DE68919640T2

DE68919640T2 - Hochfrequenzheizgerät mit einer frequenzumwandelnden Speisung.

Info

Publication number: DE68919640T2
Application number: DE68919640T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Bessyo; Shigeru Kusunoki; Naoyoshi Maehara; Takahiro Matsumoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1988-10-13
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2009-10-07
Also published as: AU604197B2; CA2000467C; BR8905183A; KR920006270B1; EP0364171A3; CA2000467A1; KR900007277A; EP0364171A2; US4977301A; DE68919640D1; AU4285789A; EP0364171B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzheizvorrichtung, wie etwa einen Mikrowellenofen zum Erwärmen von Nahrungsmitteln oder Flüssigkeiten, und insbesondere eine Leistungsversorgungseinheit für eine Hochfrequenzheizvorrichtung mit einem Frequenzwandler zum Umwandeln der Leistung einer kommerziellen Leistungsversorgung, d.h. einer Netzstromversorgung, oder einer Batterie in eine Hochfrequenzleistung.

BESCHREIBUNG DES RELEVANTEN STANDES DER TECHNIK

Bekannterweise enthalten zahlreiche Leistungsversorgungseinheiten für Mikrowellenöfen eine um einen Transformator 2 vom Eisenresonanztyp gebaute Leistungsversorgungsschaltung, wie in Fig. 1 dargestellt. Ein Magnetron 5 besitzt normalerweise eine Betriebsspannung von 3 bis 4 kV und daher ist die Schaltungsspannung an der Seite der Sekundärwicklung eines Verstärkertrafos 2 sehr gefährlich hoch. Ein Gehäuse 6 des Mikrowellenofens wird daher immer im geerdeten Zustand verwendet.
Beim vorstehend beschriebenen Aufbau herkömmlicher Mikrowellenöfen würde falls eine Hochspannungswicklung 8 auf Grund irgendeines Fehlers mit der Primärwicklung 9 in Rontakt kommt, wie in Fig. 1 dargestellt, (falls etwa ein Punkt P in Kontakt mit einem Punkt Q kommt) eine Erdleitung 10, falls vorgesehen, das Gehäuse 6 auf Erdpotential halten und das Durchbrennen einer Sicherung 11 hervorrufen, um so einen das Gehäuse berührenden Menschen abzusichern. Falls die Erdleitung 10 nicht vorgesehen ist oder falls die Erdleitung 10 auf nicht zufriedenstellende Weise angeordnet ist, würde ein Unfall, bei dem sich die Punkte P und Q berühren, jedoch ein sehr hohes Potential (wie etwa 2 kV) des Gehäuses 6 hervorrufen, so daß ein dieses Gehäuse berührender Mensch durch einen elektrischen Schock getötet würde. Die Schwierigkeit besteht also darin, daß die Erdleitung 10 unverzichtbar würde und es notwendig würde, eine genügend geringe Impedanz bei der Installationsarbeit zu garantieren. Mit anderen Worten, die absolute Notwendigkeit einer Erdungsbildung für herkömmliche Mikrowellenöfen hat zu einer beschwerlichen Installationsarbeit und einer aufwendigen Verlegung nach der Installation geführt, um dadurch den Betrieb herkömmlicher Mikrowellenöfen unbequem zu machen.
Im Fall eines Kabels mit drei Anschlüssen, die einen Erdanschluß umfassen, als Leistungsversorgungskabel eines Mikrowellenofens könnte mit einer ordnungsgemäßen Erdung der Hausverkabelung eine Absicherung sichergestellt werden. Ungünstigerweise ist ein Leistungsversorgungskabel mit drei Anschlüssen jedoch teuer und der Mikrowellenofen kann lediglich an der Plätzen im Haus eingesetzt werden, an denen eine ordnungsgemäße Erdung für die Hausverkabelung verlegt wurde.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß besteht eine Aufgabe dieser zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme gemachten Erfindung in der Schaffung einer Hochfrequenzheizvorrichtung, in der eine Leistungsversorgung nach Art eines Frequenzwandlers mit einem nachstehend beschriebenen Aufbau eingesetzt wird.
Erfindungsgemäß wird bereitgestellt eine Hochfrequenzheizvorrichtung mit einer über eine kommerzielle Leistungsversorgung, d.h. eine Netzstromversorgung, oder eine Batterie mit elektrischer Leistung versorgten Leistungsquelle;
einem Frequenzwandler zum Umwandeln der Leistung von der Leistungsversorgung in eine Hochfrequenzleistung;
einem Verstärkertrafo zum Erhöhen der Ausgangsspannung des Frequenzwandlers, wobei der Verstärkertrafo einen aus einem magnetisch leitenden Material gebildeten Kern, sowie eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, die um einen Bereich des Kerns gewickelt sind, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung einander benachbart sind; und
einem vom Ausgang des Verstärkertrafos mit Energie versorgten Magnetron, gekennzeichnet durch
