JPH01159935A - マグネトロン駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 （産業上の利用分野） 本発明は、電子レンジ等の高周波加熱装置に使用される
マグネトロン駆動装置に関し、特にマグネトロン駆動用
電源トランスの改良に関するものである。

（従来の技術） 現在一般に普及している電子レンジ等の高周波加熱装置
は、一般ユーザにとって小型・軽量且つデザイン的に優
れたものが望ましい。その要望に答えて近年ではマグネ
トロン駆動用の電源トランスに、高周波電流により渦電
流損が少なく、又形状的に小型ながらけい素鋼板をコア
に使用した鉄心トランス同様、充分な磁束密度が得られ
るフェライトコア等の圧粉磁心をコアに用いた高周波ト
ランスが使用されている。そしてこの高周波トランスの
一次側には、商用電源を整流化した後、インバータ装置
により周波数変換された高周波電力が供給され、この高
周波電力が二次側で昇圧され倍電圧整流回路で整流され
た後、マグネトロンのアノードへ印加される。このよう
に電源部に、インバータ装置からの高周波電力を入力す
る小型・軽量な高周波トランスを用いることで、高周波
加熱装置、例えば電子レンジは一層小型・軽量化なされ
、更にデザイン的な制約をも緩めるものとなる。

第７図は係るインバータ電源を用いた従来のマグネトロ
ン駆動装置の回路構成図である。同図では商用電源１を
入力して全波整流する整流スタック２にヂョークコイル
３、平滑コンデンサ４からなる平滑回路４Ａが接続され
、この平滑回路４Ａ側のプラス側ラインには昇圧トラン
ス５の一次巻線５ａの一端が接続されており、又この一
次巻線５ａの他端は共振コンデンサ６を介して上記平滑
回路側４Ａのマイナス側ラインに接続されている。

これら一次巻線５ａと共振コンデンサ６で直列共振回路
が構成されている。又、共振コンデレザ６側の両端には
フリーホイリングダイオード７とトランジスタ８のコレ
クタとエミッタとが並列接続されており、このトランジ
スタ８はベースに接続された制御回路９により０Ｎ−Ｏ
ＦＦ制御される。

そして、これら直列共振回路及びトランジスタ制御回路
でｔ！￥Ｅ級インバータが構成される。

一方、昇圧トランス５の二次巻線５ｂには整流ダイオー
ド１０及び充電用コンデンサ１１からなる倍電圧整流回
路１１Ａが接続され、この倍電圧整流回路１１Ａのプラ
ス出力（約ＤＣ３８００Ｖ〜４０００Ｖ）はマグネトロ
ン１２のアノードＡへ接続され、マイナス側はマグネト
ロン１２のフィラメントＦに接続されている。又、フィ
ラメントＦは、フィラメント自身に昇圧トランス５と別
のヒータトランス１３によって商用電源１から供給され
る電力によって加熱するヒータ機能を有している。

次に上記構成に従って従来のマグネトロン駆動装置の動
作説明を行なう。先ず、商用電源１が整流スタック２に
よって全波整流された後、全波整流出力は平滑回路４Ａ
を通して直列共振回路である背圧トランス５の一次巻線
５ａに印加され、共振コンデンサ６に充電される。この
時に共振コンデンサ６に並列接続されたトランジスタを
、制御回路によって所定時間間隔でＯＮ動作させると共
振コンデンサ６から放電電流が流れ、又一次巻線５ａを
介して充電電流が流れたりして、共振］ンデンザ６と一
次巻線５８間でエネルギーの授受を行ない共振状態に入
り、一次巻線５ａに高周波磁界が発生する。この高周波
磁界により二次巻線５ｂ側に高周波起電力が誘起され、
倍電圧整流回路１１ＡによってＤＣ約４０００Ｖ位に昇
圧された後、マグネトロン１２のアノードＡへ印加され
る。

又、このマグネ［−ロン１２のフィラメントＦには昇圧
トランス５とは別のヒータトランス１３によって加熱電
圧約４Ｖが供給されているのでフィラメントＦより熱電
子がアノードＡに向って放出される。このとぎこの熱電
子は、図示しないマグネトロン１２の管外側に巻かれた
ソレノイドの磁界の影響を受【）、磁界強度によっては
、アノード△へは達せず、再びフィラメントＦへ戻って
くるのでアノード電流は流れない。このことから、ソレ
ノイド磁界を制御すれば間接的にアノード電流が制御で
き、このアノード電流に基づく出力電流をソレノイド側
に帰還すれば反結合発振器が得られる。これがマグネト
ロンの動作原理であり、このマグネトロンから放出され
た高周波（マイクロ波）を被加熱物に照射することで加
熱加工が行なわれる。

