CN1162832A - 磁控管的阴极组件 - Google Patents

Abstract

一种磁控管的阴极组件，调节螺旋状阴极的灯丝之间的间隔，即便是在阳极电压低至2KV的情况下，也可获得70％的高效率。它包括：放射热电子的阴极；产生磁通的永久磁铁；形成磁路的磁极片；配置有多个叶片、以便在外侧围绕上述阴极产生微波的阳极筒体；感应阳极筒体产生的微波的天线；通过阴极的中心轴，以便向阴极供电的阴极支持台。

Description

磁控管的阴极组件

本发明是关于微波炉等微波加热装置所使用的磁控管，特别是关于即使是在阳极电压低的情况下，也能保持高效率，高输出的磁控管的阴极组件。

一般说来，现有的这种磁控管如图1所示，为了衰减向外部泄漏的高次谐波成份，在用铜板之类的材料制成的阳极筒体13内的轴心方向上，等间隔地配置有形成多个共振空洞的多个(偶数)叶片15由上述阳极筒体13和叶片15构成两极。

另外，在上述叶片15的顶端一侧附近的上下部，每隔1个叶片15，分别配置有内侧及外侧均压环15a、15b，以便改变电容、并获得所需的共振频率数。在上述阳极筒体13的中心轴附近，由多个叶片15的顶端部形成作用空间14。在该作用空间14内，与上述阳极筒体13同轴地配置有阴极17[该阴极是将钨(W)和二氧化钍(ThO₂)混合后烧结成的灯丝卷绕成螺旋状]，以便放射热电子。

在阴极17的两端部固定有上下部端帽19、21，以防止不能振荡的损失电流的热电子向中心轴方向放射。在该下部端帽21的中央部，通过通孔(该通孔是在所述中央部形成的)将钼制的中央支持台即第一阴极支持台23熔敷在上部端帽19的下端部上，将钼制的第二阴极支持台25熔敷在下部端帽21的底面上。

因此，所述第一阴极支持台23贯通所述阴极17的中心轴、并支承上部端帽19，所述第一、第二阴极支持台23、25通过通孔(该通孔是在支持固定磁控管阴极的绝缘陶瓷27上形成的)与第一、第二外部连接端子29、31导电地连接，向阴极17提供动作电流，所述第一、第二外部连接端子连接在图中未示出的电源端子上。

此外，形成磁路的磁性体即漏斗状第一、第二磁极片33、35(该第一、第二磁极片的作用是为了在由阴极17和叶片15形成的作用空间14内均匀地形成磁通)被固定在阳极筒体13的两端部内侧的切口位置上，将残留的两端部的外侧边缘部弯曲、固定之后，再严密地熔敷在所述阳极筒体13两侧的开口部上。

在所述第一、第二磁极片33、35的上下部上，用于将阳极筒体13的内部进行真空密封的上下部金属管37、39，分别严密地熔敷在第一、第二磁极片33、35的中间部或阳极筒体13的两侧开口端子上。

在所述上下部金属管37、39的外侧面上，为了维持阳极筒体13内所需磁场的分布，在所述阳极筒体13的上下部的左右方向上相隔一定间隔配置有环状永久磁铁41、43。在构成所述磁控管4的输出部的上部金属管37的上部开口端子上，接合有用陶瓷制成的园筒形输出侧绝缘环45，以便使上部金属管37及后述天线绝缘。

在图中，所述绝缘环45的上部侧的顶端接合有由铜制成的排气管47，为了将其共振空洞内振荡的高频波输出，使天线49(该天线是从所述叶片15中的一片上引出的)通过第一磁极片33的通孔在轴上延长，并用所述排气管47将天线49的端部固定在所述排气管47的内侧中央附近。

另外，在所述排气管47的外侧面上罩有天线盖51，其作用除了保护排气管47的熔敷部之外，还为了防止由于电场集中而产生火花以及起高频波天线的作用，同时，将高频波的输出引到外部。

在所述阳极筒体13的外周面上，设有轭铁53、55(该轭铁决定所述阳极筒体13内的磁通量)，以连接反馈的磁通。向管子的径向延伸的多个铝制散热翅片57，通过固定在所述轭铁53、55上的夹持构件55a而嵌合、配置在轭铁53、55内，并与所述永久磁铁41、43一起被形成磁路用的轭铁53、55罩住。

