JPH0272583A - 高周波加熱装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は電子レンジなどのように、いわゆる誘電加熱を
行なうための高周波加熱装置に関し、さらに詳しく言え
ば、その電源にインバータを用い、インバータにより高
周波電力を発生し、昇圧トランスにて昇圧してマグネト
ロンを駆動するように構成した高周波加熱装置の改良に
関するものである。

従来の技術 高周波加熱装置は、その電源トランスの小型化、軽量化
、あるいは低コスト化のために様々な構成のものが提案
されている。

第６図は従来の高周波加熱装置を示す。商用電源１の電
力はダイオードブリッジ２により整流され、単方向電源
が形成されている。インダクタ３とコンデンサ４は後述
のインバータＦの高周波スイッチング動作に対するフィ
ルタの役割を果すらのである。インバータＦは共振コン
デンサ５、昇圧トランス６、トランジスタ７、ダイオー
ド８および駆動回路９により構成されている。トランジ
スタ７は駆動回路９より供給されるベース電流によって
所定の周期とデユーティ−（すなわち、オンオフ時間比
）でスイッチング動作する。この結果、第７図（ａ）に
示すような電流Ｉｃ　／Ｉｄ　、すなわち、トランジス
タ７のコレクタ電流１ｃとダイオード８の電流１ｄが流
れる。一方、トランジスタ７のオフ時にはコンデンサ５
と昇圧トランス６の１次壱ｌ１ｌ（ｌとの共振により第
７図（ｂ）に示すような電圧Ｖｃｅがトランジスタ７の
Ｃ−８間に発生ずる。このため１次巻線１０には第７図
（Ｃ）に示すような電流が流れ、２次巻線１１の両端に
は高周波高圧電力が発生する。３次巻線１２には高周波
低圧電力が生じる。高周波高圧電力はコンデンサ１３、
ダイオード１４により整流されマグネトロン１５のアノ
ード・カソード間に供給され、一方、高周波低圧電力は
カソード・ヒータ間に供給される。これによってマグネ
トロン１５が発振し、誘電加熱が可能となるものである
。なお、マグネトロン１５はマグネトロン本体１５ａと
、フィルタを構成するコンデンサ１６．１７．１８、チ
ョークコイル１９．２０とで構成されている。

このような構成において、昇圧トランス６のコア断面積
は１次巻線１０の両端に供給される電力の周波数が高い
ほど小さくなるので、インバータＦを２０ｋｌｌｚ〜１
００ｋｌｌｚ程度の周波数で動作させると商用電源周波
数のままで昇圧する場合に比べて昇圧トランス６の重量
、サイズを数分の−から士数分の−にできる。

発明が解決しようとする課題 このような従来の高周波加熱装置では次のような欠点が
あった。

インバータＦを用いた高周波加熱装置ではインバータＦ
の出力の制御を駆動回路９によりトランジスタ７の導通
時間比を調製することで行なっている。すなわち、出力
を大きくするときにはオン時間を長くするよう制御して
いる。一方、マグネトロン１５はそのカソード温度が所
望′温度に充分上昇して発振を開始するまではヒータ部
のみに電流が流れ、アノード・カソード間には電流が流
れないので、前記トランジスタ７のオン時間なマグネト
ロン１５の発ｆｉ＃Ｊ作時の値に制御すると、アノード
・カソード間に過大電圧が発生して耐圧不良となる。ま
たヒータに過大電流が流れてマグネトロン１５の寿命を
短くするという不都合も生じる。

そのため、最初はオン時間を発振時の所定値より小さい
値とし、前記発振を開始するに充分な時間の経過後に前
記オン時間を所定の値に切り換える時間制御手段を制御
回路に設け、前記問題点を解決している。

しかし前記発振を開始するのに必要な時間は、例えば、
マグネトロン１５が冷えているときには４秒、温まって
いるときには２秒というように違いが生じるが、前記時
間制御手段によるインバータ出力制御では、このような
場合、出力を小さな値に制限する時間を発振開始に必要
な最大時間（４秒）より長い時間、例えば５秒程度に設
定しなければならない。

このように設定をすると、マグネトロン１５が温まって
いるときであっても必ず５秒間は出力を小さい値に制限
する時間が生じる。このような制御方式を用いた従来の
高周波加熱装置においては、この時間差（５−２＝３秒
）は所定の出力に制御することができるにもかかわらず
小さい出力に制御する期間となり、高速調理器としては
全くの無駄時間となり、大きな欠点となっていた。

