JPH04206495A

JPH04206495A - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JPH04206495A
Application number: JP2338178A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Matsumoto; 松本　孝広; Naoyoshi Maehara; 前原　直芳; Daisuke Betsusou; 大介別荘; Yuji Nakabayashi; 裕治中林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-28

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高周波加熱装置に関するもので、特にインバー
タ回路をもちいて電源周波数を高周波に変換し、トラン
スで昇圧する構成の高周波加熱装置に関する。

従来の技術従来より、インバータ回路を用いてハ、テリーや商用電
源等から得られる単方向電源を高い周波数に変換し、こ
の高周波電力をトランスで昇圧しマグ２）ロンに供給す
る高周波加熱装置が開発されてきた。

第７図に従来例の高周波加熱装置の回路構成を示す。第
７図において、単方向電源１は、ハ、テリー２により構
成されている。その単方向型＃１の出力は共振コンデン
サ３、スイッチング素子４、回生用ダイオード５、およ
び、スイッチング素子４を駆動する駆動制御回路６から
なるインハーク回路７に接続されている。トランス８の
１次巻線９はインバータ回路７の出力に接続されており
、インバータ回路７が動作したとき、２次巻線１０に高
電圧が発生する巻数比となっている。このようにして得
られる高電圧は倍電圧整流回路１１によりさらに昇圧さ
れマグネトロン１２のカソード・アノード間に印加され
る。一方、トランス８０３次巻線１３からマグネトロン
１２のカソードフィラメント１４に低圧電力が供給され
る。カソードフィラメント４が十分加熱されていて熱電
子を放出可能な状態で、アノードカソード間に高電圧が
加わると、マグ２トロン１２が発振を開始し高周波を発
生する。

前記の構成で、スイッチング素子４を数十キロヘルツで
駆動じ、トランス８の小型化をはかっていた。また、電
源をバッテリー２から得ることで、乗用車などの直２ｉ
ｔ電源で利用できる高周波加熱装置を実現していた。

第８図に従来例のトランス８を示す。第８図で、１５、
１６はトランスの磁路を形成するコアであり、磁路には
ギャップ１７が設けられていた。１日は１次巻線であり
、高周波損失を低減するために、細いエナメル被覆銅線
を束ねたり、ツ線を用いていた。

バッテリー２の低い電圧で高周波加熱装置を動作させ、
加熱に必要な出力を得るために、トランス８の１次巻線
１８には大電流を流す必要がある。このため、１次イン
ダクタンスは小さく設定され、１次巻線１８の巻数は２
−４ターンである。１９は２次巻線で、巻線間の耐圧を
高めるため、分割巻としていた。２０は３次巻線である
。これらの巻線はポビン２１に巻かれている。ギャップ
１７を設けであるため１次巻線１８と２次巻線１９の結
合係数：よＯ，Ｔ〜０．８程度となってい１こ。結合係
数を低く設定することで、マグネトロン１２のような非
線形負荷を安定に動作させていた。２２はコアカバーで
アリ、キヤ、プスベーサーを兼ねている。２３はコア留
めピンであり、トランスの漏洩磁束↓二よる影響で発熱
しないように、非磁性体の黄銅型とＬである。

発明が解決しようとする課題マグネトロンは、非線形の負荷特性をもつ。そのため、
前記の構成のようにトランスのけ路にギヤ、プを設けて
、結合係数を０．６〜０８くらいに小さくし、マグネト
ロンの非線形性による負荷変動特性の影響を少な（して
いた。しかし、このような構成のものでは、トランスの
磁路に設けたギャップからの漏洩磁束で、周囲の磁性体
が発熱するという課題があった。さらに、１次巻線の漏
れインダクタンス分に相当して無効電流が生し、トラン
スの巻線や共振コンデンサの発熱が大きくなり、高周波
加熱装置の効率を低下させていた。

本発明は上記課題を解決するもので、トランスの結合係
数を高くしつつ、マグネトロンの安定駆動が可能で、か
つ、巻線の発熱が少ない高周波加熱装置を得ることを目
的としている。

