(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンを駆動するインバータ電源と、前記マグネトロンのカソード部に供給する熱電子放出促進のための加熱電流発生手段と、前記加熱電流発生手段への加熱電流供給線路に設けた開閉手段と、前記マグネトロンを冷却する冷却装置と、前記冷却装置を制御する冷却制御手段を含む操作部を備え、前記操作部は前記マグネトロンの高出力時前記開閉手段をオフしカソード部の温度情報を元に当該開閉手段がオフ時には前記冷却装置の回転を弱める或は停止させて前記カソード部の温度が所定の設計温度に収まるように冷却装置を制御する高周波加熱電源装置。
【請求項２】
マグネトロンを駆動するインバータ電源と、前記マグネトロンのカソード部に供給する熱電子放出促進のための加熱電流発生手段と、前記加熱電流発生手段への加熱電流供給線路に設けられ温度により抵抗値が変化する正特性の開閉手段と、前記マグネトロンを冷却する冷却装置と、前記冷却装置を制御する冷却制御手段を含む操作部を備え、前記操作部は前記開閉手段による加熱電流の抑制による前記カソード部の温度情報を元に前記冷却装置の回転を弱める或は停止させて当該カソード部の温度が所定の設計温度に収まるように前記冷却装置を制御する高周波加熱電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子レンジのようにマグネトロンを用いて誘電加熱を行う高周波加熱電源装置の分野で、マグネトロンのカソード部に供給している熱電子放出促進のための加熱電流を制御し、これで生じる損失の低減による電源部の効率向上とマグネトロンの長寿命に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種のマグネトロン駆動用電源に用いられるインバータ電源においては低コスト化、機械室内での省スペース化のため、図６に示すようにマグネトロン８のカソード部１６に供給する加熱電流は高圧トランス６に併設された補助二次巻線にて供給され、加熱電流供給線路１５を構成している。そして加熱電流の供給においてはマグネトロン８の発振までの時間短縮（インバータ電源１８の起動状態）と発振後（インバータ電源１８の定常状態）はマグネトロン８のモーディング回避を目的としてカソード部１６の温度維持のために加熱電流は常時供給されている。
【０００３】
上記インバータ電源１８の一例を図６を用いてさらに説明すると、商用電源１は整流器２で整流され直流電圧に変換され、商用電源１から電力が供給される。直流電圧はチョークコイル９とコンデンサ１０よりなるフィルタ回路１１を介してコンデンサ４とインダクタ１３、半導体スイッチング素子３のインバータ共振回路５に印加される。インバータ共振回路５では半導体スイッチング素子３が２０〜４０キロヘルツの周波数でスイッチングし、高周波交流を作り出す。インダクタ１３は高圧トランス６の一次巻線を兼ねているのでインダクタ１３に発生した高周波交流は高圧トランス６で高電圧に昇圧される。また高圧トランス６で昇圧された高電圧は高圧整流回路７で直流高電圧に整流される。制御回路部１４はカレントトランス１２より得た入力電流情報を反映した形で半導体スイッチング素子３に所望の高周波出力を得るための信号を与え、これを駆動する。これらの電気要素部品が、インバータ電源１８を構成する。高圧整流回路７で整流された直流高電圧はマグネトロン８のアノード部１７とカソード部１６間に印加される。高圧トランス６にはもう一つの補助二次巻線が設けられており、この補助二次巻線はマグネトロン８のカソード部１６に加熱電流として電力供給を行う加熱電流供給線路１５を構成している。マグネトロン８はカソード部１６に電力供給を受け、カソード温度が上昇し、かつアノード部１７とカソード部１６間に高電圧が印加されると発振しマイクロ波を発生する。マグネトロン８で発生されたマイクロ波は加熱室に入れられた食品などの被加熱物に照射され誘電加熱調理を行う。
【０００４】
