JPH07106062A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波加熱装置の高周波ノイズに関するもの
で、ノイズフィルターの構成部品を冷却することにより
低減レベルの安定化とその確保を得ることを目的とす
る。 【構成】 インバータプリント基板２７を取り付ける保
持部Ａ２８と、ノイズフィルター基板３１を取り付ける
保持部Ｂ３２と、冷却ファン１２を取り付ける固定部３
３と、この冷却ファン１２を囲むオリフィス３４とを有
するファンガイド３５が一体に成型された電源ブロック
２４の保持部Ｂ３２に取り付けたノイズフィルター基板
３１を、冷却ファン１２の送風通路３６に配する構成と
したため、ノイズフィルター基板３１雰囲気が冷却さ
れ、ノイズ低減レベルの安定化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子レンジ等のインバ
ータ応用機器に関し、マイクロ波を利用して食品や触媒
などの誘電体の加熱を行なうマグネトロンなどの冷却を
必要とする発熱体を有する高周波加熱装置のノイズフィ
ルターの取付け構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子レンジに代表されるこの種の
高周波加熱装置の高周波エネルギー発生システムは、マ
グネトロンとこれを駆動する電源装置とにより構成され
ており、長い間、永久磁石型マグネトロンと鉄共振型電
源トランスとが実用に供されてきた。近年、半導体技術
の進歩により鉄共振型トランスに替わって、スイッチン
グ素子を使ったインバータ電源が実用化され、高周波加
熱装置の高機能化、小型・軽量化、及び低コスト化が進
められている。すなわち、インバータ電源を用いること
によりマイクロ波出力の連続的な比例制御が可能とな
り、しかも高圧トランスの小型・軽量化が実現されるの
で、高周波加熱装置は高い制御性による高度な加熱機能
の実現と、コンパクト化・軽量化、および低コスト化が
容易に行えるようになってきた。しかし一方、インバー
タ電源のスイッチング動作に伴うスイッチング周波数の
高調波ノイズが電源端子間に発生するため、他の家庭用
機器、特に情報機器への影響が大きくなり、従来以上に
ノイズフィルターの重要性が注目されるようになってき
ている。

【０００３】従来のこの種の高周波加熱装置は、図６に
示すように、本体１に、マグネトロン２と、電源ブロッ
ク３が固定されている。電源ブロック３は半導体スイッ
チング素子４や高圧トランス５などの電気要素部品を有
したインバータプリント基板６を取り付ける保持部Ａ７
と、インダクタ８やコンデンサー９を有したノイズフィ
ルター基板１０を取り付ける保持部Ｂ１１、冷却ファン
１２を取り付ける固定部（図示せず）と、この冷却ファ
ン１２を囲むオリフィス（図示せず）とを有するファン
ガイド１３で構成されている。また保持部Ａ７と保持部
Ｂ１１はファンガイド１３で分離され、保持部Ａ７に取
付けられたインバータプリント基板６は、マグネトロン
２と共にファンガイド１３内に設けた冷却ファン１２の
送風通路１４に位置し、保持部Ｂ１１のノイズフィルタ
ー基板１０はファンガイド１３外で電源配線の都合上、
本体１の後側に設けられている。図７は、以上のように
構成されたインバータプリント基板６上の回路構成であ
る。商用電源１５はノイズフィルター回路１６を通り整
流器１７で整流され直流電圧に変換される。この直流電
圧は、フィルタ回路１８を介して共振回路１９と、半導
体スイッチング素子４に印加され、制御回路２０の信号
により半導体スイッチング素子４は２０〜３０ｋＨｚの
周波数でスイッチングし、共振回路１９とともに高周波
交流を作り出す。共振回路１９を構成するインダクタ２
１は高圧トランス５の一次巻線を兼ねているので、イン
ダクタ２１に発生した高周波交流は高圧トランス５で高
電圧に昇圧される。また高圧トランス５で昇圧された高
電圧は、高圧整流回路２２で直流高電圧に整流されマグ
ネトロン２のアノードとカソード間に印加される。高圧
トランス５にはもう一つの巻線２３が設けられており、
この巻線２３はマグネトロン２のカソードに電力供給を
行なっている。マグネトロン２は、カソードに電力供給
を受けカソード温度が上昇し、かつアノードとカソード
間に高電圧が印加されると発振しマイクロ波を発生し、
本体１オーブン内の食品などの被加熱物に照射され誘電
加熱を行うものである。このようにインバータプリント
基板６上に配設された半導体スイッチング素子４や高圧
トランス５などの電気要素部品は、高出力の電力を扱う
ためかなり大きな熱損失を伴うこととなる。そのため、
マグネトロン２とインバータプリント基板６を中心に冷
却構成が決定されている。一方、ノイズフィルター回路
１６は半導体スイッチング素子４のスイッチング動作に
伴うスイッチング周波数の高調波成分が商用電源１５側
へ伝達するレベルを低減するために設けられ、現在は５
２６.５ｋＨｚ以上〜３０ＭＨｚの周波数領域が規制対
象として規格化されている。またノイズフィルター回路
１６による減衰量は、周波数とインダクタ８の積に比例
し、インダクタ８の巻線間の寄生容量が無視できる周波
数では周波数が高くなるほど、またインダクタ８が大き
くなるほど大きくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、取付け寸法や電源配線などの設計上の制
約で保持部Ｂ１１は本体１の後側への設置が最適で、結
果的に冷却用空気がほとんど流れない場所に設けられて
いる。逆にマグネトロン２等のを冷却後の高温の風やヒ
ータ使用時の輻射による影響を受ける。しかし、現状で
はスイッチング周波数が３０ｋＨｚ程度であり、ノイズ
規制値も５２６.５ｋＨｚ以上と高く、冷却の有無によ
る影響が小さく特に問題にならなかった。しかし、今後
ノイズ規制値が１５０ｋＨｚと低周波数化する方向にあ
り、またインバータ電源自体も小型化や低コストを狙っ
て動作周波数をアップする傾向にあり、そのため高調波
ピークのレベルがまだ減衰しきれない第３高調波成分ぐ
らいから規制周波数帯域に入ることになる。さらに図８
に示すように、ノイズフィルター回路１６を構成するイ
ンダクタ８やコンデンサー９の定数で決まる減衰レベル
が、動作開始時（温度上昇がない状態）は目標通り設定
されていても、一定時間経過後（温度上昇後）急に変化
し、余裕のない高周波ノイズのピークで目標達成ができ
なくなるといった問題点があった。これは図９に示すよ
うに、各部品の温度特性によるものと思われ、特にイン
ダクタ８を構成するコアの温度に対する飽和磁束密度の
変化によるものであることが分かってきた。

