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    公开号:WO1992002110A1
    申请号:PCT/JP1991/000891
    申请日:1991-07-02
    公开日:1992-02-06
    发明作者:Naoyoshi Maehara；Daisuke Bessyo；Yuji Nakabayashi；Takahiro Matsumoto
    申请人:Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.；
    IPC主号:H05B6-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称 '
    [0003] スイ ッ チング式マグネ トロン電源を用いた高周波加熱装置 技術分野
    [0004] 本発明は、 食品、 流体等を加熱する電子レンジや、 廃棄物の 加熱処理装置、 あるいは医療用加湿治療装置等に用いられる高 周波加熟装置に関し、 さらに詳しく は、 半導体スィ ッチ素子を 用いたスィ ツチング式電源によりマグネ トロンを駆動する構成 の高周波加熱装置に関する。
    [0005] 背景技術
    [0006] 従来、 電子レンジに代表されるこの種の高周波加熱装置の高 周波エネルギー発生システムは、 マグネ トロンとこれを駆動す る電源装置とにより構成されており、 長い間、 永久磁石型マグ ネ ト口ンと鉄共振型電源トランスとが実用に供されてきた。 近 年、 半導体技術の進歩により鉄共振型ト ラ ンスに代わって、 ス ィ ツチング式電源が提案され実用化されてきており、 高周波加 熱装置の高機能化、 小型 ·軽量化、 および低コス ト化が進めら れている。 すなわち、 スイ ッチング式電源を用いることにより マイクロ波出力の連続的な比例制御が可能となり、 しかも高圧 ト ラ ンスの小型 · 軽量化が実現されるので、 高周波加熱装置は 高い制御性による高度な加熱機能の実現と、 コンパク ト化 ·軽 量化、 および低コス ト化の実現が容易に行えるようになつてき た。
    [0007] 第 1 1図は、 従来の高周波加熱装置の回路構成を示す図である。 同図において、 商用電源 1 は、 整流器 2で直流に整流され、 コ ンデンサゃ半導体スィ ツチング素子からなるィンバ一夕回路 3 により、 高周波の交流電力に交換される。 イ ンバータ回路で得 られた高周波交流電力は、 トランス 4に印加される。 トランス 4は、 イ ンバー夕回路 3 で発生した高周波交流出力を印加する 一次巻線と、 昇圧して高電圧を発生する二次巻線と、 低電圧を 発生する三次巻線などからなる。
    [0008] 二次巻線で発生した交流高電圧は倍電圧整流回路 5で直流高 電圧に変換され、 直流高電圧はマグネ トロン 6のアノー ドと力 ソ一ド間に印加され、 マグネ トロンを付勢する。
    [0009] 三次巻線で発生された低電圧は、 マグネ トロ ン 6 の力ソー ド に印加され、 フ ィ ラ メ ン トを加熱する。
    [0010] マグネ トロン 6は、 第 12図に示すような非線形の特性を示す。 すなわちマグネ ト ロ ン 6 のフイ ラメ ン トが充分加熱されている 状態では、 ァノー ドとカソー ド間に印加される電圧 V AKがおよ そ一 4 k Vに達すると発振し、 アノー ドと力ソー ド間電圧 V AK は一 4 k Vにク リ ップされ、 マグネ ト ロ ン 6 のイ ン ピーダンス は非常に小さ くなり、 数 Κ Ω程度まで変化する。 反対に、 フィ ラメ ン トが加熱されていない状態、 あるいは、 アノー ドとカソ 一ド間電圧 V AKがおよそ— 4 k Vより小さい時は、 マグネ ト口 ン 6は非発振状態となり、 インピーダンスは非常に大きくほぼ 無限大になるという特性を持つ。 第 13図 (a)、 （b)および (c)は、 ィ ンバ一夕回路 3の起動時からマグネ トロン— 6が発振するまでの 期間の、 アノー ドと力ソー ド間に印加する電圧 V AKと、 フイ ラ メ ン トに流れる電流 I £ とフ ィ ラ メ ン ト温度などの変化の相互 関係を示したものである。 起動時は、 フィ ラメ ン ト温度 T f を O Q 速く定格の温度 T f 2にするため、 大きなフィ ラ メ ン ト電流 I f I を流すようにしている。 フイ ラメ ン トに電流を供給するための トランス 4の三次巻線 W 3 と、 アノー ドとカソー ド間に印加す る高電圧を発生するための二次巻線 W 2は、 同一の トランスに 設けられている。 このため、 二次巻線 W 2にはマグネ トロン 6 の発振電圧の約— 4 k Vより も高い電圧である V AKS をァノ一 ドとカソー ド間に発生してしまうような高電圧を発生させざる を得ない。