ein aus einem magnetisch nicht leitenden Material gebildetes Abschirmglied, wobei das Abschirmglied zumindest einen sich in eine Richtung quer zur Wicklungsrichtung der Primärwicklung erstreckenden Schlitz aufweist zur Schaffung einer im wesentlichen elektrisch offenen Schleife in Wicklungsrichtung der Primärwicklung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung, wobei der Schlitz in Wicklungsrichtung der Primärwicklung eine Weite aufweist, die geringer ist als das zweifache der kürzesten Entfernung zwischen dem Abschirmglied und der Primärwicklung.
Dieser Aufbau gestattet einen äußerst einfachen Einbau eines Abschirmgliedes mit im einem wesentlichen demjenigen des Gehäuses entsprechenden Potential zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Verstärkertrafos und ermöglicht den Einschluß der Hochspannungsschaltung auf der Seite der Sekundärwicklung des Verstärkertrafos in einem abgeschirmten Raum, der dasselbe Potential aufweist, wie das Gehäuse. Ferner besitzt der zum Erhöhen der Spannung der mit einem Frequenzwandler zum Erhalt einer hohen Frequenz umgewandelten Leistung vorgesehene Verstärkertrafo einen sehr kompakten Aufbau und daher kann die Hochspannungsschaltung auf einfache Weise im abgeschirmten Raum eingeschlossen werden. Darüber hinaus ist das Abschirmglied aus einem magnetisch nicht leitenden Material hergestellt und aus einem eine im wesentlichen elektrisch offene Schleife entlang der Wicklungsrichtung der Primärwicklung bildenden Abschirmmaterial gebildet. Als Ergebnis wird mittels von der Primärwicklung induzierter magnetischer Flüsse hoher Frequenz im gesamten Material ein Strom hoher Frequenz induziert, um dadurch die sogenannte Induktionserwärmung zu verhindern. Daher ist die Verhinderung einer extremen Temperaturerhöhung des Abschirmglieds und die Verhinderung einer Beschädigung des Verstärkertrafos oder einer Verschlechterung seiner Zuverlässigkeit möglich. Gleichzeitig wird ein überflüssiger Leistungsverbrauch, der andernfalls von der Induktionserwärmung hervorgerufen werden könnte, verhindert, um dadurch die hohe Betriebseffizienz einer Hochfrequenzheizvorrichtung beizubehalten.
Die Erfindung wird nachstehend lediglich beispielhaft unter besonderer Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein eine herkömmliche Hochfrequenzheizvorrichtung darstellendes Schaltungsdiagramm,
Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer Hochfrequenzheizvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine den Aufbau eines Verstärkertrafos der Vorrichtung darstellende Schnittansicht,
Fig. 4 ein den Aufbau eines Abschirmgliedes der Vorrichtung darstellendes Diagramm,
Fig. 5 eine den Aufbau des Abschirmgliedes darstellende vergrößerte Ansicht,
Fig. 6 eine die relativen Positionen des Abschirmgliedes und der Primärwicklung des Verstärkertrafos darstellende, vergrößerte Schnittansicht,
Fig. 7A eine Draufsicht auf ein Abschirmnetz,
Fig. 7B ein anderes Abschirmnetz und
Fig 7C eine Seitenansicht eines Abschirmgliedes, das durch Übereinanderlegen dieser beiden Abschirmnetze gebildet wird,
Fig. 8A und 8B eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht, in denen der Aufbau des Abschirmgliedes gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt sind,
Fig. 9 eine Teilschnittansicht eines Verstärkertrafos zum Erläutern eines unnormalen Betriebszustands,
Fig. 10A und 10B eine Teildraufsicht bzw. eine Schnittansicht, in denen eine weitere Ausführungsform des Abschirmgliedes dargestellt sind,
Fig. 11 eine eine weitere Ausführungsform des Verstärkertrafos der Vorrichtung darstellende Schnittansicht,
Fig 12A, 12B und 12C den Aufbau des Abschirmgliedes des Verstärkertrafos darstellende Diagramme,
Fig. 13A und 13B eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht, in denen eine weitere Ausführungsform des Abschirmgliedes dargestellt sind und
Fig. 14 eine eine weitere Ausführungsform des Abschirmgliedes darstellende Draufsicht.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm einer Hochfrequenzheizvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
