CN1306294A - 磁控管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率磁控管。这种磁控管有一个阳极。这种阳极有一个设置在阴极周围的圆筒,许多沿径向固定在所述圆筒的内壁上的叶片,以及穿过这些叶片安装的隔膜带。所述圆筒的内径为40－43mm,厚度为2.8mm或更小些。这种磁控管不仅能够减小圆筒的厚度,而且还能改善圆筒的热性能,从而提高圆筒的热稳定性,延长圆筒的寿命,并降低圆筒的制造成本。

Description

磁控管
本发明大体上涉及大功率磁控管，更具体的说，涉及这样一种磁控管，它借助于改变其阳极圆筒的内径和厚度以减小其热应力，从而改善阳极的热稳定性。
众所周知，磁控管是当通入阳极电流时用于向外界传播所产生的微波的器件。磁控管可以分为用于电子炉灶的磁控管和大功率磁控管两种。用于电子炉灶的磁控管可用来在电子炉灶中产生高频微波，而大功率磁控管则用于工业用途。由于磁控管都产生相当大量的热量，所以通常都在磁控管上设有冷却装置。用于电子炉灶的磁控管主要采用空气冷却型的冷却装置，而大功率磁控管则既有用空气冷却型冷却装置的，也有用液体冷却型冷却装置的。空气冷却型冷却装置用于所产生的功率比较小的大功率磁控管，而液体冷却型冷却装置则用于所产生的功率比较大的大功率磁控管。
如图1所示，常用的采用空气冷却型冷却装置的大功率磁控管在其中心部分有一个圆筒11。在圆筒11中有许多叶片12和隔膜带13，当通入阳极电流时，便产生谐振电流。在这些叶片12之间有一个阴极14，用于发射大量热离子，并在阴极14与叶片12的内端部之间的工作空间中产生微波。还安装了一根天线15，用以传播在工作空间中所产生的微波。在圆筒11周围布置了许多冷却翅片16，用以耗散那些未转换成微波的剩余能量所转变成的热量。一对磁轭17和18分别位于圆筒11的上方和下方，用于保护及支承阳极和冷却翅片16，并将外部的空气导向冷却翅片16。一对永久磁铁19分别设置在磁轭17和18的内表面上，一个滤波盒20设置在下磁轭18的外表面上，所述永久磁铁19和滤波盒20组成了一条封闭的磁回路。
如图2所示，磁控管的阳极包括圆筒11、安装在圆筒11中的许多叶片12，以及穿过这些叶片12安装并与这些叶片12一起形成谐振回路的许多隔膜带13。
所述结构的大功率磁控管产生高频微波并将其传播到一个系统。
当把预定量的阳极电流通入圆筒11时，处于真空状态下密封的圆筒11内部的叶片12和隔膜带13形成了一个谐振回路。形成了谐振回路之后，就能在叶片12的内端与阴极14之间的工作空间内产生微波。所产生的微波通过天线15传播到所述系统。
在此情况下，在工作空间中产生的大多数能量转换成了微波，但仍有一些剩余的能量转换成热量。这些热量通过工作空间传导到叶片12，然后再发散到圆筒11的外部。通过圆筒11发散出去的热量由许多冷却翅片16来冷却，因为这些冷却翅片16布置在圆筒11周围。
总之，在现有的大功率磁控管中，当阴极料14被加热之后，大部分能量都转换成微波了，而转换成微波的能量的剩余部分则转换成热量，并传递给叶片12。
这时，叶片12便因受热而变形，向径向伸长，并且穿过叶片12安装的隔膜带13也受热而向径向伸长。由于隔膜带13是局部焊接在叶片12上的，所以因叶片12与隔膜带13之间传热系数的不同而产生的热应力使得叶片12和隔膜带13都变形了。
隔膜带13没有焊接在叶片12上的部分可能会由于隔膜带13的焊接部分上产生的固定力而严重变形。
此外，叶片12的变形还受到圆筒11本身由于热量传到圆筒11上而产生的变形的影响。例如，当各叶片12的变形量超过圆筒11的变形量时，便会对叶片12施加径向的收缩力。另一方面，当各叶片12的变形量小于圆筒11的变形量时，便会沿径向使叶片12向着圆筒11拉伸。
阳极上的这些部件因为它们之间的复杂的机械连接所产生的变形而受到了极大的热应力，并且会产生抵抗这种变形的力。
这些热应力集中在隔膜带13上，于是隔膜带13就很容易疲劳断裂。通常，磁控管的寿命取决于阴极14和隔膜带13的寿命。因此，对于磁控管来说，它的那些部件的尺寸应该结合磁控管的功率从热力学的观点出发进行合理的设计。
在现有的1.7KW的大功率磁控管中，由于它的热损失很大，所以它的阳极圆筒的厚度要设计成大约3.5-4.0mm，平均为3.8mm。
但是，在这种情况下，由于叶片12和隔膜带13的变形以及圆筒11的变形是复杂地联系在一起的，所以磁控管的热稳定性降低，而且，由于圆筒11的厚度过厚，也增大了磁控管的制造成本。
因此，本发明考虑到现有技术中的以上这些问题，其目的是提供一种磁控管，这种磁控管不仅能减少其圆筒的厚度，而且还能提高圆筒的热性能，从而改进圆筒的热稳定性，延长圆筒的寿命，并降低圆筒的制造成本。
为了实现所述目的，本发明提供了一种磁控管，它包括：一个阳极，这个阳极有一个围绕着阴极设置的圆筒；许多沿径向固定到所述圆筒的内壁上的叶片；以及穿过这些叶片安装的隔膜带；其中，所述圆筒的内径为40-43mm，而圆筒的厚度为2.8mm或更薄。
下面参照附图详细描述本发明的实施例，将能更清楚地了解本发明的所述和其他目的、特点和其他优点。附图中：
图1是现有的大功率磁控管的局部断面图；
图2是按照本发明的磁控管的阳极的平面图；
图3是沿图2的A-A线的断面图。
