KR100495136B1 - 마그네트론 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로서, 마그네트론 본체의 음극단자에 필터를 구성하는 인덕터가 접속되고, 상기 음극단자와 접속되는 인덕터가 직렬 접속 된 공심 소권(疎卷:느슨하게 감겨진)형 인덕터와 코어를 가지는 코어형 인덕터로 이루어지고, 또한 상기 공심 소권형 인덕터가 소권피치가 작은 부분과 소권피치가 큰 부분으로 이루어지고, 상기 소권피치가 큰 부분이 상기 음극단자측에 접속되어 있어 필터박스를 대형화하지 않고 마그네트론의 입력측 잡음억제 필터회로를 구성하는 인덕터의 발열을 억제하고 또한, 마그네트론의 음극 역 가열을 억제한 고신뢰성의 마그네트론의 기술을 제공한다.

Description

마그네트론{MAGNETRON}

본 발명은 마그네트론에 관한 것이다. 또한 상세하게 예를 들면 전자 레인지등의 마이크로파 가열기기 또는 레이더등에 사용되는 마그네트론이고， 마그네트론의 입력측 잡음 억제 필터 회로를 구성하는 인덕터의 발열을 억제하고， 또한 마그네트론의 음극 역 가열을 억제한 고 신뢰성의 마그네트론에 관한 것이다.

마이크로파 장치의 하나로서, 전자 레인지가 보급되어 세계적으로 사용되고 있다． 이 전자 레인지로부터 잡음이 발생하면，라디오，텔레비전， 통신기기등에 잡음이 들어가고，정상적인 동작이 방해 될 우려가 있다．그 때문에, 전자 레인지로부터의 잡음을 방지할 필요가 있지만，전자 레인지로부터의 잡음은，주로 마이크로파 진원으로서 사용되고 있는 마그네트론으로부터 발생한다．이 마그네트론으로부터 생기는 잡음은 수백kHz의 저 주파수대로부터 수십GHz 고 주파수대에 이르기까지 광대역으로 되어 있다．

상기에서, 양극 통체의 중심부에 음극체가 배치되고，해당 음극체의 주위에 양극 공동(空同)을 형성하고 있는 종래의 마그네트론에 있어서는，잡음을 방지하는 대책의 하나로서, 도면 ７∼９에 나타나는 바와 같이，마그네트론 본체(51)의 음극 단자(52, 53)에 접속되고，입력측 잡음 억제 필터 회로를 구성하는 인덕터(이하, 코어형 인덕터라고 말하다)(54) 및 관통형 콘덴서(56)로 된 저역필터가 사용되고 있다. 또한, 이 음극 단자(52, 53)，코어형 인덕터(54) 및 관통형 콘덴서(56)는 ，필터 박스(57)에 의해 실드된다．상기 기록 저역 필터를 이용한 잡음 방지의 종래 기술은 전자 레인지용 마그네트론 잡음 방지의 주류가 되고 있다．

그런데，상기 코어형 인덕터(54)는 ，전파 흡수체이고，예를 들면 비 투자(透磁)율이 높은 페라이트등으로 이루어지는 코어(54b)와 ，폴리아미드 이미드등의 절연 재료가 피복 된 구리선이 코어(54b)의 외주에 단단히 감겨진 코일(54a)로 이루어지고，전기적인 직선부(54c)를 개입하여 음극단자(52, 53)에 접속되어 있다． 이 직선부(54c)의 길이는，음극체에서 본 음극단자(52, 53) 측의 인피던스가 무한대가 되도록 조정되고，음극체에 유도 된 마이크로파의 기본파(발진하는 주파수, 예를 들면 ２４５０ＭＨz의 마이크로파）가 음극 단자(52, 53)로부터 누설되지 않도록 하기 위해 마그네트론의 설계상에 있어서 중요한 요소의 하나이며, 마그네트론 본체(51)의 설계에 따라서 최적의 치수가 설정되어 있다.

즉, 음극 단자(52, 53)에 마그네트론 본체(1)의 내부에서 발생한 기본 발진 주파수，예를 들면 2450MHz의 마이크로파 출력의 일부가 잡음과 함께 누설되어 오면，발진 한 마이크로파가 필요없게 됨과 동시에 코어(54b)가 그 에너지를 흡수한다． 그 결과，발진 효율이 저하됨과 동시에，누설되는 마이크로파 에너지가 클 때에는 코어(54b)가 발열하고，코일(54a)의 절연 피막이 소실되어 절연 파괴를 일으키거나，직렬로 접속되어 있는 관통형 콘덴서(6)에 승온에 의해 절연 파괴를 일으킨다．그 때문에, 직선부(54c)의 길이를 음극체에서 본 음극 단자(52, 53)측의 임피던스가 최대가 되도록 조정하고，누설되는 마이크로파 에너지를 작게 하고 있다．

또한, 일본국 특공소 57-17344호 공보에는，코어형 인덕터와 음극단자와의 사이에 ，페라이트의 코어를 갖지 않는 공심형(空芯型)의 인덕터를 접속하고，누설되는 마이크로파 에너지를 반사 또는 감쇠시키는 기술이 기재되어 있다.

