JPH0357191A - 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、誘電加熱を利用して食品の加熱調理を行う高
周波加熱装置に関するもので、特に高周波加熱装置の電
源に周波数変換器、いわゆるインバータを備えた高周波
加熱装直の電源回路に関するものである． 従来の技術 以下、従来の技術を図面を参照して説明する。

第６図は、従来の高周波加熱装置の電源の回路構戒を示
す回路図である。同図において５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ
の商用電源１２は、ダイオードブリッジ１３で整流され
直流電圧に変換される．前記直流電圧はフィルタｌ４を
通してインダクタｌ１コンデンサｌ５、トランジスタ１
１に印加される． 前記、インダククｌとコンデンサ１５は共振回路を構戒
しており、実動状態の共振回路の共振周波数ｆ１は次式
で与えられる． １ ”　”　”ｘ２ｘ　ＪＴ７Ｔ　””” ここに、Ｌｌ　は、共振回路のインダクタｌのインダク
タンス、Ｃは、共振回路のコンデンサー５の容量である
． トランジスタ１ｌは、（１）式で示される共振周波数１
１でスインチングすることにより、共振回路の共振動作
を持続させている。

共振回路のインダクタ１は昇圧トランスｌ６の１次巻線
ｌを兼ねている。１次巻線ｌには、共振回路の共振動作
により第７図に示す様な波形の電圧が発生する． 昇圧トランス１６は１次巻線ｌの電圧を昇圧し、２次巻
線３に高電圧を発生させる．前記高電圧は、倍電圧整流
回路ｌ７で直流高電圧に変換されマグネトロン１８に印
加される．マグネトロン１Ｂは、マイクロ波を発生し、
前記マイクロ波は、高周波加熱装置のオーブン庫内の食
品に照射され、食品を誘電加熱する． 第８図に従来の昇圧トランス１６の構戒を示す断面図を
示す．従来の昇圧トランス１６は１次巻線ｌ、２次巻線
３、コア４およびギャップ９からｆｌｉｆｉされる。

１次巻線１は巻数が２５ターン程度、２次巻線３は巻数
が３８０ターン程度であり、コア４はフェライトを用い
ており、ギャップは１次巻線ｌ下に設けられている。１
次巻線１は、前述したように共振回路のインダクタｌを
兼ねており、そのため、１次巻線１のインダクタンスＬ
，は、（】）式で示されるように、共振回路の共振周波
数を決定する。

１次巻線ｌのインダクタンスＬ１は、その巻数で決定さ
れ、１次巻線ｌの巻数をＮ．とすると次式で与えられる
。

ＬＬ　＝ｋ（Ｎ＋　）”　　　　　　　・・・（２）た
だし、ｋは比例定数． １次巻線１に流れる電！（励磁ｔ；Ｕｒ，は磁束Φ＝Ｉ
＋Ｌ＋　を発生させ、磁東Φの一部は、２次巻＆９３に
鎖交し、２次巻線３に高電圧を誘起する．このときの起
電圧Ｅ２は次式で示される．Ｅ！ｃｅＮ，ｒ，Φ　　　
　　　・（３）ただし、Ｎ２は２次巻線３の巻数、ｆ１
は共振周波数、Φは、２次Ｓｍ３と鎖交する磁束である
。

発明が解決しようとする課題 高周波加熱装置の電源に用いられる昇圧トランスを、小
型にすることは１ｔ源自体をコンパクト、軽量にでき、
かつ、低コスト化が可能となる．昇圧トランスを小型化
するためには、共振回路の共振周波数を上げる方法がと
られる．共振周波数ｒ，を上げると（３）式に示すよう
に起電圧Ｅつが大きくなるため、一定の起電圧とするに
は磁束Φを小さくすればよい． 磁束Φが小さくなれば、磁束を通す昇圧トランスのコア
の断面積を小さくでき、コアを小型化できる． また、共振周波数を高くするには、（１）式で示される
ようにインダクタンスＬ１を小さくしてやればよい。

Ｌ，は（２）式に示されるように１次Ｓ線ｌの巻数Ｎ１
の２乗に比例するため、壱数Ｎ，を減らしてやればよい
． このように共振周波数を上げることにより、コアの大き
さを小さくでき、かつ、１次巻線１の巻数を減らせるた
め、昇圧トランスを小型・軽量かつ低コストなものにす
ることができる．しかしながら、共振周波数ｆ１を１０
０ｋＨｚ以上の値にすると、ｌ次ｔ！＆Ｉｌの巻数Ｎ，
は、第９図に示すように６〜８ターン程度になる．同図
において、１次巻線１は矢印１９に示される順番で巻か
れる．そして１次壱ｗＡ１には第７図に示した様な、ピ
ーク値が５００ｖ程度の電圧が発生する．従って、第９
図に示すように、例えばＬ次巻ｔｉｉｌｌの巻数が８タ
ーンであれば、１ターン当り約６２．５（Ｖ）発生する
ことになる． そこで、１次巻線の巻き始めの電線２０と、２列目の電
線２ｌとの間には約３１２（Ｖ　）の電位差が発生する
． 第８図に示すような、従来の昇圧トランスでは、１次ｔ
１線ｌの巻数は２５ターン程度であるので、１次巻線ｌ
の巻き始めの電線２２と２列目のｔＩｌｉ！２３との間
には１８０（Ｖ）程度の電位差しか発生しない。

