JPH0230089A - 高周波加熱装置の昇圧トランス - 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】 産業上の利用分野 本発明は５０七または６〇七の商用周波数を、それより
高い周波数に変換する周波数変換回路、すなわちインバ
ータ回路をもつ高周波加熱装置の昇圧トランスに関する
ものである。

従来の技術 従来の高周波加熱装置は第４図に示すように、商用電源
１１はインバータ回路１０で周波数が２０ｋＨｚ以上の
高周波に変換され、前記インバータ回路１０の高周波出
力は、昇圧トランス６で昇圧される。前記昇圧トランス
６の２次巻線２の高圧出力は倍電圧整流回路１２で倍電
圧整流され、マグネトロン１３のアノード１５とカソー
ド１４間に印加される。さらに前記昇圧トランス６には
３次巻線３を設け、低電圧出力を得ており、前記低電圧
出力はマグネトロン１３のカソード１４に接続され電力
を供給している。インバータ回路１０は、商用電源１１
を全波整流し、直流を得るためのダイオードブリッジ１
６とインダクタ１７および、コンデンサ１８から構成さ
れるフィルタと、トランジスタ１９と前記トランジスタ
１９のベース信号をつくりトランジスタ１９を駆動する
ための駆動回路２０と、コンデンサ２１およびインダク
タ１から構成される共振回路２６から構成される。前記
共振回路のインダクタ１は、前記昇圧トランス６の１次
巻線１と共用される。

前記インバータ回路１０は、前記共振回路２６のインダ
クタ１とコンデンサ２１を所望の周波数、例えば２５　
ｋＨｚ程度で共振するようにその値を定めており、トラ
ンジスタ１９を、２５　ｋＨｚ程度でスイッチングさせ
ることにより共振回路２６のインダクタ１すなわち、昇
圧トランス６の１次巻線１に２５　ｋＨｚ程度の高周波
の電圧を発生させている。昇圧トランス６は前記インバ
ータ回路１０で発生した周波数が２５ｋＨｚ程度の高周
波電圧を昇圧し、２次巻線２に高周波高電圧を発生し、
前記高周波高電圧を倍電圧整流回路１２によりピーク値
で４ｋＶ程度の直流高電圧に整流し、マグネトロン１３
を付勢している。前記昇圧トランス６の３次巻線３には
、周波数が２５　ｋＨｚ程度の高周波低電圧を発生させ
、マグネトロン１３のカソード１４に接続し、１０（Ａ
）前後の電流をカソード１４に供給している。

第５図に昇圧トランス６の断面図を示す。同図において
、昇圧トランス６は、高周波による損失、たとえば、表
皮効果による損失等を、低減するために、直径が０．１
８ｍｍ程度の絶縁された電線を１５０本程度、より合わ
せる構成とした１次巻線１と、直径が０．３ｍｍ程度の
絶縁された１本の電線から構成される２次巻線２と、１
次巻線１を巻くための１次巻線用ボビン２３と、２次巻
線２を巻くための２次巻線用ボビン２２と、直径が０．
８ｍｍ程度の絶縁された１本の電線から成る３次巻線３
と、１次巻線１と２次巻線２および３次巻線３と磁気結
合を得るためのフェライトから構成されるコア２４とか
ら構成される。コア２４は、透磁率の高いフェライトで
構成し、磁気抵抗を小さ（し、１次巻線１と２次巻線２
の磁気結合をトランスの結合係数で０．６以上の値にし
ている。

２次巻線用ボビン２２は、２次巻線２が２５０〜３００
回程度巻かれるため、線間の浮遊容量低減や、絶縁耐圧
を得るために、巻線を４層以上に分割して巻く構成とし
ている。

コア２４は、飽和を防ぐためギャップ２５を、１次巻線
１の位置にもってきている。コア２４は、昇圧トランス
６の全重量のおよそ５０％を占めており、昇圧トランス
６の軽量化と低コスト化を実現するためには、コア２４
を小型のものにする必要があった。コアを小型化するた
めには、周波数を上げ、コアの断面積を通る磁束を減ら
すことにより、コア断面積を小さくする必要がある。

第６図に入力電圧がｌｋｗの高周波加熱装置に使用され
る昇圧トランス６の全重量と、共振回路２６の周波数と
の関係を示す。昇圧トランスの全重量６は、共振回路２
６の周波数の平方根の逆数にほぼ比例している。このよ
うに共振回路２６の周波数を上げることにより昇圧トラ
ンス６の小型・軽量化が可能になる。

また、共振回路２６の周波数ｆは、共振回路のインダク
タンス、すなわち、昇圧トランス６の１次巻線１のイン
ダクタンスし、と、コンデンサ２１の容量ＣＩと次式の
関係がある。

すなわち、共振回路の周波数ｆを高くする場合、１次巻
線工のインダクタンスＬ１を小さくすればよいので、１
次巻線１の巻数Ｎ、を小さくでき、１次巻線１用の電線
の量を減らすことができる。

