JPH01149338A - マグネトロン駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、マグネトロン駆動装置に関し、特にマグネト
ロンの電力供給用のトランスの改良に関するものである
。

（従来の技術） 従来、例えば家庭用電子レンジ等の高周波加熱装置の高
周波発振部分には通常マグネトロンが使用されている。

マグネトロンは周知の如くアノード部には直流高圧（３
８００〜４０００Ｖ）の電圧が印加され、そして７ノー
ドに対して電子を放出するフィラメントには、ヒータ電
圧として一定の電圧（約４Ｖ）が印加されている。

以上のように直流高電圧を生成するために、商用電源電
圧をけい素鋼板等を積層してコアにした変圧器にて昇圧
し整流器で整流するようにすると、変圧器８發の増大と
共に変圧器の外形および重量も増大し、更に絶縁性を保
つために変圧器に絶縁加工を施す必要があった。

そのため現在のマグネトロン駆動用の変圧器には、けい
素鋼の他事型で絶縁性に優れ、高周波電流によろうず電
流損が少ない圧粉磁心（例えばフェライト）をコアに使
用している。更に、この変圧器の一次巻線には、商用電
源を整流して得た直流電圧をインバータ装置にて高周波
電力に変換されたものが入力され、数千Ｖに昇圧された
後、整流器にて整流されマグネトロンのアノードに印加
される。

第１１図は係る直流高電圧回路を用いた従来のマグネト
ロンの駆動装置の回路構成図であるが、同図では商用電
源１を整流する整流スタック２の正負極間にはチョーク
コイル３と平滑コンデンサ４からなる平滑回路４Ａが並
列接続され、上記平滑コンデンサ４とチョークコイル３
との接続点には昇圧トランス５の一次巻線５ａの一方が
、そしてこの一次巻線５ａの使方は共振コンデンサ６を
介して負極ラインへ接続され、この共振コンデン量す６
の両端にはフリーホイリングダイオード７とトランジス
タ８のコレクタとエミッタが並列接続されると共に、ト
ランジスタ８のベースにはトランジスタＯＮ・ＯＦＦ制
御用の制御回路９が接続されており、これら一次巻線５
ａ、共振コンデンサ６、フリーホイリングダイオード７
、及びトランジスタ８で準Ｅ級インバータが形成されて
いる。

一方、上記昇圧トランス５の二次巻線５ｂには充放電制
御用のダイオード１０、コンデンサ１１との直列体から
なる倍電圧整流回路１１Ａが並列接続され、ダイオード
１０の両端から整流出力がマグネトロン１２のアノード
Ａ１フィラメントＦ間に印加され、又フィラメントＦに
はヒータトランス１３によって商用Ｍ源側１からヒータ
電圧としての交流電圧が供給される。

次に上記構成に基づき従来のマグネトロン駆動装置の動
作について説明する。先ず、整流スタック２に交流電圧
が印加されると、交流電圧は全波整流された後にチョー
クコイル３と平滑コンデンサ４でなる平滑回路４Ａで平
滑され、昇圧トランス５の一次巻線５ａと共振コンデン
サ６からなるインバータの直流共振回路へ入力される。

この整流入力は、トランジスタ８が制御回路９によりＯ
ＦＦ動作されると一次巻線５２ａを介して共振コンデン
サ６に充電され、ＯＮ動作を行なうと放電を開始するこ
とで、一次巻線５ａの電圧は変化し、この状態を繰り返
すことで高周波磁界が発生する。

この磁界の変化による高周波電力は昇圧トランス５の巻
線比に応じて２０００Ｖ程度に上昇した後、ダイオード
１０とコンデンサ１１からなる倍電１［整流回路１１Ａ
によって約３８００〜４０００Ｖ程度の整流出力となっ
てマグネトロン１２のアノードＡへ印加される。一方の
マグネトロン１２のフィラメントＦのヒータには、昇圧
トランス５とは別のヒータ用トランス１３によって電圧
が供給され、電子がアノードＡに放出されることで図示
しない外部の共振回路が撮動し高周波電圧が生じる。

しかし、上記従来装置の場合、昇圧トランス５とは別個
にヒータ用トランス１３を使用しているが、ヒータ用ト
ランス１３は商用周波数用のものであるため、材質的に
比較的重量のあるものになる。従ってフェライトコア等
の圧粉磁心を昇圧トランス５に使用し、高電圧直流電源
回路をインバータ化したメリットの１つである装置の小
型軽■化の特徴が半減すると共に、空間面でデザイン上
の制約を受ける他、トランスが２個必要となることから
装置全体がコスト高になる等の問題点があった。

