CN108807116B - 一种采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管 - Google Patents

Abstract

本发明属于真空电子器件领域，提供一种采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，用以解决现有磁控管中磁体材料选择单一、且不能小型化的缺陷。本发明包括底板、上支架、永磁体、管芯、散热叶片、滤波组件及天线，底板与上支架水平放置、一端固定连接、另一端悬空，永磁体固定于底板与上支架之间、且位于底座与支架的固定连接端，底板与上支架的悬空端分别设置有一个聚磁结构、且两个聚磁结构呈上下对称，管芯安装于两个聚磁结构之间。本发明采用非对称磁路的设计，将永磁体抽离管芯，设置于管芯横向延长一侧，管芯横向另一侧预留足够散热空间，从而大大降低磁控管工作时永磁体的温度；进而有效的实现了磁控管的扁平化。

Description

一种采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管

技术领域

本发明属于真空电子器件领域，涉及家用微波炉用磁控管，具体为一种采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管。

背景技术

磁控管作为一种小型高效低成本的微波功率源，在雷达、通讯、加速激励源、医疗设备、家用微波炉及工业加热等方面有着广泛的应用，尤其随着家用微波炉的大批量生产，每年大量的磁控管也被生产出来，所以需求促进了产品的革新、技术的发展，竞争促进了成本及价格的降低。

目前，常见家用微波炉的结构如图1所示，由电源、磁控管、控制电路及烹调腔等部分组成，电源向磁控管提供4kV高压，磁控管在电源激励下，连续产生微波，再经过波导系统和天线，耦合到烹调腔内；其中，磁控管作为核心器件，既要保证产品的低成本和小型化，又要实现管子的高可靠性、长寿命及低噪声等良好性能。进一步的，磁控管中磁路系统提供互作用空间中电子运动所需的磁场，对磁控管的性能起着决定性作用，它直接影响磁控管内电子的互作用和能量转换，从而直接影响输出功率、效率和频谱噪声。

如图2所示为现有磁控管结构，包括底座、支架、永磁体(上磁体、下磁体)、管芯、散热叶片、滤波组件及天线，其中，支架安装于底座上、构成闭合磁路，上磁体1与下磁体6上下对称设置于支架和底座内侧，管芯安装于上磁体与下磁体之间，散热叶片设置于管芯四周，滤波组件设置于支架上、且与管芯连接，天线设置于底座下、且与管芯连接；该磁控管的磁路系统主要由铁氧体永磁铁、磁极(上磁极4、下磁极5，管芯内部结构)、磁极相对形成的工作间隙以及外围的支架和底板形成闭合的磁路组成；其中，铁氧体永磁铁虽然比较廉价、且具有较高的居里温度(450度)，但铁氧体永磁铁靠近管芯，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；如钕铁硼永磁材料，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，普通钕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；而钐钴作为第二代稀土永磁体，虽然有着较高的磁能积和可靠的矫顽力且更适合工作在高温环境中(>200度)，但由于其原材料十分稀缺，价格昂贵，应用于家用微波炉磁控管会极大地提高成本，不适合家用微波炉产业化需求。此外，目前磁路结构由于铁氧体磁铁对称地位于磁控管腔体本体两侧，磁铁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，该磁路系统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。

基于此，本发明提供一种采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管。

发明内容

本发明的目的在于针对现有磁控管中磁体材料选择单一、且不能小型化的缺陷，提供一种采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管。本发明采用非对称磁路的设计，将永磁体抽离管芯，设置于管芯横向延长一侧(即永磁体远离筒芯)，同时，管芯横向另一侧预留足够散热空间，从而大大降低磁控管工作时永磁体的温度(可到100度左右)，使更多低耐温、磁性强、性价比高的永磁材料能够应用于磁控管，如钕铁硼永磁材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，包括底板、上支架、永磁体、管芯、散热叶片、滤波组件及天线，其特征在于，所述底板与上支架水平放置、一端固定连接、另一端悬空，所述永磁体固定于底板与上支架之间、且位于底座与支架的固定连接端，所述底板与上支架的悬空端分别设置有一个聚磁结构、且两个聚磁结构呈上下对称，所述管芯安装于两个聚磁结构之间。

