CN1210225A - 装备有减少二次电子发射的微波生成装置的微波炉 - Google Patents

Abstract

一种微波炉,包括一个微波生成装置,它有一个阴极和一个第一格栅。第一格栅有孔,将来自阴极的电子转换为电子束,还有一个金属膜用以减少来自第一格栅的二次电子的发射。微波生成装置还包括一个用以在第一格栅上产生偏移电压的电阻器,一个带孔的第二格栅,一个用以接收通过第二格栅的孔的电子的阳极,和一个用以给阴极和阳极提供驱动电压的驱动电压源。阳极上有多个突起,以减少来自阳极的二次电子的发射。

Description

装备有减少二次电子发射的 微波生成装置的微波炉

本发明涉及一种微波炉，确切地说，涉及一种装备有用于产生微波的、结构简单的装置的微波炉。

图1所示是一个微波炉，它包括外壳1、一个带有高压转换器(未示出)和高压电容器(未示出)的动力供给装置2、用于产生微波的圆柱形磁控管10和用于容纳食物的蒸煮室3。如图2所示，磁控管是一个圆柱形双极的真空管，并且典型地包括一个设置在其中心的阴极11、一对分别位于其上和其下的磁铁12a,12b、一个设置在阴极11周围的阳极13和一个与阳极13相联的天线14。

当动力供给装置2给输入终端15施加一个例如4KV的操作电压时，阴极11被加热并发射电子，发射的电子由阳极13接收。

磁铁12a,12b产生磁流，磁流依次地由导引元件16a,16b引导通过在阴极11和阳极13之间确定的空腔17。从阴极11发射的电子由于在空腔17中形成的磁场而首先产生偏离，使得它们在移动到阳极13并被其接收之前，在阴极11和阳极13之间旋转。

在阴极11和阳极13之间的电子旋转导致在阳极13内形成一个谐振回路，谐振回路产生将通过天线14被发射出去的微波，被发射的微波由波导管5引导至蒸煮室3，并通过一个搅动器6在蒸煮室3中扩散。扩散的微波入射到蒸煮室中的食物上，从而实现食物的蒸煮。

在这样的一个微波炉中，由于电子运动是由电场和磁场的合力控制的，所以需要大量的磁铁，而使微波炉结构复杂，而且，由于传统的微波炉中采用的微波生成装置是双极型，因而控制微波的输出是不可能的。

因此，本发明的首要目的是提供一种微波炉，它装备有一个结构简单的用于产生微波的装置。

依照本发明，提供了一个微波炉，在其中有一个蒸煮室、一个波导管和一个产生微波的装置，该装置包括：一个加热元件；一个安装在加热元件之上的阴极，以发射电子；一个设置在阴极之上的第一格栅，用来控制和聚束由阴极发射的电子流，第一格栅有多个孔，将阴极发射的电子转换为电子束；一个第一二次电子减少装置，用来减少来自于第一格栅的二次电子的发射，第一二次电子减少装置，固定在面对阴极的第一格栅的一个表面上；一个扼流结构，放置在阴极和第一格栅之间，作为一个隔直流电容器；其中阴极、第一格栅和扼流结构确定一个输入空腔，它起到一个谐振回路的作用；一个电阻器，其一端与第一格栅相连，而另一端与阴极相连，它的作用是在第一格栅上产生一个偏移电压；第二格栅设置在第一格栅的上面并有多个孔，从第一格栅的孔穿过的电子束再从第二格栅的孔通过；一个阳极，用来接收通过第二格栅的孔的电子，阳极有第二二次电子减少装置，以减少来自于阳极的二次电子的发射，这是通过改变走向阳极的电子的方向而实现的，二次电子减少装置安装在面向第二格栅的阳极的一个表面上；其中第二格栅和阳极确定了一个用于产生微波的输出空腔，输出空腔与输入空腔是电绝缘的，冷却鳍片设置在阳极周围，用以冷却阳极产生的热；一个驱动电压源，用来给阴极和阳极提供一个驱动电压，一个设置在阳极中的天线，来抽取来自于输出空腔的微波，并通过波导管送入蒸煮室；以及一个反馈结构，从输入空腔延伸到输出空腔，它将输出空腔中的一部分微波反馈回输入空腔。

