JPH0620770A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マグネトロン、電力変換器、冷却ファンを含
む一体型電源装置により、高密度、コンパクト、低価格
な高周波加熱装置を得ることを目的とする。 【構成】 商用電源より電力を受ける入力端子５０、５
１と、入力端子５０、５１より供給される電力を高周波
電力に変換する電力変換器３７と、電力変換器３７の出
力により付勢されるマグネトロン３１と、電力変換器３
７に所定の制御信号を供給する信号端子と、電力変換器
３７とマグネトロン３１を冷却する冷却ファン４０と、
これらを一つの構造体内部に包含し非磁性金属材料より
成るケース３０とを備え、電源装置を高密度、高効率、
高品質でコンパクトな一部品化を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子レンジなどの誘電
加熱を利用した高周波加熱装置に関し、さらに詳しくは
その電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高周波加熱装置の電源装置は、い
わゆる鉄共振型トランスを用いたものが長い間用いられ
ていた。しかし近年では、半導体技術の進歩により大電
力を扱う電力変換器が比較的低価格で実用に供され得る
ようになり、２０ｋＨｚ程度の高周波インバータを用い
たものが実用化されている。しかしながら、このような
インバータ電源を用いた電源装置は、高周波スイッチン
グに起因する電磁界ノイズが発生するため、情報化社会
の進展とともにそのノイズ抑制が強く要望されるように
なってきた。また、高周波加熱装置のさらなる高密度
化、低コスト化および高品質化のために、インバータ電
源のさらなる小型化、低コスト化および高信頼性化が強
く望まれている。

【０００３】このような背景のなかで、図４に示すよう
な高周波加熱装置（電子レンジ）の電源装置が提案され
ている。以下、その構成について説明する。

【０００４】図に示すように、電源装置は、マグネトロ
ンブロック１、電源ブロック２、およびファインブロッ
ク３が、これらを相互に結合するビス４、５および６に
より結合されている。マグネトロンブロック１は、アン
テナ７、カソード８を有するアノードブロック９と、永
久磁石１０、１１と、アノードブロック９を冷却する複
数個の冷却フィン１２と、永久磁石１０、１１の磁路を
形成する継鉄１３とにより構成されており、継鉄１３は
マグネトロンブロック１のケースを兼ねている。また、
カソード８には高周波ノイズ防止用のフィルタを構成す
るチョークコイル８ａ、８ｂ、および貫通コンデンサ
（図示せず）がカソードケース８ｃ内に収納されてマグ
ネトロンブロックの一部を形成している。電源ブロック
２は、いわゆるインバータ電源であり、トランジスタ１
４、ダイオード１５を取りつけた放熱フィン１６、高周
波昇圧トランス１７、コンデンサ１８などを搭載したプ
リント基板１９が電源部ケース２０内に取付け部２１、
２２によって取りつけられている。また、ファンブロッ
ク３は、ファンケース２３内に冷却ファン２４およびフ
ァンモータ２５を収納した構成となっている。

【０００５】このような構成により、高周波加熱装置の
電源装置を形成するマグネトロン、マグネトロン駆動電
源、およびそれらの冷却ファンを１つのブロック部品と
して扱うことができ、組み立て作業が容易になる上、フ
ァンブロック３によりマグネトロンブロック１と電源ブ
ロック２の冷却を確実に行うことができ、高信頼性の電
源装置を実現できるなどの特長を有していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の高周波加熱装置では、マグネトロン、インバ
ータ電源、冷却ファンのそれぞれを個別のケースに収納
し、相互に結合する構成であるため、冷却ファンによる
冷却風の通路の構成が面倒であり、しかも風路抵抗がど
うしても大きくなってしまうので冷却ファンの能力が大
きなものになってしまうという欠点があった。また、高
周波ノイズの抑制手段をそれぞれのブロックごとに施す
必要がある上、ブロック相互間の電力や信号の伝送が面
倒で、かつこれらの伝送部からのノイズ発生を抑制する
ことが必要となるので、これらに対しても高周波ノイズ
抑制手段を施すことが不可欠であった。さらに、図４か
ら明らかなように、個別のブロックを結合して電源装置
を構成すると、どうしても不要な空間が生じざるを得
ず、コンパクトな電源装置にすることが困難であった。
さらに、このようなブロックごとのケーシングや高周波
ノイズ抑制手段を施さねばならないため、どうしても高
価格なものになるという問題を有していた。

【０００７】本発明は上記課題を解決するもので、マグ
ネトロン、電力変換器および冷却ファンを含む一体型電
源装置により、高密度、コンパクトで、低価格にするこ
とを目的としている。