しかしながら、上記のような従来のマグネトロン駆動装
置は、アノード電圧用の昇圧トランス５の他、フィラメ
ント用のヒータトランス１３が必要であり、このヒータ
トランス１３は商用電源周波用のためコアに渦電流損が
少ない【ノい素鋼板を使用していないので比較的大形で
重量がある。このため、装置全体を小型・軽量化するた
めインバータ電源装置、及び小型・軽量の７エライコア
等の高周波トランスを用いた利点が損なわれる。

一方、上記のような欠点を解消するため、第８図に示す
ようなマグネトロン駆動装置が考案されている。この駆
動装置には第９図にその構造が示される昇圧トランス５
１が使用されている。第９図において、５１ａは一次巻
線、５１ｂは二次巻線、５１０はヒータ巻線、５１ｅは
Ｅ型のフェライトコア、５１ｆは一次巻線５１ａと二次
巻線５１ｂを絶縁する一次巻線ボビン、５１ｇは二次巻
線５１ｂとコア５１ｅを絶縁する二次巻線ボビンである
。

以上の構成から明らかなように互いに向かい合せて組ま
れたＦ型コアの中間脚部に、二次巻線５１ｂ、一次巻線
５１ａ、ヒータ巻線５１０が各ボビン５１ｆ　、５１（
ｌを介して同心円状に巻回されている。このような巻線
の構成により、一次巻線５１ａで作られた磁束が二次巻
線５１ｂ、ヒータ巻線ｂ１Ｇに錯交し、各巻線へ巻線数
に応じた高周波起電力が誘起される。このように、同一
の昇圧トランスにヒータ巻線を設けたことで、フィラメ
ント加熱用のヒータトランスを別に設けることがなく、
又、高圧側二次巻線５１ｂと低圧側一次巻線５１ａとを
］ア５１ｅに対して同心円状に巻回したとしても巻線間
に一次巻線ボビン５１［を介すことで容易に絶縁を促す
ことができる。

しかしながら、一次巻線５１ａと二次巻線５１ｂとを同
一のコアに同心円状に巻くと両巻線間の結合係数が大き
くなりすぎ、昇圧トランス５１の入力インダクタンスが
小さくなる。このことは、直列共振回路を構成する一次
巻線５１ａに影響し、発振周波数が高くなりすぎ、二次
巻線で所望の出力が得られないことになる。これを解消
するために一般的に昇圧トランス５１の二次側の倍電圧
整流回路１１ａの充電用コンデンサ９にコイル５１ｄを
直列接続している。又、同一コアに一次巻線５１ａに次
巻線５１１）及びヒータ巻線５１Ｇが同心円状に巻回さ
れていると、例えばマグネトロンの高周波出力を連続可
変するため、一次巻線５１ａ側のインバータ出力を可変
すると、ヒータ巻線５１Ｃに誘起される電力も変化して
しまう。そのため、フィラメント加熱電力はインバータ
出ノ〕に比例して変化し、フィラメント加熱電力が大き
くなった場合は、マグネ１〜ロン自身の温度の上昇によ
りフィラメントが焼損したりしたマグネトロンの寿命を
縮める可能性があり、又加熱電力が低下した場合には、
フィラメントからの放出電子が不足し、一定のアノード
電流が得られないため安定した発振がなされないといっ
た問題点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のマグネトロン駆動装置は以上のように構成されて
いるため、例えば第７図に示すような従来例であれば、
昇圧トランスの他に重量のあるけい素鋼板等をコアに使
用したヒータトランス１３を設ける必要があり、そのた
め装置全体のコストは嵩むと共に、装置にインバータ電
源及び小型・軽量化のフェライトコア等を使用した昇圧
トランスを用い装置全体を小型・軽量化にし得るといっ
た利点が損われる。次に第８図に示す従来例であれば、
第９図に示す昇圧トランス５１のように昇圧トランスと
ヒータトランスとを一体化できるが、昇圧トランスの一
次巻線５１ａと二次巻線５１ｂの結合係数の関係から所
定の高周波出力を得ようとした場合、二次巻線５１ｂ側
の倍電圧整流回路にコイル５１ｄが必要となり装置の小
型・軽量化といった利点が損われる。又トランスのコア
に一次巻線５１ａと共に、ヒータ巻線５１ｃを同心円状
に巻回した場合、一次巻線５１ａ側のインバータ出力の
変化に比例してヒータ巻線５１０に誘起される起電力、
すなわちフィラメント加熱電力も変動し、フィラメント
より均一の放出電子流が得られずマグネトロンの発振が
不安定になったり、又はフィラメントの過剰加熱により
フィラメントが焼損したりしてマグネトロンの寿命を著
しく縮める虞れがあった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、マグネトロンの駆動電源部を小型・軽量化し
得ると共に、マグネトロンの連続高周波出力変化におい
ても、ヒータ巻線よりフィラメントの加熱電力を安定し
て供給し得るマグネトロン駆動装置を得ることを目的と
する。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明に係るマグネトロン駆動装置は、周波数変換器
により変換出力された高周波ミノｊを変圧器の一次巻線
に入力し、この変圧器の二次巻線から出力される高圧電
力を整流してマグネトロンのアノードへ供給すると共に
、前記変圧器のヒータ巻線から出力される電力をマグネ
トロンのヒータへ供給するようにしたマグネトロン駆動
装置において、前記変換器の一次巻線と二次巻線とヒー
タ巻線とによって形成される磁路中に、当該磁路の漏れ
磁束を増大せしめる漏磁手段を構成するとともに、この
漏磁手段を挾み、一次巻線および二次巻線に対向する位
置にヒータ巻線を巻回したことを構成した。