上記のような問題点を解消する方法として、従来装置に
第１２図に示すような装置が考案されている。この装置
はマグネトロン１２のヒータを、昇圧トランス５１の第
２の二次巻線５１ｂから出力される高周波電力によって
加熱する。この場合の昇圧トランス５１の構成例を第１
３図に示す。

この昇圧トランス５１は一次巻線５１ａと二次巻線５１
ｂをコア５１ｅを介して同心円状に巻いており、高圧側
となる二次巻線５１ｂを一次巻線５１ａのボビン５１ｆ
によって容易に絶縁することができるといった利点があ
る。

しかしながら、この昇圧トランス５１の場合には一次と
二次の巻線間の結合係数が大きくなり、その為昇圧トラ
ンス５１の入力インダクタンスが小さくなって、インバ
ータの発振周波数が高くなりすぎ所望の出力を得られな
い。そこで、解決策としてコイル５１ｄを倍電圧整流器
を構成するコンデンサ９に直列接続して補償するように
していた。しかしだが、結果的にはトランスは単体であ
るが別コイルが必要となり、２個のトランスを協えた従
来装置と同様の問題を依然として有している。

尚、上記従来例の説明ではフィラメント「へ電力を供給
する二次巻線について述べたが、マグネトロンの持つ特
性としてマグネトロンを安定に動作させるためには、フ
ィラメントＦへ供給する電力の変動を極力小さくするこ
とが必要とされる。

これは、フィラメントＦに供給された電力が小さい時は
、フィラメントＦからの電子の放出量、すなわちエミッ
ションが不足し、そのためマグネトロンの発振が不安定
になるモーディングを起こし、また供給電力が過剰の時
は過大電流がフィラメントＦに流れ焼損を起こしてマグ
ネトロンが破壊される等、マグネトロンの寿命を著しく
縮める。−般に、高周波加熱装置において、電力需要が
大幅に変動し、マグネトロン駆動装置の入ツノ電源電圧
が定格の±１０％変動しても動作可能であることが必要
とされる。この入力電源電圧の変動に対しても安定した
高周波電圧をマグネトロンより出力するため、入力型ｉ
［電圧の変動に依存したフィラメントＦに供給する電力
の変動を押えなければならない。また、マグネトロンの
特性として、連続的に動作させたとき、マグネトロン自
身の温度上昇によって、マグネトロンの発振電圧が低下
する。

このように負荷の変動時においても、フイラメン１〜に
供給する電力の変動が小さくなるように保噴する必要が
ある。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のマグネトロンの駆動装置は以上のように構成され
ているため、マグネトロンのアノードへ電力を供給する
昇圧トランスの他、マグネトロンのフィラメントへ電力
を供給する別トランスが必要であったり、また昇任トラ
ンスとヒータ電圧供給用のトランスを一体化したとして
も、入力インダクタンス保慣用のコイルをトランスの二
次巻線側に接続する必要があるため、装置全体のコスト
が嵩むと共に、インバータ電源装置の使用によってマグ
ネトロンの駆動装置が小型軽量化されるといったメリッ
トも失われる。また電源電圧の±１０％程度の変動に対
してもフィラメントに供給される電力の変動を抑制する
手段を講じる必要があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、マグネトロンのアノードへ電力を供給する電
圧昇圧用巻線と、ヒータミノＪ供給用巻線を同一コアに
巻回すると共に、入力電源電圧変動に対するヒータ電力
の変動を抑止し得る構造の昇圧トランスを備えたマグネ
トロンの駆動装置を得ることを目的とする。

［発明の効果］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は周波数変換器によ
り変換出力された高周波電力を変圧器の一次巻線に入力
し、この変圧器の二次巻線から出力される高圧電力を整
流してマグネトロンのアノードへ供給すると共に、前記
変圧器のヒータ巻線から出力される電力をマグネトロン
のヒータへ供給するようにしたマグネトロン駆動装置に
、前記変換器の一次巻線と二次巻線によって形成され漏
磁手段を配設するとともに、この漏磁手段を挾み、一次
巻線に対向する位置に二次巻線とヒータ巻線を巻回して
構成した。