【０００５】また、従来の技術で上記課題を解決するた
めに、インダクタ８やコンデンサー９の容量を大きくし
低減レベルに余裕を持たせ、低減レベルの変化を吸収す
る方法は、部品サイズが大きくなり特にコストが大幅に
アップし、また漏洩電流が大きくなるなどの問題点を有
している。

【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、第１の目的は電源ブロックの保持部Ｂに設けたノイ
ズフィルター基板を、冷却ファン上流側の送風通路を有
効に活用し、送風通路抵抗にならないように設け、また
第２の目的は冷却ファン下流側のファンガイドに切欠部
を設けノイズフィルター基板へ冷却流れを導く構成と
し、さらに第３の目的は保持部Ｂに複数の開孔部を設け
冷却ファン上流側と下流側を短絡し、冷却前の再循環流
れを導く構成とししたもので、ノイズフィルターの信頼
性と性能の安定性の向上を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の高周波加熱装置は、第１は半導体スイッチン
グ素子および高圧トランスなどの電気要素部品を有する
インバータプリント基板を保持する保持部Ａと、インダ
クタやコンデンサーを有するノイズフィルター基板を保
持する保持部Ｂと、上流側に冷却ファンを固定する固定
部を有し冷却ファンを囲むオリフィスとを有するファン
ガイドを備え、これらを一体成型した電源ブロックのノ
イズフィルター基板を、冷却ファンの送風通路に配した
ものである。

【０００８】また第２の発明は、半導体スイッチング素
子および高圧トランスなどの電気要素部品を有するイン
バータプリント基板を保持する保持部Ａと、インダクタ
やコンデンサーを有するノイズフィルター基板を保持す
る保持部Ｂと、上流側に冷却ファンを固定する固定部を
有し冷却ファンを囲むオリフィスとを有するファンガイ
ドを備え、これらを一体成型した電源ブロックの保持部
Ｂに設けたファンガイドに、前記ノイズフィルター基板
側に開口した切欠部を設けたものである。

【０００９】さらに第３の発明は、半導体スイッチング
素子および高圧トランスなどの電気要素部品を有するイ
ンバータプリント基板を保持する保持部Ａと、インダク
タやコンデンサーを有するノイズフィルター基板を保持
する保持部Ｂと、上流側に冷却ファンを固定する固定部
を有し冷却ファンを囲むオリフィスとを有するファンガ
イドを備え、これらを一体成型した電源ブロックの保持
部Ｂに複数の開孔部を設け、ノイズフィルター基板を開
孔部に対し垂直に取り付けたものである。

