KR100609960B1 - 마그네트론 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로, 비자성체 재질로 에이실과 에프실을 형성하고, 에이실과 에프실을 자극에 직접 용접하는 구조로 형성하여, 자기장 값을 크게 할 수 있고, 안정적인 자기장을 공급할 수 있어, 마그네트의 크기를 줄일 수 있어 산업전반에서 요구되는 축소된 마그네트론 생산이 가능하고, 제조 비용을 낮출 수 있는 효과가 발생한다.

마그네트론, 에이실, 에프실, 마그네트, 자기장

Description

마그네트론 {Magnetron}

도 1은 종래 기술에 따른 마그네트론의 단면도

도 2는 본 발명에 따른 비자성체로된 에이실과 에프실이 장착된 마그네트론의 개략적인 일부 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

120 : 상자극 121 : 하자극

122 : 마그네트 141 : 에이실(Aseal)

142 : 에프실(Fseal)

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비자성체 재질로 에이실과 에프실을 형성하고, 에이실과 에프실을 자극에 직접 용접하는 구조로 형성하여, 자기장 값을 크게 할 수 있고, 안정적인 자기장을 공급할 수 있어, 마그네트 의 크기를 줄일 수 있으며, 제조 비용을 낮출 수 있는 마그네트론에 관한 것이다.

일반적으로, 마그네트론은 외부로부터 제공되는 고전압에 의해 초고주파를 발생하는 것으로서, 통상 2450㎒의 주파수를 사용하고 있으며 의료용, 전자렌지용, 기타 가열용 등에 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 마그네트론의 단면도로서, 마그네트론은 양극부, 음극부 및 자기부 등으로 나눌 수 있는데, 먼저, 양극부는 원통형으로 된 애노드 실린더(11)와, 상기 애노드 실린더(11)의 내벽에 방사상으로 형성된 다수 개의 베인(12)으로 이루어진다.

그리고, 상기 음극부는 상기 양극부의 중심축 상에 텅스텐(W)에 토륨(Th)성분을 첨가하여 나선형으로 형성되어 열전자를 방사하기 위한 필라멘트(13)와, 상기 베인(12)의 끝단과 필라멘트(13)의 사이에 빈공간으로 마련되어 열전자가 회전되도록 하기 위한 작용공간(14)과, 상기 필라멘트(13)로부터 방사된 열전자의 축방향으로의 이탈을 방지하도록 하기 위하여 상기 필라멘트(13)의 상단과 하단에 마련된 상엔드실드(15)와 하엔드실드(16)와, 상기 필라멘트(13)를 지지하는 동시에 외부전원을 인가하기 위하여 하엔드실드(16)를 관통하여 상엔드실드(15)에 연결되어 있는 센터리드(17)와, 상기 센터리드(17)와 함께 필라멘트(13)에 외부전원을 인가하기 위하여 하엔드실드(16)에 접합되어 있는 사이드리드(18)로 이루어진다.

또한, 상기 자기부는 상기 애노드 실린더(11)의 상단과 하단에 고정되어 자기회로의 통로의 역할이 이루어지도록 하기 위한 상자극(20)과 하자극(21), 상기 작용공간(14)에 자계를 형성하기 위하여 상기 상자극(20)의 상측과 하자극(21)의 하측에 마련되는 마그네트(22)로 이루어진다.

상기의 구성요소 외에도 상기 센터리드(17) 및 사이드 리드(18)의 타단이 세라믹 절연체인 세라믹 스템(31)을 관통하여 연결되어 노이즈 필터회로 역할을 하는 초크코일(32)과, 상기 초크코일(32)이 외부로부터 전류를 인가 받도록 하기 위한 관통형 콘덴서(33)와, 상기 상자극(20)의 상부와 하자극(21)의 하부에 각각 마련되어 자기회로의 통로 역할을 하는 에이실(Aseal)(41) 및 에프실(Fseal)(42)과, 상기 작용공간(14)에서 생성된 고주파 에너지를 외부로 방사하기 위하여 상기 베인(12)과 연결되어 상자극(20) 및 에이실(41)의 중앙부를 지나 인출되어 있는 안테나 피더(51)와, 상기 작용공간(14)에서 고주파 에너지로 변환되지 못하고 열에너지로 변환되어 상기 베인(12)을 통하여 전도된 열이 외부로 방출될 수 있도록 하기 위한 냉각핀(61) 등이 포함되어 있고, 상기 냉각핀(61)을 내부에 수납함으로써 냉각핀(61)을 통하여 전도된 열이 방열될 수 있도록 하기 위한 요크(19)가 포함되어 진다.

