１３への通電を停止する。
【００２８】
上記の構成によれば、三相ブリッジ整流出力で駆動されるマグネトロン１１は必ず、カソードが充分に加熱され、電子放出が充分な状態でのみアノードに電圧が印加され、カソードが加熱不足で発生するモーディング発振そのものを無くし、モーディング継続を無くすことができる。即ち、本実施例においては、三相交流電源１２より受電し整流する三相ブリッジ整流装置１６と三相ブリッジ整流装置１６の出力により駆動され前記マグネトロン１１のアノードに電力を付勢するインバータ回路２の半導体スイッチング素子４、５及び、前記フィラメントトランス１６のそれぞれを制御する制御回路１９とを設け、フィラメントトランス１６がマグネトロンのカソードを加熱するフィラメントに通電開始後、予め設定した時間以降にインバータ電源２の半導体スイッチング素子４、５に通電が開始される構成とする事で、マグネトロン１１は常にカソードからの電子放出が充分な状態になった後に高周波の発振が行なわれ、モーディング発振が起きないようにし、確実に安定発振を開始し、モーディング発振に移行しない用にすることができ、マグネトロンの寿命劣化を防止することができる。
【００２９】
（実施例２）
図３は、本発明の第２の実施例の高周波加熱装置の回路構成を示す図である。なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００３０】
実施例１の構成と異なるところは、高圧整流回路１０の出力の１部に出力電流を検出するカレントトランス２７および、カレントトランス２７の二次出力を整流、平滑する整流回路２８よりなるモーディング発振検知部２９を設けた点である。このモーディング発振検知部２９の出力は、一方を予め設定したアノード電流時に生じる信号電圧を発生する基準電圧発生器３０に接続する比較器３１のもう一方の入力に接続している。この構成で、比較器３１は基準電圧発生器３０とカレントトランス２７の信号電圧の差の出力をマイクロコンピュータ２０の入力ポートに入力するようにしている。
【００３１】
この回路構成により次の動作が行われる。
【００３２】
マグネトロン１１のアノードに流れる電流はスイッチング素子４、５の断続周期の脈流である。その為、その電流変化がカレントトランス２７の二次出力として現れる。この出力は更に整流回路２８及び、平滑回路２９を通して直流に変換され比較器３１の一方の入力端に入力される。
【００３３】
一方、制御回路１９の内部に設けられた基準電圧発生器３０は予めマグネトロン１１が正常に発振している場合の平滑回路２９の直流電圧出力に等しい電圧を発生しており、この電圧が比較器３１のもう一方の入力端に入力される。比較器３１の比較出力は両方の入力が等しく差が無いため、出力０としてマイクロコンピュータ２０に入力され、マイクロコンピュータ２０はマグネトロン１１のアノード電流が正常であると判断し、発振回路２３に対し、発振継続を指示する。
【００３４】
他方、マグネトロン１１がモーディング発振を起こしている場合、アノードに流れる電流は正常時のそれに比べ断続頻度が高くなり、整流出力を平滑すると出力電圧は正常時に比べ低くなる。この為、比較器３１の出力には入力電圧の差に応じた出力が現れる。マイクロコンピュータ２０はこの差の電圧をマグネトロン１１の異常発振と判断し、一旦発振回路２３に対し、発振停止を指示する。発振回路が停止するとスイッチング素子４、５は断続を中止し、マグネトロン１１は発振停止状態となる。一定時間本実施例においては０．５ｓｅｃの後、マイクロコンピュータ２０は発振回路２３にたいし再度発振開始を指示する。これによりスイッチング素子４、５は断続を再開、マグネトロン１１が発振を開始する。もし、マグネトロン１１が正常の発振を行えば、マイクロコンピュータ２０は発振回路２３に発振継続を指示、もしアノード電流が異常で、比較器３１出力が何らかの差の出力電圧をマイクロコンピュータ２０に与えた場合は、再びマイクロコンピュータ２０は０．５ｓｅｃの間発振停止を指示する。
【００３５】
上記の構成と動作によれば、三相ブリッジ整流出力により駆動されるマグネトロン１１は、アノード電流が正常な場合は発振を継続、もし異常が有れば一旦発振を停止し、その後発振が正常と認められるまでその状態を保ち、継続的なモーディング発振を防止することができる。即ち、マグネトロン１１のモーディング発振を検出するカーレントトランス２７と基準電圧の比較を行うことによるモーディング発振検知部２９を備え、モーディング発振検知部２９がモーディング発振を検出すると前記インバータ電源２のスイッチング素子４、５を一旦停止させ、その後再起動させる構成とすることで、仮に一旦、モーディングが起きても、そのモーディング発振を停止させ、再度カソードが充分加熱された状態で発振を再開することで、マグネトロン１１のモーディング発振が継続することを防ぎ、確実に安定発振を行うことでマグネトロン１１の寿命劣化を防止することができる。
【００３６】
尚、本実施例において、モーディング発振検知部として、カーレントトランス２７の出力を制御装置１９内に設けた比較器３１で比較してマイクロコンピュータ２０に入力しているが、他の実施例として、マイクロコンピュータ２０自身に比較機能を持たせ、あらかじめ設定した基準電圧とカレントトランスの整流出力の比較を行い、制御を行う場合もあり得る。
【００３７】
（実施例３）
