KR0139343Y1 - 마그네트론의 음극부구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전원을 인가하는 방향으로 누설되는 고조파 또는 노이즈를 차폐하는 마그네트론의 음극부구조에 관한 것으로써, 열전자를 방출하는 필라멘트(17)와, 상기 필라멘트(17)로부터 방출되는 전자를 편향하여 자속을 발생하는 영구자석(41,43)과, 상기 영구자석(41,43)에서 발생된 자속을 유도하도록 자로를 형성하는 제1 및 제2자극편(33,35)과, 상기 필라멘트(17)를 외측에서 둘러싸서 마이크로파를 발생하도록 다수의 베인(15)이 배치된 양극통체(13)와, 상기 양극통체(13)에서 발생된 마이크로파를 안테나(47)로 유도하는 동축선(49)과, 상기 동축선(49)을 통해 유도된 마이크로파를 유기하는 안테나캡(51)과, 상기 필라멘트(17)에 전원을 공급하도록 외부접속단자(29,31)에 접합된 외부 및 중앙리이드선(23,25)과, 상기 외부 및 중앙리이드선(23,25)을 보호하도록 상기 제2자극편(35)의 하부에 용접고착된 하부금속관(39)과, 상기 외부 및 중앙리이드선(23,25)을 지지고정하도록 상기 하부금속관(39)의 하부에 접합된 절연세라믹(27)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

마그네트론의 음극부구조

제1도는 종래에 의한 마그네트론 음극구조체의 종단면도.

제2도는 종래에 의한 음극측 하부금속관의 확대단면도.

제3도는 본 고안의 일실시예에 의한 마그네트론의 종단면도.

제4도는 본 고안의 적용되는 음극측 하부금속관의 확대단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

13 : 양극통체 15 : 베인

17 : 필라멘트 19,21 : 상부 및 하부엔드햇

23 : 외부리이드선 25 : 중앙리이드선

27 : 절연세라믹 29,31 : 외부접속단자

33,35 : 제1 및 제2자극편 37,39 : 상부 및 하부금속관

41,43 : 영구자석 45 : 절연링

47 : 안테나 49 : 동축선

51 : 안테나캡 53,55 : 요우크

57 : 방열판

본 고안은 전자렌지등의 마이크로파 가열기기에 사용되는 마그네트론에 관한 것으로, 특히 전원을 인가하는 방향으로 누설되는 고조파 또는 노이즈를 차폐하는 마그네트론의 음극부구조에 관한 것이다.

일반적으로, 전자렌지용 마그네트론은 양극통체에서 2450MHz대의 마이크로파 에너지가 발생함과 동시에 그 기본파의 정수배에 해당하는 주파수를 가지는 고조파성분도 발생된다.

이때, 상기 양극통체에서 발생된 기본파와 고조파성분의 에너지는 마그네트론의 출력부로 복사되어 도파관을 통해 전자렌지의 캐비티내로 전달되는데, 상기 양극통체내에서 발생된 마이크로파 에너지의 3∼4%는 음극부의 필라멘트로 유기되어 리이드선을 통해 외부로 전파된다.

상기와 같이, 외부로 전파된 에너지는 무선통신장애를 일으킬뿐만 아니라, 인체에 해를 끼치는 경우가 있어 지역에 따라서는 누설의 한계치를 법으로 규제하고 있다.

현재, 전자렌지용 마그네트론의 경우에는, 제2고조파(4900MHz)에서 제7고조 파 (7350MHz)까지의 고조파와 30KHz∼2GHz까지의 주파수가 규제대상이거나 권유규격이지만, 기본파(2450MHz)와 그 기본파의 고조파성분은 마그네트론의 출력부로 대부분이 누설되고, 그중 일부인 3∼4%정도의 마이크로파 에너지가 음극부로 누설이 되기 때문에 기본파와 그 기본파의 고조파 및 15KHz∼2GHz대역의 노이즈에 대한 절감대책이 필요하다.

이에, 음극부를 통해 누설되는 마이크로파 에너지를 억제하기위한 종래에 의한 마그네트론의 음극구조체에 있어서는, 제1도에 도시한 바와같이, 깔대기형상의 자극편을 둘러싼 하부금속관(1)이 도시되지 않은 양극통체의 일단면과 접하며 기밀하게 용접고착되어 있고, 상기 하부금속관(1)의 음극부 측단부에는 필라멘트(2)를 지지하는 음극부지지체인 몰리브덴제의 리이드선(3,4)이 상부 및 하부엔드햇(5,6)에 용접고착되어 있다.

