JPS5914235B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は周波数変換器を用いて商用電源を高層５ 波電
力に変換した後、昇圧してマグネトロンを駆動するよう
構成した高周波加熱装置における電源装置の改良に関す
るものである。

従来、高周波加熱装置の電源装置を小型軽量化、低コス
ト化し、かつ電波出力レベルの自由な制御１０を可能に
する目的でチョッパー、インバータ等の静止電力変換器
を用いた電源装置が提供されている。

以下その構成を第１図にもとづいて説明する。図におい
て、１、１’は商用電源端子、２は整流器で、コンデン
サ３と共に単方向電源を構成して１５いる。４はチョー
クコイル、５は昇圧トランスで、その１次巻線は転流コ
ンデンサ６と直列共振回路を構成している。

７はサイリスタ、８はサイリスタＴに逆並列に接続した
ダイオードで、これらにより周波数変換器を構成してい
る。

２０今、制御回路９によりサイリスタＴにゲートパルス
が供給されると、前記直列インバータ（周数変換器）は
サイリスタＴのトリガ周波数に等しい周波数で動作し、
昇圧トランス５のｌ次巻線には高周波（例えば２０〜２
５ＫＨｚ）の電力が発生す２５る。

従つて昇圧トランス５の２次巻線に接続されたダイオー
ド１０ａ、１０ｂ、コンデンサＩｌａ。Ｉｌｂより成る
整流手段を介して、マグネトロン１２には高圧単方向電
力が供給される。またマグネトロン１２のカソードはヒ
ータトランス１３を“ 介して加熱される。このためマ
グネトロン１２は発振し、電波出力が得られる。なお１
４ａ、１４ｂはチョークコイル、１５ａ、１５ｂはコン
デンサであつて、マグネトロン１２の不要輻射を防止す
るためのフィルタであり、一般にはこれらを含め３５た
Ｍがマグネトロンとして扱われる。このように構成する
ことにより昇圧トランス５は、高周波（例えば２０〜２
５ＫＨｚ）の交流を昇圧するから商用周波数の電力を直
接昇圧するに比べ、極めて小さな鉄心でよく、したがつ
て、電源装置全体も小型化、軽量化され、かつ、サイリ
スタ７のトリガ周波数のみを変化するだけで、マグネト
ロン１２の出力を自由に制御できる。しかしながら、マ
グネトロン１２のカソード加熱用ヒータトランス１３は
、商用電力を低圧電力に変換するものであるため、比較
的重く、昇圧トランス５と同程度の重量となる上に、高
耐圧性能が要求される。

したがつて、単にマグネトロン１２のカソード加熱の目
的のみのためにヒータトランス１３を用いることは、高
周波加熱装置の電源装置を重量化高コスト化することに
なり、周波数変換装置を用ぃて得られる効果が半減して
しまうこととなる。

本発明は、このような点にかんがみてなされたものであ
つて、第２図はその一実施例を示すものである。なお上
記従来の構成と同一部分は同一符号を使用し説明を省略
する。図において、１６は昇圧トランスであつて、第２
の低圧２次巻線Ｗ３を有しており、マグネトロン１２の
カソードに加熱電力を供給する。

１７はインダクタであつて、低圧２次巻線Ｗ３よりマグ
ナトロン１２のカソードに供給される電流を制限するた
めのものである。

ここで、インダクタ１７の効果について、第４図、第５
図を参照して説明する。

周知の如く直列インバータの出力電圧。（すなわち、第
２図の昇圧トランス１６の１次巻線Ｗ１の端子電圧）は
、インバータの動作周波数Ｆ。を高くしていくと大きく
なる。まず第２図の実施例において、インダクタ１７を
除いた時の動作を説明する。サイリスタ７のトリガ周波
数を変化し、インバータの動作周波数Ｆ。を変化させる
と、ＦＯに応じて昇圧トランス１６の１次巻線Ｗ１の端
子電圧Ｖｗ．ｌが変化し、このため、２次巻線Ｗ２，Ｗ
３の端子電圧Ｖｗ２，Ｖｗ３もＦ。に応じて変化する。
一方ｒマグネトロンＭの電圧一電流特性はよく知られて
いるように極めて非線形であり、アノード・カソード間
電圧がある電圧レベルＶ＋ｈ（例えば３Ｋ）に達するま
で発振せず、かつ、一度Ｖ＋ｈ以上になつて発振すると
わずかの電圧変化（例えば、３Ｋ）から３．３ＫＶ間の
変化）で、その電波出力Ｐ。

が大きく変化する。したがつて、昇圧トランス１６の２
次巻線Ｗ２の端子電圧Ｖｗ２のわずかの変化でマグネト
ロンＭの電波出力Ｐ。

は、０〜１００％の変化を生じる。また、マグネトロン
Ｍのカソードヒータは、ほとんど抵抗体と考えてよく線
形な負荷であるのでその端子電圧Ｖｋの２乗に比例した
電力ＰＨが供給される。