図４は、本発明の第３の実施例の高周波加熱装置の回路構成を示す図である。実施例１、２の構成と異なるところは、モーディング発振検知部２９における高圧整流回路１０の出力電流を検出する構成として、カレントトランス２７の代わりに流れる電流値に応じて発光度合いが変化する発光素子と電気的に絶縁された受光素子からなるフォトカプラー３２が接続されている点である。更にフォトカプラー３２の出力は整流回路２８や平滑回路２９を通さず、直接比較器３１に導かれる構成としている。そして、比較器３１のもう一方の入力端には、基準電圧発生器３０の代わりに、移相回路３３を通したスイッチング素子４のスイッチング電圧が印加されるように構成している。移相回路は、スイッチング素子４，５の断続周期を半分にする、即ち、２倍の発振周波数のパルス波を発生し、更に、スイッチング素子４，５の断続位相とマグネトロン１１に流れる電流の位相のずれの分パルス波の位相をずらす構成を有している。比較器３１は、それぞれの入力端に入力波形のピーク値を一定にする波形整形回路を有し、波形整形後の電圧の差の絶対値を出力するもので、出力は実施例２同様マイクロコンピュータ２０の入力ポートに入力するように構成している。この回路構成により次の動作が行われる。
【００３８】
マグネトロン１１のアノードに流れる電流は、スイッチング素子４、５で断続する脈流である。高圧整流回路は倍電圧の両波整流回路となっているため、フォトカプラー３２の出力にはスイッチング素子４、５の断続周期の２倍の断続回数で断続する高周波パルスが現れる。
【００３９】
比較器３１のもう一方にはスイッチング素子４、５の断続出力を２倍し位相補正された、パルス波が印可される。マグネトロン１１が正常に発振している場合、波形整形された比較器３１の比較出力は、両方の入力の周期が等しく位相差も無いため、出力０としてマイクロコンピュータ２０に入力され、マイクロコンピュータ２０はマグネトロン１１のアノード電流が正常であると判断し、発振回路２３に対し、発振継続を指示する。
【００４０】
他方、マグネトロン１１がモーディング発振を起こしている場合、アノードに流れる電流は正常時のそれに比べ断続頻度が高くなり、比較器３１は周期のずれと、位相のずれを検知し、出力にずれた部分の波形が出力される。マイクロコンピュータ２０はこの電圧をマグネトロンの異常発振と判断し、一旦、発振回路２３に対し、発振停止を指示する。発振回路が停止するとスイッチング素子４、５は断続を中止し、マグネトロン１１は発振停止状態となる。一定時間本実施例においては２０ｍｍｓｅｃの後、マイクロコンピュータ２０は発振回路２３にたいし再度発振開始を指示する。これによりスイッチング素子４、５は断続を再開、マグネトロン１１が発振を開始する。もし、マグネトロンが正常の発振を行えば、マイクロコンピュータは発振回路に発振継続を指示、もしアノード電流が異常で、比較器３１出力が何らかの差の出力電圧をマイクロコンピュータ２０に与えた場合は、再びマイクロコンピュータ２０は２０ｍｍｓｅｃの間発振停止を指示する。
【００４１】
上記の構成と動作によれば、カソードの電子放出の不足が原因の動作開始直後の初期モーディング状態や、動作中にモーディングが発生した場合でも、発生したモーディング状態を即座に停止し、モーディング状態の継続をなくすことができる。即ち、一旦発生したモーディング発振を断続の１周期のみで一旦停止させ、カソードが電子の放出に充分な状態にして次の一周期の発振に備えるようにすることで、モーディング発振を継続することなく安定発振を行うと同時に、発振停止の時間を極力短くすることで、発振停止時間の発生による加熱効率低下を防ぎながら、マグネトロン１１の寿命劣化を防止することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１、２、３記載の発明によれば、マグネトロンのフィラメントに流れる電流が定常状態に安定化した後に陽極電圧が印加され、且つ、仮に一旦モーディング状態になっても、即座にモーディングの発生停止さることで、状況により多様に変化する不安定なモーディング発生時間を極力抑えることで食品に印可する加熱エネルギーの変化を大幅に抑える、マグネトロンの寿命劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における高周波加熱装置の回路を示す図
【図２】本発明の実施例１における高周波加熱装置の動作を示すタイムチャート
【図３】本発明の実施例２における高周波加熱装置の回路を示す図
【図４】本発明の実施例３における高周波加熱装置の回路を示す図
【図５】従来の高周波加熱装置の回路を示す図
【符号の説明】
２ インバータ回路
４、５ 半導体スイッチング素子
１１ マグネトロン
１２ 三相交流電源
１３ フィラメント電源
１６ 三相整流装置
１９ 制御回路
２９ モーディング発振検知部
３２ フォトカプラー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-frequency heating device that heats food with generated high-frequency heating energy while controlling a power supply device for driving a magnetron.
[0002]
[Prior art]
A conventional high-frequency heating device will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration. In this figure, 1 is a commercial single-phase AC power supply, 2 is an inverter circuit, 3 is a rectifier circuit, 4 and 5 are semiconductor switching elements, 6 is a control circuit, 7 is a first resonance capacitor, 8 is a second resonance capacitor, 9 is a step-up transformer, 10 is a high-voltage rectifier circuit, and 11 is a magnetron. A conventional home-use high-frequency heating apparatus converts a commercial single-phase AC power supply 1 into a DC voltage once by a rectifier circuit 3 and controls the ON / OFF of the semiconductor switching elements 4 and 5 by a control circuit 6 to control the inverter. The circuit 2 converts the voltage into a high frequency voltage of 20 kHz or more.
