JPH06101380B2

JPH06101380B2 - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JPH06101380B2
Application number: JP9504892A
Authority: JP
Inventors: 直芳前原; 和穂坂本; 治雄末永; 孝丹羽; 孝広松本; 大介別荘; 浩二吉野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPH05129073A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】家庭用の電子レンジ等の高周波加熱装置
の電源回路には図６に示すような構成のものが多く用い
られている。図６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により整流されてマグネトロン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は発振し、高周波電磁波（電波）を出力して、
誘電加熱が可能となる。

【０００３】図６（ａ）は時間ｔ＝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。

【０００４】ｔ＝０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ｔ＝ｔ₁ においてカ
ソードの温度が十分上昇し電波出力Ｐ₀ 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
過と共に多少の電波出力の低下は生じる場合があるが、
基本的には、その装置の定格出力（すなわち連続動作可
能な最大出力）として定められた電波出力Ｐ₀（例えば
５００Ｗ）を維持するよう構成されている。

【０００５】図７（ｂ）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_Mと高圧トラ
ンス３の周囲の空気の温度Ｔ_aは同図のように上昇して
いく。

【０００６】図８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６０％、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３００Ｗ、高圧トランス７は、
約１００Ｗ程度の損失が生じる。このため、これらの部
品の温度は図７（ｂ）のように運転中徐々に上昇し、各
部品の熱時定数で決まる時間ｔ＝ｔ₂（例えば１５分）
までは比較的早い上昇速度で上昇し、その後ｔ＝ｔ
₃（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。

【０００７】このように高周波加熱装置はマグネトロン
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。

【０００８】装置の定格出力Ｐ₀の保証は、このような
熱損失が生じ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。

【０００９】すなわち図７（ｂ）におけるｔ＝ｔ₃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、そして冷却構成が決定されているのである。

【００１０】したがって、定格出力５００Ｗの場合と６
００Ｗ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。例えばマグネトロン７では発生損
失が違うため、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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の高周
波加熱装置は装置の熱損失による温度上昇が安定した時
の温度条件下で装置の安全性、信頼性を保証し得るよう
な各構成部品の仕様を定め、これを用いて構成されてい
た。

【００１２】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多いの
である。すなわち、図７（ｂ）において、ｔ＝ｔ₀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、ｔ
＝ｔ₃にまで達するような調理はまれにしか行われない
のが普通である。したがって、多くの使用条件下では全
く保証する必要のないｔ＝ｔ₃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、ｔ＝ｔ₀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
な品質になっているのである。しかしながら、まれに
は、ｔ＝ｔ₃にまで達する使用条件もあり得るのでこの
ような実質的な過剰品質なものとならざるを得なかっ
た。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような従来
の高周波加熱装置の問題点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。

【００１４】すなわち、外部より電力を供給される電源
部と、昇圧手段を有し前記電源部よりの電力を高圧電力
に変換する高圧電力変換部と、前記高圧電力変換部の動
作を制御する制御部と、前記高圧電力変換部の出力を電
磁波エネルギーを放射する電磁波放射部と、動作開始時
に大出力計時手段の計時する時間の間、連続動作可能な
最大出力より大きい電磁波エネルギーを出力するよう前
記制御部を制御する大出力制御部とを備え、かつ、前記
大出力制御部に前記高圧電力変換部または電磁波放射部
の動作停止時の状態を検知する停止状態検知手段を設
け、この停止状態検知手段の信号で大出力計時手段の計
時時間を調節する構成としたものである。

【００１５】また、停止状態検知手段を、高圧電力変換
部、電磁波放射部、もしくはそれらの雰囲気の温度検知
手段を含んで構成したものである。

【００１６】さらにまた、停止状態検知手段を、高圧電
力変換部の動作停止中の時間を計時する停止時間計時手
段を含んで構成したものである。

【００１７】そしてまた、高圧電力変換部を、半導体素
子を有するインバータを含んで構成したものである。

【００１８】

【作用】上記構成により本発明による高周波加熱装置は
以下の作用を有する。

【００１９】大出力制御部の大出力計時手段の計時時間
を、停止状態検知手段の信号で調節する構成とし、定格
出力より大きい電波出力を前記計時時間だけ出力するよ
うにしたので、定常最大値より大出力を得て加熱時間の
大幅な短縮を可能とし、かつ、各構成部品の冷却構成や
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、しかも十分な安全性、信頼性を保証するもの
である。