    [0011] すなわち、 高周波加熱装置の起動時には、 フ ィ ラ メ ン ト温度 T ！ を速く定格温度 T f 2にするために、 マグネ ト αン 6のァ ノー ドと力ソー ド間に、 発振電圧より もかなり高い電圧を印加 せざるを得なかった。 例えば、 マグネ ト ロ ン 6 の発振電圧は通 常約一 4 k V程度であるのに対し、 起動時のアノー ド力ソー ド 間電圧 V AKS は、 V AKS =— 8 k V〜― 10 k Vにも達するもの にならざるを得なかつた。
    [0012] したがって、 ト ラ ンスの二次巻線電圧を整流する倍電圧整流 回路 5に使用するダイオー ドやコンデンサの耐圧を、 起動時に 発生する高電圧に耐えるよう設計する必要があつた。 このため コンデンサやダイォー ドが大型化したり、 スタツ ク構造の "ィ ォー ド耐圧を高めるためのダイォー ド素子数の増加に伴う熱の 集中による信頼性の著しい低下が生じるという課題があった。
    [0013] また、 フィ ラメ ン ト温度 T f が熱電子が放出され始める温度 から充分な熱電子が放出される定格の温度に達するまでの間 (第 1 3図でいえば、 T Mから T F 2に達するまでの時間） は、 マ グネ トロン 6が非発振から発振状態に推移する期間であり、 こ の期間は、 フィ ラメ ン ト温度 T f がマグネ トロンの正常発振に 必要な熱電子をフィ ラメ ン トから放出するのに充分な温度にな つていないため、 モーディ ングといわれる異常発振が発生し、 マグネ トロン 6 の寿命を悪化させるという課題があつた。
    [0014] 逆に、 起動時のァノ一ドカソ一 ド間電圧 V AKS を低ぐおさえ るために、 インバー夕回路 3の出力をより小さ く して起動する と、 フィ ラメ ン ト電流 T f が減少してしまい、 起動に要する時 間 t s が著しく長いものになってしまう という欠点があつた。
    [0015] また、 インバ一タ回路 3は、 周知のように、 その出力電圧が トランジスタ 7の導通時間を制御することにより容易に調節す ることが可能である。 しかしながら、 トランジスタ 7の導通時 間を制御して 1次巻線 W 1 に発生する電力を調節すると、 高圧 電力を供給する 2次巻線 W 2の出力を調節することが可能なか わりに、 3次巻線 W 3の電力も変化してしまい、 マグネ トロン 6のフィ ラメ ン ト温度 T f が変動してフイ ラメ ン トの劣化を促 進し、 マグネ トロン 6の信頼性を著しく低下させてしまう とい う欠点があつた。
    [0016] このようなマグネ トロン 6の出力調整に対して、 フィ ラメ ン ト温度 T f を安定化する方法として、 昇圧トランス 4の 3次巻 線 W 3にいわゆる鉄共振作用を持たせるという方法が、 特公昭 56— 3636号公報や、 特開平 03— 057193号公報に開示されている。 しかしながらこれらの従来例は、 マグネ トロン 6のフィ ラメ ン ト温度 T f を安定化するための一解決策を提案するものではあ るが、 種々の条件下において確実にフイ ラメ ン ト温度 T f を安 定化することができるものではなく、 かつ、 先に述べたように 高周波加熱装置の起動時における諸課題を解決できるものでは
    [0017] 'よかった
    [0018] 発明の開示
    [0019] そこで本発明の第 1 の目的は、 高周波加熱装置の起動時にお いて発生する高電圧を低く押え、 かつ、 すばやいマグネ トロン の正常発振開始を実現することである。
    [0020] また第 2の目的は、 マグネ トロンの発振開始時において生じ ていたモーディ ング現象の発生を防止し、 高い信頼性を実現す ることである。
    [0021] さらに第 3の目的は、 電力変換器の動作周波数帯などの諸 件に影響されることなく、 マグネ トロンの電波出力を調整して もカソー ド温度を安定に維持することが可能な高周波加熟装置 を実現することである。
