JPH03196486A - 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、マイクロ波を利用して、食品等の加熱調理を
行う高周波加熱装置の電源に関するもので、詳しく言え
ば、バッテリーなどの直流電源あるいは、商用電源など
の交流電源でも使用できる周波数変換装置を備えた高周
波加熱装置の電源に関するものである。

従来の技術 以下、従来の高周波加熱装置の電源を図面を参照して説
明する。第５図は、従来の高周波加熱装置の電源の構成
を示す回路図である。同図において、５〇七又は、６０
セの交流電源を用いて高周波加熱装置を使用する場合、
交流電源１２は整流器で整流され、交流電源用周波数変
換器１５に加えられる。

交流電源用周波数変換器１５は、ノイズフィルタと、コ
ンデンサ、トランジスタ、ダイオード、トランジスタを
制御する制ａｇ回路で構成される。交流電源用周波数変
換器１５の出力は、交流電源用昇圧トランス１９で昇圧
され高電圧となる。高圧リレー２０は交流電源１２を使
用する場合は、同図において、すべて１側に接続され、
交流電源用昇圧トランス１９で発生した高電圧は高圧リ
レー２０を介してコンデンサー、ダイオードから成る整
流器で直流高電圧に整流され、マグネトロンを付勢する
。

交流電源用昇圧トランス１９は、第６図に示すように交
流電源用周波数変換器の出力を印加する一次巻線１と、
数キロボルトの高電圧を発生させる二次巻線２と、数ボ
ルトの低電圧を発生させマグネトロンのカソードに数十
アンペアの電流を供給する三次巻線３と、磁束を通すＥ
型から成るコア７とギャップ９から成り、一次巻線ｌ、
二次巻線２、三次巻線３は、各々Ｅ型コアの中央の足８
に巻かれる構成である。

第５図において、二次巻線２で発生された高電圧は高圧
リレー２０を介して、コンデンサーとダイオードとから
成る整流器で直流高電圧に変換され、マグネトロンＩ４
のアノードとカソード間に印加される。三次巻線３で発
生された低電圧は高圧リレー２１を介してマグネトロン
Ｉ４のカソードに接続され、カソードに数十アンペア程
度の電流を供給し、マグネトロン１４を付勢する。三次
巻線３はカソードに接続されるため、二次巻線２と同様
番こ高電位となる。マグネトロン１４はカソードに数十
アンペアの電流供給を受け、かつアノードとカソード間
に４キロボルト程度の高電圧を印加されることにより発
振しマイクロ波を発生する。このマイクロ波で食品等の
被加熱物を誘電加熱する。

交流電源用周波数変換器１５の動作周波数は、交流電源
用周波数変換器１５のコンデンサの容量値と、昇圧トラ
ンスの一次巻線１のインダクタンス値で決まる共振周波
数の１．２から１．５倍の周波数で動作する。

直流電源１３を用いて高周波加熱装置を使用する場合、
直流電源】３は直流電源用周波数変換器１６に接続され
る。直流電源用周波数変換器１６の動作と直流電源用昇
圧トランス２２の構成は、前記した交流電源を用いた場
合の動作および、交流電源用昇圧トランスの構成と同様
であるので説明を省く。

直流電源１３を用いる場合、高圧リレーはすべて２側に
接続される。

発明が解決しようとする課題 ところが、前述した従来の交流電源および直流電源、両
用の高周波加熱装置には以下に示す課題があった。

第゛−の課題は、交流電源用周波数変換器の出力を昇圧
する昇圧トランスと、直流電源用周波数変換器の出力を
昇圧する昇圧トランスの二台のトランスが必要となり、
部品点数の増大をまねき、高周波加熱装置の電源が大型
化し、コスト高となる。

第二の課題は従来の昇圧トランスは、Ｅ型のコアであっ
たため交流電源用昇圧トランスと直流電源用昇圧トラン
スの一次巻線、二次巻線、三次巻線をそれぞれ同一のコ
アに巻く構成とした場合、Ｅ型コアの三本の足の内、中
央の足に各々の巻線を巻かねばならず、このため長い足
のコアが必要となる。さらにＥ型コアの中央の足にはギ
ャップが一つだけであるので、交流電源用昇圧トランス
と直流電源用昇圧トランスの各々の一次巻線がつくる磁
束を充分に制限することができず、Ｅ型コアの飽和をま
ねくという課題があった。

