JP2697168B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高周波加熱装置の改良に関するものであり、
特にインバータ回路を用いて出力を可変制御する高周波
加熱装置に関する。

従来の技術 従来、高周波加熱装置の出力を変化させるためには、
電源を入れたり、切ったりするいわゆる断続制御をおこ
なっていた。しかし、近年インバータ電源による高周波
加熱装置が登場し、出力の連続可変が可能となった。こ
れにより様々な調理メニューに対応する加熱が可能とな
り、家庭における高周波加熱の用途が広がった。

マグネトロンを用いた高周波加熱装置の出力を変化さ
せるためにはたとえば昭和63年電気学会研究会EDD−88
−61「電子レンジ用インバータ式電源」にしめすように
インバータ回路のスイッチング素子のオンオフ時間比を
変える手段がとられている。

第６図に従来例の高周波加熱装置の回路図を示す。

第６図において１は商用電源、２はダイオードブリッ
ヂであり、単方向電源３を構成している。４のインダク
タンスおよび５のコンデンサはローパスフィルタを構成
しスイッチングによる電源ラインのノイズを逓減する。
６はスイッチング素子、７は制御回路、８は回生用のダ
イオードである。９は共振用のコンデンサであり、これ
らでインバータ回路10を構成していた。11は昇圧トラン
スであり、その２次巻線12に発生する出力電圧はコンデ
ンサ13およびダイオード14,15により構成される倍電圧
整流回路によりさらに昇圧されマグネトロン16に印加さ
れる。制御回路７では所定の出力値になるようにスイッ
チング素子６のオン，オフ時間比を制御し、高周波加熱
装置の出力を制御していた。すなわち、スイッチング素
子のオン時間を増やして周波数を下げることで、マグネ
トロンの出力を増加させたり、逆にオン時間を減らし周
波数を上げて、出力を減らしたりすることで、所定の出
力を得ていた。

マグネトロン16のカソードヒーター17にはトランス11
の３次巻線18から、ノイズ防止用チョークコイル19,20
を通して高周波電力が供給される。

発明が解決しようとする課題 しかし、このような構成の出力制御方式では次のよう
な課題があった。

インバータ回路の高周波出力をトランスで電圧変換し
マグネトロンに電力を供給するので、マグネトロンの出
力を変えると、それに伴い同一トランスにより供給され
るマグネトロンのカソードヒーターの電力も変化する。
高周波出力の値にかかわらず一定であることが望まし
い。しかしながら、上記のようにマグネトロンのカソー
ドヒーターの温度は、出力に応じて変化してしまうとい
う課題があった。

カソード温度が低すぎるとマグネトロンが発信不能と
なったりエミッション不足によるモーディングの発生が
おこり、出力の連続可変の下限値が制限される。また、
カソード温度が高すぎるとカソードの寿命を劣化させる
原因となり、上限値が制限される。したがって、自由に
出力を制御できないという課題があった。

よって、本発明はマグネトロンの高周波出力が変化し
てもカソード温度の変化が少なく、出力可変幅の広い高
周波加熱装置を実現することを第１の目的としている。

また、マグネトロンの出力に応じて反射するマイクロ
波でカソードヒーターが加熱されるため、出力が大きい
ほどカサードヒーターに供給される電力はすくなくてよ
い。そこで、第２の目的はマグネトロンの出力が大きい
ほどカソードヒーターへ供給する電力が少ない高周波加
熱装置を実現することにある。

課題を解決するための手段 上記の第１の目的を達成するために本発明は、トラン
商用電力を高周波電力に変換するインバータ回路と、前
記高周波電力を昇圧しマグネトロンに高圧電力を供給す
る昇圧トランスと、前記インバータ回路の動作周波数を
変化させてマグネトロンの出力を可変制御する制御回路
と、前記昇圧トランスに設けてあり前記マグネトロンの
カソードヒーターに電力を供給するヒーター巻線とを備
え、前記カソードヒーターに直列にコンデンサを接続し
たことを特徴とするものである。