課題を解決するための手段本発明は前記の目的を達成するために、単方向電源と、
スイッチング素子と、前記スイッチング素子とその駆動
制御回路からなるインバータ回路と、前記インバータ回
路の出力を高圧に変換するトランスとを備え、前記トラ
ンスの出力に接続され高周波を発生するマグネトロンと
、前記トランスは磁路の途中にギャップをもつコアを存
し、前記トランスの１次巻線にリング状のコアを設けた
構成とした。

作用本発明の高周波加熱装置は前述のように、１次巻線にリ
ング状のコアを挿入しである。したがって、トランスの
１次巻線にインダクタンス成分が直列に追加される。こ
のため、２次側の負荷変動による入力インピーダンスの
変化が、１次側端子に間接的に現われるため、１次側の
共振回路にあまり影響を与えない。したかって、２次負
荷変動による影響が少ないので、トランスの結合係数を
より高くすることができ、トランスの効率が高く磁束漏
洩の少ない高周波加熱装置を実現可能とするものである
。

実施例以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図は本発明の高周波加熱装置のトランスの斜視図を
示す。第４図と同し構成要素は同符号を附し、説明を省
略する。

第１図において、トランスのギヤ、プ１７は、約０．２
であり、トランス２Ｇの結合係数はほぼ０．９となって
いる。１次巻線１８にはリング状のフェライトコア２４
が設けられている。１次巻線１８の巻数は２ターンであ
る。

第２図にトランスの等価回路を示す。

第２図で、トランスの１次巻線と２次巻線の結合係数は
に１２．１次入力インピーダンスはＺｉｎ、２次負荷は
１次等価負荷に変換して考えＺＬ、１次面列インダクタ
ンスをＺｓ　とする。１次インダクタンスＬｌは規格化
インピーダンスとして１とする。１次面列インダクタン
スＺｓは第１図に示す°ノング状コア２４二こより形成
されるものである。

第３図、第４図には、第２図のトランスの等価回路二こ
おいて、２次負荷が変動したときの入力インピーダンス
の特性を示す。

第３図（ａ）に、直列インダクタンスＺｓがないとき、
トランス２６の結合係数に１２をパラメータとし、１次
インピーダンスＺｉｎ、および、２次負荷ｚしとの特性
を示す。また、第３図（ｂ）に結合係数に１２を０．９
としたときの、２成立列インダクタンスＺｓ、１次イン
ピーダンスＺｉｎと、２次負荷ＺＬとの関係を示す。

第４図（ａ）、　（ｂ）に、２次負荷ＺＬ＝１０のとき
に対するＺ　ｔ、＝ｏ、　１のときの入力インピーダン
ス変化率εを、結合係数に１２および１次面列インダク
タンスＺｓの変化に対する特性で示した。

（ｅ　　＝ｆ（２０ン／ｆ（０，１）、ｆ（ＺＬ）＝（
（１−Ｘ＋ＺＬ）＊Ｘ）／（（＋−１（＋ＺＬ）±Ｋ）
＋（１−Ｋ））この入力インピーダンス変化率εか小さいはと、インバ
ータの共振回路：ま安定動作が可能である。

一方、トランスの結合係数Ｋ１２は大きいほど、電圧の
変換効率は高い。ところか、第４図（ａｌで示されるよ
うに、トランスの結合係数に１２が大きい士、２次負荷
変動に対する１次の入力インピーダンスの変動が大きい
。マグネトロン３８の非線形性により、高周波加熱装置
では２次側の負荷ＺＬは、無限大から数百オーム程度ま
で変化する。したがって、従来の方法では、結合係数を
０．８程度以上にすると、入力インピーダンスが変動率
εが大きいために、インバータ回路２９の共振条件が変
わって、スイッチング動作が不安定にあるという問題点
があった。

ところが、第４図（ｂ）で示すように、１次面列インダ
クタンスＺｓを接続すると結合係数に１２＝０．９と高
い場合でも、入力インピーダンス変動率εを小さくする
ことが可能となった。このため、高い結合係数のトラン
ス２６が実現できる。

１次面列インダクタンスを構成するために、本実施例で
は第１図に示すようにトランス２６の１次巻ｖＡ１８１
こリング状のフェライトコア２４を挿入し、トランスボ
ヒン２Ｉで固定する方法をとっている。

