DE2534485A1

DE2534485A1 - Magnetron

Info

Publication number: DE2534485A1
Application number: DE19752534485
Authority: DE
Inventors: Isago Konno; Tadao Ohtani
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-08-03
Filing date: 1975-08-01
Publication date: 1976-02-26
Also published as: AU8345375A; DE2534485C2; GB1504344A; FR2280970A1; US3989979A; FR2280970B1; CA1053799A

Description

Patenten«*!*

Dipl.-lng. Leinweber Dipi.-Ing. Zinucerinann Dipi.-Irr· v. \Ve.;cjcrsky

ii München 2, Rosental7 Tel. 2603989

1. August 1975 4 Ac 41- c-i

!3ATSUSHITiELECTEIO INDITSTBIAL CO., LTD. Osaka, Japan

Magnetron.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hagnetroneinrichtung und insbesondere auf eine Magnetroneinrichtung, bei der als Dauermagnet ein anisotroper Magnet vorgesehen ist, gebildet aus einer Legierung des Easterns Mangan-Aluminium-Kohlenstoff (Mn-Al-C).

Ein Magnetron, wie es als Mikrowellenoszillator in einem elektronischen Ofen Verwendung findet, umfaßt eine in ein evakuiertes Gefäß eingebaute Magnetronröhre und einen magnetischen Kreis, der einen Dauermagneten einbegreift.

Bei den in Magnetronen herkömmlich verwendeten Dauermagneten handelte es sich meistens um Magnete der Alnicoserie oder der Ferritserie, die außerhalb des Vakuumbehälters angeordnet waren, wie dies in Fig. 1 und 2 gezeigt ist.

In Hg. 1 und 2 ist mit der Bezugszahl 1 ein Dauermagnet zur Erzeugung eines Magnetfeldes in dem Wechselwirkungsraum bezeichnest

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net, mit den Bezugs zahle η 2a und 2b sind Magnet jochteile von hoher magnetischer Durchlässigkeit und hoher magnetischer Sättigungsinduktion zur Bildung eines magnetischen Kreises bezeichnet, mit den Bezugszahlen 3a und 3b Hagnetpol stücke zur effektiven Erzeugung eines Magnetfeldes im Wechselwirkungsraum, mit der Bezugszahl 4 Anodenfahnen zur Bildung eines Hochfrequenzresonanzkreises, mit der Bezugszahl 5 eine Direktheizerkatode, mit der Bezugszahl 6 ein Strahler zur Ausstrahlung von elektromagnetischen Hochfrequenzwellen, mit der Bezugszahl 7 ein Anodenzylinder und mit der Bezugszahl 8 ein Wärme abstrahier.

Der in Fig. 1 beispielhaft gezeigte Magnetronaufbau ist zur Verwendung in Verbindung mit einem Dauermagneten mit hoher Eemanenzinduktion, jedoch geringer Koerzitivkraft geeignet, wie beispielsweise einem Alnicomagneten. Der magnetische Kreis in einem Magnetron zeichnet sich dadurch aus, daß in dem Wechselwirkungsraum für Elektronen mit kurzem permeanzweg eine starke magnetische Induktion erforderlich ist und daß folglich ein Magnet mit starker magnetomotorischer Kraft benötigt wird. Da die permeanz beim optimalen Leistungspunkt von Alnicomagneten größenordnungsmäßig um 18 G/Oe beträgt, benötigt man einen langen Magneten, der in der in Fig. 1 gezeigten Weisa um die Magnetronröhre herumgeführt ist, um so eine Magnetroneinrichtung von niederem Profil zu bilden. Da der Magnet 1 und die Polstückteile 3a und Jb im Fall der Anordnung der Fig. 1 jedoch durch einen beträchtlichen Abstand getrennt sind, haben die Magnet joch teile 2a und 2b eine hohe Leckpermeanz. Ferner ist auch die Leckpermeanz der Pol stückteile 3^{a UI}*d Jb hoch. Es entsteht mithin eine starke Streuung und die Ausnutzung des magnetischen Flusses läßt zu wünschen übrig; ein Mutzungsgrad über 1,5 Prozent, bezogen auf den Gesamtmagnetfluß, steht nicht zu erwarten.

Fig. 2 zeigt beispielhaft einen Magnetronaufbau, der zur Verwendung in Verbindung mit einem Dauermagneten van hoher Koerzitivkraft und geringer magnetischer Eemanenzinduktion geeignet ist, beispielsweise einem anisotropen Ferritmagneten. Der Dauermagnet ist unter der Magnetronröhre angeordnet. Bei einem Ferritmagneten ist die Koerzitivkraft stark und die Längendimension des Magneten kann daher

