KR100269478B1 - 마그네트론의 폴피스구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트론의 폴피스구조에 관한 것으로, 작용공간내에 자로를 형성하는 마그네트론의 상부 및 하부폴피스에 있어서, 상기 상부 및 하부폴피스는 상기 작용공간내에 자계를 집중시키도록 베인과 평행한 면을 기준으로 하여 절곡되는 각도를 작게 하여, 작용공간내에 자계를 집중시킴으로써 마이크로파출력을 증가시킴과 동시에 효율을 높일 수 있다.

Description

마그네트론의 폴피스구조

본 발명은 전자렌지 등의 마이크로파 가열기기에 사용되는 마그네트론에 관한 것으로, 특히 작용공간내에 자로를 형성하는 폴피스 각도를 작게 하여 높은 효율과 출력을 갖는 마그네트론의 폴피스구조에 관한 것이다.

일반적으로, 마그네트론은 도 1에 도시한 바와같이, 동파이프등에 의해 원통형상으로 형성된 양극통체(13)의 내부에는 고주파가 발생되도록 복수개의 공진기를 형성하는 다수(짝수)개의 베인(15)이 축심방향을 향하여 등간격으로 배치되어 있고, 이들 양극통체(13)와 베인(15)에는 음극필라멘트에서 발생되는 열전자가 전계를 받아 상기 양극통체(13)와 베인(15)으로 도달하도록 양의 전압이 인가되어 있다.

상기 베인(15)간의 공간은 서로 인접한 베인(15)간에 작용하는 정전용량인 캐패시턴스 성분과 상기 베인(15) 및 마주보는 상기 베인(15)들을 연결하는 양극통체(13)로 이루어지는 회로상에서의 인덕턴스성분으로 인하여 공진기를 형성한다.

그리고, 상기 베인(15)의 선단부측 근처에는 상기 베인(15)간의 전위를 동일하게 형성하여 일정한 공진주파수를 얻도록 고주파전류를 흐르는 내측 및 외측스트랩(15a,15b)이 상기 베인(15)을 하나 걸러서 각각 접속배치되어 있고, 상기 베인(15)과 필라멘트(17)사이에는 자속이 자계를 형성하는 작용공간(12)이 형성되어 있으며, 상기 작용공간(12)내에는 고열을 발생하도록 텅스텐(W)과 산화토륨(ThO₂)을 혼합소결시켜 나선형상으로 권회한 필라멘트(17)가 상기 양극통체(13)와 동축형상으로 배치되어 있다.

상기 필라멘트(17)의 양단부에는 발진에 기여하지 못하는 손실전류인 열전자가 중심축 방향으로 방사되는 것을 방지하도록 상부 및 하부실드햇(20,21)이 고착되어 있고, 상기 하부실드햇(21)의 중앙부에는 몰리브덴제의 중앙지지체인 제1필라멘트전극(23)이 상기 중앙부에 형성된 관통구멍을 통해서 상기 상부실드햇(20)의 하단부에 용접고착되어 있으며, 상기 하부실드햇(21)의 바닥면에는 몰리브덴제의 제2필라멘트전극(25)이 용접고착되어 있다.

여기에서, 상기 제1필라멘트전극(23)은 상기 필라멘트(17)의 중심축을 관통하면서 상기 상부실드햇(20)을 지지하고, 상기 제1 및 제2필라멘트전극(23,25)은 마그네트론의 음극을 지지고정하는 절연세라믹(27)에 형성된 관통구멍을 통해 전원단자(30b,32b)에 접속되어 있는 제1 및 제2외부접속단자(29,31)에 전기적으로 접속되어 상기 필라멘트(17)에 전류를 공급하는 캐소드지지대이다.

그리고, 상기 제1 및 제2외부접속단자(29,31)에는 쵸크코일(30,32)의 일단부가 전기적으로 접속되어 있고, 상기 쵸크코일(30,32)의 타단부는 박스필터의 측벽부에 배설되어 있는 캐패시터(34)와 접속되어 있으며, 상기 쵸크코일(30,32)내에는 노이즈를 흡수하는 페라이트(30a,32a)가 상기 쵸크코일(30,32)의 길이방향을 따라 삽입고정되어 있다.

