JP2841619B2

JP2841619B2 - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JP2841619B2
Application number: JP1732490A
Authority: JP
Inventors: 理恵村田; 誠三原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-01-26
Filing date: 1990-01-26
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JPH03222283A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は食品や流体等を加熱するための高周波加熱装
置に関し、さらに詳しく言えばその電源装置に高周波電
力を発生する半導体電力変換器を用いた高周波加熱装置
に関するものである。

従来の技術家庭用の電子レンジ等の高周波加熱装置の電源回路に
は第５図に示すような構成のものが多く用いられてい
る。第５図に於て、運転スイッチ１が投入されると商用
電源２が高圧トランス３に接続される。高圧トランス３
の２次巻線４の出力は、コンデンサ５、ダイオード６に
より整えられてマグネトロン７に供給される。高圧トラ
ンス３のヒータ巻線８はマグネトロン７のカソードに接
続されカソードを加熱する。したがって、マグネトロン
７は発熱し、高周波電磁波（電波）を出力して、誘電加
熱が可能となる。

第６図（ａ）は時間ｔ＝０においてスイッチ１を投入
後のマグネトロン７の電波出力P₀の時間経過を示す図で
ある。

ｔ＝０でスイッチ１が投入されるとマグネトロン７に
はカソードヒート電力と高圧電力とが同時に印加され
る。そして約１〜２秒後のｔ＝t₁においてカソードの温
度が十分上昇し、電波出力P₀が立ち上り、その後は図の
ようにほぼ一定に保たれる。もちろんマグネトロン７や
高圧トランス３の温度特性などにより時間の経過ととも
に多少の電波出力の低下は生じる場合があるが、基本的
には、その装置の定検出力として定められた電波出力P₀
（例えば500W）を維持するように構成されている。

第６図（ｂ）は、上記のように高周波加熱装置を動作
させた時の装置内部の部品等の温度上昇を示す図であ
る。例えばマグネトロン７の温度T_Mと高圧トランス３の
周囲の空気の温度T_aは同図のように上昇していく。

第７図は高周波加熱装置の断面図である。筐体９の内
部にはオーブン10、マグネトロン７、高圧トランス３な
どが図のように配置され、冷却ファン11にて強制冷却さ
れる構成となっている。マグネトロン７の効率は約60
％、高圧トランス３の効率は約90％程度であるので、実
際の電波出力定格500Wの装置の場合、マグネトロン７は
約300W、高圧トランス３は約100W程度の損失が生じる。
このため、これらの部品の温度は第６図（ｂ）のように
運転中徐々に上昇し、各部品の熱時定数で決まる時間ｔ
＝t₂（例えば15分）までは比較的速い上昇速度で上昇
し、その後ｔ＝t₃（例えば60〜120分）で、装置全体の
温度が最高温度に達して飽和する。

このように高周波加熱装置はマグネトロン７や高圧ト
ランス３などの比較的変換効率の低い部品が多く、従っ
て熱損失が大きいので運転時の温度上昇が比較的大き
く、かつ、長時間かかって安定温度に達するものであ
る。

装置の定格出力P₀の保証は、このような熱損失が生じ
ても十分安全性を保ち得る絶縁材料や構成材料でなけれ
ばならないので、その冷却条件の構成や各部品の仕様は
このような保証条件を満たすように設計されている。す
なわち、第６図（ｂ）におけるｔ＝t₃において、生じた
温度上昇を十分考慮して構成材料や部品仕様、そして冷
却構成が決定されているのである。

従って、定格出力500Wの場合と600Wの場合とでは、冷
却条件や部品仕様が大きくちがうものとなっている。例
えば、マグネトロン７では発生損失がちがうため、その
冷却構造が大きくなって大型化、高価格化し、また、高
圧トランス３も大型化、高価格化さぜるを得ないのであ
る。

しかしながら、高周波加熱装置は誘電加熱という独特
の加熱方法であるが故に、加熱時間は比較的短く、通常
一般家庭で多く使用される再加熱などでは、５分間程度
以下の加熱時間で使用することが極めて多いのである。
すなわち、第６図（ｂ）において、ｔ＝t₀程度の時間で
使用を終えるといった使い方が非常に多く、ｔ＝t₃まで
達するような調理はまれにしか行われない。従って、多
くの使用条件下では全く保証する必要のないｔ＝t₃にお
ける温度上昇を保証した高周波加熱装置をほとんどの場
合、ｔ＝t₀の使用時間で使用しているということにな
り、この点で過度な品質となっているのである。

