CN110379692A - 一种采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，涉及微波炉技术领域，该磁控管增加了两处辅助磁体，且辅助磁体相对于铁氧体磁环而言，是远离管芯的，因此辅助磁体所在的环境温度没有铁氧体磁环高，其能够使用相对于铁氧体磁环耐温低，但是磁性更强、性价比更高的磁性材料，因此能够增强了安装架中心位置的磁场，继而能够将铁氧体磁环的直径和厚度均做的更小，利于磁控管的小型化设计；由于磁场强度得到了保证，铁氧体磁环能够做的更小，因此顶板和底板的厚度能够做的更大，相比原有技术能够增强磁路***的导磁效果，辅助磁体的磁感线可更多的被引导至安装架中心位置，提高了辅助磁体的利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及微波炉技术领域，具体而言，涉及一种采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管。
背景技术
目前人们普遍采用微波炉来快速加热食物，微波炉加热食物的原理是通过磁控管把电能转变成高频微波并传给炉腔，炉腔内的食物分子中的正负带电粒子随高频电磁场的变化而不断来回做震荡运动，粒子间快速的碰撞、磨擦产生大量热能，从而食物达到被快速加热的效果。
如图1所示为现有磁控管结构，包括安装架、铁氧体磁环Ⅰ、铁氧体磁环Ⅱ、散热片和管芯，安装架为方形框体结构，是由1mm厚的纯铁制成，安装架内形成闭合磁路，安装架外部尺寸为80mm*80mm*55mm，继续缩小尺寸会导致散热性能以及能量转换效率大幅度降低，在现有磁路***上做改动收效甚微。
现有磁控管的唯一磁源铁氧体磁环虽然比较廉价，且具有较高的居里温度(450度)，但铁氧体磁环磁性弱导致其必须安装在管芯两端，导致磁控管工作时磁铁温度较高(通常可达几百度)，进而限制了一些与铁氧体相比耐温低、磁性强、性价比更高的永磁材料的应用；如铷铁硼永磁材料，其具有体积小、重量轻、磁性强、机械特性好且性价比高的特点，在裸磁状态下，磁力可达到3500高斯左右，但其温度特性差，居里温度点低，普通铷铁硼磁铁的适用的环境温度是80度以下，低耐温特点使其不能应用于目前的磁回路结构。此外，目前磁路结构由于铁氧体磁环对称地位于磁控管腔体本体两侧，因此铁氧体磁环需具有一定大小的直径以保证足够的磁场强度，而磁控管工作时磁铁温度较高，为了保证散热效率，该磁路***中沿着散热片方向的尺寸和垂直散热片方向的尺寸需足够大且不能缩小，进而磁控管的体积也不能减小，大大的限制了磁控管的小型化，继而限制了微波炉的小型化。
发明内容
本发明在于提供一种采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其能够缓解上述问题。
为了缓解上述的问题，本发明采取的技术方案如下：
本发明提供了一种采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，包括安装架、铁氧体磁环Ⅰ、铁氧体磁环Ⅱ、散热片和圆筒状的管芯，所述铁氧体磁环Ⅰ与所述铁氧体磁环Ⅱ上下同轴布置，所述管芯竖直设置在所述铁氧体磁环Ⅰ和所述铁氧体磁环Ⅱ之间，所述散热片套接在所述管芯上，所述安装架为方形框体结构，所述铁氧体磁环Ⅰ、所述铁氧体磁环Ⅱ、所述散热片和所述管芯均位于所述安装架内；所述安装架由顶板、底板和两个支撑组件围合而成，两个所述支撑组件对称布置在所述管芯的两侧，所述铁氧体磁环Ⅰ安装在所述顶板上，所述铁氧体磁环Ⅱ安装在所述底板上；所述支撑组件包括辅助磁体和两根铁柱，所述铁柱的上下两端分别与所述顶板和所述底板固定连接，所述辅助磁***于两根所述铁柱之间，且其上下两端分别与所述顶板和所述底板固定连接；所述铁氧体磁环Ⅰ的中心、所述铁氧体磁环Ⅱ的中心和两个所述支撑组件的辅助磁体的中心均位于同一平面内；所述散热片连接有位于所述安装架外部的导热铜板，所述导热铜板用于与微波炉的加热腔体壁接触导热。