【０００８】

【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、商用電源、蓄電池などより電力を受ける入
力端子と、前記入力端子より供給される電力を高周波電
力に変換する電力変換器と、前記電力変換器の出力によ
り付勢されるマグネトロンと、前記電力変換器に所定の
制御信号を供給する信号端子と、前記電力変換器とマグ
ネトロンを冷却する冷却ファンと、これらを一つの構造
体内部に包含するケースとを備え、前記ケースを非磁性
金属材料により構成したことを第１の課題解決手段とし
ている。

【０００９】また、マグネトロンの継鉄部を磁性金属材
料で構成し、ケースの内側に配設したことを第２の課題
解決手段としている。

【００１０】さらに、ケースの所定の位置に電力変換器
の出力調節用開口部を設けたことを第３の課題解決手段
としている。

【００１１】そして、入力端子および信号端子の少なく
とも一方がケースの輪郭内に位置する構成とし、前記ケ
ースを平面上に任意の方向に載置したとき前記入力端子
および信号端子の少なくとも一方が前記平面に非接触状
態となる構成としたことを第４の課題解決手段としてい
る。

【００１２】また、出力調整用開口部をマイクロ波遮断
が可能な構造としたことを第５の課題解決手段としてい
る。

【００１３】さらに、電力変換器の出力により冷却ファ
ンを駆動する構成としたことを第６の課題解決手段とし
ている。

【００１４】また、電力変換の出力を整流して得られる
直流電力によりモータを付勢して冷却ファンを駆動する
構成としたことを第７の課題解決手段としている。

【００１５】

【作用】本発明は上記した第１の課題解決手段により、
高周波加熱装置の電源装置の一部品化を可能とし、非磁
性材料の特性に基づく効果的な高周波ノイズの抑制を実
現できる。さらに、共通のケースに収納することによる
高周波ノイズの抑制手段の共用化および収納容積のコン
パクト化が可能となる上に、低価格化が可能となる。

【００１６】また、第２の課題解決手段により、マグネ
トロンの磁気回路を確保しつつ共通のケースに一体化収
納することができ、電源装置の小型、コンパクト、低コ
スト化と高周波ノイズの抑制を容易にできる。

【００１７】さらに、第３の課題解決手段により、一体
収納ケースに収納した状態で電力変換器の定格出力（し
たがって電波出力）の大きさやそのばらつきの調整を行
うことができる。

【００１８】そして、第４の課題解決手段により、ケー
スを平面上に任意の方向に載置したとき、入力端子また
は信号端子が平面に接触してこれらの端子が破損するの
を防止できるとともに、電源装置の運搬や組み立て作業
を容易にできる。

【００１９】また、第５の課題解決手段により、従来設
けられていたマグネトロン専用のフィルタ回路をそのカ
ソード部分に設けることなく一体構成のコースに収納で
き、かつ前述の定格出力の調整が可能となる。

【００２０】さらに、第６の課題解決手段により、冷却
ファン駆動用電力を一体収納ケースに供給する必要がな
くなり、入力端子の数の削減ができる上に、高周波ノイ
ズ抑制手段の構成の簡素化を実現でき、さらに電力変換
器の動作状態（出力の大きさなど）に応じた冷却能力の
設定が容易となる。また、商用電源などの外部からの供
給電源の変動などによる冷却能力変動を防止でき、安定
な冷却能力を維持できる。

【００２１】また、第７の課題解決手段により、ファン
の回転数の調節と設定が容易な冷却手段を実現でき、商
用電源などの外部電源の周波数の違い（５０Ｈｚ／６０
Ｈｚ）などによる冷却能力の変動も防止することができ
安定な冷却系を実現できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照しなが
ら説明する。

【００２３】図に示すように、ケース３０は、アルミニ
ウムなどの非磁性材料で構成されており、このケース３
０の内部には、マグネトロン３１と、昇圧トランス３
２、トランジスタ３３、トランジスタ３３の放熱フィン
３４、出力調節用可変抵抗器３５、高圧回路３６などよ
りなる電力変換器（インバータ電源）３７が構成された
プリント基板３８と、このプリント基板３８上に配置さ
れた直流モータ３９およびこの直流モータ３９により駆
動される冷却ファン４０とが一体に収納されている。マ
グネトロン３１は、永久磁石４１、４１と、その磁路を
形成する強磁性材料で構成された継鉄４２と、アンテナ
４３、カソード４を有するアノードブロック４５と、ア
ノードブロックの冷却フィン４６により構成されてい
る。カソード４４には従来例のような高周波ノイズフィ
ルタは設けられておらず、高圧回路３６は高圧電力およ
びヒータ電力供給のためのみの目的で構成されている。
また、アンテナ４３の付け根にはガスケット４７を設
け、オーブンまたは導波管に対してケース３０を固定部
４８、４９にて固定するとき、その隙間からマイクロ波
が漏洩するのを防止するようにしている。