第三の課題は、交流電源用周波数変換器の出力を昇圧す
る昇圧トランスと、直流電源用周波数変換器の出力を昇
圧する昇圧トランスの二台の昇圧トランスの二次巻線が
発生する高電圧を、それぞれ整流回路に接続するための
切替スイッチが必要となる。二次巻線は高電位であるの
で前記切替スイッチは高耐圧のリレーが必要となりリレ
ーが大型かつコスト高となる。

第四の課題は、交流電源用周波数変換器の出力を昇圧す
る昇圧トランスと、直流電源用周波数変換器の出力を昇
圧する昇圧トランスの二台の昇圧トランスの三次巻線が
発生する低電圧を、それぞれマグネトロンのカソードに
接続するための切替スイッチが必要となる。三次巻線は
マグネトロンのカソードに接続されるため、高電位とな
り、かつ、カソードには数十アンペアの大電流を供給す
るため、前記切り替えスイッチは、高耐圧・大電流のリ
レーが必要となり、リレーが大型かつコスト高となる。

課題を解決するための手段 第一の課題を解決するために、交流電源用周波数変換器
の出力を昇圧する交流電源用昇圧トランスと直流電源用
周波数変換器の出力を昇圧する直流電源用昇圧トランス
の各々の一次巻線、二次巻線と三次巻線を、同一のコア
に巻く構成とする。

第二の課題を解決するために、交流電源用周波数変換器
の出力を昇圧する交流電源用昇圧トランスと直流電源用
周波数変換器の出力を昇圧する直流電源用昇圧トランス
の各々の一次巻線、二次巻線と三次巻線を、Ｕ型の形状
からなる同一のコアに巻く構成とし、前記コアには、複
数のギャップを設け、前記複数のギャップ付近に交流電
源用昇圧トランスと直流電源用昇圧トランスの各々の一
次巻線を設ける構成とする。

第三の課題を解決するために、同一コアに設けられた交
流電源用周波数変換器の出力を昇圧するための交流電源
用昇圧トランスの二次巻線と、直流電源用昇圧トランス
の二次巻線を共有する構成とする。

第四の課題を解決するために、同一コアに設けられた交
流電源用周波数変換器の出力を降圧するための交流電源
用昇圧トランスの三次巻線と、直流電源用昇圧トランス
の三次巻線を共有する構成とする。

作用 本発明によれば、以下に示す作用を有する。

第一の作用は、交流電源用周波数変換器の出力を昇圧す
る交流電源用昇圧トランスと直流電源用周波数変換器の
出力を昇圧する直流電源用昇圧トランスの各々の一次巻
線、二次巻線と三次巻線を同一のコアに巻く構成とする
ことにより、トランスを構成する部品点数を削減でき、
コストが低減され、かつ、コアはトランスを構成する部
品のなかでも最も重量のあるものなので、コアの削減は
高周波加熱装置全体の重量低減に最も有効の手段となる
。

一般に、高周波加熱装置を動作させるための直流電源と
しては、自動車などに搭載されているバッテリー等が用
いられ屋外でのキャンプ等で使用されることが多いので
、コアの削減による高周波加熱装置全体の重量低減は、
より持ち運びのしやすい高周波加熱装置を実現できるの
で非常に有効である。

第二の作用は、交流電源用周波数変換器の出力を昇圧す
る交流電源用昇圧トランスと直流電源用周波数変換器の
出力を昇圧する直流電源用昇圧トランスの各々の一次巻
線、二次巻線と三次巻線を、Ｕ型の形状からなるコアの
二本の足にそれぞれ巻く構成とすることにより、足の短
いコアを使用することができ、トランスの小型化、軽量
化が実現できる。また、Ｕ型の形状からなるコアの二本
の足に各々ギャップを設け、このギャップ付近に交流電
源用昇圧トランスと直流電源用昇圧トランスの各々の一
次巻線を設ける構成とすることにより、各々の一次巻線
の発生ずる磁束を有効に制限し、コアの飽和を抑制でき
るのでコア断面積を小さくするごとが可能となり、トラ
ンス重量を低減することができる。

第三の作用は、同一コアに設けられた交流電源用周波数
変換器の出力を昇圧するだめの交流電源用昇圧トランス
の二次巻線と、直流電源用昇圧トランスの二次巻線を共
有することにより、構成が簡単になり、小型軽量な昇圧
トランスを実現できる。さらに交流電源用昇圧トランス
の二次巻線と、直流電源用昇圧トランスの二次巻線を高
圧整流回路に接続するために必要であった高耐圧の切り
替えスイッチである高圧リレーが不要となるため、高圧
回路部分がコンパクトとなるとともに、リレーを使用し
ないため信頼性が向上し、より小型で信頼性の高い高周
波加熱装置の電源を実現できる。

