JP2019164926A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的雑音の除去能力を向上させた高周波加熱装置を提供する。【解決手段】交流電源４１に接続する整流回路４２及び電源平滑回路４３と、電源平滑回路４３に接続された昇圧トランス４６及び共振コンデンサ４５に高周波電流を流すスイッチング素子４４を駆動する駆動回路５７と、昇圧トランス４６に流れる電流値を検知する入力電流検出回路５２と、交流電源４１の０Ｖを検出する電源同期タイミング検出回路５１と、入力電流検出回路５２の検出値に基づいてマグネトロン３１の出力を把握し、電源同期タイミング検出回路５１の検出値に基づいてマグネトロン３１の出力を設定するパルス信号を出力する制御手段５３と、を備えたマグネトロン駆動用電源３０を有し、制御手段５３は、交流電源４１の整流波形の半波内に行うスイッチング素子４４のОＮ時間を異なる複数のＯＮ時間で制御する高周波加熱装置。【選択図】図３

Description

本発明は、高周波加熱装置に関する。具体的には、インバータ回路を備えたマグネトロンの駆動電源に関する。

近年、高周波加熱装置のマグネトロンの駆動用電源のインバータから発せられる電気的雑音に対する規制が強化される方向にある。それに対応するための先行技術として特許文献１に記載のものがある。

特許文献１は、高周波加熱装置の高周波ノイズに関するもので、ノイズフィルタの構成部品を冷却することにより、ノイズ低減レベルの安定化を図ることができる。

特開平７−１０６０６２号公報

従来技術では、電気的雑音の除去方法として雑音防止コンデンサや雑音除去用コイル等を電源ラインに設けていた。しかし電気的雑音の除去能力を向上させる場合、部品の大型化・コストアップや、インダクタを構成するコアの温度に対する飽和磁束密度の変化等の課題があった。

上記従来の課題を解決するため、本発明の高周波加熱装置では、交流電源４１に接続する整流回路４２と、整流回路４２に接続する電源平滑回路４３と、電源平滑回路４３に接続された昇圧トランス４６及び共振コンデンサ４５に高周波電流を流すスイッチング素子４４と、スイッチング素子４４を駆動する駆動回路５７と、昇圧トランス４６に流れる電流値を検知する入力電流検出回路５２と、交流電源４１の０Ｖを検出する電源同期タイミング検出回路５１と、入力電流検出回路５２の検出値に基づいてマグネトロン３１の出力を把握し、電源同期タイミング検出回路５１の検出値に基づいてマグネトロン３１の出力を設定するパルス信号を出力する制御手段５３と、を備えたマグネトロンの駆動用電源３０を有し、制御手段５３は、交流電源４１の整流波形の半波内に行うスイッチング素子４４のОＮ時間を異なる複数のＯＮ時間で制御することを特徴とする。

本発明によれば、電気的雑音の最大値を抑制することができるとともに、雑音防止コンデンサや雑音除去用コイルの小容量化が可能であり、インダクタを構成するコアのサイズを小型化することが可能である。これにより、安価な高周波加熱装置を提供することが可能である。

一実施例のマグネトロン駆動用電源を搭載した高周波加熱装置の外観斜視図である。 図１のＶ−Ｖ断面図である。 一実施例のマグネトロン駆動用電源を説明する制御ブロック図である。 一実施例の高周波加熱装置の制御を説明するブロック図である。 従来のスイッチング素子４４の電流電圧波形を示した図である。 本発明のスイッチング素子４４の電流電圧波形を示した図である。

以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

図１において、高周波加熱装置の本体１は、加熱室１７に加熱する食品を入れ、高周波エネルギーやヒータの熱を使用して食品を加熱調理する。

ドア２は、加熱室１７の内部に食品を出し入れするために開閉するもので、ドア２を閉めることで加熱室１７を密閉状態にし、食品を加熱する時に使用する高周波の漏洩を防止し、ヒータの熱を封じ込め、効率良く加熱することを可能とする。