그런데, 마그네트론의 성질상 음극 역 가열이라고 불리는 현상이 있다． 이 음극 역 가열이란 ，마그네트론의 양극통체와 음극체와의 사이에서 회전하는 전자중에는，고주파 전계에 의해 가속 된 후 음극체에 충돌하는 전자가 발생하지만, 이 전자의 충돌에 의해 음극체를 구성하는 필라멘트가 가열되고 데미지가 전해지는 현상이다．이 음극 역 가열에 의해 부하 임피던스가 높아지면 필라멘트의 수명이 상당히 단축 될 우려가 있다．

이 음극 역 가열에 대해서도，음극 단자(52, 53)에서 코어 형 인덕터까지의 직선부(54c)의 길이를 조정하는 것으로 최적화하는 것이 가능하지만, 도면 10에 나타나는 바와 같이 마그네트론의 음극 역 가열이 상기 코어형 인덕터의 온도 상승에 적합한 길이와 일치되는 것은 아니었다．도면 10은 종래의 마그네트론 코어형 인덕터(54) 직선부(54c)의 길이에 대해 코어형 인덕터(54)의 온도 상승 변화와의 관계（실선 Ｒ1） 및 마그네트론의 음극 역 가열과의 관계(파선 R2）를 나타내고 있다． 이 마그네트론의 음극 역 가열과의 관계는 발진 전후의 필라멘트 전류비를 퍼센트로 표시한 것이고, 값이 작을수록 음극 역 가열의 영향이 큰 것을 나타내고 있다．

또한, 상기 일본국 특공소 57-17344호 공보에는 코어형 인덕터와 음극단자와의 사이에 코어를 갖지 않는 공심형의 인덕터를 접속한 경우에도 동일하게 이 공심형의 인덕터에서 음극단자로의 직선부의 길이를 최적화하는 것이 필요해 진다. 이로 인하여，인덕터의 설계가 복잡화되어 인덕터 전체가 대형화된다. 상기에 따라서, 인덕터와 필터 박스와의 절연 거리를 확보 할 필요가 있기 때문에 필연적으로 필터 박스도 대형화되는 문제가 있다.

본 발명은，상기의 사정을 감안하고 필터 박스를 대형화하는 경우 없이 마그네트론의 입력측 잡음억제 필터회로를 구성한 인덕터의 발열을 억제하고，또한 마그네트론의 음극 역 가열을 억제한 고 신뢰성의 마그네트론을 제공하는 것을 목적으로 한다．

본 발명의 마그네트론은 ，마그네트론 본체의 음극단자에 필터를 구성하는 인덕터가 접속되고，상기 음극단자와 접속되는 인덕터가 직렬 접속된 공심(空芯) 소권(疎卷:느슨하게 감겨진)형 인덕터와 코어를 갖는 코어 형 인덕터로 이루어지고，또한 상기 공심(空芯)소권(疎卷)형 인덕터가 상기 음극 단자측에 접속되어 이루어지는 마그네트론에서, 상기 공심(空芯)소권(疎卷)형 피치 작은 부분과 소권 피치 큰 부분으로 이루어지고, 상기 소권피치 큰 부분이 상기 음극단자측에 접속되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 직렬 접속 된 공심 소권형 인덕터와 코어를 갖는 코어형 인덕터와의 코일간의 간격이 3.0mm이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 소권피치의 작은 부분의 권선간 간격이 1.0mm이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 소권피치가 큰 부분의 권선간 간격이 1.5mm이상인 것이 바람직하다.

또한 상기 소권피치의 작은 부분의 감겨지는 횟수가 1.5회 이상인 것이 바람직하다.

