JPH0528716Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、電子レンジ等のいわゆる誘電加熱
を行なうための高周波加熱装置の改良に関し、特
に、電源装置にインバータ回路を用い、このイン
バータ回路により直流電力を高周波電力に変換し
昇圧トランスにて昇圧してマグネトロンを駆動す
るように構成した高周波加熱装置の改良に関す
る。

［従来の技術］ 第４図は電源装置にインバータ回路を用いた従
来の高周波加熱装置の一例を示す回路図である。
図において、商用電源１の交流出力電圧は、スイ
ツチ２を介して整流平滑回路１００に与えられ、
直流電圧に整流平滑される。整流平滑回路１００
の出力はインバータ回路２００に与えられる。イ
ンバータ回路２００はパワートランジスタ等の半
導体スイツチング素子２０１のスイツチングによ
り直流電圧を所望の周波数の高周波電圧に変換
し、さらに駆動変圧器２０２でこの高周波電圧を
昇圧する。駆動変圧器２０２の２次側には、フイ
ラメント巻線２０２ｂ、高圧巻線２０２ｃおよび
補助巻線２０２ｄが設けられる。フイラメント巻
線２０２ｂの出力電圧はマグネトロン４００のカ
ソードすなわちフイラメント４０１に与えられ、
このフイラメント４０１を加熱する。また、高圧
巻線２０２ｃの出力電圧はコンデンサ３０１とダ
イオード３０２を含む半波倍電圧回路３００によ
つて昇圧された後、マグネトロン４００のフイラ
メント４０１とアノード４０２との間に印加され
る。制御回路５００は、出力設定手段３の設定出
力に応じたオン時間幅でかつインバータ回路２０
０の動作周期と同期したオン・オフパルス信号を
出力する。このオン・オフパルス信号は、駆動回
路５で増幅された後、スイツチング素子２０１に
与えられる。したがつて、制御回路５００は30〜
100kHz程度の周波数でスイツチング素子２０１
をスイツチング動作させる。なお、制御回路５０
０は、駆動変圧器２０２の補助巻線２０２ｄを介
してインバータ回路２００の動作周期を検出し、
それによつてスイツチング素子のオン・オフタイ
ミングを制御している。

上記第４図の高周波加熱装置では、スイツチン
グ素子２０１のオフ期間（フライバツク期間）に
高圧巻線２０２ｃに生じるフライバツクエネルギ
をコンデンサ３０１に蓄積し、スイツチング素子
２０１のオン期間にこのコンデンサ３０１を放電
させ、マグネトロン４００に供給して駆動するよ
うにしている。

また、第４図の高周波加熱装置では、マグネト
ロン４００に印加される磁界は永久磁石により固
定化されており、制御回路５００によつてのみマ
グネトロン４００の出力が制御されている。すな
わち、操作つまみ４の操作量に応じたオン時間幅
を出力設定手段３が設定することにより、制御回
路４００はスイツチング素子２０１のオン時間幅
を変化させ、それによつて出力制御を図つてい
る。

［考案が解決しようとする問題点］ 第４図の高周波加熱装置のようにマグネトロン
４００に磁界を印加するために永久磁石を用いた
ものにあつては、永久磁石の温度特性により減磁
した場合、マグネトロン４００のアノード電圧が
減少して出力が低下し（すなわち、駆動変圧器２
０２の負荷インピーダンスが大幅に減少し）、イ
ンバータ回路２００の動作に変調を来たすことが
あつた。また、このような負荷変動による問題
は、加熱すべき食品の位置形状の変化よつても生
じる。さらに、永久磁石はその占有スペースが大
きいので、高周波加熱装置が大型化するという問
題点もあつた。