【００２４】また、マイクロ波やその高調波、または電
力変換器３７が発生する電磁ノイズが入力端子５０、５
１や信号端子（図示せず）から漏洩するのを防止するた
めに、フィルタ回路５３を設けている。このため、マグ
ネトロン３１と電力変換器３７が発生する高周波ノイズ
が一つのフィルタ回路５３により抑制されるので、従来
のようにそれぞれ個別にノイズ防止手段を設ける必要が
ない。入力端子５０、５１や信号端子は、同図に示すよ
うにケース３０の外郭の輪郭から突出しない構成となっ
ている。これは図の上面を下にして工場の作業台上など
に置いた場合などに、端子の破損が生じるなどの不都合
を防止するとともに、一つの部品としてこのケース３０
内に収納された電源装置を扱う場合に扱いやすい構造と
し、生産、搬送の効率を向上するためである。

【００２５】直流モータ３９は、プリント基板３８上に
設け、かつ、昇圧トランス３２の出力を整流した直流電
圧により駆動されるよう結線されている。冷却ファン４
０が直流モータ３９により駆動されると、同図の矢印の
ようにケース３０の右側面に設けた吸気口５４から冷却
空気が吸引され、冷却ファン４０のケース５５の吸気口
５６より冷却ファン４０に吸いこまれる。そして冷却風
の吐出口５７から、トランジスタ３３の放熱フィン３
４、昇圧トランス３２、マグネトロン３１などにその冷
却風を吹きつけて効果的にこれらを冷却する構成となっ
ている。すなわち、このような一体構成とすることによ
り、冷却風速が非常に高い位置にトランジスタ３３や昇
圧トランス３２を配置することができるので、比較的少
ない風量で効果的な冷却を行うことができる。したがっ
て、冷却ファン４０および直流モータ３９の能力を低く
押さえた冷却系とすることができ、小型、コンパクトで
低コストな電源装置を実現できる。また、冷却ファン４
０の下部のプリント基板３８上に部品を配置することが
可能となるので、トータルの体積を一層小型、コンパク
トとすることができる。また、５８、５９は、プリント
基板３８を固定する台であり、６０は仕切り板であっ
て、いずれも樹脂材料で構成され、冷却ファン４０によ
って送られる冷却空気のケース３０内部での循環を防止
し、効果的冷却を促進するものである。

【００２６】トランジスタ３３や昇圧トランス３２を冷
却した冷却風は、マグネトロン３１を冷却して、ケース
３０の左側面に設けた吐出口６１からケース３０の外部
に吐出される。この吐出口６１と吸気口５４の開口は約
５ｍｍ程度またはそれ以下の直径の円形開口であり、マ
グネトロン３１の発生する高周波ノイズ、特にカソード
４４からの高周波ノイズが漏洩しない程度の大きさに構
成されている。

【００２７】調整口６２は、ケース３０の外部からドラ
イバーなどを図中の矢印のように挿入し、可変抵抗器３
５を調整するためのものであり、このようにマグネトロ
ン３１、電力変換器３７および冷却ファン３９などを一
体に収納する構成としても、容易に電力変換器３７の定
格出力の大きさやそのばらつきを外部から自由に調節で
きるようにしている。このように構成することにより、
一体収納型の電源装置の工場における生産上の自由度を
高く保ち、かつ、再調整や故障修理などのサービス性を
高いものにすることができる。また、この調整口６２
は、開口面積に対して所定の深さを持つ構成としている
ので、高周波電波ノイズに対するチョーク構造となって
いる。このため、比較的大きなドライバーなどの挿入が
可能な開口面積であってもマグネトロン３１の高周波ノ
イズなどの漏洩を防止することができる。