이하，첨부 도면에 의거하여 본 발명의 마그네트론을 설명한다．

도 1은 마그네트론의 입력측 필터 부분을 나타내는 평면도이고，도 ２는 음극 단자 측의 인덕터부를 나타내는 확대도이다．

본 발명의 한 실시의 형태인 마그네트론은 ，양극 통체의 중심부에 음극체가 배치되고，그 음극체의 주위에 양극 공동을 형성하고 있고，일반 가정용의 전자 렌지에 사용되고 있는 발진 주파수는 2450MHz대이다. 이 마그네트론의 입력측 필터 부분은，도1~2에 나타나는 바와같이，종래의 마그네트론과 동일하게 마그네트론 본체(미도시）의 음극단자(2,3)에 접속되고，입력측 잡음억제 필터회로를 구성하는 코어형 인덕터(4) 및 관통형 콘덴서(6)로 이루어지는 저역필터가 사용되고 있으며 소권피치가 작은 부분(5a)과 소권피치가 큰 부분(5b)을 갖는 공심 소권형 인덕터(5)가 형성되어 있다. 이 느슨하게 감겨지는 피치의 큰 부분(5b)은 전기적인 직선부(5c)를 이용하여 음극 단자(2, 3)에 접속되어 있다． 또한，이 음극 단자 (2, 3), 코어형 인덕터(4)，공심 소권형 인덕터(5)， 직선부(5c) 및 관통형 콘덴서(6)는 필터박스(7)에 의해 실드되어 있다．

상기 코어형 인덕터(4)는，전파 흡수체이고，예를 들면 비 투자율이 높은 페라이트(ferrite)등으로 이루어지고, 직경이 5mm정도의 코어(4b)와,그 주위에 직경이 1.4mm의 폴리아미드 이미드등의 내열성 절연수지가 피막 된 구리선등이 빽빽하게 감겨진 코일(4a)로 이루어진다. 이 코일(4a)은，예를 들면 상기 피복 구리선이 코일간 간격이 없고 빽빽하게 9.5회 감긴 것이다. 또한, 코어 형 인덕터(4)는，잡음 필터 특성이나 인버터 전원 구동시의 적정 필라멘트 전류값의 조정등이 목적에 따라서，코일선 지름，감는 수，감는 피치등을 적절히 선정하는 것이 가능하다.

본 실시의 형태에서는，코어형 인덕터(4)의 원주 기둥형 코어(4b)의 외주에 코일(4a)을 감아 회전하고 있지만 ，본 발명에 있어서는，여기에 한정되지 않고, 코어(4b)의 형상(4a)을 다각형으로 한 기둥형으로 하는 것이 가능하다. 또한, 코어(4b)를 페라이트 재료로 형성하였지만, 이것에 한하지 않고，철 또는 세라믹스등의 자성체로 형성하는 것도 가능하다．또，코일(4a)의 내경을 코어(4b)의 외경에 대해서 약간 크게 할 수 있다．

상기 공심 소권형 인덕터(5)는 ，직경이 1.4mm의 폴리아미드 이미드등의 내열성 절연 수지가 피막 된 구리선등을 코어 형 인덕터(4)와 동일한 정도의 코일지름으로 느슨하게 감겨 진 것이고, 코어 형 인덕터(4)와 음극 단자(2,3)측과의 사이에 마련되어 있다．이 공심 소권형 인덕터(5)와 코어형 인덕터(4)와의 코일간 간격(A)은 약 4.6mm이다.

또，상기 공심 소권형 인덕터(5)가 느슨하게 감겨지는 피치 작은 부분(5a)은 약0.3ｍｍ의 코일간 간격(B)으로 2.5회 감겨 소권 코일로 되어 있다．또，소권피치가 큰 부분(5b)은 약 2.0mm의 코일간 간격 C로 감겨 회전 된 소권 코일로 되어 있다.

다음에 본 실시의 형태인 마그네트론의 작용 효과에 관하여 설명한다． 본 실시형태에서는 공심 소권형 인덕터(5)가 인덕터의 발열을 억제하는 것이 목적인 소권피치의 작은 부분(5a)과 ，필라멘트의 역 가열을 억제하기 위하여, 전기장을 최적화하는 것이 목적인 소권피치의 큰 부분(5b)을 가지고 있기 때문에，음극 단자(2, 3)로부터의 누설 마이크로파의 증대를 방지하고 있다．

먼저, 마그네트론 본체의 음극 단자(2, 3)에 접속 된 소권피치의 큰부분(5b) 대해서 설명한다． 이 소권피치의 큰 부분(5b)은 ，코일간 간격(C)이 약 1.5mm이상이고, 코어를 갖지 않는 공심으로 구성되어 있기 때문에 ，사실상 인덕터로서 작용하지 않는다．소권피치가 큰 부분(5b)의 전개 길이는，직선부(5c)와 마찬가지로 음극 역 가열이라고 불리우는 음극체를 구성하는 필라멘트가 가열되어，데미지를 전하는 현상을 억제하기 위한 전기장을 조정하는 것이 가능하다. 상기 소권피치의 큰 부분(5b)을 코일링으로 형성하는 이유는 ，최적 전기장의 조정을 직선부(5c)만으로 구성하려고 한다면，직선부(5c)를 매우 길게 할 경우가 생기며 필터 박스가 대형화 되지만 소권피치의 큰 부분(5b)을 이용하는 것에 의해 직선부(5c)를 매우 길게 하는 경우에 있어서도 피치가 큰 부분 (5b)의 전개장으로 보충하는 것이 가능하기 때문이다.

