JPH03222283A - 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 本発明は食品や流体等を加熱する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装置に高周波電力
を発生する半導体電力変換器を用いた高周波加熱装置に
関するものである。

従来の技術 家庭用の電子レンジ等の高周波加熱装置の電源回路には
第５図に示すような構成のものが多く用いられている。

第５図に於て、運転スイッチ１が投入されると商用電源
２が高圧トランス３に接続される。高圧トランス３の２
次巻線４の出力は、コンデンサ５、ダイオード６により
整えられてマグネトロン７に供給される。高圧トランス
３のヒータ巻線８はマグネトロン７のカソードに接続さ
れカソードを加熱する。したがって、マグネトロン７は
発熱し、高周波電磁波（ｉｔ波）を出力して、誘電加熱
が可能となる。

第６図（ａｌは時間１＝０においてスイッチ１を投入後
のマグネトロン７の電波出力Ｐ０の時間経過を示す図で
ある。

ｔ＝Ｑでスイッチ１が投入されるとマグネトロン７には
カソードヒータ電力と高圧電力とが同時に印加される。

そして約１〜２秒後の１−１．においてカソードの温度
が十分上昇し、電波出力Ｐが立ち上り、その後は図のよ
うにほぼ一定に保たれる。もちろんマグネトロン７や高
圧トランス３の温度特性などにより時間の経過とともに
多少の電波出力の低下は生しる場合があるが、基本的に
は、その装置の定検出力として定められた電波出力Ｐ、
（例えば５００Ｗ）を維持するよう構成されている。

第６図〜）は、上記のように高周波加熱装置を動作させ
た時の装置内部の部品等の温度上昇を示す図である。例
えばマグネトロン７の温度Ｔ、Ｉと高圧トランス３の周
囲の空気の温度Ｔ１は同図のように上昇していく。

第７図は高周波加熱装置の断面図である。筐体９の内部
にはオーブン１０、マグネトロン７、高圧トランス３な
どが図のように配置され、冷却ファン１１にて強制冷却
される構成となっている。マグネトロン７の効率は約６
０％、高圧トランス３の効率は約９０％程度であるので
、実際の電波出力定格５００Ｗの装置の場合、マグネト
ロン７は約３００　Ｗ、高圧トランス３は約１００Ｗ程
度の損失が生しる。

このため、これらの部品の温度は第６図（ｂ）のように
運転中休々に上昇し、各部品の熱時定数で決まる時間１
＝１２　（例えば１５分）までは比較的速い上昇速度で
上昇し、その後１＝１．（例えば６０〜１２０分）で、
装置全体の温度が最高温度に達して飽和する。

このように高周波加熱装置ばマグネトロン７や高圧トラ
ンス３などの比較的変換効率の低い部品が多く、従って
熱損失が大きいので運転時の温度上昇が比較的大きく、
かつ、長時間かかって安定温度に達するものである。

装置の定格出力Ｐ０の保証は、このような熱損失が生し
ても十分安全性を保ち得る絶縁材料や構成材料でなけれ
ばならないので、その冷却条件の構成や各部品の仕様は
このような保証条件を満たすように設計されている。す
なわち、第６図（ｂ）における１＝１．において、生じ
た温度上昇を十分考慮して構成材料や部品仕様、そして
冷却構成が流出されているのである。

従って、定格出力５００　Ｗの場合と６００　Ｗの場合
とでは、冷却条件や部品仕様が大きくちがうものとなっ
ている０例えば、マグネトロン７では発生損失がちがう
ため、その冷却構造が大きくなって大型化、高価格化し
、また、高圧トランス３も大型化、高価格化せざるを得
ないのである。

しかしながら、高周波加熱装置は誘電加熱という独特の
加熱方法であるが故に、加熱時間は比較的短く、通常一
般家庭で多く使用される再加熱などでは、５分間程度以
下の加熱時間で使用することが極めて簡単である。すな
わち、第６図（ｂ）において、ｔ＝ｔｏ程度の時間で使
用を終えるといった使い方が非常に多く、１＝１＋まで
達するような調理はまれにしか行われない、従って、多
くの使用条件下では全く保証する必要のない１＝１゜に
おける温度上昇を保証した高周波加熱装置をほとんどの
場合、１＝１．の使用時間で使用しているということに
なり、この点で過度な品質となっているのである。

