JPH06243962A

JPH06243962A - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JPH06243962A
Application number: JP2873193A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Betsusou; 大介別荘; Kazuho Sakamoto; 和穂坂本; Haruo Suenaga; 治雄末永; Yuji Nakabayashi; 裕治中林; Shiro Takeshita; 志郎竹下; Yoshiaki Ishio; 嘉朗石尾; Makoto Shibuya; 誠渋谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-02-18
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は高周波加熱装置に関するのもので、
要素部品の冷却手段に直流モーターを用い、前記直流モ
ーターに安定した直流電流を供給することを目的とす
る。【構成】トランス３に低電圧巻線４を設け、この出力
を整流手段５で整流し冷却手段６に供給する直流電圧を
得る。前記半波整流からなる整流手段５が、半導体スイ
ッチング素子９が導通の状態に電力が取り出せるように
前記低電圧巻線４を構成することにより、安定した直流
出力が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は誘電加熱の原理を応用し
て食品などの誘電体を加熱する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の電源を図５を参
照して説明する。商用電源１２は整流器１１で整流し直
流電源に変換される。この直流電源は周波数変換器１に
電力の供給を行い周波数変換器１は高周波交流を出力す
る。周波数変換器１は共振回路８と半導体スイッチング
素子９とその駆動回路１０とから構成される。共振周波
数が数１０キロヘルツ以上に設定された共振回路８は半
導体スイッチング素子９に印加する電圧の波形が正弦波
状になるように作用する。共振回路８を用いることによ
り、半導体スイッチング素子９に印加する電圧と流れる
電流の波形が方形波状になるスイッチング方式に比べ、
スイッチング時に発生する損失を大幅に低減することが
できる。

【０００３】半導体スイッチング素子９に印加する電圧
Ｖ３と流れる電流Ｉ１の波形を図６（Ａ）および（Ｂ）
に示す。共振回路８により半導体スイッチング素子９に
印加する電圧は正弦波状になるので、電圧波形がゼロに
なった時点から図６（Ｃ）に示される駆動信号ＶＧを与
えることにより、半導体スイッチング素子９のスイッチ
ング時の損失（半導体スイッチング素子９の非導通から
導通にいたるまでの間に生じる電圧波形と電流波形が重
なり合う部分が損失となる。）は極めて小さくできる。
また、半導体スイッチング素子９に印加する電圧は正弦
波状で立ち上がるため、電圧波形の時間変化（すなわち
傾きｄｖ／ｄｔ）は方形波に比べ非常に小さくできる。
従って、半導体スイッチング素子９の導通から非導通に
いたる瞬間は電流波形の時間変化ｄｉ／ｄｔは非常に大
きいが電圧波形の時間変化ｄｖ／ｄｔが小さいので、こ
の瞬間に電圧波形と電流波形の重なり合う部分は方形波
状になるスイッチング方式に比べ非常に小さくできる。
このように共振回路を用いることにより半導体スイッチ
ング素子９のスイッチング時の損失を低減することがで
きる。

【０００４】半導体スイッチング素子９に与えられる駆
動信号の導通時間はマグネトロン２が発生するマイクロ
波の発生量を決定するので、食品等の加熱に必要なマイ
クロ波を供給するように調整される。たとえば、食品の
解凍を行う場合は低いマイクロ波出力である程度の時
間、加熱したほうが均一に解凍されやすい。また、食品
の温めは高いマイクロ波出力で短時間に調理する調理手
段が取られる。このように調理するものによりマイクロ
波の出力は様々に設定される。駆動信号の導通時間（図
６（Ｃ）のＴON）と非導通時間（図６（Ｃ）のＴOFF ）
との比をデューティと呼ぶ。

【０００５】半導体スイッチング素子９には共振回路８
の共振周波数に近い周波数の駆動信号が与えられる。こ
の共振周波数Ｆは共振回路８を構成するインダクタ１３
のインダクタンスＬとコンデンサ８の要領Ｃによって決
まるので｛Ｆ＝Ｋ／√（Ｌ＊Ｃ）、Ｋは定数｝共振周波
数を高くすればＬやＣの値を小さくできコンデンサ８や
インダクタ１３をより小型なものにすることができる。

【０００６】図５に戻って、周波数変換器１で発生され
た高周波交流電圧はトランス３で昇圧されマグネトロン
２を付勢する。マグネトロン２はマイクロ波を出力し、
食品等を加熱する。