【００２８】図２は回路図であり、図１と同じ構成のも
のは同一符号を付している。図２において、商用電源６
３から供給される電力は、入力端子５０、５１よりフィ
ルタ回路５３を介して電力変換器３７に供給される。電
力変換器３７は、ダイオードブリッジ６４、チョークコ
イル６５、コンデンサ６６、共振コンデンサ６７、昇圧
トランス３２の一次巻線６８、トランジスタ３３、ダイ
オード６９、制御回路７０などよりなる共振型インバー
タ回路と、昇圧トランス３２の二次巻線７１、三次巻線
７２の出力をマグネトロン３１に供給する高圧回路３６
とから構成されている。高圧回路は、ダイオード７３、
７４、コンデンサ７５よりなる高圧整流回路と、共振コ
ンデンサ７６、共振用インダクタ７７、７８よりなるヒ
ータ共振回路とよりなり、マグネトロン３１のカソード
４４ａ、４４ｂには、高周波ノイズ防止用のフィルタは
特別には設けていない。なお、７９、８０は、それぞれ
アノード電流および入力電流を検知する電流トランスで
あり、制御回路７０に対してその検知信号を送るもので
ある。

【００２９】昇圧トランス３２の四次巻線８１は、共振
コンデンサ８２、共振インダクタ８３よりなる共振回路
と、ダイオード８４、コンデンサ８５よりなる整流回路
にその出力を送り、直流モータ３９に直流電圧を供給す
る構成となっている。したがって、電力変換器３７の動
作により直流モータ３９が付勢され、ファン４０は商用
電源６３の電圧変動などの影響を受けることなく、所定
の能力を電力変換器３７の動作により発揮することがで
きる。

【００３０】電力変換器３７を構成するインバータ回路
は、いわゆる電圧共振型インバータ回路である。したが
って、図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すような動
作波形で動作する。すなわち、図３（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は、それぞれトランジスタ３３およびダイオード
６９の電圧Ｖｃｅ、電流Ｉｃｄ、駆動電圧Ｖｇであり、
制御回路７０は、コンデンサ６６の電圧ＶｃｃとＶｃｅ
の交点を検出し、Ｔｄ時間後にＶｇを出力するようなタ
イミング制御を行い、零電圧スイッチング動作を実現し
ている。また、トランジスタ３３のＴｏｎの長さを前述
の電流トランス７９、８０の信号に基づいて制御し、所
定の定格出力で動作するよう制御する。

【００３１】このような高周波スイッチング（たとえば
１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ）動作を行うことにより、
昇圧トランス３２の一次巻線６８には高周波交流電力を
発生することができる。また、このような高周波スイッ
チングノイズやマグネトロン３１のカソード４４からの
漏洩電波ノイズを防止するために、ケース３０は非磁性
材料で構成することが不可欠であり、この構成とするこ
とにより、高周波ノイズを防止することができる。ま
た、昇圧トランス３２などの発生する高周波磁界による
ケース３０の誘電加熱も防止し、高効率な電力変化が可
能となる。

【００３２】図２において、信号端子８６、８７には、
高周波加熱装置の加熱制御部８８から出力制御指令が供
給される。この信号は、フィルタ回路８９を介して制御
回路７０に送られる構成となっており、加熱制御部８８
の指令に基づいた出力でインバータ電源が動作する構成
である。出力調整用可変抵抗器３５は、加熱制御部８８
の所定の指令信号に対して、定められた出力になるよう
電力変換器３７の動作を調節するものであり、定格出力
値の調節や、ばらつき調節などを容易に行うことができ
る。また、フィルタ回路８９は、信号端子８６、８７か
ら高周波ノイズが漏洩するのを防止するものである。

【００３３】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、入力端子、電力変化器、マグネトロン、信号
端子、冷却ファンおよびこれらを一つの構造体内部に包
含するケースを備え、前記ケースを非磁性金属材料によ
り構成したから、効果的な高周波ノイズの抑制ができ、
かつ高周波漏洩磁束による誘導加熱が少なく、したがっ
て、高周波加熱装置の電源部を高品質かつ高性能な１つ
の部品として構成することができる。特に、共通のケー
スに収納し一部品化することにより、高周波ノイズの抑
制手段の共用化および収納容積のコンパクト化が可能と
なり、したがって低価格化も可能となる。また、一体構
成のケース内に収納することで、パワー半導体などを低
圧損かつ高風速で冷却することができ、一層のコンパク
ト化、低価格化、低騒音化が可能な一部品構成にするこ
とができる。

【００３４】また、マグネトロンの継鉄部を磁性金属材
料で構成し、ケースの内側に配設したから、マグネトロ
ンの磁気回路を確実に確保しつつ共通のケースに一体化
収納することができ、かつ従来のノイズ防止フィルタボ
ックスを除去することができる。したがって、高周波ノ
イズの確実な抑制を容易に実現しつつ小型、コンパク
ト、低コスト化を可能とする。