本技术方案的技术效果是：在管芯的四个方向布置磁体，分别为两处铁氧体磁环以及两处辅助磁体，增强了安装架中心位置的磁场，继而在保证了磁控管磁场强度足够的情况下，能够将铁氧体磁环的直径和厚度均做的更小，继而可将顶板和底板的宽度做的更小，节约了微波炉工作腔内磁控管占用空间，提高了家用微波炉工作腔体积利用率，利于微波炉的小型化设计；
辅助磁体相对于铁氧体磁环而言，是远离管芯的，因此辅助磁体所在的环境温度没有铁氧体磁环高，其能够使用相对于铁氧体磁环耐温低，但是磁性强、性价比更高的磁性材料，从而进一步增强安装架中心位置的磁场，继而可进一步的将铁氧体磁环的直径和厚度均做的更小；
由于磁场强度得到了保证，铁氧体磁环能够做的更小，因此顶板和底板的厚度能够做的更大，相比原有技术能够增强磁路***的导磁效果，而辅助磁体的磁感线则可更多的被引导至安装架中心位置，减弱了漏磁现象，提高了辅助磁体的利用效率，提高了管芯的散热效果。
作为本专利选择的一种技术方案，所述顶板和所述底板的厚度均为2～5mm。
本技术方案的技术效果是：通过仿真发现铁板的导磁效果和其厚度在一定范围内是呈正比的，1mm厚的铁板在本专利结构中导磁效果较差，而大于5mm的铁板在实际生产中没有太大意义，不仅体积被增大了还很重，且成本高，2～5mm的尺寸范围设计刚好匹配本专利的设计初衷。
作为本专利选择的一种技术方案，所述散热片连接有位于所述安装架外部的导热铜板，所述导热铜板用于与微波炉的加热腔体壁接触导热。
本技术方案的技术效果是：散热片通过导热铜板与微波炉加热腔体壁相连接，相当于极大地增大了散热片有效面积，既提高了磁控管工作时的散热性能，且能将热能传导给加热腔体壁得到有效利用。
作为本专利选择的一种技术方案，所述导热铜板为L型板。
本技术方案的技术效果是：L型结构板，其两个直板部分别用于与微波炉加热腔体的底腔壁和其中一个侧腔壁接触，继而提高导热效率。
作为本专利选择的一种技术方案，所述辅助磁体为铷铁硼磁体。
本技术方案的技术效果是：铷铁硼材料具有体积小、重量轻、磁性强、机械特性好且性价比高的特点，且能够适用于本专利中辅助磁体的应用环境温度。
作为本专利选择的一种技术方案，所述铁柱与所述顶板之间、所述铁柱与所述底板之间、所述辅助磁体与所述顶板之间、所述辅助磁体与所述底板之间均通过沉头螺钉可拆卸固定连接。
本技术方案的技术效果是：螺钉安装方式使得辅助磁体和铁柱的拆装都更加方便。作为本专利选择的一种技术方案，所述辅助磁体为长方形柱体结构。
作为本专利选择的一种技术方案，所述散热片为铝片或者铜片。
本技术方案的技术效果是：铝片和铜片均具有极好的导热性，能够高效传递热能。
作为本专利选择的一种技术方案，所述铁氧体磁环Ⅰ通过所述管芯的顶端顶压在所述顶板上，所述铁氧体磁环Ⅱ通过所述管芯的底端顶压在所述底板上。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是现有磁控管剖视结构示意图；
图2是现有磁控管中心轴磁感应强度曲线图；
图3是现有磁控管实测数据与仿真数据比较曲线图；
图4是本发明实施例1所述磁控管的主局部剖视结构示意图；
图5是本发明实施例1所述磁控管的右视结构示意图；
图6是本发明实施例1所述磁控管仿真得到的中心轴磁场分布曲线图；
图7是本发明实施例1所述磁控管仿真得到的磁感应强度分布曲线与现有磁控管结构仿真曲线对比图；
图8是本发明实施例2所述磁控管仿真得到的中心轴磁场分布曲线图；
图9是本发明实施例2所述磁控管仿真得到的磁感应强度分布曲线与现有磁控管结构仿真曲线对比图；
图中：1-底板，2-顶板，3-铁柱，4-辅助磁体，5-铁氧体磁环Ⅰ，6-磁极，7-管芯，8-铁氧体磁环Ⅱ，9-磁极，10-散热片，11-导热铜板，12-安装架。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
