CN101635244B - 磁控管装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁控管，它既能缩小扼流圈的线径和磁芯的截面积，又能确保所期望的回热值，还能使滤波箱小型化。该磁控管装置的扼流圈(35)收纳于配置成覆盖磁控管主体(10)的阴极端子(33)的滤波箱(31)内，通过将具有磁芯(36a)的磁芯型电感器(36)和空芯型电感器(37)串联连接而形成，在该扼流圈(35)中，磁芯型电感器和空芯型电感器的线圈的线径为1.0～1.4mm，磁芯的截面积为5～16mm2，空芯型电感器的线圈的圈数T为55＜2π((D+A)/2)T≤90，其中，线圈的线径：A(mm)，磁芯直径：D(mm)。

Description

磁控管装置
技术领域
本发明涉及用于微波炉等的磁控管装置，特别涉及配置于滤波箱内的扼流圈。
背景技术
磁控管具有振荡部、输入部、以及输出部，其中，振荡部包括：由阳极圆筒和配置于其内侧的多个翼片构成的阳极部；配置于该阳极轴即管轴的灯丝的阴极部；以及配置于阳极圆筒的两个端面的一对极片，输入部具有对贯通振荡部的其中一个极片而延伸的阴极引线进行支承的芯柱，输出部包含贯通振荡部的另一个极片而延伸的天线。极片用永磁体夹住，使得磁通量集中于阳极部和阴极部之间的作用空间。若从输入部向阴极提供灯丝电流，并对阳极部和阴极部之间施加电压，则磁控管进行微波振荡，从输出部输出微波。微波炉用的微波频率为2450MHz。由于振荡输出的一部分从输入部泄漏会造成外部设备的干扰，所以利用滤波箱屏蔽输入部来防止电波泄漏。振荡输出的不仅仅是2450MHz的基波，还会因电子干扰等而振荡产生宽频带的电波，滤波箱也阻止这些电波的泄漏。
滤波箱具有兼作为与外部电源连接的外部输入端子的一对贯通电容器，箱内配置有分别将一对阴极输入芯柱端子和各贯通电容器串联连接的一对扼流圈。各扼流圈通过将具有铁氧体磁芯的线圈状的磁芯型电感器和空芯线圈的空芯型电感器串联连接而形成，构成的铜线的绕线线径为1.4～1.6mm，设两个电感器的内径相同，铁氧体磁芯的截面积为15～30mm2。上述数值的设定是考虑下述情况而决定的(参照专利文献1)。
构成滤波电路的扼流圈将从阴极部泄漏的微波以热的形式消耗。因此，当泄漏输出增大时，扼流圈有可能烧毁。另外，若由于过热使得铁氧体磁芯的导磁率降低，则电感下降，微波的泄漏增大。还有，空芯电感器通过使泄漏波的最大分量即2450MHz的基波的驻波的最大振幅部位于该电感器内而使之衰减，使其无法到达磁芯型电感器，从而减轻磁芯型电感器的负担。
专利文献1：日本专利特开2002-343263号公报
发明内容
由以上可知，为了散热或降低泄漏功率，希望使扼流圈大型化，但由于大型化会使得扼流圈靠近滤波箱内壁而发生放电，因此，不能减小滤波箱的尺寸。
电感器的绕线(线圈)的电阻R为R(Ω)＝ρ(L/A)(ρ：Ω·m、L：绕线长度(m)、A：绕线截面积(m2))，若是绕线的线径变细，则绕线的电阻增大，扼流圈温度上升。从外部电源提供的阴极灯丝电流为9.0～12.0A，该电流与泄漏微波的电流叠加。为了缓和温度的上升，虽然可以缩短绕线长度L来降低电阻值，但由于扼流圈的电感变小，因此使得微波的泄漏增大。另外，若仅缩短空芯型电感器，则微波的基波的驻波在磁芯型电感器的位置处振幅变大，损坏磁芯型电感器的线圈的绕线。
再者，使磁控管工作不稳定的因素之一为回热(阴极逆冲击)。回热是指从灯丝阴极发射的热电子的一部分从振荡微波获得能量而返回到灯丝的现象。设相对于施加规定的加热电压时的灯丝电流If(安培)，在某一特定负载下振荡时的灯丝电流为Ifb(安培)，此时回热(％)用Ifb/If×100(％)表示，意味着回热(％)的值越小，返回到阴极的电子越多。虽然回热会随着输出负载而发生很大的变动，但在上述磁控管构造中，从经验上来看希望回热的最小值是在90％以上。通过增大扼流圈、并增大滤波箱，能够维持这个值。但是，增大滤波箱相对于磁控管主体的容积，将妨碍了小型化，并且妨碍了扼流圈的成本降低。
本发明的目的在于获得一种能够确保所期望的回热值、并且能使滤波箱小型化的磁控管用扼流圈。
