JP2006278311A

JP2006278311A - マグネトロン

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Publication number: JP2006278311A
Application number: JP2005240188A
Authority: JP
Inventors: Chae Hyun Baek; チェヒュンベク; Jon Suu Lee; ジョンスーリー; Yon Suu Lee; ヨンスーリー
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2006-10-12
Also published as: CN100541704C; EP1746627B1; US20060219548A1; KR100651905B1; US7375470B2; KR20060104144A; CN1841634A; EP1746627A3; EP1746627A2

Abstract

【課題】同一性能を維持しながら小型化されたマグネトロンを提供する。
【解決手段】アノードシリンダー９と、前記アノードシリンダー９の上下部にそれぞれ設けられた上側及び下側マグネット１ａ，１ｂと、前記マグネットに連結された上磁極及び下磁極２，３と、を含むマグネトロンであって、前記マグネットの内側直径は１９〜２１ｍｍで、前記マグネットの厚さは１１.５〜１２.５ｍｍで、前記マグネットの外側直径は５０〜５４ｍｍであるマグネトロンを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネトロンに関するもので、詳しくは、小型化されたマグネトロンに関するものである。

一般に、マグネトロンは、食物を加熱するマイクロ波を発生する発振源であって、簡単な構造および高効率の安定した動作により電子レンジなどに適用されている。

一方、前記マグネトロンに装着されるマグネットは、永久磁石物質により形成されるので、材料費が多大であった。特に、従来のマグネトロンは、前記マグネット及び上／下磁極を不要に大きく構成することで、マグネトロンの材料費だけでなく、前記マグネトロンの大きさも不要に増加した。

しかしながら、上記のマグネットを過度に小さく構成すると、前記マグネトロンの出力が急激に低下するおそれがあり、前記マグネトロンを小型化しにくいという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、同一の出力性能を維持しながら小型化されたマグネトロンを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るマグネトロンは、アノードシリンダーと、前記アノードシリンダーの上下部にそれぞれ設けられた上側及び下側マグネットと、前記マグネットに連結された上磁極及び下磁極と、を含むマグネトロンであって、前記マグネットの内側直径は１９〜２１ｍｍで、前記マグネットの厚さは１１.５〜１２.５ｍｍで、前記マグネットの外側直径は５０〜５４ｍｍであることを特徴とする。

ここで、前記上磁極と下磁極との間の間隔は、１０.５〜１１.５ｍｍであることが好ましい。前記各磁極の外側直径は、３４〜３５ｍｍであることが好ましい。前記上磁極の上端と前記下磁極の下端との間の間隔は、約２３.５ｍｍであることが好ましい。また、前記マグネットは、フェライト系材質からなることが好ましい。

一方、上記目的を達成するために、本発明に係るマグネトロンは、アノードシリンダーと、前記アノードシリンダーの上下部にそれぞれ設けられた上側及び下側マグネットと、前記マグネットに連結された上磁極及び下磁極と、を含むマグネトロンであって、前記マグネットの内側直径は１９〜２１ｍｍで、前記上側マグネットの厚さは１１.５〜１２.５ｍｍで、前記下側マグネットの厚さは９.５〜１０.５ｍｍで、前記マグネットの外側直径は５１〜５４ｍｍであることを特徴とする。

本発明に係るマグネトロンは、実用的に適用される高周波エネルギー出力を発生しながらも小型化することができる。したがって、材料費用を低減するとともに、最適の性能を提供することができる。

また、前記マグネトロンが所望の性能を有して小型化されることで、装着空間である電装室などの内部空間を一層効果的に活用することができる。

以下、本発明に係るマグネトロンの好適な実施の形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態を説明するに際し、同一構成には同一名称及び同一符号を用いており、それに対する説明は省略する。

図１は、本発明に係るマグネトロンの構成を示した断面図である。

図１に示すように、前記マグネトロンは、アノードシリンダー９と、各アノードベーン６と、内/外ストラップ１３と、陰極部１５と、冷却フィン１７と、ヨーク４，５と、マグネット１と、フィルタボックス２０と、を含んで構成される。

