JPH0378995A - 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 本発明はインバータ電源を用いた高周波加熱装置に関す
るもので、特に異常動作を検知し、装置を制御するｍ能
を備えた高周波加熱装置に関する。

従来の技術 このような方式の高周波加熱装置は、その電源トランス
の小型化、軽量化、あるいは低コスト化のだめに、さま
ざまの構成のものが提案されている。

第６図は、従来の高周波加熱装置の回路図である。第６
図において、商用電源１の電力はダイオードブリッジ２
により整流され、単方向電源が形成されている。３は、
インダクタ、４はコンデンサであり、インバータの高周
波スイッチング動作に対するフィルタの役割を果たすも
のである。

インバータは共振コンデンサ５、昇圧トランス６、トラ
ンジスタ７、ダイオード８、および駆動回路９により構
成されている。トランジスタ７は駆動回路９より供給さ
れるベース電流によって所定の周期とデユーティ−（す
なわち、オンオフ時間比）でスイッチング動作する。こ
の結果、第７図（ａ）のような電流１ｃ／Ｉｄ　、すな
わち、トランジスタ７のコレクタ電流１ｃとダイオード
８の電流Ｉｄが流れる。一方、トランジスタ７のオフ時
にはコンデンサ５と１次巻線１０との共振により第７図
（ｂ）のような電圧Ｖｃｅ画トランジスタ７のＣ−Ｅ間
に発生する。このため１次巻線１０には第７図（Ｃ）の
ような電流が流れ、１次巻線１０の両端には高周波電力
が発生する。したがって、２次巻線ＩＩ、および３次巻
線１２、には各々高周波電圧が生じる。２次巻線１１に
発生する高周波高圧電力はコンデンサ１３、およびダイ
オード１４により倍電圧整流されマグネトロン１５のア
ノード・カソード間に供給される。一方、３次巻線１２
に発生する高周波電圧はカソードヒータに供給される。

こうして、マグネトロン１５は発振し、誘電加熱が可能
となるものである。なお、マグネトロン１５ばマグネト
ロン本体１５ａと、フィルタを構成するコンデンサ１６
゜１７、１８、チョークコイル１９．２０によりなるも
のである。

このような構成において、昇圧トランス６のコア断面積
は１次巻線１０の両端に供給される電力の周波数が高い
ほど小さくなるので、たとえばインバータを２０ｋＨｚ
〜１００ｋＨｚ程度の周波数で動作させると商用電源周
波数のままで昇圧する場合に比べて、昇圧トランスの重
量、サイズを数分の−から士数分の−にでき、電源部の
低コスト化が可能であるという特徴を有するものである
。

発明が解決しようとする課題 このような従来の高周波加熱装置では次のような！ｌ！
題があった。

高周波加熱装置を構成する部品のなかでマグネトロンの
寿命は比較的短いものである。これは、マグネトロンの
カソードフィラメントの電子を放出する能力が劣化して
いくことによる。高周波加熱装置は、長時間の使用後、
マグネトロンの寿命がつきたときには、安全に動作が停
止する必要がある。そして、マグネトロンを交換すれば
、正常に再び動作することが望ましい。

ところが、マグネトロンが劣化しカソードフィラメント
の電子放出能力が低下するとマグネトロンの発振が不安
定となりほぼ規格２倍の周波数で動作するいわゆるモー
ディング現象が発生する。

この状態を長時間続けるとマグネトロンが異常発熱して
、雰囲気温度が上昇し、インバータ回路の半導体素子を
破壊する、他の樹脂構成部品が溶ける等の課題があった
。また、モーディング状態では、インバータ回路からみ
たマグネトロン負荷が不安定なため、回路の共振動作が
乱れ、スイッチング素子の損失が増大し、破壊につなが
るという課題もあった。

すなわち、マグネトロンが寿命により故障したときに、
インバータ回路部品等の他の構成要素をも破壊される場
合があるため、マグネトロン以外の部品を交換しなけれ
ばならない等の保守の際にむだな費用がかかるという課
題を有していた。

さらに、マグネトロンが発振を開始する際、カソード・
フィラメントが充分熱せられていない過渡的な短期間で
はあるがモーディングが発生するので、マグネトロンの
劣化をモーディングの発生のみでは判断できないという
課題もあった。

そこで、本発明は、マグネトロンのモーディングを検知
する手段を提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、マグネトロンの劣化によるモーディン
グをより正確に検知する手段を提供することを第２の目
的とする。

課題を解決するための手段 本発明は、上記第１の目的を達成するために、被調理物
を格納する加熱室と、前記被調理物にマイクロ波を放射
して調理するマグネトロンと、半導体スイッチング素子
を備えたインバータ回路と、前記インバータ回路の出力
を昇圧しマグネトロンを駆動する高圧トランスと、前記
加熱室内の電波を検出するアンテナと、前記アンテナの
検出した電波を検波する検波回路と、前記検波回路の出
力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力の微分値
が所定の範囲を越えると前記半導体スイッチングのオン
オフ信号を停止する制御回路を備える構成としたもので
ある。