【０００７】マグネトロン２や周波数変換器１は発熱を
伴うので強制冷却を行って要素部品を冷却している。そ
のため、冷却手段１５が設けられている。冷却手段１５
には商用電源１２から電力供給を受ける交流モーターが
用いられている。

【０００８】交流モーターは商用電源から電力供給を受
けるので、その回転数が定まってしまい冷却能力を高め
るにはファンを大きくしかつ、交流モーターのトルクを
高めることが必要となる。前述したように動作周波数を
高めて周波数変換器１を構成する要素部品の小型化を図
る場合、要素部品の高周波損失が増大するので、より冷
却手段の能力を高めようとすると、より大型化してしま
い電源の小型化を行おうという目的に反する事になる。

【０００９】また、半導体スイッチング素子９を駆動す
るための電源を直流低電圧供給手段１７から得ている。
数ワットの電力を発生させる直流低電圧供給手段１７は
商用電源１２を降圧し、低電圧の交流出力を整流するた
めの整流回路などから構成される。このトランスはサイ
ズが４５＊３５＊４０、重量１６０ｇ程度のもの
で回路の小型化のためには、その大きさが課題となる要
素部品である。前記した冷却手段１５の交流モーターの
代わりに直流モーターを使用することも考えられるが、
この場合直流モーターを駆動する直流電源（およそ１５
〜２０ワットの電力が必要）が必要となる。この直流電
源は前記直流低電圧供給手段１７の扱う電力の数倍の電
力を扱う必要があるので、その電源は非常に大型な物に
なることが予測される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高周波加熱装置には次のような課題があった。

【００１１】周波数変換器やマグネトロンまたはトラン
スなどの要素部品から構成される高周波加熱装置の電源
を小型化し高周波加熱装置をよりコンパクトで小型なも
のにしようとすると、第一に周波数変換器で出力される
高周波の交流出力をより高周波化しインダクタやコンデ
ンサなどの部品の小型化を図る必要があるが、この場合
半導体スイッチング素子を駆動するための電力が増加
し、直流低電圧供給手段を構成するトランスの大型化が
不可欠となり、要素部品の小型化という目的に反すると
いう課題があった。また、第二に、周波数変換器やトラ
ンスなどの要素部品を冷却する能力を高め、要素部品の
小型化を行わなければならない。要素部品の冷却能力を
高めるためには、ファンの回転数を高回転にするか、も
しくはファンを大型化し風量を増大させる手段が考えら
れる。しかしながら、従来の高周波加熱装置では冷却手
段に交流モーターを用いているため、その回転数は電源
として用いる商用電源の周波数で決定されてしまい回転
数の高回転化は不可能であった。また、ファンを大型化
する手段は電源を小型化しようとする目的に反するもの
である。

【００１２】このように従来の高周波加熱装置では半導
体スイッチング素子の駆動電力の増大による直流低電圧
供給手段の大型化をまねくことや、冷却手段の能力を高
めることができないという課題があり、電源の小型化が
実現できなかった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第一に周波数変換器の出
力を昇圧しマグネトロンを付勢するトランスから低電圧
の交流電圧を得るために低電圧巻線を設け、前記低電圧
巻線の交流低電圧出力を整流し、半導体スイッチング素
子を駆動する駆動回路や直流モーターを有する冷却手段
に直流電圧を供給する構成とする。

【００１４】第２にトランスから低電圧の交流電圧を得
るために設けられた低電圧巻線と、前記低電圧巻線の交
流低電圧出力を整流して直流モーターを有する冷却手段
または駆動回路に直流電圧を供給するための整流手段を
半波整流方式とし、半導体スイッチング素子が導通の状
態に相当する期間に前記低電圧巻線から電力を取り出す
構成とする。

【００１５】

【作用】周波数変換器やトランスなどの要素部品を冷却
する冷却手段に直流モーターを用いることにより、回転
数を高回転化することができる。すなわち、従来の交流
モーターを用いた冷却手段ではファンの回転数は毎分２
７００回転程度であったものが、直流モーターを用いる
ことにより、毎分４０００〜５０００回転程度のファン
の回転が可能となる。

