JPH04292892A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子レンジなどの高周
波加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高周波加熱装置は、図５に示すよ
うに、商用電源１から供給された電力を直流電圧に整流
する整流器２、インダクタ３、およびコンデンサ４より
成る整流回路と、コンデンサ５、トランジスタ６、ダイ
オード７、及び昇圧トランス８より成るインバータ回路
と、高圧コンデンサ９、高圧ダイオード１０および１１
より成る高圧整流回路と、高圧整流回路の出力を受けて
高周波電波を発生するマグネトロン１２と、前記トラン
ジスタ６の動作周波数を制御する制御回路１３と、リレ
ー１４を制御すると共にこの制御回路１３に加熱指令を
与える加熱制御部１５と、高周波加熱装置の起動時に所
定の時間の間、連続定格出力より大きい電波出力を得る
ための指令を与える起動制御部１６等より構成されてい
る。

【０００３】図６（ａ）および（ｂ）は、インバータ回
路の入力電圧であるコンデンサ４の端子電圧Ｖａｃと、
マグネトロン１２のアノード電流Ｉａの包絡線波形であ
る。実際のＩａ波形は、図のような包絡線を持つ高周波
電流波形となるものであるが、マグネトロン１２が発振
動作をしている期間は、図中に破線で示すように、Ｖａ
ｃがマグネトロン１２のしきい値電圧に相当する電圧以
上のときのみである。すなわち、高周波加熱装置の入力
端子（すなわち整流器２の交流端子）の入力力率の低下
を防ぐために、コンデンサ４の端子電圧は図６（ａ）の
ような電圧波形と成らざるを得ず、このためマグネトロ
ン１２は図６（ｂ）のような間欠的な発振動作をしてい
た。

【０００４】また、一般家庭における商用電源コンセン
トは、１５Ａ定格のものが多く、家庭内の電力配線定格
も２０Ａのものが多いので、電子レンジ等の高周波加熱
機器の最大消費電流は、１３〜１４Ａ程度にしておかざ
るを得なかった。これは屋内配線電流容量が２０Ａであ
っても、炊飯器やトースター等の同時使用される機器が
存在し、この消費電流が６〜７Ａのものが多いためであ
る。

【０００５】したがって、従来の高周波加熱装置は、図
６（ａ）に示すように、マグネトロン１２の発振動作期
間が全動作期間の約２分の１であり、しかも商用電源な
どからの入力電流の制限を受けているため、例えば１０
０ＶのＡＣ電源仕様の機器の場合は、通常その入力電力
が１．２〜１．３ｋＷに制限されていた。したがって、
従来の高周波加熱装置の出力電力は、ほとんどが最大６
００Ｗに制限され、短時間定格で７００Ｗのものが可能
な最大出力であり、このような電波出力の高周波加熱装
置しか実用に供されていなかった。

【０００６】また、図７に示すように、商用電源１の出
力を高圧トランスと高圧整流回路とを含む高圧回路２０
で直流高圧とし、マグネトロン１２を駆動する構成とす
ると共に、バッテリー２１の出力を変換器２２にて変換
しマグネトロン１２に供給する構成の高周波加熱装置も
提案されている。これはスイッチ２３で切り替えて（あ
るいは同時に供給して）、商用電源１とバッテリー２１
とでマグネトロン１２を駆動するものであり、高圧回路
２０と変換器２２とを別々に備えてこれを実現するもの
であった。