ここで、前記アノードシリンダー９は、円筒状に形成されており、前記アノードベーン６は、前記アノードシリンダー９の内壁に放射状に設置されて共振部を形成する。また、前記内/外ストラップ１３は、前記各アノードベーン６の上下面に交互に接触されて各ベーン６を電気的に連結し、前記陰極部１５は、マグネトロンの中央に位置して陰極の役割をする螺旋状のフィラメント７を含んで構成される。

前記アノードシリンダー９の外周面には、放熱のための多数個の冷却フィン１７が設置されるが、前記冷却フィン１７は、上下板に区分されたヨーク４，５によって保護・支持される。また、前記冷却フィン１７は、外部空気を案内するように配置される。また、前記アノードシリンダー９の上下部には、静磁気場をそれぞれ形成する各マグネット１が設けられ、前記各マグネット１は、上磁極２及び下磁極３にそれぞれ連結される。

また、前記マグネトロンの下部には、フィルタボックス２０が設けられる。

以下、上記のように構成されたマグネトロンの動作を説明する。

まず、フィラメント７を加熱すると、各電子が放出される。ここで、陰極部１５と共振部との間には、静電場が誘導され、前記上磁極２と下磁極３との間には、共振部の上下方向に静磁場が誘導される。よって、前記電子は、静電場及び静磁場の力を受け、陰極部と共振部との間の作用空間でサイクロイド運動をする。

このとき、サイクロイド運動をする各電子は、各ベーン６の間に既に印加された高周波電界と相互作用をしながら共振部側に徐々に移動するが、この過程で、電子が有するほとんどのエネルギーは、高周波エネルギーに転換される。この高周波エネルギーは、共振部に蓄積された後、前記マグネトロンの上部に提供され、前記ベーン６に連結されたアンテナを通して外部に放射される。この放射された高周波エネルギーは、食物などを加熱するのに用いられる。

一方、前記各電子は、外部に放射された後、残存するエネルギーを含んだ状態で共振部に到達するが、前記エネルギーは、共振部で熱エネルギーに転換される。

このように、ベーン６から発生した熱は、アノードシリンダー９の外周面に設置された多数個の冷却フィン１７によって効率的に冷却され、熱によるマグネトロンの性能低下を防止することができる。

一方、前記マグネトロンから発生する高周波エネルギーの出力は、前記上磁極２と下磁極３との間に発生する磁場の大きさと相関関係を有する。また、前記磁場の大きさは、前記マグネットの構造によって変更される。

したがって、前記マグネット１及び上/下磁極２，３の大きさを減少させながらもマグネトロンの特性をそのまま維持することで、製品原価が大幅に減少することになるが、これに対する研究が全くない状態であるため、製品原価面だけでなく、資源浪費防止面を共に考慮し、前記マグネトロンの大きさを減少させるための研究が必要である。

以下、前記マグネトロンを小型化するための構成を詳細に説明する。

図２は、本発明に係るマグネトロンの構成図である。前記マグネトロンの構成は、前述したとおりであるので、その詳細な説明を省略する。

図２に示すように、本発明に係るマグネトロンは、アノードシリンダー９と、各アノードベーン６と、陰極部１１５と、ヨーク４，５と、上/下磁極２，３と、上側及び下側マグネット１ａ，１ｂと、を含んで構成される。

ここで、前記アノードシリンダー９は、円筒状を有しており、前記各アノードベーン６は、前記アノードシリンダー９の内壁に放射状に設置されて共振部を形成する。前記各アノードベーン６の上下面は、内/外ストラップ(図示せず)によって交互に接触せしめられて電気的に連結されることが好ましい。

また、前記陰極部１１５は、マグネトロンの中央に位置して陰極の役割をする螺旋状のフィラメントを含んで構成され、前記陰極部１１５と前記各アノードベーン６との間には、高周波エネルギーを発生する作用空間１２０が形成される。前記アノードシリンダー９の外周面には、放熱のための多数個の冷却フィンが設置されており、この冷却フィンは、上下板に区分されたヨーク４，５によって保護・支持されることが好ましい。

また、前記アノードシリンダー９の上下部には、静磁場をそれぞれ形成する上側及び下側マグネット１ａ，１ｂが提供され、前記各マグネット１ａ，１ｂは、上磁極２及び下磁極３にそれぞれ連結される。ここで、前記各マグネット１ａ，１ｂは、フェライト系材質の永久磁石からなることが好ましい。