    [0022] 上記本発明の第 1 、 第 2の目的は、 半導体スィ ッチ素子を含 む電力変換器と、 高圧 2次巻線および低圧 2次巻線を有する昇 圧トランスと、 昇圧トランスの両出力を受けるマグネ トロンと、 マグネ トロンのフィ ラメ ン トに接続された共振回路と、 前記電 力変換器の動^周波数を制御する制御回路とを備え、 前記電力 変換器の起動時に前記制御回路が前記電力変換器の動作周波数 を前記共振回路の共振周波数に略々一致せしめるよう前記半導 体スイ ツチ素子のスィ ッチング周波数を制御する構成とするこ とにより達成される。
    [0023] 前記共振回路の共振周波数に略々等しい動作周波数で前記電 力変換器を起動するこ とにより、 マグネ トロ ンのフィ ラメ ン ト に充分なフィ ラメ ン ト電流を供給することが可能となり、 しか も、 昇圧トランスの高圧出力を低くおさ た動作周波数である ので起動時に非常に高い電圧を発生することがなく、 高い信頼 性を実現することができる。
    [0024] 特に、 モーディ ング電圧以下の通常動作電圧に略々等しい電 圧となるよう電力変換器を構成して前記共振周波数で起動する ことにより、 起動時のェミ ツショ ン不足によるモ一ディ ング発 生を確実に防止し、 高い信頼性を実現できる。
    [0025] また、 第 3の目的は、 半導体スィ ッチ素子を含む電力変換器 と、 高圧 2次巻線および低圧 2次巻線を有する昇圧トランスと、 昇圧トラ ンスの両出力を受けるマグネ ト αンと、 マグネ トロン のフィ ラメ ン トに直接接続された共振回路と、 前記電力変換器 の動作周波数を制御する制御回路と、 前記電力変換器、 昇圧ト ランス、 マグネ トロン、 共振回路、 および制御回路を実質的に 同一シールド空間内にシールドする電磁シールド手段と、 電力 変換器の入力部に設けたノィズフィルタとにより構成すること により達成される。
    [0026] マグネ トロンのフイ ラメ ン ト端子に設けられる数 + M Hz〜数 百 M Hz帯のフィルタ回路を除去し、 フイ ラメ ン ト端子に直接共 振回路を接続する構成とすることにより、 共振回路の望ましい 共振特性をフィルダ回路の影響を受けることなく実現すること ができ、 電力変換器の動作周波数帯を任意に選んでも、 常に良 好な共振回路の共振特性を実現することが可能となり、一かつ、 シールド手段および電力変換器入力部にノィズフィルタを設け ることにより、 マグネ トロンのフィ ラメ ン ト端子より漏洩する ノイズを防止することができるので、 電力変換器の動作周波数 帯などの諸条件による影饗を受けないで、 マグネ トロンのフィ ラメ ン ト温度の安定化と低いァノ一 ドカソ一 ド間電圧でのすみ やかな起動およびモーディ ング現象の確実な防止を実現するこ とが可能となる。
    [0027] 図面の簡単な説明
    [0028] 第 1 図は本発明の実施例における高周波加熱装置の回路図、 第 2図 (a)、 （b)および (c)は、 同実施例におけるインバ一タ回路の 動作波形図、 第 3図は通常のマグネ トロンの構成断面図、 第 4 図は同実施例における共振回路の共振特性図、 第 5図 (a)、 （b)は、 同実施例におけるフィ ラメ ン ト回路の等価回路図、 第 6図は同 実施例におけるマグネ ト口ン出力 Poに対する昇圧トランスの各 巻線電圧の特性図、 第 7図は同実施例における動作周波数 f 0 に対するマグネ トロン出力 Poおよびフィ ラメ ン ト電流 I f の特 性図、 第 8図は同実施例における電源部の部分透視斜視図、 第 9図は同実施例における共振回路の他の実施態様を示す回路図、 第 10図 (a)、 （b)および (c)は同実施例における起動時のァノ一ドカ ソ一ド間電圧 V AK、 フィ ラメ ン ト電流 I f 、 およびフィ ラメ ン ト温度 T f の変化特性図、 第 1 1図は従来の高周波加熱装置の回 路図、 第 12図はマグネ トロンの電圧 · 電流特性図、 第 13図 )、 (b)および (c)は、 同装置の起動時の V AK、 I f および T f の変化 特性図である。
    [0029] 発明を実施するための最良の形態