また、第２の目的を達成するために商用電力を高周波
電力に変換するインバータ回路と、前記高周波電力を昇
圧しマグネトロンに高圧電力を供給する昇圧トランス
と、前記インバータ回路の動作周波数を変化させてマグ
ネトロンの出力を可変制御する制御回路と、前記昇圧ト
ランスに設けてあり前記マグネトロンのカソードヒータ
ーに電力を供給するヒーター巻線と、前記カソードヒー
ターに直列に設けられ前記マグネトロンからの高周波ノ
イズフィルタ用チョークコイルと、前記カソードヒータ
ーに直列に接続したコンデンサとを備え、前記カソード
ヒーターと前記チョークコイルと前記コンデンサと前記
ヒーター巻線が構成する直列共振回路の共振周波数は、
前記インバータ回路の動作周波数よりも高いことを特徴
とするものである。

作用 本発明の高周波加熱装置はインバータ回路の動作周波
数を変えて、出力を変化させる。そこで、カソードヒー
ターに直列にコンデンサを接続し、カソードヒーター負
荷に周波数特性を持たせることで、マグネトロンの出力
を変えてもカソードヒーターに流れる電流変化を少なく
する。すなわち、インバータ回路のスイッチング素子の
オン時間を少なくして動作周波数を高くすると、マグネ
トロンの出力が減少すると同時に同一トランスから得ら
れるカソードヒーターに供給する電圧も小さくなる。そ
こで、コンデンサをヒーター回路に直列に接続し、ハイ
バスフィルタを構成することで、周波数が高いときにヒ
ーター電流を流れやすくし、カソードヒーターに流れる
電流の変化をすくなくすることができる。

また、直列に接続したコンデンサとマグネトロンのチ
ョークコイルで直列共振回路を構成すると、共振周波数
の時が最も電力を供給しやすくなる。したがってその共
振周波数をインバータ回路の動作周波数よりも大きくす
ることで、周波数が高くなるほどヒーター電流が増える
回路を構成できる。これにより、マグネトロンの出力を
減少させているにもかかわらず、ヒーター回路の電流が
増加することができるようになる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明
する。

第１図は本発明の高周波加熱装置の電気回路図であ
る。第６図と同じ構成要素は同符号を付し説明を省略す
る。

インバータ回路10の出力を高電圧に変換する昇圧トラ
ンス21はインバータ回路10の出力を受ける１次巻線22、
高圧を発生する２次巻線23、マグネトロン16のカソード
ヒーター17に電力を供給する３次巻線24とからなる。２
次巻線23の電圧はコンデンサ13と、ダイオード14,15か
らなる倍電圧整流回路で昇圧整流されマグネトロン16の
アノード・カソード間に印加される。３次巻線24には直
列にヒーター回路共振用コンデンサ25が接続されてい
る。

第２図（ａ）は第１図の高圧トランス21の１次巻線23
と３次巻線24とマグネトロン16のカソードヒーターの回
路であって、Lc1,Lc2はマグネトロンのカソードに直列
に接続されたノイズ防止用のチョークコイル19,20、R0
はマグネトロンカソードヒーター17の抵抗値、Crはヒー
ター回路共振用のコンデンサ25である。この第２図
（ａ）を等価回路に置き換えると、第２図（ｂ）のよう
にあらわせる。インバータ回路のスイッチング周波数を
変化させてマグネトロンの出力を変化させる本実施例の
場合、スイッチング素子のオン時間を減らして出力を絞
る構成としている。このため、出力が低下すると共に動
作周波数が高くなる。第２図（ｂ）の電圧Vtが一定の場
合カソードヒーターR0に流れる電流Ihは、第３図に示す
ように動作周波数に伴い変化する。したがって、Vtが一
定の場合ヒーターR0に流れる電流Ihはスイッチング周波
数f0の大きくなるとともに増える。ところが、インバー
タのスイッチング周波数f0をあげるとオン時間が減少す
るため実際にはVtが小さくなる。動作周波数とCr,Lc1,L
c2,およびLtからなる直列共振回路の共振周波数と、回
路のＱを適当に選択することで、電流Ihをほぼ一定に保
つことができる。