여기서, 상기 요크(19)는 상측에서 내부장치를 수납하기 위한 요크 상판(19a)과 하측에서 내부장치를 수납하기 위한 요크 하판(19b)으로 이루어져 있다.

그리고, 상기 배기관(60)은 마그네트론이 조립된 후, 배기 공정시 마그네트론을 진공 상태로 만들기 위하여 마그네트론 내부의 공기를 뽑아내는 것으로써, 배기 공정 후 절단부분이다.

이렇게 구성된 마그네트론의 작동을 설명하면, 상기 마그네트(22)에서 형성된 자계가 상자극(20)과 하자극(21)을 따라 자기회로를 형성하여 베인(12)과 필라 멘트(13) 사이의 작용공간(14)에 자계가 형성되고, 상기 관통형 콘덴서(33)를 통한 외부 전원이 인가되어 필라멘트(13)가 약 2000K의 온도에서 열전자를 방출하게 되고, 방출된 열전자는 필라멘트(13)와 양극부 사이에 인가되어 있는 4.0 ~ 4.4KV의 양극전압과 마그네트(22)의 자계에 의해서 작용공간(14)의 내에서 회전하게 된다.

그리고, 상기 센터리드(17)와 사이드리드(18)를 통해 필라멘트(13)에 전원이 공급되어 베인(12)과 필라멘트(13)사이에 2450MHz의 주파수를 갖는 전계가 형성되면, 상기 전계와 자계에 의해서 방사된 열전자는 작용공간(14)에서 사이클로이드 (Cycloid) 운동을 하면서 전자에너지인 고주파 에너지로 변환되게 되고, 이 에너지가 베인(12)으로 전달되어 상기 베인(12)에 연결된 안테나 피더(51)를 통해 외부로 방출된다.

한편, 상기 에이실(Aseal)과 에프실(Fseal)은 마그네트론에서 애노드 실린더내의 진공을 유지하고, 입력부와 출력부로 방사되는 마이크로웨이브를 차폐하기 위하여 필요하다.

그러므로, 에이실과 에프실은 상, 하자극과 분리되어 있으며, 마그네트의 자기력을 전달하기 위해 에이실은 상자극에 밀착되어 있고, 에프실은 하자극에 밀착되어 있다.

그리고, 애노드 실린더내 진공을 유지하기 위해, 에이실, 에프실과 애노드 실리더는 봉지하게 된다.

이러한, 에이실의 재질은 주로 강도가 강하고, 비용이 싼 철(Iron)계열은 상대 투자율이 4000이상의 높은 물질로 만들어진다.

그러므로, 철 계열의 에이실은 마그네트에 의해 쉽게 자화가 된다.

그러나, 실제 자성 투자율이 높은 재질을 에이실로 사용할 경우, 자기 회로적으로 볼 때, 우수한 재질의 마그네트를 사용하고도 성능이 저하되는 1700 ~ 1800(가우스,G) 정도의 자기장 값을 얻게 되는 문제점이 있었다.

이러한, 자기장 값의 저하되는 요인을 살펴보면, 자성체와 자성체 사이에는 자력이 발생하게 되고, 자력의 근간은 자성체 주위에 발생되는 자기장에 의해 결정이 된다.

마그네트론의 경우 베인과 필라멘트 사이의 작용공간에서 강한 자기력에 의해 전자에 운동에너지를 전달해주게 되고, 이 전자 운동 에너지는 마이크로웨이브를 발생하게 된다.

따라서, 반드시 필요한 자기장을 전자운동에 전달해주기 위해 상자극, 하자극이 강한 자성 물질로 자기회로를 구성하게 된다.