まず、前記フィラメントが加熱されると、各電子が放出される。ここで、陰極部１１５と共振部との間には、静電場が誘導され、前記上磁極２と下磁極３との間には、共振部の上下方向に静磁場が誘導される。よって、前記電子は、静電場及び静磁場の力を受け、陰極部と共振部との間の作用空間でサイクロイド運動をする。

このとき、サイクロイド運動をする各電子は、各ベーン６の間に既に印加された高周波電界と相互作用をしながら共振部側に徐々に移動するが、この過程で、電子が有するほとんどのエネルギーは、前記作用空間１２０で高周波エネルギーに転換される。この高周波エネルギーは、共振部に蓄積された後、前記マグネトロンの上部に提供され、前記ベーン６に連結されたアンテナを通して外部に放射される。

このようなマグネトロンから発生する高周波エネルギーは、電子レンジなどの調理機器で食物を加熱するために用いられるか、その他の加熱装置に用いられる。

一方、前記高周波エネルギーの出力は、前記上磁極２と下磁極３との間に発生する磁場の大きさと相関関係を有する。また、前記磁場の大きさは、前記マグネット１ａ，１ｂおよび各磁極２，３の構造によって変更される。

すなわち、前記上/下磁極２，３の間の間隔ＰＧが小さくなると、前記磁場の大きさは増加する。また、前記上/下磁極２，３の外側直径ＰＯが減少すると、漏洩磁場値が増加することになり、前記磁場の大きさは減少する。これは、前記各磁極２，３と各マグネット１ａ，１ｂとが重ならない部分Ａで磁場が漏洩されるためである。

また、前記マグネット１ａ，１ｂは、中央が開口された円筒状を有するが、前記マグネットの厚さＭＴ１，ＭＴ２、外側直径ＭＯ、開口部分の内側直径ＭＩの大きさによって前記磁場の大きさが変化する。

したがって、所望の大きさの高周波エネルギーを出力しながら前記マグネトロンを小型化するために、前記マグネトロンは、前記マグネット１ａ，１ｂ及び上/下磁極２，３の構造による出力の臨界値を考慮して製作されるべきである。

以下、実験結果を通して、上/下磁極２，３の間の間隔及びマグネット１ａ，１ｂの大きさが適切に決定されるべき理由、その臨界的意義について説明する。

このとき、実験は２段階で行われたが、これを区分するために、前記各実験を第１実験および第２実験とする。

まず、第１実験に対して説明する。

図３は、本発明に係る小型化されたマグネトロンを製作するために行われた第１実験の結果を示したグラフである。

詳しく説明すると、前記第１実験は、前記上磁極２と下磁極３との間の間隔ＰＧが１０.５〜１１.５ｍｍ、前記各磁極の外側直径ＰＯが３４〜３５ｍｍの条件で行われた。このとき、前記上磁極２の上端と前記下磁極３の下端との間の間隔ＰＰは、２３.５ｍｍを維持することが好ましい。前記各磁極の大きさ及び間隔は、従来よりも小型化されたマグネトロンに適用される数値である。

ここで、図３は、前記各マグネット１ａ，１ｂの内側直径ＭＩが１９〜２１ｍｍで、前記上側及び下側マグネットの厚さＭＴ１，ＭＴ２が１１.５〜１２.５ｍｍである場合、前記マグネットの外側直径ＭＯの大きさによる平均磁場の密度変化を示したグラフである。ここで、前記高周波エネルギーの出力は、前記平均磁場の密度に比例する。

図３に示すように、マグネット１ａ，１ｂの外側直径ＭＯが５２ｍｍになるまでは、前記外側直径ＭＯが増加するにつれて磁場の密度が急激に増加する。これを反対に解析すると、前記外側直径ＭＯが５２ｍｍ以下である場合は、前記直径ＭＯが減少するにつれて磁場密度の大きさが急激に減少する。

ここで、前記マグネトロンは、約５００〜１０００ワット(Ｗ)の実用化される出力を要するが、これを充足するためには、前記磁場密度が１７００ガウス(Ｇ)以上であるべきである。図４に示したように、前記マグネットの外側直径ＭＯが最小限５０ｍｍ以上である場合、前記磁場の密度は１７００ガウス以上になる。