本发明上述的和其它的目的和特性从下面的结合附图对优选实施例的描述中将变得清晰。在图中：

图1为一个传统微波炉的示意图；

图2为图1中微波炉的磁控管的横截面图；

图3为依照本发明的微波炉的示意图；

图4为依照本发明的微波生成装置的一种结构的横截面图；

图5为图4中微波生成装置的结构的部分横截面图；

图6为用在本发明的微波生成装置中的格栅的立体图；

图7为用于依照本发明的微波生成装置中的扼流结构的横截面图；

图8显示了图4中的微波生成装置的等效电路；

图9提供了用于依照本发明的微波生成装置的第一格栅的电压特性曲线；以及

图10描绘了一个示意性横截面图，显示了阳极上的多个突起和为了降低二次电子发射在第一格栅上的喷涂表面。

图11和12表示图10中突起的实施例。

参考图3，依照本发明的一个微波炉包括一个外壳21、一个用于生成微波的装置100、一个安装在装置100上的动力供给装置105和一个装食物的蒸煮室22。微波生成装置100包括一个过滤盒101，它的底部被一个平板102覆盖，其顶部被一个托架103覆盖(见图4)。

参考图4和5，过滤盒101有一个加热器110，该加热器作为一个加热元件，与动力供给装置105、阴极120、第一格栅130、第二格栅140和阳极150电相连。而且过滤盒101内部保持真空。

加热器110由一个丝状体组成，而且阴极120位于加热器110的上面，当加热器被加热时，圆盘状的阴极120发射热电子，用来控制和聚束从阴极120发射出来的电子的第一格栅130位于阴极120的上面，第一格栅130具有圆盘状，并有多个孔135(见图6)，在阴极120和第一格栅130之间提供了一个扼流结构160，第一格栅130、扼流结构160和阴极120确定了一个输入空腔170，它起到谐振回路的作用。

安装在第一格栅130上的是第二格栅140，它有多个孔145，经由第一格栅130的孔135的电子束由孔145通过。固定在第二格栅140之上的是阳极150，它是圆柱形的，在其周围有冷却鳍片151，用来冷却阳极150产生的热，第二格栅140和阳极150确定一个输出空腔180，以产生微波。输出空腔180与输入空腔170是电绝缘的。尤其是，第二格栅140远离第一格栅130，以便使通过第一格栅130的孔135的电子束在扩散之前能够在输出空腔180中有效地产生微波。

已在输入空腔170中调节了其密度的电子的动能在输出空腔180中转换为微波，且通过设置在阳极150中的天线155和一个波导管23辐射到蒸煮室22。天线155有一个位于输出空腔180内的环状电耦156，以便抽取其中的微波。为了使天线155与过滤盒101和盖158绝缘，提供了一个电绝缘体制成的绝缘元件157。

在输入空腔170和输出空腔180之间，有一个反馈结构190，它将输出空腔180中的一部分微波反馈回输入空腔170中，以促使产生谐振回路，反馈结构为棒状。

参照图7，扼流结构160包括一个金属盘162，它由在第一格栅130和阴极120之间的格栅架164支持，扼流结构160还包括一个在输入空腔170中的电绝缘材料166。金属盘162与阴极120电绝缘，扼流结构160充当一个隔直流电容器，使表面电流通过，以在输入空腔170中产生微波频率的能量，同时阻止形成直流。

图8所示，是图4中微波生成装置100的等效电路。

加热器110与动力供给装置105电相连，阳极150和阴极120分别与驱动DC电源200的正终端和负终端相连，以提供300V到500V的电压。

因为第二格栅140与阳极150构成一个整体，第二格栅140与阳极150具有相同的电势，然而，虽然第一格栅130与阴极120构成一个整体，但是由于扼流结构160而使第一格栅130具有与阴极120不同的电势。

另一方面，也提供了一个作为电阻的微调电阻器210，其一端与第一格栅130相连，另一端与阴极120相连。微调电阻器210用来在第一格栅130上产生例如一60V的偏移电压。当微波产生装置100初始操作时，第一格栅130上有零偏移电压。

在图9中，第一条曲线220显示在阳极150上流动电流的变化量，第二条曲线230描述加在第一格栅130上的偏移电压的变化，第三条曲线240表示输入空腔170中的微波的谐振波形。

