JPH02306577A - 高周波加熱装置 - 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】 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の改良に関し、
さらに詳しく言えば、そのマグネトロンの電源回路にト
ランジスタなどの半導体スイッチ素子を用いた電源装置
に関するものである。

従来の技術 従来、電子レンジの電源装置は、周知のように、第５図
に示すような鉄共振トランス５０を中心に構成された電
源回路より成っている。マグネトロン１２体通常３〜４
ｋＶの動作電圧であるので、高圧トランス５０の２次側
回路の回路電圧は非常に高く危険であった。すなわち、
第５図において、１次巻き線５３の点Ｐと２次巻き線５
４の点Ｑがなんらかの故障でショートしてしまうと、大
地アース５２に筐体５１が設置されていない場合には、
筺体５１が極めて高い電圧になってしまうので非常に危
険であった。したがって、電子レンジの筐体５１は、常
に大地アース５２に接地されて使用されていた。

また、近年では、第６図に示すような並列共振回路を有
する電圧共振型インバータを用いた電源装置が提案され
、電子レンジの電源部の小型化、低いコスト化、あるい
は電波出力の連続制御化に利用されている。

この回路は、商用電源１のブリッジダイオード２、イン
ダクタ３、コンデンサ４で整流し、脈流の直流電圧源（
電源部）を形成するとともに、共振コンデンサ５、共振
インダクタを兼用した昇圧トランス６より成る並列共振
回路と、トランジスタ７、ダイオード８により電圧共振
型インバータ回路を構成し、昇圧トランス６の高圧出力
をコンデンサ９、ダイオ−）”１０．１１にて整流して
マグネトロン１２に供給するものである。なお、１３．
１４゜１５は、それぞれ、昇圧トランス６の一次、二次
およびヒータ巻き線であり、１６はｌ・ランジスタフを
駆動する制御回路である。

この電源回路において、トランジスタ７は制御回路１６
により、いわゆるパルス幅制御によりその導通時間Ｔｏ
ｎを制御される（Ｔｏｎ’　の制御により、実質的にＴ
ｏｎを制御される）。すなわち、第７図（ａ）のような
ゲート信号ＶＧＨにより、同図（Ｃ１のような電圧波形
ＶＣＥでトランジスタ７、ダイオード８によるスイッチ
ング動作が行われる。Ｔ　ＯＦＦは並列共振回路の回路
定数で決定され、一方、インバータ回路によって変換さ
れる電力の大きさはＴＯＮによって決定されるので、マ
グネトロン１２への供給電力の大きさは、ＴＯＨによっ
て決まり、インバータ回路の動作周波数が低くなるほど
、マグネトロン１２への供給電力が大きくなる。制御回
路１６は、このＴＯＮを制御することでマグネトロン１
２の出力の大きさの調節や電源電圧変動等に対する出力
の安定化を行うものである。

しかしながら、このような電源装置であっても第５図の
場合と同様に、昇圧トランス６の１次巻き線１３と２次
巻き線１４との電気的接続（混触）が発生すると、極め
て危険であることにはかわりはなかった。特に、トラン
ス５０が小型化されているので、この混触を防止するこ
とが極めて難しくなり、電力変換器の動作周波数を高く
していくと、さらに安全性を保証することが困難となる
ものであった。

発明が解決しようとする課題 上述したように、従来の技術では、１次および２次巻き
線間の混触という危険性が防止できず、必ず筐体をアー
スすることが必要であり、したがって移動が面倒である
とともに接地工事が必要である等の不都合があった。

また、電子レンジにこれらの電源装置を組みこむ場合も
、マグネトロンとその電源部を別々に組みこみ、高圧部
分の配線工程が必要であった。このため組み立てコスト
が高くなったり、配線ミスによる製品不良が生じ易かっ
た。