この実質的な過剰品質を適正な品質とするため、例えば
、定格出力５００Ｗの場合、安全性を保ち得る範囲で動
作開始時に定常出力よりも大きく（例えば６００Ｗ）出
力できる構成とすると、保証された品質を有効に生かし
、かつ、調理時間を短縮できるという点で使用者にも大
きなメリフトをもたらすことができる。このとき、安全
性を保証するために、起動前の状態を何らかの方法で検
知し、定常出力よりも大きな出力で動作する時間を適正
にｔＡ節する必要がある。この方法として、以下のよう
なものが考案されていた。

第一には、サーミスタを用いる方法であるゆ装置の内部
温度や各構成部品の温度が所定の温度より十分低い間を
ｔ３とし、この時間は定常時より高出力を発生させるこ
とができる。第８図に示すように、サーミスタ５０によ
り、例えばマグネトロン７のカソード温度やその周囲温
度あるいはトランジスタ２８の放熱フィンの温度などを
検知し、基準信号発生器５１の信号と比較器５２で比較
するよう構成した起動制御部４２により、ｔｓを温度制
御中にて決定するよう構成することができる。

第二には時限要素による方法である。第９図に示すよう
に、機器の動作停止時間（すなわち、装置や部品が冷却
される時間）をカウントする停止時間カウンタ５３を設
け、この停止時間カウンタ５３の信号で時間１ｓを決定
し、Ｌ、をカウントして１ｓ後に入力電流の基準信号３
８を変化させる起動変調カウンタ５４を設ける構成とす
ることにより、装置の運転状態を検知して、このＬ５を
決定するのである。

第三には、例えば５分程度の短時間に１．を限定して固
定し、単なるタイマー装置で起動制御部４１を構成する
方法である。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、第一の方法では新たにサーミスタを設置
しなければならず、部品点数が増えてしまう。また第二
の方法では、それ以前の動作状態がどのようなものであ
ったか（定常出力であるのか、定常より高出力であるか
、あるいは低出力であるか）に関らず、同停止時間のみ
によって１゜が決定されるため、場合によっては、必要
以上に短く設定されてしまう。さらに第三の方法では、
起動前の装置の状態に関らず、一定時間、定常時より高
い出力を発生するため、安全性を保証することが難しい
。

課題を解決するための手段 本発明は、このような従来法による課題を解決するため
になされたもので、以下に述べる構成より成るものであ
る。

すなわち、商用ｔａ等より得られるｔａ部と、少なくと
も１個の半導体素子を有し、前記電源部よりの電力を高
周波電力に変換する電力変換器と、前記半導体素子を制
御する制御部と、前記電力変換器の出力を電磁波として
放射する電波放射部と、ｉｉ電磁波エネルギーを定常時
より小さくなるよう制御する低出力制御機能および、起
動時に定常時より多くなるよう制御する起動時高出力制
御機能を併せ持つ出力制御部を備えるとともに、時限要
素として機器の動作中はカウントを増加し、かつ動作停
止中はカウントを減少する増減カウンタを設けた起動制
御部を備え、この時限要素により定められる時間だけ、
前記起動特高出力を発生するよう構成したものである。

作用 上記構成により、本発明の高周波加熱装置は以下のよう
な作用を有する。

高周波加熱装置の動作開始時に、起動制御部によって決
定された時間だけ、定常より高出力加熱が行われるよう
出力制御部から制御部に信号が送られる。制御部は、電
力変換器の半導体素子の動作を制御して、その電波出力
を定常時よりも多くならしめる。このため、高周波加熱
装置の使用開始初期には定常時よりも大きな電波出力を
得ることができる。また、時限要素として、機器の動作
中にカウントを増加し、動作停止中にはカウントを減少
する増減カウンタを設けることにより、定常より高出力
で加熱する時間を調節することができる。さらに増減カ
ウンタの増加する割合を出力値に応して変えることによ
り、定常より高出力で加熱する時間を機器の安全性を保
証できる範囲一で最大時間に設定できる。このため、部
品点数を増やすことなく簡単な構成で加熱時間を最大限
に短縮することができ、かつ、各部品の冷却構成や耐熱
仕様あるいは品質的性能を過剰なものとせず適正なもの
とし、しかも十分安全性、信頼性を保証することができ
る。