すなわち第９図に示すような、共振周波数が約１００ｋ
Ｈｚ以上の電源に用いられる昇圧トランスは、従来の共
振周波数が２０ｋ｝ｆｚ程度の電源に用いられる昇圧ト
ランス第８図に比べ、１次巻線の線間に発生する電圧は
、２倍近くになり、このため、腺間にコロナ放電が発生
し、電線の絶縁皮膜の寿命を著しく低下させてしまうと
いう課題がある。

線間のコロナ放電を防ぐには、電線の絶縁皮膜を厚くす
る方法が有効であるが、電線一本当りの絶縁皮膜を厚く
すると、一次巻線は、１５０木程度のより線を用いてい
るため、一次巻線の大きさが大きくなり、かつ高価なも
のとなってしまうという課題があった． ｉＩ！題を解決するための手段 本発明は、従来のこのような課題を解決するためになさ
れたものであり、簡単な構成で従来の課題を解決できる
極めて有効な手段である．すなわち、バッテリーまたは
商用電源などを整流して得られる直流電源と、前記直流
電源を高周波数の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し、マグネトロンを駆動する
昇圧トランスとを備え、この昇圧トランスを複数のＳｗ
Ａおよびフェライト等の磁性材料からなるコアとから構
成すると共に、前記、複数の巻線の内、一部または全部
を略一列に巻く構成とする．また、一列に巻く構成とし
た巻線を、他の巻線と対面する面積が広くなるように配
置する構成とする． 作用 本発明は、昇圧トランスを構成する巻線の巻き方を、略
一列に巻く構成とし、巻線の線間電圧が、巻線に印加さ
れる電圧のほぼ巻数分の１の電圧となるよう構戒するこ
とにより、少ない巻数で、巻線の線間に発生する電位差
を小さなものとするので、線間のコロナ発生を防止でき
、電線の寿命を確保することができ信頼性を高められ、
かつ、電線の絶縁皮膜を厚くする必要がないので、コス
トは高くならない． また、巻線をほぼ一列に巻くという単純な横或であるた
め、電線を巻くためのわくであるボビンの構造に、大き
な変更をしなくてすむため、従来の巻線機などの生産設
備をそのまま使用できるという効果を有するものである
． 巻線を略一列に巻くことにより、ファン等で強制空冷す
る場合、巻線全体に風が当たり、非常に高い冷却効果が
得られ、１００ｋＨｚ以上の高周波であろうと、巻線の
発熱がおさえられるという作用を有する． また、一列に巻く構成とした巻線を、他の巻線と対面す
る面積が広くなるように配置する構戒とすることにより
、コアを介して他の＠線と鎖交する磁束を減らすことが
でき、よりコアを小型なものにできるという作用を有す
る． 実施例 本発明の高周波加熱装買の電源の回路構成は従来例であ
る第６図と同様であるので、その説明を省略する． 以下、本発明の一実施例を、図［を参照して説明する． 第１図は、本発明の一実施例である昇圧トランスの構成
を示す断面図である．同図において、昇圧トランスは１
次巻線１．１次巻線用ボビン２，２次巻線３，フェライ
トのコア４，ギャップ５，から構成される． １次巻，ＩＩＩは、同図に示すように５ターン程度の巻
数で一列に巻かれている．１次巻線ｌには、従来の技術
でも述べたように第７図に示されるような、ピーク値が
５００Ｖ程度の電圧が発生する．しかしながら、本発明
における昇圧トランスの１次巻線ｌは、５ターン程度の
巻数で一列に巻かれているため、第１図において、１次
巻線１の線間５に発生する電圧はピーク値でＩＯＯＶ程
度となる．従って、共振周波数ｆ１が１００ｋＨｚ以上
の電源に用いられる昇圧トランスでも、１次港線ｌの巻
き方を、上記したように一列に巻く構成とすることによ
り、１次巻線１の線間に発生する電位差を、従来の共振
周波数ｆ７が２０ｋＨｚ程度の電源の昇圧トランスの一
次＠線の線間に発生する電位差よりも低くすることがで
き、巻線間の絶縁を確保でき、コロナ発生を防止し、巻
線の寿命を保証することができる． 第２図は、本発明の他の実施例である．同図は、一列に
巻いた１次巻線ｌを、２次巻線３と対面する面積６が広
くなるように、横向きに配置した構成を示す断面図であ
る．同図において、１次巻線ｌのつくる磁束は、大半は
コア４を通るが、一部の磁束は、２次巻線３と直接鎖交
する。そこで、同図に示すように、一列に巻いたｌ次巻
線ｌを、２次巻線３と対面する面積６が広くなるように
、横向きに配置する構成とすることにより、１次巻線ｌ
がつくる磁束の内、２次巻線３と直接鎖交する磁束８の
量を増加させることができる．このため、コアを通って
２次巻線３と鎖交する磁束７を減らすことができる．コ
アを通る磁束７を減らす方法として、ギャップ９の位置
を、１次巻綿１のところに配置する横或が有効である。