さらに、電力変換器を用いた場合は特に、電源ラインを
伝導する端子雑音や、空中に放射される妨害波が大きく
、その抑制が難しかった。

さらにまた、マグネトロン５および１２は、第５図およ
び第６図に示すように、チョークコイル５７゜５８、お
よびコンデンサ５９．６０を内蔵した、いわゆるチョー
クボックスを有しており、マグネトロンそのものの発生
ずる数十Ｍ　Ｈｚ〜数百Ｍｌｌｚ帯のノイズ発生を防止
している。これらの部品は高耐圧性能を必要とし、高価
であるばかりでなく絶縁破壊を起こしやすいので信頼性
に欠けるという課題があった。また、特に、電力変換器
を用いた場合はこれらの部品によるマグネトロンのヒー
タ回路への影響が大きくなるので、昇圧トランスのヒー
タ巻き線１５の出力電圧を大きく設定する必要が生した
り、チョークコイルにより生しる高周波磁束で周辺の金
属が加熱されたりするという不都合があった。

本発明はこのような従来の技術の課題を解決するもので
、昇圧トランスの１次、２次回路間の混触防止と電力変
換器、マグネトロン等からの雑音や不要輻射の発生を抑
制するものである。

課題を解決するための手段 このような従来の技術の課題を解決するために、本発明
は以下に述べる構成より成るものである。

すなわち、商用電源やバッテリー等より得られる電源部
と、半導体スイッチ素子等より成る電力変換器と、前記
電力変換器の出力電圧を昇圧しマグネトロンに供給する
昇圧トランスと、前記半導体スイッチを制御する制御部
とを備えると共に、前記昇圧トランスの２次側高圧回路
と１次側回路とを電気的に遮蔽する遮蔽部と、前記電力
変換器、昇圧トランス等の一部または全部をシールドす
るシールド部とを備え、前記遮蔽部を前記昇圧トランス
の１次巻き線の巻き方向に添って電気的に開路となるよ
う構成し、かつ、この遮蔽部を前記シールド部に電気的
に接続する構成としたものである。

また、シールド部に商用電源やバッテリー等からの電力
を供給する電力端子と、制御部に制御指令信号を供給す
る信号端子とを設ける構成とし、１ユニツト構成化した
ものである。

そして、電力端子および信号端子の少なくとも片方の近
傍にフィルター部を設け、電力および制御指令信号の少
なくとも片方を前記フィルター部を介してシールド部内
に供給する構成としたものである。

さらに、フィルター部を構成するコンデンサを２芯型の
貫通コンデンサを用いて構成し、この貫通コンデンサを
シールド部に電気的に接続する構成として、簡単な構造
の端子およびフィルター部構成としたものである。

作用 上記構成により、本発明は以下に述べる作用を有するも
のである。

すなわち、電源部、電力変換器、昇圧トランス、および
マグネトロン等をシールドするシールド部と、前記昇圧
トランスの１次巻き線の巻き方向に添って電気的に開路
となる構成の遮蔽部とを設け、この遮蔽部とシールド部
とを電気的に接続する構成としたので、昇圧トランスの
１次側および２次側回路間の混触を完全に防止し、かつ
、電力変換器やマグネトロン等のノイズ発生源をシール
ドし雑音や不要輻射の発生を抑制することができる。

また、電力端子や信号端子をシールド部に設けることに
より、マイクロ波を発生するための主要部品を、すべて
シールド部内に収納し、かつ、それらに対する電力や信
号の供給が極めて容易な電源装置ユニットを実現できる
。

そして、この端子の近傍にフィルター部を設けることに
よや、この端子からの雑音電圧の漏洩を大幅に、かつ、
簡単に軽減することができる。

さらに、このフィルターのコンデンサを２芯型の貫通コ
ンデンサで構成することにより、特にマグネトロンの発
生する高い周波数の雑音がシールド部から外部に漏洩す
るのを容易に防止することができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面と共に説明する。第
１図は本発明の１実施例を示す高周波加熱装置の回路図
であり、第６図と同符号のものは第６図における物に相
当する構成要素である。