（作用） この発明における変圧器は、同一コアに一次巻線と二次
巻線とを並列に巻回したことに□より１、各巻線によっ
てコアに発生した磁束が互いの巻線に密に錯交すること
がないので各巻線間の結合率は下り、よって従来の如く
変圧器の入力インダクタンスの低下を、別のコイルを設
けて補償する必要もなく、又ヒータ巻線と、二次及び一
次巻線との間に漏れ磁束が発生するよう漏磁手段を設【
プたことにより、ヒータ巻線は一次巻線の電圧変化の影
響を殆ど受（プず、主として発振時に定電圧特性を有す
るマグネトロンの電極間電圧を受りる二次巻線電圧の影
響を受けるため、一次巻線電圧変化に拘わりなくヒータ
巻線よりヒータへ安定した加熱電力が供給される。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図を参照にして説明する。

第２図は本実施例におけるマグネトロン駆動装置の回路
構成図である。尚、図において前述した第７図と同一符
号は、同−又は相当部分を示し詳細な説明は省略する。

まず、図中に示される昇圧トランス５２の詳細な構成に
ついて、第１図の断面図を参照して説明する。

この昇圧トランスは図から明らかなようにギャップＡＧ
を介して対向配置された非対称な一対のＥ型］ア５２ｄ
　ｌ　、５２ｄ　２の内、一方のコア５２ｄ＋　にはヒ
ータ巻線用ボビン５２ｅを介してヒ一次巻線５２ａが巻
回され、他方のコア５２ｄ２には、上記ヒータ巻線５２
Ｇから見て二次巻線５２ｂ、次に一次巻線５２ａが巻線
間絶縁の主巻線用ボビン５２ｆを介して並列に巻回され
ている。

以上のように、比較的脚長の短いＦ型コア５２ｄ１にヒ
ータ巻線５２Ｃを巻回し、ギャップＡＧを介して対向配
置された、コア５２ｄ１より脚長の長いＥ型］ア５２ｄ
２にヒータ巻線５２ｃから見て二次巻線５２ｂ、次に一
次巻線５２ａを順次並列に巻回すると、ギャップＡＧに
は漏磁束が発生するため、ヒータ巻線５２Ｃと一次、二
次巻線５２ａ、５２ｂとの磁気結合は弱くなる。特にヒ
ータ・巻線５２Ｃと一次巻線５２ａとの磁気結合は弱く
なる。このような巻線関係にある昇圧トランス５２の一
次巻線５２ａへ供給する高周波電力を、インバータ装置
の制御により連続可変し、二次巻線５２ｂよりマグネト
ロン１２のアノード八へ入力する電力を連続可変した場
合について、以下簡単に説明する。ヒータ巻線５２Ｇと
一次、二次線５２ａ、５２ｂとの磁気的結合が、従来の
如く密の場合、ヒータ巻線電圧Ｅｆ　　（Ｖ）は入力電
力Ｐｉｎ（Ｗ＞の上背と共に上昇変化する（第３図Ａ参
照）。しかしながら、本実施例における昇圧トランス５
２のように、ヒータ巻線５２０と一次、二次巻線との磁
気的結合が良くない場合は、第３図Ｂの如く入力電力Ｐ
ｉｎ（Ｗ）の変化にも拘らずヒータ巻線電圧Ｅｆ　　（
Ｖ）の変化の割合いは少ない。