実施例 以下、本発明の一実施例について１２図面とともに説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回路
図である。図において、商用電源２０、ダイオードブリ
ンジ２１およびインダクタ２２とコンデンサ２３より成
るフィルタ回路は、ｔｆ１部２４を構成しており、コン
デンサ２６、昇圧トランス２７、トランジスタ２８、ダ
イオード２９、コンデンサ３０、ダイオード３１、およ
びマグネトロン３２より戒る電力変換器３３に電力を供
給する。ｔカ変換器３３は、コンデンサ２６、昇圧トラ
ンス２７、トランジスタ２日、ダイオード２９より威る
インバータと、昇圧トランス２７ノ出力を整流するコン
デンサ３０とダイオード３１より威る高圧整流回路と、
高周波電力を発生するマグネトロン３２とで構成され、
このマグネトロン３２は、この高周波電力を′：４．磁
波エネルギーとして放射する電波放射部としての作用を
兼ねている。

もちろん電力変換器３３を９００ＭＨｚあるいは２４５
０　Ｍ胞で発振する半導体発振器で構成し、電波放射部
としてアンテナなどを設けてもよい。

トランジスタ２８は制御部３４より例えば２０ＫＨｚ〜
２００　Ｋｌ（ｚのスイッチング制御信号を与えられス
イッチング動作する。従って昇圧トランス２７の１次巻
線３５には高周波電圧が発生し、この高周波電圧が昇圧
され整流されてマグネトロン３２に供給されマグネトロ
ン３２が発振する。制御部３４には入力電流検知器３６
より入力電流に比例した信号が送られる。この入力電流
検知信号は、第２図に示すように制御部３４内の演算増
幅器３７に送られ、基準信号発生器３８の信号と比較さ
れてその誤差信号がパルス幅制御回路３９に送られるよ
う構成されている。

従ってトランジスタ２８の導通時間が制御され、いわゆ
るパルス幅ＩＩ御によって入力電流が定められた値にな
るよう制御されるのである。この結果、マグネトロン３
２の電磁波（を波）出力Ｐ０は所定の定められた値に一
定に制御される。

出力制御部４１は、基準信号発生器３８の基準信号を制
御する。

起動制御部４２は、時限要素として、装置の動作時には
その出力値に応じてカウントを増加し、動作停止時には
カウントを減少する増減カウンタ４７と増減カウンタの
信号から、起動時に定常より高出力を発生する時間ｔ、
を設定する１３時間演算器４８、および起動後り５時間
をカウントし、出力制御部４１に高出力加熱実行信号を
送るｔ、カウンタ４９を備えている。

このような構成において、高周波加熱装置を動作させる
場合、高出力加熱スインチ４５が選ばれると、高出力加
熱開始指令が加熱開始回路４０から出力制御部に送られ
る。出力制御部は基準信号発生器３８を制御し、定常よ
り高出力による加熱が開始される。と同時にｔ、カウン
タがカウントを開始し、１３時間後に出力制御部に信号
を送ると、出力制御部は出力を定常状態に戻すよう基準
信号発生器を制御する。

第３図はこの状態を示す電波出力Ｐ０の時間変化図であ
る。１＝０でトランジスタ２８が動作開始すると、１〜
２秒後の１＝１．でマグネトロン３２が発振開始し、定
格出力Ｐ０は定常時（すなわち定格）の５００Ｗとなる
よう制御される。