    [0030] 第 1 図は、 本発明の一実施例の高周波加熱装置の構成を示す 回路図である。 同図において、 商用電源 1 1は、 整流器 12で直流 に整流され、 コ ンデンサ 13、 14や半導体スイ ッチング素子 15、 ダイオー ド 16からなく ィンバータ回路 17 (スイッチング回路） により、 高周波の交流電力に変換される。 インバータ回路 17は、 いわゆる一石式の電圧共振型ィンバータ回路構成を用いている。 イ ンバー夕回路 17で得られた高周波交流電力は、 トラ ンス 1 8 に印加される。 トランス 1 8は、 インバー夕回路 17で発生した 高周波交流出力を印加する一次巻線 W 1 と、 昇圧して高電圧を 発生する二次巻線 W 2 と、 低電圧を発生する三次巻線 W 3など からなる。 このィンバー夕回路の動作は周知であるので省略す るが、 制御回路 10の制御信号によりスィ ッチング素子 15がォン オフ制御されて第 2図 (a)、 （b)および (c)に示すような動作波形で 動作する。 すなわち、 スイ ッチング素子 15、 ダイオー ド 16に流 れる電流 I cノ I d、 スィ ツチング素子 15の電圧 V C Eおよびト ラ ンス 18の 1次巻線 W 1 の電流 I , が、 同図 (a)、 （b)、 （c)であり、 スィ ツチング素子 15のスィ ツチング周波数に応じた動作周波数 の高周波交流電力を発生することができる。
    [0031] 二次巻線 W 2で発生した交流高電圧はコンデンサ 19、 ダイォ 一ド 20より成る倍電圧整流回路 21で直流高電圧に変換され、 直 流高電圧はマグネ トロン 22のアノー ドと力ソー ド間に印加され、 マグネ トロンを付勢する。 なお、 Fは後述するノイズフィルタ であり、 52はシールドケースである。
    [0032] ここで、 マグネ ト口ン 22について説明する。 通常のマグネ ト ロン 6は、 第 3図に示すような構造をしており、 アノー ドベー ン 23を有するァノ一ドブロッ ク 24と、 作用空間 25に磁界を与え る永久磁石 26、 27、 磁気回路を形成する細鉄 28、 アノー ドベー ン 23に接続されたアンテナ 29、 放熱フィ ン 30、 作用空間におか れたカソー ド （フィ ラメ ン ト） 31、 フィ ラメ ン ト リー ド 32、 33 などよりなる本体部と、 フ ィ ラ メ ン ト り一ド 32に接続されたチ ヨークコイル 34、 およびフ ィ ラ メ ン ト リー ド 33に接続された第 2のチョークコイル 34 ' (図示せず） 、 チョークコイル 34と第 2のチョークコイル 34 ' が接続された接続端子 35を有する貫通 コンデンサ 36を内蔵したチョークボッ クス 37とにより構成され ている。 この 2つのチ ョ ークコイル 34、 34 ' および貫通コンデ ンサ 36は、 数 + Μ Ηζ〜数百 M Hz帯のノィズがカソー ドリ一ド 32、 33からマグネ トロン 6の外部に漏洩するのを防止するものであ り、 この周波数帯の減衰特性を良好にするために特定のインダ クタンス値およびキャパシ夕ンス値を有する設計となっている。 そして、 通常のマグネ トロンは、 このチョークボッ クスを含め た形で扱われるものである。
    [0033] 第 1 図における実施例においては、 マグネ ト πン 22はこのチ ヨークボッ クスが設けられていない構成を示しており、 第 3図 におけるフィルタ用チョークコイル 34、 34 ' 貫通コンデンサ 36 を有していない。
    [0034] 三次巻線 W 3は、 共振コンデンサ 38、 共振インダクタ 39より 成る共振回路 40を介して直接マグネ ト ロ ン 22の力ソー ドリー ド 32、 33に接続される構成となっている。
    [0035] この共振回路 40は、 第 4図に示す共振特性を示し、 共振周波 数 f rでそのインピーダンス Zが最少値となり、 理想的には 0 Ωとなる。 すなわち、 マグネ トロン 22のフィ ラメ ン ト 31に電流 を供給する 3 次巻線 W 3の負荷回路は、 第 5図 (a)に示すように、 フイ ラメ ン ト 31の等価抵抗 41と、 共振回路 40の共振コンデンサ 38および共振ィンダクタ 39より成るいわゆる L— C— R直列共 振回路となり、 第 5図 (b)のように考え ことができる。 3次巻 線 W 3 に発生する電圧を電圧源 42と考えると、 L— C 一 R直列 共振回路がこの電圧源 42に接続されたものとなる。