In Fig. 2 ist eine Leistungsversorgungseinheit 23 zum Bereitstellen einer gleichgerichteten Leistungsversorgung aus einer Netzstromversorgung 1, einer Sicherung 11, einer Diodenbrücke 20, einer Induktivität 21 und einem Kondensator 22 gebildet. Die Leistung wird über einen Widerstand 24 an eine Steuerschaltung 25 angelegt, welche einen Transistor 26 einem Hochfrequenz-Schaltbetrieb mit einer Frequenz von beispielsweise 20 kHz bis 1 MHz aussetzt. Bezugszeichen 27 bezeichnet eine Diode und Bezugszeichen 28 einen Resonanzkondensator. Die Diode 27 und der Kondensator 28 bilden einen resonatorartigen Inverter (Frequenzwandler) 29. Daher wird die Primärwicklung 31 des Verstärkertrafos 30 mit einer Hochfrequenzleistung die dieselbe Frequenz besitzt, wie die Schaltfrequenz des Transistors 26, versorgt, um dadurch eine Hochspannungsausgabe über der über den Kern 32 magnetisch angekoppelten Sekundärwicklung 33 zu erzeugen. Diese Ausgabe wird mit einem Kondensator 34 und einer Diode 35 gleichgerichtet und an ein Magnetron 5 angelegt. Weil die Kathode des Magnetrons 5 mit einer Heizspule 36 erwärmt wird, wird das Magnetron 5 zum Oszillieren angeregt und eine Mikrowellenausgabe wird erzeugt, um dadurch eine dielektrische Erwärmung zu ermöglichen. Der resonatorartige Inverter 29, dessen genauer Betrieb gut bekannt ist und nicht weiter erläutert wird, ist das, was ein Inverter mit einem Transistor vom Spannungsresonanztyp genannt wird. Der in den Transistor 26 fließende Strom IC ist daher ein dreieckförmiger Kollektorstrom und die Kollektrospannung VCE ist eine sinusförmige Resonanzspannung. Zwischen den Anschlüssen der Primärwicklung 31 des Verstärkertrafos 30 wird eine Spannung mit einer der Schaltfrequenz des Transistors 26 entsprechenden, hohen Frequenz erzeugt.
Ein Abschirmglied 37 ist an einer Position in der Nähe der Primärwicklung 31 zwischen der Primärwicklung 31 einerseits und der Sekundärwicklung 33 sowie der Heizwicklung 36 des Verstärkertrafos 30 andererseits angeordnet. Dieses Abschirmglied 37 ist mit einem Kern 32 verbunden, welcher anschließend im wesentlichen mit einem Gehäuse 6 einer Hochfrequenzheizvorrichtung verbunden ist.
Als Ergebnis ist durch das Vorliegen des Abschirmgliedes 37 die Hochspannungsschaltung an der Ausgangsseite der Hochspannungssekundärwicklung 33 im wesentlichen in einem abgeschirmten Raum eingeschlossen, der dasselbe Potential aufweist wie das Gehäuse 6. Im Fall eines Schadens der Hochspannungssekundärwicklung, der zu einem Kurzschluß führt, ist daher die Verhinderung dessen möglich, was ein Mischkontakt zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung über einen Kontakt mit der Primärwicklung 31 genannt wird. Der Verstärkertrafo 30 ist insbesondere zum Erhöhen der Ausgangsspannung des resonatorartigen Inverters 29 geeignet und ist so kompakt, daß das Abschirmglied 37 ohne weiteres einen einfachen und kompakten Aufbau aufweisen kann, um dadurch den Einschluß der Hochspannungsschaltung innerhalb des abgeschirmten Raums im hohen Maß zu vereinfachen.
In Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Aufbaus des Verstärkertrafos 30 dargestellt. In Fig. 3 sind die mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichneten Bauelemente die dieser Figur entsprechenden Bauelemente und werden nachstehend nicht detailliert beschrieben. Das Abschirmglied 37 ist in der dargestellten Weise auf einem Spulenhalter 40 der Primärwicklung 33 angebracht zum Abschirmen der Sekundärwicklung 33 über die Abstandschicht 42 zwischen der Sekundärwicklung 33 und dem Spulenhalter 41. Dieses Abschirmglied ist im Bereich seines Innendurchmessers 43 mit dem Kern 32 verbunden und ferner über einen Leitungsdraht 44 mit dem Gehäuse 6.
Dieser Aufbau schirmt die Sekundärwicklung 33 und die Heizwicklung 36 von der Primärwicklung 31 ab und verhindert das Ansteigen des Potentials des Gehäuses 6 auf einen unnormal hohen Wert, wenn die Primärwicklung 31 mit der Sekundärwicklung 33 gemischt und damit in Kontakt gebracht wird, selbst wenn die Sekundärwicklung 33 einen Defekt erleidet und die Isolation aus irgend einem Grund zusammenbricht. Als Ergebnis wird die Notwendigkeit für eine weitergehende Erdung des Gehäuses 6 mit einer Erdungsleitung beseitigt, um dadurch eine bequem betreibbare, sichere Hochfrequenzheizvorrichtung bereitzustellen.
Das Abschirmglied 37 ist unverzichtbar zwischen der Primärwicklung 31 und der Sekundärwicklung 33 angeordnet, wie dargestellt, und daher steigt unvermeidbar der nachteilhafte Effekt der von diesen Wicklungen erzeugten magnetischen Flüsse hoher Frequenz an.
