KR100700554B1 - 마그네트론 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로서, 원통형의 어노드와; 상기 어노드의 내부에 배치되는 복수의 베인과; 상기 어노드의 상, 하측에 각각 배치되는 상부자극 및 하부자극과; 상기 어노드의 중심에 배치되고 내부에 센터리드가 통과되는 나선형의 캐소드와; 상기 센터리드가 통과되고 상기 캐소드의 하단에 연결되는 하엔드실드와; 상기 캐소드에 비해 확장된 크기를 가지고 상기 캐소드의 상단에 배치되는 차단부와, 내부에 상기 센터리드가 삽입 결합되고 상하 방향을 따라 상기 베인에 대한 상기 캐소드의 유효가열길이가 축소되게 상기 캐소드의 내부에 삽입되는 결합부를 가지는 상엔드실드를 구비하여 전원을 제공하기 위한 입력부와 고주파 에너지를 출력하기 위한 출력부 사이에 개재되어 고주파를 발생시키는 고주파발생부를 포함한다. 이에 의해, 캐소드의 가열전력을 저감하여 동일 출력 대비 입력을 줄일 수 있어 효율을 제고시킬 수 있는 마그네트론이 제공된다.

Description

마그네트론{MAGNETRON}
도 1은 종래의 마그네트론의 단면도,
도 2는 도 1의 요부확대도,
도 3은 도 2의 캐소드영역의 측면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론의 단면도,
도 5는 도 4의 요부확대도,
도 6은 도 4의 상엔드실드의 결합상태를 도시한 측면도,
도 7은 마그네트론의 캐소드의 유효가열길이의 베인의 높이에 대한 비의 변화에 따른 마그네트론의 효율의 변화를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 고주파 발생부 111 : 요크판
121 : 어노드 125 : 베인
131 : 에이실 133 : 상부마그네트
135 : 상부자극 141 : 에프실
143 : 하부마그네트 145 : 하부자극
147 : 세라믹스템 157 : 하엔드실드
161 : 센터리드 163 : 사이드리드
171 : 캐소드 176 : 차단부
177 : 결합부 178 : 결합공
본 발명은, 마그네트론에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 캐소드의 가열전력을 저감하여 동일 출력 대비 입력을 줄일 수 있어 효율을 제고시킬 수 있도록 한 마그네트론에 관한 것이다.
마그네트론(magnetron)은, 주지된 바와 같이, 전자레인지, 플라즈마 조명기기, 건조기 및 기타 다른 고주파 시스템에 적용된다. 이러한 마그네트론은 통상 전자계에 의해 고주파 에너지를 발생시키는 고주파 발생부와, 고주파 발생부에 전원을 인가하기 위한 입력부와, 고주파 발생부로부터 발생된 고주파 에너지를 방출하기 위한 출력부를 구비한다.
도 1은 종래의 마그네트론의 단면도이고, 도 2는 도 1의 요부확대도이며, 도 3은 도 2의 캐소드영역의 측면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 마그네트론은, 고주파 에너지를 발생시키는 고주파 발생부(100)와, 고주파 발생부(100)에 전원을 인가하기 위해 고주파 발생부(100)의 하측에 형성되는 입력부(200)와, 고주파 발생부(100)에 의해 발생된 고주파 에너지를 방출하기 위해 고주파 발생부(100)의 상측에 형성되는 출력부(300)를 구비하고 있다.
고주파 발생부(100)는, 사각 통형상을 가지는 요크판(111)과, 요크판(111)의 중앙 영역에 배치되는 원통형의 어노드(121)와, 어노드(121)의 상단 및 하단에 각각 형성되는 에이실(131) 및 에프실(141)과, 어노드(121)의 상측에 배치되는 상부마그네트(133) 및 상부자극(135)과, 어노드(121)의 하측에 각각 배치되는 하부마그네트(143) 및 하부자극(145)과, 어노드(121)의 중앙에 배치되는 캐소드(151)를 구비하고 있다. 요크판(111)의 내부에는 어노드(121)의 방열을 위해 복수의 냉각핀(113)이 층상으로 적층결합되어 있다.