    [0036] よって、 電圧源 42の電圧を e、 共振回路 40のイ ンピーダンス を Z、 フィ ラメ ン ト等価抵抗を R H とすれば、 フィ ラメ ン トに 流れる電流 I f は、
    [0037] e
    [0038] I t = となる。
    [0039] P + 7
    [0040] 従って、 フイ ラメ ン ト電流 I f は、 電圧 eが一定であれば、 共 振周波数 f r において最大となり、 周波数が f r より高くなつ ても低く なつても I f は現象することになる。
    [0041] 一方、 電圧共振型イ ンバータ回路 17の動作周波数を f 2 から f , まで変化 （ f , > f 2 ) させてマグネ トロ ンの出力 Poが 100%から 0 %まで変化させると、 昇圧トランスの巻線 W 1 、 W 2および W 3の出力 eは第 6図の点 Aから点 Bに示すように 変化し、 eは 100%から約 50%程度まで変化する。 これは第 12 図に示すようにマグネ ト口ン 22が非線形な電圧電流特性を示す ためである。
    [0042] このような特性を持つィンバ一夕回路の起動時において、 共 振回路 40が存在しない場合は、 高圧 2次巻線 W 2の出力電圧を 低く おさえてアノー ドカソ一 ド間電圧 V AKを低く しょう とする と、 I f も減少し、 フィラメ ン トの温度 T f を望ま しい値に上 昇させることが困難であった。 しかしながら、 共振回路 40を用 い、 しかも f r ^ f i として、 この周波数近傍の動作周波数で インバー夕回路 17を起動する；とによって、 3次巻線 W 3の発 生する電圧 eが約 1 Z 2になっても I f をほぼ一定にし、 ァノ 一ドカソ一ド間電圧 VAKをモーディ ング電圧 VAKm (約一 6 k V) 以下の通常の動作電圧程度 （― 6 k V〜一 4 k V) に維持 しながらフィ ラメ ン ト温度を望ましい値 （約 2000° K) にする ことが可能となる。
    [0043] 第 7図は、 インバー夕の動作周波数 f 。 を f , から f 2 まで 変化したときのマグネ トロン出力 Poとフイ ラ メ ン ト電流 I f の 変化を示すものであり、 共振コ ンデンサの値を C H 、 共振イ ン ダクタの値を L H 、 フィ ラメ ン ト等価抵抗を R H とするとき、 クウオ リティ ーファクタ Q = L H / C H /R H をパラメ一 夕として I f を表わしたものである。
    [0044] 図より明らかなように Q ^ 2 ± 1程度とすることにより、 周 波数 f 。 が f 2 から f , まで変化したときの I f の変化を、 ほ ぼ 10 以下程度とすることができるとこを示している。 これ は、 電圧共振型イ ンバータ 17でマグネ トロン 22を駆動したとき のマグネ トロン出力 Poと昇圧トランス 18の出力電圧 e との関係 が第 6図に示すような周波数特性であることによるものである。
    [0045] したがって、 2程度を実現するような共振回路を構成し、 モーディ ング電圧 VAKm以下の通常動作電圧程度のァノー ドカ ソー ド電圧 VAK (またはそれ以下の VAK) となるよう構成し、 共振回路の共振周波数 f r近傍の動作周波数 f 0 でインバータ 回路 17を起動することにより、 低いアノー ド力ソー ド間電圧で しかもモーデイ ング現象を生じるこ となく、 その上、 すばやい マグネ トロンの発振動作開始を実現することが可能な高周波加 熱装置を提供することができる。 例えば、 f 2 =20KHzのイ ンバ一タ回路を用いたとき、 f , -28KHzとなる。 そしてこのとき望ましい L H 、 C H の値は実 験によれば、 C H = 6 〃 F、 L H = 3 〃 Hであった。 マグネ ト ロン RH は、 R H = 0.3Ωであるので、
    [0046] Q = V L H バ H / R H
    [0047] = 3 Η 6 /z H/ 0.3Ω - 2.4 であり、 f , での I f (10.5A) は f 2 での I f (10. OA) よ り多少増加した値となる。 このとき、 LH の値は丁度通常のマ グネ トロン 6のノィズ防止用のチヨークコイル 34、 34' の合計 の値に近いものとなりこれを兼用することができる。