【００２０】また、停止状態を温度検知手段を含んで構
成することにより、確実に停止時の発熱部分の状態を検
知して、大出力時間を設定することができ、確実に安
全、信頼性を維持しつつ、大電波出力を実現してスピー
ド加熱を実現するものである。

【００２１】さらにまた、停止状態を高圧電力変換部の
動作停止時間を計時することにより検知して、特別な温
度検出手段を設けることなく、簡単かつ低価格な構成で
停止時の発熱部分の状態を検知して大出力時間を設定
し、簡単に、安全で高い信頼性を維持しつつ大電波出力
を実現してスピード加熱を行わせるものである。

【００２２】そしてまた、インバータを用いて高圧電力
変換器を構成することにより、半導体素子の動作状態を
停止状態検知手段の信号に基づく大出力制御部の指令に
より制御部が制御し、大電波出力を簡単に実現するもの
である。

【００２３】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面と共に説
明する。

【００２４】図１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
オードブリッジ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、電源部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３
１、およびマグネトロン３２より成る電力変換器（高圧
電力変換部）３３に電力を供給する。電力変換器３３
は、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より成るインバータと、昇圧トラ
ンス２７の出力を整流するコンデンサ３０とダイオード
３１より成る高圧整流回路と、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、この高周波電力を電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２４５０ＭHz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。

【００２５】トランジスタ２８は、制御部３４より例え
ば２０ＫHz〜２００ＫHz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、図２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。したがってトランジスタ２８の
導通時間が制御され、いわゆるパルス幅制御によって入
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３２の電磁波（電波）出力Ｐ₀は
所定の定められた値（例えば５００Ｗ）に一定に制御さ
れる。

【００２６】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、加熱開始指令が加熱開始回路４０か
ら起動制御部（大出力制御部）４１に送られる。起動制
御部４１は加熱開始指令を受けとると、動作開始時の所
定の時間の間、連続動作可能な最大出力（以下定常時の
定格出力という。例えば５００Ｗ）よりも大きい出力
（例えば６００Ｗ）で動作するよう制御部３４に立ち上
り信号を与える。

【００２７】図３（ａ）はこの状態を示す電波出力Ｐ₀
の時間変化図である。ｔ＝０でトランジスタ２８が動作
開始すると１〜２秒後のｔ＝ｔ₁でマグネトロン３２が
発振開始し、電波出力Ｐ₀は定常時（すなわち定格）よ
り大きい６００Ｗとなるよう制御される。そして、ｔ_S
後の時間ｔ₄になるとその出力Ｐ₀は定常時（すなわち
定格）の５００Ｗとなるよう制御される。このような電
波出力Ｐ₀の制御は種々の方法でこれを実現することが
できるが、例えば図２に示すように、起動制御部４１に
より入力電流の基準信号発生器３８の発生信号を制御す
ることで簡単に実現することができる。すなわち、図３
（ａ）の出力Ｐ₀の変化が生じるように入力電流の基準
信号を時間ｔ_S後に変化させることにより実現すること
が可能である。

【００２８】図３（ａ）における時間ｔ_S は、装置や各
部品の温度が十分低い間は、定常時より高出力を発生さ
せる時間である。したがって、従来技術の説明図の図７
（ｂ）より明らかなように、装置の内部温度や各構成部
品の温度が所定の温度より低い間をｔ_S とすればよい。
このような考え方から、ｔ_S は、例えば、図４に示すよ
うに、サーミスタ４２により例えばマグネトロン７のア
ノ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装置の起動前の状態を表わす信
号として検知し、基準信号発生器４３の信号と比較器４
４で比較するよう構成した起動制御部４１により温度検
知信号に基づいて決定するよう構成することができる。
また、図５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４５を設け、この停止時間カウンタ４５の
カウントした時間を装置の起動前の状態を表わす信号と
して検知し、この信号により時間ｔ_S を決定し、ｔ_S を
カウントしてｔ_S 後に入力電流の基準信号３８を変化さ
せる起動変調カウンター４６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ｔ_S を決定する
ようにしてもよい。

【００２９】

【００３０】このように電波出力Ｐ₀を定常時より大き
く制御していることを使用者に報知するために、図２に
示すように、表示部４７を設け、これを起動制御部４１
の信号で作動せしめるようにすることにより、使用者は
パワーアップ状態（すなわち６００Ｗ）であるか定常状
態（５００Ｗ）であるかを認識して調理を行うことがで
きるので極めて使い勝手が良く、高速調理を行うことが
できる。