어노드(121)의 내부에는 캐소드(151)와의 사이에 작용공간(122)이 형성되도록 방사상으로 베인(125)이 설치되어 있으며, 에프실(141)의 하단부에는 세라믹 스템(147)이 설치되어 있다. 여기서, 세라믹 스템(147), 어노드(121), 에이실(131) 및 에프실(141)에 의해 형성된 내부 공간은 진공으로 유지된다.
캐소드(151)는 나선형으로 형성되어 있으며, 캐소드(151)의 상단 및 하단에는 상엔드실드(155) 및 하엔드실드(157)가 각각 결합되어 있다. 하엔드실드(157)에는 센터리드(161)가 통과하도록 결합되어 있으며, 일 측에는 사이드리드(163)가 연결되어 있다. 하엔드실드(157)를 통과한 센터리드(161)는 캐소드(151)를 통과하여 상엔드실드(155)에 결합되어 있으며, 상엔드실드(155)는 캐소드(151)의 상단에 일체로 연결되어 있다.
입력부(200)는, 요크판(111)의 하부에 형성되는 필터박스(211)와, 필터박스(211)의 일 측에 결합되는 콘덴서(213)와, 필터박스(211)의 내부에 수용되어 콘덴서(213)와 연결되는 쵸크코일(215)과, 쵸크코일(215)에서 연장되어 센터리드(161) 및 사이드리드(163)에 전기적으로 연결되는 외부접속리드(217)를 구비하고 있다.
출력부(300)는, 베인(125)에 연결되는 안테나피더(311)와, 에이실(131)의 상측에 배치되고 내부에 안테나피더(311)가 수용되는 에이세라믹(313)과, 에이세라믹(313)의 상측에 배치되는 안테나캡(315)을 구비하고 있다.
그런데, 이러한 종래의 마그네트론에 있어서는, 캐소드(151)의 유효가열길이(L)는 베인(125)의 높이(H)와 거의 동일하게 형성되어 있어, 고출력(통상 800W 내지 2㎾)용에서는 캐소드(151)의 가열 전력이 효율에 미치는 영향이 적지만 저출력(예를 들면 100Ｗ 내지 300Ｗ)용의 마그네트론에서는 효율에 미치는 영향이 상대적으로 커서 효율을 저해하게 된다고 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 캐소드의 가열전력을 저감하여 동일 출력 대비 입력을 줄일 수 있어 효율을 제고시킬 수 있는 마그네트론을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 원통형의 어노드와; 상기 어노드의 내부에 배치되는 복수의 베인과; 상기 어노드의 상, 하측에 각각 배치되는 상부자극 및 하부자극과; 상기 어노드의 중심에 배치되고 내부에 센터리드가 통과되는 나선형의 캐소드와; 상기 센터리드가 통과되고 상기 캐소드의 하단에 연결되는 하엔드실드와; 상기 캐소드에 비해 확장된 크기를 가지고 상기 캐소드의 상단에 배치되는 차단부와, 내부에 상기 센터리드가 삽입 결합되고 상하 방향을 따라 상기 베인에 대한 상기 캐소드의 유효가열길이가 축소되게 상기 캐소드의 내부에 삽입되는 결합부를 가지는 상엔드실드를 구비하여 전원을 제공하기 위한 입력부와 고주파 에너지 를 출력하기 위한 출력부 사이에 개재되어 고주파를 발생시키는 고주파발생부를 포함하는 마그네트론에 의해 달성된다.