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im Vergleich zum Fall der Hg. 1, wo ein Alnicomagnet vorgesehen war, etwa um den Paktor l/2 verkürzt werden. Da weiterhin der Magnet 1 bei der Anordnung der ELg. 2 nahe dem Polstückteil 3b angeordnet und die Streuung des magnetischen Flusses mithin klein ist, wird auch die Nutzung des Hagnetflusses verbessert. Falls der Ferritmagnet jedoch so ausgelegt ist, daß er seinen optimalen Leistungspunkt bei Raumtemperatur hat, nimmt die Koerzitivkraft in einer Umgebung mit niederer Temperatur ab und es tritt eine starke irreversible Entmagnetisierung ein, so daß mit der Vorrichtung folglich bei einem höheren Leistungspunkt gearbeitet werden muß, d.h. unter schlechteren Bedingungen, bei denen der magnetische Mutzgrad gering ist. Da zudem die magnetische Remanenzinduktion klein ist, muß der Magnet einen großen Querschnitt haben und der von dem Magneten ausgehende magnetische Fluß muß in den Magne t joch te ilen 2a und 2b kondensiert werden, um in den Polstückteilen 3a und 3b eine starke magnetische Induktion zu bewirken. Zwischen den Jochteilen 2a und 2b ist daher eine hohe Leckpermeanz unvermeidlich, was also einen starken Streufluß ergibt. Mit Uutzgraden über 2,5 Prozent für den Magnetfluß ist nicht zu rechnen. Da der Dauermagnet unter der Magnetronröhre angeordnet ist, ist die Höhe der Magnetroneinrichtung hier ähnlich jener bei der Anordnung der Fig. 1. Auch bei Verwendung eines neuerdings entwickelten Hochleistungsmagneten des Systems seltene Erde / Kobalt ist eine Höhenverringerung von mehr als 15 Prozent nur äußerst schwer zu erreichen, wenn man von der Eelation zu den für das Magnetron vorgesehenen Leistungsbedingungen ausgeht.

Da die Magnetkreise für Magnetrone in der obenbeschriebenen Weise durchgebildet waren, war es schwierig, den Magneten nach dem Zusammenstellen des Magnetkreises mit der vollen Belegung zu magnetisieren, und er wurde daher vor dem Zusammenbau magnetisiert, so daß sich eine Verschiebung des Arbeitspunktes weit vom Optimal wert ergibt, und die Nutzung des magnetischen Flusses wird daher sehr schlecht.

Erwünscht sind bei elektronischen Öfen heute die Kleinstauslegung, eine Gewichtsverringerung, ein breiterer Ofenraum und ein hoher elektrischer Nutzgrad zur Stromenergieersparnis. Dies bedingt eine schmalere und leichtere Bauweise der Magnetrone, eine hohe Lei-

stungsfähi gke it

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stungsfähigkeit und einen geringen Herstellungsaufwand. Die herkömmlichen Anordnungen haben indes einerseits den Mangel, daß die Streuung stark ist, was eine schlechte Nutzung des magnetischen ilusses mit sich bringt und die Notwendigkeit nach sich zieht einen großen Magneten zu verwenden, um eine hinreichende magnetische Induktion in der Öffnung des Iflfechselwirkungsraums für die Elektronen zu gewährleisten, wodurch sich die Gesamtgröße des Magnetrons erhöht, und zum andern den weiteren Mangel, daß eine Höhenverringerung auch im Hinblick auf die Eigenschaften des Dauermagneten mit Schwierigkeiten verbunden ist. Kurz gesagt, auf der Grundlage der herkömmlichen Anordnungen dürften weitere Fortschritte hinsichtlich der Kleinstauslegung, der Gewichtsverringerung usw. kaum zu erzielen sein.

Die Erfindung hat daher zur Aufgabe, ein Hochleistungsmagnetron mit einem Aufbau zu schaffen, der die Gewähr für einen hohen Nutzgrad in der Ausnutzung des magnetischen ilusses bietet.

Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, ein Magnetron zu schaffen, das so aufgebaut ist, daß eine Höhen-, Gewichts- und Größenverringerung ermöglicht wird.

Als Ausführungsform der Erfindung wird ein Magnetron geschaffen, umfassend ein Umkap se lungs teil zur Ausbildung eines Wechselwirkungsraums für Elektronen, eine Anode und eine Katode, die in dem Umkap se lungs teil enthalten sind, und ein Mittel zum Anlegen eines Magnetfeldes, ausgebildet mit mindestens einem Dauermagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Wechselwirkungsraum und mit einer Polstückanordnung zum Aufbauen eines Magnetfeldes senkrecht zu dem zwischen der Anode und der Katode aufgebauten elektrischen Feld, wobei der Dauermagnet aus einer Legierung des Systems Mangan-Aluminium-Kohlenstoff besteht und innerhalb des Umkapselungsteils angeordnet ist oder einen Bestandteil des Umkapselungsteils darstellt.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Zusammenhang der nachfolgenden Beschreibung der Erfindungseinzelheiten anhand der beigegebenen Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 und 2 den Aufbau herkömmlicher Magnetrone in Quersehnittsansichten$

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Pig. 3 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Magnetrons in einer Querschnittsansicht*

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines in dem Magnetron der Fig. 3 vorgesehenen Dauermagneten; und

Jig. 5 Ms 10 Querschnittsansichten zur Darstellung des Aufbaus weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Magnetrons.

Nachstehend sollen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Magnetroneinrichtung beschrieben v/erden. In allen Zeichnungen sind ähnliche Bauteile jeweils mit den gleichen Bezugszahlen versehen.