商用電源１の電力はダイオードブリッジ２　（電源部１
００）により整流されて、全波整流様の電圧波形出力と
なる。この出力は、定電流電源の作用を果たすインダク
タ１７、コンデンサ１８、昇圧トランス・１９より成る
直列共振回路、および絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタ（ＩＧＢＴ）７とダイオード８とよりなるスイッチ
ング回路、抵抗器２０とコンデンサ２１よりなるスナバ
−回路により構成される電力変換回路（インバータ）１
０１に供給され、１００〜３００ＫＨｚの周波数電力に
変換される。この高周波電力は昇圧トランス１９の一次
巻き線２２に高周波電圧として発生するので、二次巻き
線２３およびヒータ巻き線２４には、それぞれ高周波高
電圧および高周波低電圧電力が誘起される。高周波高電
圧はダイオード２５．２６、コンデンサ２７．　’２Ｂ
により整流されてマグネトロン１２に直流高圧電力が供
給され、一方、高周波低圧電力はそのままマグネトロン
１２のカソードに供給され、カソードを加熱する。

このＩＣ；Ｂｒ３とダイオ−［８に流れる電流波形およ
び電圧波形は、それぞれ第２図（ａ）、　（ｂ）のよう
になる。後述する制御部２９によりＩＧＢＴ７は、同図
（Ｃ）のゲート電圧波形ＶＧＥにより駆動される。

制御部２９はリレー等のスイッチ３０が加熱制御器１０
２により閉成されると、抵抗器３１、ダイオード３２、
コンデンサ３３、ゼナダイオード３４より成る制御電源
の形成により作動開始する。加熱制御器１０２の制御指
令信号電圧が信号端子１０３．１０４間に供給されるこ
とにより、その信号に応じて、電圧制御発振器３５が起
動し、その出力はタイマー回路３６を付勢する。タイマ
ー回路３６は、例えぼりセント端子付きの単安定マルチ
ハイブレークで容易に構成でき、電圧制御発振器３５は
、電圧制御端子付きの無安定マルチハイブレークで簡単
に実現できる。タイマー回路３６の信号は出力回路３７
に送られてインピーダンス変換されてからＩＧＢＴ７に
抵抗器３日を介して供給される。第２図を参照すれば明
らかなように、ゲートパルスＶＧＥがＩＧＢＴ７に供給
されるとそのコレクター電流ＩＣが図のように共振的に
流れ始める。１３時間が経過すると旨は零となり、次ぎ
にはダイオード電流１ｄが流れ、このＩｄもｔ２時間後
には零になる。

ＩＧＢＴ７を駆動するゲートパルス電圧ＶＧＥはこのｔ
、より長く、かつ、ｔ２よりも短いパルス幅ｔｏｎであ
ることが、ＩＣ，Ｂｒ３の安全動作上極めて重要である
。もし、ｔｏｎがＬｌよりも短ければ、Ｉｃが流れてい
る期間にＩＧＢＴ７をオフすることになり、大きなター
ンオフ損失を生じてしまう。

逆に、ｔ２よりも長ければ、いわゆる転流失敗現象を引
き起こし、Ｉ　ＧＢＴ７には短絡電流が流れ破壊してし
まう結果となる。すなわち、Ｉ　Ｇ　Ｂ　Ｔのような自
己転流機能を有するスイッチング素子を用いる場合、そ
の導通時間ｔｏｎが共振回路の共振周期も２よりも短く
、かつ、共振半周ｊＵｌ　１．　＋　よりも長いという
条件は、安全で確実な動作を保証し、しかも、高効率で
高周波動作するためには、極めて重要でかつ不可欠なも
のである。