【００３１】また図３（ｂ）のように、電波出力Ｐ₀を
ｔ_S時間の間に徐々に低下させ、ｔ _S時間後に定常の出
力（５００Ｗ）に低下するように構成しても同様の効果
が得られる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、停止状態
検知手段の信号で動作開始時の大出力加熱時間を調節す
る構成としたので、定常時の定格出力より大きい電波出
力を出力でき加熱時間の大幅短縮が可能となり、かつ、
大出力時間が停止時の状態に応じて調節されるので各構
成部品の冷却構成や耐熱仕様あるいは品質的性能を過剰
なものとせずに適正なものとし、十分な安全性と信頼性
を保証することができる高周波加熱装置を提供すること
ができる。したがって、大幅なスピード加熱化ができ、
かつ、低価格で高信頼性の高周波加熱装置を実現するこ
とができる。

【００３３】また、温度検知手段を用いて発熱部分の温
度を検知し、この信号で停止時の状態を検知する構成と
することにより、停止時の状態を確実に検知した信号に
基づいて大出力加熱時間を調節することができ、より確
実な安全性と信頼性を保証しつつ大出力加熱によるスピ
ード加熱を実現できる高周波加熱装置を提供することが
できる。

【００３４】さらにまた、動作停止時間の計時手段を設
けることにより、特別な温度検出器などのセンサ類を用
いることなく停止時の状態を単なる時間計時により判別
し、この信号に基づいて大出力時間を調節できるので、
極めて簡単に、かつ、低価格で停止時の状態に応じた大
出力加熱を行うことができる。したがって、大幅なスピ
ード加熱化が実現でき、かつ、低価格、高信頼性の高周
波加熱装置を提供することができる。

【００３５】そして、インバータによりマグネトロンを
駆動する構成とすることにより、停止状態検知手段の信
号に基づく大出力時間の制御部による調節が、インバー
タの制御信号を制御するだけで簡単に行うことができる
ので、大出力制御部による制御部の制御構成や回路構成
が極めて簡単で低価格な高周波加熱装置を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回路
図

【図２】同回路の制御部の要部ブロック図

【図３】同高周波加熱装置の電波出力の時間的変化を示
す波形図

【図４】同高周波加熱装置の大出力制御部の要部回路図

【図５】同回路の他の実施例を示すブロック図

【図６】従来の高周波加熱装置の回路図

【図７】（ａ）同高周波加熱装置の電波出力の時間的変
化を示す図（ｂ）同高周波加熱装置内の部品等の温度上昇を示す波
形図

【図８】高周波加熱装置の構成を示す断面図

【符号の説明】

２４電源部２７昇圧手段（昇圧トランス）２８半導体素子３２電波放射部３３高圧電力変換部（電力変換器）３４制御部４１大出力制御部（起動制御部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丹羽孝大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者松本孝広大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者別荘大介大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者吉野浩二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部より電力が供給される電源部と、昇圧
手段を含み前記電源部からの電力を高圧電力に変換する
高圧電力変換部と、前記高圧電力変換部の動作を制御す
る制御部と、前記高圧電力変換部の出力を受け電磁波エ
ネルギーを放射する電波放射部と、動作開始時に大出力
計時手段の計時する時間の間、連続動作可能な最大出力
より大きい電磁波エネルギーを出力するよう前記制御部
を制御する大出力制御部とを備え、かつ、前記大出力制
御部に前記高圧電力変換部または、電磁波放射部の動作
停止時の状態を検知する停止状態検知手段を設け、この
停止状態検知手段の信号により大出力計時手段の計時時
間を調節する構成とした高周波加熱装置。
【請求項２】停止状態検知手段を、高圧電力変換部、電
磁波放射部、もしくはそれらの雰囲気の温度を検知する
温度検知器を含んで構成した請求項１記載の高周波加熱
装置。
【請求項３】停止状態検知手段を、高圧電力変換部の動
作停止中の時間を計時する停止計時手段を含んで構成し
た請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項４】高圧電力変換部を１つ又はそれ以上の半導
体素子を含むインバータで構成し、マグネトロンを駆動
する構成とした請求項１記載の高周波加熱装置。