本実施例では、スイッチング周波数f0を22kHz〜29kHz
まで変化させ、Lc1,Lc2を1.2μH,Crを5.6μＦとしてい
る。周波数が22kHzでマグネトロン出力が500W、29kHzで
25Wとなる。この場合、第４図に示すようにヒーター電
流Ihをほとんど変化させずにマグネトロンの出力を変化
させることができる。

第５図はLc1,Lc2の値を1.6μＨとし共振回路のＱをあ
げ、インバータ回路のスイッチング周波数をヒーター共
振回路の共振周波数よりも低い22kHz〜27kHzとした例を
示す。この実施例の場合は出力が500W〜100Wの間では少
ないほどヒーター電流が多く流れる。マグネトロンの出
力が多いときには、マイクロ波の反射によりカソードヒ
ーターはいくらかは発熱するためヒーター電流が少なく
てよい。したがって、本実施例のように構成すると無駄
なヒーター電流を流さず効率がよくマグネトロンの信頼
性も高い高周波加熱装置が実現できる。

発明の効果 以上のように本発明の高周波加熱装置においては、以
下の効果が得られる。

（１） マグネトロンのカソードヒーターに共振回路を
構成しているので、マグネトロンの出力を変化させても
ヒーターに供給する電力がほとんど変化しない高周波加
熱装置が実現できる。したがって、マグネトロン出力可
変幅を大きくすることができ、調理メニューの多い高周
波加熱装置が実現できる。

（２） マグネトロンの出力を変えたときにカソードヒ
ーターに供給する電力がほとんど変化しないのでマグネ
トロンがヒーター電力過剰供給のために劣化するが早ま
ったり、ヒーター電力不足のため発振できないことがな
く信頼性の高い高周波加熱装置が実現できる。

また、さらにヒーター共振回路の共振回路周波数をイ
ンバータ回路の動作周波数よりも高くしており、マグネ
トロンの出力が大きいほどヒーター電力が小さくなる。
マグネトロンの出力が大きいほど、マイクロ波の反射に
よるカソードヒーターの加熱が大きくなるため、ヒータ
ー電力が小さくてよい。したがって、無駄なヒーター電
力を供給することなく効率のよい高周波加熱装置が実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の高周波加熱装置の回路図、
第２図は同装置のヒーター電力供給回路図、第３図は同
装置のヒーター電力回路におけるヒーター電力−周波数
特性の計算値を示すグラフ、第４図は同装置のカソード
ヒーターとマグネトロン出力の特性図、第５図は本発明
の他の実施例のカソードヒーターとマグネトロン出力の
特性図、第６図は従来の高周波加熱装置の回路図であ
る。 ７……制御回路、10……インバータ回路、16……マグネ
トロン、19,20……チョークコイル、21……昇圧トラン
ス、24……ヒーター巻線（３次巻線）、25……共振回路
コンデンサ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用電力を高周波電力に変換するインバー
   タ回路と、前記高周波電力を昇圧しマグネトロンに高圧
   電力を供給する昇圧トランスと、前記インバータ回路の
   動作周波数を変化させてマグネトロンの出力を可変制御
   する制御回路と、前記昇圧トランスに設けてあり前記マ
   グネトロンのカソードヒーターに電力を供給するヒータ
   ー巻線と、前記カソードヒーターに直列に設けられ前記
   マグネトロンからの高周波ノイズフィルタ用チョークコ
   イルと、前記カソードビーターに直列に接続したコンデ
   ンサとを備え、前記チョークコイルと前記コンデンサと
   前記ヒーター巻線が構成する直列共振回路の共振周波数
   は、前記インバータ回路の動作周波数よりも高い高周波
   加熱装置。