Ein Magnetronaufbau ist in Fig. 3 gezeigt, in der die Bezugszahlen 10a und 10b Dauermagnete bezeichnen, die aus einer Legierung des Systems Mangan-Aluminium-Kohlenstoff bestehen (Mn-Al-C) und die gleichzeitig auch als Polstücke zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Wechselwirkungsraum dienen. Die Dauermagnete 10a und 10b sind innerhalb eines Umkapselungsbehälters 11 angeordnet, in dem sich der ^chselwirkungsraum für Elektronen befindet. Das Umkapselungsteil 11 ist beispielsweise aus einem Schichtenge füge einer Eisenschicht und einer Kupfer schicht aufgebaut. Es kann vorgesehen sein, daß das TJmkap se lungs teil 11 auch als Anode und als Magnet joch für die Magnete 10a und 10b wirkt. Ferner können diese Magnete auch als Bestandteil des Umkapselungsteils ausgebildet sein. Die Verwendung von Magneten aus einer Mn-Al-C-Legierung als Dauermagnete, die wie die Dauermagnete 10a und 10b auch als Polstücke fungieren, ist eingehend in der schwebenden US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 491498 beschrieben. Der Magnet wird gebildet durch Aufschmelzen und Gießen einer Grundmasse aus 68,0 bis 73,0 Gewichtsprozent Mangan (Mn), (l/lO Mn - 6,6) bis (1/3 Mn - 22,2) Gewichtsprozent Kohlenstoff (c) und einem Restanteil Aluminium (Al) sowie durch anschließende spanlose Warmverformung des vergossenen Materials in dem Temperaturbereich von 530 bis 830 C. Durch die spanlose Warmverformung werden einerseits die magnetischen Eigenschaf ten erheblich verbessert und wird zum andern die maschinelle Bearbeitung ermöglicht. So kann beispielsweise durch einen Warmfließpreßvorgang ein anisotroper Magnet erzeugt werden, bei dem sich die magnetische Eemanenzinduktion auf

einen

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einen Wert B = 6000 bis 65ΟΟ G beläuft, die Koerzitivkraft auf r

einen Wert H_ = 2200 bis 2800 Oe und das maximale magnetische Ener-

BC c

gieprodukt auf (BH) = 5,0 bis 7,5 x 10 GOe. Im Rahmen der erfinderischen Bemühungen wurden die physikalischen Eigenschaften dieses Magneten eingehend untersucht, und zwar nicht nur die magnetischen Eigenschaften, sondern auch die thermischen, elektrischen und hermetischen Eigenschaften sowie das Schweißverhalten, und es wurde festgestellt, daß dieser Magnet eine starke Koerzitivkraft und eine dementsprechend geringe permeanz in der Größenordnung von 1 bis 3 G/Oe am optimalen Arbeitspunkt aufweist, daß der Temperaturkoeffizient der Remanenz in diesem Magneten im Yergleich zu den Jerritmagneten klein ist und die Entmagnetisierung bei einer niederen Temperatur bis zu der Temperatur von -180 C kleiner als -2'/ό ist, daß die thermische und elektrische Leitfähigkeit sehr gut ist, daß der Magnet weiterhin gegen Thermoschocks sehr beständig ist und verschweißt oder silbergelötet werden kann, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient fast gleich dem des Kupfers ist und daß das Material in metallographischer Hinsicht dicht ist, so daß ein Ausgasen ebensowenig zu bemerken war wie eine Absorption von Gasmolekülen, was mithin die Verwendung als Bestandteil eines Takuumbehälters gestattet. Bs zeigte sich ferner, da£ nicht nur die mechanische Festigkeit sehr hoch ist, nämlich etlichemal höher als die der herkömmlichen Bauermagnete, sondern daß auch eine exakte Bearbeitung am Innen- und Außendurchmesser usw. auf der Drehbank in der magnetischen phase erfolgen kann. Ein Magnet des Systeme Mn-Al-C, der durch spanlose Verformung so verjüngt wurde, wie dies in Fig. J gezeigt ist, hat darüber hinaus die folgenden Eigenschaften. Die durch konisches Verjüngen eines Magneten zu einem zugespitzten Ende für den magnetischen Fluß zu erzielende Fokus sie rungswirkung ist ähnlich jener der herkömmlichen Pol stücke, ferner sind auch die magnetischen Eigenschaften bei einem Magneten des Systems Mn-Al-C um so besser, je mehr man sich einer scharfen Zuspitzung nähert, d.h» je stärker der Magnet konvergiert, und die Koerzitivkraft wird um so stärker, je mehr man sich in der Radial richtung dem Umfang nähert. Infolgedessen wird der magnetische Streufluß verringert. Insgesamt wirken sich diese Erscheinungen in Kombination mithin so aus, daß der Magneteffekt durch die Fokus sie rungswirkung

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wirkung am zugespitzten Bereich des Magneten weit besser wird, als es be.i den herkömmlichen-Magneten der Fall ist.

Es sollen jetzt die Ausführungsformen der Erfindung in ihren Einzelheiten beschrieben werden.

Ausführungsform 1

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 sei zunächst kurz auf die Herstellung und die Eigenschaften eines Mn-Al-C-Magneten näher eingegangen. Aus einem Material der Mn-Al-C-Reihe wird eine zylindrische Ronde mit einem Außendurchmesser A^ und einem Innendurchmesser B/ gegossen. Nach einer entsprechenden Wärmebehandlung wird die Ronde bei einer Temperatur um 700 C in einem Behälter einem Stauchpreß Vorgang unterworfen, so daß ein Kegelstumpf wie der in Fig. 4 gezeigte entsteht. Nach dieser Behandlung wird das Material zu einem anisotropen Magneten, der eine Richtung einer leichten Magnetisierung entlang der Achsrichtung des Kegels aufweist. Genauer gesagt, nach dem Ausschneiden kleiner Probekörper an verschiedenen Stellen und nach genauer Messung der Magnetisierung mit einem Drehmomentmesser wurde festgestellt, daß die Richtungen der leichten Magnetisierung zur Spitze des Magneten gebündelt verlaufen, wie dies in der rechten Hälfte der Fig. 4 durch die Pfeile E angedeutet ist.