Fig. 4 ist ein eine Ausführungsform des Aufbaus des Abschirmgliedes 37 zum Verhindern der nachteilhaften Wirkung magnetischer Flüsse hoher Frequenz darstellendes Diagramm. Wie dargestellt, ist das Abschirmglied 37 als netzförmiges Drahtmaterial mit einem Schlitz 1 aufgebaut. Dieser Aufbau wird später nochmals beschrieben. Das Drahtmaterial kann aus rostfreiem Stahl, Messing, Aluminium oder einem ähnlichen nichtmagnetischen Metall gebildet sein, obwohl rostfreier Stahl auf Grund seiner Induktionserwärmungseingenschaften und seiner mechanischen Festigkeit am besten geeignet ist.
Dieses Drahtmaterial ist netzartig angeordnet, wie in der vergrößerten Ansicht nach Fig. 5 dargestellt. Drahtglieder, die an einem Punkt kleiner Ausdehnung miteinander in Kontakt stehen, besitzen einen hohen Widerstand bezüglich der hochfrequenten elektromagnetischen Induktionsspannung. Als Ergebnis wird die nachteilhafte Wirkung von der Primärwicklung hervorgerufener hochfrequenter magnetischer Flüsse, d.h. das von der partiellen Induktion eines Wirbelstroms im Abschirmglied hervorgerufene, Induktionserwärmung genannte Phänomen minimiert, um dadurch die Unanehmlichkeiten, die andernfalls von einem annormalen Temperaturanstieg des Abschirmgliedes verursacht werden könnten, zu verhindern, während gleichzeitig ein Erhöhen der Gesamtverlustleistung des Verstärkertrafos verhindert wird. Ferner wird die wesentliche Abschirmung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung sichergestellt, indem die in Fig. 6 dargestellte Beziehung der Maschengröße aufrechterhalten wird. Insbesondere wird unter der Annahme, daß der Drahtabstand (Maschengröße) des Abschirmgliedes 37 zwei l&sub1; ist und die Entfernung zwischen dem Abschirmglied 37 und der Primärwicklung 31 (Dicke des Flansches 40a des Spulenhalters 40 dieser Ausführungsform) l&sub2; ist, bei der Konstruktion die Beziehung l&sub1; < l&sub2; sichergestellt. Daher ist selbst mit einem netzförmigen Abschirmglied 37 die Verwirklichung einer im wesentlichen ausreichenden Abschirmung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung möglich.
Diese netzförmige Anordnung muß nicht notwendigerweise mittels Flechten eines Drahtmaterials verwirklicht werden, sondern kann auch mittels einer diesem ähnlichen Anordnung erhalten werden. Abhängig von der Frequenz des Inverters oder der Anordnung des Abschirmgliedes 37 kann insbesondere eine den netzförmigen Abschirmglied gleichwertige Wirkung verwirklicht werden mittels eines gestanzten Metalls oder eines Aufbaus gleich dem einer Lochmaske einer Kathodenstrahlröhre. Mit anderen Worten, es ist der Einsatz eines Abschirmgliedes mit einem solchen Aufbau möglich, daß der Widerstandswert bezüglich der hochfrequenten elektromagnetischen Induktionsspannung auf praktische Weise genügend erhöht werden kann.
Aus den nachstehend erläuterten Gründen ist das Abschirmglied 37 mit dieser netzartigen Form oder einem dieser Form ähnlichen Aufbau mit einem Schlitz l versehen, wie in Fig. 4 dargestellt. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert, kann der durch die über die in der Primärwicklung erzeugten magnetischen Flüsse in allen Teilen des Abschirmgliedes 37 induzierte Strom durch die Verwendung eines netzförmigen oder eines ähnlichen Aufbaus minimiert werden. In Abwesenheit des Schlitzes l würde jedoch der in Fig. 4 mit dem Pfeil bezeichnete kollektive Induktionsstrom entlang der Wicklungsrichtung der Primärwicklung 31 fließen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, verursacht die Anbringung des Abschirmgliedes 37 zwischen der Primärwicklung 31 und der Sekundärwicklung 33 durch die mit der Primärwicklung 31 induzierten magnetischen Flüsse unvermeidbar den Fluß eines Induktionsstroms im Abschirmglied 37. Selbst wenn ein netzförmiges Abschirmglied 31 wie bei einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt aufgebaut ist, würde dessen kollektiver Induktionsstrom unvermeidbar in der in Fig. 4 durch den Pfeil dargestellten Richtung fließen, um dadurch eine Induktionserwärmung des Abschirmglieds 37 hervorzurufen. Wenn zum Aufbau des Abschirmglieds 37 als im wesentlichen elektrisch offene Schleife bezüglich der Wicklungsrichtung der Primärwicklung ein Schlitz l gebildet wird, wird jedoch eine Induktionserwärmung des Abschirmgliedes durch den auf die vorstehend erläuterte Weise fließenden kollektiven Induktionsstrom verhindert.
Die Breite dieses Schlitzes l kann nach einem Konzept konstruiert werden, das demjenigen, welches für die Maschengröße (2l&sub1;) unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschriebenen wurde, ähnlich ist. Daher ist es möglich, selbst in Gegenwart des Schlitzes l die Primärwicklung 31 und die Sekundärwicklung 33 im wesentlichen voneinander abzuschirmen.