이 때, 자성체와 자성체 사이에 틈과 같은 것(공기 또는 진공)이 있으면 자기 손실이 생기고 이러한 자기 손실은 자력의 저하로 나타난다.

즉, 무효 자기장 성분이 나타난다. 특히, 마그네트론에서 입력부와 출력부의 진공 및 마이크로웨이브를 차폐하기 위해 철 계열 재질인 에이실과 에프실을 사용하게 되는데, 에이실과 에프실은 마그네트에 의해 쉽게 자화되어, 마그네트와 에이실 및 에프실은 사이에는 무효 자기장이 생긴다.

이것은, 작용공간에 영향을 미칠 전체 자기장의 손실로 나타나게 되어, 종래의 강자성체의 에이실과 에프실이 장착된 마그네트론에서는 자기장값이 저하되는 것이다.

더불어, 마그네트론은 높은 자기장 값이 필요로 하는데, 높은 자기장 값을 얻기 위해서는 마그네트의 크기를 크게 하여야 하고, 마그네트의 크기가 커짐에 따라 마그네트론의 구성부품들 역시, 마그네트의 크기에 연관되어 커질 수밖에 없기 때문에, 결국, 마그네트론의 제조 비용을 줄이는데 한계가 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 비자성체 재질로 에이실과 에프실을 형성하고, 에이실과 에프실을 자극에 직접 용접하는 구조로 형성하여, 자기장 값을 크게 할 수 있고, 안정적인 자기장을 공급할 수 있어, 마그네트의 크기를 줄일 수 있으므로, 결국, 마그네트론의 크기를 줄일 수 있으며, 제조 비용을 낮출 수 있는 마그네트론을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 기밀하게 밀봉되어 설치되며 양극부를 이루는 애노드 실린더와, 상기 애노드 실린더의 내부에 방사상으로 배열되어 조립된 베인과, 상기 애노드 실린더의 중앙에 상기 베인과 상호 작용공간을 형성하며 설치되고 음극부를 이루는 필라멘트와, 상기 작용공간을 두고 상호 마주보게 배치되어 상기 작용공간내에 자계를 형성하는 한 쌍의 마그네트와, 상기 애노드 실린더의 상단과 하단에 고정되어 자기회로의 통로의 역할이 이루어지도록 하기 위한 상자극 및 하자극과, 상기 상자극의 상부와 하자극의 하부에 각각 마련되어 자기회로의 통로 역할을 하는 에이실(Aseal) 및 에프실(Fseal)을 포 함하여 구성되는 마그네트론에 있어서,

상기 에이실 및 에프실 모두 비자성체로 형성하고, 상자극과 하자극에 각각 용접되어지는 것을 특징으로 하는 마그네트론이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 비자성체인 에이실(A-seal)과 에프실(F-seal)을 적용하여, 마그네트론의 자기장을 높이는 것을 특징으로 한다.

하기의 표 1은 본 발명을 도출하기 위하여, 실험을 통하여 에이실과 에프실이 있을 때와 없을 때 자기장 값을 측정한 것이다.

마그네트론 모델	자기장(Magnetic Field Density(G))
	에이실과 에프실이 있는 경우 (투자율이 높은 강자성체)	에이실과 에프실이 없는 경우 (투자율이 공기와 같음)
시료 1	1715	1915
시료 2	1881	2029
시료 3	1816	2058

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 에이실과 에프실이 있을 때와 없을 때 자기장 값이 큰 차이를 보인다.

전술된 바와 같이, 종래의 마그네트론의 에이실과 에프실의 재질은 강한 자성 재료로 만들어지나, 실제 자기회로의 측정에서 에이실과 에프실이 없는 경우보 다도 성능이 저하되는 자기장이 형성된다.

도 2는 본 발명에 따른 비자성체로된 에이실과 에프실이 장착된 마그네트론의 개략적인 일부 단면도로서, 먼저, 본 발명에서는 에이실(141) 및 에프실(142) 모두 또는, 에이실(141)과 에프실(142) 중 어느 하나는 공기의 투자율에 대한 상대 투자율이 1 ~ 2가 되는 비자성체로 형성하는 것을 특징으로 한다.