[0003]
Further, the inverter circuit 2 boosts the high-frequency voltage to a high-frequency high voltage by a step-up transformer 9 and applies a high DC voltage to the magnetron 11 via a high-voltage rectifier circuit 10. Further, the step-up transformer 9 has a third winding, and supplies the filament power for heating the cathode of the magnetron 11 by the third winding. This power emits thermoelectrons from the cathode. The magnetron 11 oscillates in a vacuum tube by the thermoelectrons, the permanent magnet provided in the magnetron 11 and the DC high voltage obtained from the high-voltage rectifier circuit 10, and radiates a 2.45 GHz radio wave to the heating chamber to raise the frequency of the object to be heated. Heating by electric field.
[0004]
Since such a high-frequency heating device for home uses a converted power of 1000 W or more, it is important technology to increase the efficiency of the inverter circuit 2. Therefore, the inverter circuit 2 forms a resonance circuit by the first resonance capacitor 7 and the primary winding of the step-up transformer 9, and the semiconductor switching elements 4, 5 are turned off or turned on by utilizing the resonance phenomenon of the resonance circuit. In this case, the voltage gradient is made gentle. As a result, the switching loss of the semiconductor switching elements 4 and 5 is reduced, and the inverter circuit 2 is configured to have high efficiency.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
A household microwave oven is a cooker that heats food with microwaves by receiving power of about 1000 W to 1500 W from a single-phase power supply of 100 V. On the other hand, it is used in the restaurant industry such as restaurants, convenience stores and fast food. Some microwave ovens are used. A so-called commercial microwave oven, which heats and cooks a large amount of food in a short time, inevitably increases the power to be handled, and a single-phase power supply is often insufficient. In order to solve this, it is necessary to have a configuration in which power is supplied from a three-phase power supply that can handle more power and this power is converted into microwaves. However, there are the following problems. .