여기서, 상기 상엔드실드의 결합부는 상기 캐소드의 유효가열길이(L)의 상기 베인의 높이(H)에 대한 비(L/H)가 0.80 내지 0.87이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론의 단면도이고, 도 5는 도 4의 요부확대도이며, 도 6은 도 4의 상엔드실드의 결합상태를 도시한 측면도이고, 도 7은 마그네트론의 캐소드의 유효가열길이의 베인의 높이에 대한 비의 변화에 따른 마그네트론의 효율의 변화를 도시한 도면이다. 전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 동일한 참조부호를 부여하여 설명하기로 한다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 마그네트론은, 원통형의 어노드(121)와; 어노드(121)의 내부에 배치되는 복수의 베인(125)과; 어노드(121)의 상, 하측에 각각 배치되는 상부자극(135) 및 하부자극(145)과; 어노드(121)의 중심에 배치되고 내부에 센터리드(161)가 통과되는 나선형의 캐소드(171)와; 센터리드(161)가 통과되고 캐소드(171)의 하단에 연결되는 하엔드실드(157)와; 캐소드(171)에 비해 확장된 크기를 가지고 캐소드(171)의 상단에 배치되는 차단부(176)와, 내부에 센터리드(161)가 삽입 결합되고 상하 방향을 따라 베인(125)에 대한 캐소드(171)의 유효가열길이(L)가 축소되게 캐소드(171)의 내부에 삽입되는 결합부(177)를 가지는 상엔드실드(175)를 구비하여 전원을 제공하기 위한 입력부(200)와 고주파 에너지를 출력하기 위한 출력부(300) 사이에 개재되어 고주파를 발생시키는 고주파 발생부(100)를 포함하여 구성되어 있다.
원통형의 어노드(121)의 외면에는 적층된 복수의 냉각핀(113)의 일 측이 결합되어 있으며, 냉각핀(113)의 타단은 요크판(111)의 내면에 접촉되어 있다. 요크판(111)은 양 측이 개방된 사각통형상을 가진다. 요크판(111)의 상측에는 고주파 발생부(100)에서 발생된 고주파 에너지를 방출할 수 있도록 출력부(300)가 형성되어 있으며, 요크판(111)의 하측에는 고주파 발생부(100)에 전원을 인가할 수 있도록 입력부(200)가 형성되어 있다.
입력부(200)는, 사각형상을 가지는 필터박스(211)와, 필터박스(211)의 일 측에 결합되는 콘덴서(213)와, 필터박스(211)의 내부에 배치되고 일 단이 콘덴서(213)와 연결되는 쵸크코일(215)과, 쵸크코일(215)의 타단에 연결되는 외부접속리드(217)를 구비하고 있다.
출력부(300)는, 요크판(111)의 상측에 배치되는 에이세라믹(313)과, 일단은 베인(125)에 연결되고 타단은 에이세라믹(313)의 내부에 배치되는 안테나피더(311)와, 에이세라믹(313)의 상단에 배치되고 내부에 안테나피더(311)가 배치되는 안테나캡(315)을 구비하고 있다.
어노드(121)의 상측에는 상부마그네트(133), 상부자극(135) 및 에이실(131)이 설치되어 있으며, 어노드(121)의 하측에는 하부마그네트(143), 하부자극(145) 및 에프실(141)이 각각 설치되어 있다. 에프실(141)의 하단에는 세라믹 스템(147)이 설치되어 있으며, 세라믹 스템(147)의 내부에는 외부접속리드(217)가 삽입되어 있다.
어노드(121)의 중심영역에는 캐소드(171)가 설치되어 있으며, 어노드(121)의 내부에는 캐소드(171)와 사이에 작용공간(122)을 형성하도록 방사상으로 복수의 베인(125)이 설치되어 있다.
한편, 캐소드(171)는 나선형으로 형성되어 있으며, 상단 및 하단에는 상엔드실드(175) 및 하엔드실드(157)가 각각 전기적으로 연결되게 결합되어 있다. 하엔드실드(157)에는 일단이 외부접속리드(217)에 연결된 센터리드(161)가 통과하도록 결합되어 있으며, 일 측에는 일단이 외부접속리드(217)에 연결된 사이드리드(163)가 연결되어 있다.
