KR100239513B1 - 전자렌지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자 렌지에 관한 것으로, 도파관이 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 서로 상이한 위상으로 하여 캐비티 내부로 출력하는 제 1 출력도파관(23)과 제 2 출력도파관(25)을 포함하여 구성되어, 음식물의 부하량 변동에 의한 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티 내부의 전계 분포를 일정하게 유지시킬 수 있다.
Description
본 발명은 마이크로파를 음식물에 가하여 음식물을 가열조리하는 전자렌지에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 조리하고자 하는 음식물의 부하 변동에 의한 도파관의 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티내의 전계분포를 일정하게 유지시키도록 되어 있는 전자렌지에 관한 것이다.
일반적으로, 전자렌지는 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 도파관을 통해 캐비티 내부로 분사하여 캐비티 내부에 위치된 음식물을 유전가열하여 조리하도록 되어 있다.
도 1은 종래의 1실시예에 의한 전자렌지 도파관의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 도파관의 분사 구조 해석도로서, 도파관(1)의 일측면에는 마그네트론(3)이 삽입되는 마그네트론 삽입구(9)가 형성되어 있고, 이 도파관(1)의 타측면에는 상기 마그네트론(3)에서 생성된 마이크로파를 캐비티 내부로 분사하기 위한 직사각형의 개구부(7)가 형성되어 있다.
상기 마그네트론(3)에서 생성된 마이크로파는 도파관(1)을 통해 캐비티(5) 내부로 분사되고, 이 마이크로파가 캐비티(5) 내부의 음식물에 가해져 음식물을 유전가열하게 된다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 마그네트론(3)의 출력(power)을 Pin이라고 하고, 캐비티(5) 내부의 특정 위치에 대한 출력을 Pout이라고 하면 Pout은 다음의 수학식1 내지 수학식3에 의해 구해진다.
상기 수학식1 내지 수학식3에서, Es는 마그네트론(3)에서 생성된 마이크로파에 의해 형성되는 전계 에너지 즉, 입력 전계 에너지이고, Ey는 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 전계 에너지 즉, 출력 전계 에너지이다.
상기 마그네트론(3)의 출력은 상기 마그네트론에서 생성되는 마이크로파에 의해 형성되는 전계 세기 Es를 제곱한 값으로 얻어진다.
그리고, 상기 마그네트론(3)에서 생성되는 마이크로파는 특정 위상 즉 사인파이므로, 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 전계 에너지 Ey는 상기 마이크로파의 의해 형성된 전계 에너지 Es에 사인항 sin(X)이 곱해진 형태이며, 이 전계 에너지 Ey를 제곱한 값이 캐비티 내부의 특정 위치에서의 출력 Pout이다.
따라서, 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 출력 Pout은 마그네트론의 출력 Pin에 사인항 sin(x)이 곱해진 형태가 되는데, 이 사인항 sin(x)은 조리하고자 하는 음식물의 부하 변동에 따라 그 값 즉, 위상이 달라지므로, 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 출력 Pout역시 부하 변동에 따라 변화하게 된다.
상기와 같이 음식물의 부하량 변동에 따른 도파관의 임피던스 특성은 도 3의 극성도(polat chart)와 같이 도시할 수 있 바, 도 3에서는 마이크로파의 주파수 범위가 2.44~2.47GHz인 상태에서 부하가 2000cc의 물, 1000cc의 물, 500cc의 물, 100cc의 물인 경우의 도파관 임피던스 특성을 도시한 것이다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 부하가 2000cc의 물인 경우에는 정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio) 즉, 도파관의 임피던스가 적게 되어 전자렌지의 출력이 크게 되는 반면에, 부하가 100cc의 물인 경우에는 정재파비(VSWR) 즉, 도파관의 임피던스가 크게 되어 전자렌지의 출력이 작게 된다.
즉, 음식물의 부하량이 클 때는 전자렌지의 출력이 다소 높으나 부하량이 적을 때는 도파관의 임피던스가 증가하여 전자렌지의 출력이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.
또한, 조리하고자 하는 음식물의 부하량의 변화에 의한 도파관의 임피던스 변화가 크게 발생하여 캐비티 내부의 전계 분포가 일정하지 않게 되는 문제점이 있었다.
