(57)【要約】【課題】異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコア間にスパークの発生を防止し、ＵコアＩコア間のギャップのばらつきを抑え、トランス特性の安定化を図る。【解決手段】交流電源を整流し高周波化するインバータ１０２と、高周波電力を昇圧する昇圧トランス１８と、昇圧トランス１８が出力する高周波電力を高圧直流電圧に変換する高圧回路１９と、高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロン１０とを有する高周波加熱装置において、昇圧トランス１８は、Ｕコア１とＵコア１とギャップを隔てて対向するＩコア３９とを中心とした同心円状に設けられたボビン２を有し、ボビン２には、インバータ１０２側の一次巻線３と高圧回路１９側の高圧巻線４とが巻かれ、Ｕコア１とボビン２との間およびＵコア１とＩコア３９との間にＵコア１を覆うようにキャップ形状の絶縁物６が配置された構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流し高周波化するインバータと、前記インバータにより出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンとを有する高周波加熱装置において、前記昇圧トランスは、Ｕコアと前記Ｕコアとギャップを隔てて対向するＩコアとを中心とした同心円状に設けられたボビンを有し、前記ボビンには、前記インバータ側の一次巻線と前記高圧回路側の高圧巻線とが巻かれ、前記Ｕコアと前記ボビンとの間および前記Ｕコアと前記Ｉコアとの間に前記Ｕコアを覆うようにキャップ形状の絶縁物が配置された高周波加熱装置。
【請求項２】
前記絶縁物の先端の厚みにより、ＵコアとＩコア間のギャップの大きさを決め、前記ボビンのクラックによる前記高圧巻線と前記コア間の高圧スパークを防止する請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
前記絶縁物には、前記高圧巻線と対向する部分について前記高圧巻線から前記一次巻線間距離の最小値よりも前記高圧巻線からの距離が近い位置にスリットが設けられる請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
前記絶縁物の先端には穴が設けられる請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
前記絶縁物の材料が前記ボビンの材料と同じ材料である請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【請求項６】
前記絶縁物の材料が前記ボビンの材料と異なる材料である請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【請求項７】
前記絶縁物の外側と前記ボビンの内側とに、凹部もしくは凸部、または、凸部もしくは凹部がそれぞれ設けられる請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ電源方式の高周波加熱装置に用いる高圧スイッチングトランスに関し、特に装置を保護し安全性を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ方式の高周波加熱装置としては、プリント基板にトランスを実装したトランスユニットを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、上記インバータ方式の高周波加熱装置におけるトランスユニットの回路構成を示すブロック構成図である。
【０００４】
図５において、商用電源１１からの交流は整流回路１３によって直流に整流される。整流された電圧は、整流回路１３の出力側のチョークコイル１４と平滑コンデンサ１５で平滑され、インバータ回路１０２の入力側に与えられる。
【０００５】
制御回路２９により、インバータ回路１０２中の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１７をオン／オフするよう制御されることで、昇圧トランス１８の１次側に所望の高周波（２０〜５０ｋＨｚ）の双方向電流が流れる。
【０００６】
この昇圧トランス１８の１次側に発生する高周波電力が昇圧トランス１８で昇圧され、２次側に高圧の高周波電力が発生する。昇圧トランス１８の２次側には、高圧ダイオード１９１、１９２と高圧コンデンサ１９３、１９４とからなる倍電圧全波整流方式の高圧回路１９が接続され、マグネトロン１０のアノード、カソード間に高圧直流電圧（例えば、−４ＫＶ）が印加される。
【０００７】