Von den Erfindern durchgeführte Experimente haben gezeigt, daß beim Einsatz eines Inverters mit einigen zehn bis einigen hundert kHz die Verwendung eines aus einem netzförmigen SUS 304-Material mit einer Maschengröße von etwa 30 gebildeten und einen Schlitz l von etwa 1 mm aufweisenden Abschirmgliedes, wie in Fig. 4 dargestellt, ein Temperaturanstieg des Abschirmgliedes durch eine Induktionserwärmung im wesentlichen beseitigt werden kann.
Ein Aufbau des Abschirmgliedes 37 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt.
Falls beispielsweise die Primärwicklung 31 des Verstärkertrafos eine sehr geringe Windungszahl besitzt, wird eine beträchtliche Induktionsspannung im Schlitz l erzeugt, um dadurch in Fig. 4 eine genügende Verkleinerung des Schlitzes l unmöglich zu machen.
Falls ein in den Fig. 7A und 7B dargestelltes Paar von Abschirmgliedern 37a, 37b in der in Fig. 7C dargestellten Weise mit einem ausreichenden Isolierabstand g angeordnet wird, sind andererseits die Primärwicklung 31 und die Sekundärwicklung 33 im wesentlichen mit genügend großen Schlitzen la und lb voneinander abgeschirmt.
Der Aufbau einer weiteren Ausführungsform des Abschirmgliedes 37 ist in den Fig. 8A und 8B dargestellt.
In den Fig. 8A und 8B besteht ein kreisförmiges Abschirmglied 37 aus Abschirmplatten 52, 53 und einer aus einem isolierenden Papier oder dgl. gebildeten Isolierschicht 54. Die Abschirmplatten 52, 53 sind aus rostfreiem Stahl, Aluminium, Kupfer oder dgl. hergestellt und weisen eine Mehrzahl von radial ausgerichteten, äquidistant angeordneten Kanälen 50 und einen Schlitz 51 zur Bildung einer elektrisch offenen Schleife entlang der Wicklungsrichtung der Primärwicklung (entlang der Pfeils in der Zeichnung) auf. Bei dieser Ausführungsform besitzen die beiden isolierenden Platten 52 und 53 exakt dieselbe Form und die Breite l&sub3; des Kanals 50 ist so festgelegt, daß sie kleiner ist als die Hälfte des Intervalls l&sub4;. Die Isolierplatten 52 und 53 sind in einer solchen relativen Lage angeordnet, daß die Zentrumslinie P&sub1; des Kanals 50 der Abschirmplatte 52 um einen Winkel θ bezüglich der Zentrumslinie P2 des Kanals 55 der Abschirmplatte 53 verschoben ist, wie dargestellt. Insbesondere sind alle Kanäle 50 und 55 so angeordnet, daß sie über die Isolierschicht 54 von kanallosen Bereichen abgedeckt werden. Als Ergebnis würde das Abschirmglied 37 nach Fig. 8B bei einer vertikalen Ansicht selbst in Abwesenheit der Isolierschicht 54 neben dem Loch 56 zum Durchführen des Kerns 32 absolut keine weiteren Öffnungen aufweisen. Falls eine Öffnung in dieser Richtung vorliegen würde, würde das eine nachstehend beschriebene Unzulänglichkeit zum Ergebnis haben. Es wird insbesondere angenommen, daß, wie in Fig. 9 dargestellt, der Flansch 57 des Spulenhalters 41 der Sekundärwicklung 33 geschmolzen ist. Der Teil 58 der Sekundärwicklung kann durch die Öffnung 59 des Abschirmglieds 37 die Primärwicklung 31 erreichen und eine große Gefahr hervorrufend das veranlassen, was ein Mischkontakt zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung genannt wird. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung werden jedoch Öffnungen 59 zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Abschirmgliedes 37 vollständig beseitigt und die nachteilhafte Wirkung der hochfrequenten magnetischen Flüsse wird verhindert. Insbesondere sind die in Fig. 8A dargestellten Kanäle 50 zusammen mit einem Schlitz 51 zur Ausbildung einer elektrisch offenen Schleife in Wicklungsrichtung der Primärwicklung gebildet, so daß der Induktionsstrom minimiert wird, um dadurch die an diesem besonderen Punkt auftretende Verlustleistung im hohen Maß zu verringern. Der Kern 32 ist aus Ferrit gebildet und die Abschirmplatte 52 ist aus nichtmagnetischem rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 0,5 mm oder dünner aufgebaut. Dadurch wird selbst in dem Fall, in dem die Spannung der Leistung mit einer Frequenz von etwa 100 kHz erhöht wird, die Verlustleistung der Abschirmplatte 52 äußerst gering gehalten. Die Tatsache, daß, wie vorstehend beschrieben, die Kanäle 50 und der Schlitz 51 in einer die Wicklungsrichtung der Primärwicklung kreuzenden Richtung gebildet sind, erhöht den Widerstand bezüglich der tatsächlichen hochfrequenten Induktionsspannung und verringert daher im hohen Maße die hochfrequente Induktionsverlustleistung. Ein ähnlicher Aufbau ist selbstverständlich auch unter Verwendung anderen Materialien verwirklichbar. Beispielsweise kann die Isolierschicht 54 aus einer Keramiktafel oder einem isolierenden Papier gebildet sein und leitfähige Filme in Form der Abschirmplatten 52, 53 können die gleiche Wirkung hervorbringend auf der Oberfläche der keramischen oder einer ähnlichen Tafel aufgedruckt sein.