    [0048] しかしながら、 f 2 = 150KHz程度のインバー夕回路を用い る場合は、 f , - 200KHz程度となり、 望ましい LH 、 C H の 実験値は、 L H = 0.4 Z H、 C H = 0.8 Fとなる。
    [0049] 従って Q - V L H / H ZR H
    [0050] = 0.4 / HZ 0.8^ FZ 0.3Q ^ 2.4となる。
    [0051] この場合の L H の値は、 通常のマグネ トロン 6のチョークコ ィル 34、 34' が存在するとそれらの値は合計で 3 a H程度とな るので、 0.4/z Hを実現すること困難となる。
    [0052] そこで本発明では、 このようなチョークコイル 34、 34' を用 いることなく、 共振回路 40をマグネ ト口ン 22のフイ ラメ ン ト リ - ド 32に直接接続する構成としている。
    [0053] そして、 第 8図のように、 マグネ トロン 22、 共振回路 40、 昇 圧トラ ンス 18、 イ ンバー夕回路 17、 制御回路 10を含む回路基板 50、 冷却用フ ァ ン 51を、 金属性ケース 52内に収納する構成とし、 さらに、 インバ一タ回路 17の入力部に、 チ ョ ークコイル 53、 コ ンデン " ，4などより成るフィルタ Fを設け、 数十 MHz〜数百 M Hzのノイズ防止を行うことによって、 商用電源 11などへのノィ ズ発生を防止するこ とができる。 なお 55、 56は、 マイクロ波漏 洩が生じない程度の直径の孔であり、 吸気口および排気口を構 成している。
    [0054] 共振回路 40の共振用イ ンダクタ 39のイ ンダクタンス LH は、 第 1 図の実施例においては、 独立したインダクタンス 39のみで 構成しているが、 3 次巻線 W 3の漏洩インダタンスを利用し、 L H の全部又は 1部を分担させることをも可能である。 特にィ ンバータ回路 17の動作周波数が高い場合は、 L H の値が 1 z H 以下の小さい値となるので、 W 3の漏洩インダクタンスとフィ ラメ ン ト 31のイ ンダクタンス （ 0.2〜 0.3 i H) とのみを利用 してこの L H を実現することができる。
    [0055] また、 共振回路 40は、 第 9図に示すように並列共振回路を用 いて、 フィ ラメ ン ト抵抗 RH に並列に接続する構成としても同 様の効果が期待できる。 すなわち、 並列共振回路では、 共振周 波数 f rにおいてそのインピーダンスが最大となるので、 RH に並列に共振回路を設けておけば第 1 図の直列共振回路の場合 と同様の効果が得られる。 しかしながら RH は通常 0.3Ω程度 と小さいので、 直列共振回路の方が W 3に流れる電流を小さ く できるという点で有利である。
    [0056] 第 10図 (a)、 （b)、 （c)は、 このような共振回路 40を用いた場合の イ ンバータ回路 17の起動時におけるアノー ド力 ソー ド間電圧 VAK、 フイ ラメ ン ト電流 I f 、 フイ ラメ ン ト温度 T f の変化の 様子を示すものである。 図中の一点鎖線 ， は、 第 7図におけ る f 。 が起動時に f 。 = f , で起動し、 t 1 時間後 f 。 = f 2 となる場合であり、 VAKは、 モーデイ ング電圧 VAKm =— 6 k Vより も低く おさえられ、 I f は、 安定発振時の I f = I f 2よ り少し大きい I f = I f lとなっている。 また、 図中の実線 ^ 2 は、 起動時の f 。 を f ！ より も高い値、 すなわち第 7図の f 0 = f 3 として起動した場合の例を示しており、 VAKは究振動作 電圧の VAK=— 4 kVよ り も低く おさえられ、 t 2 時間後に f 0 = f 2 となって安定発振状態になっていることを示してい o
    [0057] この場合は、 I f が I f ！より大きい I f 3となり、 VAKもより 低く押えることができるが、 過度に ί ο を高く しすぎると、 フ イ ラメ ン ト温度 Tf が T f 2を大きく越してしまう結果となり、 逆に信頼性を低下させるので、 起動時の VAKは、 VAKmより低 い発振動作電圧に略等しい値 （― 6 kV〜一 4 kV) である方 が望ましい。