Außerdem wurden an verschiedenen Stellen des Magneten auch kleine Probekörper zur Messung seiner magnetischen Eigenschaf ten ausgeschnitten. Typische Stellen, an denen Probekörper ausgeschnitten wurden, sind die in der linken Hälfte der Fig. 4 mit den Buchstaben a, b, c und d bezeichneten. Hierbei entspricht die Stelle a dem äußeren Umfang- im Bereich des größeren Außendurchmessers A^ am oberen Ende, die Stelle b dem inneren Umfang am Innendurchmesser B^ des oberen Endes, die Stelle c dem äußeren Umfang im Bereich des kleineren Außendurchmessers C/ am unteren Ende und die Stelle d dem inneren Umfang am Innendurchmesser B^ des unteren Endes. Die einzelnen Probekörper wurden zur Form eines Würfels mit einer Seitenlänge ausgebildet, die kleiner war als ein Fünftel der Höhe D. Die Werte für A, B, C und D mochten sich beispielsweise auf A = 45 mm, B « 10 mm, C = 20 mm und D = 12,5 mm belaufen. Die !fessung der magnetischen

Eigenschaften

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!eigenschaften wurde an kubischen P rohe körpern nit einer Seitenlange von 2 mm vorgenommen, die an jenen Stellen eines Magneten der obigen Ausführungsform ausgeschnitten worden waren. Die Ergehnisse sind in Tebelle 1 zusainmenge stellt.

	Tabelle 1	Koerzitiv kraft _BH (Oe)	Energieprodukt (BH)_max (xlO⁶ G-Oe)
Probekörper	Remanenz- induktion B_r (G)	1700	1,8
a	3100	1550	2,0
b	3550	2350	4,5
C	4300	2000	4,8
d	5300

Zwei Magnete mit den obigen Eigenschaften wurden dazu verwendet, ein Magnetron mit dem in Fig„ 3 gezeigten Aufbau herzustellen. Der von dem eisernen Jochteil 11 umschlossene Feldraum hatte einen Durchmesser von 55 mm und eine Höhe von 45 mm. Das Gewicht eines Magneten betrug 50,4 g-

IiLt zwei Magneten, die jeweils eine Stärke D = 15 mm hatten, wurde in dem Magnetspalt eine magnetische Induktion B ■ I65O G er-

zielt. Die Magnetroneinrichtung gab bei einer Anodenspannung von 4,35 kY und einem Anodenstrom von 280 mA eine Leistung von 800 W ab und der Leistungsgrad lag mithin bei 66 Prozent. Ein hervorstechendes Merkmal des erfindungsgemäßen Magneten liegt in der Tatsache, daß die magnetischen Eigenschaften um so besser sind, je mehr man sich dem Spitzenteil nähert, und daß die Koerzitivkraft um so stärker ist, je mehr man sich dem äußeren Umfang nähert, wie dies auch aus Tabelle 1 hervorgeht, so daß die Fokus sie rungswirkung für den Magnetfluß äußerst gut ist. Diese allgemeine Tendenz tritt unabhängig von den jeweiligen Dimensionen A, B, C und D in Erscheinung.

Ausführungsform 2

Wurden die Mn-Al-C-Magnete bei der ersten Ausführungsform durch einen einmaligen Yorgang der spanlosen Verformung ausgeformt,

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so waren bei dieeer Ausführungsform aufeinanderfolgende Verarbeitungsvorgänge vorgesehen, un die magnetischen Eigenschaften der Magnete weiter zu verbessern. In einen ersten Verarbeitungsschritt wurden die gegossenen und wärmebehandelten Bonden bei einer Temperatur von 720°C einem FlieBpreßvorgang unterworfen. Dann wurde das fließgepreßte Material durch einen Stauchpreßvorgang zu einer vorbestimmten Form spanlos verformt.

Ls wurde also zunächst eine gegossene zylindrische Ronde mit einem Außendurchmesser von 60 ram, einem Innendurchmesser von 10 r.im und einer Länge von 100 mm hergestellt. Each einer Wärmebehandlung wurde der gegossene Zylinder einem Warmfl ie ßpre β Vorgang unterworfen, wodurch ein Zylinder mit einem Außendurchmesser von 40 :m, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Länge von etwa 230 mm gebildet wurde. Die Richtung der leichten Magnetisierung erstreckte sich bei diesem bearbeiteten Zylinder in der Achsrichtung und er war in sich einheitlich. Die magnetischen Eigenschaften, gemessen an senkrecht zur Achsrichtung geschnittenen Scheiben, waren die folgenden:

B_r = 63ΟΟ G
_BH_C = 23ΟΟ Oe

und (BH) = 6,2 χ 10 G-Oe .

^x 'max '

!lach dem Zerschneiden des durch die Erstbearbeitung erhaltenen fixe β gepreß te η Zylinders in Stücke von entsprechender Länge wurde das Material bei einer !temperatur von o80°C dem S tauchpreß vorhang unterworfen, wodurch ein verformtes Produkt mit den Abmessungen A = 40 mm, B = 10 mm, C = 18 mm und D = 10 mm erhalten wurde. Aus dem Formteil wurden ähnlich wie im Fall der Ausführungsform 1 Probe körper ausgeschnitten, an denen die Eichtungen der leichten Magnetisierung ermittelt und die magnetischen Eigenschaf ten gemessen wurden. Einsichtlich der Richtungen der leichten Magnetisierung wurde ähnlich wie im Fall der Ausführungsform 1 Konvergenz zur Achsrichtung festgestellt. Die bei den an den Stellen a, b, c und d ausgeschnittenen Probekörpern in bezug auf die Achsrichtung gemessenen magnetischen Eigenschaften sind in Tabelle 2 zusammenfassend dargestellt.