このように、一次巻線電圧の変化に対し、ヒータ巻線電
圧Ｅｆ　　（Ｖ）の変化の割合いが少ないのは、ヒータ
巻線５２ｃと一次、二次巻線５２ａ、５２ｂとの磁気的
結合が磁路中のギャップＡＧの存在によって弱められ、
そのため一次巻線５２ａ側又は二次巻線５２ｂ側で発生
した個々の磁束がヒータ巻線５２ｃに錯交してヒータ巻
線５２ｃに起電力を誘起することはなく、一次巻線５２
ａの作る磁束と二次巻線５２ｂの作る磁束とによって作
られた実効磁束がヒータ巻線５２ｃに鎖交することでヒ
ータ巻線５２ｃに起電力が誘起される。

そのため、ヒータ巻線５２ｃは二次巻線５２ｂの下方に
並列に配置された一次巻線電圧の影響を殆ど受りず、主
として二次巻線電圧に影響される。

この二次巻線５２ｂに生じる電圧は、ある一定の電圧で
急激な電流を流す定電圧特性を有するマグネトロンの電
極間電圧に支配されるためマグネトロンの高周波電圧出
力変化の影響を受けず一定である。そのため、ヒータ巻
線５２ｃに誘起される電圧は、マグネトロンへの入力電
力Ｐｉｎ（Ｗ）の変動に対して殆ど一定であり、安定し
た加熱型ノコをフィラメン１〜へ供給できる。このため
、フィラメントに供給される電力の変化は、マグネトロ
ンの高周波出力を変化させるため一次側の高周波入力電
力を変化させても低く押えられ、よって高周波出力を幅
広く制御できる。

次に本実施例にお（）る制御回路９の詳細回路図を第５
図に示し、その回路説明を第６図に示す波形図を参照し
ながら説明する。

４圧１〜ランス５２の一次巻線５２ａにかかる全波整流
波形ＩＰとトランジスタ８の］レクタ電圧ＦＣとをコン
パレータＩＣＩで比較し、ＥＣ＞Ｐの関係となると矩形
波ａが出力される。この矩形波ａは、ｉ〜ランジスタＱ
１のベースに接続された抵抗Ｒ６、Ｒ７、コンデンサｃ
１からなる微分回路へ入力され、矩形波ａの立ち下り時
に微分出力ｂをベースにかける。その結果トランジスタ
Ｑ１のコレクタに電流が流れ、抵抗Ｒ８とＲ９とで分圧
された電位ＣがコンパレータＩＣ２のマイナス入力端子
にかかる。このようにマイナス入力端子に分圧電位Ｃが
かかる毎にコンパレータＩＣ２の出力は反転し″′Ｌ″
レベルとなり、それ以外は一定レベルの出力電圧ｄを出
している。この出力電圧ｄはダイオードＤ２によりレベ
ルアップされた後、抵抗Ｒ＋ｏ、Ｒ＋＋コンデンサｃ２
からなる積分回路へ入力され、積分回路の時定数に応じ
た時間経過後に一定電圧ｅをコンパレータＩＣ３とＩＣ
４のマイナス入力端子へ入力する。コンパレータＩＣ３
のプラス入力端子には抵抗Ｒ１３とＲＩ４とで分圧され
た電圧ｆが入力されているため、コンパレータＩＣ３の
（−入力端子〈→−入力端子）の間、コンパレータ■Ｃ
３の出力電圧ｄが出る。一方、同じく積分出力ｅをマイ
ナス入力端子へ入力するコンパレータＩＣ４のプラス入
力端子には抵抗Ｒ１５とＲ＋８の比で決まる分圧電圧が
入力されている。