一方、低出力加熱スイッチ４６が選ばれると、出力制御
部は定常時より低出力による加熱が行われるよう基準信
号発生器を制御する。

また、出力制御部からの信号は常に起動制御部の増減カ
ウンタ４７にも送られる。増減カウンタは、装置の動作
信号を受は取るとその動作出力に応した値ずつ増加し、
動作停止信号を受けとると一定の値ずつ減少する。増減
カウンタの値により、装置の動作状態を詳細に検知し、
１５時間演算器４８によって最適な１１時間が決定され
る。第４図は、動作中および動作停止中の増減カウンタ
の動きを具体的に示すものである。定格出力（例えば５
００Ｗ〉で動作しているとき、カウントＮは一定時間に
ｎ、ずつ増加する。定常時より低い出力（例えば３００
Ｗ）で動作しているときは一定時間にｎ３（ｎｉ＜ｎｓ
）ずつ増加し、定常時より高い出力（例えば６００Ｗ）
で動作しているときには一定時間にｎｉ　　（ｎｉ　＞
ｎｓ　）ずつ増加する。また、動作停止時にはｎｏずつ
減少する。

また、プラグイン時は装置の起動前の状態を把握できず
、１ｓを適正に設定できない可能性がある。そこで、プ
ラグインスイッチ４３を設け、プラグイン時、プラグイ
ンスイッチから信号を送り、プラグインタイマー４４を
動作させる。プラグインタイマーは出力制御部に働き、
プラグイン後一定時間は、高出力加熱スイッチが選ばれ
た場合でも、定常より高出力による加熱を行わないよう
制御する。

発明の効果 以上のように本発明によれば、商用電源などにより得ら
れる電源部と電力変換器と電波放射部と電磁波出力を定
常時より小さくできる低出力制御機能および、動作開始
時に定常時よりｔ磁波出力を大きく制御する起動時高出
カ制御機能を併せ持つ出力制御部を設けるとともに、こ
の出力制御部に時限要素として、機器の動作中は出力値
に応した割合でカウントを増加し、機器の動作停止中に
はカウントを減少するカウンタを設けている。このカウ
ンタにより、それ以前の機器の動作状態を詳細に検知し
、その時限要素の信号から、定常時より大きい電磁波出
力を発生する時間を制御するよう構成したので、起動時
に機器の安全性を保証しうる範囲で最大限に長い時間、
定常よりも高い出力を発生する。すなわち加熱時間が最
大限に短縮できるため、スピード調理がより一層高速化
する。しかも定常時（長時間加熱の場合）には確実に本
来の定格出力に制御することができるので、冷却性能や
部品の耐熱性能などを過剰品質なものとせず、小型、コ
ンパクト、低コストで高い信頼性を保証した高周波加熱
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回路
図、第２図は同装置の要部ブロック図、第３図は同装置
の電波出力の時間的変化を示す波形図、第４図は同装置
に時限要素として設けられたカウンタの動きを示す波形
図、第５図は従来の高周波加熱装置の回路図、第６図（
ａ）、（ロ）は同装置の電波出力の時間的変化および同
装置内の部品等の温度上昇を示す波形図、第７図は同装
置の構成を示す断面図、第８図は同装置の起動制御部の
要部回路図、第９図は同回路の他の実施例を示すブロッ
ク図である。 ２４・・・・・・を源部、３２・・・・・・電波放射部
、３３・・・・・・電力変換部、３４・・・・・・制御
部、４１・・・・・・出力制御部、４２・・・・・・起
動制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 商用電源等より得られる電源部と、少なくとも１個の半
   導体素子を有し前記電源部よりの電力を高周波電力に変
   換する電力変換器と、前記半導体素子を制御する制御部
   と、前記電力変換器の出力を電磁波として放射する電波
   放射部と、電磁波のエネルギーを定常時より小さくなる
   よう制御する低出力制御機能および起動時に定常時よら
   り大きくなるよう制御する起動時高出力制御機能を併せ
   持つ出力制御部を備えるとともに、時限要素として機器
   の動作中はカウントを増加し、かつ動作停止中はカウン
   タを減少する増減カウンタを設けた起動制御部を設け、
   この時限要素により前記起動時高出力放射時間を調節す
   る高周波加熱装置。