【００１０】

【作用】本発明は上記した構成によって、インバータ回
路によって発生したノイズが給電線を伝達して外部に漏
れないように設けたノイズフィルターのインダクタが、
インダクタ自身に流れる電流のために自己発熱し、イン
ダクタを構成しているコアの温度が上昇する。その結
果、コアの飽和磁束密度が減少しコアの飽和が生じ、ノ
イズフィルターとしての性能が低下する。しかし、この
とき冷却ファンが駆動されると、送風通路に配置された
ノイズフィルター基板に冷却用空気の一部が流れ、ノイ
ズフィルター基板雰囲気を冷却しインダクタの温度上昇
が抑制されコアの飽和を防止する。そのため性能の低下
を防ぐことができる。

【００１１】また第２の発明は、ファンガイドに設けた
切欠部より吹き出される一部の冷却用空気が、ノイズフ
ィルター基板雰囲気に流れ同様にインダクタの温度上昇
を抑制しながら外部へ排出される。

【００１２】さらに第３の発明は冷却ファンの上流側と
下流側を、保持部Ｂに設けた開孔部で連通することによ
り、ファンガイド端部とマグネトロンとの隙間から冷却
用空気の一部が冷却ファンの吸引力により開孔部に垂直
に設けたノイズフィルター基板雰囲気を冷却する再循環
流れを形成するものである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面にもとづ
いて説明する。

【００１４】図１は、高周波加熱装置の電源ブロック２
４を取付けた状態を示すもので、従来例と同じ部品には
同じ番号を付している。電源ブロック２４の基本配置は
従来例と同様で、半導体スイッチング素子２５や高圧ト
ランス２６などの電気要素部品を有するインバータプリ
ント基板２７を取り付ける保持部Ａ２８と、インダクタ
２９や複数のコンデンサー３０等を有するノイズフィル
ター基板３１を取り付けた保持部Ｂ３２と、冷却ファン
１２を取り付ける固定部３３と、この冷却ファン１２を
囲むオリフィス３４とを有するファンガイド３５を備
え、これらが一体に成型されている。また本実施例で
は、図２に示すように保持部Ｂ３２はインダクタ２９や
コンデンサー３０など冷却を必要とする部品を送風通路
３６側に臨ませ、商用電源１５やノイズフィルター回路
１６出口との接続端子３７、３８は従来通り上から差し
込みができるよう、電源ブロック２４の端面に開口部３
９を設け、その開口部３９に電源ブロック２４端面を兼
ねるようノイズフィルター基板３１を取付け、接続端子
３７、３８を設けたプリント基板４０と電気的に接続し
ている。

【００１５】上記構成において、装置を動作させるとイ
ンバータ電源のスイッチング動作によって発生するノイ
ズは、そのスイッチング周波数の整数倍の周波数が発生
し、電源コードを伝わり商用電源１５へ影響を及ぼす。
しかし、電源コードの途中に直列にインダクタ２９また
対地間へコンデンサー３０をいれたノイズフィルター回
路１６を入れることによって、ローパスフィルターが構
成され、インバータ電源の発生する高周波ノイズが商用
電源１５側へ伝わるのを防止する。その際、インダクタ
２９に電流が流れ、巻線の発熱及びコアのヒステリシス
損による発熱によってコアの温度が上昇する。コアの温
度が上昇すると飽和最大磁束密度が低下し、インダクタ
２９に流れている電流によって作られる磁束がこの飽和
最大磁束密度を越えるとコアの飽和が起こり、インダク
タ２９は極端に小さな値となる。その結果ローパスフィ
ルターの減衰量が小さくなりノイズフィルター回路１６
としての機能を果たさなくなる。しかし一方、装置を動
作させると図１に示すように冷却ファン１２も始動し、
本体１下部の底板４１に設けられた吸気孔４２より冷却
用空気（図中実線矢印で示す）が電源ブロック２４内へ
吸い込まれ、吸気孔４２と冷却ファン１２の間の送風通
路３６に位置するノイズフィルター基板３１のインダク
タ２９やコンデンサー３０等を冷却し、インダクタ２９
の温度上昇を抑制し、コアの飽和を防止している。また
ノイズフィルター基板３１冷却後の冷却用空気はオリフ
ィス３４で昇圧され、以後はファンガイド３５に沿って
半導体スイッチング素子２５や高圧トランス２６、マグ
ネトロン２等を冷却して、本体１の後側の裏板４３等に
設けた排気孔４４より外部へ放出される。

【００１６】また図３に示される実施例では、保持部Ｂ
３２に従来のように取り付けたノイズフィルター基板３
１に対し、ファンガイド３５の一部に切欠部４５が設け
てある。この実施例では、冷却ファン１２の回転方向に
一致させ、冷却用空気の旋回流の一部だけをノイズフィ
ルター基板３１雰囲気へ導き冷却するため、他の部品へ
の影響も少なく、加工上のコストアップもない。