この構成をすることによって、安価で特性の安定したト
ランス２６が実現できる。

第５図に本発明の実施例の高周波加熱装置の回路図を示
す。

バッテリー２５は鉛蓄電池である。平滑用コンデンサ２
７がバッテリー２５の出力に設けられ、単方向電源２８
を形成している。インハーク回路２９は共振用コンデン
サ３０、回生用ダイオード３１、スイッチング素子３２
、駆動制御回路３３からなる。

バッテリー２５の電源電圧は１２Ｖである。このように
低い電圧の電源の場合、昇圧トランス２６０１次インダ
クタンス３４が小さく、したがって、１次面列インダク
タンス３５も小さくてよく、リング状のコアを１次巻線
３４に設けることで、必要な１次面列のインダクタンス
が構成できる。

平滑コンデンサ２７は′ｇ！、源電圧が安定する目的と
、インバータ回路２９のスイッチングノイズの低減の役
目をしている。

インバータ回路２９の出力はトランス２６の１次巻線３
４に印加される。２次ｅ線３６には高圧出力があられれ
、倍電圧整流回路３７で昇圧整流され、マグネトロン３
８のアノード　カソード間に印加される。

一方、トランス２６の３次巻線３９がらマグネトロン３
８のカソードに電力が供給されカソードフィラメントを
加熱し、マグネトロンが発振する。

スイッチング素子３２にかがる電圧ＶＣｅは、共振用コ
ンデンサ３ｏとトランス２Ｇの１次インダクタンス、１
次面列インダクタンスなどからなる共振回路により、第
６図に示すような共振波形となる。

駆動制御回路３３はスイッチング素子３２にかかる電圧
ＶＣｅがゼロの時にオンオフ動作させスイッチング素子
の損失が少なくなるようにしている。この共振回路のＱ
（クォリティファクター）は２次負荷変動の影響を受け
る。すなわち、２次負荷が大きい場合には、共振回路の
ダンピング係数が小さく、２次負荷が小さい場合には、
大きくなる。したがって、大きな負荷変動が生しると共
振動作が不安定になる。そこで、本実施例は１次直列イ
ンダクタンスを設シナ、負荷変動の１次側への影響が少
なくすることで、回路の安定動作が可能としている。

発明の効果以上のように本発明の高周波加熱装置では以下のような
効果が得られる。

（１）トランスの１次巻線に直列インダクタンスを設け
たので、マグ２トロンのような非線形性負荷に安定して
電力を供給でき、トランスの結合係数を高くすることが
できるため、効率が高い。また、トランスの漏洩磁束が
少ないので、トランスの巻線の発熱が少ないとともに、
周囲の金属を誘導加熱することが少ない高周波加熱装置
が実現できる。

（２）トランスの１次巻線にリング状のフェライトコア
を設けるという簡単な構成で、低価格で安定動作が可能
な高周波加熱装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における高周波加熱装置のト
ランスの外観斜視図、第２図は同装置のトランスの等価
回路図、第３図、第４図は同装置のトランスの入力イン
ピーダンス特性図、第５図は同装置の回路図、第６図は
同装置のスイ２・チニ・グ素子電圧波形を示す図、第７
図は従来例の高周波加熱装置の回路構成図、第８図は従
来ＯｒｇＪ装置のトランスの外観斜視図である。１５、１６・・・・・・コア、１７・・・・・ギヤノブ
、２４・・・・リング状コア、２６・・・・・・トラン
ス、２８・・・・・・単方向電源、２９・・・・・・イ
ンバータ回路、３２・・・・・スイッチング素子、３３
・・・・・・駆動制御回路、３８・・・・・マグ２トロ
ン・。代理人の氏名　弁理士　小鍜冶　明　ほか２名Ｚ＋−−
−リシグ状コア１２図第３図（’ｌ）Ｌ）１１４　　図（α）第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）単方向電源と、スイッチング素子と、前記スイッ
チング素子とその駆動制御回路からなるインバータ回路
と、前記インバータ回路の出力を高圧に変換するトラン
スと、前記トランスの出力に接続され高周波を発生する
マグネトロンとを備え、前記トランスは磁路の途中にギ
ャップをもつコアを有すると共に前記トランスの１次巻
線にリング状のコアを設けた高周波加熱装置。