このようにインバータ電源１８はマグネトロン８の発振までの起動時間短縮と発振後の安定した定常時におけるモーディング回避のために加熱電流の常時供給が不可欠となっている。その中でも起動時間短縮や加熱電流を安定させるために冷却装置を制御する発明が特開平５−５４９６３で、そして低出力時の加熱電流を十分に得るための発明が特開平７−２２０８６５にて公開されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では下記の課題があった。
【０００６】
すなわち、高出力化に伴いマグネトロン８の陰極逆加熱現象（バックボンバートメント）が顕著になり、加熱電流の常時供給はカソード部１６が異常に自己加熱され、冷却装置の能力拡大の必要や発熱によるマグネトロン８の劣化が早まり、寿命が短くなるという課題を有していた。そして、加熱室に負荷を何も入れずに高周波加熱を行った際、すなわち空焼き時にも高出力時以上にマグネトロンのアンテナ部は異常加熱されるため、加熱電流の常時供給では同様の課題を有していた。
【０００７】
また、日本国内１００Ｖ電源においては家電製品の電流規制１５Ａのため、高出力化を実現するためには入力に対する出力の割合、すなわち効率の向上が不可欠であり、加熱電流によるインバータ電源１８の補助二次巻線での損失およびマグネトロン８側のチョークコイルでの損失の低減が必要であるという課題を有していた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、マグネトロンを駆動するインバータ電源と、前記マグネトロンのカソード部に供給する熱電子放出促進のための加熱電流発生手段と、前記加熱電流発生手段への加熱電流供給線路に設けた開閉手段と、前記マグネトロンを冷却する冷却装置と、前記冷却装置を制御する冷却制御手段を含む操作部を備え、前記操作部は前記マグネトロンの高出力時前記開閉手段をオフしカソード部の温度情報を元に当該開閉手段がオフ時には前記冷却装置の回転を弱める或は停止させて前記カソード部の温度が所定の設計温度に収まるように冷却装置を制御する構成とした。
【０００９】
上記のような構成において本発明は、高出力時にみられる陰極逆加熱現象によるカソード部の異常な自己加熱を抑制でき、冷却性能の向上も不必要となり、マグネトロンの長寿命も達成できる。また、インバータ電源においては加熱電流供給による補助二次巻線での損失、すなわち加熱電流供給線路での損失を低減でき、電源部での効率向上が期待できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１の発明は、マグネトロンを駆動するインバータ電源と、前記マグネトロンのカソード部に供給する熱電子放出促進のための加熱電流発生手段と、前記加熱電流発生手段への加熱電流供給線路に設けた開閉手段と、前記マグネトロンを冷却する冷却装置と、前記冷却装置を制御する冷却制御手段を含む操作部を備え、前記操作部は前記マグネトロンの高出力時前記開閉手段をオフしカソード部の温度情報を元に当該開閉手段がオフ時には前記冷却装置の回転を弱める或は停止させて前記カソード部の温度が所定の設計温度に収まるように冷却装置を制御する構成とした。
【００１１】
請求項２の発明は、マグネトロンを駆動するインバータ電源と、前記マグネトロンのカソード部に供給する熱電子放出促進のための加熱電流発生手段と、前記加熱電流発生手段への加熱電流供給線路に設けた開閉手段と、前記マグネトロンを冷却する冷却装置と、前記冷却装置を制御する冷却制御手段を含む操作部を備え、前記操作部は前記マグネトロンの高出力時前記開閉手段をオフしカソード部の温度情報を元に当該開閉手段がオフ時には前記冷却装置の回転を弱める或は停止させて前記カソード部の温度が所定の設計温度に収まるように冷却装置を制御する構成とした。
【００１２】
上記の構成により、電子レンジで高出力の高周波加熱を行う場合や空焼き時に発生するカソード部の陰極逆加熱現象による異常自己加熱を加熱電流の制御により抑制するとともに、マグネトロン温度による冷却装置の制御や、各々の調理出力レベルに対する冷却装置の制御が可能となる。また、前記加熱電流の停止、あるいは断続制御によりインバータ電源の高圧トランスに併設された補助二次巻線、あるいは別途設けられた加熱電流発生手段での前記加熱電流による損失を低減でき、電源部での効率向上とマグネトロンの長寿命が期待できる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施例の説明に際しまず本発明実施例の前提となる参考例を説明する。