【００１７】さらに図４は、保持部Ｂ３２に複数の開孔
部４６を設け、ノイズフィルター基板３１を開孔部４６
に対し垂直に取り付けている。この結果、冷却ファン１
２の上流側と下流側を連通することになり、ファンガイ
ド３５端部から冷却用空気の一部が冷却ファン１２上流
側の負圧側へ開孔部４６を通って戻る流れができ、その
流れ場にノイズフィルター基板３１を抵抗にならないよ
うに位置させることになり、上記実施例同様の効果を有
するものである。また図５に示すように、ノイズフィル
ター基板３１の特にインダクタ２９取付部周囲にも、複
数の冷却孔４７を設けることによりノイズフィルター基
板３１を垂直に設けた場合と同等の効果を得ることがで
きる。

【００１８】

【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。

【００１９】電源ブロックを構成するファンガイド及び
保持部Ｂの構成を、一つはノイズフィルター基板の部品
が冷却ファンの送風通路に位置するようにし、また一つ
はファンガイドのノイズフィルター基板側に切欠部を設
け、さらにもう一つは保持部Ｂに複数の開孔部を設け開
孔部に対してノイズフィルター基板が垂直になるよう設
けたため、ノイズフィルター基板の雰囲気が、送風通路
を流れる冷却用空気の一部により効率よく冷却され、そ
の結果インダクタのインバータ動作時に伴う自己発熱に
よる温度上昇やマグネトロン等の冷却後の排気の影響が
抑制され、長時間運転でも部品の熱的な信頼性と動作安
定性が確保でき、新ノイズ規制値に対して第３高調波レ
ベルでも部品容量を大きくすることなく目標を達成する
ことができる。また、それぞれの構成が本来の冷却部品
に対して、圧損も変わらないため従来と同等の冷却性能
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における高周波加熱装置
の断面図

【図２】同電源ブロックの斜視図

【図３】本発明の他の実施例における電源ブロックの斜
視図

【図４】本発明の他の実施例における高周波加熱装置の
断面図

【図５】同他の実施例における電源ブロックの斜視図

【図６】従来の高周波加熱装置の斜視図

【図７】同インバータ電源装置の回路構成を示した回路
図

【図８】冷却有無によるノイズフィルター特性の差を示
す図

【図９】インダクタコアの温度特性図

【符号の説明】

１２ 冷却ファン ２４ 電源ブロック ２５ 半導体スイッチング素子 ２６ 高圧トランス ２７ インバータプリント基板 ２８ 保持部Ａ ２９ インダクタ ３０ コンデンサー ３１ ノイズフィルター基板 ３２ 保持部Ｂ ３３ 固定部 ３４ オリフィス ３５ ファンガイド ３６ 送風通路 ４５ 切欠部 ４６ 開孔部 ４７ 冷却孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 和穂 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 松倉 豊継 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 末永 治雄 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 (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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体スイッチング素子および高圧トラン
   スなどの電気要素部品を有するインバータプリント基板
   を保持する保持部Ａと、インダクタやコンデンサーを有
   するノイズフィルター基板を保持する保持部Ｂと、上流
   側に冷却ファンを固定する固定部を有し前記冷却ファン
   を囲むオリフィスとを有するファンガイドを備え、これ
   らを一体成型した電源ブロックの前記ノイズフィルター
   基板を、前記冷却ファンの送風通路に配した高周波加熱
   装置。
2. 【請求項２】半導体スイッチング素子および高圧トラン
   スなどの電気要素部品を有するインバータプリント基板
   を保持する保持部Ａと、インダクタやコンデンサーを有
   するノイズフィルター基板を保持する保持部Ｂと、上流
   側に冷却ファンを固定する固定部を有し前記冷却ファン
   を囲むオリフィスとを有するファンガイドを備え、これ
   らを一体成型した電源ブロックの前記ファンガイドに、
   前記ノイズフィルター基板側に開口した切欠部を設けた
   高周波加熱装置。
3. 【請求項３】半導体スイッチング素子および高圧トラン
   スなどの電気要素部品を有するインバータプリント基板
   を保持する保持部Ａと、インダクタやコンデンサーを有
   するノイズフィルター基板を保持する保持部Ｂと、上流
   側に冷却ファンを固定する固定部を有し前記冷却ファン
   を囲むオリフィスとを有するファンガイドを備え、これ
   らを一体成型した電源ブロックの前記保持部Ｂに複数の
   開孔部を設け、前記ノイズフィルター基板を前記開孔部
   に対し垂直に取り付けた高周波加熱装置。
4. 【請求項４】ノイズフィルター基板のインダクタ取付け
   部に複数の冷却孔を設けた請求項３記載の高周波加熱装
   置。