[0006]
The magnetron 11 heats the cathode as described above, and generates a radio wave by emitting the thermoelectrons. Therefore, a time for preheating the cathode is required. In addition, since the power for preheating is supplied from the step-up transformer 9 provided in the inverter circuit 2, the voltage is also supplied to the high-voltage rectifier circuit 10 at the same time as the power for preheating. Therefore, a high voltage is applied even during the period until the magnetron 11 oscillates. In these high-frequency heating devices, the voltage applied to the magnetron 11 to increase the power supplied to the cathode and shorten the startup time is a negative voltage higher than the voltage required for normal oscillation (about -4 kV). Generally, it is done. When such a high negative voltage is applied to start the apparatus, the state transits to the steady oscillation via the mode of the modulating oscillation before the transition to the steady oscillation state from the startup state.
[0007]
In order to use a microwave oven with a three-phase power supply, it is necessary to rectify the three phases, but this rectified output is different from a single-phase power supply in that the potential does not become 0 every one cycle of the alternating current. It is close to a direct current in which a potential exists in one direction. This has the advantage that, in the normal state, the magnetron 11 oscillates stably due to the small voltage fluctuation, and the oscillation efficiency can be greatly increased as compared with the single-phase case. When the inverter circuit 2 is driven by a voltage source close to DC, when transitioning from the starting state to the steady oscillation, as described above, the transition to the normal oscillation does not occur until the transition to the normal oscillation occurs before passing through the mode of the modulating oscillation. It is known that the condition may continue. The state of the modulating oscillation is an abnormal oscillation state, which significantly shortens the life of the magnetron 11. The effect is large under high power, and it has been a major problem for a high-frequency heating device that drives a magnetron with an inverter circuit using a three-phase power supply.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above-mentioned problem, and heats the magnetron cathode from the viewpoint that the occurrence of moding until the magnetron reaches steady oscillation depends on the electron emission amount of the cathode during that time. The filament power supply and the inverter circuit that energizes the magnetron anode driven by the output of the three-phase rectifier are individually controlled, and high-frequency oscillation is performed only when the electron emission from the cathode is sufficient, In addition, when moding occurs, the power supply to the anode is temporarily stopped and restarted to prevent the moding oscillation from occurring, which results in high power using a three-phase AC power supply. , A high-efficiency high-frequency heating device can be realized.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 is driven by a magnetron for high-frequency heating, a filament power supply for heating a cathode of the magnetron, a three-phase rectifier for receiving and rectifying power from a three-phase AC power supply, and an output of the three-phase rectifier. An inverter circuit for energizing the magnetron anode, a semiconductor switching element provided in the inverter power supply, and a control circuit for controlling each of the filament power supplies are provided, and the filament power supply heats a cathode of the magnetron. After the energization of the filament is started, energization of the semiconductor switching element of the inverter power supply is started after a preset time.
[0010]
Then, after the electron emission from the cathode of the magnetron becomes sufficient, high-frequency oscillation is performed, eliminating the moding oscillation itself, eliminating the continuation of the moding, and ensuring stable oscillation. It is possible to prevent the life of the magnetron from deteriorating.
[0011]
The invention according to claim 2 is driven by a magnetron for high-frequency heating, a filament power supply for heating a cathode of the magnetron, a three-phase rectifier for receiving and rectifying power from a three-phase AC power supply, and an output of the three-phase rectifier. An inverter circuit for energizing the magnetron anode; a semiconductor switching element provided in the inverter power supply; and a control circuit for controlling each of the filament power supplies. Is provided, and when the modulating oscillation detecting section detects the modulating oscillation, the inverter power supply is temporarily stopped and then restarted.