また、第４図の高周波加熱装置では、駆動変圧
器２０２の２次側がマグネトロン４００を駆動さ
せるために高電圧となつているが、このような高
電圧が印加される回路部品は安全上、コストの面
から極力少ないことが好ましい。しかし、第４図
の高周波加熱装置では、コンデンサ３０１および
ダイオード３０２に高電圧が印加されており、安
全上、コストの点で問題があつた。そこで、第５
図に示すように、高圧巻線２０２ｃの出力を直接
マグネトロン４００に印加することも考えられ
る。しかし、第５図の高周波加熱装置では、フラ
イバツク期間（スイツチング素子３０１のオフ期
間）はマグネトロン４００は非導通となつてお
り、駆動変圧器２０２の２次側は無負荷状態とな
つている。そのため、このフライバツク期間にお
いてインバータ回路２００で形成される共振回路
のＬ（インダクタンス）成分は、駆動変圧器２０
２の励磁インダクタンスのみとなり、その共振周
期すなわちオフ期間が長くなる。そのため、イン
バータ回路２００で作られる高周波電圧のデユー
テイ比が低くなり、大出力化が困難となる新たな
問題点を生じる。

この考案は、上記のような種々の問題点を解消
するためになされたもので、定常動作状態におけ
る負荷の状態を常に安定に保ち、かつ小型化が可
能で、さらに高圧部品が少なくしかも大出力化が
可能な高周波加熱装置を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ この考案に係る高周波加熱装置は、直流電源
と、インバータと、マグネトロンと、制御回路と
を備えている。インバータは、その１次巻線に直
流電源の出力を受ける変圧器と、当該１次巻線と
直流電源との間に介挿されるスイツチング素子
と、当該スイツチング素子のオフ時において１次
巻線と協働して共振回路を形成し当該１次巻線の
両端に共振電圧を発生せしめる共振素子とを含
み、このスイツチング素子のスイツチング動作と
共振回路の共振作用によつて変圧器の２次側に高
周波電圧を誘起せしめる。上記マグネトロンは、
インバータにおける変圧器の２次出力がそのカソ
ード・アノード間に直接印加されて駆動される。
制御回路は、変圧器の２次出力に基づいてインバ
ータの動作周期を検出し、それによつてスイツチ
ング素子を当該共振周期と同期するようにオン・
オフ制御する。さらに、この考案では、マグネト
ロンに設けられた磁界発生用のコイルと、変圧器
の２次出力を整流平滑して磁界発生用のコイルに
与えかつ定常動作状態におけるマグネトロンの負
荷変動に伴う共振回路の共振電圧の変動によつて
生じる変圧器の２次出力の変動に応じて磁界発生
用のコイルの付勢電流を増減させる回路手段とを
備えている。

［作用］ この考案においては、定常動作状態におけるマ
グネトロンの負荷変動に伴う共振回路の共振電圧
の変動によつて生じる変圧器の２次出力の変動に
応じてマグネトロンの印加磁界を制御することに
より、アノード電圧の変動に伴う負荷インピーダ
ンスの変動を安定化するようにしている。

［実施例］ 第１図はこの考案の一実施例の高周波加熱装置
を示す回路図である。図において、この実施例
は、第４図の従来装置と同様に、商用電源１と、
スイツチ２と、整流平滑回路１００と、インバー
タ回路２００と、マグネトロン４００と、制御回
路５００と、出力設定手段３と、操作つまみ４
と、駆動回路５とを備えている。なお、第４図の
従来装置で高電圧が印加される半波倍電圧回路３
００は、本実施例では設けられていない。