（作用） 本発明におけるマグネトロン駆動装置においては、磁路
中に形成される漏磁手段によって、この漏磁手段を挾む
一次巻線と二次巻線の結合係数が低下する。

従って、二次巻線と同じ側に巻回されるヒータ巻線は一
次巻線の入力電源電圧の変動の影響を殆んど受けること
がないので、マグネトロンのヒータへは安定した電力が
供給でき、更にマグネトロンからは安定した高周波電圧
が得られる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図を参照して説明する。第
１図は本実施例によるマグネ］・ロン駆動装置の全体回
路図である。図中第１１図と同一符号は同一、又は相当
部分を示し詳細な説明は省略する。図中５２は本実施例
における昇圧トランスであり、詳細な構成は第２図の昇
圧トランス断面図に示す。

昇圧トランス５２は２個１組のＥ型コア５２ｅを対向さ
せて、且つ適宜量の間隙（ギャップ）を設けて組み合わ
すことによって構成される。また、このギャップＡＧは
、例えばスペーサによって一定の間隔が保持される。

コア５２ｅの下側に独立に巻いであるのが一次巻線５２
ａで、ギャップＡＧを挾んでヒータ巻線５２Ｃ１二次巻
線５２ｂが巻かれている。二次巻線５２ｂとヒータ巻線
５２Ｃは隣り合わせて巻いてあり、両巻線５２ｂ、５２
０間の結合係数は大きく、一次巻線５２ａとは弱く結合
している。

以上のように各巻線５２ａ　、５２ｂ　、５２ｃを巻く
ことにより、入力電源電圧ｖｉｎの変動に対してヒータ
巻１ｉ１５２ｃの両端に発生するフィラメント電圧Ｖ「
の変化を小さく押えることができる。

この様子は第６図の入力電圧特性に見られる如くヒータ
巻線５２ｃを一次巻線５２ａあるいは二次巻線５２ｂで
結合を大きくした場合（図中Ａによって示す）では、そ
の差異は顕著なものである。

このことから、フィラメントＦはほとんど抵抗負荷であ
るのでフィラメントＦに供給される電圧はＶｆで決まり
、Ｖｆが安定していればフィラメン１−　Ｆに供給され
る電圧変動も少ない（図中Ｂ）。

これは次のような説明が考えられる。この説明を第３図
のマグネトロンの特性曲線に従って行なう。特性図中、
ＶＢはアノード・カソード間電圧、１［］はマグネトロ
ンを流れる電流で、マグネトロンにある電圧値以上で急
激に電流ＩＢが流れるツェナーダイオードのような曲線
を示す。ここで特性曲線に示すように、定格入力電圧Ｖ
ＡＮに対し、入力電圧が±１０％変化したとき、ＶＩＮ
はＡ点から０点に変動してｉｓの変化は大きいが、それ
に対してＶＢの変化は非常に小さく略一定である。

従って、二次巻線５２ｂに生じる電圧はマグネトロンの
電極間電圧ＶＢは支配され、入力電圧Ｖ＋Ｎが変動して
も発生電圧ＶＢは略一定である。よって、コアにギャッ
プを設け、一次巻線５２ａと二次巻線５２ｂとの結合を
弱くし、ヒータ巻線５２Ｃと二次巻線５２ｂとの結合を
密に大きくなるようにヒータ巻線５２０を二次巻線５２
ｂに近接して巻けば、ヒータ巻線に誘起される電圧変動
は小さく、入力電圧変動に対して略一定のヒータ電力を
供給することができる。

以上のことから、例えば商用電源１００Ｖ±１０％の変
動幅に対して、フィラメント電圧Ｖｆはフィラメント電
圧４■の場合、ヒータ巻線５２ｃを二次巻線５２ｂに結
合して±０．１２Ｖすなわち３％の変動であり、一次巻
線５２ａに結合して±０．４Ｖすなわち±１０％の変動
である。これらの結果から、電ｍ電圧の変動に対してフ
ィラメント電圧■ｆの変動が大幅に改善され、マグネト
ロンの発振動作が安定することが明確である。

次に上記制御回路９の内部詳細図を第４図に示し、各要
部の信号波形を第５図に示す。

第５図において、ａはコンパレータＩＣＩの出力電圧、
ｂはトランジスＱ１のベース電圧、ＣはコンパレータＩ
Ｃ２のマイナス側入力電圧、ｄはコンパレータＩＧ２．
ＩＣ，３の出力電圧、ｅはコンパレータＩＣ３，ＩＣ４
のマイナス側入力電圧、ｒはコンパレータＩＣ３のプラ
ス側入力電圧、ｆはコンパレータＩＣ３のプラス側入力
電圧、９はコンパレータＩＣ４のプラス側及びマイナス
側入力電圧、ｈはコンパレータＩＣ４の出力電圧、ｉは
コンパレータＩＣ２のプラス側入力電圧、ｊはトランジ
スタ８のベース・エミッタ間電位ＶＢＥ。