カソードの端子電圧Ｖｋを２次巻線Ｗ３の端子電圧Ｖｗ
３をカソードとチヨークコイル１４ａ，１４ｂとで分圧
したものとなるが、チヨークコイル１４ａ，１４ｂはイ
ンダクタンス成分であり、一方カソードは、抵抗成分で
あるので周波数によつてチヨークコイル１４ａ，１４ｂ
のインピーダンス変化が生じ、結果としてその分圧比が
変化する。すなわら、２次巻線Ｗ３の端子電圧Ｖｗ３の
周波数が変化するとカソード端子電圧Ｖｋｆ：）Ｖｗ３
に対する比Ｖｋ／Ｖｗ．３が変化し、Ｖｗ．３の周波数
が高くなるほどＶｋ／Ｖｗ３の値が小さくなる。

このように、チヨークコイル１４ａ．１４ｂはローパス
フイルタの作用をはたすので、インバータの動作周波数
Ｆ。が高くなつて２次巻線Ｗ３の端子電圧Ｖｗ３が大き
くなつた場合、マグネトロンのカソード端子電圧Ｖｋが
比例して増大することが抑制されるのである。以上に述
べたように、マグネトロンの電圧一電流特性の非線形性
と、チヨークコイル１４ａ，１４ｂのローパスフイルタ
作用とにより、インバータの動作周波数Ｆ。

を変化した時のマグネトロンＭの電波出力Ｐ。とカソー
ドヒータに供給されるヒータ電力ＰＨとは、第４図に示
すような関係となる。第４図に示すようにインバータの
動作周波数ＦＯを変化してマグネトロン電波出力Ｐ。

を最大値（１００％）からｌ／５程度まで変化させても
、ヒータ電力ＰＨは、最大値（１００％）から約３０％
程度の減少を示すのみである。従つて、昇圧トランス１
６のｌ次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２，Ｗ３の比、および、
チヨークコイル１４ａ．１４ｂのインダクタンスの値を
適当に選ぶことによりインバータの動作周波数Ｆ。を変
えてマグネトロンの電波出力Ｐ。を任意に調節するよう
にしてもヒータ電力ＰＨがあまり大きく変化せず、この
ためヒータ電力ＰＨの過不足により生じるカソードのエ
ミッシヨン不足によるモーテイングや焼損を生じること
なく電波出力を任意に調節することができる高周波加熱
装置とすることができる。しかしながら、チヨークコイ
ル１４ａ，１４ｂは、マグネトロンＭに内蔵され、マグ
ネトロンＭからの不要輻射等を抑制する目的のものであ
るので自由にそのインダクタンスの値を調節することが
困難であつた。

インダクタ１７は、このような不都合を解消することを
目的として挿入されたものであり、前述したように、そ
のインダクタンスの値を適当に選び、インバータの動作
周波数Ｆ。

を変化してマグネトロン出力Ｐ。を変化しても、ヒータ
電力ＰＨはあまり変化しないようにすることができる。
さらにまた、インダクタ１７は、次のような不都合をも
解消することができる。一般に、第２図に示すような直
列インバータにより、最大電波出力５００〜６００Ｗの
マグネトロンＭを２０ＫＨｚ〜２５ＫＨｚの高周波で駆
動するよう構成すると、昇圧トランス１６のｌ次巻線の
インダクタンス値が、数十μＨとなり、このため、昇圧
トランス１６の鉄心材料にもよるが、一般にｌ次巻線Ｗ
１の巻数は１０〜２０ターン程度となる。

一方、マグネトロンのカソードヒータのインピーダンス
は非常に小さく０．３ｔ程度でありこのため２次巻線Ｗ
３の巻数は１次巻線Ｗ１の巻数の数分のｌとすることが
必要である。従つて、２次巻線Ｗ３の巻数は数ターン以
下とならざるを得ないわけであり、このことは１ターン
の巻数の増減により、ヒータ電力ＰＨが大きく変化する
ことを意味している。この結果第５図に示すような不都
合が生じる。

第５図は、第４図と同様に、インバータの動作周波数Ｆ
。を変化した時のマグネトロン電波出力ＰＯとヒータ電
力ＰＨとの関係を示すものである。マグネトロンのカソ
ード渦度は、正常な発振を保証するために一定の渦度範
囲内に維持されることが必要であり、従つて、ヒータ電
力ＰＨは最大許容値Ｐ１と最小許容値Ｐ２との間に保た
れることが必要である。しかしながら、マグネトロンの
カソード抵抗の大きさや直列インバータの構成により、
第５図のＰＯとＰＨの関係が、同図Ａのようにならざる
を得ない場合が生じ、Ｐ１≧ＰＨ≧Ｐ２を満たすことが
できるＰ。