整流平滑回路１００は、商用電源１からの交流
電圧を全波整流する整流ブリツジ１０１と、この
整流ブリツジ１０１の両端間に直列に接続された
チヨークコイル１０２および平滑コンデンサ１０
３を含む。インバータ回路２００は、平滑コンデ
ンサ１０３の両端に直列に接続された共振コンデ
ンサ２０３およびダイオード２０４と、ダイオー
ド２０４と並列に接続されたパワートランジスタ
等のスイツチング素子２０１と、駆動変圧器２０
２とを含む。駆動変圧器２０２は、その１次巻線
２０２ａが共振コンデンサ２０３と並列に接続さ
れる。駆動変圧器２０２の２次側には、第４図の
装置と同様、フイラメント巻線２０２ｂ、高圧巻
線２０２ｃおよび補助巻線２０２ｄが設けられ
る。フイラメント巻線２０２ｂは、その両端がマ
グネトロン４００のフイラメント４０１（カソー
ド）に接続される。したがつて、フイラメント４
０１はフイラメント巻線２０２ｂの出力によつて
加熱される。高圧巻線２０２ｃは、その一端がマ
グネトロン４００のフイラメント４０１に接続さ
れ、その他端がダイオード６０１のカソード、ア
ノードを介してコイル６０２の一端に接続され
る。コイル６０２の他端は、コンデンサ６０３を
介して接地されるとともに、マグネトロン４００
の磁界発生コイル６０４を介して接地される。ま
た高圧巻線２０２ｃには、中間タツプが設けられ
ており、この中間タツプはマグネトロン４００の
アノードと同電位に接地されている。したがつ
て、マグネトロン４００にはそのカソード４０１
−アノード４０２間に、高圧巻線２０２ｃの中間
タツプから上側（第１図において）の巻線に誘起
された電圧が印加される。また、ダイオード６０
１、コイルおよび６０２コンデンサ６０３は、高
圧巻線２０２ｃの中間タツプから下側（第１図に
おいて）の巻線に誘起された交流出力を整流平滑
するための回路を構成している。なお、マグネト
ロン４００は、磁界発生コイル６０４とは別に、
最低限の磁界を与える永久磁石を備えている。

前記補助巻線２０２ｄの一端は制御回路５００
内部において抵抗５０１を介して接地されてい
る。また、補助巻線２０２ｄの他端はタイミング
回路５０２の入力端に接続される。このタイミン
グ回路５０２は、インバータ回路２００のオン・
オフ動作と同期したタイミング信号を出力するも
ので、その出力は三角波発生回路５０３に与えら
れる。三角波発生回路５０３は、タイミング回路
５０２の出力のうち立下がりパルスに応答して三
角波を発生するもので、その出力は比較回路５０
４の一方入力端に与えられる。比較回路５０４の
他方入力端には出力設定手段３の設定出力が与え
られる。比較回路５０４は出力設定手段３の設定
出力をしきい値として、三角波発生回路５０３の
三角波出力をレベル比較するもで、その比較結果
出力はパルス発生回路５０５に与えられる。パル
ス発生回路５０５は、比較回路５０４の出力によ
つてオン・オフ時間幅が決まるパルス信号を出力
するもので、その出力は駆動回路５を介してスイ
ツチング素子２０１にスイツチング制御電圧とし
て与えられる。また、制御回路５００では電源ト
ランス５０６および電源回路５０７を用いて商用
電源１の交流出力から直流電圧（V_D＝−12V）
を作つており、この直流電圧はタイミング回路５
０２、三角波発生回路５０３、比較回路５０４お
よびパルス発生回路５０５に駆動電圧として与え
られる。

さらに、第１図の実施例では、整流ブリツジ１
０１の出力電流の変動を検出する電流検出コイル
１０４と、この電流検出コイル１０４の出力に基
づいてマグネトロン４００の負荷変動を検出する
電力検出回路５０８とが設けられており、この電
力検出回路５０８の出力は出力設定手段３に設定
値補正のために与えられる。

第２図は第１図に示すマグネトロン４００の構
造を示す図である。図示のごとく、このマグネト
ロン４００には、磁界発生コイル６０４が設けら
れ、この磁界発生コイル６０４に流す付勢電流を
変化することによつて印加磁界を調整し得る構成
となつている。