그리고, 전자렌지의 출력을 향상시키기 위해서는 도파관의 임피던스와 캐비티의 임피던스를 매칭시켜야 하는데, 상기와 같은 구조의 도파관은 특정 캐비티와 임피던스 매칭을 가지도록 설계되므로, 하나의 도파관을 여러 종류의 캐비티에 적용하지 못하고, 각 캐비티 마다 도파관을 별도로 설계하여야 하는 어려움이 있었다.
한편, 1994년 4월 22일자로 일본국공개특허 특개평6-111933호에 개시된 전자렌지의 웨이브가이드시스템은, 전자렌지의 캐비티내의 음식물의 균일가열성능을 향상시키고, 도파관을 짧게 구성하여 전기부품의 배치를 용이하게 하는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 일측벽에 한쌍의 상위한 전파공급공(11a, 11b)를 가지고, 조리하고자하는 음식물을 수납하는 캐비티(12)와, 상기 전파공급공(11a, 11b)을 가지는 측벽으로부터 격리되고, 상기 전파공급공(11a, 11b)의 사이에 위치되고, λg의 주파수를 가지는 마이크로파를 안테나(13)를 통해서 발생하는 마그네트론(14)과, 안테나(13)로부터 λg/4의 거리를 두고 격리되고, 안테나(13)에 대하여 평행한 단락면을 가지고, 상기 전파공급공(11a, 11b)을 커버하고, 상기 마그네트론(14)을 지지하고, 상기 전파공급공(11a, 11b)을 통과한 마이크로파를 상기 캐비티(12)로 안내하는 도파관(15)을 구비하고, 상기 마그네트론(14)으로부터 발생된 전파로 상기 도파관(15)내에서 정재파를 형성한 후, 상기 전파공급공(11a, 11b)을 통하여 상기 캐비티(12) 내부로 방사하여 음식물을 균일하게 가열한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 전자렌지의 웨이프 가이드 시스템은, 캐비티(12)의 일측벽에 한쌍의 상위한 전파공급공(11a, 11b)를 형성하고, 마그네트론(14)에서 발생된 마이크로파를 상기 한쌍의 전파공급공(11a, 11b)으로 통해 캐비티(12) 내부로 방사함으로써, 단지 마이크로파의 분산 성능을 개선하여 음식물의 균일 가열 성능을 향상시킨 것으로, 음식물의 부하량 변동에 따른 전자렌지의 출력 변동에 적절하게 대응하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위한 것으로, 도파관의 구조를 개선하여 조리하고자 하는 음식물의 부하량 변동에 의한 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시키는 전자 렌지를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 음식물이 부하량 변동에 의한 임피던스 변화를 최소화하여 캐비티 내부의 전계 분포를 일정하게 유지시키는 전자렌지를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자렌지는, 도파관이, 마그네트론과 결합되어 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 전달받는 입력도파관과, 상기 입력도파관에 연통되어 입력도파관을 통해 전달된 마이크로파를 캐비티 내부로 분사하는 제 1 출력도파관, 상기 입력도파관에 연통되어 입력도파관을 통해 전달된 마이크로파를 상기 제 1 출력도파관을 통해 캐비티 내부로 분사되는 마이크로파와 상이한 위상을 가지도록 하여 캐비티 내부로 분사하는 제 2 출력도파관으로 이루어져, 상기 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 여러갈래로 나누고, 이 나누어진 마이크로파가 서로 상이한 위상을 가지도록 하여 캐비티 내부로 분사함으로써, 음식물의 부하량 변동에 의한 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티 내부의 전계 분포를 일정하게 유지시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
제1도는 종래의 1실시예에 의한 전자렌지 도파관의 개략적인 단면도,
제2도는 제1도에 도시된 도파관의 분사 구조 해석도,
제3도는 제1도에 도시된 도파관의 부하별 임피던스 특성을 나타내는 극성도,
제4도는 종래의 2실시예에 의한 전자렌지의 개략적인 단면도,
제5도는 본 발명의 1실시예에 의한 전자렌지의 개략적인 사시도,
제6도는 본 발명의 2실시예에 의한 전자렌지의 개략적인 사시도,
제7도는 본 발명의 2실시예에 의한 도파관의 분사 구조 해석도,
제8도는 본 발명의 2실시예에 의한 도파관의 임피던스 변화를 나타내는 극성도,
제9도는 본 발명의 2실시예에 의한 도파관의 부하별 임피던스 특성을 나타내는 극성도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
21, 31 : 입력도파관 23, 33 : 제 1 출력도파관
25, 35 : 제 2 출력도파관 27, 37 : 중간 스터브
29, 39 : 개구부 40 : 캐비티
28, 41 : 마그네트론 삽입구 50 : 마그네트론
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 1실시예에 의한 전자렌지의 개략적인 사시도로서, 도 5에 도시된 도파관(20)은 캐비티(40)의 상부에서 마이크로파를 캐비티(40) 내부로 분사하는 탑피딩방식(Top Feeding Type)의 도파관이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 1실시예에 의한 도파관(20)은, 일체로 형성된 입력도파관(21)과, 제 1 출력도파관(23) 및, 제 2 출력도파관(25)으로 이루어지며, 상기 제 1 출력도파관(23)과 제 2 출력도파관(25)은 중간 스터브(stub, 27)에 의해 분리되어 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 출력도파관(23, 25)에는 마이크로파를 캐비티(40) 내부로 분사하는 다수개의 개구부(29)가 각각 배열 형성되어 있다.