[0012]
Then, the moding oscillation that has occurred once is stopped, and the oscillation is restarted again when the cathode is sufficiently heated, so that the magnetron performs stable oscillation without continuing the modulating oscillation, thereby deteriorating the life of the magnetron. Can be prevented.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in particular, the modulating oscillation detecting unit according to the second aspect includes a photocoupler including a light emitting element whose light emission degree changes according to a flowing current value and a light receiving element electrically insulated. And an output waveform corresponding to the current waveform flowing through the magnetron is output from the light receiving element to the control circuit. When the occurrence of intermittent operation in a cycle different from the intermittent operation of the inverter circuit is detected, it is determined that moding has occurred. The high-frequency oscillation of the circuit is temporarily stopped for only one cycle of the power supply.
[0014]
Then, once the generated modulating oscillation is immediately stopped, the cathode is in a state sufficient for emitting electrons to prepare for the next one-cycle oscillation, so that stable oscillation can be achieved without continuing the modulating oscillation. At the same time, by shortening the oscillation stop time as much as possible, it is possible to prevent a decrease in the heating efficiency due to the occurrence of the oscillation stop time and to prevent the magnetron from deteriorating its life.
[0015]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The components having the same reference numerals as those of the conventional example have the same structure, and the description is omitted.
[0016]
(Example 1)
FIG. 1 shows a circuit of a high-frequency heating device according to a first embodiment of the present invention.
[0017]
In FIG. 1, 12 is a three-phase AC power supply, 2 is an inverter circuit, 4 and 5 are semiconductor switching elements, 7 is a first resonance capacitor, 8 is a second resonance capacitor, 9 is a step-up transformer, and 10 is a high-voltage rectifier circuit. , 11 are magnetrons. However, unlike the conventional transformer, the step-up transformer 9 does not have a winding for supplying power to the filament for heating the cathode of the magnetron. Reference numeral 13 denotes a filament transformer for supplying heating power to a filament for heating the cathode of the magnetron 11, and a primary coil is connected to one phase of a three-phase AC power supply 12 via a contact of a control relay. Power received from the three-phase AC power supply 12 is connected to a three-phase bridge rectifier circuit 16 through a power switch 15 for operating the apparatus. Further, the output of the three-phase bridge rectifier circuit 16 is supplied to the switching elements 4 and 5 through a smoothing circuit including a choke coil 17 and a capacitor 18.
[0018]
A control circuit 19 for driving and controlling the switching elements 4 and 5 is mainly composed of a microcomputer 20. According to program data stored in a storage device in advance, the switching circuit 4, 5 and the relay 14 are controlled in accordance with respective conditions. Drive and control are performed. One of the input ports of the microcomputer 20 is connected to a door opening / closing signal switch 21 which is connected to a door for loading and unloading food into and out of the main body, and which is OFF when the door is open and ON when the door is closed. One of the other input ports is connected to an operation switch 22 for instructing the operator to start heating the food.
[0019]
One of the output ports of the microcomputer 20 controls the oscillation circuit 23 of 20 kHz or more. The oscillation output controlled by the microcomputer 20 is shaped into a predetermined oscillation waveform by a waveform shaping circuit 24, further amplified by a switching element driving circuit 25 to electric power required for driving, transmitted to the switching elements 4 and 5, and driven. Configuration. One of the output ports of the microcomputer 20 is connected to the relay drive circuit 26. The output of the relay drive circuit 26 is connected to a drive coil of the relay 14, and opens and closes the contacts of the relay 14 according to an instruction from the microcomputer 20. The control circuit 19 for these operations, like the filament transformer 13, obtains power required for the operation by a power supply circuit 27 connected to one phase of the three-phase AC power supply 12.
[0020]
With the above configuration, the following operation is performed.
[0021]
When the power switch 15 related to the operation of the operator device of the main body is turned on, power is supplied to each unit of the device, the power is also supplied to the control circuit 19 by the power circuit 27, and the microcomputer 20 starts operating.
[0022]
FIG. 2 is a time chart showing the operation.