【０００７】したがって、商用電源からの入力電流を小
さく押さえることはこのような切り替え制御を行うよう
に構成した高周波加熱装置により可能であったが、高圧
回路の切替が必要であることあるいは、大型の蓄電池が
必要であることなどのために構成が大型で複雑であり、
高価なものにならざるを得なかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、商用電源からの入力電流の制限を受けて、
それに相当する電波出力しか得ることができず、高周波
加熱装置の高速加熱（高速調理）という特長をそれ以上
高めることは困難であった。また、バッテリーを用いた
従来の構成を用いても、装置全体が大型化、高価格化し
、しかも高圧回路の切り替えなどを必要とするため実際
上は、このようなバッテリーを用いた高周波加熱装置の
実現が困難であり、商用電源等の外部電源からの入力電
流の制限を受けざるを得なかった。このため、例えば１
００Ｖａｃ入力電圧では、電波出力が６００Ｗ程度に制
限されてしまうという課題を解決できなかった。したが
って、商用電源などの外部電源の電流容量に制限されず
、より高周波出力が大きくて高速加熱（調理）を実現で
き、しかも構成がコンパクトで軽量な高周波加熱装置を
実現することはきわめて困難であり、より高速調理が要
求される現代の食生活に適合した高周波加熱装置を実現
することができないという課題があった。

【０００９】本発明は上記課題を解決するもので、商用
電源等の外部電源からの入力電流の制限を受けることな
く大きな高周波出力が得られ、高周波加熱装置の特長を
著しく向上すると共に、大型化や複雑化を防ぎ、しかも
過剰な耐熱性能による高価格化を押さえて、きわめて効
率的な性能を発揮することができる高周波加熱装置を提
供することを目的としたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために以下の構成より成るものである。すなわち、
商用電源、発電機又は蓄電池等の外部電源より供給され
た電力を変換する電力変換部と、前記電力変換部の出力
を受け高周波電力を加熱室に放射する電波放射部と、被
加熱物の加熱状態を制御する加熱制御部と、前記電力変
換部に電力を供給するよう構成され内蔵又は筐体の外壁
に設置された蓄電池と、前記加熱制御部からの任意の指
令信号に応じた所定の時間の間前記電力変換部の変換電
力を連続動作状態での定常電力より大きくなるよう制御
する短時間高出力制御部とを備え、前記短時間高出力制
御部が前記電力変換部を制御して前記外部電源と前記蓄
電池の両エネルギー源の電力を前記電力変換部に供給し
、前記指令信号に応じた所定の時間の間電波出力を連続
動作状態での定常電波出力より大きくなるよう制御する
構成としたものである。

【００１１】また、前記加熱制御部からの起動指令信号
に応じて、前記短時間高出力制御部が、前記電力変換部
を制御して前記外部電源と前記蓄電池の両エネルギー源
の電力を前記電力変換部に供給されるようにし、前記高
周波加熱装置の起動時の所定の時間の間、前記短時間高
出力制御部が前記電力変換部の変換電力を連続動作状態
での定常電力より大きくなるよう制御する構成とし、前
記指令信号に応じた所定の時間の間起動時における電波
出力を連続動作状態での定常電波出力より大きくなるよ
う制御する構成としたものである。

【００１２】さらに、商用電源より電力を得て蓄電池を
充電する充電手段を備える構成としたものである。

【００１３】さらにまた、電力変換部の動作停止時に充
電手段により蓄電池を充電する構成としたものである。

【００１４】

【作用】本発明は、前記構成によって、外部電源からの
電力に加え、蓄電池からの電力をも合わせ同一の電力変
換部で電力変換されて電波放射部に電力が供給される。 これによって、外部電源からの入力電流に制限されず所
望の大きさの電流を所定の短時間だけ発生することがで
きる。

【００１５】さらに、商用電源より電力を得て蓄電池を
充電する手段を有するので所望の大きさの電流出力を発
生することができる。また、電力変換部の動作停止時間
中に蓄電池を充電する手段を有するので、常に蓄電池が
最大電力を供給することができる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例を図１を参照して説明す
る。