Die Fig. 10A und 10B zeigen eine Teildraufsicht bzw. eine Vorderansicht eines drei Abschirmplatten 52A, 52B, 52C die mittels zwei Isolierschichten 54A, 54B isoliert sind, enthaltenden Abschirmgliedes 37. Diese Abschirmplatten 52A bis 52C sind auf genau die gleiche Weise geformt wie die in Fig. 8 dargestellte Abschirmplatte 52. Wie aus Fig. 10A deutlich wird, besitzen die Kanäle der Abschirmplatten 52A bis 52C jedoch eine größere Breite (entsprechend der Länge l&sub3; in Fig. 8). Als Ergebnis müssen, wie in der Schnittansicht nach Fig. 10B dargestellt, drei Abschirmplatten unter Zwischenschaltung der Isolierschichten 54A, 54B übereinander gelegt werden und gleichzeitig sind, wie in Fig. 10A dargestellt, die Kanäle etwas gegeneinander verschoben, um dadurch ein Abschirmglied 37 zu bilden, daß insgesamt im wesentlichen keine Öffnungen aufweist.
In Fig. 11 ist eine Teilschnittansicht eines Verstärkertrafos 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei dem Bauteile, die denjenigen in den Fig. 3 und 8 entsprechen, jeweils mit demselben Bezugszeichen wie in den Fig. 3 und 8 bezeichnet sind. Dieser Verstärkertrafo 30 umfaßt einen Kern 32, einen auf den Kern 32 angebrachten Spulenhalter 41 für die Sekundärwicklung 33, einen isolierenden Zylinder 60, ein Abschirmplatten 52, 53 und eine Isolierschicht 54 enthaltendes Abschirmglied 37 an der Außenseite des isolierenden Zylinders 60 und einen Spulenhalter 40 mit der Primärwicklung 31 an der Außenseite. Die Abschirmplatten 52, 53 besitzen in den Fig. 12A oder 12B dargestellte Kanäle 50 und einen Schlitz 51, der gebildet ist, wie in Fig. 12C dargestellt, welche eine diagrammartige Darstellung der Abschirmplatte 52 mit den Kanälen 50 ist. Wenn Abschirmplatten wie die mit 52 bezeichneten in der dargestellten Form mit unterschiedlichen Innendurchmessern vorgesehen sind, kann das in Fig. 11 dargestellte Abschirmglied 37 aufgebaut werden. Die Abschirmplatten 52 und 53 sind in solchen relativen Positionen zueinander angeordnet, daß ihre Kanäle 50 nicht übereinander liegen, was die gleiche Funktion und Wirkung zum Ergebnis hat, wie bei den unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 8 erläuterten Ausführungsformen. Ähnliche Funktionen und Wirkungen werden selbstverständlich auch erhalten, wenn die Abschirmplatte 52 mit der in Fig. 12 C dargestellten Form aus einem magnetisch nicht leitenden Material netzförmig oder mit den in Fig. 5 dargestellten Eigenschaften gleichwertigen Eigenschaften angeordnet wird.
Die Fig. 13A und 13B stellen eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Abschirmgliedes 37 dar. Diese Ausführungsform ist für den in Fig. 3 dargestellten Verstärkertrafo 30 anwendbar.
Bei der Anordnung gemäß dieser Ausführungsform wird ein Paar nicht magnetischer Metallglieder 60 aus Kupfer oder Aluminium mit einem isolierenden Material 61 bedeckt. Jedes Metallglied 60 ist grundsätzlich U-förmig und enthält zwei einander gegenüberliegende, parallele Leiterteile, wobei die Leiterteile an einem Ende offen liegen und am anderen Ende kurzgeschlossen sind. Ein Paar derartiger Metallglieder 60 ist konzentrisch angeordnet, wobei jedes dieser Metallglieder 60 einen Erdverbindungsanschluß 62 aufweist.
Die maximale Entfernung 2 zwischen den Metallleitern ist so festgelegt, daß sie kleiner ist, als die minimale Entfernung l&sub2; zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung.
Die Metallglieder 60 bilden ein Abschirmglied, das ebenfalls Schlitze 63, 64 aufweist. Die gerade betrachtete Ausführungsform ist mit zwei derartigen Schlitzen versehen.
Das Metallglied 60 kann alternativ auch so aufgebaut sein, wie in Fig. 14 dargestellt. Insbesondere kann eine Mehrzahl U-förmiger Metallglieder 60 nicht entlang der Umfangsrichtung, sondern in radialer Richtung angeordnet sein, wobei die kurzgeschlossenen U-förmigen Enden entlang der Umfangsrichtung miteinander verbunden sind, während Bereiche davon zur Ausbildung von Schlitzen 63, 64 ausgeschnitten sind. Diese Anordnung ähnelt daher derjenigen der in Fig. 8A dargestellten Ausführungsform. Neben dieser Anordnung ist auch eine Anordnung wie in Fig. 14 dargestellt, möglich. Ferner können, falls erforderlich, eine Mehrzahl der in den Fig. 13 und 14 dargestellten Abschirmglieder 37 übereinander gelegt werden.