参照图10，为了减少或阻止二次电子的发射，在阳极150和第一格栅130上分别形成多个突起300和金属膜310。金属膜310在面向阴极120的第一格栅130的表面上形成，它用来阻止来自于第一格栅130的二次电子的发射。也就是说，由于来自于阴极120传递的热，二次电子容易从第一格栅130发射出去。当二次电子从第一格栅130发射出去，一些二次电子、尤其是向阴极120发射的电子必须被阻止，因为它们阻碍电子的流动，在这里，向第二格栅140发射的二次电子加入了电子的主流，增强了微波生成装置的输出水平。金属膜310最好由下述一组材料之一制成，即铪(Hf)，铂(Pt)，和锇(Os)，它们比其它金属稳定。

该对突起300安装在面向第二格栅140的阳极150的表面上。当电子与突起300相碰撞时，通过具有长方形形状的突起300改变了流向阳极150被加速的电子的流动方向，从而降低了来自于阳极150的二次电子发射的可能性。尽管图10中的每个突起300都是长方形的，但根据本发明，突起的形状并不局限于这种形状。在图11和12中，分别显示了阳极150上改变了的突起300’和300”。在图11中各个突起300’是一般的三角形。图12中，各个突起300”是半圆形的凸面体，在这种改变中，多个半圆形凹面体在阳极150上形成，与半圆形凸面体相邻，在整个阳极150上形成了基本上为正弦波的形状。而且在各个突起300，300’，300”上面可以形成一个石墨层，石墨层320吸收碰撞其上的电子以降低二次电子的发射。石墨层320也可以在石墨制成的薄膜内形成。

另一方面，石墨层320可以直接附在阳极150上，而无需在阳极150上制造任何突起300。

参照图8,9，现在对本发明的装置100的操作原理进行详细地描述。

当加热器110被加热到600℃至1200℃温度区间时，阴极120发射电子。由于第一格栅130初始时偏移电压为零，所以从阴极120发射的电子的一部分经由第一格栅130、第二格栅140的孔135，145而到达阳极150，剩下的电子被吸收到第一格栅130上。被吸收到第一格栅130上的电子产生一个偏移电压，并在输入空腔170的一个表面上引起表面电流流动，其流动方向由于扼流结构160而发生改变，并继而引起输入空腔170内的弱振荡。当足够电流累加到第一格栅130上时，作为表面电流流动的结果，上述振荡的振幅增加，这在后面还要进行描述。

从阴极120发射的电子吸收到第一格栅130中，引起第一格栅130有一个负电势。最初在第一格栅130上的负电势急剧地增加，这是因为第一格栅130初始时有零偏移电压，相对多的电子能够被那里吸收。随着时间增加第一格栅130吸收的电子量减少。第一格栅130上的负电势逐渐增加直到达到一个预定值，该预定值由能够吸收到第一格栅130上的电子量确定，而该电子量又是由微调电阻器210确定的。

随着电势的改变，振荡的幅度随着时间而增加，直到第一格栅130上的电势达到预定值，在此预定值，振荡的振幅变成一个常数。在这一点上，第一格栅130有一个预定电压而且振荡以一个谐振频率进行，该频率由输入空腔170的谐振结构确定。

同时，随着第一格栅130的电势改变，从阴极120发射的电子被连续地调节其密度并在输入空腔170内聚集成组。直到第一格栅130上的电势达到一个预定的偏移电势。

然而，随着第一格栅130和第二格栅140之间的电势差增加，在它们之间的电场也增加。当输入空腔170中的电子组通过第一格栅130的孔135时，如图8中虚线所示，由于在输入空腔170和输出空腔180之间形成了电场，导致了电子组转换为电子束，而且电子束在第一格栅130和第二格栅140之间加速。被加速的电子束通过第二格栅140的孔145向阳极150移动。电子动能转换为微波能量，发射出微波。微波由天线155输出，并由波导管23引导至蒸煮室22。利用搅动器24使微波扩散，并入射到蒸煮室22中的食物上，从而能够完成食物的蒸煮。

