KR20040044707A - 전자레인지용 마그네트론 - Google Patents

전자레인지용 마그네트론 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네트론(magnetron)의 폴피스(pole piece) 구조를 변형시켜 고조파(harmonics)의 발생을 감쇄할 수 있도록 한 전자레인지용 마그네트론에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전자레인지용 마그네트론은, 요우크(20)와; 요우크(20)의 내부에 설치되는 양극통체(30)와; 양극통체(30)의 내측에 연결 설치되는 복수의 베인(40)과; 베인(40)의 중심축에 설치되는 필라멘트(50)와; 양극통체(30)의 상·하측에 설치되는 상·하부 마그네트(60a,60b)와; 중공부(73)가 형성된 하부면(74)이 상호 마주보도록 양극통체(30)와 상·하부 마그네트(60a,60b) 사이에 설치되는 상부폴피스(70a) 및 하부폴피스(70b)를 포함하는 마그네트론에 있어서, 상기 상부폴피스(70a)의 하부면(72) 외측 끝단에서 중공부(73)가 형성된 내측 끝단까지의 치수(L)를 조절하여 고조파 감쇄회로를 구성하는 것이다. 이에 따라, 고조파의 발생을 효율적으로 감쇄시킬 수 있을 뿐 아니라 고조파의 차단으로 전력소모를 방지하여 마이크로파의 출력을 향상시킬 수 있다.