また、昇圧トランス１８のもう一つの高圧巻線（ヒータ巻線）５からマグネトロン１０のカソード（フィラメント）１２１に電力が供給され、加熱されたカソードから電子が発生し、アノードに到達することによって、マイクロ波エネルギーが加熱室内の被加熱物に照射される（図示せず）。
【０００８】
また制御回路２９は、コネクタ２６を通して高周波加熱装置の制御部からの指令に基づきインバータ１０２を制御する。このように、制御回路２９は、ＩＧＢＴ１７のオン／オフ制御により、２次側への電力供給を制御し、マグネトロン１０からの出力マイクロ波の強度を制御する。
【０００９】
図６は、従来のトランスユニットに実装された昇圧トランス１８の構造を示す概略断面図である。図６に示すように、上記のトランスユニットに用いられる昇圧トランス１８は、一次巻線３、高圧巻線４、及びヒータ巻線５が同心円状に巻かれたボビン２を有し、このボビン２の中心に、Ｕコア１とＩコア３９とが差し込まれた構造となっている。
【００１０】
高圧巻線４は、所定の昇圧比が得られるよう、一次巻線の約１０倍のターン数を有する。Ｕコア１はトランスの動作安定化および安全のためにアースされている。
【００１１】
また、Ｕコア１とＩコア３９との間には、ボビン２の一部から突出する樹脂製のギャップスペーサ３８が設けられている。
【特許文献１】特開２００４−３０４１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図５において、昇圧トランス１８は、高周波加熱時に、一次巻線３や高圧巻線４、マグネトロン１０のカソード１２１を暖めるヒータ巻線５の発熱により、その温度は上昇する。
【００１３】
高周波加熱の終了後は発熱がストップするので、昇圧トランス１８の温度は下がる。この温度の上昇と下降の繰り返しにより、昇圧トランス１８を構成する材料は徐々に熱疲労で劣化する。
【００１４】
通常の使用状態では問題にならない劣化の進行ではあるが、想定できないような悪条件の下での使用時や冷却用部品の故障時などの場合に、例えば、高周波加熱装置を、上下、左右、後ろの５つの面を周囲と接触するように設置し、その給排気口を塞いでしまった場合や、冷却ファンのモータコイル部が断線し冷却ファンが動作不能となるトラブルが発生した場合に、ボビン２にクラックが発生する可能性がある。
【００１５】
図６において、高圧巻線４とアースに接続されたコア１との間には約３０００Ｖの高圧が印加されるが、その距離はさほど大きくないので、ボビン２にクラック７が生ずると高圧巻線４とコア１との間にスパークが発生することがある（図６中の拡大図参照）。
【００１６】
スパークが発生すると、図５中の高圧回路１９が電気的に大きく変動する影響でインバータ回路部分１０２も大きく変動するが、この変動を検出すると、安全のため高周波加熱を停止するように設計されている。従って、スパークの発生も停止する。
【００１７】
しかしながら、再度高周波加熱を開始するとまたスパークが発生し、再度これを検知し高周波加熱を停止するという動作を繰り返す。
【００１８】
さらに、この繰り返し動作を続けると、高圧巻線４の絶縁が発熱により破壊し、高圧巻線４がレアショート状態になり、そのレアショート部分でさらに発熱し、最悪の場合、発煙・発火に至る状況にもなりうる。
【００１９】
スパーク発生を招かない方法、すなわち、ボビン２の劣化を防ぐ方法としては、高圧巻線４とコア１の距離をもっと大きくとったり、高圧巻線４の外装の絶縁厚さを増し耐圧を高くしたりする方法もあるが、昇圧トランス１８の形状が大きくなり、コスト高にもなる。
【００２０】
また、コア１を接地しないようにすれば、クラック７が発生しても高圧巻線４コア１間にスパークは発生しないが、逆にボビン２のクラックがどんどん進行し、いたるところでクラックが生じたり穴が開いたりし始めると、今度は一次巻線３と高圧巻線４間でスパークが発生するようなことになる。
【００２１】
この時、高周波加熱装置が接地されていなかったら、使用者が高電圧に感電するという危険な状況となる。
【００２２】
この状況を回避するため、コア１を接地し、ボビン２のクラック７や穴開きが発生しても高圧巻線４からは必ず距離が一番近いコア１にスパークが飛ぶような一次巻線とボビン２との距離、ボビン２の構造とする。
【００２３】
すなわち、高圧巻線４とコア１との最短距離をｄ１、高圧巻線４と一次巻線３との最短距離をｄ２とすると  ｄ１＜＜ｄ２の位置関係となるようにボビンを設計し、一次巻線３
と高圧巻線４との間には隔壁を二重に設けるなどして、クラック７や穴開きの発生で直接一次巻線３と高圧巻線４との間でスパークが発生する確率を低下させるなどの、実質的にはありえない事態に備えた安全構造にする場合がある。
【００２４】
また、Ｕコア１とＩコア３９との間のギャップの精度は、インダクタンスなどトランスの特性を左右する重要なファクターであるが、ギャップスペーサ３８の厚みは、射出成型時の樹脂の流れ具合に影響されるためばらつきが大きく、結果としてトランスの特性に大きなばらつきを生じてしまうという課題もあった。