第８図にマグネトロン１５に発振開始までのインバータ
出力Ｐ３．とマグネトロン出力ＰＯとアノード・カソー
ド間電圧ｖａｋのタイミング図を示す。

ａとｂの期間はインバータ出力を小さい値に制限してお
り、マグネトロン１５から所定の出力ＰＯが発生せず、
Ｃの期間でマグネトロン１５の出力が所定の値となる。

マグネトロン１５の発振開始に必要な時間はａの期間の
みであり、このａの期間は、はとんど零の場合もあるに
もかかわらず、ｂの期間も出力Ｐｌ＊を制限しており、
この期間が無駄となっている。

この無駄時間を短縮するために′は、ヒータ電力を昇圧
トランス６とは別のヒータトランスで供給し、あらかじ
めマグネトロン１５のカソードをプレヒートしておく方
法等があるが装置が大型化し、コストが高くなるという
欠点がある。

したがって、マグネトロン１５のカソードが冷えている
ときめカソード温度の立ち上がり時間を短縮することは
非常に困難であるので、このような従来の構成では前記
無駄時間の短縮に、自ずから電界があった。

さらに、前記無駄時間の期間す中は、出力を小さく制限
しているためにマグネトロン１５のヒータに電力が充分
に供給されず、したがってカソード温度が所望温度より
も低い温度になった状態でマグネトロン１５が発振して
いる。そのためカソードのエミッションが不足気味とな
り、発振が不安定となりやすく、いわゆるエミッション
モーディングが生じ易い、このためマグネトロン１５の
寿命も短（なる可能性が高いという重大な欠点があった
。

本発明はマグネトロンが冷えている、あるいは温まって
いるに関係なくそれぞれにおいて最短時間でインバータ
出力が所定値に達する（マグネトロンへの入力電力が定
格値になる）高周波加熱装置を桿供することを目的とす
る。

課題を解決するための手段 本発明の高周波加熱装置は、昇圧トランスの一次側に周
波数変換用インバータを介して給電し、前記昇圧トラン
スの二次側に発生する電圧なマグネトロンに印加し、マ
グネトロンの発生する高周波電力を加熱室の被加熱物に
照射するとともに、前記マグネトロンの高周波電力を検
出するアンテナを設け、このアンテナの受信出力が大き
くなったことを検出して前記インバータの出力を大きく
するよう指示する出力切換指令手段を設けたことを特徴
とする。

作用 この構成によると、マグネトロンの高周波電力を検出す
るアンテナを備えており、マグネトロンが発振を開始す
るまでの期間は、出力切換指令手段がインバータの出力
を小さい値に制限する。そしてマグネトロンの発振によ
って放出される高周波を前記アンテナでうけてその情報
を出力切換指令手段がインバータに伝達し、マグネトロ
ンが発振を開始した直後にインバータ出力を定格値に切
り換える。したがって、マグネトロンが冷えている、あ
るいは温まっているに関係なくそれぞれにおいて最短時
間でインバータの出力が所定値に達する（マグネトロン
への入力電力が定格値になる）ので従来例における無駄
時間がほぼ零になる。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図に基づいて説
明する。なお、従来例を示す第６図と同様の作用をなす
ものには同一の符号を付けて説明する。

第１図と第２図は本発明の高周波加熱装置を示す、商用
電源１の電力はダイオードブリッジ２により整流されて
単方向＠源Ｇが形成されている。

単方向電源Ｇの出力はインバータＦで周波数変換して昇
圧トランス６の一次側に給電されている。

インバータＦの駆動回路９は、のこぎり波発生回路２１
の出力電圧と定電圧源２２の出力電圧とのレベルを比較
器２３で比較し、比較器２３の出力電圧をインバータＦ
のスイッチング素子としてのトランジスタ７に印加して
スイッチングさせている。すなわち、定電圧源２２の電
圧が高いとトランジスタ７のオン時間が長くなるので、
比較器２３の非反転入力（＋）への電圧値を切り換える
ことでオン時間をかえることができる。加熱室２４には
アンテナ２５が設けられている。アンテナ２５はマグネ
トロン１５の発振周波数の１／４波長よりも短いもので
ある。

アンテナ２５の出力は出力切換指令手段２６を介して、
前記インバータＦの駆動回路９に入力される。出力切換
指令手段２６は、減衰器２７と検波回路２８と増幅器２
９、フィルタ３０および比較器３１などで構成されてお
り、受信レベルｖ１が基準レベルｖ２よりも高くなると
トランジスタ３２のコレクタ・エミッタ間がオフして比
較器２３の非反転入力（＋）への入力電圧を上昇させる
。