第四の作用は、同一コアに設けられた交流電源用周波数
変換器の出力を降圧するための交流電源用昇圧トランス
の三次巻線と、直流電源用昇圧トランスの三次巻線を共
有することにより、構成が簡単となり、小型軽量な昇圧
トランスを実現できる。さらに交流電源用昇圧トランス
の三次巻線と、直流電源用昇圧トランスの三次巻線をマ
グネトロンのカソードに接続するために必要であった高
耐圧で、かつ、大電流を流せる切り替えスイッチである
高圧リレーが不要となるため、高圧回路部分がコンパク
トとなるとともに、リレーを使用しないため信頼性が向
上し、より小型で信頼性の高い高周波加熱装置の電源を
実現できる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

１ 第１図は、本発明の第一の実施例の昇圧トランスの構成
を示す断面図である。同図において交流電源用周波数交
換器の出力を印加する交流電源用昇圧トランスの一次巻
線１と、高電圧を発生する二次巻線２、と低電圧を発生
させる三次巻線３、および直流電源用周波数変換器の出
力を印加する直流電源用昇圧トランスの一次巻線４と、
高電圧を発生する二次巻線５と、低電圧を発生させる三
次巻線６は、Ｅ型の一つのコア７の中央の足８に巻かれ
る構成としている。コア７には一次巻線１及び４がつく
る磁束を制限するためのギャップ９が設けられている。

ギャップが効率良く磁束を制限するために、一次巻線１
．４はギャップに近い位置にある方が望ましい。また、
二次巻線２．５は高電圧となるので一次巻線１．４とは
充分な絶縁距離を取らなければならず、そのためコアの
中央の足８を長くしなければならない。そこで、低電位
な一次巻線１および４を隣合わせにすれば、一次巻線１
および４間の絶縁距離は少なくてすむので有効である。

２ 第２図は、本発明の第二の実施例の昇圧トランスの構成
を示す断面図である。同図は、Ｕ型からなるコアの二本
の足ｌＯにそれぞれ交流電源用昇圧トランスの一次巻線
、二次巻線と三次巻線および直流電源用昇圧トランスの
一次巻線、二次巻線と次巻線を巻き、かつ、コアには二
つのギャップ９を設け、各々のギャップの上に一次巻線
を設ける構成としている。このような構成とすることに
より足の短いコアを使用でき、かつ、一次巻線がギャッ
プの上にあるため一次巻線がつくる磁束を有効に制限で
きるためコアの断面積を小さくすることができる。

第３図（ａ）は、本発明の第三の実施例の昇圧トランス
の構成を示す断面図である。同図は、Ｕ型からなるコア
に設けられた二つのギャップの上にそれぞれ交流電源用
昇圧トランスの一次巻線および直流電源用昇圧トランス
の一次巻線を巻き、交流電源用昇圧トランスと、直流電
源用昇圧トランスの二次巻線は共有している。同図（ｂ
）は、前述した昇圧トランスを使用した高周波加熱装置
の回路図である。同図において、交流電源１２は１００
ボルトの商用電源を使用した場合で、直流電源としては
トラックなどの大型自動車すこ搭載されている２４ボル
トのバッテリーから供給する場合の例である。

マグネトロン１４には二次巻線１１で発生した２キロボ
ルト程度の高電圧をダイオードとコンデンサからなる倍
電圧整流回路で整流された４キロボルト程度の直流高電
圧が印加される。

１００ボルトの交流電源は整流器で整流されフィルタを
通して交流電源用周波数変換器１５に印加される。交流
電源用昇圧トランスは交流電源用周波数変換器の出力を
昇圧すると共に、非線形な特性をもつマグネトロンと交
流電源用周波数変換器との整合をとる役目をする。この
ため一次巻線１と二次巻線１１との間の結合は０．７５
程度とし、かつ、一次巻線と二次巻線のインダクタンス
の平方根の比を１７から２５程度にしである。

２４ポルトの直流電源１３はフィルタを通し直流電源用
周波数変換器１６に印加される。直流電源用昇圧トラン
スは直流電源用周波数変換器の出力を昇圧すると共に、
前述したようにマグネトロンとの整合をとる役目をする
。このため一次巻線１と二次巻線１１との間の結合は０
．７５程度とし、かつ、次巻線と二次巻線のインダクタ
ンスの平方根の比を２８から３６程度にしである。