Description

전자레인지용 마그네트론 {MAGNETRON FOR MICROWAVE OVEN}
본 발명은 마그네트론(magnetron)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네트론의 폴피스(pole piece) 구조를 변형시켜 고조파(harmonics)의 발생을 감쇄할 수 있도록 한 전자레인지용 마그네트론에 관한 것이다.
일반적으로 마그네트론은 자기장 속에서 극초단파(ultrahigh frequency:UHF)를 발진하는 3극관을 일컫는 말로서, 고주파가열·입자가속기·레이더 등의 산업응용을 비롯하여 전자레인지와 같은 가정용 기기에도 널리 사용된다.
전자레인지의 가열원으로 사용되는 마그네트론은 양극부를 통하여 일정 주파수(기본파)의 마이크로파(microwave)가 발생됨과 동시에 이 기본파의 n배, 즉 정수배의 주파수를 가지는 고조파(harmonics)가 동시에 발생된다. 이러한 고조파 성분 중 특정 주파수대의 고조파는 그 양이 아주 미약하더라도 무선통신의 장애를 일으킬 수 있음은 물론 인체에 해를 끼친다는 것이 과학적으로 이미 밝혀진 사실이며, 그로 인해 고조파 발생량의 한계치를 법으로 규제하고 있는 실정이다. 또한, 최근 위성방송이 성행하는 추세에 따라 위성방송을 수신하는데 방해를 막기 위해서도 고조파 성분을 극소화시키는 것이 요망시 되고 있다.
종래에는 마그네트론에 설치되는 아웃풋(out-put) 구조의 쵸크(choke)를 이용하여 마그네트론의 작동 중 발생되는 고조파를 억제하는 방법이 주로 사용되고 있으나, 이는 고조파의 전대역 감쇄가 어려울 뿐 아니라 전대역 감쇄를 위한 구조를 장착하기 위해서는 아웃풋(out-put) 구조가 현재보다 커지거나 변형되어야 하는 문제점을 가지고 있으므로 현실적으로 적용하기에는 한계가 많았다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로, 마그네트론에서 발생되는 고조파를 효율적으로 감쇄시킬 수 있는 전자레인지용 마그네트론을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전자레인지용 마그네트론의 종단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 전자레인지용 마그네트론의 상부폴피스 구조를 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 전자레인지용 마그네트론의 상부폴피스의 하부면 치수에 따른 고조파의 변화를 그래프로 도시한 것이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
20 : 요우크 30 : 양극통체
40 : 베인 50 : 필라멘트
60a : 상부마그네트 60b : 하부마그네트
70a : 상부폴피스 70b : 하부폴피스
72 : 상부면 73 : 중공부
74 : 하부면
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 요우크와; 상기 요우크의 내부에 설치되는 양극통체와; 상기 양극통체의 내측에 연결 설치되는 복수의 베인과; 상기 베인의 중심축에 설치되는 필라멘트와; 상기 양극통체의 상·하측에 설치되는 상·하부 마그네트와; 중공부가 형성된 하부면이 상호 마주보도록 상기 양극통체와 상기 상·하부 마그네트 사이에 설치되는 상부폴피스 및 하부폴피스를 포함하는 마그네트론에 있어서, 상기 상부폴피스의 하부면 외측 끝단에서 중공부가 형성된 내측 끝단까지의 치수(L)를 조절하여 마그네트론 고조파 감쇄회로를 구성하는 데 그 특징이 있다.
상기 상부폴피스의 하부면 외측 끝단에서 중공부가 형성된 내측 끝단까지의 치수(L)가 대략 2.0∼5.5㎜인 것이 가장 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 전자레이지용 마그네트론의 종단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 요우크(20)와; 요우크(20)의 내부에 설치되는 양극통체(30)와; 양극통체(30)의 내측에 연결 설치되는 복수의 베인(40)과; 베인(40)의 중심축에 설치되는 필라멘트(50)와; 양극통체(30)의 상·하측에 설치되는 상·하부 마그네트(60a,60b)와; 중공부(73)가 형성된 하부면(72)이 상호 마주보도록 양극통체(30)와 상·하부 마그네트(60a,60b) 사이에 설치되는 상부폴피스(70a) 및 하부폴피스(70b)를 포함하여 구성된다.
상기 양극통체(30)는 동파이프 등에 의해 원통형으로 이루어지며, 그 내부에는 고주파 성분이 발생되도록 공진공동을 형성하는 복수의 베인(40)이 축심방향으로 일정하게 배치되어 있으며, 이들 양극통체(30)와 베인(40)에 의해 양극부가 구성된다. 양극통체(30)의 외부에는 상·하부 마그네트(60a,60b)에서 귀환되는 자속을 연결하는 상부요우크(20a) 및 하부요우크(20b)가 설치되고, 양극통체(30) 및 하부요우크(20b) 사이에는 복수개의 알루미늄 냉각핀(32)이 설치되어 상·하부 마그네트(60a,60b)와 함께 상·하부요우크(20a,20b)에 의해 덮여 있다.
그리고 양극통체(30)의 중심축 근처에는 작용공간(42)이 형성되고, 작용공간(42) 내에는 고열을 발생하도록 텅스텐과 산화토륨을 혼합 소결시켜 나선형상으로 권회한 필라멘트(50)가 양극통체(30)와 동축으로 배치되어 있다.
상기 필라멘트(50)의 양단부에는 발진에 기여하지 못하는 손실전류인 열전자가 중심축 방향으로 방사되는 것을 방지하도록 상부 및 하부실드햇(52,53)이 고착되어 있고, 하부실드햇(53)의 중앙부에는 중앙지지체인 제1필라멘트전극(51)이 관통홀을 통해 상부실드햇(52)에 용접 고착되어 있으며, 하부실드햇(53)의 바닥면에는 제2필라멘트전극(54)이 용접 고착되어 있다.
상기 제1필라멘트전극(51) 및 제2필라멘트전극(54)은 마그네트론의 음극을 지지 고정하는 절연세라믹(81)에 형성된 관통홀을 통해 전원단자(82,83)에 접속되어 있는 제1,2외부접속단자(84,85)에 전기적으로 접속되어 필라멘트(50)에 전류를 공급한다. 그리고 상기 제1,2외부접속단자(84,85)에는 쵸크코일(86,87)의 일단부가 전기적으로 접속되고, 쵸크코일(86,87)의 타단부는 박스필터의 측벽부에 배설되어 있는 캐패시터(capacity)(88)와 접속되어 있으며, 쵸크코일(86,87)의 내부에는 노이즈를 흡수하는 페라이트(89,90)가 삽입되어 있다.