그리고, 상기 리이드선(3,4)은 절연세라믹체(7)에 형성된 관통구멍을 통해 도시되지 않은 전원단자에 접속되어 있는 외부접속단자(8,9)에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 외부접속단자(8,9)에는 쵸크코일(10,11)의 일단부가 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 상기 쵸크코일(10,11)의 타단부는 박스필터의 측벽부에 배설되어 있는 캐패시터(12)와 접속되어 있고, 상기 쵸크코일(10,11)내에는 2450MHz의 기본파(마이크로파)의 노이즈를 흡수하는 페라이트(10a,11a)가 상기 쵸크코일(10,11)의 길이방향을 따라 삽입고정되도록 하여 음극구조체를 구성하였다.

그런데, 이와같이 구성된 종래 마그네트론의 음극구조체에 있어서는, 리이드선(3,4)을 통해 외부로 전파되는 마이크로파 에너지가 쵸크코일(10,11)의 L값과 캐패시터(12)의 C값에 의한 LC공진회로와 페라이트(10a,11a)에 의해 누설을 억제할 수는 있으나, 쵸크코일(10,11)의 L값과 캐패시터(12) C값의 구조 및 가격에 따른 한계로 원하는 주파수대역의 차단이 불가능하다는 문제점이 있었다.

또한, LC공진회로를 구성하기위한 별도의 캐패시터를 배설해야 하므로 구성이 복잡할뿐만 아니라, 제조비가 상승한다는 문제점이 있었다.

또, 리이드선(3,4)의 일단이 필라멘트(2)에 연결되어 있고, 상기 리이드선(3,4)의 타단이 외부접속단자(8,9)에 연결되어 있기 때문에 양극통체서 발생된 고조파가 용이하게 음극부를 통해 외부로 전파되어 백노이즈가 발생하는데, 이 백노이즈는 상기 필라멘트(2)와 연결된 리이드선(3,4) 및 외부접속단자(8,9)를 통해 마그네트론에 전원을 공급하는 전원인입선으로 흘러나오고, 이 전원인입선은 전자렌지의 전원단에 연결되어 외부기기에 오동작을 일으킬뿐만 아니라, 인체에 해를 끼친다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기위해 이루어진 것으로써, 본 고안의 목적은 음극부 절연세라믹에 접합된 하부금속관의 형상을 쵸크구조로 형성하여 음극부를 통해 외부로 누설되는 고조파성분을 효과적으로 차폐하여 기기의 오동작을 방지할 수 있을뿐만 아니라, 구조가 간단하여 소형화할 수 있는 마그네트론의 음극부구조를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은, 외부전원공급라인으로부터 양극통체내로 유입되는 노이즈를 차폐하여 안정된 마이크로파 에너지를 공급할 수 있는 마그네트론의 음극부구조를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 의한 마그네트론의 음극부구조는 열전자를 방출하는 필라멘트와, 상기 필라멘트로부터 방출되는 전자를 편향하여 회전운동을 유지하도록 자속을 발생하는 영구자석과, 상기 영구자석에서 발생된 자속을 유도하도록 자로를 형성하는 제1 및 제2자극편과, 상기 필라멘트를 외측에서 둘러싸서 마이크로파를 발생하도록 다수의 베인이 배치된 양극통체와, 상기 양극통체에서 발생된 마이크로파를 안테나로 유도하는 동축선과, 상기 동축선을 통해 유도된 마이크로파를 유기하는 안테나캡과, 상기 필라멘트에 전원을 공급하도록 외부접속단자에 접합된 외부 및 중앙리이드선과, 상기 외부 및 중앙리이드선을 보호하도록 상기 제2자극편의 하부에 용접고착된 하부금속관과, 상기 외부 및 중앙리이드선을 지지고정하도록 상기 하부금속관의 하부에 접합된 절연세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제3도에 도시한 바와같이, 동판등에 의해 원통형상으로 형성된 양극통체(13)의 내부에는 외부로 누설되는 고조파성분을 감쇄시키도록 복수개의 공진공동을 형성하는 다수(짝수)개의 베인(15)이 축심방향을 향하여 등간격으로 배치되어 있고, 이들 양극통체(13)와 베인(15)에 의해 양극부를 구성한다.

그리고, 상기 베인(15)의 선단부측 근처에는 상하부에 각각 캐패시턴스를 변화시켜 일정한 공진주파수를 얻도록 내측 및 외측균압환(15a,15b)이 상기 베인(15)을 하나 걸러서 각각 배치되어 있고, 상기 양극통체(13)의 중심축상 근처에는 상기 다수개의 베인(15)의 선단부에 의해 작용공간(14)이 형성되어 있으며, 이 작용공간(14)내에는 열전자를 방사하도록 토륨-텅스텐등을 나선형상으로 권회한 필라멘트(17)가 상기 양극통체(13)와 동축형상으로 배치되어 있다.