さらに、２次巻線２に発生する電圧Ｖ＋　は１次巻線に
印加する電圧Ｖ＋　と次式の関係がある。

従って、Ｎ、を小さくすれば２次巻線２の発生電圧ｖ２
を一定にするためにＮ２を小さくできる。

すなわち２次巻線の巻数を減らし、２次巻線用の電線の
量を減らすことができ、昇圧トランス６をより小型・軽
量化できる。

発明が解決しようとする課題 ところが、共振回路２６の周波数を上げることにより、
次の３つの弊害が生じる。

周波数を上げることにより生ずる弊害の第一は、電線の
表皮効果により電線の抵抗骨が増大し、１次巻線１と２
次巻線２の損失が増大する。第二は、昇圧トランス６を
小型化することにより昇圧トランス自体の放熱面積が小
さくなり、放熱効果が悪化する。第７図に昇圧トランス
６の１次巻線１および２次巻線２の巻線温度が共振回路
の周波数ｆとともに増大する特性であることを示す。

第３の弊害は、上記理由により、巻線の温度が上昇し、
その熱がコア２４に伝導し、コア２４の温度を上げてし
まうことである。コアの透磁率は、温度上昇とともに減
少する特性を持っているので、１次巻線１と２次巻線２
および３次巻線３の磁気結合が得られなくなってしまう
という弊害があった。

従って、昇圧トランス、６の冷却のためのファンをより
強力なものにするなどの対策が必要になる。

すなわち、共振回路２６の周波数を上げて、昇圧トラン
ス６のフェライトでできたコア２４を小型化する手段は
、昇圧トランス６自体の損失を増加させる結果となり実
用的でない。

前述したように、コア２４は昇圧トランス６の全重量の
約５０％を占め、かつ、昇圧トランス６の構成部品の中
でも最も高価なものである。

昇圧トランス６のコア２４は１次巻線１と２次巻線２お
よび３次巻線３との磁気結合を得るために必要であり、
従来の昇圧トランスの構成では、フェライトで構成され
たコア２４を使用しなくては、充分な磁気結合を得るこ
とができなかった。

このように従来の昇圧トランス６の構成では、コア２４
を小さくし、昇圧トランス６をより小型・軽量・低コス
トなものにすることは非常に困難であった。

本発明はこのような従来の課題を解消するものであり、
昇圧トランス６の１次巻線１と２次巻線２および３次巻
ｗＡ３との磁気結合をコア２４を用いずに充分得られる
昇圧トランス６の構成を提供するものである。

課題を解決するための手段 本発明の高周波加熱装置の昇圧トランスは、１次巻線と
２次巻線をそれぞれ平板状に構成し、それぞれの巻線を
互いに向い合わせて配置し、１次巻線と２次巻線の相対
する面積を有効にとり１次巻線で発生した磁束が２次巻
線と充分鎖交する構成とすることにより、１次巻線と２
次巻線の磁気結合を得るものである。

作用 本発明の昇圧トランスは、その１次巻線と２次巻線と３
次巻線をそれぞれ平板状に構成し、それぞれの巻線を向
い合わせて配置することにより、１次巻線で発生した磁
束が、２次巻線および３次巻線と充分鎖交するので、巻
線だけで充分な磁気結合、すなわち結合係数で０．６以
上の結合を得られる。

従って、フェライト等の高透磁率のコアを用いる必要が
なく、昇圧トランスの軽量・低コスト化が実現できる。

また、巻線を平板状に構成するため、放熱面積が大きく
なり冷却効果が向上するので、共振回路の周波数をより
高くし、巻線のインダクタンスを小さくでき、巻線の量
を減らすことができ、より小型で低コストな昇圧トラン
スを実現できるものである。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に昇圧トランスの構成を示す。

同図は、昇圧トランス６の１次巻線１，２次巻線２，３
次巻線３を平板状に構成し、３つの巻線を図に示す様に
並行に配置している。同図に示すような構成にすること
により、１次巻線１と、２次巻線２、および３次巻線３
の相対する面積が大きくなり、１次巻線１がつくる磁束
４が有効に２次巻線２と３次巻線３に鎖交し、エネルギ
ーを伝達できる。

１次巻線１は、高周波による表皮効果による銅線の損失
を低減するために、より線が用いられる。

２次巻線２および３次巻線３は、それぞれ単線が用いら
れる。

１次巻線１は、巻線が２０程度、２次巻線２は巻線が４
００程度、３次巻線３は、巻数が５程度である。２次巻
線２にはピーク値で、最大４ｋＶ程度の高電圧が発生す
るので、１次巻線１との絶縁を充分に確保するため、１
次巻線と２次巻線の距離５を設けている。このように１
次巻線１と２次巻線２との絶縁を確保するために、１次
巻線１と２次巻線２の距離５を設けても、前述したよう
に巻線を平板状に構成しているため、１次巻線１と２次
巻線２との結合を充分に得られ、結合係数０．６以上に
している。３次巻線３についても同様で、１次巻線１と
３次巻線の結合は、結合係数で０．４以上にしている。