第３図は、第１図に示す高周波加熱装置の各部
の電圧波形を示す図である。以下、この第３図を
参照して上記実施例の動作を説明する。

まず、負荷変動を考えない定常状態の動作につ
いて説明する。スイツチング素子２０１は制御回
路５００からのオン・オフパルスによつてそのオ
ン・オフが制御されるが、このスイツチング素子
２０１がオンしているとき、駆動変圧器２０２の
１次側では、整流ブリツジ１０１の出力電流がチ
ヨークコイル１０２、１次巻線２０２ａ、スイツ
チング素子２０１のコレクタ・エミツタを介して
流れる。逆に、スイツチング素子２０１がオフし
ているとき、駆動変圧器２０２の１次側では、１
次巻線２０２ａの逆起電圧によつて、この１次巻
線２０２ａと共振コンデンサ２０３とで並列共振
閉ループが形成され、この閉ループ内を共振電流
が流れる。したがつて、１次巻線２０２ａにはス
イツチング素子２０１のオン・オフに応じて、交
流電流が流れることになる。一方、駆動変圧器２
０２の２次側では、高圧巻線２０２ｃの中間タツ
プの上面の巻線に誘起した電圧がマグネトロン４
００のカソード４０１−アノード４０２間に印加
され、インバータ回路２００のオンモードにおい
てマグネトロン４００を駆動する。また、磁界発
生コイル６０４について言えば、インバータ回路
２００のオフモード時に高圧巻線２０２ｃの中間
タツプから接地を介して磁界発生コイル６０４に
電流が流れ込み、この電流はコイル６０２および
ダイオード６０１を介して高圧巻線２０２ｃの他
端へと流れる。また、中間タツプから接地に流れ
込む電流は、コンデンサ６０３を第１図の図示の
極性に充電する。逆に、インバータ回路２００の
オンモード時にはコンデンサ６０３に蓄積された
充電電荷が接地を介して磁界発生コイル６０４に
流れ込み、磁界発生回路６０４を付勢する。した
がつて、磁界発生コイル６０４は、インバータ回
路２００のオンモードおよびオフモードにかかわ
らず、定常的に付勢されている。

上記インバータ回路２００のオン・オフ制御
は、出力設定手段３の設定出力に基づいて、制御
回路５００が行なう。すなわち、制御回路５００
のタイミング回路５０２は、駆動変圧器２０２の
補助巻線２０２ｄの電圧変化（もしくは電流変
化）に基づいて、インバータ回路２００のオン・
オフ動作に同期する立上がりおよび立下がりパル
スを第２図のごとく発生する。三角波発生回路５
０３はタイミング回路５０２からの立下がりパル
スに同期する三角波を第２図のごとく発生する。
また、比較回路５０４は出力設定手段３の設定出
力をしきい値として三角波発生回路５０３の三角
波出力のレベル比較を行ない、パルス発生回路５
０５で発声されるパルス信号のオン・オフ時間幅
を制御する。したがつて、このパルス発生回路５
０５からは、第２図に示すようなパルス信号が出
力される。このパルス信号によつてスイツチング
素子２０１すなわちインバータ回路２００のオ
ン・オフ動作が制御される。なお、電力検出回路
５０８によつてマグネトロン４００の負荷変動を
検出し、出力設定手段３の設定出力を適宜補正す
ることにより、或る程度マグネトロン４００の負
荷変動を抑えることができる。

次に、温度変化による永久磁石の磁気特性の変
化あるいは加熱すべき食品の位置形状の変化等に
より、マグネトロン４００のアノード電圧が変化
したとき、すなわち負荷変動が生じたときの動作
について説明する。この場合、マグネトロン４０
０のアノード電圧がたとえば減少する方向へ変化
したとすると、負荷インピーダンスが低下するた
め、負荷側（駆動変圧器２０２の２次側）の有効
消費電力が低下する。一方、電源側（駆動変圧器
２０２の１次側）では、負荷側における有効電力
の減少を補うため、インバータ回路２０２におけ
る無効電力成分が増加する。その結果、インバー
タ回路２００のオフ時において１次巻線２０２ａ
と共振コンデンサ２０３に流れる共振電流（無効
電流）かつしたがつて共振電圧（フライバツク電
圧）が増加ないし上昇する。フライバツク電圧の
上昇により、駆動変圧器２０２の２次側において
は、フライバツク電圧に比例した電圧が印加され
ている磁界発生コイル６０４の付勢電流が増加す
る。そのため、マグネトロン４００のアノード電
圧が押上げられ、負荷インピーダンスが増加する
ように作用する。逆に、マグネトロン４００のア
ノード電圧が増加する方向へ変化した場合は、上
記フライバツク電圧が低下し、磁界発生コイル６
０４の付勢電流が減少する。そのため、マグネト
ロン４００のアノード電圧が低下し、負荷インピ
ーダンスが減少するように作用する。上記のよう
なフイードバツク作用により、マグネトロン４０
０のアノード電圧は一定値に収束し、インバータ
回路２００の負荷インピーダンスの変動が安定化
される。したがつて、負荷インピーダンスの変動
に伴うインバータ回路２００の動作変調が解消さ
れる。

