JP5211917B2 - High frequency heating device - Google Patents
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Description
本発明は、インバータ電源方式の高周波加熱装置に用いる高圧スイッチングトランスに関し、特に装置を保護し安全性を高める技術に関する。 The present invention relates to a high-voltage switching transformer used for an inverter power supply type high-frequency heating device, and more particularly to a technique for protecting the device and improving safety.
インバータ方式の高周波加熱装置としては、プリント基板にトランスを実装したトランスユニットを備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。 As an inverter type high frequency heating apparatus, there is one provided with a transformer unit in which a transformer is mounted on a printed circuit board (for example, see Patent Document 1).
図5は、上記インバータ方式の高周波加熱装置におけるトランスユニットの回路構成を示すブロック構成図である。 FIG. 5 is a block diagram showing a circuit configuration of a transformer unit in the inverter type high frequency heating apparatus.
図5において、商用電源11からの交流は整流回路13によって直流に整流される。整流された電圧は、整流回路13の出力側のチョークコイル14と平滑コンデンサ15で平滑され、インバータ回路102の入力側に与えられる。
In FIG. 5, the alternating current from the
制御回路29により、インバータ回路102中の半導体スイッチング素子(IGBT)17をオン/オフするよう制御されることで、昇圧トランス18の1次側に所望の高周波(20〜50kHz)の双方向電流が流れる。
By controlling the semiconductor switching element (IGBT) 17 in the
この昇圧トランス18の1次側に発生する高周波電力が昇圧トランス18で昇圧され、2次側に高圧の高周波電力が発生する。昇圧トランス18の2次側には、高圧ダイオード191、192と高圧コンデンサ193、194とからなる倍電圧全波整流方式の高圧回路19が接続され、マグネトロン10のアノード、カソード間に高圧直流電圧(例えば、−4KV)が印加される。
The high-frequency power generated on the primary side of the step-
また、昇圧トランス18のもう一つの2次巻線(ヒータ巻線)5からマグネトロン10のカソード(フィラメント)121に電力が供給され、加熱されたカソードから電子が発生し、アノードに到達することによって、マイクロ波エネルギーが加熱室内の被加熱物に照射される(図示せず)。
Further, electric power is supplied from another secondary winding (heater winding) 5 of the step-up
また制御回路29は、コネクタ26を通して高周波加熱装置の制御部からの指令に基づきインバータ102を制御する。このように、制御回路29は、IGBT17のオン/オフ制御により、2次側への電力供給を制御し、マグネトロン10からの出力マイクロ波の強度を制御する。
The
図6は、従来のトランスユニットに実装された昇圧トランスの構造を示す概略断面図である。図6に示すように、上記のトランスユニットに用いられる昇圧トランス18は、1次巻線3、2次巻線4、及びヒータ巻線5が同心円状に巻かれたボビン2を有し、このボビン2の中心に、コア1が両側から差し込まれた構造となっている。
図5において、昇圧トランス18は、高周波加熱時に、一次巻線3や高圧巻線4、マグネトロン10のカソード121を暖めるヒータ巻線5の発熱により、その温度は上昇する。
In FIG. 5, the temperature of the step-
高周波加熱の終了後は発熱がストップするので、昇圧トランス18の温度は下がる。この温度の上昇と下降の繰り返しにより、昇圧トランス18を構成する材料は徐々に熱疲労で劣化する。
Since the heat generation stops after the high-frequency heating is finished, the temperature of the step-
通常の使用状態では問題にならない劣化の進行ではあるが、想定できないような悪条件の下での使用時や冷却用部品の故障時などの場合に、例えば、高周波加熱装置を、上下、左右、後ろの5つの面を周囲と接触するように設置し、その給排気口を塞いでしまった場合や、冷却ファンのモータコイル部が断線し冷却ファンが動作不能となるトラブルが発生した場合に、ボビン2にクラックが発生する可能性がある。
In the case of use under bad conditions that cannot be assumed or failure of cooling parts, for example, the high-frequency heating device is installed vertically, left and right, When the rear five surfaces are placed in contact with the surroundings and the air supply / exhaust port is blocked, or when the motor fan of the cooling fan is disconnected and the cooling fan becomes inoperable, The
図6において、高圧巻線4とアースに接続されたコア1との間には約3000Vの高圧が印加されるが、その距離はさほど大きくないので、ボビン2にクラック7が生ずると高圧巻線4とコア1との間にスパークが発生することがある(図6中の拡大図参照)。
In FIG. 6, a high voltage of about 3000 V is applied between the high voltage winding 4 and the
スパークが発生すると、図5中の高圧回路19が電気的に大きく変動する影響でインバータ回路部分102も大きく変動するが、この変動を検出すると、安全のため高周波加熱を停止するように設計されている。従って、スパークの発生も停止する。
When a spark occurs, the
しかしながら、再度高周波加熱を開始するとまたスパークが発生し、再度これを検知し高周波加熱を停止するという動作を繰り返す。 However, when high-frequency heating is started again, a spark is generated again, and this is detected again and the operation of stopping high-frequency heating is repeated.