本发明获得一种磁控管装置，该磁控管装置包括：配置成覆盖磁控管主体的阴极端子的滤波箱；收纳于该滤波箱内的扼流圈，该扼流圈由具有磁芯的磁芯型电感器和空芯型电感器串联连接形成，所述空芯型电感器与所述阴极端子连接；以及与该扼流圈的所述磁芯型电感器连接的贯通型电容器，该贯通型电容器与所述扼流圈一起构成滤波电路，并贯通所述滤波箱，所述磁芯型电感器和所述空芯型电感器的线圈的线径为1.0～1.4mm，所述磁芯的截面积为5～16mm2，空芯型电感器的线圈的圈数T为
55＜2π((D+A)/2)T≤90，
其中，所述线圈的线径：A(mm)，所述磁芯直径：D(mm)。
本发明能够确保所期望的回热值，并且能使滤波箱小型化。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的磁控管的截面图。
图2是从II-II线沿箭头方向看图1的滤波箱内的俯视图。
图3表示将本发明的实施例与以往构造的滤波箱进行对比的大致截面图。
图4是实施例1和比较例2、4的回热(％)相对于输出侧的相位的曲线图、以及将磁芯直径、线圈线径、空芯型电感器的圈数、式(1)的数值进行对比的图。
图5是实施例4和比较例4的回热(％)相对于输出侧的相位的曲线图、以及将磁芯直径、线圈线径、空芯型电感器的圈数、式(1)的数值进行对比的图。
图6是实施例3、6和比较例3的回热(％)相对于输出侧的相位的曲线图、以及将磁芯直径、线圈线径、空芯型电感器的圈数、式(1)的数值进行对比的图。
图7是实施例3、7和比较例5、6的回热(％)相对于输出侧的相位的曲线图、以及将磁芯直径、线圈线径、空芯型电感器的圈数、式(1)的数值进行对比的图。
标号说明
10：磁控管主体
11：阳极部
12：阳极圆筒
14：阴极部
15：灯丝
18：阴极中间引线
19：阴极侧面引线
30：输入部
40：输出部
31：滤波箱
32：陶瓷芯柱
33：阴极端子
34：贯通电容器
35：扼流圈
36：磁芯型电感器
36a：磁芯
37：空芯型电感器
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施方式。图1是用于微波炉的磁控管的截面图。阳极部11由阳极圆筒12、和从该阳极圆筒12的内周面向管轴突出的多个翼片13形成。阴极部14设置于磁控管的管轴k，该阴极部14由灯丝15、和在其两端通过端帽16、17连接的阴极中间引线18和阴极侧面引线19构成。翼片的前端设置成与灯丝15保持预定的间隔，该预定间隔的环状空间23形成作用空间。在阳极圆筒12的管轴方向的两个端部相对地设置有一对漏斗状、研钵状的极片20、21，使其夹着作用空间，并且在该极片20、21的各自的管轴m方向朝外的一方，设置用于提供灯丝施加用电流及磁控管驱动用高压的输入部30、和包括用于传输并发射微波的天线引线41的输出部40，由此构成磁控管主体10。天线引线41的一端与阳极结构之一的翼片13连接，另一端沿管轴向外延伸。
另外，由一对铁氧体形成的环状永磁体50、51通过磁路向翼片13和灯丝15之间形成的作用空间23提供磁场，该磁路是通过分别将环状永磁体50、51各自的一个极片面与极片20、21磁耦合、将另一个极片面与强磁体形成的截面为“コ”字形状的框状磁轭52、53磁耦合而构成的。
图2表示覆盖磁控管的输入部30的滤波箱31及滤波箱部分的内部。输入部30由支承阴极中间引线18和阴极侧面引线19的陶瓷芯柱32、和与所述各引线连接的阴极端子33、33构成。在滤波箱31的壁部分安装有双端子的贯通电容器34、34，在位于滤波箱31的中间部分的阴极端子33、33和贯通电容器34、34之间，各扼流圈35、35串联连接，电容器及扼流圈构成滤波电路。一对扼流圈35、35具有磁芯型电感器36和空芯型电感器37的串联连接结构，其中，磁芯型电感器36由具有铁氧体等圆柱形磁芯36a的线圈构成，空芯型电感器37由空芯线圈构成，空芯型电感器37一侧通过预定长度的弯曲布线38与阴极端子33连接，磁芯型电感器36一侧与贯通电容器34的端子34a连接。
在上述结构中，通过阴极端子33、33而泄漏的微波中，2450MHz的基波分量最大，包括弯曲布线38在内而设定扼流圈的长度，使得相当于基波的1/4波长的位置、泄漏微波的振幅最大的位置位于空芯型电感器37内。这种情况下，大多数泄漏的微波被空芯型电感器37吸收。由于空芯型电感器37能够利用周围的空气等进行冷却，所以通过使疏绕的空芯型电感器部的最大发热部远离磁芯型电感器36，从而可以抑制磁芯型电感器36的发热，防止扼流圈35、35的电感降低。