首先借助CST软件构建现有磁控管部件的磁路模型，对中心磁场进行仿真。现有磁控管的安装架12尺寸为80mm*80mm*55mm，铁氧体磁环为内径20mm，外径51mm，厚12.4mm的永磁体，查阅铁氧体参数手册，在仿真时设置铁氧体圆环Z向剩磁为0.36T，其余方向为0，由于散热片10材料为铝，铝相对导磁率为1左右，其对磁场分布无任何影响，因此仿真时不需要添加散热片10结构进行仿真。仿真得到现有磁控管中心轴磁感应强度曲线图如图2所示，可见最大值为175mT。
通过实验测量现有磁控管内磁场大小，实验采用霍尔传感器采集数据，用精控电机保证每次测量移动间距为1mm，得到的实测数据如表1
表1为磁控管不同尺寸与磁控管频率对应表
图3为现有磁控管实测数据与仿真数据比较曲线图，可以看出实测数据与仿真数据吻合度很高，最大值基本一致且变化趋势基本一致，在此基础上表明借助CST软件对磁控管部件的磁路进行仿真是可靠的，可以借助CST电磁工作室对新磁路***进行仿真模拟。
下面列出两个实施例，对本发明所述磁控管的中心轴磁场进行仿真，并与现有磁控管的仿真结果进行对比，除此之外将本发明的磁控管尺寸与现有磁控管尺寸做对比。
实施例1
请参照图4，本发明提供了一种采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，包括安装架、铁氧体磁环Ⅰ5、铁氧体磁环Ⅱ8、散热片10和圆筒状的管芯7，铁氧体磁环Ⅰ5与铁氧体磁环Ⅱ8上下同轴布置，铁氧体磁环Ⅰ5与铁氧体磁环Ⅱ8上下同轴布置，管芯7竖直设置在铁氧体磁环Ⅰ5和铁氧体磁环Ⅱ8之间，散热片10套接在管芯7上，安装架为方形框体结构，铁氧体磁环Ⅰ5、铁氧体磁环Ⅱ8、散热片10和管芯7均位于安装架内；安装架由顶板2、底板1和两个支撑组件围合而成，两个支撑组件对称布置在管芯7的两侧，铁氧体磁环Ⅰ5安装在顶板2上，铁氧体磁环Ⅱ8安装在底板1上；支撑组件包括辅助磁体4和两根铁柱3，铁柱3的上下两端分别与顶板2和底板1固定连接，辅助磁体4位于两根铁柱3之间，且其上下两端分别与顶板2和底板1固定连接；铁氧体磁环Ⅰ5的中心、铁氧体磁环Ⅱ8的中心和两个支撑组件的辅助磁体4的中心均位于同一平面内；散热片10连接有位于安装架外部的导热铜板11，导热铜板11用于与微波炉的加热腔体壁接触导热。
在本实施例中，两个铁氧体磁环的尺寸均为内径19.4mm、外径51mm、厚11mm；顶板2和底板1均为方形板，尺寸均为110mm*56mm*3mm；支撑组件中的辅助磁体4和铁柱3均为长方形柱体结构，尺寸均为8mm*5mm*47mm，铁柱3与顶板2之间、铁柱3与底板1之间、辅助磁体4与顶板2之间、辅助磁体4与底板1之间均通过沉头螺钉可拆卸固定连接，辅助磁体4选用铷铁硼磁体。
在本实施例中，散热片10为铜片，导热铜板11为L型板，其两个直板部分别用于与微波炉加热腔体的底腔壁和其中一个侧腔壁接触。
在本实施例中，每个支撑组件的辅助磁体4均设计为一个。
利用CST软件构建本实施例中磁控管部件的磁路模型，对中心磁场进行仿真，图6为本实施例所述磁控管仿真得到的中心轴磁场分布曲线，中心位置最大值为175.15mT，与现有磁控管最大值基本一致。
图7为本实施例所述磁控管仿真得到的磁感应强度分布曲线与现有结构仿真曲线对比图，从中可知，本实施例提出的磁路结构在阳极谐振腔内8mm范围内的大小与现有结构基本吻合，最大值差值在5％以内，满足磁控管正常工作要求。
本实施例提出的结构，安装架总宽度W降低至56mm，比原结构宽80mm有大幅度降低，并合理利用了长方向的剩余空间，实现了磁控管部件的扁平化。另一方面，本实施例散热片10外接散热铜片，散热有效面积比原结构大大增加、且磁控管的热量将传导至加热腔体得到二次利用，因此本实施例散热效果比现有磁控管部件更好。
实施例2
与实施例1相比，两个铁氧体磁环的尺寸均为内径19.4mm、外径40mm、厚11mm；顶板2和底板1均为方形板，尺寸均为110mm*50mm*3mm；而将同一个支撑组件中，辅助磁体4的数量设计为两根，
利用CST软件构建本实施例中磁控管部件的磁路模型，对中心磁场进行仿真，图8所示为本实施例所述磁控管中心轴磁场分布曲线，最大值为174.36mT，与现有磁路仿真结果吻合。
图9为本实施例仿真数据与现有磁控管仿真数据对比图，阳极谐振腔的8mm范围内磁场大小曲线与现有磁路仿真结果基本吻合，说明本实施例的结构满足磁控正常工作需求。