さらに、この繰り返し動作を続けると、高圧巻線4の絶縁が発熱により破壊し、高圧巻線4がレアショート状態になり、そのレアショート部分でさらに発熱し、最悪の場合、発煙・発火に至る状況にもなりうる。
Furthermore, if this repeated operation is continued, the insulation of the high-
スパーク発生を招かない方法、すなわち、ボビン2の劣化を防ぐ方法としては、高圧巻線4とコア1の距離をもっと大きくとったり、高圧巻線4の外装の絶縁厚さを増し耐圧を高くしたりする方法もあるが、昇圧トランス18の形状が大きくなり、コスト高にもなる。
As a method of preventing the occurrence of sparks, that is, a method of preventing the
また、コア1を接地しないようにすれば、クラック7が発生しても高圧巻線4コア1間にスパークは発生しないが、逆にボビン2のクラックがどんどん進行し、いたるところでクラックが生じたり穴が開いたりし始めると、今度は一次巻線3と高圧巻線4間でスパークが発生するようなことになる。
Further, if the
この時、高周波加熱装置が接地されていなかったら、使用者が高電圧に感電するという危険な状況となる。 At this time, if the high-frequency heating device is not grounded, a dangerous situation occurs in which the user is exposed to a high voltage.
この状況を回避するため、コア1を接地し、ボビン2のクラック7や穴開きが発生しても高圧巻線4からは必ず距離が一番近いコア1にスパークが飛ぶような一次巻線とボビン2との距離、ボビン2の構造とする。
In order to avoid this situation, the
すなわち、高圧巻線4とコア1との最短距離をd1、高圧巻線4と一次巻線3との最短距離をd2とすると d1<<d2の位置関係となるようにボビンを設計し、一次巻線3と高圧巻線4との間には隔壁を二重に設けるなどして、クラック7や穴開きの発生で直接一次巻線3と高圧巻線4との間でスパークが発生する確率を低下させるなどの、実質的にはありえない事態に備えた安全構造にする場合がある。
That is, if the shortest distance between the high voltage winding 4 and the
そこで本発明は、上記課題を解決するもので、異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコア間にスパークの発生を防止する高周波
加熱装置を提供するものである。
Therefore, the present invention solves the above-described problem, and provides a high-frequency heating device that prevents the occurrence of a spark between a high-voltage winding and a core even if a crack occurs in a bobbin due to long-term use in an abnormal installation state. Is.
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、交流電源を整流し高周波化するインバータと、前記インバータにより出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンとを有する高周波加熱装置において、前記昇圧トランスは、接地されたコアを中心とした同心円状に設けられたボビンを有し、前記ボビンには、前記インバータ側の一次巻線と前記高圧回路側の高圧巻線とが巻かれ、前記ボビンと前記コアとの間に絶縁物が配置されたものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. An inverter that rectifies an AC power source to increase the frequency, a step-up transformer that boosts high-frequency power output from the inverter, and an output of the step-up transformer is a high-voltage DC voltage. In a high-frequency heating apparatus having a high-voltage circuit for converting to a high-voltage circuit and a magnetron that receives the high-voltage DC voltage and radiates microwaves, the step-up transformer has a bobbin provided concentrically around a grounded core. The bobbin is wound with a primary winding on the inverter side and a high-voltage winding on the high-voltage circuit side, and an insulator is disposed between the bobbin and the core.
本発明によれば、異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコアとの間におけるスパークの発生を防止することができる。 According to the present invention, even when a crack occurs in the bobbin due to long-term use in an abnormal installation state, it is possible to prevent the occurrence of a spark between the high voltage winding and the core.