本发明设定为，构成扼流圈的磁芯型电感器及空芯型电感器的线圈的线径为1.0～1.4mm，磁芯型电感器的磁芯的截面积为5～16mm2，空芯型线圈的圈数T的关系为
55＜2π((D+A)/2)T≤90……(1)
其中，线圈线径：A(mm)，磁芯直径：D(mm)。
之所以使空芯型电感器的线圈线径为1.0～1.4mm，是由于若线径较细，则强度降低或电阻升高，导致温度上升，若线径较粗，则不利于线圈的小型化，还会导致成本增加。本发明通过使其为1.4mm以下，可以维持与以往线圈同等的特性，并且使线圈小型化。
之所以使磁芯型电感器的磁芯的截面积为5～16mm2，是由于若截面积缩小到5mm2以下，则磁通密度变高而达到饱和磁通，使得噪声特性变差，并且回热值恶化。而且，由于铁氧体形成的磁芯在机械上较脆弱，所以细磁芯的制造性能较低。若增大截面积，则不利于线圈的小型化。通常，用相同直径的铜线将空芯型电感器和磁芯型电感器形成为一体，各线圈的内径相同。此外，也可以改变各线圈的内径而进行组合。磁芯的截面积为5～16mm2相当于圆柱形磁芯的直径(D)为2.5～4.5mm，实质上与线圈内径相同。
式(1)的下限数值50规定了提供适当的回热特性的范围，上限数值90是避免扼流圈大型化的实用值。
若采用本实施方式，则与以往的构造相比，通过将线圈的线径变细并缩小构成磁芯的圆柱形铁氧体磁芯的截面积，可以缩短卷绕于磁芯型电感器36的线圈长度，并且使电感与线圈直径较大的以往构造相同。另外，通过使泄漏微波的驻波的最大振幅部位于空芯型电感器37内并远离磁芯型电感器，使得与磁芯型电感器36连接的位置37a处的振幅较小，从而减轻对磁芯型电感器的影响。
下面，说明实施例。在各例中，使空芯型电感器疏绕，线圈线间间隔为1mm以下，使磁芯型电感器的线圈密绕。两个线圈之间的间隔为3mm。由于空芯型电感器的疏绕可通过空气冷却来抑制温度上升，而若将线间间隔扩大得过大，则会使扼流圈大型化，因此，线间间隔以1mm以下为佳。
(实施例1)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.4mm；空芯型电感器的圈数T＝3；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为4.5mm(截面积为15.9mm2)。此外，空芯型电感器和磁芯型电感器的内径都是相同的4.5mm。这种情况下，式(1)中的2π((D+A)/2)T为91.6，满足式(1)。
(实施例2)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.0mm；空芯型电感器的圈数T＝5；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为3mm(截面积为7.065mm2)。此外，空芯型电感器和磁芯型电感器的内径都是相同的3mm。这种情况下，式(1)中的2π((D+A)/2)T为62.8。
(实施例3)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.2mm；空芯型电感器的圈数T＝5；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为3mm(截面积为7.065mm2)。此外，空芯型电感器和磁芯型电感器的内径都是相同的3mm。这种情况下，式(1)中的2π((D+A)/2)T为65.9。
(实施例4)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.2mm；空芯型电感器的圈数T＝4；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为4.5mm(截面积为15.9mm2)。此外，空芯型电感器和磁芯型电感器的内径都是相同的4.5mm。这种情况下，式(1)中的2π((D+A)/2)T为71.6。
(实施例5)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.4mm；空芯型电感器的圈数T＝4；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为4.5mm(截面积为15.9mm2)。此外，空芯型电感器和磁芯型电感器的内径都是相同的4.5mm。这种情况下，式(1)中的2π((D+A)/2)T为74.1。