第１図における逆バイアス検知回路３９は、第２図にお
いて、Ｉｄが流れ始める時点（１＋時間経過後）を検出
し、Δを時間の遅延後、出力パルスＶＧＥを遮断するべ
くタイマー回路３６をリセットするものである。この逆
バイアス検知回路３９により、マグネトロン１２、コン
デンサ１日、トランス１９などの特性が大きく変化し、
直列共振回路の回路定数が変わっても、ゲートパルスＶ
ＧＥのパルス幅（すなわち、導通時間）ｔｏｎは、常に
ｔ、よりも長く、かつ、ｔ２よりも短いという条件を満
たすことができ、安定で低損失なスイッチング動作を実
現することができる。もちろん、逆バイアス検知回路３
９は必ずしも必要であるとは限らない。例えば、前述し
たマグネトロン１２、コンデンサ１８、トランス１９な
どの特性の変化による直列共振回路の回路定数の変動範
囲が比較的小さいときは、あらかじめタイマー回路３６
のカウント時間を第２図の導通時間ｔｏｎとなるように
設定して置けば、多少の直列共振回路の回路定数の変動
があっても、Ｉｄが流れている期間（すなわち、［ｃが
零になり、かつ、ＶＣＥが零のｊＪｌ　間）にゲーＩ・
パルスＶＧＥをオフすることができる。従って、この場
合は単なる単安定マルチバイブレークのようなタイマー
回路３６のみでよいことになり、簡単で安価な構成とす
ることができる。

４０は、カレントトランス に流れる電流を検知するためのものである。このダイオ
ード電流は、マグネトロン１２に流れるアノード電流（
電波出力に比例）の約半分であるので、少ない電流検出
でアノード電流に相当する信号を得ちれる。従って、小
型のカレンｌ−　１−ランスを利用できる。このカレン
トトランス４０の出力は誤差増幅器４１に送られ、誤差
増幅器４１は電圧制御発振器３５の発振周波数をカレン
トトランス４０の信号が設定値になるよう制御する。ず
なわち、カレン１〜ｌ・ランス４０の出力が設定値より
小さいと誤差増幅器４１は電圧制御発振器３５の発振周
波数を高くするよう制御し、逆に、出力が設定値より大
きいと発振周波数を低くするよういわゆる負帰還制御す
る。

誤差増幅器４１ば、よ（知られている演算増幅器等を用
いれば極めて簡単に実現できる。この誤差増幅器４１は
電圧制御発信器３５の発信周波数の制御（停止状態も含
む）を行うために、加熱制御器１０２よりフィルター部
１０５を介して制御指令信号電圧を与えられる。すなわ
ち、電波出力の設定値に相当する信号電圧を受け、その
信号電圧になるように電圧制御発信器３５の発信周波数
を制御するものである。

信号端子１０３．１０４は第１図のように、シールド部
１０６に設けられており、フィルター部１０５も図のよ
うにシールド部１０６にアースされている。したがって
、この信号端子からのマグネトロンの不要輻射漏洩が防
止できる。

同様に、商用電源１からの電力は、シールド部１０６に
設けられた電力端子１０７．１０８から供給される構成
となっており、やはりシールド部１０６にアースされた
フィルター部１０９を介してダイオードブリッジ２に接
続されている。したがって、マグネトロン１２や電力変
換器１０１の発生ずる雑音がこの端子からシールド部１
０６の外部に漏洩するのを抑制することができる。

フィルター部１０５．１０９にノイズ防止用コンデンサ
を用いる場合、２つの端子対を２芯型貫通コンデンサで
構成することにより、特にマグネトロンの高周波雑音電
圧がこの端子から漏洩するのを、効果的に、かつ、低コ
ストで実現することができる。第３図に示すように、２
芯型貫通コンデンサ１０９Ａとチョークコイル１０９Ｂ
、１０９Ｃによりフィルター部１０９を構成し、図のよ
うにシールド部１０６に取りつければ前述した効果を得
ることができる。

もちろん、このような構造をフィルター部１０５にも採
用することができる。

昇圧トランス１９の各巻き線２２．２３．２４は、フェ
ライトコア１１０に設けられているが、これら１次側回
路と２次側回路の間には遮蔽部１１１が設けられ、かつ
、この遮蔽部１１１はシールド部１０６に電気的に接続
されている。従って、２次側回路である巻き線２３．２
４、ダイオード２５．２６、コンデンサ２７、２８は、
この遮蔽部１１１　とシールド部１０６とにより完全に
隔離されているので、高圧２次側回路と１次側回路とが
混触する危険性が全くない構造となっている。第３図は
この昇圧トランス１９を中心とした２次側回路部の構成
を示す構成図であり、第１図と同符号の物は相当する構
成要素である。