この実質的な過剰品質を適正な品質とするため、例え
ば、定格出力500Wの場合、安全性を保ち得る範囲で動作
開始時に定常出力よりも大きく（例えば600W）出力でき
る構成とすると、保証された品質を有効に生かし、か
つ、調理時間を短縮できるという点で使用者にも大きな
メリットをもたらすことができる。このとき、安全性を
保証するために、起動前の状態を何らかの方法で検知
し、定常出力よりも大きな出力で動作する時間を適正に
調節する必要がある。この方法として、以下のようなも
のが考案されていた。

第一には、サーミスタを用いる方法である。装置の内
部温度や各構成部品の温度が所定の温度より十分低い間
をt_sとし、この時間は定常時より高出力を発生させるこ
とができる。第８図に示すように、サーミスタ50より、
例えばマグネトロン７のカソード温度やその周囲温度あ
るいはトランジスタ28の放熱フィンの温度などを検知
し、基準信号発生器51の信号と比較器52で比較するよう
構成した起動制御部42により、t_sを温度制御中心で決定
するよう構成することができる。

第二には時限要素による方法である。第９図に示すよ
うに、機器の動作停止時間（すなわち、装置や部品が冷
却される時間）をカウントする停止時間カウンタ53を設
け、この停止時間カウンタ53の信号で時間t_sを決定し、
t_sをカウントしてt_s後に入力電流の基準信号38を変化さ
せる起動変調カウンタ54を設ける構成とすることによ
り、装置の運転状態を検知して、このt_sを決定するので
ある。

第三には、例えば５分程度の短時間にt_sを限定して固
定し、単なるタイマー装置で起動制御部41を構成する方
法である。

発明が解決しようとする課題しかしながら、第一の方法では新たにサーミスタを設
置しなければならず、部品点数が増えてしまう。また第
二の方法では、それ以前の動作状態がどのようなもので
あったか（定常出力であるのか、定常より高出力である
か、あるいは低出力であるか）に関らず、動作停止時間
のみによってt_sが決定されるため、場合によっては、必
要以上に短く設定されてしまう。さらに第三の方法で
は、起動前の装置の状態に関らず、一定時間、定常時よ
り高い出力を発生するため、安全性を保証することが難
しい。

課題を解決するための手段本発明は、このような従来法による課題を解決するた
めになされたもので、以下に述べる構成より成るもので
ある。

すなわち、商用電源等より得られる電源部と、少なく
とも１個の半導体素子を有し、前記電源部よりの電力を
高周波電力に変換する電力変換器と、前記半導体素子を
制御する制御部と、前記電力変換器の出力を電磁波とし
て放射する電波放射部と、電磁波のエネルギーを定常時
より小さくなるよう制御する低出力制御機能および、起
動時に定常時より大きくなるよう制御する起動時高出力
制御機能を併せ持つ出力制御部を備えるとともに、時限
要素として機器の動作中はカウントを増加し、かつ動作
停止中はカウントを減少する増減カウンタを設けた起動
制御部を備え、この時間要素により定められる時間だ
け、前記起動時高出力を発生するよう構成したものであ
る。

作用上記構成により、本発明の高周波加熱装置は以下のよ
うな作用を有する。

高周波加熱装置の動作開始時に、起動制御部によって
決定された時間だけ、定常より高出力加熱が行われるよ
う出力制御部から制御部に信号が送られる。制御部は、
電力変換器の半導体素子の動作を制御して、その電波出
力を定常時よりも大きくならしめる。このため、高周波
加熱装置の使用開始初期には定常時よりも大きな電波出
力を得ることができる。また、時限要素として、機器の
動作中にカウントを増加し、動作停止中にはカウントを
減少する増減カウンタを設けることにより、定常より高
出力で加熱する時間を調節することができる。さらに増
減カウンタの増加する割合を出力値に応じて変えること
により、定常より高出力で加熱する時間を機器の安全性
を保証できる範囲で最大時間に設定できる。このため、
部品点数を増やすことなく簡単な構成で加熱時間を最大
限に短縮することができ、かつ、各部品の冷却構成や耐
熱仕様あるいは品質的性能を過剰なものとせず適正なも
のとし、しかも十分安全性、信頼性を保証することがで
きる。