【００１６】直流モーターを駆動するためには直流電圧
が必要であるが、商用電源から直流電源を得るには１０
０ボルトの商用電源を降圧するトランスとそのトランス
の出力を整流する整流器を用いて１０〜３０ボルトの電
圧を発生する手段が必要となる。しかしながら、マグネ
トロンを付勢するトランスに低電圧の交流電圧を得るた
めに低電圧巻線を設け、この低電圧出力を整流する構成
とすることにより商用電源を降圧するトランスが不要と
なる。従って、ダイオードとコンデンサからなる整流手
段を付加するだけで直流モーター用の電源を構成するこ
とができる。このように直流モーターを用いた冷却手段
とマグネトロンを付勢トランスから電力を取り出す構成
を採用することにより、簡単な構成で冷却能力を高める
こができ、要素部品の小型化が実現できる。

【００１７】前述したように、調理するものによりマイ
クロ波出力は色々な大きさに設定されるため、マグネト
ロンを付勢するトランスから低電圧の交流電圧を得るた
めに設けた低電圧巻線の出力もそれに応じて変動する。
従って、低電圧巻線の出力を整流して得られる直流電圧
も変動するので直流モーターの回転も変動してしまう。
ファンの回転が変動するとファンによって冷却されるマ
グネトロンや周波数変換器を構成する要素部品の動作中
の温度が安定しにくくなるので、要素部品の温度特性に
よってマイクロ波出力の大きさが不安定になりやすくな
り、調理のできばえが悪くなることがある。また、ファ
ンから発生する音の大きさも変動するので、調理中に音
が変動するとにより不快感を訴える人もあるのでファン
の音は一定であることがより望ましい。

【００１８】このためにはマグネトロンを付勢するトラ
ンスから低電圧の交流電圧を得るために設けた低電圧巻
線と、前記低電圧巻線の交流低電圧出力を整流するため
の整流手段を半波整流方式とし、周波数変換器の半導体
スイッチング素子導通の状態に相当する期間に前記低電
圧巻線から電力を取り出す構成とすることにより、安定
した直流電圧を出力することができるので、調理によっ
てマイクロ波出力を様々に設定しても安定した大きさの
マイクロ波を出力することができ、かつ、ファンの回転
を一定にすることができ、不快感を解消することができ
る。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の高周波加熱装置の電源構
成を示す回路図である。従来例と同様な構成要素につい
ては同じ符号を用い詳細な説明は省略する。

【００２０】図１は周波数変換器１の出力を昇圧してマ
グネトロン２を付勢するトランス３に低電圧の交流出力
を取り出すための低電圧巻線４を設けている。この低電
圧巻線４はトランス３の一次巻線であるインダクタ１３
（共振回路８のインダクタ１３はトランス３の一次巻線
を兼ねる。）の電圧を降圧するように巻数比が設定され
ているので、低電圧巻線４には低電圧の高周波交流電圧
が出力される。さらに低電圧巻線４の出力はダイオード
とコンデンサなどからなる整流手段５で、整流かつ平滑
され直流電圧に変換される。この直流電圧は、周波数変
換器１やマグネトロン２やトランス３を冷却するための
冷却手段６に用いられるモーター７を駆動するととも
に、駆動回路１０にも電力供給を行う。従って、従来例
のように商用電源を降圧して低電圧の交流出力を得るた
めに用いていた、大きさが４５＊３５＊４０、重
さが１６０ｇ程度のトランスが不要となるので従来の直
流低電圧供給手段に比べ、その構成要素の簡略化と小型
化が図れる。また、低電圧巻線４の出力電圧は高周波交
流電圧であるので、この電圧を整流し平滑するためのコ
ンデンサの容量も従来の方式のように商用周波数を整流
し平滑するコンデンサの容量に比べ大幅に小容量化が図
れるので整流手段の構成要素の簡略化と小型化が図れ
る。

【００２１】このような構成とすることにより簡単な構
成で低電圧の直流電圧をつくりだすことができ、直流モ
ーターの駆動が可能となり、前述したようにモーターの
回転数を大幅にアップでき冷却手段の能力を高められ要
素部品の小型化が実現できる。図１はマグネトロン２を
付勢するトランス３に低電圧の交流出力を取り出すため
に設けた低電圧巻線４の低電圧交流出力をダイオードと
コンデンサを用いた半波整流からなる整流手段５で整流
し直流電圧を得ているのを示す。前記直流電圧は冷却手
段６の直流モーター７を駆動させる。さらに、半波整流
からなる整流手段５は周波数変換器１の半導体スイッチ
ング素子９が導通している状態に相当する間に低電圧巻
線４から電力を取り出す構成としている。