进一步的，所述上支架和/或底板采用聚磁结构。

所述永磁体采用单一磁铁，又或者采用沿纵向或横向等分的多个分立磁铁块构成。

所述永磁体采用钕铁硼永磁铁。

需要说明的是，基于本发明非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管结构，其中永磁体并不局限于钕铁硼永磁铁，铁氧体永磁铁及其他永磁体同样适用；另外，上支架、底板靠近永磁体一端均可适当放置钕铁硼小块磁铁，增强磁能量密度。

综上所述，本发明的有益效果在于：

1)本发明提供一种采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，与现有微波炉用磁控管的传统磁路结构相比，本发明将永磁体抽离管芯，放置于管芯横向延长一侧，降低了磁控管工作时永磁体的温度(可控制在100度左右)，从而可选用耐温低、磁性强、性价比高的钕铁硼材料作永磁体，由于钕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，在裸磁状态下，磁力可达到3500高斯左右；大大增强磁路系统的磁能量密度，进而在保证磁路系统中对称磁极(极靴)间隙内相同磁场强度的时候大大减小永磁体体积，即有利于小型化；

2)本发明的磁路系统采用非对称设计，其中永磁体位于管芯横向延长一侧，而另一侧无任何结构，无结构一侧为散热叶片的设计和固定提供了足够的空间，而沿纵向或横向分立永磁铁的设计，为散热通道提供了空隙，进而提高散热效率；

3)本发明由于采用非对称设计，磁性强的钕铁硼材料作永磁体，大大减小磁体体积；同时，管芯无结构一侧为散热叶片的设计和固定提供了足够的空间，克服了现有磁控管中对散热片尺寸的限制，结合两者即有效的实现了磁控管的扁平化；这种扁平化设计节约了磁控管在微波炉内占用的空间，进一步提高了家用微波炉内腔体利用率。

附图说明

图1为现有家用微波炉结构示意图。

图2为现有家用微波炉用磁控管结构示意图；其中，1为上磁体，2为支架，3为底座，4为上磁极，5为下磁极，6为下磁体。

图3为本发明实施例1中扁平化磁控管的结构示意图；其中，7为永磁体，8为上支架，9为上聚磁结构，10为下聚磁结构，11为底板，12为上散热叶片，13为下散热叶片。

图4为本发明实施例1中扁平化磁控管的磁路示意图。

图5为本发明实施例2中扁平化磁控管的结构示意图；

图6为本发明实施例2中扁平化磁控管应用于微波炉的安装示意图。

图7为本发明中沿横向多个分立磁铁块构成永磁体。

图8为本发明中沿纵向多个分立磁铁块构成永磁体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

本实施例以家用微波炉内磁控管工作频率、工作电压和模式为例，提供一种采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其结构如图3所示；包括底板11、上支架8、永磁体7、管芯、散热叶片、滤波组件及天线，其中，所述上支架与底板均采用平板结构，底板11与上支架8水平放置(平行)、左侧固定连接、右侧悬空，永磁体7固定于底板与上支架之间、且左侧，底板与上支架的右侧还分别设置有一个类“圆锥台”状的上聚磁结构9与下聚磁结构10、两个聚磁结构呈上下对称，上支架、底板及对应的聚磁结构均沿聚磁结构的中心轴方向开设圆形窗口，用于将管芯安装于两个聚磁结构之间，散热叶片(上散热叶片12、下散热叶片13)围绕管芯设置，滤波组件设置于上支架上、且与管芯连接，天线设置于底板下、且与管芯连接。

从工作原理上讲：上述采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管的磁路系统如图4所示，永磁体7、上支架8、上聚磁结构9、下聚磁结构10、底板11、上磁极4、下磁极5构成本发明分对称磁路，其中，上磁极4、下磁极5为管芯内部结构，本发明不在赘述。