なお、第１図の実施例では、インバータ回路２
００のオフ時において形成される共振回路のＬ
（インダクタンス）成分は、駆動変圧器２００の
励磁インダクタンスのみならず、その漏洩インダ
クタンス、磁界発生コイル６０４およびコイル６
０２のインダクタンスも含まれることになる。し
たがつて、当該共振回路の共振周期すなわちフラ
イバツク期間は、第５図の従来装置のように磁界
発生コイルがない場合に比べて短くなつている。
その結果、大出力化が可能になる。

［考案の効果］ 以上のように、この考案によれば、マグネトロ
ンに磁界を印加するためにコイルを用いているの
で、従来のように永久磁石を用いたものに比べて
温度変化による磁気特性の変化が少なく、マグネ
トロンの負荷状態を安定に保つことができるとと
もに、装置の小型化を図ることができる。また、
たとえマグネトロンの負荷変動が生じても、その
負荷変動をインバータの変圧器の１次側で検出
し、２次側にフイードバツクして磁界発生用コイ
ルの付勢電流を増減するようにしているので、負
荷状態をさらに安定に保つことができる。さら
に、インバータのオフ時においては磁界発生用コ
イルが変圧器の２次側に負荷としてつながるの
で、インバータの共振周期すなわちフライバツク
期間を従来装置に比べて短くすることができ、大
出力化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す回路図であ
る。第２図は第１図に示すマグネトロン４００の
構造を示す図である。第３図は第１図に示す高周
波加熱装置の各部の電圧波形を示す図である。第
４図は従来の高周波加熱装置の一例を示す回路図
である。第５図は従来の高周波加熱装置の他の例
を示す回路図である。 図において、１は商用電源、３は出力設定手
段、１００は整流平滑回路、２００はインバータ
回路、２０１はスイツチング素子、２０２は駆動
変圧器、２０３は共振コンデンサ、４００はマグ
ネトロン、５００は制御回路、６０１，６０２お
よび６０３はそれぞれ整流平滑用のダイオード、
コイルおよびコンデンサ、６０４は磁界発生用コ
イルを示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 直流電源、 その１次巻線に前記直流電源の出力を受ける変
   圧器と、当該１次巻線と前記直流電源との間に介
   挿されるスイツチング素子と、当該スイツチング
   素子のオフ時において前記１次巻線と協働して共
   振回路を形成し当該１次巻線の両端に共振電圧を
   発生せしめる共振素子とを含み、前記スイツチン
   グ素子のスイツチング動作と前記共振回路の共振
   作用によつて前記変圧器の２次側に高周波電圧を
   誘起せしめるインバータ、 前記変圧器の２次出力がカソード・アノード間
   に直接印加されて駆動されるマグネトロン、およ
   び 前記変圧器の２次出力に基づいて前記インバー
   タの動作周期を検出し、それによつて前記スイツ
   チング素子を当該動作周期と同期するようにオ
   ン・オフを制御する制御回路を備えた高周波加熱
   装置において、 前記マグネトロンに設けられた磁界発生用のコ
   イル、および 前記変圧器の２次出力を整流平滑して前記磁界
   発生用コイルに与え、かつ定常動作状態における
   前記マグネトロンの負荷変動に伴う前記共振回路
   の共振電圧の変動によつて生じる前記変圧器の２
   次出力の変動に応じて前記磁界発生用コイルの付
   勢電流を増減させる回路手段を備えることを特徴
   とする、高周波加熱装置。