JP3996130B2 - マグネトロン - Google Patents

Description

本発明はマグネトロンに係り、より詳しくは高周波を発生させるため、陽極ボディと陰極部との間に複数のベーンが陽極ボディの軸心側に放射状に設けられたマグネトロンに関するものである。

マグネトロンは高周波発生器であって、高周波加熱装置、粒子加速器、レーダーなどの産業分野と電子レンジなどの家電分野に広範囲に使用される。マグネトロンは、円筒状の陽極ボディに複数のベーンが陽極ボディの軸心側に放射状に設けられ、その軸心には熱電子を放出する陰極部が設けられる。

外部の電源供給装置から陰極部に電源が供給されると、陰極部のフィラメントが加熱され、加熱されたフィラメントから熱電子が持続的に放出されることにより、一連の熱電子群が形成される。この熱電子群は、フィラメントとベーン間の作用空間に形成される電界と磁界の影響によりフィラメントの周囲を回転しながら移動し、ベーンの先端部に接することにより、二つの隣接ベーン間に交互の極性の電気的電位差を発生させる。陽極ボディと複数のベーン間に形成される複数の共振回路内の交互極性の電気的電位差による振動が持続的に発生するので、熱電子群の回転速度に相応する高周波信号が発生する。

二つの隣接ベーンとその間を連結する陽極ボディは一つの共振回路を形成する。マグネトロンが動作するとき、二つの隣接ベーンとその間を連結する陽極ボディでは電荷の移動が発生するが、この移動方向は周期的に交番する。マグネトロンから発生する高周波信号の周波数は、二つの隣接ベーン間で移動する電荷の移動方向の交番周期によって決定される。

マグネトロンの動作中、二つの隣接ベーンとその間の陽極ボディを介して電荷が移動するとき、各ベーンの先端部での電界分布が均一でないと、マグネトロンから発生する高周波信号により無駄な高調波信号が発生し得る。

したがって、本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、陽極ボディに接触するベーンの外側端部の構造を改善してベーンの電界分布を均一にすることで無駄な高調波の発生を抑制するマグネトロンを提供することにある。

前記のような目的を達成するため、本発明は、陽極ボディと、前記陽極ボディの内側面に、前記陽極ボディの軸心側に放射状に連結され、それぞれ前記陽極ボディの内側面と接触する外側端部に少なくとも一つの切取部を有する複数のベーンとを含むマグネトロンを提供する。

本発明のマグネトロンは、前記陽極ボディの軸心に設けられる陰極部と、前記複数のベーンの一つに連結されるアンテナと、前記陽極ボディの内部に磁界を形成させる磁性材とをさらに含み得る。

以上のような本発明によるマグネトロンは、陽極ボディに接触するベーンの外側端部の構造を改善してベーンの電界分布を均一にすることにより、無駄な高調波の発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施例によるマグネトロンを図１ないし図４に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例によるマグネトロンの断面図である。同図に示すように、円筒状の陽極ボディ１０２とともに陽極部を構成する複数のベーン１０４が陽極ボディ１０２の軸心方向に等間隔で放射状に配置されることにより共振回路を形成する。この複数のベーン１０４のいずれか一つには、外部に高調波を誘導するためのアンテナ１０６が接続される。陽極ボディ１０２に接触するベーン１０４の外側端部には半円状の電界調節切取部１５０が形成される。この電界調節切取部１５０はベーン１０４の電界分布を均一にするためのものである。また、複数のベーン１０４はその上部及び下部にそれぞれ二つずつ設けられたストラップ１１６により交番に接続される。陽極ボディ１０２の軸心には、高温で熱電子を放出するコイルスプリング状のフィラメント１１２を含む陰極部が配置され、このフィラメント１１２とベーン１０４の内側端部間には作用空間１１４が形成される。

フィラメント１１２の両端にはそれぞれ上部シールド１１８ａと下部シールド１１８ｂが取り付けられ、センターリード１２０が下部シールド１１８ｂ及びフィラメント１１２の中央部を貫通して上部シールド１０８ａに溶接で固着される。また、下部シールド１１８ｂの下面にはサイドリード１２２が溶接で固着される。このようなセンターリード１２０とサイドリード１２２は外部電源端子に連結されることにより、ベーン１０４の先端とフィラメント１１２間の作用空間１１４に電界を形成する。