一方、前記マグネットの外側直径ＭＯが５４ｍｍを超えると、前記外側直径ＭＯが増加するとしても、磁場の密度はほぼ同一の水準を維持する。しかしながら、前記外側直径ＭＯが７０ｍｍを超える場合は、前記直径ＭＯが増加するにつれて前記磁場の密度が却って減少する。したがって、前記マグネットの外側直径ＭＯが５４ｍｍを超える場合は、前記マグネットの外側直径ＭＯを増加しても、磁場の密度がほぼ一定に維持される臨界的特性を示す。

これは、前記直径ＭＯが一定水準以上に増加したとき、漏洩磁場が増加して発生する磁力損失に起因する。図２を参照すると、前記マグネット１ａ，１ｂと磁極とが重ならない部分Ａで、一次的な磁力の漏洩が発生する。

また、前記マグネット１ａ，１ｂの側面と上/下ヨーク４，５との間には、所定空間が形成されるが、前記マグネット１ａ，１ｂの外側直径ＭＯが厚くなるにつれて前記空間が狭くなると、前記空間で渦電流現象(eddy current phenomenon)が発生して磁力が漏洩される。前記渦電流現象の発生を防止するために、前記ヨーク４，５とマグネット１ａ，１ｂの側面との間隔を大きくする場合は、前記マグネトロンの全体的な体積が大きくなるという問題がある。

したがって、前記マグネット１ａ，１ｂの外側直径ＭＯを５４ｍｍ以上にすると、マグネトロンの大きさが不要に増大することになり、材料費用を浪費する要因になる。

前述したように、前記上側及び下側マグネットの厚さＭＴ１，ＭＴ２が１１.５〜１２.５ｍｍである場合、前記マグネトロンから発生する高周波エネルギーを一定水準以上に維持するためには、前記マグネットの外側直径ＭＯを５０〜７０ｍｍにすべきである。また、前記マグネトロンを小型化するためには、前記マグネットの外側直径ＭＯを５０〜５４ｍｍにすることが好ましい。これによって、前記マグネトロンは、所望の出力の高周波エネルギーを発生するとともに、小型化される。

次に、第２実験について説明する。

図４は、本発明に係る小型化されたマグネトロンを製作するために行われた第２実験の結果を示したグラフである。

ここで、前記第２実験は、前記第１実験と同様に、前記上磁極２と下磁極３との間の間隔ＰＧが１０.５〜１１.５ｍｍ、前記各磁極の外側直径ＰＯが３４〜３５ｍｍの条件で行われた。このとき、前記上磁極２の上端と前記下磁極３の下端との間の間隔は、２３.５ｍｍを維持することが好ましい。また、前記マグネットの内側直径ＭＩは、１９〜２１ｍｍである。

一方、前記第２実験では、上側マグネット１ａおよび下側マグネット１ｂの厚さＭＴ１，ＭＴ２を相異なるように構成した。すなわち、図４は、上側マグネット１ａの厚さＭＴ１が１１.５〜１２.５ｍｍ、下側マグネットの厚さＭＴ２が９.５〜１０.５ｍｍである場合、前記各マグネット１ａ，１ｂの外側直径ＭＯの大きさによる平均磁場の密度変化を示したグラフである。ここで、前記高周波エネルギーの出力は、前記平均磁場の密度に比例する。

図４に示すように、マグネット１ａ，１ｂの外側直径ＭＯが５２ｍｍになるまでは、前記外側直径ＭＯが増加するにつれて磁場の密度が急激に増加する。これを反対に解析すると、前記外側直径ＭＯが５２ｍｍ以下である場合は、前記外側直径ＭＯが減少するにつれて磁場密度の大きさが急激に減少する。

ここで、前記マグネトロンは、約５００〜１０００ワット(Ｗ)の実用化される出力を要するが、このためには、前記磁場密度が１７００ガウス(Ｇ)以上であるべきである。図４に示したように、前記マグネット１ａ，１ｂの外側直径ＭＯが最小限５１ｍｍ以上である場合、前記磁場の密度は１７００ガウス以上になる。

一方、前記マグネットの外側直径ＭＯが５４ｍｍを超えると、前記外側直径ＭＯが増加しても磁場の密度はほぼ同一の水準を維持する。また、前記外側直径ＭＯが７０ｍｍを超える場合は、前記外側直径ＭＯが増加するにつれて前記磁場の密度が却って減少する。したがって、前記マグネットの外側直径ＭＯが５４ｍｍを超える場合は、前記マグネット１ａ，１ｂの大きさを増加するとしても、磁場の密度がほぼ一定に維持された臨界的特性を示す。