Angesichts des vorstehend beschriebenen, grundsätzlich U-förmigen Aufbaus der Metallleiter 60 mit den Schlitzen 63 und 64 fließen gegeneinander versetzte Ströme in den beiden parallelen Drähten, so daß der Schleifenstrom im wesentlichen herabgesetzt wird, um dadurch die Verlustleistung auf Grund einer Wärmeerzeugung in den Metallgliedern 60 oder einen unzulänglichen Betrieb, der andernfalls durch die magnetischen Flüsse zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung hervorgerufen werden könnte, zu verhindern.
Wie vorstehend erläutert wird erfindungsgemäß der Ausgang eines Frequenzwandlers nach Erhöhen seiner Spannung mittels eines Verstärkertrafos an ein Magnetron angelegt, ein Abschirmglied aus einem magnetisch nicht leitenden Material, das im wesentlichen eine elektrisch offene Schleife in Richtung der Primärwicklung bildet wird zwischen die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Verstärkertrafos eingesetzt und ein Teil des Abschirmgliedes wird mit einem Kern oder einem Gehäuse des Verstärkertrafos verbunden. Die kompakten Hochspannungsteile des Verstärkertrafos und dergleichen verwirklichen auf einfache Weise eine Abschirmeinrichtung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung mit einem sehr einfachen Aufbau um dadurch den Einschluß der Hochspannungsschaltung innerhalb eines abgeschirmten Raums zu ermöglichen. Die Notwendigkeit zum Erden des Gehäuses wird unter Sicherstellung einer genügend hohen Sicherheit beseitigt. Als Ergebnis wird eine auf bequeme Weise betreibbare Hochfrequenzheizvorrichtung verwirklicht, bei der die Notwendigkeit zum Erden beseitigt ist. Insbesondere verhindert die vor stehend beschriebene Anordnung des Abschirmgliedes vollständig, daß das Abschirmglied einer Induktionserwärmung durch hochfrequente magnetische Flüsse, die zu einer großen Verlustleistung führen, unterzogen wird oder durch eine Überhitzung verbrennt. Dank der Beseitigung der Erdungsarbeit und der großen Betriebsbequemlichkeit wird eine im hohen Maße sichere und hocheffiziente Hochfrequenzheizvorrichtung verwirklicht.
Andererseits wird eine Abschirmplatte bestehend aus einem geflochtenen oder netzförmigen Aufbau mit einem dem Geflecht entsprechenden Widerstand bezüglich einer hochfrequenten Induktionsspannung eingesetzt zur sehr einfachen und äußerst preiswerten Verwirklichung eines Abschirmgliedes. Ferner kann das Abschirmglied für praktische Zwecke auf einfache Weise sehr bequem und mit äußerst niedrigen Kosten hergestellt werden, wenn das Abschirmglied aus einer eine Mehrzahl von die Wicklungsrichtung der Primärwicklung kreuzenden Kanälen aufweisenden Abschirmplatte gebildet ist. Durch Anordnen einer Mehrzahl von Abschirmplatten an solchen relativen Positionen zueinander, daß die Kanäle nicht übereinander liegen, kann zusätzlich ein Abschirmglied verwirklicht werden, das vollständig frei von Öffnungen zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung ist, um dadurch eine vollständige Sicherheit zu garantieren.
Ferner wird durch die U-förmige Anordnung der beiden im wesentlichen parallel verlaufenden Leiter die Beseitigung von Spannungen, die von den hochfrequenten magnetischen Flüssen ineinander induziert werden, verwirklicht und daher wird der Induktionsstrom vollständig versetzt und ein Fließen des Induktionsstroms verhindert.
Die Anordnung des mit einem Isolierglied bedeckten Abschirmglieds vereinfacht den Einbau des Abschirmgliedes auf dem Verstärkertrafo. Angesichts der Einfachheit der Spannungsverhinderungskonstruktion der Abschirmplatte und der Hochspannungsbereiche gibt es beispielsweise keine Notwendigkeit, die Isolierentfernung zu vergrößern, so daß eine Verringerung der Gesamtgröße des Verstärkertrafos ermöglicht wird.
Wenn ein Abschirmglied aus einem magnetisch nicht leitenden Material, das auf der Oberfläche einer Keramik oder eines isolierenden Papiers aufgedruckt, befestigt oder mittels Aufdampfen abgeschieden ist, aufgebaut ist, wird die Massenproduktivität davon zusätzlich deutlich verbessert. Ein weiterer Vorteil dabei besteht in einer hohen Verarbeitungsgenauigkeit bei einem mehrschichtigen Aufbau oder einer feinen Struktur der Kanäle.