上部永久磁石１２４と下部永久磁石１２６はそれぞれ陽極部の上側と下側に相違した極性が対向するように設けられ、作用空間１１４に磁界を形成させる。このような上部永久磁石１２４及び下部永久磁石１２６により形成される磁束を作用空間１１４に誘導するための上部磁極片１３４及び下部磁極片１３６が陽極ボディ１０２の上部及び下部にそれぞれ設けられる。

このような構成の外側には上部ヨーク１２８及び下部ヨーク１３０が取り付けられる。上部ヨーク１２８及び下部ヨーク１３０は互いに磁気的に接続されて、上部永久磁石１２４及び下部永久磁石１２６を接続する磁器回路を形成する。

フィラメント１１２から放出される熱電子は陽極部のベーン１０４の先端に到達して衝突する。このため、ベーン１０４及び陽極ボディ１０２の温度が大きく上昇する。このような高温の陽極ボディ１０２と下部ヨーク１３０を放熱ピン１３２で連結することにより、陽極部から発生する熱を下部ヨーク１３０を介して外部へ放出する。

外部の電源供給装置からフィラメント１１２に電源が供給されると、フィラメント１１２が加熱され、加熱されたフィラメント１１２から熱電子が持続的に放出されることにより、一連の熱電子群が形成される。この熱電子群は、作用空間１１４に形成される電界と磁界の影響によりフィラメント１１２の周囲を回転しながら移動し、ベーン１０４の先端部に接することにより、二つの隣接ベーン間に交互の極性の電気的電位差を発生させる。陽極ボディ１０２と複数のベーン１０４間に形成される複数の共振回路内の交互の極性の電気的電位差による振動が持続的に発生するので、熱電子群の回転速度に相応する高周波信号が発生し、アンテナ１０６を介して外部へ送出される。

図２は図１に示す本発明の実施例によるマグネトロンの陽極ボディ１０２、ベーン１０４及びストラップ１１６の構造を示す。同図に示すように、同一形状を有する偶数のベーン１０４の外側端部が円筒状の陽極ボディ１０２の内周面に接するように放射状に取り付けられるが、隣接ベーン１０４は上部と下部が交番するように取り付けられる。すなわち、図２に示すように、二つの隣接ベーン１０４ａ、１０４ｂは上下が逆さまに交番するように配設される。すなわち、ベーン１０４ａの場合は、アンテナ連結部２０２ａが上側に位置し、電界調節切取部１５０ａがベーン１０４ａの外側端部の上側に位置する。反面、隣接ベーン１０４ｂの場合は、アンテナ連結部２０２ｂが下側に位置し、電界調節切取部１５０ｂがベーンの外側端部の下側に位置する。

それぞれのベーン１０４は上部ストラップ１１６ａ、１１６ｂと下部ストラップ１１６ｃ、１１６ｄにより電気的に連結される。上部ストラップ１１６ａ、１１６ｂはさらに外側ストラップ１１６ａと内側ストラップ１１６ｂに区分される。外側ストラップ１１６ａは奇数番目のベーン１０４を電気的に連結し、内側ストラップ１１６ｂは偶数番目のベーン１０４を電気的に連結する。

図３は図２に示す本発明の実施例によるマグネトロンの二つの隣接ベーン１０４ａ、１０４ｂとこのベーン間を連結する陽極ボディ１０２での電荷の移動分布を示すもので、図２の陽極ボディ１０２の軸心側から陽極ボディ１０２を見て、二つのベーン１０４ａ、１０４ｂを両側に広げた状態を仮定して示す展開図である。