Tabelle

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	B_r (g:	-10	)	—	2	2!	534	485
	6350	Tabelle		B^HC <^Oe )
P robe körper	6400		25OO	(BH) max	(xlO	⁶ G-Oe)
a	6450		2550		6,6
b	6500		2800		6,8
C	275O		7,2
d		7,5

Es wurden zwei der obigen Magnete zur Herstellung eines Magnetrons mit dem in Pig. 3 gezeigten Aufbau verwendet. Das Gewicht eines jeden Magneten betrug etwa 26,9 S ^und der von dem eisernen Jochteil 11 umschlossene Feldraum hatte einen Durchmesser von 50 mm und eine Höhe von 4I nun. In dem Spalt wurde bei einer Magnetstärke D = 15 ™ und einem Spaltabstand Lg = 15 mm eine magnetische Induktion B = 2000 G erzielt. Bei einer Anodenspannung von 4,7 kV und einem Anodenstrom von 250 mA belief sich die von dem Magnetron abgegebene Leistung auf 300 W und der Leistungsgrad betrug 68 Prozent.

Bei den obigen beiden Au sfüh rungs forme η erfolgte eine spanlose Warm verformung der Magnete zur formgebenden Bearbeitung auch der Bereiche am Innendurchmesser. Doch kann auch vorgesehen sein, nur die äußere Form in ähnlicher Weise durch eine spanlose Warmverformungsbearbeitung auszubilden, wogegen die Innenbohrung durch mechanische Bearbeitung gebildet wird, beispielsweise durch einen Bohrvorgang. In den magnetischen Eigenschaften unterscheiden sich Magnete, die so bearbeitet sind, kaum von denen der Ausführungsformen 1 und

Im Vergleich zu den herkömmlichen Vorrichtungen ist bei den obigen Ausführungsformen eine weitgehende KLeinstauslegung der Magnete und der gesamten Magnetroneinrichtung möglich, indem man die durch spanlose Bearbeitung zu einer Ee gel stumpf form verjüngten Mn-Al-C-Magnetteile innerhalb eines Vakuumbehälters des Magnetrons anordnet, so daß der Magnetfluß gebündelt und der magnetische Streufluß verringert wird.

Soll unter Verwendung eines Magnetmaterials wie etwa Alnico 5 DG mit (BH)_max = 5 χ 10 GOe ein Magnetron hergestellt werden, bei dem die Magnete in der in Fig. 3 gezeigten Weise in einen Vakuumbe-

halter

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hälter eingebaut sind, so muß jeder Magnet einen Durchmesser D = 54 mm haben, um den Bedingungen L = 15 mm und B = 1500 G zu entsprechen.

g g

Wenngleich der Durchmesser verringert werden kann, fällt also die Höhe größer aus. Für den praktischen Gebrauch ist dies ungünstig. Viird die Länge D unter 30 mm verringert, um dem Zweck der Kleinstauslegung zu dienen, so nimmt B einen Wert unter 900 G an. Zur Herbei-

führung von Hochfrequenz schwingungen muß die Anode η spannung der magnetischen Spaltinduktion B nahezu proportional sein. Bei einer magnetischen Spaltinduktion um 900 G wird die Anode η spannung gering und es ist ein weit stärkerer Anodenstrom erforderlich, um eine Leistungsabgabe herkömmlicher Größenordnung zu erzielen. Mit einem solchen Anodenstrom wird der zulässige Stromstärkenbereich überschritten. Ss können demzufolge nur Magnetrone mit geringer Ausgangsleistung geschaffen werden.

Bei den anisotropen Ferritmaterialien handelt es sich demgegenüber um gesinterte Magnetmassen, bei denen folglich zwischen den Körnern Poren vorhanden sind, in denen in einem beträchtlichen Umfang eine Absorption von Gasmolekülen stattgefunden hat. Die Ferritmaterialien sind daher zum Abdichten in einem Vakuumbehälter ungeeignet. Ein Verschweißen oder Verlöten zum Einschmelzen von Ferritmaterialien in einen Vakuumbehälter ist ebenfalls unmöglich. Die Wärmeleitfähigkeit von Ferriten ist im allgemeinen gering und die Wärmeabführung aus dem Heizer bereitet Schwierigkeiten, wenn in einem Vakuumbehälter ein !ferritmagnet enthalten ist. Ferner sind Ferritmaterialien gegen Thermoschocks wenig beständig und können daher nicht innerhalb eines Vakuumbehälters eingesetzt werden.

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Magnetron mit dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau, bei dem ein Ferritmagnet vorgesehen ist, ist bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetrons als vorteilhaft zu bewerten, daß der magnetische Streufluß weitgehend beseitigt und mithin eine nahezu vollständige Ausnutzung des Magnetflusses möglich ist, daß die Magnetgröße auf etwa 1/5 des Volumens verringert ist, wiewohl die effektive magnetische Induktion in dem Spalt des Wechselwirkungsraums um etwa 15 Prozent gesteigert wird, und daß das Gesamtvolumen des Magnetrons auf etwa 1/3 verkleinert ist.