상기 필라멘트(17)의 양단부에는 발진에 기여하지 못하는 손실전류인 열전자가 중심축 방향으로 방사되는 것을 방지하도록 상부 및 하부엔드햇(19,21)이 고착되어 있고, 상기 하부엔드햇(21)의 바닥면에는 몰리브덴제의 외부리이드선(23)이 용접고착되어 있으며, 상기 하부엔드햇(21)의 중앙부에는 몰리브덴제의 중앙지지체인 중앙리이드선(25)이 상기 중앙부에 형성된 관통구멍을 통해서 상기 상부엔드햇(19)의 하단부에 용접고착되어 있다.

여기에서, 상기 중앙리이드선(25)은 상기 하부엔드햇(21) 및 필라멘트(17)에 비접촉으로 관통하면서 중간부의 2개소에서 절곡되어 있고, 상기 외부 및 중앙리이드선(23,25)은 마그네트론의 음극을 지지고정하는 절연세라믹(27)에 형성된 관통구멍을 통해 도시되지 않은 전원단자에 접속되어 있는 제1 및 제2외부접속단자(29,31)에 전기적으로 접속되어 상기 필라멘트(17)에 동작전류를 공급하는 것이다.

또한, 상기 양극통체(13)의 양측개구부에는 상기 필라멘트(17)와 베인(15)에 의해 형성되는 작용공간(14)내에 균일하게 자속을 형성하도록 자로를 형성하는 자성체인 깔대기형상의 제1 및 제2자극편(33,35)이 상기 양극통체(13)의 양단부 내측에 절결된 위치에 안착되어서 잔류하는 양단부 외측 가장자리를 절곡하여 고정한다음 기밀하게 용접고착되어 있다.

상기 제1 및 제2자극편(33,35)의 상하부에는 상기 양극통체(13)의 내부를 진공으로 밀봉하기위한 상부 및 하부금속관(37,39)이 상기 제1 및 제2자극편(33,35)의 중간부 혹은 상기 양극통체(13)의 양측개구단부에 각각 기밀하게 용접고착되어 있다.

또, 상기 상부 및 하부금속관(37,39)의 외측면에는 상기 양극통체(13)내에 일정한 자계분포를 유지하도록 링형상의 영구자석(41,43)이 상기 양극통체(13)의 상부 및 하부의 좌우에 소정의 거리를 두고 배치되어 있고, 상기 마그네트론의 음극부를 구성하는 상기 상부금속관(37)의 상부개구단부에는 상기 상부금속관(37) 및 후술하는 안테나를 절연시키도록 세라믹으로 이루어진 원통형상의 출력측 절연링(45)이 접합되어 있다.

또한 도면에 있어서, 상기 절연링(45)의 상부측 선단부에는 동으로 이루어진 안테나(47)가 접합되어 있고, 상기 안테나(47)의 내측 중앙부근처에는 공진공동내에 발진된 고주파를 출력하도록 상기 베인(15) 하나로부터 도출된 동축선(49)이 상기 제1자극편(33)의 관통구멍을 통과하여 축상으로 연장되면서 상기 동축선(49)의 끝이 상기 안테나(47)에 의해 고정되어 있다.

그리고, 상기 안테나(47)의 외측면에는 상기 안테나(47)의 용접고착부를 보호함은 물론, 전계집중에 의한 스파크방지 및 고주파안테나의 작용을 함과 동시에 고주파 출력을 외부로 끌어내는 안테나캡(51)이 씌워져 있다.

또한, 상기 양극통체(13)의 외주면에는 귀환되는 자속을 연결하기위해 상기 양극통체(13)내의 자속량을 결정하는 요우크(53,55)가 설치되어 있고, 상기 요우크(53,55)내에는 관의 직경방향으로 뻗은 복수개의 알루미늄 방열판(57)이 상기 요우크(53,55)에 고정된 클램프부재(55a)에 의해 감합배치되어 상기 영구자석(41,43)과 함께 자로 형성용 요우크(53,55)에 의해 덮여 있다.