    [0058] 産業上の利用可能性
    [0059] 以上詳述したように、 本発明によれば、 電力変換器、 昇圧ト ラ ンス、 マグネ トロ ン、 マグネ トロンフィ ラメ ン トに接続され た共振回路、 および制御回路を備え、 前記電力の変換器の起動 時に前記制御回路がその動作周波数を前記共振回路の共振周波 数に略々一致せしめるよう制御する構成とすることにより、 起 動時におけるマグネ トロンのフィ ラメ ン ト電流を望ましい値に 制御してすばやい発振動作の開始を実現すると同時に、 モーデ ンィ グ現象の発生のない低いァノー ドカソ一ド間電圧で起動せ しめることが可能となる。 したがって、 時間遅れの少ない高速 立ち上がり加熱が実現でき、 かつ、 高鬈圧が発生しないので各 種の部品の耐圧性能を必要以上に高くする必要がないので安価 でコンパク トなものとすることができる。 そしてモーディ ング 現象も発生しないので、 起動電圧の低減化とあいまって、 高い 信頼性を実現した高周波加熱装置を提供することができる。
    [0060] さらに、 共振回路をマグネ トロンのフイ ランメ ン ト リー ドに 直接接続し、 電力変換器等の構成部品をシールドケース内に収 納して電力変換器の入力部にフィルタを設ける構成により、 電 力変換器の動作周波数帯を任意に選択しても前述した共振回路 による共搌特性を望ましい周波数特性とすることが可能となり、 どのような動作周波数帯の電力変換器を用いても、 マグネ トロ ンの電波出力の大きさにかかわらずフィ ラメ ン ト温度を安定な 望ましい値に維持することができ、 高い信頼性を実現した高周 波加熱装置を提供できる。 また、 この構成においても、 起動時 に動作周波数を共振回路の共振周波数に略一致させることによ り、 前述した低いアノー ド力ソー ド電圧で、 かつ、 すばやい発 振開始を実現し、 さらにモーディ ング現象の確実な防止を行う ことが可能である。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    (1) 商用電源、 発電機、 又はバッテリ二よりの電力を受け食品、 流体、 廃棄物などの被加熱物を加熱するための高周波加熱装置 であって
    (a)半導体スィ ッチ素子を含み、 前記電力を高周波電力に変換す る電力変換器と、
    (b)前記電力変換器の出力を受ける 1次巻線、 高圧電力を出力す る 2次巻線、 および低圧電力を出力する 3次巻線を有する昇圧 トランスと、
    (c)前記昇圧トランスの高圧電力および低圧電力をそれぞれァノ 一ドおよびフィ ラメ ン トに受けるマグネ トロンと、
    (d)前記フイ ラメ ン トに直列又は並列に接続された共振回路と、
    (e)前記半導体スィ ッチ素子のスィッチング周波数を制御して前 記電力変換器の動作周波数を制御する制御回路と、
    を備え、
    前記電力変換器の起動時に、 前記制御回路が前記電力変換器の 動作周波数を前記共振回路の共振周波数に略々一致せしめるよ う前記スィ ッチング周波数を制御する構成の高周波加熱装置。
    (2) 商用電源、 発電機、 又はバッテリーよりの電力を受け食品、 流体、 廃棄物などの被加熱物を加熱するための高周波加熱装置 であって、
    (a)半導体スィ ッチ素子を含み、 前記電力を高周波電力に変換す る電力変換器と、
    (b)前記電力変換器の出力を受ける 1次巻線、 高圧電力を出力す る 2次巻線、 および低圧電力を出力する 3次巻線を有する昇圧 トランスと、
    (c)前記昇圧トランスの高圧電力および低圧電力をそれぞれァノ — ドおよびフィ ラメ ン トに受けるマグネ トロ ンと、
    (d)前記フィ ラメ ン トに直接接続された直列又は並列共振回路と、 (e)前記半導体スィ ツチ素子のスィ ツチング周波数を制御して前 記電力変換器の動作周波数を制御する制御回路と、
    ば)前記電力変換器、 昇圧トラ ンス、 共振回路、 マグネ トロ ン、 および制御回路を、 実質的に同一シール ド空間内にシール ドす る電磁シール ド手段と、
    (g)前記電力変換器の入力部に設けたノイズフィルタと、 を備え た高周波加熱装置。