상기 입력도파관(21)은 마그네트론(50)이 삽입고정되는 마그네트론 삽입구(28)가 형성되어 있어, 마그네트론(50)과 결삽되어 마그네트론(50)에서 생성된 마이크로파를 제 1 및 제 2 출력도파관(23, 25)으로 전달하도록 되어 있고, 상기 제 1 출력도파관(23)은 상기 입력도파관(21)에 연통되어 입력도파관(21)을 통해 전달된 마이크로파를 개구부(29)를 통해 캐비티(40) 내부로 분사하도록 되어 있다.
그리고, 제 2 출력도파관(25)은 상기 입력도파관(21)에 연통되어 입력도파관(21)을 통해 전달된 마이크로파를 상기 제 1 출력도파관(23)을 통해 캐비티(40) 내부로 분사되는 마이크로파와 상이한 위상을 가지도록 하여 캐비티(40) 내부로 분사하도록 되어 있다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 출력도파관(23, 25)은 각각 사인파와 코사인파를 캐비티(40) 내부로 분사하도록 설계되어, 제 1 출력도파관(23)을 통해 캐비티(40)내부로 분사되는 마이크로파는 사인파이며, 상기 제 2 출력도파관(25)을 통해 캐비티(40) 내부로 분사되는 마이크로파는 코사인파이다.
그리고, 도 6은 본 발명의 2실시예에 의한 전자렌지의 개략적인 사시도로서, 도 6에 도시된 도파관(30)은 캐비티(40)의 측면에서 마이크로파를 캐비티(40) 내부로 분사하는 방식의 도파관이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 2실시예에 의한 도파관은, 일체형으로 형성된 입력도파관(31)과, 제 1 출력도파관(33) 및, 제 2 출력도파관(35)을 이루어지되, 상기 제 1 출력도파관(33) 및 제 2 출력도파관(35)은 상기 입력도파관(31)의 하부 양측에 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 1 출력도파관(33)과 제 2 출력도파관(35)은 중간스터브(37
)에 의해 분리되어 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 출력도파관(33, 35)에는 마이크로파를 캐비티(40) 내부로 분사하는 2개의 개구부(39)가 각각 배열 형성되어 있다.
상기 입력도파관(31)은 마그네트론(50)이 삽입고정되는 마그네트론 삽입구(41)가 형성되어 있어, 상기 마그네트론(50)과 결합되어 마그네트론(50)에서 생성된 마이크로파를 제 1 및 제 2 출력도파관(33, 35)으로 전달하도록 되어 있고, 상기 제 1 출력도파관(33)은 상기 입력도파관(31)에 연통되어 입력도파관(31)을 통해 전달된 마이크로파를 캐비티(40) 내부로 분사하도록 되어 있다.
그리고, 제 2 출력도파관(35)은 상기 입력도파관(31)에 연통되어 입력도파관
(31)을 통해 전달된 마이크로파를 상기 제 1 출력도파관(33)을 통해 캐비티(40) 내부로 분사되는 마이크로파와 상이한 위상을 가지도록 하여 캐비티(40) 내부로 분사하도록 되어 있다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 출력도파관(33, 35)은 각각 사인파와 코사인파를 캐비티(40) 내부로 분사하도록 설계되어, 제 1 출력도파관(33)을 통해 캐비티(40) 내부로 분사되는 마이크로파는 사인파이며, 상기 제 2 출력도파관(35)을 통해 캐비티(40) 내부로 분사되는 마이크로파는 코사인파이다.