【００１７】図１において、３１は商用電源や発電機あ
るいは蓄電池等の外部電源であり、高周波加熱装置３２
に外部から電力を供給する。高周波加熱装置３２は、こ
の電力を変換する電力変換部３３と、電力変換部３３に
より変換された電力を受けてマイクロ波などの高周波電
波を発生し加熱室（図示せず）に供給する電波放射部３
４とを有している。さらに、この電力変換部３３は、例
えば電力変換器３５と変換器制御部３６により構成され
ている。高周波加熱装置３２は、さらに、蓄電池３７を
備え、この出力は昇圧部３８を介して電力変換部３３の
電力変換器３５に供給される。蓄電池３７は高周波加熱
装置の筐体内部に内蔵してもよいし、筐体の外部に設け
て交換が容易な構成であってもよい。この蓄電池３７は
、充電部３９により、入力部４０より供給される外部電
源からのエネルギーにより充電される構成であり、いち
いち交換することなく半永久的に蓄電池３７を使用する
ことができる構成となっている。

【００１８】加熱制御部４１は、短時間高出力制御部４
２を備え、電力変換部３３の変換器制御部３６を制御し
て、操作部（図示せず）からの操作指令やそれにもとづ
く調理指令に応じて所定の短時間（例えば１分〜５分）
の間、電力変換部３３の変換電力を連続動作における最
大許容電力よりも大きくせしめるものである。

【００１９】このとき加熱制御部４１は、例えば昇圧部
３８を制御することなどにより、蓄電池３７の電力を外
部電源からの電力に加えて電力変換部３３に供給する構
成となっている。このため、外部電源３１からの入力電
流は所定の値（例えば１４Ａ）を維持しつつ、望ましい
所定の大きな電力を電力変換部３３に与え、電波放射部
３４からの出力電波をきわめて強力なレベルにすること
ができる。例えば、外部電源３１を１００Ｖの商用電源
とし入力電流を１２〜１３Ａとすると、従来の技術では
約１．２〜１．３ｋＷの電力しか電力変換部３３に供給
することができず、このため電波出力は６００Ｗ程度し
か得ることができなかった。しかしながら、この発明を
実施した図１の高周波加熱装置３２では、外部電源３１
からの供給電力に加え、蓄電池３７からの供給電力を合
わせて電力変換部３３に供給することが可能である。し
たがって、外部電源３１より１．３ｋＷ、蓄電池３７よ
り０．７ｋＷの電力を供給する構成とすれば、電力変換
部３３は合計で２．０ｋＷの電力を電力変換することと
なり、結果として電波放射部の電力出力は、１０００Ｗ
というきわめて大きいものとすることができる。

【００２０】すなわち、図１の構成により、外部電源３
１からの入力電流を大きくすることなく、高速加熱（調
理）性能を従来の２倍もしくはそれ以上にした高周波加
熱装置を実現することができる。しかも、短時間高出力
制御部４２は、加熱制御部４１の任意の指令により所定
の時間（例えば３分）以内の加熱時間の間のみ、このよ
うな高電波出力制御を行うので、高周波加熱装置３２の
冷却構成は連続動作における定格出力としてこの大出力
（１０００Ｗ）を保証する必要がない。すなわち、抵抗
損による発熱は大きくなるが短時間なので、各構成部品
の温度が定格出力時の温度をうわまわることがない。し
たがって、高圧トランスやパワー半導体等の各構成部品
の耐熱性能を過剰な耐熱性能にする必要がなく、非常に
経済的にこのような大電波出力の高周波加熱装置を実現
することができる。

【００２１】図２は、この短時間高出力制御の様子を説
明する図であり、図２（ａ）は発熱部品の温度上昇ΔＴ
、図２（ｂ）は従来の高周波加熱装置の電波出力Ｐ０　
、図３（ｃ）は本発明の高周波加熱装置の電波出力Ｐ１
　である。