このため積分出力が分圧電圧値を超えるとコンパレータ
ＩＣ４の出力りに反転する。このコンパレータＩＣ４の
出力は抵抗ＲＩ７とＲ＋８で分圧され、ツェナーダイオ
”−ド［）２でレベルアップされてコンパレータＩＣ２
のプラス入力端子へ帰還される。

同じく］ンパレータＩＣ４の出力りはトランジスタＱ２
へと入力された後、発振制御用のトランジスタ８に入力
されると、トランジスタ８のベース・エミッタ用電圧Ｖ
ｓ（Ｊ）は、］ンパレータｌＣ４が出力されている期間
用われる。又、］ンパレータＩＣ４が無出力期間には、
ｈのごとく、トランジスタ８のフレフタエミッタＶＣＥ
は全波整流波形の一波形が現われる。一方、トランジス
タ８がＯＮ状態となるとりの如く］レクタ電流１ｃを通
じて共振コンデンサ６の放電電流をダイオード７へ流出
する。

尚、本発明は上記実施例に限定されることなく以下のよ
うな態様でも同様の効果を奏する。

（１）昇圧トランスのコアとしては、フェライトに限定
されず、高周波電流での渦電流損が少ないアモルファス
コアであっても良い。

（２）　　昇圧トランスのコアとしては、第４図に示す
如くＵ型コアであっても良い。

（３）　　ボビン構成としては、一次巻線、二次巻線及
びヒータ巻線を１体のボビンに巻いても良く、又各巻線
をそれぞれ別のボビンに巻いて良く、あるいはヒータ巻
線と二次巻線を１体のボビンに巻き一次巻線を別のボビ
ンに巻いても良い。

［発明の効果１ 以上のようにこの発明によれば、ヒータ巻線と、一次、
二次巻線との磁気的結合、特に一次巻線との磁気的結合
が弱くなるため、一次巻線側の入力電圧の変化に拘りな
くヒータ巻線から一定のヒータ電圧がマグネトロンのヒ
ータへ供給でき、安定したマグネトロン発振が期待でき
、更に一次巻線と二次巻線とを同一のコアに並列に巻回
したため、両巻線間の結合係数は低下し、変圧器の入力
インダクタンスの低下を補償するコイルを変圧器に接続
する必要がなくなったのでマグネトロン電源部を小型・
軽量化したマグネトロン駆動装置を提供できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いる昇圧トランス５２の
断面図、第２図はマグネトロン駆動装置の全体構成図、
第３図はマグネトロンの入力電力とフィラメント電圧の
関係を示した入力可変特性図、第４図は伯の実施例によ
る衝圧トランスの断面図、第５図は本実施例におりる制
御回路９の詳細内部回路図、第６図は第５図の回路中の
各部の波形図、第７図、第８図は従来のマグネトロン駆
動装置の全体構成図、第９図は第８図の従来装置に用い
る昇圧トランスの断面図である。 １・・・商用電源　　　　　　　２・・・整流スタック
１１△・・・倍電圧整流回路　１２・・・マグネトロン
Ａ・・・アノード　　　　　　　Ｆ・・・フィラメント
５２・・・昇圧トランス　　５２ａ・・・一次巻線５２
ｂ・・・二次巻線　　　５２ｃ・・・ヒータ巻線５２ｄ
　＋　、５２ｄ　２・・・コア　　ＡＧ・・・ギヤツブ
代エユ１人ｆ（理士三好　ｆ呆男 （Ｊ　　　　　　　ｆｌ　　　田 〜　　（’）　　　（’Ｊ　　　へ１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）周波数変換器により変換出力された高周波電力を
   変圧器の一次巻線に入力し、この変圧器の二次巻線から
   出力される高圧電力を整流してマグネトロンのアノード
   へ供給すると共に、前記変圧器のヒータ巻線から出力さ
   れる電力をマグネトロンのヒータへ供給するようにした
   マグネトロン駆動装置において、 前記変換器の一次巻線と二次巻線とヒータ巻線とによっ
   て形成される磁路中に、当該磁路の漏れを磁束を増大せ
   しめる漏磁手段を構成するとともに、この漏磁手段を挾
   み一次巻線および二次巻線に対向する位置にヒータ巻線
   を巻回したことを特徴とするマグネトロン駆動装置。
2. （２）前記漏磁手段は、一次巻線および二次巻線を巻回
   するコアと、ヒータ巻線を巻回するコアとの間に形成さ
   れる間隙であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のマグネトロン駆動装置。