그리고, 상기 제 1 출력도파관(33)과 제 2 출력도파관(35)의 길이는 위상이 제로가 되는 위치로 결정되므로 제 2 출력도파관(35)의 길이보다 제 1 출력도파관(
33)의 길이가 반위상 길게 설계되어, 제 1 출력도파관(33)과 제 2 출력도파관(35)에서 서로 다른 위상 즉 사인파와 코사인파가 출력된다.
또한, 상기 제 1 출력도파관(33)과 제 2 출력도파관(35) 사이에 위치한 중간 스터브(37)의 높이와 폭을 조정함으로써 도파관의 임피던스를 자유롭게 조절할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 및 제 2 출력도파관(33, 35)에 형성된 개구부(39)는 다음과 같은 수학식4을 만족하도록 설계되어진다.
상기 수학식4에서 X, Y는 각 개구부의 전도율이며, G1, G2는 각 출력도파관의 전도율이다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 1실시예 및 2실시예의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 1실시예에서는, 마이크로파가 입력도파관(21)을 통해 제 1 출력도파관(23) 및 제 2 출력도파관(25)으로 전달된다.
즉, 마그네트론에서 생성된 마이크로파의 일부는 제 1 출력도파관(23)으로 전달되고, 나머지 부분은 제 2 출력도파관(25)으로 전달되는 것이다.
그리고, 상기 제 1 및 제 2 출력도파관(23, 25)은 상기 입력도파관(21)을 통해 전달된 마이크로파를 개구부(29)를 통해 캐비티 내부로 분사한다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 출력도파관(23, 25)은 서로 다른 위상의 마이크로파 즉, 사인파과 코사인파를 각각 캐비티 내부로 출력한다.
한편, 본 발명의 2실시예에서는, 상기한 본 발명의 1실시예와 마찬가지로, 마그네트론에서 생성된 마이크로파가 입력도파관(31)을 통해 입력도파관(31)의 하부에 위치한 제 1 출력도파관(33) 및 제 2 출력도파관(35)으로 전달된다.
그리고, 상기 제 1 및 제 2 출력도파관(33, 35)은 상기 입력도파관(31)을 통해 전달된 마이크로파를 개구부(39)를 통해 캐비티(40) 내부로 분사하도록 되어 있는데, 이때 상기 제 1 및 제 2 출력도파관(33, 35)은 서로 다른 위상의 마이크로파 즉, 사인파과 코사인파를 각각 출력한다.
도 7은 본 발명의 2실시예에 의한 전자렌지 도파관의 분사 구조 해석도로서, 도 7에 도시된 도파관의 분사 구조 해석도는 본 발명의 1실시예에서도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 2실시예에 의한 전자렌지에서 마그네트론의 출력 Pin에 대한 캐비티(40) 내부 특정 위치에서의 출력 Pout은 수학식5 내지 수학식12에 의해 구해질 수 있다.
상기 수학식5 내지 수학식12에서, Eo는 마그네트론에서 생성된 마이크로파에 의해 형성되는 전계 에너지 즉, 입력 전계 에너지이고, Ey는 캐비티 내부의 특정 위치에서의 전계 에너지 즉, 출력 전계 에너지이다.
상기 마그네트론의 출력 Pin은 마그네트론에서 생성되는 마이크로파에 의해 형성되는 전계 에너지 Eo를 제곱한 값으로 얻어지는데, 이 마이크로파가 제 1 및 제 2 출력도파관(33, 35)을 통해 각각 사인파와 코사인파로 출력된다.
그리고, 캐비티(40) 내부의 특정 위치에서의 각 전계 에너지 Ey1, Ey2, Ey3, Ey4는 상기 각 출력도파관(33, 35)으로 전달되는 마이크로파에 의해 형성되는 전계 에너지 E'o에 사인항 sin(x)과 코사인항 cos(x)을 각각 곱하여 얻어지며, 이 전계 에너지 Ey1, Ey2, Ey3, Ey4를 각각 제곱하여 더한값이 캐비티 내부의 특정 위치에서의 출력 Pout이다.
따라서, 수학식12에 나타난 바와 같이, 캐비티(40) 내부의 특정 위치에서의 출력 Pout은 마그네트론의 출력 Pin과 동일하게 일정하다.
즉, 전자 렌지의 출력은 각 출력도파관(33, 35)의 개구부(39)에서 분사된 마이크로파 에너지의 합으로 나타나는데, 상기 각 개구부(39)를 통해 분사된 마이크로파가 서로 대칭적인 크기와 위상을 가지고 있으므로, 마이크로파 에너지의 크기는 각 개구부(39)를 통해 분사된 마이크로파의 합이 되고 위상은 서로 상쇄되어 일정한 출력을 발생하게 되는 것이다.