の調節範囲が著しくせまくなつてしまう。そこで２次巻
線Ｗ３をｌターン増加すると、前述した理由により、今
度は第５図ＢのようなＰ。−ＰＨの関係となつてしまい
、やはりＰ１≧ＰＨ≧Ｐ２を満たすＰ。の調節可能範囲
が著しくせまくなつてしまうのである。インダクタ１７
は、このような２次巻線Ｗ３とマグネトロンのカソード
との不整合を調節し、第５図ＣのようなＰ。

−ＰＨの関係を実現せしめるものであり、さらに昇圧ト
ランスの２次巻線Ｗ３の出力電圧バラツキの微調整機能
も発揮することができるものであつて電流制限調整作用
を果すものである。このようにインダクタ１７は、先に
述べたローパスフイルタの作用に加え、インバータでマ
グネトロンに高圧電力と低圧ヒータ電力とを同時に供給
する場合に生じる特有の不都合を解消し、ヒータ２次巻
線Ｗ３とマグネトロンのカソードヒータとの良好な整合
を実現せしめ、安定なマグネトロンの発振を保証しつつ
広範囲の電波出力調節を行うことができる高周波加熱装
置を実現することが可能である。

第６図は、本発明の昇圧トランス１６の構成を示すもの
である。

図において１８はフエライトコア、１９，２０は金具、
２１はビス、２２はｌ次巻線Ｗ１の引き出し線、２３は
高圧２次巻線Ｗ２の引き出し線、２４は低圧２次巻線Ｗ
３の引き出し線であつて、低圧２次巻線のひき出し線２
４は巻線部２５を有しており、これは第２図のインダク
タ１７に相当し、周波数Ｆ。変化に対するカソート−の
供給電力のローパスフイルタの作用および、電流制限調
整作用を果すものである。このようにすることにより、
高耐圧の必要な接続部を増加させることなく、インダク
タ１７を挿入することになり設計、製造上極めて有利で
ある。また、第３図は本発明の他の実施例を示すもので
あつて、図において、２６はインダクタ、２７はコンデ
ンサであつて、前述したローパスフイルタを構成してお
り、より適切な周波数特性を発揮する構成例を示してい
る。

このような構成により、周波数変換器とマグネトロンの
カソードヒータとの整合をより良好なものとすることが
でき、第５図Ｄのような特性とすることが可能である。
このようにすれば昇圧トランス１６、コンデンサ６、マ
グネトロン１２、等のバラツキに基づくカソード供給電
力ＰＨのバラツキ許容範囲を大きくすることができるた
め製造が容易になるという効果がある。以上のように、
本発明によれば昇圧トランスに第２の低圧２次巻線を設
けてマグネトロンのカソードを加熱し、かつ、ヒータ加
熱電力をリアクタンス素子を含むローパスフイルタを介
してマグネトロンカスードヒータに供給するよう構成し
たため、商用周波数用ヒータトランスを別設する必要が
なく、しかも、周波数制御によりマグネトロンの電波出
力制御を行つてもカソード過熱によるマグネトロンの破
壊、あるいは、エミツシヨン不足によるモーデイング等
を防止することができるから、高周波加熱装置をより小
型・軽量化・低コスト化できると共に、電波出力レベル
を自由に制御できる使い勝手のよい高周波加熱装置を提
供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は周波数変換器を用いた従来の高周波加熱装置の
回路図、第２図は本発明の一実施例を示す回路図、第３
図は本発明の他の実施例を示す回路図、第４図、第５図
はマグネトロン１２に供給される高圧電力とヒータ電力
の関係を示す特性図、第６図は本発明に用いる昇圧トラ
ンスの正面図である。 ６・・・・・・コンデンサ、７・・・・・・サイリスタ
、１２・・・・・・マグネトロン、１６・・・・・・昇
圧トランス、１７，２６・・・・・・リアクタンス素子
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 昇圧トランスと、前記昇圧トランスの１次巻線とコ
   ンデンサより成る直列共振回路と半導体スイッチ素子等
   により周波数変換器を構成し、前記昇圧トランスの出力
   を整流手段を介してマグネトロンに供給するように構成
   し、前記周波数変換器動作周波数を制御してマグネトロ
   ンの電波出力を制御するよう構成すると共に、前記昇圧
   トランスに第２の２次巻線を設け、前記第２の２次巻線
   に流れる電流を制御するためのリアクタンス素子を含む
   ローパスフイレタを介して前記マグネトロンにカソード
   加熱用電力を供給する構成とした高周波加熱装置。 ２ リアクタンス素子素子は、低圧２次巻線に直列に接
   続されたインダクタであつて前記低圧２次巻線の引き出
   し線の１部により構成してなる特許請求の範囲第１項記
   載の高周波加熱装置。