取っ手７は、ドア２に取り付けられ、ドア２の開閉を容易にするもので、手で握りやすい形状になっている。

ガラス窓４は、調理中の食品の状態が確認できるようにドア２に取り付けられ、ヒータ等の発熱による高温に耐えるガラスを使用している。

入力手段５は、ドア２の前面下側の操作パネル３に設けた表示部５ａと操作部５ｂからなり、操作部５ｂは、高周波加熱やヒータ加熱等の加熱手段や加熱の強さや加熱する時間等の調理条件を入力するためのもので、表示部５ａは、操作部５ｂから入力された内容や調理の進行状態を表示するものである。

排気口８（図２）は、部品を冷却した後の冷却風や食品を加熱した時に発生した蒸気を排出するところである。

機械室１８は、加熱室１７下部に設けられた空間で、空間内には、食品を加熱するためのマグネトロン３１、マグネトロン３１に接続された導波管２１、マグネトロン３１の電源を供給するマグネトロン駆動用電源３０が搭載されたインバータ基板４８０、その他後述する各種部品、これらの各種部品を冷却する冷却手段６２等が取り付けられている。

加熱室１７の底面の略中央部は凹状に窪んでおり、その中に回転アンテナ１９が設置され、マグネトロン３１の発振により放射される高周波エネルギーは、導波管２１、回転アンテナ駆動手段２３の出力軸２３ａが貫通する結合穴２２を通して回転アンテナ１９の下面に流入し、回転アンテナ１９で拡散されて加熱室１７内に放射される。回転アンテナ１９は、回転アンテナ駆動手段２３の出力軸２３ａに連結されている。

加熱室１７の後部には熱風ユニット１１が取り付けられ、熱風ユニット１１内には加熱室１７内の空気を効率良く循環させる熱風ファン１５と熱風ヒータ１４が取り付けられ、加熱室奥壁面には熱風の通り道となる孔が設けられている。

熱風ファン１５は、熱風ユニット１１の外側に取り付けられた熱風モータ１３の駆動により回転し、加熱室奥壁面に設けた孔を通して加熱室１７との間で空気を循環し、熱風ヒータ１４で循環する空気を加熱する。

加熱室１７の天面の裏側には、ヒータよりなるグリル加熱手段１２が取り付けられている。グリル加熱手段１２は、マイカ板にヒータ線を巻き付けて平面状に形成し、加熱室１７の天面裏側に押し付けて固定し、加熱室１７の天面を加熱して加熱室１７内の食品を輻射熱によって焼くものである。

温度検出手段１６は、各ヒータで加熱される加熱室１７の温度を検出するもので、検知手段としてサーミスター等が使用される。

テーブルプレート２０は、食品を載置するためのもので、ヒータ加熱と高周波加熱の両方に使用できるように耐熱性を有し、かつ、高周波の透過性が良く、衛生面でも問題がない磁器等の材料で成形されている。

つぎに、図４のブロック図について説明する。

４１は交流電源で、本体１の制御部品や各電気部品を動作させるものである。

６０はレンジ加熱手段で、食品を高周波エネルギーで加熱するマグネトロン３１とマグネトロン駆動用電源３０で構成し、主制御手段６によって入力手段５より入力された加熱の強さをパワー信号６ａに変換してマグネトロン駆動用電源３０の制御回路５０に送られる。

６１はオーブン加熱手段で、前述した熱風ユニット１１と熱風ユニット１１の外側に取り付けられた熱風モータ１３からなり、主制御手段６によって加熱室１７の温度が入力手段５から入力された温度になるように加熱室１７の温度を温度検出手段１６により検出し、熱風ヒータ１４の電力を調整する。

６２は冷却手段で、加熱動作時に自己発熱部品や発熱部品からの熱伝導によって熱的に不具合を発生する部品を冷却するもので、レンジ加熱手段６０が動作している時は、特にマグネトロン３１やマグネトロン駆動用電源３０を冷却するものである。

６は主制御手段で、入力手段５から入力された内容に従い、食品を加熱調理するように各加熱手段を動作させ、温度検出手段１６の検知温度に応じてオーブン加熱手段６１やグリル加熱手段１２のヒータの電力を調整するものである。