또한, 상기 양극통체(13)의 양측개구부에는 상기 필라멘트(17)와 베인(15)에 의해 형성되는 작용공간(12)내에 균일하게 자속을 형성하도록 자로를 형성하는 자성체인 깔대기형상의 상부 및 하부폴피스(33,35)가 용접고착되어 있다.

상기 상부 및 하부폴피스(33,35)의 상하부에는 상부 및 하부실드컵(37,39)이 각각 기밀하게 용접고착되어 있고, 상기 상부 및 하부실드컵(37,39)의 상하부에는 상기 양극통체(13)의 내부를 진공으로 밀봉하기 위하여 안테나세라믹(45) 및 절연세라믹(27)이 기밀하게 용접고착되어 있다.

또, 상기 상부 및 하부실드컵(37,39)의 외측면에는 상기 양극통체(13)내에 일정한 자계분포를 유지하도록 환형상의 상부 및 하부마그네트(41,43)가 배치되어 있고, 마그네트론의 출력부를 구성하는 상기 상부실드컵(37)의 상부개구단부에는 후술하는 안테나캡을 절연시키는 원통형상의 안테나세라믹(45)이 접합되어 있다.

또한 도면에 있어서, 상기 안테나세라믹(45)의 상부측 선단부에는 동으로 이루어진 배기관(47)이 접합되어 있으며, 상기 배기관(47)의 내측 중앙부근처에는 공진공동내에 발진된 고주파를 출력하도록 상기 베인(15)으로부터 도출된 안테나(49)가 상기 상부폴피스(33)의 관통구멍(33b)을 통과하여 축상으로 연장되면서 상기 안테나(49)의 끝이 상기 배기관(47)내에 고정되어 있다.

그리고, 상기 배기관(47)의 외측면에는 상기 배기관(47)의 용접고착부를 보호함은 물론, 전계집중에 의한 스파크방지 및 고주파안테나의 작용을 함과 동시에 고주파 출력을 외부로 내보내는 창(window)역할을 하는 안테나세라믹(45)과 그 위에 안테나캡(51)이 씌워져 있다.

또, 상기 양극통체(13)의 외부에는 귀환되는 자속을 연결하기 위해 상기 양극통체(13)내의 자속량을 결정하는 상부 및 하부요우크(53,55)가 설치되어 있고, 상기 양극통체(13) 및 하부요우크(55)사이에는 복수개의 알루미늄 냉각핀(57)이 상기 양극통체(13) 및 하부요우크(55)에 고정된 클램프부재(55a)에 의해 감합배치되어 상기 마그네트(41,43)와 함께 자로 형성용 상부 및 하부요우크(53,55)에 의해 덮여 있으며, 상기 상부요우크(53)의 상부개구부에는 금속망 등으로 형성되어 고주파의 전파누설을 방지하는 RF가스켓(59)이 배치되어 있다.

상기와 같이 구성된 마그네트론에 있어서, 먼저, 제1 및 제2외부접속단자(29,31)를 통해 전원이 인가되면, 상기 제1외부접속단자(29)→ 제1필라멘트전극(23)→ 상부실드햇(20)→ 필라멘트(17)→ 하부실드햇(21)→ 제2필라멘트전극(25)→ 제2외부접속단자(31)에 의해 폐회로가 구성되어 상기 필라멘트(17)에 동작전류가 공급되어 가열된다.

상기 필라멘트(17)가 가열되어 1800℃이상의 고온상태가 되면, 필라멘트(17)내부의 전자들이 열을 흡수하여 열에너지가 증가하고, 열에너지가 증가된 전자들이 소정치이상의 에너지에 도달하게 되면서 필라멘트(17)표면에서 열전자가 작용공간(12)내로 방출되기 시작한다.

이때, 상기 제2필라멘트전극(25)과 베인(15)에 인가된 고전압에 의해 필라멘트(17)의 바깥표면과 베인(15)사이의 작용공간(12)내에 강한 전계가 형성되고, 이 강한 전계는 베인(15)에서 출발하여 필라멘트(17)로 이른다.