此外，如图2、图3所示，所述阴极17的螺旋结构的直径(以下简称阴极直径)为dc，螺旋上相邻的灯丝线中心之间的距离(以下简称阴极棒)为S，以阴极17的中心轴为基准对称地配列的叶片15之间的距离(以下简称阳极直径)为da，第一阴极支持台23的直径(以下简称阴极棒直径)为ds。

在具有所述结构的磁控管上，关系系数K值用下述(1)式表式。 $K=\frac{\mathrm{da}-\mathrm{dc}}{S}\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

具有螺旋状阴极17的现有磁控管的阴极棒S的长度，要比阳极与阴极之间的距离(da-dc)/2小得多，所以关系系数K值非常大，约为5.0。

因此，如图4所示，螺旋状阴极17与园筒状阴极100(该园筒状阴极具有与阴极直径dc相等的直径)起相同的作用。

总之，如图4所示，具有螺旋状阴极17的现有磁控管的动作特性，与具有园筒状阴极100(该园筒状阴极的直径与螺旋状阴极17的阴极直径dc一样大)、而且阳极与阴极之间的间隔也相等的磁控管的一样。

如上所述，向现有磁控管阴极17的两端加4KV的阳极电压Va(Va＝动作电压)时，磁控管的效率高达70％以上。

可是，具有这种结构的所述现有微波炉存在着以下问题，即减小所述磁控管的阳极电压Va，虽然从安全性、经济性等方面提供了许多优点，但，具有螺旋状阴极17的现有的4KV磁控管在降低阳极电压时，其效率降低到55％。

因此，本发明是为了解决上述各种问题而开发的，本发明的目的是为了提供这样一种磁控管的阴极结构，即通过调节螺旋状阴极丝的间隔，即使阳极电压低至2KV仍可得到70％的高效率。

为了达到上述目的，本发明的磁控管阴极是由以下几部分构成的，即发射热电子的阴极；发生磁通的永久磁铁，该永久磁铁是为了使上述阴极发射的电子偏向，以便维持旋转运动；形成磁路的磁极片，该磁极片的作用是使永久磁铁所产生的磁通进行感应；配有多个叶片的阳极筒体，其作用是在外侧围绕所述阴极产生微波；天线，该天线用于感应阳极筒体所产生的微波；阴极支持台，该阴极支持台通过阴极的中心轴，其作用是向所述阴极供电。

附图的简要说明：

图1是现有磁控管的纵断面图；

图2是图1中A-A线方向看的断面图；

图3是图2中B-B线方向看的断面图；

图4是园筒状阴极的断面图；

图5是本发明的一个实施例的阴极放大断面图；

图6是本发明的一个实施例的阴极的等价断面图；

下面结合附图就本发明的一个实施例进行详细说明。

图5是本发明的一个实施例的阴极放大图，与图3中相同的部分采用同一符号，对此不再重复说明。

如图5所示，将灯丝[该灯丝是由钨(W)粉和二氧化钍(ThO₂)粉混合后烧结而成的]卷绕成螺旋状，调节与阴极17相接邻的灯丝中心之间的距离、即灯丝间距(S，以下称作阴极棒)，将关系系数K值设计为3.7或小于3.7。

下面就具有上述结构的磁控管的作用及效果进行说明。

磁控管的电子效率(η_e)用下述(2)式表示。 ${\mathrm{\η}}_e=I-\frac{{2\left(2\mathrm{\πf}\right)}^2}{N^2}\·\frac{m}{\mathrm{eVa}}\×[1+\frac{\mathrm{Vo}}{\mathrm{Va}}\×0.4]\×{\left(\frac{\mathrm{da}}{2}\right)}^2\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