このように構成したため、マグネトロン１５の発振が開
始されるまではトランジスタ３２がオン状態にあって、
比較器２３の非反転入力（＋）への入力電圧が低く抑え
られており、トランジスタ７のオン時間を短くしてイン
バータ出力Ｐ　１ｍを小さくし、昇圧トランス６への入
力が小さくなって、マグネトロン１５のアノード・カソ
ード間電圧■□が抑制されている。マグネトロン１５が
発振すると、アンテナ２５が加熱室２４の電界の上昇を
受信し、トランジスタ３２がオフとなり、比較器２３の
非反転入力（＋）への入力電圧が上昇してトランジスタ
７のオン時間が長くなる。この状態でインバータ出力Ｐ
　Ｉｍが上昇し、マグネトロン１５の出力する高周波電
力が上昇する。そして、この高周波電力によって加熱室
２４の被加熱物３３が調理される。

第３図はマグネトロン１５の発振開始時のインバータ出
力Ｐ０とマグネトロン１５のアノード・カソード間電圧
ｖＡＫを示し、マグネトロン１５のカソードが充分に熱
せられておらず、高周波電力がマグネトロン１５から照
射されていない発振前の状態では、インバータ出力Ｐ１
ｍがＰｌに抑えられており、マグネトロン１５が発振す
ると、アンテナ２５で直ちにこれを検出して出力切換指
令手段２６がインバータ出力Ｐ０をずぐにＰ２に切り換
え、発振開始時の無駄時間をほとんど零にしている。ま
た、マグネトロン１５の発振していない時のアノード・
カソード間電圧■１を抑制することができる。したがっ
て高速調理の特徴を最大限に生かした高周波加熱装置を
実現でき、マグネトロン等の部品の信頼性も向上する。

第４図は検波回路２８の具体例を示す、３４は５０Ωの
マツチング抵抗、３５は検波ダイオード、３６はバイパ
ス用のコンデンサであり、検波電圧■８が出力される。

第５図は検波回路２８をマイクロストリップラインで構
成した場合を示しており、誘電体基板３７の上にパター
ン３８．３９をエツチングしている。パターン３８の部
分は特性インピーダンス５０Ωであり、パターン３９は
アースである。このようにマイクロストリップラインで
検波回路２８を構成することによって、ラインの長さを
検波する周波数帯に合わせて設計するのが容易であり、
検波の効率が向上する。

発明の効果 以上のように本発明によれば、マグネトロンの高周波電
力を検出するアンテナを設け、このアンテナの受信出力
が大きくなったことを検出してインバータの出力を大き
くするよう指示する出力切換指令手段を設けたため、マ
グネトロンの発振とともに直ちにインバータ出力を上げ
ることができ、発振前にマグネトロンに高電圧が印加さ
れたり、マグネトロンのカソードが充分に熱（なってい
るのにインバータ出力を制限するような無駄時間がなく
なり、高速調理が可能で、しかもマグネトロンの寿命、
耐圧などの点で信頼性が向上するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高周波加熱装置の加熱室の縦断面図、
第２図は同装置の電気回路の構成図、第３図は同装置の
マグネトロン発振開始時のインバータ出力Ｐ１ｍとマグ
ネトロンのアノード・カソード間電圧■１のタイミング
図、第４図は同装置の検波回路の回路図、第５図は同検
波回路をマイクロストリップライン上に構成した平面図
、第６図は従来の高周波加熱装置の回路図、第７図は同
装置の各部波形図、第８図は従来例の高周波加熱装置の
マグネトロン発振開始時のマグネトロン出力Ｐｏ、イン
バータ出力Ｐ１ｍ、アノード・カソード間電圧■１のタ
イミング図である。 Ｆ・・・インバータ、６・・・昇圧トランス、１５・・
・マグネトロン、２４・・・加熱室、２５・・・アンテ
ナ、２６・・・出力切換指令手段。 第１図 ２５アンテナ ｂ 第２図 第４図 第３図 ＡＫ マデオ囮ンメ発４歇ｔτりい） マデネトロンバ１柊嫌し？亀）ル 第６図 第７図 第２図 述　　　　　　　　し　　　　　Ｏ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、昇圧トランスの一次側に周波数変換用インバータを
   介して給電し、前記昇圧トランスの二次側に発生する電
   圧をマグネトロンに印加し、マグネトロンの発生する高
   周波電力を加熱室の被加熱物に照射するとともに、前記
   マグネトロンの高周波電力を検出するアンテナを設け、
   このアンテナの受信出力が大きくなったことを検出して
   前記インバータの出力を大きくするよう指示する出力切
   換指令手段を設けた高周波加熱装置。