実施例以下、本発明の一実施例について、図面とともに説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回
路図である。図において、商用電源20、ダイオードブリ
ッジ21およびインダクタ22とコンデンサ23より成るフィ
ルタ回路は、電源部24を構成しており、コンデンサ26、
昇圧トランス27、トランジスタ28、ダイオード29、コン
デンサ30、ダイオード31、およびマグネトロン32より成
る電力変換器33に電力を供給する。電力変換器33は、コ
ンデンサ26、昇圧トランス27、トランジスタ28、ダイオ
ード29より成るインバータと、昇圧トランス27の出力を
整流するコンデンサ30とダイオード31より成る高圧整流
回路と、高周波電力を発生するマグネトロン32とで構成
され、このマグネトロン32は、この高周波電力を電磁波
エネルギーとして放射する電波放射部としての作用を兼
ねている。もちろん電力変換器33を900MHzあるいは2450
MHzで発振する半導体発振器で構成し、電波放射部とし
てアンテナなどを設けてもよい。

トランジスタ28は制御部34より例えば20KHz〜200KHz
のスイッチング制御信号を与えられスイッチング動作す
る。従って昇圧トランズ27の１次巻線35には高周波電圧
が発生し、この高周波電圧が昇圧され整流されてマグネ
トロン32に供給されマグネトロン32が発振する。制御部
34には入力電流検知器36より入力電流に比例した信号が
送られる。この入力電流検知信号は、第２図に示すよう
に制御部34内の演算増幅器37に送られ、基準信号発生器
38の信号と比較されてその誤差信号がパルス幅制御回路
39に送られるよう構成されている。従ってトランジスタ
28の導通時間が制御され、いわゆるパルス幅制御によっ
て入力電流が定められた値になるように制御されるので
ある。この結果、マグネトロン32の電磁波（電波）出力
P₀は所定の定められた値に一定に制御される。

出力制御部41は、基準信号発生器38の基準信号を制御
する。

起動制御部42は、時限要素として、装置の動作時には
その出力値に応じてカウントを増加し、動作停止時には
カウントを減少する増減カウンタ47と増減カウンタ47の
信号から、起動時に定常より高出力を発生する時間ts
を、増減カウンタ47の値が高い時には短く、そして増減
カウンタの47の値が低い時には長く設定するようなts時
間演算器48、および起動後t_s時間をカウントし、出力制
御部41に高出力加熱実行信号を送るt_sカウンタ49を備え
ている。

このような構成において、高周波加熱装置を動作させ
る場合、高出力加熱スイッチ45が選ばれると、高出力加
熱開始指令が加熱開始回路40から出力制御に送られる。
出力制御部は基準信号発生器38を制御し、定常より高出
力による加熱が開始される。同時にt_sカウンタがカウン
トを開始し、t_s時間後に出力制御部に信号を送ると、出
力制御部は出力を定常状態に戻すよう基準信号発生器を
制御する。

第３図はこの状態を示す電波出力P₀の時間変化図であ
る。ｔ＝０でトランジスタ28が動作開始すると、１〜２
秒後のｔ＝t₁でマグネトロン32が発振開始し、定格出力
P₀は定常時（すなわち定格）の500Wとなるよう制御され
る。

一方、低出力加熱スイッチ46が選ばれると、出力制御
部は定常時より低出力による加熱が行われるよう基準信
号発生器を制御する。

また、出力制御部からの信号は常に起動制御部の増減
カウンタ47にも送られる。増減カウンタは、装置の動作
信号を受け取るとその動作出力に応じた値ずつ増加し、
動作停止信号を受けとると一定の値ずつ減少する。増減
カウンタの値により、装置の動作状態を詳細に検知し、
ts時間演算器48によって前述した制御則である「起動時
に定常より高出力を発生する時間tsを、増減カウンタ47
の値が高い時には短く、そして増減カウンタの47の値が
低い時には長く設定する」により最適なts時間が決定さ
れる。第４図は、動作中および動作停止中の増減カウン
タの動きを具体的に示すものである。定格出力（例えば
500W）で動作しているとき、カウントＮは一定時間にn₅
ずつ増加する。定常時より低い出力（例えば300W）で動
作しているときは一定時間にn₃（n₃＜n₅）ずつ増加し、
定常時より高い出力（例えば600W）で動作しているとき
には一定時間にn₆（n₆＞n₅）ずつ増加する。また、動作
停止時にはn₀ずつ減少する。