上記した、昇圧トランス６の構成であれば、フェライト
等でできた高磁性体のコアを用いずに１次巻線ｌと２次
巻線２および３次巻線３との結合を充分に得ることがで
き、非常に有効なコストダウンができる。また、フェラ
イト等の温度特性を持つ高磁性体を使用しないので、昇
圧トランス６の温度上昇によって、１次巻線１や２次巻
線２や３次巻線３のインダクタンスの変化がなく、また
１次巻線Ｉと２次巻ｌｌｌＡ２および３次！！線３との
結合の強さが変わらないので非常に信頼性の高い昇圧ト
ランス６を構成できる。さらに、上記した昇圧トランス
６の構成にすれば、各巻線の放熱面積が大きくなり、放
熱効果が良くなり、巻線の温度を下げることができより
信頼性の高い昇圧トランス６を構成することができる。

第２図に、本発明による昇圧トランス６を電子レンジに
実装した状態を示す６本発明の昇圧トランス６゛は、巻
線を平板状に構成するので、昇圧トランス６全体をフラ
ットなものにすることができ、同図において電子レンジ
の側板側７．底板側９゜天板側８、のスペースに配置す
ることができ、電子レンジ全体をよりコンパクトなもの
にすることができる。

第３図に他の実施例を示す、同図（ａ）は、３次巻線３
を１次巻線１と２次巻線２の間に設けて１次巻線１と３
次巻線３の距離を縮めている。このようにすれば１次巻
線１と３次巻線３の結合を強められ、３次巻線３の巻数
を減らすことができる。

また同図（ｂ）は、１次巻線１．２次巻線２，３次巻線
３、をそれぞれ、複数の層に分割している。このように
すれば、昇圧トランスの幅を小さくすることができる。

同図（Ｃ）は、巻線をプリント基板７上にパターンを印
刷している。このようにすれば電線を用いた巻線の場合
に比べ、四角形等の様々な形の巻線を容易につくれる。

超電導材料を用いて、同図のように昇圧トランスを構成
しても、同様な特性を得られる。

発明の効果 以上のように、本発明の昇圧トランスは、その巻線を平
板状に構成し、各巻線を並行に配置したものであり、し
たがって、フェライト等の高磁性体のコアを使用しなく
てすむので、温度特性がなく信頼性の高い昇圧トランス
を実現できるとともに、昇圧トランスの構成部品の中で
最も高価であったコアを無くすことができコスト低減が
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂは本発明の一実施例における昇圧トランス
の平面図および側面図、第２図ａ、ｂは話図、第４図は
高周波加熱装置の回路図、第５図は従来の昇圧トランス
の断面図、第６図は従来の昇圧トランスの重量と共振回
路の周波数の関係を示す特性図、第７図は従来の昇圧ト
ランスの巻線温度と共振回路の周波数の関係を示す特性
図である。 １・・・・・・１次巻線、２・・・・・・２次巻線、３
・・・・・・３次巻線、４・・・・・・１次巻線のつく
る磁束、５・・・・・・１次巻線と２次巻線の距離、６
・・・・・・昇圧トランス、７・・・・・・側板側、８
・・・・・・天板側、９・・・・・・高周波加熱装置、
１０・・・・・・インバータ回路、１１・・・・・・商
用電源、１２・・・・・・倍電圧整流回路、１３・・・
・・・マグネトロン、１４・・・・・・カソード、１５
・・・・・・アノード、１６・・・・・・ダイオードブ
リッジ、１７・・・・・・インダクタ、１８・・・・・
・コンデンサ、１９・・・・・・トランジスタ、２０・
・・・・・駆動回路、２１・・・・・・共振用コンデン
サ、２２・・・・・・２次巻線用ボビン、２３・・・・
・・１次巻線用ボビン、２４・・・・・・コア、２５・
・・・・・ギャップ、２６・・・・・・共振回路、２７
・・・・・・プリント基板。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名１−１　ン
クく巷（濠−と ２−２　　ン欠８線 ３−３　ン大Ａう９線 ４−／　＊ＪＬ＆の７＜６４．ｖ Ｓ　−を吹巻４泉とｚ次巻周φ距清亀 ６−　　昇氏トランス ／′ γ−復Ｉ瓦伏１ １０＝−インバータ回誇 第 図 第 図 宍掘０諦づ馬液数ｆＣｋＭｚ） 第 図 昇圧トランスのｌ鴎壺灸と２２（聯Ｎ臼にの〆４乃【υ ５θ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 商用電源の周波数より高い周波数に商用電波周波数を変
   換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力を
   昇圧して、マグネトロンを付勢する昇圧トランスとを有
   し、かつ前記昇圧トランスの１次巻線と２次巻線をそれ
   ぞれ平板状にし、互いに並行に配置した高周波加熱装置
   の昇圧トランス。