[0023]
When the operator opens the door of the main body to install the food in the heating chamber, the door signal switch 21 is turned off, and the microcomputer 20 sends a signal to the relay drive circuit 26 to turn on the contact of the relay 14. A voltage is applied to the filament transformer 13, energization of the filament of the magnetron 11 starts, and heating of the cathode starts. At the same time, the microcomputer 20 starts measuring the elapsed time after sending the signal to the relay drive circuit 26. This time measurement is performed until the predetermined cathode of the magnetron 11 is sufficiently heated and the time required for the magnetron to reach a state where no modal oscillation occurs is reached.
[0024]
On the other hand, although the output voltage of the three-phase bridge rectifier circuit 16 is applied to the switching elements 4 and 5, no signal is input to the input gates of the switching elements 4 and 5, so that the OFF state is maintained. Then no voltage is generated.
[0025]
Next, the operator completes the installation of the food, closes the door, and instantaneously turns on the operation switch 22 for instructing the start of heating. At this time, the microcomputer 20 checks the elapsed time after sending the signal to the above-mentioned relay drive circuit 26, and if the predetermined cathode of the magnetron 11 is sufficiently heated, the magnetron 11 becomes a moding oscillation. If the time required to reach the state without the error has been reached, a signal is sent to the oscillation circuit 23 so that the switching elements 4 and 5 are turned on and off at a high frequency of 20 kHz or more. If the predetermined time for the cathode of the magnetron 11 has been sufficiently heated and the magnetron 11 has not reached the state in which the mode does not become the modulating oscillation, the instruction to start the oscillation to the oscillation circuit 23 is suspended. Then, when the preset time is reached, an instruction to start oscillation is issued.
[0026]
When the switching elements 4 and 5 start to be turned on and off at a high frequency of 20 kHz or more, the voltage is boosted to a high frequency high voltage by the boost transformer 9, and a high DC voltage is applied to the magnetron 11 via the high voltage rectifier circuit 10. The magnetron 11 is driven by the high DC voltage, generates a high frequency of 2.45 GHz, and heats the object to be heated. When the food heating time, which is set in advance by the operator, elapses, the microcomputer 20 turns off the oscillation signal to the oscillation circuit, and the heating of the food is stopped. At the same time, the microcomputer 20 closes the contact of the relay 14 through the relay drive circuit 31 to energize the filament transformer 13, interrupts the heating current to the filament, and lowers the temperature of the cathode.
[0027]
Thereafter, when the operator opens the door of the main body to take out food, the door signal switch 21 is turned off, and the microcomputer 20 turns on the relay 14 again through the relay drive circuit 31. Thereafter, if the operator takes out the heated food item, installs the next food item, closes the door, and then presses the operation switch 22, the above operation is repeated. Also, if a predetermined time is required for the cathode of the magnetron 11 to be sufficiently heated so that the magnetron 11 does not enter a moding oscillation state, and then no operation is performed for a certain period of time, , The microcomputer 20 turns off the contact of the relay 14 and stops energizing the filament transformer 13.
[0028]
According to the above configuration, the magnetron 11 driven by the three-phase bridge rectified output always has a cathode sufficiently heated, a voltage is applied to the anode only in a state where electrons are sufficiently emitted, and the cathode is generated due to insufficient heating. Moding oscillation itself can be eliminated, and continuation of moding can be eliminated. That is, in the present embodiment, a three-phase bridge rectifier 16 that receives and rectifies power from the three-phase AC power supply 12 and an inverter circuit 2 that is driven by the output of the three-phase bridge rectifier 16 and energizes the anode of the magnetron 11 And a control circuit 19 for controlling each of the filament transformers 16. After the filament transformer 16 starts energizing the filament for heating the cathode of the magnetron, the inverter power supply 2 is turned on after a preset time. In this configuration, the magnetron 11 always emits a high frequency after a sufficient state of the electron emission from the cathode, so that the modulating oscillation does not occur. To ensure that stable oscillation starts and do not shift to moding oscillation. It can be, it is possible to prevent the deterioration of life of the magnetron.
[0029]
(Example 2)
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a high-frequency heating device according to a second embodiment of the present invention. The components having the same reference numerals as those in the first embodiment have the same structure, and a description thereof will be omitted.