【００１４】
（参考例１）
図１は高出力時にマグネトロン８のカソード部１６に供給する加熱電流を制御するための構成図であり、本参考例では開閉手段１９をインバータ電源１８の加熱電流供給線路１５に配置している。この開閉手段１９の制御は電子レンジの調理動作を制御するために設けられた操作部２１より得られる信号にてオン−オフ制御を行う。その制御シーケンスとしては、操作部２１とインバータ電源１８の制御回路部１４とを通信手段２０にて双方向の通信を行い、インバータ電源１８の起動状態と、定常状態を認識可能とする。そして、起動状態においてはマグネトロン８の発振までの時間短縮のため開閉手段１９をオンとして加熱電流を供給してカソード部１６を加熱する。次に、定常状態においての制御であるが高出力の加熱調理の場合のみ開閉手段１９をオフとする。すなわち、操作部２１は高出力調理の際には出力に応じた制御信号を通信手段２０を介してインバータ電源１８に送るため、現在どのレベルの出力調理をしているかを容易に判別できる。よってインバータ電源１８が高出力調理の定常状態であることを認識でき、その条件下でのみ開閉手段１９のオフ制御が可能となる。また、高出力時とは言え、長時間にわたり完全に加熱電流を遮断した場合には陰極逆加熱現象からくるカソード部１６の自己加熱だけでは温度維持が不十分となり、マグネトロン８のモーディングが考えられる。この場合にはあらかじめ開閉手段１９のオン−オフデューティー制御を行うことにより、マグネトロン８の発振を維持できるだけのカソード部１６の温度維持が可能となる。
【００１５】
この構成により、高出力時に起こるマグネトロン８の陰極逆加熱現象によるカソード部１６の異常温度上昇をカソード部１６に供給している加熱電流を制御することにより抑制することができ、マグネトロン８の長寿命が実現できる。また、加熱電流のオン−オフ制御から高出力時のインバータ電源１８の補助二次巻線すなわち加熱電流供給線路１５での損失を約３５Ｗ低減でき、効率の向上と供にさらなる高出力化が望める。
【００１６】
（参考例２）
図２は高出力時や空焼き時にマグネトロン８のカソード部１６に供給する加熱電流を抑制するための構成図であり、本参考例では温度により抵抗値が変化する正特性の温度開閉手段２２をインバータ電源１８の加熱電流供給線路１５に配置している。この正特性の温度開閉手段２２の変化であるが、インバータ電源１８が起動状態の時はカソード部１６の温度は低く１９００Ｋ前後であり、カソード部からの熱伝播は少なく、正特性の温度開閉手段２２自体に変化はなく安定して加熱電流の供給が行われる。そして、インバータ電源１８が定常状態に移行して、ある時間を過ぎてから高出力時あるいは空焼き時に生じるマグネトロン８の陰極逆加熱現象によるカソード部１６の異常自己加熱により、カソード部１６自身が２０００Ｋ以上に達した場合には熱伝播により正特性の温度開閉手段２２はキュリー点に到達して抵抗値を上げながら加熱電流を抑制する。これにより、高出力時や空焼き時に生じるカソード部１６の異常な温度上昇を抑制してマグネトロン８の長寿命が実現できる。そして高出力時や空焼き時にカソード部１６がさらに温度上昇を続け、正特性の温度開閉手段２２が完全にオープンとなった場合には加熱電流供給線路１５は遮断される。この場合にはインバータ電源１８の補助二次巻線すなわち加熱電流供給線路１５での損失は完全になくなり、インバータ電源１８の効率が向上するというメリットも得られる。
【００１７】
（実施例１）