【００２２】以下、くわしく述べる。各素子に印加する
電圧および流れる電流の向きを図１に示す記号のように
定める。商用電源１２は整流器１１で整流され、かつコ
ンデンサにより平滑されるので電圧Ｖ４は図２（Ａ）に
示すような直流電圧Ｅ０となる。またトランス３の一次
巻線には共振回路８の作用により、図２（Ｂ）に示すよ
うな電圧Ｖ１が印加する。これと位相を合わせて、半導
体スイッチング素子１０に印加する電圧Ｖ３と流れる電
流Ｉ１は図２（Ｃ）、（Ｄ）に示すようになる。半導体
スイッチング素子１０に印加する電圧Ｖ３は正弦波状に
なり、前述したように半導体スイッチング素子１０は電
圧ゼロでスイッチングすることにより、スイッチング損
失を改善している。低圧巻線４には図２（Ｅ）に示すよ
うな一次巻線の電圧Ｖ１を降圧した電圧Ｖ２が発生す
る。電圧Ｖ４と電圧Ｖ１がこのような関係になるように
一次巻線の巻方向に対して低電圧巻線４の巻方向を選ん
だ場合を順方向の巻方と呼ぶことにする。

【００２３】このように低電圧巻線４を順方向の巻方に
選べば周波数変換器１の出力を調整しマグネトロン２の
マイクロ波出力を任意に可変する必要のある調理におい
ても冷却手段６には安定した出力を供給することがで
き、直流モーター７の回転をほぼ一定に保つ事ができる
ようになる。

【００２４】マグネトロン２のマイクロ波出力を調整す
るには、図１に示される周波数変換器１の出力を調整す
ればよく、このためには、駆動回路１０から周波数変換
器１の半導体スイッチング素子９に与える駆動信号のデ
ューティを調整すればよい。すなわち、駆動信号のデュ
ーティを大とすればマイクロ波出力は強となる。図３の
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のそれぞれの波形は、マイクロ
波出力が強の状態での半導体スイッチング素子９の印加
電圧Ｖ３、トランス３の一次巻線の電圧Ｖ１、低電圧巻
線４の発生電圧Ｖ２を示している。また、図３（Ｄ）、
（Ｅ）、（Ｆ）の波形はそれぞれ、マイクロ波出力が弱
の状態での同様な箇所の波形を示している。

【００２５】マイクロ波出力が強の場合の方が、弱に比
べて半導体スイッチング素子９が導通している期間であ
るＴON1 がＴON1 ＞ＴON2 となり、各電圧波形のピーク
値もマイクロ波出力が強の場合の方が弱に比べて大とな
る。例えば、Ｅ１＞Ｅ２、Ｅ１’＞Ｅ２’となる。しか
しながら、同図（Ｂ）のＥ０と（Ｃ）のＥ３に示される
電圧の大きさはマイクロ波出力の強弱にかかわらずほと
んど大きさが一定であり、Ｅ０≒Ｅ０’、Ｅ３≒Ｅ３’
となる。但し、Ｅ０、Ｅ３が発生する時間ＴON1 とＥ
０’、Ｅ３’が発生する期間ＴON2 はＴON1 ＞ＴON2 と
なる。

【００２６】いま、低電圧巻線４は前述したように順方
向に巻かれているため、半波整流回路からなる整流手段
５は、低電圧巻線出力Ｖ２の電圧Ｅ３’を取り出し平滑
する構成となる。この様子を図４に示す。整流手段５の
ダイオードで図４（Ａ）に示す電圧Ｅ３を取り出し、こ
の電圧Ｅ３によりコンデンサを充電する。この充電電流
を示したものが、図４（Ｂ）に示される電流Ｉ２であ
る。図４（Ｃ）、（Ｄ）はマイクロ波出力が弱に相当す
る場合の同様な箇所の電圧および電流である。マイクロ
波出力が弱になると、コンデンサに充電する電圧Ｅ３が
発生する時間ＴON2 はマイクロ波出力が強の場合の時間
ＴON1 に比べ、ＴON2 ＜ＴON1 となるが、このＴON2 の
時間であっても充分にコンデンサを充電することができ
る。従って、整流手段５の出力電圧はマイクロ波出力の
強弱にかかわらず、ほぼ一定にできるので、整流手段５
の出力により駆動される直流モーター７を含む冷却手段
６は一定の能力でマグネトロンや周波数変換器の冷却を
行うことができる。もしも、低電圧巻線４を順方向でな
い方向に設けると、整流手段５は図４（Ａ）に示される
Ｅ１の電圧を取り出しコンデンサを充電することにな
る。電圧Ｅ１は、それが発生する期間ＴOFF2がＴON1 に
比べて短く、また、電圧Ｅ１の大きさは、マイクロ波出
力を弱にしたとき図４（Ｃ）に示されるようにＥ２とい
う電圧（Ｅ１＞Ｅ２）となり、その電圧値が変動する。
このため、この電圧Ｅ１でコンデンサを充電する場合は
十分な充電電流を供給できても、電圧がＥ２のように小
さくなると十分な充電電流を流すことができず、出力の
直流電圧が低下してしまう。このためマイクロ波出力の
強弱によりファンの回転が変動して冷却手段６の冷却能
力も変動してしまうので、このような方式で直流モータ
ーや駆動回路に電力供給する場合は低電圧巻線４を順方
向になるように構成し、かつ、低電圧巻線４の出力を半
波整流回路からなる整流手段で整流し直流電圧を得る手
段とするほうが好ましい。