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In Pig. 5 ist eine andere Ausführungsform des erf indungsgemäßen Magnetrons dargestellt, bei der als Anodenzylinder und als Bestandteil eines Vakuumbehälters gleichfalls ein zu einer zylindrischen Form ausgebildeter Magnet aus einer Mn-Al-C-Legierung vorgesehen ist.

Ein Magnet 12 und Polstücke 20a und 20b sind hermetisch verschweißt oder verlötet. Zur Herstellung des Magneten 12 aus einer IvIn-Al-C-Legierung wurde wie folgt verfahren. Es wurde zunächst eine zylindrische Ronde mit einem Außendurchmesser von 120 mm und einem Innendurchmesser von 40 mm gegossen. Diese Ronde wurde bei einer Temperatur von 700°C durch einen Fließpreß Vorgang zu einem Zylinder mit einem Außendurchmesser von 6o mm und einem Innendurchmesser von 40 mm verformt. Das Material wurde nach dem Heißfließpressen zu einem anisotropen Magneten, bei dem sich die Eichtungen der leichten Magnetisierung entlang der Achsrichtung erstreckten. Die Messung der magnetischen Eigenschaf ten an Probestücken, die senkrecht zur Achse ausgeschnitten wurden, ergaben den Befund, daß eine stärkere Anisotropie vorhanden war, stärkere Achskomponenten der Richtung der leichten Magnetisierung und bessere magnetische Eigenschaften, etwa in Form der Koerzitivkraft, in der Nähe des äußeren Umfangs als in der Nähe des inneren Umfangs. Bei der Untersuchung der Verteilung des Magnetflusses in den Seitenflächen eines herkömmlichen Magneten und des in der Achsrichtung magne ti sie r te η erfindungsgemäßen Magneten mit Hilfe eines Mikro-Hallelements zeigte sich daher, daß gegossene Magnete aus einem Material wie etwa Alnico 5 DG eine beträchtliche Streuung in der Radi al richtung aufwiesen und in der Achsrichtung nicht als vollständig anisotrope Magnete zu betrachten waren, da ihre Seitenflächen von unterkühlten Kristallen gebildet werden, wogegen bei den Magneten aus der Mn-Al-C-Legierung fast keine Streuung des Magnetflusses eintrat. Weiterhin waren die magnetischen Eigenschaften des aus der Mn-Al-C-Legierung bestehenden Magneten in der Achsrichtung die folgendem B = 64ΟΟ G, _ΉΗ_ - 2450 Oe und (BH) = 6,6 χ ΙΟ⁶ GOe. τ iJ υ ' max

Die Anordnung der Fig. 5, bei welcher der Dauermagnet 12 auch als Anodenzylinder und ferner als Bestandteil eines Vakuumbehälters dient, beruht auf der erfindungs ge mäßen und positiven Nutzung verschiedener Eigensohaf ten eines Magneten aus einer Legierung des

Mn-Al-C-Sy stems

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Lm-Al-C-Systems, der durch spanlose Warmverformung zu e ner für die Llagnetroneinrichtung geeigneten Form ausgebildet wurde. Beispielsweise haben Alnicomagnete eine geringe Koerzitivkraft und ihre optimale Permeanz ist hoch. Die Anordnung der Fig. 5 läßt sich daher .rät einem Alnicomagneten nicht verwirklichen. Auch bei Terwendung eines Ferritmagneten oder eines neuerdings entwickelten Magneten aus einer seltenen Erde und Kobalt ist dies ganz unmöglich, <?a hinsichtlich der hermetischen Abgeschlossenheit und des Ausgasens Wünsche offen bleiben und die thermischen, elektrischen und Schweißeigenschaften äußerst schlecht sind. Ermöglicht wird die Anordnung der Fig. 5 nur durch die Verwendung eines Magneten aus einer Legierung des Mn-Al-G-Systems, da die durch den Anodenverlust erzeugten beträchtlichen Wärmemengen durch den Dauermagneten 12 wirksam nach außen abgeführt werden können, da die Streuung des Magnetflusses gering ist, weil der magnetische Widerstand zwischen den Magnetpolen 20a und 20b und dem Magneten 12 dank der unmittelbar benachbarten Anordnung klein ist, und da die Erstreckung des Magneten in der Längsrichtung wegen der hohen Koerzitivkraft kleiner gehalten werden kann als bei den herkömmlichen Anodenzylindern. Die Höhe des Magnetrons der Fig. 5 kann daher weniger als 6o Prozent der Höhe eines herkömmlichen Magnetrons betragen, wobei auch eine beträchtliche Gewichtsverringerung zu erzielen ist. Die Magnetpole Ja und 3h sowie die Magnetjoche 2a und 2b der herkömmlichen Anordnungen der Fig. 1 und 2 sind hier gewissermaßen in die Magnetpole 20a und 20b integriert und stellen gleichzeitig zusammen mit dem Magneten 12 bei der Anordnung der Fig. 5 einen Vakuumbehalter dar. Auch besteht hier nun die Möglichkeit, die Gesamtanordnung in einem Arbeitsgang durch Verschweißung, Verlötung oder Drucksehweißung zusammenzubauen, was eine wesentliche Vereinfachung der Montage schritte mit sich bringt.