【００２２】図２（ａ）の温度上昇線αは、図２（ｂ）
の従来の場合の温度上昇曲線を示し、定格出力Ｐ０　に
てｔ１時間連続動作して生じた温度上昇ΔＴ１を示して
おり、このような出力Ｐ０　が得られる電力変換部の電
力が連続動作時の定常電力である。したがって、連続動
作時の定常電力下における温度上昇ΔＴ１を保証するた
めに高周波加熱装置の冷却構成や各発熱部品の耐熱性能
が決定されていた。このような考え方で本発明のような
高電波出力の加熱装置を構成すると、その冷却構成と耐
熱性能実現のために非常に高価で大型化してしまわざる
を得ない。一方、実際の加熱調理においては、短時間の
加熱時間で十分な調理が多く、電波出力５００Ｗの高周
波加熱装置で、１分〜３分程度の調理が大半である。し
たがって、本実施例のように１０００Ｗ電波出力の場合
は、その半分の加熱時間でよいことになる。本発明はこ
の点を考慮して、短時間高出力制御部４２が設けられて
いる。図２（ｃ）はこの短時間高出力制御の様子を示す
ものであり、任意のｔ３時間の間電波出力Ｐ１　を１０
００Ｗに制御するものである。調理時間がこのｔ３時間
より長いｔ２時間の場合がもし生じた場合には、図２（
ｃ）に示すように、ｔ３時間の経過の後電波出力Ｐ１　
を１０００Ｗから６００Ｗに低下するよう制御する構成
となっている。このような構成の採用により、過剰な耐
熱性能や冷却設計をすることなく、ほとんどの加熱調理
を、例えば１０００Ｗという従来の技術ではとうてい不
可能であった大きな電波出力で行うことができ、きわめ
て優れた高速加熱調理性能を発揮することができる。な
お、本実施例では、装置の起動時において短時間高出力
制御を行う構成としたが、本発明は、これに限定される
ものではなく、調理途中における任意の時間に短時間高
出力制御を行う構成としてもよい。

【００２３】図３は、図１に示した本発明の１実施例の
さらに詳しい構成を示す回路図であり、図１のものと同
符号のものは相当する構成要素である。

【００２４】図３は、外部電源として商用電源３１を用
いた場合の高周波加熱装置の回路図であり、電力変換器
３５は、ダイオードブリッジ５０、インダクタ５１およ
びコンデンサ５２より成る全波整流波形の直流電源と、
共振コンデンサ５３、昇圧トランス５４、トランジスタ
５５、ダイオード５６より成るインバータと、コンデン
サ５７、ダイオード５８，５９より成る高圧整流回路と
、共振コンデンサ６０を有し、インダクタ６１，６２を
介してマグネトロン６３にヒータ電流を供給するヒータ
回路とにより構成されている。電波放射部３４は、マグ
ネトロン６３で構成され、変換器制御部３６によりトラ
ンジスタ５５のスイッチング周波数を制御してインバー
タを動作させ、高圧電力とヒータ電力を供給されて発振
し電波を加熱室に放射する。インバータの基本的な電力
変換動作についての詳細は周知であるので省略するが、
変換器制御部３６は、マイクロコンピュータ６４などを
含む加熱制御部４１の信号に基づき、カレントトランス
６５，６６の信号による電波出力の安定化を行いつつ、
トランジスタ５５を制御して電波出力の大きさを調節す
るものである。

【００２５】蓄電池３７は安全性や製造コストの点から
２４Ｖ程度のものが望ましく、したがって、昇圧部３８
を介して電力変換器３５に電力を供給する構成となって
いる。昇圧部３８は、タップ付き昇圧インダクタ６７、
コンデンサ６８，６９、トランジスタ７０、ダイオード
７１，７２、制御回路７３より成り、いわゆる昇圧型Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータであって、詳しい動作説明は省略す
るが、トランジスタ７０のオンオフ比を制御回路７３で
制御することにより、コンデンサ６９の端子電圧（すな
わち直流出力電圧）を調節することができる。