[0030]
The difference from the configuration of the first embodiment is that the modulating oscillation includes a current transformer 27 that detects an output current at a part of the output of the high-voltage rectifier circuit 10 and a rectifier circuit 28 that rectifies and smoothes the secondary output of the current transformer 27. This is the point that the detection unit 29 is provided. The output of the moding oscillation detector 29 is connected to the other input of a comparator 31 which is connected to a reference voltage generator 30 which generates a signal voltage generated at a preset anode current. In this configuration, the comparator 31 inputs the output of the difference between the signal voltages of the reference voltage generator 30 and the current transformer 27 to the input port of the microcomputer 20.
[0031]
The following operation is performed by this circuit configuration.
[0032]
The current flowing to the anode of the magnetron 11 is a pulsating flow of the switching elements 4 and 5 in an intermittent cycle. Therefore, the current change appears as a secondary output of the current transformer 27. This output is further converted to DC through a rectifier circuit 28 and a smoothing circuit 29 and input to one input terminal of a comparator 31.
[0033]
On the other hand, the reference voltage generator 30 provided inside the control circuit 19 has previously generated a voltage equal to the DC voltage output of the smoothing circuit 29 when the magnetron 11 normally oscillates. 31 is input to the other input terminal. The comparison output of the comparator 31 is input to the microcomputer 20 as the output 0 because both inputs are equal and there is no difference. The microcomputer 20 determines that the anode current of the magnetron 11 is normal, Instructs continuation of oscillation.
[0034]
On the other hand, when the magnetron 11 is in a moding oscillation state, the current flowing through the anode has a higher intermittent frequency than that in the normal state, and the output voltage is lower than that in the normal state when the rectified output is smoothed. Therefore, an output corresponding to the difference between the input voltages appears at the output of the comparator 31. The microcomputer 20 determines that the voltage of this difference is abnormal oscillation of the magnetron 11, and once instructs the oscillation circuit 23 to stop oscillation. When the oscillation circuit stops, the switching elements 4 and 5 stop intermittently, and the magnetron 11 enters the oscillation stop state. After 0.5 sec in this embodiment for a fixed time, the microcomputer 20 instructs the oscillation circuit 23 to start oscillation again. As a result, the switching elements 4 and 5 resume intermittent operation, and the magnetron 11 starts oscillating. If the magnetron 11 oscillates normally, the microcomputer 20 instructs the oscillating circuit 23 to continue oscillating. If the anode current is abnormal and the output of the comparator 31 gives an output voltage of some difference to the microcomputer 20. Indicates again that the microcomputer 20 instructs the oscillation stop for 0.5 sec.
[0035]
According to the above configuration and operation, the magnetron 11 driven by the three-phase bridge rectified output continues the oscillation when the anode current is normal, stops the oscillation once if there is an abnormality, and then determines that the oscillation is normal. This state is maintained until it is recognized, and continuous moding oscillation can be prevented. That is, a current transformer 27 for detecting the modulating oscillation of the magnetron 11 and a moding oscillation detecting unit 29 for comparing the reference voltage are provided. When the modulating oscillation detecting unit 29 detects the modulating oscillation, the inverter power supply 2 is turned on. By temporarily stopping the switching elements 4 and 5 and then restarting them, even if the moding occurs once, the modulating oscillation is stopped and the oscillation is started again with the cathode sufficiently heated. By restarting, the moding oscillation of the magnetron 11 can be prevented from continuing, and the life of the magnetron 11 can be prevented from deteriorating by reliably performing stable oscillation.
[0036]
In the present embodiment, the output of the current transformer 27 is compared by a comparator 31 provided in the control device 19 and input to the microcomputer 20 as a modulating oscillation detector. In some cases, the microcomputer 20 itself has a comparison function, compares the reference voltage set in advance with the rectified output of the current transformer, and performs control.
