JPH06105636B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

高周波加熱装置

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JPH06105636B2
JPH06105636B2 JP16805587A JP16805587A JPH06105636B2 JP H06105636 B2 JPH06105636 B2 JP H06105636B2 JP 16805587 A JP16805587 A JP 16805587A JP 16805587 A JP16805587 A JP 16805587A JP H06105636 B2 JPH06105636 B2 JP H06105636B2
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和穂 坂本
治雄 末永
孝 丹羽
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【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6図に示すような構成のものが多く用いられている。
第6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。
第7図(a)は時間t=O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=O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
装置の定格出力として定められた電波出力P0(例えば50
0W)を維持するよう構成されている。
第7図(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TMと高圧トランス3の周囲
の空気の温度Taは同図のように上昇していく。
第8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300
W、高圧トランス7は、約100W程度の損失は生じる。こ
のため、これらの部品の温度は第7図(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=t3(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。
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。
すなわち第7図(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。
したがって、定格出力500Wの場合と600W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。
発明が解決しようとする問題点 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。
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、第7図(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。
問題点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。
すなわち、外部より電力が供給される電源部と、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、前記電力交換器の出力を電磁波エネル
ギーとして放射する電波放射部と、加熱動作開始時に前
記電磁波エネルギーが定常時の定格出力より大きくなる
ように、前記制御部を制御する起動制御部とを備えると
共に、前記起動制御部には装置の起動前の状態を検知す
る状態検知手段を設け、この状態検知手段の信号に基づ
き前記制御部を制御する構成とした。
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より動作開始
前の装置の状態に応じて制御部に立ち上り信号が与えら
れるので制御部は電力変換器の半導体素子の動作を制御
してその電磁波出力を動作開始前の状態に応じた時間の
間定常時よりも大きくならしめる。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、加熱時間の短縮化を可能ならしめ、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,信頼性を保証することができる。
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。
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2
7,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より成る電力変換器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。
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、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。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。
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、定常時の定格出力
(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。
第3図(a)はこの状態を示す電波出力P0の時間変化図
である。t=O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、tS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、例えば第2図に示すように、
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、第3図(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tS後に変化させることにより実
現することが可能である。
第3図(a)における時間tS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第7図(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tSとすればよい。このような考
え方から、tSは、例えば、第4図に示すように、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44で比較するよう構成
した起動制御部41により温度制御中心で決定するよう構
成することができる。また、第5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tS
を決定し、tSをカウントしてtS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tSを決
定するようにしてもよい。
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、第2図に示すように、
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。
また第3図(b)のように、電波出力P1をtS時間の間に
徐々に低下させ、tS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。
発明の効果 以上のように本発明によれば、商用電源等より得られる
電源部と、半導体素子を有する電力変換器と、半導体素
子を制御する制御部と、電波放射部と、動作開始時に定
常時より電磁波出力を大きく制御する起動制御部とを設
けると共に、この起動制御部に装置の起動前の状態を検
知する状態検知手段を設け、この状態検知手段の信号で
起動制御部の立ち上り信号を制御するよう構成したの
で、起動時は定常時よりも大きな電波出力を得ることが
でき、一般家庭で使用される場合に使用ひん度の高い短
時間加熱調理の場合には大きな電波出力で加熱動作を行
うことができる高周波加熱装置を実現することができ、
加熱時間の短縮によるスピード調理を可能とすることが
できる。しかも、状態検知手段の信号で立ち上り信号が
制御されるため、定常時(すなわち、長時間加熱の場
合)には確実に低い電波出力になるよう制御することが
でき、冷却構成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・低価格なものとし、かつ、
高い信頼性を保証することができる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】
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図は同回路の制御部の要部ブロック図、第3図
(a),(b)は同装置の電波出力の時間的変化を示す
波形図、第4図は同装置の起動制御部要部回路図、第5
図は同回路の他の実施例を示すブロック図、第6図は従
来の高周波加熱装置の回路図、第7図(a),(b)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8図は同装置の構成を示す
断面図である。 24……電源部、28……半導体素子、32……電波放射部、
33……電力変換器、34……制御部、41……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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部より電力が供給される電源部と、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、前記電力交換器の出力を電磁波エネ
    ルギーとして放射する電波放射部と、加熱動作開始時に
    前記電磁波エネルギーが定常時の定格出力より大きくな
    るように前記制御部を制御する起動制御部とを備えると
    共に、前記起動制御部には装置の起動前の状態を検知す
    る状態検知手段を設け、この状態検出手段の信号に基づ
    き前記制御部を制御する構成とした高周波加熱装置。
  2. 【請求項2】状態検知手段をサーミスタ等の温度検知手
    段で構成し、装置の熱発生部分の温度を前記温度検知手
    段にて検知することにより装置の起動前の状態を検知す
    る構成とした特許請求の範囲第1項記載の高周波加熱装
    置。
  3. 【請求項3】高周波加熱装置が実質的に動作停止してい
    る時間を計時する計時手段を状態検知手段に設け、前記
    計時手段の信号に基づいて起動前の状態を検知する構成
    とした特許請求の範囲第1項記載の高周波加熱装置。
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