次に本発明の実施例について説明していく。図３は本発明の実施例１を示し、高出力時や空焼き時にマグネトロン８のカソード部１６に供給する加熱電流を制御し、その際のマグネトロン８への冷却はマグネトロン８の温度に応じた冷却装置制御も行うための構成図であり、本実施例では開閉手段１９をインバータ電源１８の加熱電流供給線路１５に配置し、マグネトロン８の冷却はマグネトロン用冷却装置２３で行い、インバータ電源１８の冷却はインバータ電源用冷却装置２４にて行っている。この開閉手段１９の制御は参考例１と同じように行い、それに加えて本実施例ではマグネトロン８のアノード部１７（すなわちマグネトロン８外観の継鉄部）に取り付けた温度検出手段であるサーミスタ２５にて温度情報を操作部２１にフィードバックして温度に応じてマグネトロン用冷却装置２３の冷却能力、すなわち回転数の制御を行う。つまり、カソード部１６とアノード部１７の温度相関を求めてカソード部１６の設計温度１９００Ｋ〜２１００Ｋに収まるように制御を行うことを目的とする。そして、高出力時のインバータ電源１８の定常状態における開閉手段１９がオフの時はマグネトロン用冷却装置２３の回転を弱めるあるいは停止させることにより、陰極逆加熱現象によるカソード部１６の温度維持を促進し、高出力以外の加熱調理時には加熱電流の供給を常時行うため、サーミスタ２５により得られる温度情報を元にカソード部１６の温度に注意しながらマグネトロン用冷却装置２３の制御を行う。また、サーミスタ２５の実装が困難な場合にはあらかじめ各加熱調理の出力レベルに応じてアノード部１７の温度データをとり、マグネトロン用冷却装置２３の冷却回転数を決めておいて制御することも可能である。
【００１８】
サーミスタ２５の装着により、逆にいかなる加熱調理出力レベルにおいてもインバータ電源１８の定常状態においては開閉手段１９をオフし続けて、カソード部１６の温度がマグネトロン８の発振に必要な温度１９００Ｋ以下に落ちた場合に開閉手段１９を再度オンするという制御も可能になる。また、カソード部１６の温度が２１００Ｋ以上、すなわち空焼きを検知した場合には開閉手段１９をオフしてカソード部１６の異常温度上昇を抑制するということも可能となる。すなわち、いかなる条件下においてもカソード部１６の温度を最適に冷却してマグネトロン８の長寿命を実現でき、なおかつ開閉手段１９がオフの際にはインバータ電源１８の補助二次巻線すなわち加熱電流供給線路１５での損失を低減でき、インバータ電源の効率向上も図れる。
【００１９】
（実施例２）
図４は高出力時や空焼き時にマグネトロン８のカソード部１６に供給する加熱電流を抑制し、その際のマグネトロン８への冷却はマグネトロン８の温度に応じた冷却装置制御も行うための構成図であり、本実施例では正特性の温度開閉手段２２をインバータ電源１８の加熱電流供給線路１５に配置し、マグネトロン８の冷却はマグネトロン用冷却装置２３で行い、インバータ電源１８の冷却はインバータ電源用冷却装置２４にて行っている。この正特性の温度開閉手段２２の変化は参考例２と同じような振る舞いであり、それに加えてマグネトロン８のアノード部１７（すなわちマグネトロン８外形の継鉄部）に取り付けたサーミスタ２５にて温度情報を操作部２１にフィードバックして温度に応じてマグネトロン用冷却装置２３の冷却能力、すなわち回転数の制御を行う。つまり、カソード部１６とアノード部１７の温度相関を求めてカソード部１６の設計温度１９００Ｋ〜２１００Ｋに収まるように制御を行うことを目的としている。そして高出力時にはインバータ電源１８の定常状態における正特性の温度開閉手段２２の抵抗値変化から加熱電流は抑制され、その結果得られるカソード部１６の温度変化をサーミスタ２５にて検知し、操作部２１にフィードバックしてマグネトロン用冷却装置２３の回転を弱める、あるいは停止させることにより、陰極逆加熱現象によるカソード部１６の温度維持を補完する。また、高出力以外の加熱調理時には加熱電流の供給が適度に行われるために先ほどと同様にサーミスタ２５により得られる温度情報を元にカソード部１６の温度に注意しながらマグネトロン用冷却装置２３の制御を行う。また、サーミスタ２５の実装が困難な場合にはあらかじめ各加熱調理の出力レベルに応じてアノード部１７の温度データをとり、マグネトロン用冷却装置２３の冷却回転数を決めておいて制御することも可能である。
【００２０】