(实施例6)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.2mm；空芯型电感器的圈数T＝6；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为3mm(截面积为7.065mm2)。此外，空芯型电感器和磁芯型电感器的内径都是相同的3mm。这种情况下，式(1)中的2π((D+A)/2)T为79.1。
(实施例7)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.2mm；空芯型电感器的圈数T＝6；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为3mm(截面积为7.065mm2)。此外，空芯型电感器和磁芯型电感器的内径都是相同的3mm。这种情况下，式(1)中的2π((D+A)/2)T为79.1。
(比较例1)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.0mm；空芯型电感器的圈数T＝4；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为3mm(截面积为7.065mm2)。这种情况下的2π((D+A)/2)T为50.2，不满足式子。
(比较例2)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.0mm；空芯型电感器的圈数T＝3；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为4.5mm(截面积为15.9mm2)。2π((D+A)/2)T为51.8。
(比较例3)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.2mm；空芯型电感器的圈数T＝4；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为3mm(截面积为7.065mm2)。2π((D+A)/2)T为52.8。
(比较例4)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.2mm；空芯型电感器的圈数T＝3；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为4.5mm(截面积为15.9mm2)。2π((D+A)/2)T为53.7。
(比较例5)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.2mm；空芯型电感器的圈数T＝5；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为2mm(截面积为3.14mm2)。2π((D+A)/2)T为50.8。
(比较例6)制作以下扼流圈：绕线线径A＝1.2mm；空芯型电感器的圈数T＝6；磁芯型电感器的铁氧体磁芯的直径为2mm(截面积为3.14mm2)。2π((D+A)/2)T为60.3。
表1表示上述实施例1～7及比较例1～6中的式(1)的数值和各回热最小值。
表1
扼流圈   铁氧体磁芯直径D(mm)   绕线的线径A(mm)   空芯型电感器的圈数T   式(1)的数值 回热(％)
  实施例1   4.5   1.4   3   55.6   91.6
  实施例2   3   1   5   62.8   93.3
  实施例3   3   1.2   5   65.9   92.3
  实施例4   4.5   1.2   4   71.6   91.2
  实施例5   4.5   1.4   4   74.1   90.3
  实施例6   3   1.2   6   62.8   91.2
  实施例7   3   1.2   6   65.9   92.4
  比较例1   3   1   4   50.2   89.7
  比较例2   4.5   1   3   51.8   87.1
  比较例3   3   1.2   4   52.8   89.2
  比较例4   4.5   1.2   3   53.7   88.5