【００２６】加熱制御部４１は、例えば、高周波加熱装
置の加熱動作開始時に、リレー接点７４、および７５を
閉じると共に変換器制御部３６および昇圧部３８の制御
回路７３に短時間高出力の作動指令を与える。それによ
って、電力変換器３５の電力変換機能の中心を成すイン
バータは、商用電源３１からの電力と昇圧部により昇圧
されたバッテリーからの電力との和電力を受けて電力変
換動作を行う。

【００２７】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）
は、それぞれダイオードブリッジ５０の出力電圧Ｖａｃ
、ダイオード７２の出力電圧Ｖｄｃ、ＶａｃとＶｄｃの
和の電圧であるコンデンサ５２の端子電圧Ｖｉｎ、およ
びマグネトロン６３のアノード電流Ｉａである。図４よ
り明らかなように、Ｖａｃがある電圧（例えば１００Ｖ
）以下のときＶｄｃがインバータに供給され、それ以外
のときはＶａｃが供給される構成となっている。したが
って、マグネトロン６３のアノード電流Ｉａは、その最
大値を大きくすることなく平均値を約２倍とすることが
でき、電波出力をＶｄｃの供給によって約２倍とするこ
とができる。このような構成は、その最大値を大きくす
ることなく平均値を増大できるという長所があるので、
電力変換器３５を構成するトランジスタ５５などの半導
体や共振コンデンサ５３等にとってもきわめて望ましい
条件であり、比較的小さい電圧電流定格であり、かつ低
価格な部品を使用して約２倍の電力変換が可能となる。 また、このように商用電源３１の瞬時電圧の低い時のみ
Ｖｄｃを供給する構成により、商用電源３１からの入力
電力の力率を比較的高い値に維持しつつＶｄｃを商用電
源からの電圧Ｖａｃに重畳させることができるので、こ
のような高出力制御を行っても、入力電力力率の高い高
周波加熱装置を提供することができる。

【００２８】図４（ｂ）に示すように、昇圧部３８の動
作をＶａｃに同期させて断続してもよいが、平滑用コン
デンサ６９の容量を十分大きくしておけば昇圧部３８は
、断続動作を必要とせず、連続動作をさせても同様の性
能を得ることができる。すなわちＶｄｃを例えば１００
Ｖ一定の電圧としてもよいのである。この場合は、コン
デンサ６９の容量が大きくなる代わりに、トランジスタ
７０等の最大電流や最大電圧を低く押さえることができ
るので、蓄電池３７からの供給電力が大きい場合はこの
方が価格あるいは変換効率などの点でより望ましいもの
となる。

【００２９】加熱制御部４１は、高周波加熱装置の動作
停止時、リレー接点７４，７５を開くと共に、接点７６
を閉じて充電回路（充電部）３９を動作させ蓄電池３７
を充電して次回の加熱動作迄に電気エネルギーを自動的
に蓄える構成となっている。充電回路３９は、ダイオー
ド７７、コンデンサ７８で得られた直流電圧を、トラン
ジスタ７９、ダイオード８０，８１、インダクタ８２、
コンデンサ８３、および制御回路８４により、蓄電池３
７の充電に適した電圧に変換する周知の降圧型のＤＣ／
ＤＣコンバータであり、トランジスタ７９のオンオフ比
により出力電圧を任意に調節できるものであるので、詳
しい動作の説明は省略する。

【００３０】このような構成により、電力変換回路３５
の動作中は商用電源３１から充電回路３９への電力供給
を零にできるので、商用電源３１から供給できる最大電
力を電力変換し所望の大きな電波出力を得ることができ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明の高周波加熱装置に
よれば、次の効果が得られる。

【００３２】（１）外部電力からの電力に加えて蓄電池
からの電力を合わせた電力を電波放射部に供給するので
、外部電源からの入力電流に制限されずに所望の大きな
電波出力を任意の所定時間の間発生することができる。 したがって、調理を単時間で行なうことができる。