즉, 에이실과 에프실의 재질을 비자성체로 형성하여 자기장 손실을 줄일 수 있게 된다.

여기서, 상기 비자성체는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 구리, 황동, 은과 금 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 에이실(141)과 에프실(142)을 상, 하자극(120,121)에 용접(Brazing)한다.

이 때, 도 2와 같이, 상호 대향하는 에이실(141)과 에프실(142)의 돌출된 영역이 상, 하자극(120,121)에 용접된다.

이로써, 이는 마그네트(122)에서 상, 하자극(120,121)으로 자기장이 충분히 전달되게 하고, 마그네트(122)와 상, 하자극(120,121) 사이의 자기 누설 공간을 최소화할 수 있게 된다.

표 2는 본 발명과 종래의 에이실과 에프실이 장착된 마그네트론의 자기장을 측정한 것이다.

마그네트론 모델	종래	본 발명 1	본 발명 2
자기장(G)	1832.4	1889.9	1934.2

상기 표 2에서, 종래는 자성 투자율이 높은 강자성체로 만들어진 에이실과 에프실이 장착되어 있는 마그네트론이고, 본 발명 1은 비자성체로 만들어진 에이실과 에프실이 장착되어 있는 마그네트론이고, 본 발명 2는 비자성체로 에이실과 에프실을 만들고, 에이실과 에프실이 상, 하자극에 용접되어 있는 마그네트론이다.

그러므로, 상기 표 2와 같이, 비자성체로 만들어진 에이실과 에프실이 장착되어 있는 본 발명 1의 마그네트론이, 자성 투자율이 높은 강자성체로 만들어진 에이실과 에프실이 장착되어 있는 종래의 마그네트론 보다도 자기장이 높게 측정되었다.

또한, 에이실과 에프실이 상, 하자극에 용접되어 있는 본 발명 2의 마그네트론은 자기력 손실을 줄일 수 있으므로, 자기장이 가장 높게 측정되었다.

이와 같이, 본 발명은 자성 투자율이 공기와 비슷한 비자성체 재질로 에이실과 에프실을 형성하고, 에이실과 에프실을 자극에 직접 용접하는 구조로 형성하여, 자기장 값을 크게 할 수 있고, 안정적인 자기장을 공급할 수 있어, 마그네트의 크기를 줄일 수 있으므로, 결국, 마그네트론의 크기를 줄여, 제조 비용을 낮출 수 있으며, 산업전반에서 요구되는 축소된 마그네트론 생산이 가능한 장점이 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 비자성체 재질로 에이실과 에프실을 형성하고, 에이실과 에프실을 자극에 직접 용접하는 구조로 형성하여, 자기장 값을 크게 할 수 있고, 안정적인 자기장을 공급할 수 있어, 마그네트의 크기를 줄일 수 있으므로, 결국, 마그네트론의 크기를 줄일 수 있으며, 제조 비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 기밀하게 밀봉되어 설치되며 양극부를 이루는 애노드 실린더와, 상기 애노드 실린더의 내부에 방사상으로 배열되어 조립된 베인과, 상기 애노드 실린더의 중앙에 상기 베인과 상호 작용공간을 형성하며 설치되고 음극부를 이루는 필라멘트와, 상기 작용공간을 두고 상호 마주보게 배치되어 상기 작용공간내에 자계를 형성하는 한 쌍의 마그네트와, 상기 애노드 실린더의 상단과 하단에 고정되어 자기회로의 통로의 역할이 이루어지도록 하기 위한 상자극 및 하자극과, 상기 상자극의 상부와 상기 하자극의 하부에 각각 마련되어 자기회로의 통로 역할을 하는 에이실(Aseal) 및 에프실(Fseal)을 포함하여 구성되는 마그네트론에 있어서,

   상기 에이실과 상기 에프실을 공기의 투자율에 대한 상대 투자율이 1~2가 되는 비자성체로 형성하고, 상호 대향되는 상기 에이실 및 상기 에프실의 돌출된 영역이 상기 상자극 및 상기 하자극에 각각 용접되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
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