図３に示すように、ベーン１０４ａの上部を介して移動する電荷の分布は、ベーン１０４ａに形成された電界調節切取部１５０ａの周囲で電界調節切取部１５０ａの上下側に分けられて陽極ボディ１０２に移動する。陽極ボディ１０２においては、分けられて到達した電界が合わせられて隣接ベーン１０４ｂに移動する。ベーン１０４ａに形成された電界調節切取部１５０ａの周囲の電荷移動経路を見ると、ベーン１０４のほかの部分よりも電界移動経路が長いことが分かる。このため、この部分では電界の強度が減少する。二つの隣接ベーン１０４ａ、１０４ｂの対称的設置構造のため、このような電界調節切取部１５０ａ、１５０ｂの作用は、電荷が反対方向に移動する場合にも同様である。

図４は図１に示す本発明の実施例によるマグネトロンにおいて、ベーン１０４の外側端部の長さに対する電界分布（強度）を示す特性曲線である。図３において、ベーン１０４ａ、１０４ｂの両端をそれぞれＡ、Ａ′とＢ、Ｂ′に区分した。図４において、電界調節切取部が設けられていない従来のベーンの外側端部の電界分布を示す特性曲線４０２を見ると、電界の分布が均一でなく、Ｂ、Ｂ′側に高い電界が形成されることが分かる。このような電界分布の不均一により高調波成分が発生する。これとは異なり、本発明による電界調節切取部１５０を有するベーン１０４の外側端部の両端に形成される電界分布の特性曲線４０４を見ると、両端Ａ−Ｂ及びＡ′−Ｂ′の電界分布が均衡を取ることが分かる。

本発明の実施例によるマグネトロンの断面図である。 図１のマグネトロンの陽極ボディ、ベーン及びストラップの構造を示す斜視図である。 図２のマグネトロンの二つの隣接ベーンとその間を連結する陽極ボディにおける電荷移動分布を示す展開図である。 図１のマグネトロンのベーンの外側端部の長さに対する電界分布を示す特性曲線である。

符号の説明

１０２ 陽極ボディ
１０４ ベーン
１０６ アンテナ
１１２ フィラメント
１１４ 作用空間
１１６ ストラップ
１１８ａ 上部シールド
１１８ｂ 下部シールド
１２０ センターリード
１２２ サイドリード
１２４ 上部永久磁石
１２６ 下部永久磁石
１２８ 上部ヨーク
１３０ 下部ヨーク
１３２ 放熱ピン
１３４ 上部磁極片
１３６ 下部磁極片
１５０ 電界調節切取部

Claims (5)

1. 陽極ボディと、
   前記陽極ボディの内側面に、前記陽極ボディの軸心側に放射状に連結され、それぞれ前記陽極ボディの内側面と接触する外側端部に少なくとも一つの切取部を有する複数のベーンとを含んでなり、
   前記ベーンに設けられた切取部は、前記ベーンの外側端部に均一な電界が形成されるようにし、
   前記各ベーンは前記ベーンの上部又は下部に選択的に設けられるアンテナ連結部を含み、前記切取部は、前記アンテナ連結部が形成される位置に追従するよう、前記ベーンの外側端部の上側又は下側に選択的に形成されることを特徴とするマグネトロン。
2. 前記切取部は半円状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
3. 前記ベーンに設けられた切取部は、二つの隣接ベーンとその間に位置する陽極ボディを介して移動する電荷の移動速度が前記二つのベーンの外側端部で均一になるようにすることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
4. 前記切取部は、高周波が発生する間、前記ベーンの外側端部のなかで、最大電界が発生する部分に設けられることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
5. 陽極ボディと、
   前記陽極ボディの内側面に、前記陽極ボディの軸心側に放射状に連結され、それぞれ前記陽極ボディの内側面と接触する外側端部に少なくとも一つの切取部を有する複数のベーンと、
   前記陽極ボディの軸心に設けられる陰極部と、
   前記複数のベーンの一つに連結されるアンテナと、
   前記陽極ボディの内部に磁界を形成させる磁性材とを含んでなり、
   前記ベーンに設けられた切取部は、前記ベーンの外側端部に均一な電界が形成されるようにし、
   前記各ベーンは前記ベーンの上部又は下部に選択的に設けられるアンテナ連結部を含み、前記切取部は、前記アンテナ連結部が形成される位置に追従するよう、前記ベーンの外側端部の上側又は下側に選択的に形成されることを特徴とするマグネトロン。

Images