第1の発明は、交流電源を整流し高周波化するインバータと、前記インバータにより出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンとを有する高周波加熱装置において、前記昇圧トランスは、接地されたコアを中心とした同心円状に設けられたボビンを有し、前記ボビンには、前記インバータ側の一次巻線と前記高圧回路側の高圧巻線とが巻かれ、前記ボビンと前記コアとの間に絶縁物が配置されたものである。 A first aspect of the invention is an inverter that rectifies an AC power source to increase the frequency, a step-up transformer that boosts high-frequency power output from the inverter, a high-voltage circuit that converts the output of the step-up transformer into a high-voltage DC voltage, and the high-voltage In a high-frequency heating apparatus having a magnetron that receives a direct current voltage and radiates microwaves, the step-up transformer has a bobbin provided concentrically around a grounded core, and the bobbin includes the inverter A primary winding on the side and a high-voltage winding on the high-voltage circuit side are wound, and an insulator is disposed between the bobbin and the core.
第2の発明は、第1の発明において、前記絶縁物が、前記高圧巻線が巻かれた前記ボビンと対向する部分にのみ配置されたものである。 According to a second invention, in the first invention, the insulator is disposed only in a portion facing the bobbin around which the high-voltage winding is wound.
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記絶縁物をアラミド紙とし、前記アラミド紙を前記コアに貼り付けたものである。 According to a third invention, in the first or second invention, the insulator is aramid paper, and the aramid paper is attached to the core.
第4の発明は、第1または第2の発明において、前記絶縁物を絶縁テープとし、前記絶縁テープを前記コアに貼り付けたものである。 According to a fourth invention, in the first or second invention, the insulator is an insulating tape, and the insulating tape is attached to the core.
第5の発明は、第1の発明において、前記絶縁物が、前記ボビンと所定の間隔を設けた同心円状に前記ボビンと一体的に形成されるものである。 According to a fifth invention, in the first invention, the insulator is formed integrally with the bobbin in a concentric manner with a predetermined distance from the bobbin.
以上の発明により、異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコアとの間におけるスパークの発生を防止することができ、より安全な高周波加熱装置を提供できる。 The above invention provides a safer high-frequency heating device that can prevent the occurrence of sparks between the high-voltage winding and the core even if the bobbin cracks due to long-term use in an abnormal installation state. it can.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係るマグネトロン駆動電源(インバータ)のブロック構成図は、従来のものと同一であるので、その説明を省略する。また、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The block diagram of the magnetron drive power supply (inverter) according to the present invention is the same as that of the conventional one, and the description thereof is omitted. Further, the present invention is not limited by this embodiment.
(実施の形態1)
図1、図2は、本発明の実施の形態1における高周波加熱装置の昇圧トランス18の構造を示し、それぞれ、通常時、クラック発生時の昇圧トランス18の断面図である。
(Embodiment 1)
1 and 2 show the structure of the step-
図1、2において、インバータ部102側の1次巻線3と昇圧側の高圧巻線4がコア1
を中心とした同心円状にボビン2を隔てて外側に平行に所定の昇圧比(巻線比)が得られるよう約10倍のターン数で周回され、コア1は昇圧トランス18の動作安定化および安全のためにアース接続されている(図2中の符号195)。
1 and 2, the
The
図2において、上述したように、昇圧トランス18の温度の昇降によって、昇圧トランス18を構成する材料が劣化し、ボビン2にクラックが発生する可能性がある。そのため、昇圧トランス18のボビン2にクラック7が生じて高圧巻線4とアース接続されたコア1との間に約3000Vの高圧がかかっても、コア1を周回して囲うように絶縁物6を設け、スパークが発生しないようにする。
In FIG. 2, as described above, the material constituting the step-
絶縁物6としては、ボビン2とコア1との狭い隙間に挿入することができる、薄くて絶縁性能が高く、しかも湿度や温度環境や寿命の長い安定した材料、例えば、アラミド紙や高耐圧性能の絶縁テープが望ましい。
The
また、ボビン2とコア1との狭い隙間に挿入する絶縁物として、薄くて絶縁性能が高く、湿度や温度環境や寿命の長い安定した材料であるアラミド紙や高耐圧性能の絶縁テープを、片面を糊づけし、あらかじめコア1に貼ってからボビンに挿入するようにすれば、製造が容易になる。