上記第２の目的を達成するために本発明の高周波加熱装
置はアンテナの検出した電波を検波する検波回路と、前
記検波回路の出力を整流する整流回路と、前記整流回路
の出力の微分値が所定の範囲を越えると動作するタイマ
ー回路を備え、前記タイマー回路の計時が所定値を越え
ると前記半導体スイッチのオンオフ信号を停止する制御
回路を備え構成としたものである。

作用 本発明は上記第１の構成により加熱室内に放射された高
周波をアンテナによって受信できる構成としている。そ
の受信量は加熱室内の被加熱物の状態によって決まる。

ところがマグネトロンが劣化しモーディングが発生する
と、加熱室にほぼ２倍の周波数が発生するため、アンテ
ナが受信する電力量が増加する。アンテナ出力信号は常
に振動しているのでモーディングの状態を検出するため
に、アンテナの検波出力信号を整流し、微分する。

この信号が所定値より大きくなれば、半導体スイッチの
オンオフを停止させて、マグネトロン以外の部品の破壊
を防ぐ作用を存する。

また、上記第２の構成により、本発明の高周波加熱装置
はアンテナの出力を検波、整流、微分した値が所定時間
、所定値を越えたとき半導体のスイッチングを停止する
ので、マグネトロンの発振開始時の短期間のモーディン
グでは、スイッチングを停止せず、劣化によるモーディ
ングのみを正確に検出し動作の停止を行う作用を有する
。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図は本発明の実施例の高周波加熱装置の本体構成図
である。第１図において２１は食品等の被加熱物、２２
は加熱室、２３はマグネトロンである。

２４はインバータ回路部、２５は高圧トランスでその出
力が倍電圧整流されて、マグネトロン２３のアノード・
カソード間に印加される。マグネトロン２３から放射さ
れる高周波は導波管２６を通じて、加熱室２２へ導かれ
る。２７はアンテナで約３〜５ｍｍの長さである。２８
はアンテナの出力を検波し、減衰、整流、微分を行う検
波回路を含む整合回路である。

整合回路２８の出力はインバータ回路２４の制御部に接
続されている。２９はマグネトロン２３、インバータ回
路２４、高圧トランス２５等を冷却する冷却ファンであ
る。

第２図に本発明の高周波加熱装置の回路図を示す。図に
おいて、商用電源３０とダイオードプリフジ３１および
フィルタ用のインダクタ３２、コンデンサ３３は単方向
電源３４を構成している。単方向電源３４の出力は半導
体スイッチ３５を持つインバータ回路３８で高周波電力
に変換され、高圧トランス３７で昇圧され、倍電圧整流
回路３８で整流されマグネトロン３９に印加される。マ
グネトロンの出力を安定するためにアノード電流検出器
４０がアノード電流Ｉａを電圧信号に変換する。その信
号はアノード電流信号整流回路４１で整流した信号と電
流基準信号４２との差を電流誤差増幅回路４３で増幅し
て、コンパレータ４４に入力する。コンパレータ４４は
この入力信号とのこぎり波発生回路４５よりのこぎり波
とによりトランジスタ３５のオンオフパルス信号を作成
する。アノード電流１ａが減少すると電流誤差増幅回路
４３の出力が上昇し、オンオフパルスのオン時間が長く
なりアノード電流Ｉａを増す方向に動作する。逆にアノ
ード電流１ａが増加すると電流を凍らす方向に動作する
。このように、アノード電流をフィールドバックするこ
とで高周波出力の安定化を図っている。

一方、アンテナ４５からの信号は検波回路を含む整合回
路４７で減衰、検波、増幅され、検波出力信号Ｖｄとし
てあられれる。この出力信号はＶｄ第３図に示すように
マグネトロンがモーディング状態の時には、出力が大き
くなる。また、この信号は、電源周波数や被加熱物の負
荷変動により振動しているので、微分回路４日、整流回
路４９により第３図に示すような微分信号整流電圧Ｖｏ
に変換し、それが所定値より大きいときに、モーディン
グ状態と判断する。第２図において、微分信号整流電圧
Ｖ。

はコンパレータ５０で所定のモーデメング基準電圧５１
と比較し、所定値を越えると論理積回路５２にロウ信号
を入力する。半導体スイッチ３５のスイッチングのオン
オフ信号は論理積回路５２の出力なので入力のどちらか
少なくとも一方ロウ信号が入力されていると、オンオフ
動作を停止する。短期間のモーディング現象は、マグネ
トロンの発振開始時のカソードフィラメントが充分加熱
されていないときにも発生するため、タイマー回路５３
は短期間のモーディングではスイッチングを停止しない
ようにしている。