このような構戒することにより、コアを通る磁束７を減
らすことができるので、コアの断面積を小さくでき、コ
アを小型・軽量なものにすることができる。

第３図に示す図も、本発明の他の実施例である。

同図は、ギャップ９の大きさを小さくし、磁気抵抗を小
さくし、かつ、ギャップ９の位置を、１次巻線１と２次
Ｓ線３との間に配置した昇圧トランスの構成を示す断面
図である．周波数の増加とともに、電線は表皮効果によ
ってその損失が増大していく。このため巻線量は少ない
方が好ましい。

このため、同図に示したような構戒にすれば、昇圧トラ
ンスの磁気抵抗を、小さくできるので、１次巻線Ｉの巻
数を減らせ、かつ、必要なインダクタンスを得ることが
できる。１次巻線ｌの巻数を減らしても、１次巻線ｌは
一列に巻く構戒としているので、１次巻線ｌの巻線間の
絶縁は確保できる． 一般に、巻線の損失は、前述した表皮効果による損失と
、ギャップ９から漏れる磁束（漏洩磁束）が巻線と鎖交
することにより、巻線にうず電流等を発生させることに
よる損失とから或る。このため、ギャップ９を同図に示
すように、１次巻線１と２次巻線３との間に配置するこ
とにより、１次巻線１および２次巻＆！ｌ３の両方の巻
線からギヤ・ンプ９を遠ざけ、ギャップ９の漏洩磁束の
影響による巻線の損失を減少させることができる．しか
しながら、このようにコアの磁気抵抗を下げる構成にす
ると、１次壱線１と、２次巻線３との磁気結合が非常に
強くなる．磁気結合が強すぎると、共振回路の共振動作
を持続するためにスイッチング動作を行っているトラン
ジスタの損失が増大する傾向にある．このため、第３図
のような、磁気抵抗の少ない昇圧トランスを用いる場合
には、第４図に示す回路構成のように、１次巻線１であ
る共振回路のインダクタ１に直列に、インダクタ１０を
挿入すれば、トランジスタｌ１の損失増大を防止するこ
とができる． 第５図も本発明の他の実施例であり、１次ＳｖＡ１およ
び２次巻線２を一列に巻く構戒とした昇圧トランスの断
面図である．共振周波数］，を高くするに従って、ｌ次
巻線１と同様に２次巻線２も巻数が減少していく．従っ
て、１次巻線ｌと同様に２次巻線２も一列に巻く構戒と
することにより巻線間の絶縁を保証することができる．
２次Ｓ締３は、■次巻線ｌに比べ、断面積は極めて小さ
いが巻数が大きくなるため、１次巻線ｌと２次巻線３を
、それぞれ一列に巻いて、１次巻線ｌの上に２次巻線３
を、配直する構戒とすると、昇圧トランスの高さが非常
に高くなり、かつ、コアの磁路長が長くなり、コアの損
失が増大する．そこで第５図に示すように、１次巻線１
と２次巻ｖＡ３を重ねて巻く構成とすることにより、昇
圧トランスの高さを低くすることができる． 発明の効果 以上のように本発明の昇圧トランスは、巻線を略一列に
巻く構戒とすることにより、少ない巻数であっても、巻
線間の絶縁を確保することができ、信頼性およびＳ線の
寿命が保証される．特に、本発明によれば巻線を略一列
に巻く簡単な構戒であるため、従来の巻線を巻くための
ボビン構造に大きな変更をすることなく実現できるため
、従来の巻線設備を有効に利用できるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第５図は本発明の一実施例に
おける高周波加熱装直の昇圧トランスの構戒を示す断面
図、第４図は同高周波加熱装置のインバータ回路の回路
図、第６図は従来の高周波加熱装置のインバータ回路図
、第７図は昇圧トランスの１次巻線に発生する電圧を示
す波形図、第８図は従来の昇圧トランスの構成を示す断
面図、第９図は１００ｋＨｚ以上の周波数で使用される
昇圧トランスの構成を示す断面図である． １・・・・・・１次巻線、３・・・・・・２次巻線、４
・・・・・・コア、ｌ２・・・・・・商用電源、ｌ６・
・・・・・昇圧トランス、ｌ８・・・・・・マグネトロ
ン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）バッテリーまたは、商用電源などを整流して得ら
   れる直流電源と、前記直流電源を高周波数の電源に変換
   する周波数変換器と、前記周波数変換器の出力を昇圧し
   、マグネトロンを駆動する昇圧トランスとを備え、この
   昇圧トランスを複数の巻線およびフェライト等の磁性材
   料から成るコアとから構成すると共に、前記、複数の巻
   線の内、一部または全部を略一列に巻く構成とし、実質
   上、線間電圧を巻線に印加する電圧の巻数分の１とする
   構成とした高周波加熱装置。
2. （２）一列に巻く構成とした巻線を、他の巻線と対面す
   る面積が広くなるように配置する構成とした特許請求の
   範囲第１項記載の高周波加熱装置。