これは、前記外側直径ＭＯが５４ｍｍを超える場合に発生する磁力の漏洩に起因しており、第１実験の結果を通して前述したとおりであるので、その説明を省略する。

したがって、前記マグネットの外側直径ＭＯを５４ｍｍ以上にすると、マグネトロンの大きさが不要に増大することになり、材料費用を浪費する要因になる。

前述したように、上側マグネット１ａの厚さＭＴ１が１１.５〜１２.５ｍｍで、下側マグネット１ｂの厚さＭＴ２が９.５〜１０.５ｍｍである場合、前記マグネトロンから発生する高周波エネルギーを一定水準以上に維持するためには、前記マグネット１ａ，１ｂの外側直径ＭＯを５１〜７０ｍｍにすることが好ましい。また、前記マグネトロンを小型化するためには、前記マグネットの外側直径ＭＯを５１〜５４ｍｍにすることが好ましい。これによって、前記マグネトロンは、所望の出力の高周波エネルギーを発生させるとともに、小型化される。

したがって、本発明に係る小型化されたマグネトロンを提供することで、従来のマグネトロンの性能を維持しながらも、全体的な大きさが約２０％減少して製品原価を低減するとともに、市場競争力を確保することができる。また、前記マグネトロンが占める空間が減少することで、電子レンジなどの電装室の内部空間を一層効率的に活用することができる。

一方、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。

本発明に係るマグネトロンの構成を示した縦断面図である。本発明に係るマグネトロンの構成を示した断面図である。本発明に係るマグネトロンのマグネットの外側直径による磁場の平均密度変化を示したグラフである。本発明に係るマグネトロンのマグネットの外側直径による磁場の平均密度変化を示したグラフである。

符号の説明

１ａ，１ｂ上/下側マグネット
２，３上/下磁極
４，５上/下ヨーク
９アノードシリンダー
ＭＯマグネットの外側直径
ＭＩマグネットの内側直径
ＭＴ１上側マグネットの厚さ
ＭＴ２下側マグネットの厚さ
ＰＧ上/下磁極間の間隔

Claims

アノードシリンダーと、前記アノードシリンダーの上下部にそれぞれ設けられた上側及び下側マグネットと、前記マグネットに連結された上磁極及び下磁極と、を含むマグネトロンであって、
前記マグネットの内側直径は１９〜２１ｍｍで、前記マグネットの厚さは１１.５〜１２.５ｍｍで、前記マグネットの外側直径は５０〜５４ｍｍであることを特徴とするマグネトロン。
前記上磁極と下磁極との間の間隔は、１０.５〜１１.５ｍｍであることを特徴とする、請求項１記載のマグネトロン。
前記各磁極の外側直径は、３４〜３５ｍｍであることを特徴とする、請求項１記載のマグネトロン。
前記上磁極の上端と前記下磁極の下端との間の間隔は、約２３.５ｍｍであることを特徴とする、請求項１記載のマグネトロン。
前記マグネットは、フェライト系材質からなることを特徴とする、請求項１記載のマグネトロン。
アノードシリンダーと、前記アノードシリンダーの上下部にそれぞれ設けられた上側及び下側マグネットと、前記マグネットに連結された上磁極及び下磁極と、を含むマグネトロンであって、
前記マグネットの内側直径は１９〜２１ｍｍで、前記上側マグネットの厚さは１１.５〜１２.５ｍｍで、前記下側マグネットの厚さは９.５〜１０.５ｍｍで、前記マグネットの外側直径は５１〜５４ｍｍであることを特徴とするマグネトロン。
前記上磁極と下磁極との間の間隔は、１０.５〜１１.５ｍｍであることを特徴とする、請求項６記載のマグネトロン。
前記各磁極の外側直径は、３４〜３５ｍｍであることを特徴とする、請求項６記載のマグネトロン。
前記上磁極の上端と前記下磁極の下端との間の間隔は、約２３.５ｍｍであることを特徴とする、請求項６記載のマグネトロン。
前記マグネットは、フェライト系材質からなることを特徴とする、請求項６記載のマグネトロン。