Bei der Anordnung der Fig. 5 könnte die Möglichkeit erwogen werden, die Magnetpole 20a und 20b statt des Anodensjylinders 12 aus einem dauermagnetischen Material auszubilden. Der Aufbau der obigen Ausführungsform ist jedoch vorteilhafter, da die Höhe des Magnetrons mindestens auf 80 Prozent der üblichen Höhe herabgesetzt werden kann, wenn man einen Dauermagneten als Anodenzylinder verwendet, der auch ein Teil des Vakuumbehälters ist. Überdies wird auch der

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aus Kupfer te stehende starkwandige Anodenzylinder, in Fig. 1 und 2 mit der Bezugszahl 7 bezeichnet, wie er bei den herkömmlichen Magnetronen meistens erforderlich ist, hier nun unnötig. Auch dies -trägt zur Vereinfachung der Mo η tage vorgänge bei.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der in den zylindrischen Dauermagneten 12 der Anordnung der Fig. 5 eine dünne Kupferplatte 15 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnlich dem des Magneten 12 eingeführt ist. Da diese Kupferplatte IJ ein guter Leiter ist, wird der elektrische Verlust für die Hochfrequenzen herabgesetzt. Eine Verbesserung wird auch in der Festigkeit der Lötung oder Verschweißung erzielt. In dieser Beziehung können ähnliche Wirkungen auch durch Plattieren der Innenfläche des zylindrischen Dauermagneten 12 mit Kupfer oder Silber statt des Einführens der Kupferplatte 13 erzielt werden.

Ferner kann die Länge des Röhrenfußes bei dem erfindungsgemäßen Magnetron verkürzt werden, wie dies in Fig. ¹J gezeigt ist. Üblicherweise wurde der Magnet in der in Fig. 2 gezeigten Weise unterhalb der unteren Fläche einer Magnetronröhre vorgesehen, und es war daher ein langer Höhrenfuß erforderlich. Da bei dieser Ausführungsform der Erfindung der Dauermagnet 12 wie in Fig. 5 auch als Anodenzylinder dient, bedarf es hier keines langen Isolierbehälters und die äußeren Leitungsteile 30 können verkürzt werden. Die Bezugszahl 40 bezeichnet ein Knopfisolierplattchen, das hermetisch, abdichtend mit dem Magnetpol stück 20b verbunden ist. Die Höhe des betriebsfertigen Magnetrons, das mit Kondensatoren und Solenoiden zur Hochfrequenzfilterung versehen ist, die unterhalb des Aufbaus der Fig. 7 angeordnet sind, konnte daher im Vergleich zum herkömmlichen betriebsfertigen Magnetron um mehr als 20 Prozent verringert werden.

In Fig. 8 ist eine Modifikation der Ausführungsform der Fig. 3 dargestellt, bei der die Mittel zum Anlegen eines Magnetfeldes durch Magnete 14a und 14b aus einer Mn-Al-C-Legierung gebildet werden, wobei diese Magnete auch als Magnetpolstücke fungieren. Wie aus der Beschreibung in Verbindung mit Fig. 3 zu entnehmen ist, ergibt dieser Aufbau ein sehr vorteilhaftes Magnetron. Falls der Anodenzylinder 7 und die Magnete 14a und 14b unter Zwischenfügung von

Direktkontakten

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Direktkontakten zu einem einheitlichen Aufbau zusammengefaßt werden, können die Magnete ähnlich wie der Anodenzylinder auf Temperaturen von 80 bis 100°C erhitzt werden. Wegen der temperaturbedingten Entmagnetisierung der Magnete könnte dies gewisse Schwierigkeiten in der vollen Ausnutzung der Magneteigenschaften nach sich ziehen. Werden zwischen den Anodenzylinder 7 und die Magnete 14a und 14b Wärmeisolatoren 15 eingefügt, um diesem Verlust entgegenzuwirken, wie dies in Kg. 8 gezeigt ist, so kann der Wärmeübergang von dem Anodenzylinder 7 zu den Magneten 14a und 14b wirksam gedämmt werden. Bei Verwendung eines Keramikmaterials für den Wärmeisolator 15, beispielsweise Glas oder Aluminiumoxid, konnte die Temperatur der Magnete 14a und 14b beim Betrieb mit einer Hochfrequenzausgangsleistung von 600 W nach einer Minute unter 40 C und noch nach 15 iünuten unter 50 bis 70 C gehalten werden. Der Abdichtungsvorgang kann dadurch erleichtert werden, daß man den Wärmeisolator 15 mit Kupfer oder Silber plattiert oder ein dünnes Plättchen aus Kupfer usw. darauf vorsieht.

Pig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der dünne Metallringe 16 den Anode η zylinder 7 und die Magnete 14a und 14b miteinander verbinden und den Innenraum abdichten. Diese dünnen Me tall ringe l6 vermitteln ähnliche Wirkungen wie die Tförmeisolatoren 15 der Fig. 8. Da die Ringe 16 von dünnen Metallplättchen gebildet werden, haben sie einen hohen thermischen Widerstandswert und fungieren als Wärmeisolatoren. Diese Ringe 16 können auch einheitlich mit dem Anodenzylinder 7 ausgebildet werden, indem man die Stärke des Zylinders 7 ^auf beiden Seiten beispielsweise auf weniger als die Hälfte der Stärke des mittleren Bereichs vermindert.