二次巻線は、直流電源用トランスと交流電源用トランス
と共有しているので、一次巻線と二次巻線のインダクタ
ンスの平方根の比をそれぞれ上記した値とすると直流電
源用昇圧トランスの一次巻線インダクタンスは交流電源
用昇圧トランスの一次巻線インダクタンスよりも小さく
なる。

直流電源用周波数変換器は、直流電源用昇圧トランスの
一次巻線インダクタンスとコンデンサ１７で共振回路を
形成し、トランジスタに印加する電圧が正弦波的となる
ゼロ電圧スイッチング動作をする。直流電源用周波数変
換器の動作周波数は、直流電源用昇圧トランスの一次巻
線インダクタンスとコンデンサ１７との共振周波数で決
まる。直流電源用昇圧トランスの一次巻線インダクタン
スは、非常に小さいため動作周波数は高くなる。また、
５ 直流電源用周波数変換器のトランジスタには、ピークで
１００ボルト程度の低い電圧が印加しピークで１００ア
ンペア程度の電流が流れるので、トランジスタとしては
高速スイッチング動作に適しているＭＯＳ）ランジスタ
を用いている。

交流電源用周波数変換器についても同様であるが、交流
電源用昇圧トランスの一次巻線インダクタンスは大きい
ため、動作周波数は低くなる。また、直流電源用周波数
変換器のトランジスタには、ピークで５００ボルト程度
の高い電圧が印加し、ピークで６０アンペア程度の電流
が流れるので、トランジスタとしては高耐圧で比較的高
速なスイッチング動作に適しているＩ　ＧＢＴ　）ラン
ジスタを用いている。

第４図は、本発明の第四の実施例である昇圧トランスの
構成を示す断面図である。同図は、Ｕ型からなるコアに
設けられた二つのギャップ９の上にそれぞれ交流電源用
昇圧トランスの一次巻線ｌおよび直流電源用昇圧トラン
スの一次巻線４を巻き、交流電源用昇圧トランスと、直
流電源用昇圧６ トランスの三次巻線１８は共有している。

昇圧トランスの三次巻線１８はマグネトロンのカソード
に数十アンペアの電流を供給しカソードを加熱する役目
をする。カソードはある程度のインダクタンスを持つ。

第三の実施例でも述べたように直流電源用周波数変換器
の動作周波数は、交流電源用周波数変換器より動作周波
数は高くなるため、カソードの持つインダクタンスによ
るインピーダンスが高くなり、カソードに流れる電流が
減少しマグネトロンにモーディングが発生しカソードの
寿命を著しく縮める。

このため直流電源用周波数変換器を動作させて三次巻線
１８に電圧を発生させる場合は、交流電源用周波数変換
器を動作させて三次巻線１８に発生させる電圧よりも大
きくする必要があるので、三次巻線１８は交流電源用昇
圧トランスの一次巻線１よりも直流電源用昇圧トランス
の一次巻線４に近（なるような位置に巻くことにより結
合を強め、より高い電圧を発生させるようにしている。

発明の効果 本発明によれば、以下に示す効果を有する。

第一の効果は、交流電源用周波数変換器の出力を昇圧す
る交流電源用昇圧トランスと直流電源用周波数変換器の
出力を昇圧する直流電源用昇圧トランスの各々の一次巻
線、二次巻線と三次巻線を同一のコアに巻く構成とする
ことにより、トランスを構成する部品点数を削減でき、
コストが低減され、かつ、高周波加熱装置全体の重量低
減ができる。

第二の効果は、交流電源用周波数変換器の出力を昇圧す
る交流電源用昇圧トランスと直流電源用周波数変換器の
出力を昇圧する直流電源用昇圧トランスの各々の一次巻
線、二次巻線と三次巻線を、Ｕ型の形状からなるコアの
二本の足にそれぞれ巻く構成とすることにより、足の短
いコアを使用することができ、トランスの小型化、軽量
化が実現できる。また、Ｕ型の形状からなるコアの二本
の足に各々ギャップを設け、このギャップ付近に交流電
源用昇圧トランスと直砿電源用界圧トランスの各々の一
次巻線を設ける構成とするごとにより、コアの飽和を抑
制できる。

第三の効果は、同一コアに設けられた交流電源用周波数
変換器の出力を昇圧するための交流電源用昇圧トランス
の二次巻線と、直流電源用昇圧トランスの二次巻線を共
有することにより、構成が簡単になり、小型軽量な昇圧
トランスを実現できる。さらに交流電源用昇圧トランス
の二次巻線と、直流電源用昇圧トランスの二次巻線を高
圧整流回路に接続するために必要であった高耐圧の切り
替えスイッチである高圧リレーが不要となる。