【００２５】
そこで本発明は、上記課題を解決するもので、異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコア間にスパークの発生を防止し、ＵコアＩコア間のギャップのばらつきを抑え、トランス特性の安定化を図る高周波加熱装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、交流電源を整流し高周波化するインバータと、前記インバータにより出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンとを有する高周波加熱装置において、前記昇圧トランスは、Ｕコアと前記Ｕコアとギャップを隔てて対向するＩコアとを中心とした同心円状に設けられたボビンを有し、前記ボビンには、前記インバータ側の一次巻線と前記高圧回路側の高圧巻線とが巻かれ、前記Ｕコアと前記ボビンとの間および前記Ｕコアと前記Ｉコアとの間に前記Ｕコアを覆うようにキャップ形状の絶縁物が配置されたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコアとの間におけるスパークの発生を防止し、ＵコアＩコア間のギャップのばらつきを抑え、トランス特性の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
第１の発明は、交流電源を整流し高周波化するインバータと、前記インバータにより出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンとを有する高周波加熱装置において、前記昇圧トランスは、Ｕコアと前記Ｕコアとギャップを隔てて対向するＩコアとを中心とした同心円状に設けられたボビンを有し、前記ボビンには、前記インバータ側の一次巻線と前記高圧回路側の高圧巻線とが巻かれ、前記Ｕコアと前記ボビンとの間および前記Ｕコアと前記Ｉコアとの間に前記Ｕコアを覆うようにキャップ形状の絶縁物が配置されたものである。
【００２９】
第２の発明は、第１の発明において、前記絶縁物の先端の厚みにより、ＵコアとＩコア間のギャップの大きさを決め、前記ボビンのクラックによる前記高圧巻線と前記コア間の高圧スパークを防止するものである。
【００３０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記絶縁物には、前記高圧巻線と対向する部分について前記高圧巻線から前記一次巻線間距離の最小値よりも前記高圧巻線からの距離が近い位置にスリットが設けられるものである。
【００３１】
第４の発明は、第１から３のいずれかの発明において、前記絶縁物の先端には穴が設けられるものである。
【００３２】
第５の発明は、第１から３のいずれかの発明において、前記絶縁物の材料が前記ボビンの材料と同じ材料であるものである。
【００３３】
第６の発明は、第１から３のいずれかの発明において、前記絶縁物の材料が前記ボビンの材料と異なる材料であるものである。
【００３４】
第７の発明は、第１から３のいずれかの発明において、前記絶縁物の外側と前記ボビンの内側とに、凹部もしくは凸部、または、凸部もしくは凹部がそれぞれ設けられるものである。
【００３５】
以上の発明により、異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコアとの間におけるスパークの発生を防止し、ＵコアＩコア間のギャップのばらつきを抑え、トランス特性の安定化を図ることができる。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係るマグネトロン駆動電源（インバータ）のブロック構成図は、従来のもの（図５）と同一であるので、その説明を省略する。また、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３７】
（実施の形態）
図１、図２は、本発明の実施の形態１における高周波加熱装置の昇圧トランス１８の構造を示し、それぞれ、通常時、クラック発生時の昇圧トランス１８の断面図である。
【００３８】
図１、２において、Ｕコア１およびＩコア３９を中心とした同心円状にボビン２が設けられる。このボビン２の外側に、インバータ１０２側の一次巻線３と昇圧側の高圧巻線４とが設けられる。所定の昇圧比（巻線比）が得られるよう、高圧巻線４は一次巻線３の約１０倍のターン数を有している。Ｕコア１およびＩコア３９は昇圧トランス１８の動作安定化および安全のために接地されている（図５中の符号１９５）。
【００３９】