한편, 상기 하부금속관(39)은 상기 양극통체(13)에서 발생한 2450MHz대 기본고주파의 정수배에 해당하는 제2고조파 내지 제7고조파성분이 음극부를 통해 외부로 누설되는 것을 방지하도록 제4도에 도시한 바와같이, 그 상부에 깊이 T와 홀직경 D를 가지는 쵸크구조를 형성하고 있으며, 그 깊이(T)의 길이가 홀직경(D)과 동일하거나 홀직경(D)보다 이상 또는 이하의 치수를 가진다.

또, 상기 하부금속관(39)의 깊이(T)는 그 길이가 5mm이내이며, 그 방향이 상기 양극통체(13)가 있는 안쪽이나 바깥쪽으로 향하도록 설계한다.

이하, 상기와 같이 구성된 마그네트론의 음극부구조의 작용효과를 설명한다.

먼저, 제1 및 제2외부접속단자(29,31)를 통해 전원이 인가되면, 상기 제1외부접속단자(29)→ 중앙리이드선(25)→ 상부엔드햇(19)→ 필라멘트(17)→ 하부엔드햇(21)→ 외부리이드선(23)→ 제2외부접속단자(31)에 의해 폐회로가 구성되어 상기 필라멘트(17)에 동작전류가 공급되어 가열된다.

상기 필라멘트(17)가 가열되어 고온상태가 되면, 필라멘트(17)로부터 열전자가 방출되기 시작하고, 그 방출된 열전자는 베인(15)에 걸리는 고압으로 인해 초기속도로 베인(15)쪽으로 운동을 하며 진행한다.

상기 필라멘트(17)로부터 방출된 열전자가 베인(15)쪽으로 진행하는 동안, 전자는 제1 및 제2자극편(33,35)에 의해 작용공간(14)내에 생성된 자속에 의해 편향을 하게 되고, 이러한 전자의 편향으로 인해 전자들이 전자군을 형성하면서 높은 전위인 베인(15)으로의 진행을 반복적으로 수행하여 상기 베인(15)에는 전자군이 회전하는 속도에 대응하는 2450MHz대(기본파) 마이크로파를 발생한다.

따라서, 상기 베인(15)에서 발생된 마이크로파 에너지는 동축선(49)을 통해 전도되면서 마그네트론의 출력부로 복사되어 도파관을 통해 전자렌지의 캐비티내로 전달된다.

한편, 양극통체(13)에는 발진이 이상적으로 이루어져도 온도증가나 반사파 또는 전자렌지와 마그네트론의 임피던스결함으로 여러가지의 마이크로파를 발생하게 되고, 상기 양극통체(13)에서 발생된 마이크로파는 대부분이 동축선(49)을 통해 전도되면서 많은 고조파성분을 포함한다.

이때, 상기 양극통체(13)에서 발생되는 고조파에 의해 작용공간(14)내에 존재하는 필라멘트(17)가 영향을 받는데, 이는 마이크로파 에너지가운데 고조파 노이즈를 상기 필라멘트(17)가 안테나 역활을 해서 전파를 받는 것이다.

전파를 받은 필라멘트(17)는 연결된 외부 및 중앙리이드선(23,25)과 외부접속단자(29,31)에 노이즈를 전달하는데, 상기 외부 및 중앙리이드선(23,25)과 외부접속단자(29,31)도 외부의 전원단과 연결되어있어 고조파 노이즈는 전원공급선을 통해 전원을 인가하는 방향으로 전송된다.

이에 따라, 음극부를 통해 전원을 인가하는 방향으로 전파되는 고조파성분을 차폐하기위해 본 고안에서는 하부금속관(39)이 외부 및 중앙리이드선(23,25)과 외부접속단자(29,31)와 접촉되지 않고 일정간격을 유지하는 쵸크구조이기 때문에 외부 및 중앙리이드선(23,25)과 하부금속관(39)사이에 쵸크구조를 형성한다.

상기 외부 및 중앙리이드선(23,25)과 하부금속관(39)사이에 형성된 쵸크구조는 마그네트론에서 발진되는 2450MHz외의 저주파와 고주파를 차폐하여 상기 마그네트론에서 발생되는 노이즈를 억제하고, 2450MHz외 저주파가 라인을 따라 역류하는 백노이즈를 효과적으로 차폐시킨다.

그리고, 외부에서 들어오는 노이즈의 경우 외부접속단자(29,31)에서 외부 및 중앙리이드선(23,25)으로 전달되고, 이 마이크로파는 필라멘트(17)로 전달되어 양극통체(13)내로 유입되는데, 본 고안에서는 하부금속관(39)이 쵸크구조이기 때문에 들어오는 마이크로파나 노이즈 역시 차폐시키므로 양극통체(13)에 부작용을 유발하는 요소를 사전에 방지하여 베인(15)에서 안정된 공진주파수를 얻게 된다.