次に、マグネトロン３１とマグネトロン駆動用電源３０の動作について、図３のマグネトロン駆動用電源３０を説明する制御ブロック図と、図５の制御ブロック図の主要部の電圧波形図と、図６のエリア毎のパルスの説明図を用いて説明する。

初めに、マグネトロン駆動用電源３０について説明する。４１は交流電源で、商用電源から供給される交流の電源である。４２は整流回路で、交流電源４１から供給された交流の電源を直流化するものである。

４３は電源平滑回路で、チョークコイル４３ａと平滑コンデンサ４３ｂとで形成され、整流回路４２が出力した直流電源を平滑する。チョークコイル４３ａを介して整流回路４２のプラス端子に接続され、他端は平滑コンデンサ４３ｂの一端（高圧側端子）と接続され、平滑コンデンサ４３ｂの他端は接地される。

４６はマグネトロンの駆動用電源の昇圧トランスで、共振コンデンサ４５に並列に接続され、その一端は平滑コンデンサ４３ｂの高圧側端子に接続される。

４４はスイッチング素子で、コレクタ端子は昇圧トランス４６の電源平滑回路４３との接続点とは異なる一端に接続され、エミッタ端子は接地され、高速スイッチングされることにより昇圧トランス４６に高周波電流を流すものである。

４５は共振コンデンサで、共振コンデンサ４５と昇圧トランス４６の一次側コイルのインダクタンスによって、スイッチング素子４４がＯＮからＯＦＦした後も、昇圧トランス４６の一次側コイルに電流が交流的に流れ、昇圧トランス４６の二次側コイルに電圧を誘起する。そして、スイッチング素子４４のＯＮ、ＯＦＦする時間の比率を調整することで二次側に発生する電圧の高さを調節するもので、以上説明した電源平滑回路４３、スイッチング素子４４、共振コンデンサ４５、昇圧トランス４６によってインバータ回路４８を構成する。

４７は高圧回路で、昇圧トランス４６の二次側コイルに誘起した高周波電圧を倍電圧整流するものである。

３１はマグネトロンで、電気的構成としては、カソード（ヒータと兼用）３１ａとアノード３１ｂからなり、ヒータ３１ａに電流を流しヒータを発熱させ、ヒータが温まり、カソード３１ａとアノード３１ｂ間の電圧が発振電圧以上（約４ｋＶ）に達するとマグネトロン３１は発振を開始し、高周波エネルギーを放射して加熱室１７の食品を加熱するものである。

５７は駆動回路で、出力はスイッチング素子４４のベース端子に接続され、入力された信号を駆動に適した駆動電圧に変換してスイッチング素子４４を駆動する。

５３は制御手段で、ＣＰＵ５４及びＩ／О５５を内蔵し、ＣＰＵ５４からＩ／О５５を介してマグネトロン３１の出力を設定するパルス信号を出力し、駆動回路５７に接続されている。また、制御手段５５は記憶手段５３ｂを内蔵し、記憶手段５３ｂは複数の加熱モードを有している。

５８は電源電圧検出手段で商用電源４１の電圧を検出している。また商用電源を整流した１周期の波形内の任意の電圧も検出することができる。５１は電源同期タイミング検出回路で商用電源４１の周波数を検出することができる。

５２は入力電流検出回路で、検出部が整流回路４２と電源平滑回路４３との間に接続され、出力部が制御手段５３に接続され、昇圧トランス４６の一次側に流れる電流を検出して制御手段５３に入力し、ＣＰＵ５４は、この電流値からマグネトロン３１の出力の把握を行う。

次に、マグネトロンの駆動用電源の動作について説明する。先ず、動作前における回路の状態及び制御手段５３の動作を説明する。交流の電源が、商用電源４１から整流回路４２に供給され、整流回路４２によって整流され、電源平滑回路４３によって平滑されて直流の電源に変換される。この直流電源は、制御手段５３から駆動回路５７を介して繋がるスイッチング素子４４が駆動された時に、これらの回路に電流を供給するべく準備状態にある。