  比较例5   2   1.2   5   50.2   81.7
  比较例6   2   1.2   6   60.3   83.3
回热是指从磁控管的阴极发射出的电子因高频电场而返回到阴极、使得阴极逆加热的现象。
图4～图7表示上述表1中的一个例子的回热值的变化，具体是指在对输出天线加了负载的波导管中配置负载，作为2450MHz振荡的微波炉用磁控管的输出负载条件，将位置从170mm改变到250mm(相当于雷基图(Rieke diagram)的一周以上)，使得反射波的相位发生变化，图4～图7表示此时的回热值变化。
图4是用图表表示上述表1中的磁芯直径及空芯型电感器的圈数相同的情况下而线圈线径不同的比较例2、4及实施例1的回热值。可知，若线圈的线径变细，则回热恶化。如图所示，若回热值以希望的90％为基准，则比较例2及4在基准值以下，实施例1超过基准值。实施例1的式(1)的数值在55以上。由图示可知，实施例1中，相对于负载的相位变化，维持90％的回热值，相对于相位变化保持稳定，但比较例2、4虽然有一部分超过90％，可是最小值在90％以下，相对于相位变化发生较大的变动。即，回热值在90％以上表示相对于相位变动而磁控管的工作是稳定的。
图5表示比较例4和实施例4的例子，它们的磁芯直径都是4.5mm，空芯型电感器的线圈线径都是1.2mm，但空芯型线圈的圈数不同。表示若增加线圈数，则回热的情况得到改善。实施例4的数值为71.6。
图6同样地表示磁芯直径和空芯型电感器的线径相同而空芯型电感器的圈数不同的例子(比较例3、实施例3及实施例6)。与比较例3相比，实施例3及实施例6中，回热的最小值超过90％。但实施例6的圈数多于实施例3，回热值却比实施例的差，与图5所示的例子相比，圈数受磁芯直径的限制。例如，若实施例6中圈数为7，则回热值的最小值则变为90％以下，这种情况下式(1)的数值为92。另外，空芯型电感器的线圈长度变长。
图7是表示空芯型电感器的绕线线径都是1.2mm的情况下、但磁芯直径不同的实施例3、实施例7与比较例5、比较例6对比的图表，其中实施例3和实施例7的磁芯直径为3mm，比较例5和比较例6的磁芯直径为2mm。磁芯直径为2mm(磁芯截面积为3.14mm2)的回热值极差。比较例6虽然满足式(1)，但是磁芯截面积的条件不满足。需要使磁芯直径为2.5mm以上(磁芯截面积5mm2)。
图3是说明本实施方式与以往的滤波箱的尺寸差异，表示因扼流圈尺寸的不同导致箱内部的间隔宽度发生变化。图右侧为本实施方式，图左侧为以往的构造。在以往的构造中，由于为了维持扼流圈35A和收纳这些扼流圈的滤波箱31A的壁面之间的绝缘距离B，必须将B维持在16mm以上的间隔，因此，若设扼流圈35A的线圈直径为以往通常的10mm，则滤波箱内壁的宽度为42mm。对此，若采用本发明的例如实施例2，则铁氧体磁芯的直径为3mm，设线圈线径为1mm，从而扼流圈35的直径为5mm，滤波箱31内壁的间隔宽度缩小为37mm。
发明人用数学式表达的式(1)表示下述扼流圈构造：即，使扼流圈的线径细至1.0～1.4mm、使磁芯的截面积小至5～16mm2时，可以获得90％以上的回热值而使其稳定工作。因而，若采用本发明，可以获得提高磁控管工作的可靠性、抑制扼流圈温度上升、使扼流圈小型化、降低扼流圈的成本、使滤波箱小型化的效果。

Claims (2)

1.一种磁控管装置，其特征在于，包括：
配置成覆盖磁控管主体的阴极端子的滤波箱；
收纳于该滤波箱内的扼流圈，该扼流圈由具有磁芯的磁芯型电感器和空芯型电感器串联连接形成，且所述空芯型电感器与所述阴极端子连接；以及
与该扼流圈的所述磁芯型电感器连接的贯通型电容器，该贯通型电容器与所述扼流圈一起构成滤波电路，并贯通所述滤波箱，
所述磁芯型电感器和所述空芯型电感器的线圈线径为1.0～1.4mm，所述磁芯的截面积为5～16mm2，空芯型电感器的线圈的圈数T为
55＜2π((D+A)/2)T≤90，
其中，所述线圈的线径：A(mm)，所述磁芯的直径：D(mm)，
所述阴极端子与空芯型电感器之间通过布线连接，该布线的长度为20～25mm，空芯型电感器为疏绕，线间间隔在1mm以下。
2.如权利要求1所述的磁控管装置，其特征在于，
所述磁控管磁芯为铁氧体磁芯。
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