また、プラグイン時は装置の起動前の状態を把握でき
ず、t₃を適正に設定できない可能性がある。そこで、プ
ラグインスイッチ43を設け、プラグイン時、プラグイン
スイッチから信号を送り、プラグインタイマー44を動作
させる。プラグインタイマーは出力制御部に働き、プラ
グイン後一定時間は、高出力加熱スイッチが選ばれた場
合でも、定常より高出力による加熱を行わないよう制御
する。

発明の効果以上のように本発明によれば、商用電源などにより得
られる電源部と電力変換器と電波放射部と電磁波出力を
定常時より小さくできる低出力制御機能および、動作開
始時に定常時より電磁波出力を大きく制御する起動時高
出力制御機能を併せ持つ出力制御部を設けるとともに、
この出力制御部に時限要素として、機器の動作中は出力
値に応じた割合でカウントを増加し、機器の動作停止中
にはカウントを減少するカウンタを設けている。このカ
ウンタにより、それ以前の機器の動作状態を詳細に検知
し、その時限要素の信号から、定常時より大きい電磁波
出力を発生する時間を制御するよう構成したので、起動
時に機器の安全性を保証しうる範囲で最大限に長い時
間、定常よりも高い出力を発生する。すなわち加熱時間
が最大限に短縮できるため、スピード調理がより一層高
速化する。しかも定常時（長時間加熱の場合）には確実
に本来の定格出力に制御することができるので、冷却性
能や部品の耐熱性能などを過剰品質なものとせず、小
型、コンパクタ、低コストで高い信頼性を保証した高周
波加熱装置を提供することができる。またプラグアウト
時については，機器の過去の熱履歴情報をもつカウンタ
がリセットされるため、その後のプラグイン直後は起動
時高出力化機能が働かないようにし起動時の機器の異常
加熱による不安全を確実に防止している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回路
図、第２図は同装置の要部ブロック図、第３図は同装置
の電波出力の時間的変化を示す波形図、第４図は同装置
に時限要素として設けられたカウンタの動きを示す波形
図、第５図は従来の高周波加熱装置の回路図、第６図
（ａ），（ｂ）は同装置の電波出力の時間的変化および
同装置内の部品等の温度上昇を示す波形図、第７図は同
装置の構成を示す断面図、第８図は同装置の起動制御部
の要部回路図、第９図は同回路の他の実施例を示すブロ
ック図である。 24……電源部、32……電波放射部、33……電力変換部、
34……制御部、41……出力制御部、42……起動制御部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】商用電源等より得られる電源部と、少なく
とも１個の半導体素子を有し前記電源部よりの電力を高
周波電力に交換する電力変換器と、前記半導体素子を制
御する制御部と、前記電力変換器の出力を電磁波として
放射する電波放射部と、電磁波のエネルギーを定常時よ
り小さくなるよう制御する低出力制御機能および起動時
に定常時より大きくなるよう制御する起動時高出力制御
機能を併せ持つ出力制御部を備えるとともに、時限要素
として機器の動作中はカウントを増加し、かつ動作停止
中はカウンタを減少する増減カウンタと、前記増減カウ
ンタの値が高い時には短く、そして前記増減カウンタの
値が低い時には長く設定するようなts時間演算器をもつ
起動制御部を設け、この時限要素により前記起動時高出
力放射時間を調節する構成とした高周波加熱装置。
【請求項２】増減カウンタは、機器の動作中の出力値に
応じて増加する割合を変化させる構成とした請求項
（１）記載の高周波加熱装置。
【請求項３】プラグイン後一定時間は定常出力より高出
力による加熱を行なわない構成として請求項１または２
記載の高周波加熱装置。