【００３５】さらに、ケースの所定の位置に電力変換器
の出力調節用開口部を設けたから、一体収納ケースに収
納した状態で電力変換器の定格出力（したがって電波出
力）の大きさやそのばらつきの調整が容易にできる。こ
のため、生産工程における定格出力の調整や、故障時の
修理調整などがケースを分解することなく容易に行える
ので、生産効率やサービス性をきわめて高くできる。

【００３６】そして、入力端子および信号端子の少なく
とも一方がケースの輪郭内に位置する構成としたから、
ケースを平面上に任意の方向に載置したとき、前記入力
端子および信号端子の少なくとも一方が前記平面に接触
してこれらの端子が破損するのを防ぐとともに、運搬や
組み立て作業をきわめて容易にできる。

【００３７】また、出力調整用開口部をマイクロ波遮断
が可能な構造としたから、従来設けられていたマグネト
ロン専用のフィルタ回路をマグネトロンのカソード部分
に設けることなく一体構成のケースに収納でき、高周波
ノイズの漏洩が小さく、コンパクト、低価格であり、か
つ、定格出力の調整をきわめて容易にできる。

【００３８】さらにまた、電力変換器の出力により冷却
ファンを駆動する構成としたから、冷却ファン駆動用電
力をケース外から供給する必要がなく、入力端子の数が
少なく、またこのため高周波ノイズ抑制手段の構成を簡
単にできる。さらに電力変換器の動作状態（出力の大き
さなど）に応じた冷却能力の設定が容易であり、商用電
源などの外部からの供給電源の変動などによる冷却能力
変動をも防止でき、安定な冷却能力を維持することがで
き、高効率で低騒音の冷却が可能となる。

【００３９】そしてまた、電力変換器の出力を整流して
得られる直流電力によりモータを付勢して冷却ファンを
駆動する構成としたから、小型で低価格であり、かつフ
ァンの回転数の調節と設定が容易となり、特に、商用電
源などの外部電源の周波数の違い（５０Ｈｚ／６０Ｈ
ｚ）などの諸条件による冷却能力の変動も防止すること
ができるので、安定な冷却系を実現でき、したがって、
一層、コンパクト、低価格、低騒音にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施例の高周波加熱装置の側
面断面図 （ｂ）同高周波加熱装置の正面断面図

【図２】同高周波加熱装置の回路図

【図３】（ａ）〜（ｃ）同高周波加熱装置の要部電圧、
電流波形図

【図４】従来の高周波加熱装置の断面図

【符号の説明】

３０ ケース ３１ マグネトロン ３７ 電力変換器 ３９ 直流モータ（モータ） ４０ 冷却ファン ５０ 入力端子 ５１ 入力端子 ６３ 商用電源 ８６ 信号端子 ８７ 信号端子

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】本発明の一実施例の高周波加熱装置の側面断面
図および正面断面図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋谷 誠 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 竹下 志郎 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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用電源、蓄電池などより電力を受ける入
   力端子と、前記入力端子より供給される電力を高周波電
   力に変換する電力変換器と、前記電力変換器の出力によ
   り付勢されるマグネトロンと、前記電力変換器に所定の
   制御信号を供給する信号端子と、前記電力変換器とマグ
   ネトロンを冷却する冷却ファンと、これらを一つの構造
   体内部に包含するケースとを備え、前記ケースを非磁性
   金属材料により構成した高周波加熱装置。
2. 【請求項２】マグネトロンの継鉄部を磁性金属材料で構
   成し、ケースの内側に配設した請求項１記載の高周波加
   熱装置。
3. 【請求項３】ケースの所定の位置に電力変換器の出力調
   節用開口部を設けた請求項１記載の高周波加熱装置。
4. 【請求項４】入力端子および信号端子の少なくとも一方
   がケースの輪郭内に位置する構成とし、前記ケースを平
   面上に任意の方向に載置したとき前記入力端子および信
   号端子の少なくとも一方が前記平面に非接触状態となる
   構成とした請求項１記載の高周波加熱装置。
5. 【請求項５】出力調整用開口部をマイクロ波遮断が可能
   な構造とした請求項３記載の高周波加熱装置。
6. 【請求項６】電力変換器の出力により冷却ファンを駆動
   する構成とした請求項１記載の高周波加熱装置。
7. 【請求項７】電力変換器の出力を整流して得られる直流
   電力によりモータを付勢して冷却ファンを駆動する構成
   とした請求項６記載の高周波加熱装置。