그리고, 도 8은 본 발명의 2실시예에 의한 도파관의 임피던스 변화를 나타내는 극성도로서, 본 발명의 1실시예에 의한 도파관에도 동일하게 적용된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 출력도파관(33)의 개구부(39)를 막고 부하변동을 주어 임피던스를 측정하면 도 8의 극성도 좌측(A)에 나타난 바와 같이 도파관의 임피던스 측, 정재파비와 위상이 변화된다.
그리고, 제 2 출력도파관(35)의 개구부(39)를 막고 부하 변동을 주어 임피던스를 측정하면 도 8의 극성도 우측(B)에 나타난 바와 같이 도파관의 임피던스 즉, 정재파비와 위상이 변환된다.
즉, 제 1 출력도파관(33)의 개구부(39)를 막고 부하 변동을 줄 경우의 도파관의 임피던스 변화와, 제 2 출력도파관(35)의 개구부(39)를 막고 부하 변동을 줄경우의 도파관의 임피던스 변화는 서로 반대가 되므로, 이들의 합은 임피던스 변화가 상쇄되어 임피던스 변화가 상대적으로 적게 된다.
상기와 같이 도파관의 음식물의 부하량 변동에 따른 임피던스 특성은 도 9의 극성도(polar chart)와 같이 도시할 수 있는 바, 도 9에서는 도 3와 동일하게 마이크로파의 주파수 범위가 2.44~2.47GHz인 상태에서 부하가 2000cc의 물, 1000cc의 물, 500cc의 물, 100cc의 물인 경우의 도파관 임피던스 특성을 도시한 것이다.
도 9에 나타난 임피던스 변화 특성을 도 3에 나타난 임피던스 변화 특성과 비교해 보면, 본 발명에서는 정재파비(VSWR) 즉, 도파관의 임피던스가 종래에 비하여 적게 되어 전자 렌지의 출력이 크다.
특히, 부하가 적은 경우에 정재파비(VSWR) 즉, 도파관의 임피던스가 많이 작아지게 되어 전자렌지의 출력이 크게 된다.
또한, 조리하고자 하는 음식물의 부하량의 변화에 의한 도파관의 임피던스 변화가 적게 발생하여 전계 분포가 일정하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 여러갈래로 나누어 캐비티 내부로 분사하되, 이 나누어진 마이크로파가 서로 상이한 위상을 가지도록 하여 캐비티 내부로 분사함으로써, 조리하고자 하는 음식물의 부하 변동에 의한 도파관의 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티내의 전계분포를 일정하게 유지시킬 수 있다.
Claims (5)
- 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 도파관을 통해 캐비티 내부로 분사하여 캐비티 내부의 음식물을 유전가열하여 조리하는 전자렌지에 있어서, 상기 도파관이, 상기 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 여러갈래로 나누어 캐비티 내부로 분사시키도록 되어 있되, 나누어진 각 마이크로파를 서로 상이한 위상으로 하여 캐비티 내부로 분사시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
- 제1항에 있어서, 상기 도파관은, 상기 마그네트론과 결합되어 상기 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 전달받는 입력도파관과, 상기 입력도파관에 연통되어 입력도파관을 통해 전달된 마이크로파를 캐비티 내부로 분사하는 제 1 출력도파관과, 상기 입력도파관에 연통되어 입력도파관을 통해 전달된 마이크로파를 상기 제 1 출력도파관을 통해 캐비티 내부로 분사되는 마이크로파와 상이한 위상을 가지도록 하여 캐비티 내부로 분사하는 제 2 출력도파관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자렌지.
- 제2항에 있어서, 상기 제 2 출력도파관은, 상기 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 상기 제 1 출력도파관을 통해 캐비티 내부로 분사되는 마이크로파와 90도의 위상차를 가지도록 하여 캐비티 내부로 분사하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
- 제2항에 있어서, 상기 제 1 출력도파관과 제 2 출력도파관은, 도파관의 내부 중간부에 위치된 스터브에 의해 분리되어 각각 형성된 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
- 제2항에 있어서, 상기 제 1 출력도파관 및 제 2 출력도파관은, 마이크로파를 캐비티 내부로 분사하는 적어도 하나 이상의 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
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