상기 양극통체(13)에 전달되는 역마이크로파나 노이즈가 적으면, 양극통체(13)에서 발생되는 열이 감소되어 결과적으로 마그네트론에서 발생되는 열을 감소할 수 있기 때문에 방열판(57)에서 방열되는 열이 적게되어 마그네트론의 형상을 축소할 수 있다.

한편, 상기 마그네트론에서 감쇄되는 에너지(S)와 차단주파수(fc)는 아래의 (1),(2)식에 도시한 바와같이, 하부금속관(39)의 홀직경(D)과 높이(T)에 따라 변화한다.

S = 32(T/D) dB ...... (1)

fc = (2.7 x 109)/D Hz ...... (2)

따라서, 종래의 하부금속관(1)은 제2도에 도시한 바와같이, 홀직경(D)의 높이(T)보다 크기 때문에 에너지(S)의 감쇄가 작게 이루어지며 차단주파수(fc)도 낮다.

이에 반해, 본 고안의 하부금속관(39)은 제4도에 도시한 바와같이, 홀직경(D)이 높이(T)와 동일하거나 작기 때문에 종래보다 에너지(S)의 감쇄가 크며 차단주파수(fc)도 높으므로 매우 높은 주파수를 차폐해야 하는 고조파를 종래에 비해 더욱 효과적으로 차폐시킬 수 있다.

상기의 설명에서와 같이 본 고안에 의한 마그네트론의 음극부구조에 의하면, 음극부 절연세라믹에 접합된 하부금속관의 형상을 쵸크구조로 형성하여 음극부를 통해 외부로 누설되는 고조파성분을 효과적으로 차폐하여 기기의 오동작을 방지할 수 있을뿐만 아니라, 구조가 간단하여 소형화할 수 있다는 효과가 있으며, 외부전원공급라인으로부터 양극통체내로 유입되는 노이즈를 차폐하여 안정된 마이크로파 에너지를 공급할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (7)

1. 열전자를 방출하는 필라멘트(17)와, 상기 필라멘트)17)로부터 방출되는 전자를 편향하여 회전운동을 유지하도록 자속을 발생하는 영구자석(41, 43)과, 상기 영구자석(41, 43)에서 발생된 자속을 유도하도록 자로를 형성하는 제1 및 제2자극편(33, 35)과, 상기 필라멘트(17)를 외측에서 둘러싸서 마이크로파를 발생하도록 다수의 베인(15)이 배치된 양극통체(13)와, 상기 양극통체(13)에서 발생된 마이크로파를 안테나(47)로 유도하는 동축선(49)과, 상기 동축선(49)를 통해 유도된 마이크로파를 유기하는 안테나캡(51)과, 상기 필라멘트(17)에 전원을 공급하도록 외부 접속단자(29, 31)에 접합된 외부 및 중앙리이드선(23,25)과, 상기 외부 및 중앙리이드선(23, 25)를 보호하도록 상기 제2자극편(35)의 하부에 용접고착된 하부금속관(39) 및, 상기 외부 및 중앙리이드선(23, 25)을 지지고정하도록 상기 하부금속관(39)의 하부에 접합된 절연세라믹(27)으로 이루어진 마그네트론에 있어서, 상기 하부금속관(39)은 음극부를 통해 누설되는 고조파성분을 차폐하도록 초크구조로 형성된 것을 특징으로 하는 마그네트론의 음극부구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 하부금속관(39)은 그 깊이(T)의 길이가 홀직경(D)과 동일한 것을 특징으로 하는 마그네트론의 음극부구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 하부금속관(39)은 그 깊이(T)의 길이가 홀직경(D)이상인 것을 특징으로 하는 마그네트론의 음극부구조.
4. 제1항에 있어서, 상기 하부금속관(39)은 그 깊이(T)의 길이가 홀직경(D) 이하인 것을 특징으로 하는 마그네트론의 음극부구조.
5. 제1항에 있어서, 상기 하부금속관(39)은 그 깊이(T)의 길이가 5mm 이내인 것을 특징으로 하는 마그네트론의 음극부구조.
6. 제1항에 있어서, 상기 하부금속관(39)은 그 깊이(T)의 방향이 상기 양극통체(13)가 있는 안쪽으로 향하는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 음극부구조.
7. 제1항에 있어서, 상기 하부금속관(39)은 그 깊이(T)의 방향이 상기 양극통체(13)가 있는 바깥쪽으로 향하는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 음극부구조.