    (3) 起動時において、 前記共振周波数に略々一致した動作周波 数であって、 かつ、 前記マグネ トロンの発振動作電圧に略等し いかそれより も低い電圧を前記マグネ ト口ンに供給する動作周 波数と.なるよう前記制御回路が前記スィ ッチング周波数を制御 する構成とした請求項 (1)又は (2)記載の高周波加熱装置。
    (4) 起動時において、 前記マグネ トロ ンの発振動作電圧より高 く、 かつ、 モーディ ング電圧より低い電圧を前記マグネ トロン に供給する動作周波数となるよう前記制御回路が前記スィ ッチ ング周波数を制御する構成とした請求項 (3)記載の高周波加熱装 m. o
    (5) 前記マグネ ト口ンのフイ ラメ ン トの等価抵抗を R H 、 前記 共振回路のイ ンダクタ ンスおよびキャパシタ ンスをそれぞれ
    L H および C H とするとき、 共振周波数における回路のク オ リ ティ 一ファ クター Qを、 Q = L H / C H / R H 2 ± 1 .
    となるよう構成した請求項 (1)又は (2)記載の高周波加熱装置。
    (6) マグネ ト ロ ンのフ ィ ラ メ ン ト リー ド端子に前記共振回路を 構成するコ ンデンサ又はインダクタの少なく とも一方を直結す る構成とし、 かつ、 前記フイ ラメ ン ト リー ド端子、 昇圧トラン スおよび電力変換器を電気的シールドケース内に収納する構成 とした請求項 (1)記載の高周波加熱装置。
    (7) 前記共振回路のィンダクタンス要素の少なく とも 1部を 3 次巻線の漏洩ィンダクタンスにより構成した請求項 (1)または (2) 記載の高周波加熱装置。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    BR9105846A|1992-08-25|
    US5300744A|1994-04-05|
    EP0493604B1|1995-06-21|
    EP0493604A4|1992-12-09|
    AU8079791A|1992-02-18|
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    AU639814B2|1993-08-05|
    EP0493604A1|1992-07-08|
    JPH0482191A|1992-03-16|
    CA2066635C|1996-07-16|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1992-02-06| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE |
    1992-02-06| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AU BR CA KR US |
    1992-03-17| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1991912081 Country of ref document: EP |
    1992-03-19| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 2066635 Country of ref document: CA |
    1992-07-08| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1991912081 Country of ref document: EP |
    1995-06-21| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1991912081 Country of ref document: EP |
    2000-01-01| ENP| Entry into the national phase|Ref country code: CA Ref document number: 2066635 Kind code of ref document: A Format of ref document f/p: F |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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