第４図は、アンテナ４６で取りこんだ電波を検波する整
合回路４７の回路図である。マツチング用の抵抗５０、
検波ダイオード５１、抵抗５２．５３、バイパスコンデ
ンサ５４は検波回路５５を構成し、電波を電圧Ｖｄとし
て検出する。なお、マグネトロンが加熱室内に放射する
出力は数百ワットであり、過大入力でダイオード等の素
子が破壊しないようにするために、減衰器５６を用いて
いる。

第５図は、整合回路４７の検波回路５５をマイクロスト
リップラインで構成した図である。ある誘電率εｒを有
する誘電体基板５７上に銅箔のパターン５８、５９をエ
ツチングしている。銅箔５８の部分は特性インピーダン
ス５０Ωであり、５９の部分はアースである。マイクロ
ストリップライン上で検波回路を構成することによって
、ラインの長さを検波する周波数帯に合わせて最適に設
計するのが容易であり、エツチングで行っているので検
波精度が向上する。

以上のような構成をとることによってマグネトロンのモ
ーディング状態を検出することができ、インバータ回路
の動作を停止することで、マグネトロンの故障時の他の
部品の破壊が防げる。したがって、保守の際の部品交換
等の費用が少なくてよい。

また、モーディングの検出にタイマー回路を設けた構成
をとることにより、発信開始時等の短期間のモーディン
グを検出せず、マグネトロンの劣化をより正確に判断で
きる。

発明の効果 以上のように本発明は、マクネトロンのモーディング状
態を加熱室に設けたアンテナの出力を微分・整流し検出
し、半導体スイッチングのオンオフ動作を停止させるの
で、マグネトロンが劣化しカソードフィラメントの電子
放出能力が低下して、連続的にモーディングが発生して
生じるマグネトロンの異常発熱や、マグネトロン負荷の
不安定性による損失の増大を防止できる。したがって半
導体スイッチング素子の破壊やマグネトロン近傍の樹脂
部品の融解を防止できる。保守の際にはマグネトロンの
交換のみでよく、費用が安くてよい。

さらに、アンテナの出力の検出信号で、モーディングを
判定する際に、所定の期間連続しているか判定するタイ
マー回路を設ける構成としたものでは、マグネトロンの
発信開始時の短期間のモーディングを検出することがな
く、正確なモーディング検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の高周波加熱装置の断面図、
第２図は同装置の回路図、第３図は同装置におけるアン
テナ検出信号の特性図、第４図は同装置のアンテナ検出
出力の整合回路図、第５図は同装置のマイクロストリッ
プライン上の構成断面図、第６図は従来例の高周波加熱
装置の回路図、第７図は同回路図の各部波形図である。 ２２・・・・・・加熱室、２３・・・・・・マグネトロ
ン、２４・・・・・・インバータ回路、２５・・・・・
・高圧トランス、２７・・・・・・アンテナ、２８・・
・・・・整合回路（検波回路）、３５・・・・・・半導
体スイッチ素子、３６・・・・・・インバータ回路、３
７・・・・・・高圧トランス、３９・・・・・・マグネ
トロン、４０・・・・・・アノ−ド電流検出回路、４６
・・・・・・アンテナ、４７・・・・・・整合回路（検
波回路）、４９・・・・・・整流回路、５３・・・・・
・タイマー回路、５５・・・・・・検波回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被調理物を格納する加熱室と、前記被調理物にマ
   イクロ波を放射して調理するマグネトロンと、半導体ス
   イッチング素子を備えたインバータ回路と、前記インバ
   ータ回路の出力を昇圧しマグネトロンを駆動する高圧ト
   ランスと、前記加熱室内の電波を検出するアンテナと、
   前記アンテナの検出した電波を検波する検波回路と、前
   記検波回路の出力を整流する整流回路と、前記整流回路
   の出力の微分値が所定の範囲を越えると前記半導体スイ
   ッチのオンオフ信号を停止する制御回路を備えた高周波
   加熱装置。
2. （２）被調理物を格納する加熱室と、前記被調理物にマ
   イクロ波を放射して調理するマグネトロンと、半導体ス
   イッチング素子を備えたインバータ回路と、前記インバ
   ータ回路の出力を昇圧しマグネトロンを駆動する高圧ト
   ランスと、前記加熱室内の電波を検出するアンテナと、
   前記アンテナの検出した電波を検波する検波回路と、前
   記検波回路の出力を整流する整流回路と、前記整流回路
   の出力の微分値が所定の範囲を越えると動作するタイマ
   ー回路を備え、前記タイマー回路の計時が所定値を越え
   ると前記半導体スイッチのオンオフ信号を停止する制御
   回路を備えた高周波加熱装置。
3. （３）マグネトロンのアノード電流検出回路を備え、前
   記アノード電流検出回路の信号をフィードバックして、
   半導体スイッチのオンオフ信号のオンオフ時間比を制御
   する制御回路を備えた特許請求の範囲第１項記載の高周
   波加熱装置。