式中：e为电子的电荷量

      m为电子的质量

      f为动作频率数

      Vo为阳极表面上相接邻的叶片壁之间的基准电压

      N为叶片数

      Va为阳极电压

因此，初期使阳极电压从零开始增加时，开始振荡的电压Vst用下述(3)式表示。 $\mathrm{Vst}=\frac{2m}{\mathrm{eN}}\·\mathrm{fc}\·f\·\left(6.3\right)\·[{\mathrm{da}}^2-{\mathrm{dc}}^2-{\mathrm{dc}}^2\·\frac{\mathrm{fc}}{\mathrm{Nf}}]\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$ 按照(3)式改写上述(2)式，便得出下述(4)式。 ${\mathrm{\η}}_e=1-\frac{f}{\mathrm{fc}\·N}{[1-\frac{{\mathrm{dc}}^2}{{\mathrm{da}}^2}-\frac{{\mathrm{dc}}^2}{{\mathrm{da}}^2}\·\frac{\mathrm{fc}}{N}]}^{-1}\·\·\·\·\left(4\right)$

从上述(2)式看，在动作频率数f不变，而电压比现有磁控管的阳极电压Va低的低电压条件下，为了获得相同的效率，则应减小阳极直径da与叶片数N之比值(da/N)。

可是，若从磁控管来减小阳极直径da，则输出功率也随之减小，如果使叶片数N增加，则磁控管振荡时的安全性变差。

另外，从上述(3)和(4)式可以看出，如果da/dc值减小，则磁控管的效率增大，但，开始振荡的电压Vst也随之增大。

因此，在本发明中不增大开始振荡的电压Vst，而是磁控管的效率根据da/dc值的变化而改变，利用这一点便可取得提高效率的效果。

如图5所示，具有螺旋状阴极17的磁控管与多个阴极17(该阴极沿着轴向周期性变化)起着同样的作用，利用这一点、调节螺旋状灯丝阴极17的阴极棒S，即使在磁控管的阳极电压Va低(约2KV)的情况下，也能以70％的高效率进行动作。

另外，如图6所示，在螺旋状阴极17中关系系数K值小于3.7的阴极17，具有与直径不同的两个园筒状阴极110、120接连交互配置时同样的效果。

据此，将两种磁控管接连交互配置，这时，各磁控管仅由共振器的一部分构成，具有螺旋状阴极17的磁控管与长度为S/2的磁控管是等效的。

图6所示的各个磁控管1、3、5、7……的阴极110的直径dc1与螺旋状阴极17的阴极直径dc相等。

此外，根据都德(Tudor)理论，图6所示的各个磁控管2、4、6、8……的阴极120的直径dc2为螺旋状阴极17的阴极直径dc和阴极棒直径ds之间的值。

当螺旋状阴极17的阴极棒S增加时，各个磁控管2、4、6、8……的阴极直径dc2便减小，可以看出这时的电子效率(ηe)按照上述(4)式增加。

结论是，各个磁控管2、4、6、8……效率增加，使整个磁控管1、2、3、4、5、6、7、8……的平均效率提高，可见当关系系数K值小于3.7时，上述效率提高的效果大。

因此，现有的微波炉用4KV磁控管的关系系数K值一般为5.0，而本发明的关系系数K值为3.7或小于3.7，进行使阳极电压Va从4KV减小到2KV的结构变化，可使所引起的效率降低得到补偿。

如上所述，如果采用本发明的磁控管的阴极构造，调节螺旋状阴极的灯丝间隔，即使是在2KV的低阳极电压条件下，也可以取得70％的高效率输出这样的良好效果。

Claims (4)

1、一种磁控管的阴极组件，其特征在于它包括：放射热电子的阴极；产生磁通的永久磁铁，该永久磁铁使该阴极发射的电子偏向、以维持旋转动作；形成磁路的磁极片，该磁极片使永久磁铁所产生的磁通进行感应；配置有多个叶片的阳极筒体，以在外侧围绕所述阴极产生微波；感应阳极筒体产生的微波的天线；通过阴极的中心轴，以便向阴极供电的阴极支持台。

2、如权利要求1所述的磁控管的阴极组件，其特征在于，所述阴极组件通过调整关系系数K值，在阳极电压为2KV的情况下可获理70％的效率。

3、如权利要求2所述的磁控管的阴极组件，其特征在于，调节所述阴极的阴极棒S可决定所述关系系数K值。

4、如权利要求2所述的磁控管的阴极组件，其特征在于所述关系系数K值在3.7以下。

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