第３図において、コア１１０はエアギャップ１１２を有
する２つのコアにより固定金具１１３にて固定され、各
巻き線はそれぞれボビン１１４．１１５に図のように施
されている。ダイオード２５．２６、コンデンサ２７．
２８は樹脂モールドされて整流ユニット１１６としてボ
ビン１１５に固定されている。遮蔽部１１１はシールド
部１０６に点Ａで電気的に接続されているので、この昇
圧トランスの左側にマグネトロンを設け、右側に電力変
換器１０１等の１次側回路を配置すれば、高圧２次側回
路の１次側回路からの隔離を完全なものとし、高い安全
性を実現して面倒なアース接地を行うことを不要とする
ことができる。

この遮蔽部１１１は、１次巻き線２２の巻き方向に対し
て電気的に開路を形成するよう構成されている。

第４図はこの遮蔽部１１１の構成図であり、第３図と同
符号のものは相当する構成要素である。遮蔽部１１１は
図中に矢印で示した１次巻き線の巻き方向に対して、電
気的に開路′を構成するよう不連続部１１７を有すると
共に、たくさんのスリット１１８を設けられている。こ
の不連続部１１７によりコア１１０の回りに流れようと
する大きな誘導電流の発生を防止し、かつ、スリッ目１
８をたくさん設けることにより遮蔽部１１１の面内に流
れようとする小さなループの誘導電流を抑制するもので
ある。

また、この遮蔽部１１１は、高周波磁束による誘導電流
に対するジュール損失を小さく押さえるため、非磁性金
属材料で構成されており、例えば、アルミ、銅、　５Ｕ
Ｓ３０４等の金属材料が適している。

このように遮蔽部１１１を構成することにより、１次巻
き線の発生する高周波磁束による遮蔽部の誘導加熱を著
しく軽減し、しかも、１次２次間の混触を完全に防止し
た安全構造を実現することができる。

発明の効果 以上に述べたように、本発明によれば、商用電源やバッ
テリー等より得られる電源部と、半導体スインチ素子等
より成る電力変換器と、前記電力変換器の出力電圧を昇
圧しマグネトロンに供給する昇圧トランスと、前記半導
体スイッチを制御する制御部と、前記昇圧トランスの２
次側高圧回路と１次側回路とを電気的に遮蔽する遮蔽部
と、前記電力変換器、昇圧トランス等の一部または全部
をシールドするシールド部とを備え、前記遮蔽部を前記
昇圧トランスの１次巻き線の巻き方向に添って電気的に
開路となるよう構成し、かつ、この遮蔽部を前記シール
ド部に電気的に接続する構成としたので、昇圧トランス
の１次側および２次側回路間の混触を完全に防止し、し
かも遮蔽部の高周波誘導加熱による損失を著しく小さく
押さえることができるうえに、電力変換器やマグネ１−
ロン等のノイズ発生源をシールドし雑音や不要輻射の防
止を抑制することができるものである。

また、電子レンジにこれらの電源装置を組みこむ場合も
、１つのユニットを組の立てるのみでよく、配線工程の
簡素化を実現し、組め立てコストの低減、配線ミスの防
止を可能とするものである。

さらに、従来不可欠であったマグネトロンのチョークコ
イルおよびコンデンサを含むいわゆるチョークボックス
をなくしても、マグネ１−ロンそのものの発生ずる数＋
ＭＩＩｚ〜数百ＭＨｚ帯のノイズ発生を防止できるので
、これらの高面（圧性能部品の省略による低価格化、高
倍転性化、ならびに昇圧ｉ・ランスヒータ巻き線設計の
合理化と周囲部品の高周波加熱等の不都合の防止を実現
することができる。