상엔드실드(175)는, 캐소드(171)의 코일경에 비해 확장된 크기를 가지고 캐소드(171)의 상측에 배치되는 차단부(176)와, 차단부(176)의 저부 중앙에 일체로 형성되고 내부에 센터리드(161)가 결합될 수 있도록 결합공(178)이 구비되며 캐소드(171)의 유효가열길이(L)가 베인(125)의 높이(H)에 비해 축소되도록 캐소드(171)의 상단 내측으로 삽입되어 외면이 캐소드(171)와 연결되는 결합부(177)를 구비하고 있다. 결합부(177)는 캐소드(171)의 유효가열길이(L)의 베인(125)의 높이(H)에 대한 비(L/H)가 0.8. 내지 0.87 범위를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하여, 입력부(200)의 외부접속리드(217)를 통해 센터리드(161) 및 사이드리드(163)에 전원이 인가되면 캐소드(171)는 작용공간(122)으로 열전자를 방출하게 된다. 방출된 열전자는 상부자극(135) 및 하부자극(145)에 의한 자기 에너지와 상호 작용하여 어노드(121)로 흡인되어 고주파 에너지를 갖는 마이 크로파를 생성하게 된다. 마이크로파는 출력부(300)의 안테나피더(311)를 통해 외부로 방출되어 가열 및 건조 작용을 수행하거나 빛을 발생하게 된다.
한편, 캐소드(171)의 유효가열길이(L)의 베인(125)의 높이(H)에 대한 비(L/H)에 따른 암전류, 캐소드(171)의 가열 전력 및 효율을 도 7을 참조하여 설명하면, 캐소드(171)의 가열 전력은 가열전력의 변화를 도시한 직선(L1)을 따라 변화하게 되며 캐소드(171)의 유효가열길이(L)의 베인(125)의 높이(H)에 대한 비(L/H)가 증가할수록 증가하게 됨을 알 수 있다. 암전류는 암전류의 변화를 도시한 곡선(L2)을 따라 변화하게 되며 캐소드(171)의 유효가열길이(L)의 베인(125)의 높이(H)에 대한 비(L/H)가 일정 이하, 즉 0.80 이하가 되면 현저하게 증가됨을 알 수 있다.
마그네트론의 효율은, 효율의 변화를 도시한 곡선(L3)을 따라 변화하게 되며, 비(L/H)가 증가하면 일정 구간 비례적으로 증가하게 되며, 비(L/H)가 0.80 내지 0.87 구간에서 최적 효율을 가지게 된다. 예를 들면, 동작 전압은 4㎸, 동작 전류는 70 ㎃로 동일하고 마그네트론의 출력을 200W로 동일하게 하는 경우, 유효가열길이(L)의 베인(125)의 높이(H)에 대한 비(L/H)가 1인 경우, 캐소드(171)의 가열 전력은 35W가 소요되고 마그네트론의 입력은 315W가 되며 이 때, 마그네트론의 효율은 63%가 된다. 이에 반해, 캐소드(171)의 유효가열길이(L)의 베인(125)의 높이(H)에 대한 비(L/H)가 0.80 내지 0.87 인 경우, 캐소드(171)의 가열 전력은 20W가 되어 마그네트론의 입력은 300W로 저감되며, 마그네트론의 효율은 67%가 되어 효율이 대략 4% 정도 증가됨을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 캐소드의 유효가열길이를 줄여 캐소드의 가열 전력이 저감되도록 함으로써 효율을 제고시킬 수 있는 마그네트론이 제공된다.

Claims (2)

  1. 원통형의 어노드와; 상기 어노드의 내부에 배치되는 복수의 베인과; 상기 어노드의 상, 하측에 각각 배치되는 상부자극 및 하부자극과; 상기 어노드의 중심에 배치되고 내부에 센터리드가 통과되는 나선형의 캐소드와; 상기 센터리드가 통과되고 상기 캐소드의 하단에 연결되는 하엔드실드와; 상기 캐소드에 비해 확장된 크기를 가지고 상기 캐소드의 상단에 배치되는 차단부와, 내부에 상기 센터리드가 삽입 결합되고 상하 방향을 따라 상기 베인에 대한 상기 캐소드의 유효가열길이가 축소되게 상기 캐소드의 내부에 삽입되는 결합부를 가지는 상엔드실드를 구비하여 전원을 제공하기 위한 입력부와 고주파 에너지를 출력하기 위한 출력부 사이에 개재되어 고주파를 발생시키는 고주파발생부를 포함하는 마그네트론.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상엔드실드의 결합부는 상기 캐소드의 유효가열길이(L)의 상기 베인의 높이(H)에 대한 비(L/H)가 0.80 내지 0.87이 되도록 형성되는 마그네트론.
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