In addition, as an insulator to be inserted into the narrow gap between the
このように、ボビン2とコア1との間のすきまに薄い絶縁物を挿入するだけの単純な方法であるため、省スペースだけでなくコスト高も防止できる。
In this way, since it is a simple method in which a thin insulator is inserted into the gap between the
特に図3に示すように、絶縁物6は、高圧巻線4が巻かれたボビン2の部分と対向する部分にのみ配置されるようにし、インバータ102側の一次巻線3に対向する部分には絶縁物が配置されないようにする。
In particular, as shown in FIG. 3, the
具体的には、絶縁物先端の貼り付け位置、すなわち、ボビン2からコア1までの距離(符号b)を、ボビン2にクラックが発生しても高圧巻線4からコア1に高圧放電しない距離(符号a)以上とし、高圧巻線4と一次巻線3との距離(符号e)または、図3の符号cの距離と符号dの距離との和よりも短くしている。すなわち、a<b<c+d および
a<b<eである。
Specifically, the attachment position of the insulator tip, that is, the distance from the
これはあくまで万が一の場合であるが、ボビン2にクラック7が多発することにより一次巻線と高圧巻線とが完全に短絡して起こる使用者の感電を、高圧側とコア1(アース電位)との間隔を適切に設けることにより阻止することを目的としている。
This is only a case, but the user's electric shock that occurs when the primary winding and the high-voltage winding are completely short-circuited due to frequent occurrence of
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について説明する。図4は、本実施の形態に係る昇圧トランス18の構造を示す断面図である。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the step-up
図4に示すように、本実施の形態における昇圧トランス18においては、絶縁物6が、高圧巻線4が巻かれたボビン2と所定の間隔を設けた同心円状にボビン2と一体的に形成される。
As shown in FIG. 4, in the step-up
すなわち、コア1とボビン2との隙間に絶縁物を配置するのではなく、ボビン2の二重構造とすることで高圧巻線4とコア1との絶縁を強化する。このように絶縁構造を二重にすることにより、一重目の絶縁33にクラックが発生しても、二重目の絶縁34によってスパークの発生が防止できる。
That is, an insulating material is not disposed in the gap between the
本実施の形態によれば、別の絶縁物をコア1とボビン2との間に配置しなくても、同様
に安全性を確保できるので、作業工程や材料費の面で有利である。
According to the present embodiment, safety can be secured in the same manner without arranging another insulator between the
しかも、ボビンは樹脂成型で加工できるのでボビンの耐久性や昇圧トランスの性能や加工のし易さにも配慮した構成とすることも考えられる。 In addition, since the bobbin can be processed by resin molding, it may be considered that the bobbin has durability, the performance of the step-up transformer, and the ease of processing.
また、一次巻線3側のボビン2の厚さ(図4の符号f)は高圧巻線4側の厚さに比べて、また従来例に比べても厚くない。なぜならば、高圧巻線側の厚さに合わせて一次側の厚さも厚くすると、ボビンの材料を多くする必要があり、コスト高や昇圧トランスの大型化を招いてしまうからである。
Further, the thickness of the
また、一次巻線をボビンに巻く内径が大きくなり、同ターン数を得るために必要な一次巻線長さが長くなり、温度上昇などの性能面の不利、巻線量のコスト高を招いてしまう。 In addition, the inner diameter of the primary winding wound around the bobbin is increased, the length of the primary winding necessary to obtain the same number of turns is lengthened, resulting in performance disadvantages such as a temperature rise, and high winding cost. .
また、一次巻線とコアと間の電圧が高圧巻線側に比して低いのでボビン厚さを厚くする必要がないためである。 Moreover, since the voltage between the primary winding and the core is lower than that on the high-voltage winding side, it is not necessary to increase the bobbin thickness.
以上のように、本発明によれば、異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコア間にスパークの発生を防止することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to prevent occurrence of sparks between the high-voltage winding and the core even if a crack occurs in the bobbin due to long-term use in an abnormal installation state.
本発明は、電子レンジ等のように、食品を加熱する高周波加熱装置に適用されるものである。 The present invention is applied to a high-frequency heating apparatus that heats food, such as a microwave oven.
1 コア
2 ボビン
3 一次巻線
4 高圧巻線
5 ヒータ巻線
6 絶縁物
7 クラック
10 マグネトロン
11 商用電源
13 整流回路
14 チョークコイル
15 平滑コンデンサ
16 共振コンデンサ
17 半導体スイッチング素子(IGBT)
18 昇圧トランス
19 高圧回路
29 制御回路
33 一重目の絶縁
34 二重目の絶縁
101 整流回路
102 インバータ
121 カソード
191、192 高圧ダイオード
193、194 高圧コンデンサ
1
18 Step-
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