【００３３】（２）外部電源と蓄電池とからの電力が同
一の電力変換部で電力変換され電波放射部に供給される
ので、簡単な構成で両電力の合成ができる。

【００３４】（３）実使用状態に見合った所定の任意の
加熱タイミングで所望の大きな高周波出力を短時間だけ
供給すればよいので、高周波加熱装置の冷却性能や耐熱
性能を過剰なものとすることなく、実用に見合ったもの
とすることができるため、大型化、複雑化および過剰品
質化を防ぐことができる。

【００３５】（４）商用電源より電力を得て蓄電池を充
電する充電手段を備えているので蓄電池を交換すること
なく、長期間にわたって、外部電源からの入力電流に制
限されずに所望の大きな電波出力を発生することができ
る。

【００３６】（５）電力変換部の動作停止時に充電手段
により蓄電池を充電するので、電力変換部の動作中は外
部電源からの供給電力を全て電力変換部に供給すること
ができ、最大限の電力を外部電源より供給しながら所望
の大きな電波出力を発生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における高周波加熱装置のブ
ロック図

【図２】（ａ）図１の高周波加熱装置の温度上昇図（ｂ
）従来の高周波加熱装置の電波出力特性図（ｃ）図１の
高周波加熱装置の電波出力特性図

【図３】図１のさらに
詳しい構成を示す回路図

【図４】（ａ）図３の高周波加
熱装置における商用電源からの供給電圧波形図 （ｂ）図３の高周波加熱装置における蓄電池からの供給
電圧波形図 （ｃ）図３の高周波加熱装置における商用電源と蓄電池
の両者からの合成供給電圧波形図 （ｄ）図３の高周波加熱装置におけるマグネトロンのア
ノード電流波形の包絡線図

【図５】従来の高周波加熱装置の回路図

【図６】（ａ）
図５の高周波加熱装置の入力電圧波形図（ｂ）図５の高
周波加熱装置におけるマグネトロンのアノード電流波形
の包絡線図

【図７】他の従来の高周波加熱装置のブロック図

【符号
の説明】 ３１　　外部電源 ３２　　高周波加熱装置 ３３　　電力変換部 ３４　　電波放射部 ３７　　蓄電池 ３９　　充電手段 ４１　　加熱制御部 ４２　　短時間高出力制御部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部電源より供給された電力を変換する電
   力変換部と、前記電力変換部の出力を受け高周波電力を
   加熱室に放射する電波放射部と、被加熱物の加熱状態を
   制御する加熱制御部と、前記電力変換部に電力を供給す
   るよう構成された蓄電池と、前記加熱制御部からの任意
   の指令信号に応じた所定の時間の間前記電力変換部の変
   換電力を連続動作状態での定常電力より大きくなるよう
   制御する短時間高出力制御部とを備え、前記短時間高出
   力制御部が前記電力変換部を制御して前記外部電源と前
   記蓄電池の両エネルギー源の電力を前記電力変換部に供
   給し、前記指令信号に応じた所定の時間の間電波出力を
   連続動作状態での定常電波出力より大きくなるよう制御
   する構成とした高周波加熱装置。
2. 【請求項２】前記加熱制御部からの起動指令信号に応じ
   て、前記短時間高出力制御部が、前記電力変換部を制御
   して前記外部電源と前記蓄電池の両エネルギー源の電力
   を前記電力変換部に供給し、前記高周波加熱装置の起動
   時の所定の時間の間、前記短時間高出力制御部が前記電
   力変換部の変換電力を連続動作状態での定常電力より大
   きくなるよう制御する構成とし、前記指令信号に応じた
   所定の時間の間起動時における電波出力を連続動作状態
   での定常電波出力より大きくなるよう制御する構成とし
   た請求項１記載の高周波加熱装置。
3. 【請求項３】商用電源より電力を得て蓄電池を充電する
   充電手段を備えた請求項１または請求項２記載の高周波
   加熱装置。
4. 【請求項４】電力変換部の動作停止時に充電手段により
   蓄電池を充電する構成とした請求項３記載の高周波加熱
   装置。