Claims

1. Hochfrequenzheizvorrichtung mit einer über eine kommerzielle Leistungsversorgung oder eine Batterie mit elektrischer Leistung versorgten Leistungsquelle;

einem Frequenzwandler (29) zum Umwandeln der Leistung von der Leistungsversörgung in eine Hochfrequenzleistung;

einem Verstärkertrafo (30) zum Erhöhen der Ausgangsspannung des Frequenzwandlers, wobei der Verstärkertrafo einen aus einem magnetisch leitenden Material gebildeten Kern (32), sowie eine Primärwicklung (31) und eine Sekundärwicklung (33) aufweist, die um einen Bereich des Kerns gewickelt sind, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung einander benachbart sind; und

einem von der Ausgabe des Verstärkertrafos mit Energie versorgten Magnetron (5), gekennzeichnet durch

ein aus einem magnetisch nicht leitenden Material gebildetes Abschirmglied (37), wobei das Abschirmglied zumindest einen sich in einer Richtung quer zur Wicklungsrichtung der Primärwicklung erstreckenden Schlitz (L, 57, 63, 64) aufweist zur Schaffung einer im wesentlichen elektrisch offenen Schleife in Wicklungsrichtung der Primärwicklung (31) zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung, wobei der Schlitz (L, 57, 63, 64) in Wicklungsrichtung der Primärwicklung eine Weite aufweist, die geringer ist als das zweifache der kürzesten Entfernung zwischen dem Abschirmglied (37) und der Primärwicklung (31).

2. Hochfrequenzheizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Abschirmglied (37) eine geflochtene und netzförmige Maske aufweist, wobei die geflochtene und netzförmige Maske einen vergleichsweise hohen Widerstand bezüglich einer induzierten Spannung aufweist, und die geflochtene und netzförmige Maske jeweils eine Maschengröße (24) aufweist, die geringer ist als das zweifache der kürzesten Entfernung (L&sub2;) zwischen dem Abschirmglied und der Primärwicklung.

3. Hochfrequenzheizvorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Abschirmglied (37) von einem Netzwerk aus rostfreiem Stahl mit einer Maschengröße mit einer Maschenzahl von nicht mehr als näherungsweise 30 gebildet ist.

4. Hochfrequenzheizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Abschirmglied eine Mehrzahl von Abschirmplatten (52, 53) aufweist, die jeweils mindestens einen Schlitz (51) aufweisen und unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht (54) übereinander gelegt sind, wobei die Schlitze an solchen relativen Positionen angeordnet sind, das sie nicht übereinander liegen.

5. Hochfrequenzheizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Abschirmglied einer Abschirmplatte (52, 53) mit einer Mehrzahl von sich in einer Richtung quer zur Wicklungsrichtung der Primärwicklung erstreckenden Einschnitten (40; richtig: 50) aufweist.

6. Hochfrequenzheizvorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Abschirmglied eine Mehrzahl der unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht (54) übereiander gelegten Abschirmplatten aufweist, wobei die relativen Positionen der Abschirmplatten so angeordnet sind, daß sie nicht übereinander liegen.

7. Hochfrequenzheizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der zumindest der aus einem magnetisch nicht leitenden Material gebildete leitfähige Bereich des Abschirmgliedes (37) mit einem isolierenden Material bedeckt ist.

8. Hochfrequenzheizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Abschirmglied (37) durch Aufdrucken eines magnetisch nicht leitenden Materials auf zumindest eine Seite eines isolierenden Materials gebildet ist.

9. Hochfrequenzvorrichtung nach Anspruch 8, bei der das isolierende Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Keramiken und isolierendem Papier.

10. Hochfrequenzheizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Abschirmglied zwei im wesentlichen parallele U-förmige, aus einem magnetisch nicht leitenden Material gebildete Leiter (60) enthält, wobei die induzierten Spannungen der beiden Leiter gegeneinander versetzt sind.