한편, 두 개의 상부 및 하부마그네트(41,43)로부터 발생한 자속은 하부폴피스(35)를 따라 작용공간(12)쪽으로 인도되고, 인도된 자속은 작용공간(12)을 통해 상부폴피스(33)로 진행하면서 상부요우크(53), 하부요우크(55), 상부폴피스(33), 하부폴피스(35) 및 작용공간(12)으로 이루어지는 자기회로내에 분포하여 작용공간(12)내에 높은 자속밀도를 형성한다.

따라서, 고온의 필라멘트(17) 표면으로부터 작용공간(12)으로 방출되는 열전자는 작용공간(12)내에 존재하는 강한 전계에 의해 수평방향으로 베인(15)쪽으로 진행함과 동시에 작용공간(12)내에 존재하는 강한 자계에 의해 진행방향에 대해 수직으로 힘을 받아 전자가 나선형으로 원운동하여 베인(15)에 도달하게 된다.

이러한 전자의 운동으로 형성된 전자군은 베인(15)에 주기적인 마이크로파 발진주파수의 배수의 역수분의 일 만큼의 주기로 베인(15)에 간섭을 일으키고, 이 작용에 의해 베인(15)과 베인(15)이 마주보는 공간 즉, 공진기에는 서로 마주보는 베인(15)간에 작용하는 정전용량인 캐패시턴스성분과, 상기 마주보는 베인(15)과 이를 연결하는 양극통체(13)로 이루어지는 회로상에서의 인덕턴스성분이 병렬공진회로를 구성하고 베인(15)의 구조에 따른 공진주파수가 f= 에 의해 결정되어 일정한 마이크로파를 발생한다.

그런데, 종래의 마그네트론에 있어서는, 작용공간(12)내에 자로를 형성하는 상부폴피스(33)의 각도가 도 2에 도시한 바와같이, 베인(15)과 마주보는 면을 중심으로 하여 상부 방향으로 크게(53.42。) 절곡되어 있기 때문에 작용공간(12)내에 자계를 집중시키지 못하여 마이크로파출력이 떨어진다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 작용공간내에 자로를 형성하는 폴피스 각도를 작게 하여 작용공간내에 자계를 집중시킴으로써 마이크로파출력을 증가시킴과 동시에 효율을 높일 수 있는 마그네트론의 폴피스구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 마그네트론의 폴피스구조는, 작용공간내에 자로를 형성하는 마그네트론의 상부 및 하부폴피스에 있어서, 상기 상부 및 하부폴피스는 상기 작용공간내에 자계를 집중시키도록 베인과 평행한 면을 기준으로 하여 절곡되는 각도를 작게 하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 마그네트론의 종단면도,

도 2는 종래에 의한 폴피스의 구조도,

도 3은 본 발명에 의한 폴피스의 구조도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

12 : 작용공간 15 : 베인

35 : 하부폴피스 36 : 상부폴피스

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일명칭 및 동일부호를 명기하여 중복되는 설명을 생략한다.

도 3에 도시한 바와같이, 작용공간(12)내에 자로를 형성하는 상부폴피스(36)는 내주면의 지름이 9.15 ± 0.2이고, 상기 작용공간(12)내에 자계를 집중시키도록 베인(15)과 평행한 면을 기준으로 하여 상부 방향으로 절곡된 각도가 41.39。이다.

이하, 상기와 같이 구성된 마그네트론의 폴피스구조의 작용효과를 설명한다.

먼저, 제1 및 제2외부접속단자(29,31)를 통해 전원이 인가되면, 상기 제1외부접속단자(29)→ 제1필라멘트전극(23)→ 상부실드햇(20)→ 필라멘트(17)→ 하부실드햇(21)→ 제2필라멘트전극(25)→ 제2외부접속단자(31)에 의해 폐회로가 구성되어 상기 필라멘트(17)에 동작전류가 공급되어 가열된다.