図２において、上述したように、昇圧トランス１８の温度の昇降によって、昇圧トランス１８を構成する材料が劣化し、ボビン２にクラックが発生する可能性がある。そこで、昇圧トランス１８のボビン２にクラック７が生じて、接地されたＵコア１と高圧巻線４との間に約３０００Ｖの高圧がかかってもスパークが発生しないように、Ｕコア１を囲うようにキャップ状の絶縁物６を設ける（図２の拡大構造部分）。
【００４０】
絶縁物６の材料としては、ボビン２とＵコア１との間の狭い隙間に挿入するものとして相応しい、薄くて絶縁性能が高く、しかも湿度や温度環境や寿命の長い安定した材料が望ましく、例えば、ボビン２の材料として使用する樹脂とは異なるアラミド紙や高耐圧性能の絶縁テープを使う。
【００４１】
このようにすれば、材料が異なるために温度膨張係数や熱伝導度が異なり、材料の熱疲労のリスクを減らすことができる。すなわち、劣化によりどちらか一方の絶縁性能が悪くなっても、もう一方の材料で絶縁を守ることができるのである。
【００４２】
一方、絶縁物６とボビン２との材料を同じにした場合、材料が異なる場合の温度膨張係数の相違による熱変形の影響を減らすことができる、これらの材料を同じにするか異なるものにするかは使用目的や構造によって最適な選択をすればよい。
【００４３】
また、図３に示すように、絶縁物６には途中の位置にスリット４０が設けられる。具体的には、ボビン２からスリット４０までの距離（図３における符号ｂ）は、ボビン２にク
ラックが発生しても高圧巻線４からＵコア１に高圧放電しない程度の距離（図３における符号ａ）より長くし、高圧巻線４から一次巻線３までの距離（符号ｅ）、または、図３における符号ｃの距離と符号ｄの距離との和よりも短くしている。すなわち、ａ＜ｂ＜ｃ＋ｄ  および  ａ＜ｂ＜ｅである。
【００４４】
これはあくまで万が一の場合であるが、ボビン２にクラック７が多発することにより一次巻線と高圧巻線とが完全に短絡して起こる使用者の感電を、高圧側とＵコア１（アース電位）との間隔を適切に設けることにより阻止することを目的としている。
【００４５】
また、図１、図２に示すように、ボビン２の内側の一部に凸部４２を、絶縁物６の外側に凹部４１をそれぞれ設け、絶縁物６がボビン２の中でＵコア１の周囲を回転しないようにする。絶縁物の回転を防ぐ方法としては、ボビン２の内側の一部に凹部を、絶縁物６の外側に凸部をそれぞれ設けてもよく、また、凹凸による方法以外の構造物をストッパーとして利用するなどの方法も考えられる。例えば、図４に示すように、凹凸による方法では絶縁物６の凹部４１であり、キャップ状の絶縁物４４であればストッパー４３である。
【００４６】
また、絶縁物６の先端には、前記Ｕコアや前記Ｉコアの直径よりも小さい穴が開けられている。これは、コアへの冷却性能を良くすること、絶縁物６の成形上の制約を少なくすること、また使用材料を少なくして省資源化を図るためである。この穴の部分は、高圧巻線４からもスリット４０よりも遠くにあるため、本発明の目的を損なうものでもない。
【００４７】
また、本実施の形態においては、絶縁物６にＵコア１とＩコア３９との間のギャップスペーサとしての役割を兼務させ、ギャップのばらつきを抑えて昇圧トランス１８の特性を安定化させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、電子レンジ等のように、食品を加熱する高周波加熱装置に適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態に係る昇圧トランスの構造を示す断面図
【図２】本実施の実施に係る昇圧トランスにおいてクラックの発生を示す断面図
【図３】本実施の実施の絶縁物６におけるスリット４０の配置位置を示す図
【図４】本実施の形態における絶縁物６の回転防止構造を示す図
【図５】従来の高周波加熱装置の回路構成を示すブロック構成図
【図６】従来の高周波加熱装置に実装された昇圧トランスの構造を示す断面図
【符号の説明】
【００５０】
１  Ｕコア
２  ボビン
３  一次巻線
４  高圧巻線
５  ヒータ巻線
６  絶縁物
７  クラック
１０  マグネトロン
１１  商用電源
１３  整流回路
１４  チョークコイル
１５  平滑コンデンサ
１６  共振コンデンサ
１７  半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
１８  昇圧トランス
１９  高圧回路
２９  制御回路
３８  ギャップスペーサ
３９  Ｉコア
４０  スリット
４１  凹部
４２  凸部
１０１  整流回路
１０２  インバータ
１２１  カソード
１９１、１９２  高圧ダイオード
１９３、１９４  高圧コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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