本实施例所述磁控管的结构相比于实施例1，最主要的区别在于通过在各支撑组件中增加1根辅助磁体4(图中未示出两根辅助磁体时的结构)，使得铁氧体磁环的外径从51mm减小至40mm，大大减小了铁氧体圆环的体积，从而增大了磁控管散热空间，提高了磁控管的散热性能。
另一方面，由于铁氧体磁环外径缩小至40mm，于是本实施例顶板2和底板1的宽度W仅为50mm，比实施例1在宽度上进一步减小了6mm，使得磁控管部件进一步扁了下来。本实施例所述磁控管的结构相比于现有磁控管，在宽度w上从80mm减小至50mm，尺寸缩小的幅度是极其巨大的，并且在阳极谐振腔内形成的磁场与现有结构基本一致，说明本实施例提出的磁路***在磁控管部件扁平化过程中实现了重大突破。且实施例1和本实施例能说明：在改变铁氧体磁环体积以及顶板2和底板1尺寸的情况下，能通过改变辅助磁体4的数量的方式，来调谐中心轴位置的磁场大小，保证中心轴磁场大小满足磁控管工作时需求。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，包括安装架、铁氧体磁环Ⅰ、铁氧体磁环Ⅱ、散热片和圆筒状的管芯，所述铁氧体磁环Ⅰ与所述铁氧体磁环Ⅱ上下同轴布置，所述管芯竖直设置在所述铁氧体磁环Ⅰ和所述铁氧体磁环Ⅱ之间，所述散热片套接在所述管芯上，所述安装架为方形框体结构，所述铁氧体磁环Ⅰ、所述铁氧体磁环Ⅱ、所述散热片和所述管芯均位于所述安装架内，其特征在于，
所述安装架由铁制顶板、铁制底板和两个支撑组件围合而成，两个所述支撑组件对称布置在所述管芯的两侧，所述铁氧体磁环Ⅰ安装在所述顶板上，所述铁氧体磁环Ⅱ安装在所述底板上；
所述支撑组件包括辅助磁体和两根铁柱，所述铁柱的上下两端分别与所述顶板和所述底板固定连接，所述辅助磁***于两根所述铁柱之间，且其上下两端分别与所述顶板和所述底板固定连接；
所述铁氧体磁环Ⅰ的中心、所述铁氧体磁环Ⅱ的中心和两个所述支撑组件的辅助磁体的中心均位于同一平面内。
2.根据权利要求1所述采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其特征在于，所述顶板和所述底板的厚度均为2～5mm。
3.根据权利要求1所述采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其特征在于，所述散热片连接有位于所述安装架外部的导热铜板。
4.根据权利要求3所述采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其特征在于，所述导热铜板为L型板。
5.根据权利要求1所述采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其特征在于，所述辅助磁体为铷铁硼磁体。
6.根据权利要求1所述采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其特征在于，所述铁柱与所述顶板之间、所述铁柱与所述底板之间、所述辅助磁体与所述顶板之间、所述辅助磁体与所述底板之间均通过沉头螺钉可拆卸固定连接。
7.根据权利要求1所述采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其特征在于，所述辅助磁体为长方形柱体结构。
8.根据权利要求1所述采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其特征在于，所述散热片为铝片或者铜片。
9.根据权利要求1所述采用对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其特征在于，所述铁氧体磁环Ⅰ通过所述管芯的顶端顶压固定在所述顶板上，所述铁氧体磁环Ⅱ通过所述管芯的底端顶压固定在所述底板上。
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