또한，상기 소권피치(5b)의 코일간 간격이 1.5mm이상인 것은 많은 실험에서 요구 된 것이다．그 결과에 대해서，도 3을 이용하여 다음의 설명을 실행한다．

도 3은 마그네트론의 소권피치의 큰 부분(５ｂ)의 코일간 간격(Ｃ)에 대한 마크네트론의 음극 역가열과의 관계를 나타내고 있다．마그네트론의 음극 역 가열과의 관계는 기술 한 바와 같이, 발진 전후의 필라멘트 전류비를 퍼센트로 표시한 것이고, 값이 작을수록 음극 역 가열의 영향이 큰 것을 나타내고 있다．여기에서 ，발진 전후의 필라멘트 전류비에 관해 최적의 직선부(5c)인 전기장(필터박스의 스페이스에 관계없이 감아 회전하지 않고 필요한 길이를 구한 전기장)을 견출한 후，이 직선부(5c)를 소권피치가 큰 부분(5b)의 전개장으로 보충하기 때문에 ，소권피치가 큰 부분(5b)의 코일간 간격(C)을 1.0~3.1mm까지 변화시킨 결과，1.5mm이상이라면 발진 전후의 필라멘트 전류비에 그다지 영향을 미치지 않고，1.0mm 미만에서는 급격하게 값이 작아지는 영향을 주고 있고，음극 역 가열의 영향이 큰 것을 나타내고 있다． 따라서 소권피치 큰 부분(5b)의 코일간 간격(C)은，1.5미만이면 본 발명의 목적을 구할 수 없기 때문에 1.5mm이상이 바람직하고，2.0mm 이상이 또한 바람직한 것을 알 수 있다.

상기 음극 단자(2, 3)로부터 소권피치가 큰 부분(5b)의 다음에 소권피치가 작은부분(5a)이 형성되어 있다. 이 소권피치가 작은 부분(5a)은 코일간 간격 B가 1.0mm하이고, 감는 수를 1.5이상의 코어를 갖지 않는 공심으로 구성되어 있다．마그네트론 본체의 내부에서 발생한 마이크로파 출력의 일부가 누설 마이크로파 에너지로 이루어져, 음극 단자(2, 3)와 소권피치가 큰 부분(5b)을 통하여 누설해 오는 경우가 있지만 소권피치의 작은 부분(5a)에 의해 반사 또는 감쇠된다．그 결과，발진 효율이 저하돠지 않는다． 또，누설 마이크로파 에너지가 큰 경우라도 ，페라이트 코어(4b)가 발열하거나 하는 경우가 없기 때문에，코일(4a)의 절연 피막이 소실하여 절연 파괴를 일으키거나 하는 경우 없이，직렬로 접속되어 있는 관통형 콘덴서(6)의 승온에 의한 절연 파괴를 일으키거나 하는 경우가 없다.

또한，소권피치의 작은 부분(5a)의 코일간 간격(B)이 1.0mm이하인 것은 다수의 실험에서 요구 된 것이다． 도면 4에 나타나는 바와 같이, 소권피치의 작은 부분(5a)의 코일간 간격(B)이 이 값을 초과한다면 누설 마이크로파 에너지를 반사 또는 감쇠시키는 효과가 작아지기 때문이다．단, 소권피치의 작은 부분(5a)의 코일끼리 밀착하면 코일간에서 누설 마이크로파의 위상 차이에 의한 선간 방전이 일어나고， 소권피치 작은 부분(5a)의 절연 피막이 소실하여 절연 파괴를 일으키거나 할 우려가 있기 때문에，인덕터의 가공 공차를 고려하여 약0.1~1.0mm의 소권피치의 작은 부분(5a)의 코일간 간격(Ｂ)으로 하는 것이 또한 바람직하다．