[0037]
(Example 3)
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of a high-frequency heating device according to a third embodiment of the present invention. The difference from the configurations of the first and second embodiments is that the modulating oscillation detector 29 detects the output current of the high-voltage rectifier circuit 10 and emits light whose degree of emission changes in accordance with the value of the current flowing instead of the current transformer 27. The point is that a photocoupler 32 composed of a light receiving element electrically insulated from the element is connected. Further, the output of the photocoupler 32 does not pass through the rectifier circuit 28 or the smoothing circuit 29, and is directly led to the comparator 31. Then, instead of the reference voltage generator 30, the switching voltage of the switching element 4 through the phase shift circuit 33 is applied to the other input terminal of the comparator 31. The phase shift circuit halves the intermittent period of the switching elements 4 and 5, that is, generates a pulse wave having twice the oscillation frequency, and further generates the intermittent phase of the switching elements 4 and 5 and the phase of the current flowing through the magnetron 11. The structure is such that the phase of the pulse wave is shifted by the amount corresponding to the shift. The comparator 31 has a waveform shaping circuit at each input terminal for making the peak value of the input waveform constant, and outputs the absolute value of the voltage difference after the waveform shaping. It is configured to input to 20 input ports. The following operation is performed by this circuit configuration.
[0038]
The current flowing to the anode of the magnetron 11 is a pulsating current that is intermittent at the switching elements 4 and 5. Since the high-voltage rectifier circuit is a double-wave rectifier circuit with a double voltage, a high-frequency pulse that is interrupted at twice the number of intermittent cycles of the switching elements 4 and 5 appears at the output of the photocoupler 32.
[0039]
The other of the comparators 31 is applied with a pulse wave, which is obtained by doubling the intermittent output of the switching elements 4 and 5 and correcting the phase. When the magnetron 11 oscillates normally, the comparison output of the waveform-shaped comparator 31 is input to the microcomputer 20 as the output 0 because both input periods are equal and there is no phase difference. It determines that the anode current of the magnetron 11 is normal, and instructs the oscillation circuit 23 to continue oscillation.
[0040]
On the other hand, when the magnetron 11 is generating moding oscillation, the current flowing through the anode has a higher intermittent frequency than that during normal operation, and the comparator 31 detects a period shift and a phase shift and shifts to an output. The partial waveform is output. The microcomputer 20 determines that this voltage is abnormal oscillation of the magnetron, and once instructs the oscillation circuit 23 to stop oscillation. When the oscillation circuit stops, the switching elements 4 and 5 stop intermittently, and the magnetron 11 enters the oscillation stop state. After a predetermined period of time of 20 mmsec in this embodiment, the microcomputer 20 instructs the oscillation circuit 23 to start oscillating again. As a result, the switching elements 4 and 5 resume intermittent operation, and the magnetron 11 starts oscillating. If the magnetron oscillates normally, the microcomputer instructs the oscillating circuit to continue oscillating. If the anode current is abnormal and the output of the comparator 31 gives the microcomputer 20 an output voltage of some difference, the microcomputer again. The microcomputer 20 instructs to stop the oscillation for 20 mmsec.
[0041]
According to the above configuration and operation, even if an initial moding state immediately after the start of operation due to insufficient electron emission of the cathode, or even if a moding occurs during the operation, the generated modulating state is immediately stopped, The continuation of the modulating state can be eliminated. In other words, the moding oscillation that has occurred once is temporarily stopped only in one intermittent cycle, and the cathode is kept in a state sufficient for emitting electrons to prepare for the next one cycle of oscillation, thereby continuing the modulating oscillation. By performing the stable oscillation without reducing the oscillation stop time as much as possible, it is possible to prevent a decrease in the heating efficiency due to the occurrence of the oscillation stop time and to prevent the magnetron 11 from deteriorating its life.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the first, second, and third aspects of the present invention, the anode voltage is applied after the current flowing through the filament of the magnetron is stabilized to a steady state, and even if the mode is temporarily changed to the moding state. Immediately stop the occurrence of moding, minimize the unstable moding occurrence time that changes variously depending on the situation as much as possible, drastically suppress the change in heating energy applied to food, and prevent the life of magnetron from deteriorating be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit of a high-frequency heating device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a time chart illustrating an operation of the high-frequency heating device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit of a high-frequency heating device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram illustrating a circuit of a conventional high-frequency heating device.
2 Inverter Circuit 4, 5 Semiconductor Switching Element 11 Magnetron 12 Three-Phase AC Power Supply 13 Filament Power Supply 16 Three-Phase Rectifier 19 Control Circuit 29 Moding Oscillation Detector 32 Photocoupler