请参阅附图，在所有附图中，同样的标号用于表示同样的或相似的部件。
如图2和3所示，按照本发明的磁控管的阳极包括：一个设置在阴极周围的圆筒11、许多沿径向固定到圆筒11内壁上的叶片12、以及穿过所述叶片12安装并与叶片12一起形成一个谐振回路的隔膜带13。
具有这种阳极的所述大功率磁控管产生高频微波，并将其传递给一个系统。
本发明的阳极的圆筒11的内径Db为40-43mm，其厚度Dt为2.8mm或更小一些，优选为2.2-2.8mm。
确定圆筒11的直径Db和厚度Dt的最佳值的方法如下。
一个900W的磁控管，其圆筒11的内径Db的设计值优选地大约为35mm。圆筒11的内径Db应与磁控管的功率成正比地增加。因此，功率为1.7Kw或更大的磁控管，其圆筒11的内径Db应设计为40-43mm左右。
作为参考，热应力是表示一种由于热能而作用在一个构件上的单位面积上的力。热应力的单位是N/m2。
一个构件R的热安全系数是确定将要作用在该构件上的热应力的相对值，它与该构件的材料的固有的性能-屈服应力有关。
即，所述热安全系数可定义为：
R=(构件的热应力/该构件的材料的屈服应力)-1。
其中，该构件的材料的屈服应力是该构件的材料在受到拉伸或压缩时，从能恢复到其原始形状的弹性区域转变到不能恢复到原始状态的塑性区域这个点上的应力值。
结果，所述热安全系数越小，构件的热安全性就越高。由于阳极圆筒11的材料是无氧铜(OFHC)，而隔膜带13的材料是不锈钢304(STS 304)，所以隔膜带13中所产生的热应力最大。因此，在计算最大热安全系数R时，用作材料的屈服应力的值为2.4115×108N/m2，这个值是隔膜带13的材料STS 304的屈服应力。
表1中列举了圆筒11的内径Db保持41mm，而其厚度Dt不同时，所测得的最大热应力和热安全系数。当圆筒11的内径Db为40或43mm时，也获得了类似的测试结果。
            表1
   圆筒的厚度(mm)     最大热应力(N/mm2)     热安全系数(R)
    2.22.52.83.03.8     12.25×10812.49×10812.71×10813.09×10813.82×108     4.084.184.274.434.73
在表1中，可以看到，由于随着热安全系数的增大构件的热应力便大于该构件材料的屈服应力，所以结构破坏或变形的危险就随着增大。因此，当磁控管圆筒的内径Db为40-43mm时，最好使圆筒11的厚度Dt设计为2.8mm或更小一些，以提高构件的热安全性。
另一方面，当圆筒11的厚度Dt设计成2.2mm或更小时，由于热应力减小了，构件的热安全性得到改进，但是，阳极中的最高温度却增高了，而且在制造过程中频率的变化也增加了。因此，不希望这样做。
产生最高温度的那一部分是电子连续不断地与其碰撞的叶片12的内端。表2中列出了圆筒11的内径Db保持在41mm，而其厚度Dt不同时，在叶片12内端测得的最高温度。
               表2
    圆筒的厚度(mm)     最高温度(℃)
    2.22.12.0     780800818
在该磁控管中，圆筒11与各叶片12以及各叶片12与各隔膜带13分别用含有银和铜的钎焊填料金属钎焊在一起。由于所述钎焊填料金属大约在800-900℃时熔化，并将各部件固定住，所以当阳极的最高内部温度高于800℃时，焊缝将会熔化，各个焊接部件就会脱开。因此，圆筒11的厚度Dt最好是2.2mm或更厚些，此时，阳极的最高内部温度等于或低于800℃。
同时，在制造磁控管时还必须在圆筒11的周围强行安装冷却翅片。此时，要在圆筒11上施加很大的力，所以，可能产生诸如谐振频率的恶化等各种缺陷。因此，圆筒11必须有一定的机械强度。
当圆筒11的内径Db保持在41mm时，原始设计的谐振频率和安装冷却翅片之后的谐振频率与圆筒11的厚度Dt的关系示于表3。
                  表3
圆筒的厚度(mm) 原始设计的谐振频率(MHz) 安装冷却翅片后的谐振频率(MHz)     差值(MHz)
    2.22.12.0     245524552455     246424662469     91114
在插入冷却翅片之后，要把改变了的谐振频率调整到原始设计的谐振频率。此时，由于当频率差为10MHz或更大时，谐振器过载，而且频率以不稳定的状态调整，所以圆筒的厚度Dt最好设计为2.2mm。
结果，在磁控管在其阳极的圆筒的内径Db为40-43mm的情况下，当厚度Dt设计为2.2-2.8mm时，能使其热应力减小，并能获得适当的机械强度。
虽然以上为了说明已经公开了本发明的优选实施例，但本技术领域的技术人员将能理解，在不脱离本申请的权利要求书中所公开的本发明的构思和范围的前提下，可以作出各种改进，增添和替代。

Claims (2)

1．一种磁控管，它包括：
一个阳极，所述阳极有一个围绕着阴极的圆筒；许多沿径向固定在所述圆筒的内壁上的叶片；以及穿过这些叶片安装的隔膜带；
其特征在于，所述圆筒的内径为40-43mm，而圆筒的厚度为2.8mm或更薄。
2．如权利要求1所述的磁控管，其特征在于，所述圆筒的厚度为2.2-2.8mm。
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