상기 필라멘트(17)가 가열되어 1800℃이상의 고온상태가 되면, 필라멘트(17)내부의 전자들이 열을 흡수하여 열에너지가 증가하고, 열에너지가 증가된 전자들이 소정치이상의 에너지에 도달하게 되면서 필라멘트(17) 표면에서 열전자가 작용공간(12)내로 방출되기 시작한다.

이때, 상기 제2필라멘트전극(25)과 베인(15)에 인가된 고전압에 의해 필라멘트(17)의 바깥표면과 베인(15)사이의 작용공간(12)내에 강한 전계가 형성되고, 이 강한 전계는 베인(15)에서 출발하여 필라멘트(17)로 이른다.

한편, 두 개의 상부 및 하부마그네트(41,43)로부터 발생한 자속은 하부폴피스(35)를 따라 작용공간(12)쪽으로 인도되고, 인도된 자속은 작용공간(12)을 통해 상부폴피스(36)로 진행하면서 상부요우크(53), 하부요우크(55), 상부폴피스(36), 하부폴피스(35) 및 작용공간(12)으로 이루어지는 자기회로내에 분포하여 작용공간(12)내에 높은 자속밀도를 형성한다.

이때, 상기 작용공간(12)내에는 일정세기의 자속밀도가 형성되어야 발진시 안정된 마이크로파 에너지를 공급할 수 있음은 물론, 효율을 증가시킬 수 있다.

이에, 본 발명에서는 도 3에 도시한 바와같이, 작용공간(12)내에 자로를 형성하는 상부폴피스(36)의 각도를 베인(15)과 평행한 면을 기준으로 하여 상부 방향으로 작게(41.39。) 절곡시켜 작용공간(12)내에 자계를 집중시킴으로써 안정된 마이크로파 에너지를 공급할 수 있다.

따라서, 고온의 필라멘트(17) 표면으로부터 작용공간(12)으로 방출되는 열전자는 작용공간(12)내에 존재하는 강한 전계에 의해 수평방향으로 베인(15)쪽으로 진행함과 동시에 작용공간(12)내에 존재하는 강한 자계에 의해 진행방향에 대해 수직으로 힘을 받아 전자가 나선형으로 원운동하여 베인(15)에 도달하게 된다.

이러한 전자의 운동으로 형성된 전자군은 베인(15)에 주기적인 마이크로파 발진주파수의 배수의 역수분의 일 만큼의 주기로 베인(15)에 간섭을 일으키고, 이 작용에 의해 베인(15)과 베인(15)이 마주보는 공간 즉, 공진기에는 서로 마주보는 베인(15)간에 작용하는 정전용량인 캐패시턴스성분과, 상기 마주보는 베인(15)과 이를 연결하는 양극통체(13)로 이루어지는 회로상에서의 인덕턴스성분이 병렬공진회로를 구성하고 베인(15)의 구조에 따른 공진주파수가 f= 에 의해 결정되어 안정된 동작특성을 유지하면서 높은 효율을 갖는 마이크로파 에너지를 공급할 수 있다.

상기의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 마그네트론의 폴피스구조에 의하면, 작용공간내에 자로를 형성하는 폴피스 각도를 작게 하여 작용공간내에 자계를 집중시킴으로써 마이크로파출력을 증가시킴과 동시에 효율을 높일 수 있다는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 작용공간내에 자로를 형성하는 마그네트론의 상부 및 하부폴피스에 있어서,

   상기 상부 및 하부폴피스는 상기 작용공간내에 자계를 집중시키도록 베인과 평행한 면을 기준으로 하여 절곡되는 각도를 작게 하는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 폴피스구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부폴피스는 상기 베인과 평행한 면을 기준으로 하여 상부 방향으로 절곡되는 각도를 작게 하는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 폴피스구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 하부폴피스는 상기 베인과 평행한 면을 기준으로 하여 하부 방향으로 절곡되는 각도를 작게 하는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 폴피스구조.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 상부 및 하부폴피스의 각도는 약 41.39。인 것을 특징으로 하는 마그네트론의 폴피스구조.