にはトランジスタ８のコレクタ・エミッタ間電位ＶＣＥ
１１はトランジスタ８のコレクタよりダイオード７へ流
れるコレクタ電流ＩＣを示す。

また、第７図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明に係る昇圧トラン
スの他の実施例を示すものであって、同図（Ａ）は一次
巻線５２ａとヒータ巻線５２Ｃの間に二次巻線５２ｂを
設けたものである。この場合第２図に示す昇圧トランス
に比較してヒータ巻線５２Ｇと一次巻線５２ａとの結合
が更に弱くなり、入力電圧変動に対するフィラメント加
熱電力の安定度は増すことになる。しかし、反面、ヒー
タ巻線５２ｃに発生する起電力が第２図の場合より小さ
くなるので、その分巻線を増やす必要がある。このとき
、高周波電流による表皮効果を加味した巻線の発熱によ
る電力消費は第２図の場合よりも大きくなる。尚、コア
形状に関していえば、第２図と第７図（Ａ）のものはＥ
型コアにて構成したが、第７図（Ｂ）、（Ｃ）に示すよ
うにＵ型コアでも良い。

更に第２図及び第７図（Ａ）において一次巻線ボビン５
２ｆと二次巻線ボビン５２１Ｊとの間に空気層を構成し
た例を示したが、空気層を無くし、一次、巻１！５２ａ
とヒータ巻線５２Ｃ１又は一次巻線５２ａと二次巻線５
２ｂとの結合度をこの例よりも高くしても良く、このた
め二次巻線ボビン５２［の一部がコアに形成されるギャ
ップＡＧよりも一次巻線５２ａ側に配置されても問題は
ない。

要は二次巻１１５２ｂとヒータ巻線５２ｃが密に結合す
るように、二次巻線５２ｂとヒータ巻線５２Ｃを近接し
て巻く事であり、従って第７図（Ｄ）のような構成の昇
圧トランスであってもよい。

尚、上記実施例では、ヒータ巻線５２０を一次巻１ｉ１
５２ａが二次巻線５２ｂの何れか一方に近接してコア５
２ｅに巻いたが第８図に示す如く、ヒータ巻線５２ｃを
５２０ｔ　、５２Ｃ２と分割して設け、一方を一次巻線
５２ａと近接して、もう−方は二次巻＠５２ｂと近接し
て設けると共に、この分割したヒータ巻線５２ｃ　１．
５２ｃ　２を直列に接続づることによってマグネトロン
のフィラメントを加熱するような昇圧トランスを構成し
ても良い。第８図に示す昇圧トランスは磁路をＥ型コア
５２ｅ、５２ｅを組み合わすことによって構成し、下側
からヒータ巻線５２（ｊ＋、一次巻線５２ａ１ギヤツプ
ＡＧをはさんで、分割して巻いであるもう一方のヒータ
巻線５２Ｃ２，二次巻線５２ｂを示す。この分割して巻
いたヒータ巻線は５２Ｃ１，５２Ｃ２は各々一次巻線５
２ａ、５２ｂと結合のよい巻方となっている。

このように、先ず一次巻線５２ａと二次巻線５２ｂ間に
ギャップＡＧを設け、結合状態が悪くなっているので、
入力インピーダンスが高くなり、第３図に示す如く回路
に必要であったコイル５１ｄを省略できる。更に、第、
３図のマグネトロンの動特性曲線で明らかな如く、二次
巻線５２ｂにヒータ巻線５２Ｃ２を密に結合するように
巻けば変動を抑えることができる。

また、連続運転した時、マグネトロンの動作特性は第９
図のように温度上昇によってＡ線からＢ線に変化する。

しかし、入力側一次巻線５２ａの変化は生じていないの
でこれにヒータ巻線５２０１を密に巻けばこのような場
合においてもフィラメントＦに供給する電力の変動を第
３図に示す如く小さくすることができる。従って第８図
のような構成の昇圧トランスではヒータ巻線が分割して
、一次、二次巻線５２ａ、５２ｂと密に巻いであるので
入力電源電圧の変動においても、連続動作においてマグ
ネトロンの動作特性の変動があっても、フィラメントに
供給する電力の変動を小さく抑えることができる。