또한, 양극통체(30)의 양측 개구부에는 상·하부 마그네트(60a,60b)에서 발생된 자속을 필라멘트(50)와 베인(40)에 의해 형성되는 작용공간(42)내에 균일하게 유도하도록 자로를 형성하는 상부폴피스(70a) 및 하부폴피스(70b)가 설치되어 있다. 상·하부폴피스(70a,70b)의 상부 및 하부에는 상·하부실드컵(37,39)이 각각 기밀하게 용접 고착되어 있다.
상기 상·하부실드컵(37,39)에는 양극통체(30)의 내부를 진공으로 밀봉하기 위하여 안테나세라믹(45) 및 절연세라믹(81)이 기밀하게 용접 고착되어 있으며, 그 외측면에는 양극통체(30)내에 일정한 자계분포를 유지하도록 링 형상의 상·하부 마그네트(60a,60b)가 배치되어 있다.
상기 안테나세라믹(45)의 상측 선단부에는 동으로 이루어진 배기관(47)이 접합되어 있고, 배기관(47)의 내측 중앙에는 공진공동내에 발진된 고주파를 출력하도록 베인(40)으로부터 도출된 안테나(48)가 상부폴피스(70a)의 관통홀(49)을 통과하여 축상으로 연장되면서 안테나(48)의 끝이 배기관(47)내에 고정된다. 그리고 배기관(47)의 외측면에는 배기관(47)의 용접 고착부를 보호함과 아울러 전계집중에 의한 스파크 방지 및 고주파안테나의 작용 및 고주파 출력을 외부로 내보내는 창(window) 역할을 하는 안테나세라믹(45)과 안테나캡(46)이 구비된다.
한편, 마그네트론의 구성은 본 발명의 요지인 폴피스의 구조에 대해 설명하기 위한 배경기술이며, 상기에서 설명한 것도 이미 공지된 마그네트론의 일 실시예에 불과하므로 세부적인 구조 및 기능에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전자레인지용 마그네트론의 상부폴피스 구조를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 마그네트론의 상부폴피스 하부면 치수에 따른 고조파의 변화를 그래프로 도시한 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상부폴피스(70a) 및 하부폴피스(미도시)는 이단 절곡에 의해 플랜지 형상의 상부면(72), 중공부(73)가 형성되는 하부면(74) 및 상부면(72)과 하부면(74)을 연결하는 경사면(76)으로 구분 형성되며, 도 1에서와 같이 중공부(73)가 형성된 하부면(74)이 상호 마주보도록 배치된다. 그 중 상부폴피스(70a)의 하부면(74) 외측 끝단에서 중공부(73)가 형성된 내측 끝단까지의치수(L)를 조절하여 고조파 감쇄회로를 구성함으로써 고조파를 감쇄시킬 수 있는 구조를 지니고 있다.
실제로 고조파 검측장치를 통해 상부폴피스(70a) 및 하부폴피스(미도시)의 하부면(74)의 외측 끝단에서 내측 끝단까지의 치수(L)에 따른 고조파 발생량을 측정해 본 결과, 하부폴피스(미도시)는 고조파 발생에 거의 영향을 끼치지 못하는 것으로 드러났으나, 상부폴피스(70a)의 경우에는 도 3에 도시된 그래프에서와 같이 고조파 발생량에 있어서의 차이가 확연하게 드러났으며, 그 중 상부폴피스(70a) 하부면(74)의 외측 끝단에서 중공부(73)가 형성된 내측 끝단까지의 치수(L)가 대략 2.0∼5.5㎜일 때 고조파 발생량이 가장 감쇄하는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 전자레인지용 마그네트론의 작용을 간단히 설명하면 하기와 같다.
먼저, 제1외부접속단자(84) 및 제2외부접속단자(85)를 통해 전원이 인가되면, 제1외부접속단자(84), 제1필라멘트전극(51), 상부실드햇(52), 필라멘트(50), 하부실드햇(53), 제2필라멘트전극(54), 제2외부접속단자(85)에 의해 폐회로가 구성되어 필라멘트(50)에 동작전류가 공급·가열되고, 공급된 동작전류에 의해 필라멘트(50)가 고온상태가 되면 작용공간(42)내로 열전자를 방출한다. 이 때, 제2필라멘트전극(54)과 양극부에 인가된 구동전압에 의해 필라멘트(50)의 바깥표면과 베인(40)사이의 작용공간(42)내에 강한 전계가 형성되고, 이 전계는 베인(40)에서 출발하여 필라멘트(50)에 이른다.
한편, 상·하부 마그네트(60a,60b)로부터 발생한 자속은 하부폴피스(70b)를 따라 작용공간(42)쪽으로 인도되고, 인도된 자속은 작용공간(42)을 통해 상부폴피스(70a)로 진행하면서 상부요우크(20a), 하부요우크(20b), 상부폴피스(70a), 하부폴피스(70b) 및 작용공간(42)으로 이루어지는 자기회로내에 분포하여 작용공간(42)내에 높은 자속밀도를 형성한다.
따라서, 고온의 필라멘트(50) 표면으로부터 작용공간(42)으로 방출되는 열전자는 작용공간(42)내에 존재하는 강한 전계에 의해 베인(40) 또는 양극통체(30)쪽으로 진행함과 동시에 작용공간(42)내에 존재하는 강한 자속밀도에 의해 진행방향에 대해 수직으로 힘을 받아 원운동을 하게 된다.
이러한 열전자의 운동은 모든 작용공간(42)내에서 이루어져, 베인(40)의 구조적 공진회로에 따라 열전자들이 전자군을 형성하면서 높은 전위인 베인(40)으로의 진행을 반복적으로 수행하여 베인(40)에는 전자군이 회전하는 속도에 대응하는 소정의 마이크로파가 출력된다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 상부폴피스의 하부면 치수를 조절함으로써 고조파의 발생을 효율적으로 감쇄시킬 수 있으며, 고조파의 차단으로 전력소모를 방지하여 마이크로파의 출력을 향상시킬 수 있다.
또한, 기존의 쵸크를 이용한 고조파 차단구조에 비해 상대적으로 구조가 단순할 뿐 아니라 그에 따른 경제적 비용 측면에서도 유리하다.

Claims (2)

  1. 요우크와; 상기 요우크의 내부에 설치되는 양극통체와; 상기 양극통체의 내측에 연결 설치되는 복수의 베인과; 상기 베인의 중심축에 설치되는 필라멘트와; 상기 양극통체의 상·하측에 설치되는 상·하부 마그네트와; 중공부가 형성된 하부면이 상호 마주보도록 상기 양극통체와 상기 상·하부 마그네트 사이에 설치되는 상부폴피스 및 하부폴피스를 포함하는 마그네트론에 있어서,
    상기 상부폴피스 하부면의 외측 끝단에서 중공부가 형성된 내측 끝단까지의 치수(L)를 조절하여 고조파 감쇄회로를 구성함으로써 고조파의 발생을 억제할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 마그네트론.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부폴피스 하부면의 외측 끝단에서 중공부가 형성된 내측 끝단까지의 치수(L)가 대략 2.0∼5.5㎜인 것을 특징으로 하는 마그네트론.
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