在这样一个装置中，由于相互联合的第一和第二格栅聚束和控制着电子束，可以去除大量的磁铁。而且由于第一格栅、阴极、扼流结构、第二格栅和阳极分别确定了输入空腔和输出空腔，微波炉具有简单的构造。除此之外，由于充填了电绝缘材料的金属盘缩短了输入空腔中产生的微波的波长，所以使得减小微波生成装置的尺寸成为可能。而且，又由于第一格栅远离第二格栅，可以减小格栅间谐波和噪音的影响，并且通过允许微调电阻器控制第一格栅的偏移电势，可以改变微波的输出量。

尽管本发明已针对优选实施进行了显示和描述，那些精通此技术的人可以理解，在不脱离下述权利书中所限定的本发明的范围的情况下就可以进行多种改变和修改。

Claims (15)

1、一种微波炉，其中有一个蒸煮室、一个波导管和一个用来生成微波的装置；其特征在于，

该装置包含：

一个加热元件；

一个阴极，安装在加热元件上面，用来发射电子；

一个第一格栅，设置在阴极上面，用来控制和聚束由阴极发射出来的电子流，第一格栅有多个孔，用来将阴极发射的电子转换为电子束，而且第一二次电子减少装置用来降低来自于第一格栅的二次电子的发射，第一二次电子减少装置被安装在面向阴极的第一格栅的表面上；

一个扼流结构，位于阴极和第一格栅之间，用作一个隔直流电容器；

其中阴极、第一格栅和扼流结构确定了一个输入空腔，起到一个谐振回路的作用；

一个电阻器，其一端与第一格栅相连，而其另一端与阴极相连，用于在第一格栅上产生偏移电压；

一个第二格栅，设置在第一格栅之上，并且有多个孔，经过第一格栅的孔的电子束通过这些孔；

一个阳极，用于接收通过第二格栅孔的电子，阳极有一个第二二次电子减少装置以减少来自阳极的二次电子的发射，这是通过改变流向所述阳极的电子的方向而实现的，二次电子减少装置安装在面向第二格栅的阳极的表面上，其中，第二格栅和阳极确定一个输出空腔，用于产生微波，输出空腔与输入空腔电绝缘，冷却鳍片设置在阳极周围，用来冷却阳极产生的热；

一个驱动电压源，用以给阴极和阳极提供一个驱动电压，一个设置在阳极中的天线，用来抽取来自于输出空腔的微波，并通过波导管送入蒸煮室；

一个反馈结构，从输入空腔延伸到输出空腔，用以将输出空腔中的一部分微波反馈回到输入空腔。

2、根据权利1所述的微波炉，其特征在于，该电阻器是一个微调电阻器。

3、根据权利1所述的微波炉，其特征在于，该装置在其内部保持真空状态。

4、根据权利1所述的微波炉，其特征在于，第二格栅远离第一格栅，使得通过第一格栅的孔的电子束在扩散之前在输出空腔中产生微波。

5、根据权利1所述的微波炉，其特征在于，第一格栅初始偏移电压为零。

6、根据权利1所述的微波炉，其特征在于，反馈结构具有棒状形状。

7、根据权利1所述的微波炉，其特征在于，天线在其一端有一个环形电耦，该电耦位于输出空腔中，用以从中抽取微波。

8、根据权利1所述的微波炉，其特征在于，所述第一二次电子减少装置是金属膜，该金属膜由下面一组材料中之一制成，包括铪、铂和锇。

9、根据权利1所述的微波炉，其特征在于，所述第二二次电子减少装置是石墨层，该石墨层附在所述阳极上，用以吸收在那里碰撞的电子。

10、根据权利1所述的微波炉，其特征在于，所述第二二次电子减少装置是多个突起，该突起基本为长方形形状。

11、根据权利1所述的微波炉，其特征在于，所述第二二次电子减少装置是多个突起，该突起基本为三角形形状。

12、根据权利1所述的微波炉，其特征在于，所述第二二次电子减少装置是具有多个基本为凸面的半圆形状的突起和多个在阳极上形成的基本为半圆形的凹面体，这些凹面体与基本为凸面的半圆形突起相邻。

13、根据权利10所述的微波炉，其特征在于，石墨层在所述的第二二次电子减少装置的上面形成。

14、根据权利11所述的微波炉，其特征在于，石墨层在所述的第二二次电子减少装置的上面形成。

15、根据权利12所述的微波炉，其特征在于，石墨层在所述的第二二次电子减少装置的上面形成。

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