第四の効果は、同一コアに設けられた交流電源用周波数
変換器の出力を降圧するための交流電源用昇圧トランス
の三次巻線と、直流電源用昇圧トランスの三次巻線を共
有することにより、構成が簡単となり、小型軽量な昇圧
トランスを実現できる。さらに交流電源用昇圧トランス
の三次巻線と、直流電源用昇圧トランスの三次巻線をマ
グネトロンのカソードに接続するために必要であった高
耐圧で、かつ、大電流を流せる切り替えスイッチである
高圧リレーが不要となる。

９

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図（ａ）、第４図は本発明の一実
施例の高周波加熱装置の昇圧トランスの構成を示す断面
図、第３図（ｂ）は同装置の回路図、第５図は従来の高
周波加熱装置の回路図、第６図は従来の高周波加熱装置
の昇圧トランスの構成図である。 １・・・・・・交流電源用昇圧トランス、２・・・・・
・交流電源用昇圧トランスの一次巻線、３−・・・・・
交流電源用昇圧トランスの二次巻線、４・・・・・・直
流電源用昇圧トランスの一次巻線、５・・・・・・直流
電源用昇圧トランスの二次巻線、６・・・−・・直流電
源用昇圧トランスの三次巻線、９・・・・・・ギャップ
、１０・・・・・・コアの足、１１・・・・・・二次巻
線、Ｉ５・・・・・・交流電源用周波数変換器、１６・
・・・・・直流電源用周波数変換器、１８・・・・・・
三次巻線。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）商用電源などの交流電源より電力供給を受ける交
   流電源用周波数変換器と、前記交流電源用周波数変換器
   の出力を昇圧する交流電源用昇圧トランスと、バッテリ
   ーなどの直流電源から電力供給を受ける直流電源用周波
   数変換器と、前記直流電源用周波数変換器の出力を昇圧
   する直流電源用昇圧トランスと、前記交流電源用昇圧ト
   ランスと前記直流電源用昇圧トランスの高圧出力を整流
   する高圧整流回路と、前記高圧整流回路の出力で付勢さ
   れ、マイクロ波を発生するマグネトロンとを備え、前記
   交流電源用昇圧トランスと前記直流電源用昇圧トランス
   は、それぞれ前記交流電源用周波数変換器の出力、また
   は前記直流電源用周波数変換器の出力を印加するための
   一次巻線と高電圧を発生する二次巻線と、低電圧を発生
   する三次巻線と、磁束を通すコアとから構成され、前記
   交流電源用昇圧トランスと前記直流電源用昇圧トランス
   の一次巻線、二次巻線、三次巻線を、それぞれ同一のコ
   アに巻く構成とした高周波加熱装置。
2. （２）交流電源用周波数変換器、および直流電源用周波
   数変換器の出力を昇圧する昇圧トランスのコアには、複
   数のギャップが設けられ、交流電源用周波数変換器の出
   力を印加する一次巻線、および直流電源用周波数変換器
   の出力を印加する一次巻線を、それぞれ前記複数のギャ
   ップ付近に設ける構成とした昇圧トランスを備える特許
   請求の範囲第１項記載の高周波加熱装置。
3. （３）同一コアに設けられた交流電源用周波数変換器の
   出力を印加する交流電源用一次巻線、及び前記交流電源
   用一次巻線に印加された電圧を昇圧して高電圧を発生さ
   せる交流電源用二次巻線と、直流電源用周波数変換器の
   出力を印加する直流電源用一次巻線、及び前記直流電源
   用一次巻線に印加された電圧を昇圧して高電圧を発生さ
   せる直流電源用二次巻線とからなり、前記交流電源用二
   次巻線と前記直流電源用二次巻線とを共有する構成とし
   た昇圧トランスを備える特許請求の範囲第１項記載の高
   周波加熱装置。
4. （４）同一コアに設けられた交流電源用周波数変換器の
   出力を印加する交流電源用一次巻線、及び前記交流電源
   用一次巻線に印加された電圧を降圧して低電圧を発生さ
   せる交流電源用三次巻線と、直流電源用周波数変換器の
   出力を印加する直流電源用一次巻線、及び前記直流電源
   用一次巻線に印加された電圧を降圧して低電圧を発生さ
   せる直流電源用三次巻線とからなり、前記交流電源用三
   次巻線と前記直流電源用三次巻線とを共有する構成とし
   た昇圧トランスを備える特許請求の範囲第１項記載の高
   周波加熱装置。