制御手段５３は通電され、使用者からの加熱開始の信号が入力されるまで、駆動回路５７からアクティブな信号を出力することなく待機している。

次に、加熱開始後の回路及び制御手段５３の動作を説明する。使用者の加熱開始の信号が制御手段５３に入力されると、制御手段５３はその旨を理解し、以下のように加熱動作を開始する。

加熱開始の信号により、制御手段５３は電力設定パルス信号を出力し、この信号は駆動回路５７を経由してスイッチング素子４４のベースへ伝達され、スイッチング素子４４が駆動される。スイッチング素子４４が駆動されることにより、前記直流電源から昇圧トランス４６の一次側に電流が流れ始める。

制御手段５３から出力されるパルス信号のОＮ時間のみスイッチング素子４４に電流が流れ、前述のパルス信号がОＦＦとなった後にスイッチング素子４４のコレクタ端子とエミッタ端子間に発生する電圧即ち共振電圧の０Ｖを検出するОＮタイミング検出回路５５ａが動作を始め、その出力が制御手段５３に伝達される。

ОＮタイミング検出回路５５ａの出力が制御手段５３に伝達されると、制御手段５３はその信号に同期する周波数でパルス信号を出力する。以後、前記信号は制御手段５３→駆動回路５７→スイッチング素子４４→ОＮタイミング検出回路５５ａ→制御手段５３→・・・・・・とループ状に伝達される。

これにより、スイッチング素子４４が制御手段５３によるＯＮタイミングで周期的に駆動されるため、昇圧トランス４６の一次側に高周波電流が持続して流れマグネトロン３１が動作する。入力電流検出回路５２はこの高周波電流に対応して整流回路４２と電源平滑回路４３との間に流れる電流を検出して制御手段５３に入力し、制御手段５３は入力された電流を適宜処理してマグネトロン３１の出力の把握等を行う。

図５、図６は高周波駆動した場合のスイッチング素子４４の電圧電流波形を示したものである。スイッチング素子４４のОＮ時間ｔは、制御手段５３から出力される所定のマグネトロン３１の出力により定められるパルス信号のОＮ時間により決まるものである。

商用電源４１を整流回路４２によって整流された半波波形を１サイクルとすると、スイッチング素子４４のОＮ時間ｔは、前述の１サイクル内は固定の値とした場合（図５）、基本波は１つの固定周波数となるため、機器から発せられる雑音は大きな値となる。

図６に示すように半波波形の１サイクル内のスイッチング素子４４のОＮ時間を、ｔ、ｔ＋ｘ１、ｔ‐ｘ２・・・と異なるＯＮ時間を複数設けて基本波の周波数を複数とすることで機器から発せられる雑音を周波数ごとに分散することが可能となり、雑音の最大値を抑制し、雑音防止コンデンサや雑音除去用コイルを小容量の安価な物にすることができる。

３０・・・マグネトロン駆動用電源、３１・・・マグネトロン、４１・・・交流電源、４２・・・整流回路、４３・・・電源平滑回路、４４・・・スイッチング素子、４５・・・共振コンデンサ、４６・・・昇圧トランス、４８・・・インバータ回路、５０・・・制御回路、５１・・・電源同期タイミング検出回路、５２・・・入力電流検出回路、５３・・・制御手段、５３ｂ・・・記憶手段、５７・・・駆動回路

Claims (1)

1. 交流電源に接続する整流回路と、
   前記整流回路に接続する電源平滑回路と、
   前記電源平滑回路に接続された昇圧トランス及び共振コンデンサに高周波電流を流すスイッチング素子と、
   該スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
   前記昇圧トランスに流れる電流値を検知する入力電流検出回路と、
   前記交流電源の０Ｖを検出する電源同期タイミング検出回路と、
   前記入力電流検出回路の検出値に基づいてマグネトロンの出力を把握し、前記電源同期タイミング検出回路の検出値に基づいて前記マグネトロンの出力を設定するパルス信号を出力する制御手段と、を備えたマグネトロン駆動用電源を有し、
   前記制御手段は、前記交流電源の整流波形の半波内に行う前記スイッチング素子のОＮ時間を異なる複数のＯＮ時間で制御することを特徴とする、高周波加熱装置。

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