实施例2

本实施例以家用微波炉内磁控管工作频率、工作电压和模式为例，提供一种采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其结构及磁路系统如图5所示；其整体机构与实施例1相同，唯一区别在于，其中上支架与底板均采用聚磁结构，使得永磁体7沿纵向的长度(即上支架与底板的固定连接端之间的垂直距离)为支架纵向距离(即上支架与底板的悬空端之间的垂直距离)的1～1.5倍；该结构有利于减小磁路磁阻，增强对称上、下磁极间隙内的磁通量密度。

将上述扁平化磁控管应用于家用微波炉的安装示意图如图6所示；其中，需要特别说明的是：本实施例中，将本发明扁平化磁控管应用于现有家用微波炉，其散热系统(风扇)安装于微波炉背面；基于现有磁控管(如图1所示)，为保证磁控管中散热叶片的迎风面正对散热系统，磁控管侧向安装，则磁控管产生的微波需通过L型波导耦合到烹调腔内；而基于本发明扁平化磁控管，磁控管可直接垂直安装，磁控管产生的微波只通过普通矩形波导就可以耦合到烹调腔内；并且，本发明扁平化磁控管的散热方向起始于磁控管腔体本体沿管芯横向无永磁体一侧终止于永磁体一侧，采用散热片和风扇系统散热，永磁体由分立的钕铁硼磁铁(磁铁数为3～20)组成，相邻磁铁之间的间隙为散热提供了足够的空间和固定的风路，散热片和风扇系统为不导磁材料，与外围支架组成风冷系统，工作时风由风扇一侧吹向永磁体一侧，如图6中风向箭头所示。但是，本发明散热系统也不限于风扇，亦可采用抽气系统，则其散热方向与图6所示风向箭头相反方向，同样能够实现磁控管散热，尤其是采用单一永磁体时，效果更优。正是基于上述散热方向的变换，使得其散热叶片的尺寸大大减小，进一步实现磁控管扁平化。

本实施例中，所述永磁体采用钕铁硼材料，由5个分立的小块永磁铁组成，如图7所示，每个永磁铁长(a)为60mm、宽(b)为30mm、高(c)12mm，纵向总高度(d)为70.2mm，上支架、底板之间距离(e)为55mm；对称上、下磁极之间距离为12.2mm；管芯中心轴线到上支架和底板连接端的距离(f)为80mm，散热片对称固定在管芯四周，散热片的宽度(h)为60mm(与永磁铁的长度相同，即实现扁平化)；本实施例中提供扁平化磁控管经仿真测试：基于以上尺寸的非对称磁路可在极靴间隙产生0.17T的磁场强度，与现有磁路系统产生的磁场曲线基本吻合。

以上仅仅展示了本发明扁平化磁控管应用于现有微波炉中安装方式，但本发明的实际应用并不局限于此；正是基于本发明扁平化磁控管的设计，为未来微波炉的结构设计(磁控管的安装位置)提供了其他可能性。另外，所述永磁体亦可采用纵向分立的多个永磁铁构成，如图8所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (3)

1.一种采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，包括底板、上支架、永磁体、管芯、散热叶片、滤波组件及天线，其特征在于，所述底板与上支架水平放置、一端固定连接、另一端悬空，所述永磁体固定于底板与上支架之间、且位于底座与支架的固定连接端，所述底板与上支架的悬空端分别设置有一个聚磁结构、且两个聚磁结构呈上下对称，所述管芯安装于两个聚磁结构之间，所述聚磁结构为类“圆锥台”状；所述永磁体采用沿纵向或横向等分的多个分立磁铁块构成；所述散热叶片围绕管芯设置，且散热方向起始于沿管芯横向无永磁体一侧终止于永磁体一侧。

2.按权利要求1所述采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其特征在于，所述上支架和/或底板采用聚磁结构。

3.按权利要求1～2任一所述采用非对称磁路的微波炉用扁平化磁控管，其特征在于，所述永磁体采用钕铁硼永磁铁或铁氧体永磁材料。

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