第８図において、一次巻線用ボビン５２ｆと二次巻線用
ボビン５２（＋との間に、空気層を構成した例を示した
が、この空気層を無くし一次巻線５２ａと二次巻線５２
ｂ、一次巻線５２ａとヒータ巻線５２Ｃ１又は二次巻１
１５２ｂとヒータ巻線５２Ｃとの結合度をこの例Ｊ−り
高くしてもかまわない。又、このために、二次巻線用ボ
ビン５２ｆの一部がコアギャップよりも一次巻線側に配
置されてもかまわない。重要なのは各々のと−分巻線５
２Ｇ＋　、５２０２が一次、二次巻線５２ａ、５２ｂと
、各々密に結合するようにヒータ巻線を分解して各々を
、一次、二次巻線５２ａ、５２ｂ各々と近接して巻くこ
とである。従って第１０図（Ａ）、第１０図（Ｃ）のよ
うな構成であってもかまわない。

又本実施例では、コアの材質としてフェライトを使用し
たが、これに限定されずアモルファスコア等高周波での
発振損失の少ないコアなら何でも良い。

更に、コア形状は第８図ではＥ型コアにて構成したが、
同一番号を付けた第１０図に示すＵ型コア等でもかまわ
ない。更に又、第１０図（Ａ）ど同様に二次巻線と結合
がよくなるよう近接して設けた分割ヒータ巻１１５２Ｃ
２をギャップＡＧとは反対側に近接して設けてもよい。

あるいは、実施例ではボビン構成は一次巻線５２ａとヒ
ータ巻線５２Ｃ＋用１つ、二次巻線とヒータ巻線５２５
２Ｃ２用で１つと別々に構成したが、３つの巻線を１体
のボビンに巻いても、１つ１つ別々に４つのボビンで構
成しても、二次巻線用に１つ、分割して巻くヒータ巻Ｉ
！５２ｃ＋　、５２Ｃ２と一次巻線用に１つのボビン構
成でもよい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば変圧器の一次巻線と二次
巻線の間に漏磁手段を設けて磁束が漏洩するようにする
と共に、マグネトロンのヒータに電力を供給するための
ヒータ巻線を二次巻線と結合が大きくなるよう隣り合わ
せて設けるような構成にしたため、ヒータ電圧は一次巻
線側の入力電源電圧変動の影響を受けることなく安定し
た状態で電子を放出できマグネトロンから安定した高周
波電圧出力が得られると共に、ヒータ巻線を変圧器に一
体化したため小型軽量化した低コスｉ−のマグネトロン
駆動装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例によるマグネトロン駆動装置
の全体回路図、第２図は本実施例に用いられる昇圧トラ
ンスの断面図、第３図はマグネトロン動作特性図、第４
図は本実施例に用いられる制御回路の回路図、第５図は
制御回路の各基部の波形図、第６図は昇圧トランスの入
力電圧特性図、第７図、第８図、第１０図は他の実施例
による昇任トランスの断面図、第９図は温度上昇時のマ
グネトロン動作特性図、第１１図は従来のマグネトロン
駆動装置の全体回路図、第１２図は他の金 従来装置の廊体回路図、第１３図は従来の昇圧トランス
の断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）周波数変換器により変換出力された高周波電力を
   変圧器の一次巻線に入力し、この変圧器の二次巻線から
   出力される高圧電力を整流してマグネトロンのアノード
   へ供給すると共に、前記変圧器のヒータ巻線から出力さ
   れる電力をマグネトロンのヒータへ供給するようにした
   マグネトロン駆動装置において、 前記変換器の一次巻線と二次巻線によつて形成される磁
   路中に、当該磁路の漏れ磁束を増大せしめる漏磁手段を
   配設するとともに、この漏磁手段を挾み、一次巻線に対
   向する位置に二次巻線とヒータ巻線を巻回したことを特
   徴とするマグネトロン駆動装置。
2. （２）前記漏磁手段は、一次巻線を巻回するコアと、二
   次巻線およびヒータ巻線を巻回するコアとの間に形成さ
   れる間隙であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のマグネトロン駆動装置。
3. （３）前記ヒータ巻線は間隙を介して設けられた各コア
   に分割して巻回し、各巻線を直列接続したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項および第２項記載のマグネト
   ロン駆動装置。