この構成により、高出力時や空焼き時に生じるカソード部１６の異常な温度上昇を正特性の温度開閉手段２２にて加熱電流の抑制をしながら、なおかつアノード部１７に取り付けたサーミスタ２５により得られる温度情報を元にマグネトロン用冷却装置２３を制御してマグネトロン８の温度を最適に保ち、長寿命が実現できる。そしてカソード部１６がさらに温度上昇を続け、正特性の温度開閉手段２２が完全にオープンとなった場合には加熱電流供給線路１５は遮断され、この場合にはインバータ電源１８の補助二次巻線すなわち加熱電流供給線路１５での損失は完全になくなり、インバータ電源１８の効率が向上するというメリットも得られる。
【００２１】
（参考例３）
図５はマグネトロン８を駆動するためにマグネトロン８のカソード部１６に供給する加熱電流をマグネトロン駆動用電源２６より供給せずに、別途加熱電流発生手段２７を設けて供給している構成図であり、本参考例では加熱電流発生手段２７の電源ラインに制御用の開閉手段２８を配置している。この開閉手段２８の制御は電子レンジの調理動作を制御するために設けられた操作部２１より得られる信号にてオン−オフ制御を行う。加熱電流発生手段２７を別途設ける場合の理由としてはマグネトロン８の発振の加速と、低出力加熱調理時の加熱電流不足によるマグネトロン８のモーディング回避が主な理由である。そのため、加熱調理する際には電子レンジの加熱室に取り付けられたドアを開けた時に加熱電流発生手段２７に通電を行い、即座にカソード部１６に加熱電流を供給している。そして操作部２１より調理スタートさせる頃にはカソード部１６の温度は十分発振できる温度になっているため、１秒以内にマグネトロン８は発振可能となる。それゆえにマグネトロン８は発振した後の安定した定常状態に即移行するため、高出力の加熱調理を行う場合には調理スタートから数秒の間隔をおいた後に開閉手段２８を停止、もしくは断続制御を行うことにより、発振の安定した定常状態で陰極逆加熱現象によるカソード部１６の異常自己加熱を抑制でき、マグネトロン８の長寿命が達成できる。また、開閉手段２８がオフの時は加熱電流発生手段２７での損失はなくなり、マグネトロン８を発振させるための電源部の効率は向上する。開閉手段２８の変わりに温度により抵抗値が変化する正特性の温度開閉手段を加熱電流発生手段２７の二次側に設けてもカソード部１６の温度変化を読み取り、同様の効果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明の高周波加熱電源装置によれば、マグネトロンのカソード部に供給している加熱電流の制御により、高出力時や空焼き時に起こる陰極逆加熱現象の増大に伴うカソード部の温度上昇を冷却能力の拡大を行うことなく抑えることができ、マグネトロンの長寿命が達成できる。また、加熱電流の停止、あるいは断続制御により電源部での損失は大幅に低減され、効率向上と供にさらなる高出力化が望める。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例１におけるマグネトロン、インバータ電源の構成図
【図２】  本発明の参考例２におけるマグネトロン、インバータ電源の構成図
【図３】  本発明の実施例１におけるマグネトロン、インバータ電源および冷却装置の構成図
【図４】  本発明の実施例２におけるマグネトロン、インバータ電源および冷却装置の構成図
【図５】  本発明の参考例３におけるマグネトロン、マグネトロン駆動用電源およびヒータートランスの構成図
【図６】  従来のインバータ電源回路構成図
【符号の説明】
８  マグネトロン
１５  加熱電流供給線路
１６  カソード部
１７  アノード部
１８  インバータ電源
１９  開閉手段
２０  通信手段
２１  操作部
２２  温度開閉手段
２３  マグネトロン用冷却装置
２４  インバータ電源用冷却装置
２５  サーミスタ
２６  マグネトロン駆動用電源
２７  加熱電流発生手段
２８  開閉手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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