【００２７】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、第
一に周波数変換器の出力を昇圧するトランスから低電圧
の交流電圧を得るために低電圧巻線を設け、前記低電圧
巻線の出力を整流手段により整流し直流電圧を得て、駆
動回路または冷却手段に電力供給する構成とすることに
より簡単な構成で直流モーターや駆動回路に電力供給を
行う直流電圧を得ることができるので、周波数変換機を
構成する要素部品の簡略化と小型化が図れる。

【００２８】第二に、前記整流手段を半波整流方式とし
前記周波数変換機の半導体スイッチング素子が導通の状
態に相当する期間に前記低電圧巻線から電力を取り出
し、前記駆動回路または前記冷却手段に直流電圧を供給
する構成とすることにより、マイクロ波出力を可変して
も整流手段からほぼ一定の出力を得ることができるので
マグネトロンや周波数変換器に安定した冷却を行うこと
ができ、要素部品の定格温度内での使用を確実に補償で
きる。また、動作中高周波加熱装置から発生するファン
からの音も一定に保てるので人に不快感を与えることも
なく信頼性、安全性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の高周波加熱装置の電源構成
を示す回路図

【図２】周波数変換器やトランスなどの要素部品に印加
する電圧あるいは流れる電流を示す波形図

【図３】マイクロ波出力が強および弱の場合の周波数変
換器やトランスなどの要素部品に印加する電圧、あるい
は流れる電流を示す波形図

【図４】マイクロ波出力が強および弱の場合の整流手段
の印加電圧、あるいは流れる電流を示す波形図

【図５】従来の高周波加熱装置の電源構成を示す回路図

【図６】従来の高周波加熱装置の電源を構成する要素部
品に印加する電圧あるいは流れる電流を示す波形図

【符号の説明】

１周波数変化器２マグネトロン３トランス４低電圧巻線５整流手段６冷却手段８共振回路９半導体スイッチング素子１０駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中林裕治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 (72)発明者石尾嘉朗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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子に印加する電圧波形を正弦
波状にする共振回路と、前記半導体スイッチング素子を
駆動する駆動回路と、前記直流電源を高周波電源に変換
する周波数変換器と、前記周波数変換器の出力を昇圧す
るトランスと前記トランスによって付勢されるマグネト
ロンと、直流モーターを有する冷却手段と、前記トラン
スから低電圧の交流電圧を得るために設けられた低電圧
巻線と、前記低電圧巻線の出力を整流する整流手段とを
備え、前記整流手段により前記駆動回路または前記冷却
手段の少なくとも一方に直流電圧を供給する構成とした
高周波加熱装置。
【請求項２】直流電源と、半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子に印加する電圧波形を正弦
波状にする共振回路と、前記半導体スイッチング素子を
駆動する駆動回路と、前記直流電源を高周波電源に変換
する周波数変換器と、前記周波数変換器の出力を昇圧す
るトランスと前記トランスによって付勢されるマグネト
ロンと、直流モーターを有する冷却手段と、前記トラン
スから低電圧の交流電圧を得るために設けられた低電圧
巻線と、前記低電圧巻線の出力を整流する整流手段とを
備え、前記整流手段を半波整流方式とし、前記半導体ス
イッチング素子が導通の状態に相当する期間に前記低電
圧巻線から電力を取り出し、前記冷却手段に直流電圧を
供給する構成とした高周波加熱装置。