또한，소권 피치 작은 부분(5a)의 감는 수를 1.5회 이상 감는 한 이유는，도 5에 나타나는 바와 같이 감는 수가 너무 적으면 누설 마이크로파 에너지를 반사 또는 감쇠시키고 효과가 작아지기 때문이다．또，너무 크다면 필터 박스의 대형화로 연결되는 경우가 있으므로 소권피치가 작은 부분(5a)의 감는 수는 약 1.5 ~ 5.5회의 범위가 바람직하다．

또，소권피치가 작은 부분(5a)과 코어를 갖는 코어형 인덕터(4)와의 사이의 코일 간격(A) 수 많은 실험에서 ，도 6에 나타나는 바와 같이3.0mm 이상 분리하여 형성하는 것에 의해 누설 마이크로파 에너지를 반사 또는 감쇠시키는 효과가 커진다．

이상 설명한 바와 같이，본 발명에 의하면 직렬 접속 된 공심 소권형 인덕터와 코어를 갖는 코어형 인덕터로 이루어지고，상기 공심 소권형 인덕터는 인덕터의 발열을 억제하는 것이 목적인 소권피치의 작은 부분과,필라멘트의 역 가열을 억제하기 위해 전기장을 최적화하는 것이 목적인 소권피치의 큰 부분을 가지고 있기 때문에，음극 단자로부터의 누설 마이크로파 증폭이 발생하는 경우는 없다．그 때문에 누설 마이크로파의 증폭에 의한 인덕터의 소실이나 마그네트론의 음극 역 가열에 의한 필라멘트의 데미지를 초래하는 경우 없이 신뢰성의 마그네트론을 얻는 것이 가능하다.

또，인덕터의 대형화를 필요로 하지 않기 때문에 필터박스도 대형화 시키지 않고 비용이 증가되지 않는 마그네트론을 얻을 수 있다．

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 있어서의 마그네트론 입력측 필터 부분을 나타내는 평면도이다.

도 2는 음극단자측 인덕터부를 나타내는 확대도이다.

도 3은 마그네트론의 소권피치가 큰 부분의 코일간 간격에 대한 마그네트론의 음극 역 가열과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 4는 공심 소권형 인덕터의 소권피치의 작은 부분의 코일간 간격에 대한 코어형 인덕터의 온도 상승변화와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 5는 공심 소권형 인덕터의 소권피치가 작은 부분이 감는 횟수에 대한 코어형 인덕터의 온도상승 변화와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 6은 공심 소권형 인덕터와 코어를 가지는 코어형 인덕터와의 코일간 간격에 대한 코어형 인덕터의 온도 상승변화와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 7은 종래 마그네트론에 있어서의 필터박스의 측단면이다.

도 8은 종래 마그네트론에 있어서의 필터박스의 평면도이다.

도 9는 종래 마그네트론의 코어형 인덕터를 나타내는 도면이다.

도 10은 종래 마그네트론의 코어형 인덕터의 직선부의 길이에 대한 코어형 인덕터의 온도상승 변화와의 관계 및 마그네트론의 음극 역 가열과의 관계를 나타내는 도면이다.

*주요부분을 나타내는 도면 부호의 설명*

2, 3 : 음극단자 4 : 코어형 인덕터

4a : 코일 4b : 코어

4c : 직선부

5 : 공심 소권형(느슨하게 감는형) 인덕터

5a : 소권 피치의 작은 부분

5b : 소권 피치의 큰 부분

5c : 직선부 6 : 관통형 콘덴서

7 : 필터 박스

Claims (5)

1. 마그네트론 본체의 음극 단자에 필터를 구성하는 인덕터가 접속되고，

   상기 음극 단자와 접속되는 인덕터가 직렬 접속된 공심 소권형 인덕터와 코어를 갖는 코어형 인덕터로 이루어지고，또한 상기 공심 소권형 인덕터가 상기 음극 단자측에 접속되어 이루어지는 마그네트론에서,

   상기 공심 소권형 인덕터가 인덕터의 발열을 억제하기 위한 소권피치가 작은 부분과, 필라멘트의 역가열을 억제하기 위한 소권피치가 큰 부분으로 이루어지고, 상기 소권피치가 큰 부분의 코일 간 간격을 1.5mm 이상으로 하고, 또한 상기 소권피치가 작은 부분의 코일 간 간격을 1.0mm이하로 하며, 상기 소권피치가 큰 부분이 상기 음극 단자측에 접속되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 직렬 접속 된 공심 소권형 인덕터와 코어를 가지는 코어형 인덕터와의 코일간 간격이 3.0mm 이상인 것을 특징으로 하는 마그네트론
3. 삭제
4. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 소권피치의 작은 부분의 감는 횟수가 1.5회 이상 감는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
5. 삭제