Bei dieser Ausführungsform waren dünne, ringförmige plättchen der Eisenserie mit einer Stärke von weniger als der Hälfte der Stärke des Anodenzylinders zwischen den Anodenzylinder 7 und die Magnete 14a und 1413 eingefügt. Die Wärmeisolierung war sehr gut und es wurden ähnliche Wirkungen erzielt wie mit den Wärmeisolatoren der Fig. 8. Da auch eine elektrische Verbindung besteht, ist die Anordnung überdies auch hochfrequenzmäßig vorteilhaft. Die Metallringe 16 können auch aus Kupfer, aus Nickel, aus einer Kupferlegierung (Legierung der Kupferserie) oder aus einer nickellegierung (Legierung der Mckelserie) hergestellt sein.

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In Pig. 10 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei hier mit den Bezugszahlen 17a und 17& Wärmeisolatoren ähnlich den Isolatoren 15a bzw. 15b der Hg. 8 bezeichnet sind. Mt den Isolatoren 17a und ITb sind Isolierbehälter 18 bzw. 19 verbunden. Palis diese Isolierbehälter 18 und 19 aus einem thermisch isolierenden Material bestehen, können sie einheitlich mit den Wärme isolatoren 17a bzw» 17b ausgebildet sein. Weiterhin ist die Anbringung elektrisch leitender Schichten auf einem Teilbereich oder der Gesamtoberfläche der beschriebenen Wärme isolatoren 17a und 17b für die Abdichtung und im Hinblick auf den Aufbau des Hochfrequenzkreises vorteilhaft.

Wie aus der obigen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen hervorgeht, kann die Bauhöhe des Magnetrons im Vergleich zu herkömmlichen Magnetronen im Rahmen der Erfindung ganz wesentlioh herabgesetzt werden. Pur den Fall des Einbaus des Magnetrons in einen elektronischen Ofen wird die Wahl der Anordnung erleichtert. Da auch die Größe und das Gewicht des Magnetrons erheblich verringert werden können, wird ferner die Raumnutzung in dem elektronischen Ofen verbessert. Die Streuung des magnetischen Flusees kann verringert werden und die Nutzleistung des magnetischen Flusses kann gegenüber den herkömmlichen Anordnungen etliche Male gesteigert werden. Auch wird es ram möglich, den Magneten nach dem Einbau in das Magnetron zu magnetisieren, da der Magnetkreis verkürzt wird, die Montage sohritte können vereinfacht werden und der Magnet kann beim optimalen Arbeitspunkt betrieben werden, so daß die magnetischen Eigenschaften hinlänglich und wirksam ausgenutzt werden. Darüber hinaus wird ferner die Möglichkeit geschaffen, die gesamte Magnetronanordnung einheitlich aufzubauen , die Anordnung wird wesentlich weniger aufwendig und es wird eine Rationalisierung der Fe rti gungsvo rgänge e rmö gl i ch t.

Duroh die Erfindung werden mithin schmale und leichte, hochleistungsfähige Magnetrohe in Kleinstausführung geschaffen.

Patentansprüche 609809/0704

Claims

Patentansprüche

/l.) Magnetron, gekennzeichnet durch ein TJmkap se lungs teil (ll) zur Aus-"bildung eines Wechselwirkungsraums für Elektronen in seinem Inneren, eine Anode (7) und eine Katode (5)> die in dem TJmkap se lungsteil (ll) enthalten sind, und Mittel zum Anlegen eines Magnetfeldes, wobei diese Mittel mindestens einen Dauermagneten (lOa, 10b) zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Wechselwirkungsraum und eine Polstückanordnung zum Aufbauen eines Hagnetfeldes senkrecht 2m dem zwischen der Anode (7) und der Katode (5) aufgebauten elektrischen Feld umfassen und wobei der Dauermagnet (lOa, 10b) aus einer Legierung des Systems Llangan-Aluminium-Kohlenstoff besteht und innerhalb des Umkapselungsteils (ll) angeordnet ist oder einen Bestandteil des Umkapselungsteils (ll) darstellt.

2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Dauermagneten (lOa, 10b) um einen anisotropen Magneten aus einer Legierung des Systems Mangan-Aluminium-Kohlenstoff (Mn-Al-C) mit der G-rundzu samme nse tzung 68,0 bis 73»O Gewichtsprozent lan, (l/lO Mn - 6,6) bis (1/5 Mn - 22,2) Gewichtsprozent Kohlenstoff und Bs s tan teil Aluminium handelt.

5. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polstückanordnung als Bestandteil der beiden Dauermagnete (lOa, 10b) ausgebildet ist.

4. Magnetron nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (lOa, 10b) Ke gel stumpf form haben und mit jeweils gegen das Snde kleineren Durchmessers konvergierenden Richtungen einer leichten Magnetisierung anisotrop sind, wobei die Enden kleineren Durchmessers dieser Dauermagnete (lOa, 10b) eimnder zugekehrt sind.

5· Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (12) eine zylindrische Form aufweist und koaxial zur Katode (5) angeordnet ist.

6. Magnetron nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (12) an der inneren Seitenfläche mit einer aufplattierten Schicht oder mit einer dünnen Platte (13) aus einem elektrisch gut

leitenden

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- 18 leitenden Material versehen ist.

7. iuagnetron nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (12) ein Bestandteil des TJmkap selungsteil s ist.

8. Magnetron nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zwischen der Polstückanordnung (l4a, 14b) und der Anode (7) Wärme isolationsmittel (l5a, 15^) angeordnet sind.

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