また、電力端子や信号端子をシールド部に設けることに
より、マイクロ波を発生ずるための主要部品を、すべて
シールド部内に収納したうえで、それらに対する電力や
信号の供給のための配線工程が極めて容易な電源装置ユ
ニットを実現することができる。すなわち、電源装置ユ
ニットを電力端子、信号端子、およびマイクロ波出力ア
ンテナのみの部品として取り扱うことが極めて容易にな
るので、電子レンジ等の高周波加熱装置の設計。

−　製造２組み立て等が極めて簡単で低コストなものに
することができる。

そして、この電力端子および信号端子の少なくとも片方
の近傍にフィルター部を設け、電力および制御指令信号
の少なくとも片方を前記フィルター部を介してシール１
′部内に供給する構成とすることにより、電力変換器や
マグネトロン等のノイズ発生源をより確実にシールドし
、雑音や不要輻射の発生を極めて良好に抑制することが
できるものである。

さらにまた、このフィルター部を構成するコンデンサを
２芯型の貫通コンデンサを用いて構成し、この貫通コン
デンサをシールド部に電気的に接続する構成とすること
により、特に、マグネトロンの発生する高い周波数の雑
音がシールド部から外部に漏洩するのを、より確実に低
コストで、しがも容易に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を示す高周波加熱装置の回
路図、第２図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は、それぞれ
同装置の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレク
タ電流１ｃの波形図、コレクタ電圧ＶＣＥの波形図、お
よびゲート電圧ＶＧＩｉの波形図、第３図は同装置の昇
圧トランスの構造を示す部分断面図、第４図は同装置の
遮蔽部の構造図、第５図は鉄共振１〜ランスを用いた従
来の高周波加熱装置の回路図、第６図は従来の電力変換
器を用いた従来の高周波加熱装置の回路図、第７図（ａ
）、　（ｂ）、　（Ｃ）は、それぞれ同装置の絶縁ゲー
ト型ハイボーラトランジスクのゲート電圧波形図、コレ
クタ電流波形図、およびコレクタ電圧波形図である。 １９・・・・・・昇圧トランス、１００・・・・・・電
源部、１０１・・・・・・電力変換器、１０３．１０４
・・・・・・信号端子、１０５．１０９・・・・・・フ
ィルター部、１０６・・・・・・シールド部、１０７゜
１０８・・・・・・電力端子、１１１・・・・・・遮蔽
部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）商用電源やバッテリー等より得られる電源部と、
   半導体スイッチ素子等より成る電力変換器と、前記電力
   変換器の出力電圧を昇圧しマグネトロンに供給する昇圧
   トランスと、前記半導体スイッチを制御する制御部と、
   前記昇圧トランスの２次側高圧回路と１次側回路とを電
   気的に遮蔽する遮蔽部と、前記電力変換器、昇圧トラン
   ス等の一部または全部をシールドするシールド部とを備
   え、前記遮蔽部を前記昇圧トランスの１次巻き線の巻き
   方向に添って電気的に開路となるよう構成し、かつ、こ
   の遮蔽部を前記シールド部に電気的に接続する構成とし
   た高周波加熱装置。
2. （２）シールド部に商用電源やバッテリー等からの電力
   を供給する電力端子と、制御部に制御指令信号を供給す
   る信号端子とを設けた特許請求の範囲第（１）項に記載
   の高周波加熱装置。
3. （３）電力端子および信号端子の少なくとも片方の近傍
   にフィルター部を設け、電力および制御指令信号の少な
   くとも片方を前記フィルター部を介してシールド部内に
   供給する構成とした特許請求の範囲第（２）項記載の高
   周波加熱装置。
4. （４）フィルター部を構成するコンデンサを２芯型の貫
   通コンデンサを用いて構成し、この貫通コンデンサをシ
   ールド部に電気的に接続する構成とした特許請求の範囲
   第（３）項記載の高周波加熱装置。