KR102149316B1

KR102149316B1 - 마그네트론 및 그를 가지는 고주파 가열기기

Info

Publication number: KR102149316B1
Application number: KR1020130158481A
Authority: KR
Inventors: 양승철; 김당원; 김학재; 김기환
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2020-10-15
Also published as: EP2887378B1; EP2887378A1; US20150170866A1; KR20150071794A; US9697977B2

Abstract

본 발명은 요크; 요크 내에 배치되고 작용 공간이 형성된 양극 실린더와, 작용공간의 축을 중심으로 방사상으로 배열된 복수의 베인과, 양극 실린더의 양 측에 각각 설치된 제1폴피스 및 제2폴피스를 가지는 양극부; 작용 공간에 배치되되 복수의 베인과 이격 배치되는 필라멘트를 가지는 음극부; 복수의 베인 중 어느 하나의 베인에 연결되고 양극부와 음극부에서 발생되는 고주파를 요크의 외부로 전송시키는 안테나 리드를 가지는 출력부를 포함하고, 양극부의 제1 폴피스는, 제1평탄부와, 상기 제1평탄부의 내측에 형성된 경사부와, 경사부의 내측에 형성되고 지름이 약 9.5 내지 약 10.5mm 인 제2평탄부와, 제2평탄부에 형성되되 작용공간과 대응하는 위치에 형성되고 지름이 약 8 내지 약 8.2mm인 제1홀과, 경사부에 형성되고 안테나 리드가 관통되는 제2홀을 포함한다.
본 발명은 보다 높고 안정된 고효율화를 실현함과 동시에, 부하 변동시의 발진 효율 변화를 억제할 수 있으며, 에너지를 절약할 수 있다. 또한, 마그네트론의 중요 특성인, 발진효율을 열화시키지 않고, 부하안정도(MoB)를 개선할 수 있다.

Description

마그네트론 및 그를 가지는 고주파 가열기기{Magnetron and High frequency heating apparatus}

본 발명은 고효율을 위한 마그네트론 및 그를 가지는 고주파 가열기기에 관한 것이다.

일반적으로, 마그네트론은 자계를 작용시켜 전자의 흐름을 제어함으로써 강력한 고주파를 발생시키는 장치로, 전자레인지와 같은 고주파 가열 조리 기기나, 입자가속기, 레이더 등의 장치에 사용된다.

가장 흔히 찾아볼 수 있는 마그네트론은 가정용이나 요식업용으로 사용되는 고주파 가열 조리 기기에 구비되는 마그네트론이다.

기본적으로 마그네트론은 외부의 요크 및 다수의 냉각핀으로 둘러싸진 양극부와, 양극부의 내측 중앙부에 설치되는 음극부와, 고주파를 도출하는 출력부와, 전원 입력을 위한 입력부와. 양극부와 음극부 사이에 형성되는 작용공간에 자계를 형성시키기 위해 양극부의 상부 및 하부에 설치되는 상부자석 및 하부자석을 포함한다.

양극부는 내부가 빈 양극실린더와, 양극실린더의 중앙을 중심으로 방사상으로 배열되는 다수의 베인과, 양극실린더의 상하부에 각각 설치되는 상부 폴피스 및 하부 폴피스를 포함하고, 음극부는 양극실린더의 중앙에 배치되는 코일 형태의 필라멘트와, 필라멘트에 전원을 공급하기 위한 센터리드 및 사이드리드를 포함한다.

그리고, 출력부는 일단이 베인과 결합되어 고주파를 외부로 전송하는 안테나리드를 포함하고, 입력부는 센터리드 및 사이드리드에 외부 전원을 공급하기 위한 플러그를 포함한다.

이러한 구성으로 이루어지는 마그네트론은 센터리드 및 사이드리드를 통해 필라멘트에 전원이 인가되면 필라멘트와 양극 베인 사이의 작용공간에 전자군이 형성되고, 이 전자군이 작용공간에 형성되는 강한 전계와 자계의 영향으로 나선형의 회전운동을 하면서 베인에는 고주파가 유도된다. 그리고, 이 고주파는 안테나리드를 통해 외부로 방출된다.

이러한 종래의 마그네트론은 부하에 의해 변동하는 특성, 이른바 리케선도에서 나타나는 부하 특성은 고려되지 않아, 출력한 마이크로파 전력의 부하로부터의 반사가 생기지 않는 정합 부하 시에는 고효율 효과를 얻을 수 있지만, 전자레인지 등과 같이 부하에서 반사가 생기는 비정합 시에는 종래의 마그네트론과 동등한 발진 효율이 발생하여, 원하는 고효율 효과를 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

또한 고효율 및 마그네트론관 본체의 소형화 등, 에너지 절약형 마그네트론을 개발할 때에는, 마그네트론 안정동작의 지표인 부하 안정도(MoB)가 열화하여, 안정된 발진동작을 유지할 수 없는 문제가 있었다.

또한 마그네트론은 원하지 않는 고조파 노이즈를 저지하기 위해, 출력부내에 안테나 리드와 동축 구성을 이루는 단수 또는 복수의 원통형 금속과, 억제대상 주파수 파장 1/4 깊이의 λ/4형 초크 구조를 갖추고 있으나, 재료의 투자율(透磁率), 저항율 및 주파수로 결정되는 표피효과에 기인한 표피저항에 의해, λ/4형 초크부의 공진 첨예도(Q)가 저하하고, 고조파 노이즈 억제가 불충분하게 되어, 노이즈 규격을 만족하지 못해 부적합하게 되거나, 원하는 2450MHz대의 마이크로파 전력이, λ/4형 초크 구성용 원통형 금속부에서의 줄손(에너지 손실)에 기인한 회로 효율 저하로 쇠퇴하여, 발진 효율이 저하한다는 문제가 있었다.

일 측면은 양극부의 폴피스 치수를 조정하여 발진 효율 및 부하 안전도, 고효율을 개선하기 위한 마그네트론 및 그를 가지는 고주파 가열기기를 제공한다.

다른 측면은 필터부의 초크코일의 코어 치수를 조정하여 발진 효율 및 부하 안정도, 고효율을 개선하기 위한 마그네트론 및 그를 가지는 고주파 가열기기를 제공한다.

또 다른 측면은 출력부의 안테나 리드를 감싸는 부재를 구리로 도금하여 고조파 노이즈 억제하기 위한 마그네트론 및 그를 가지는 고주파 가열기기를 제공한다.

일 측면에 따른 마그네트론은 요크; 요크 내에 배치되고 작용 공간이 형성된 양극 실린더와, 작용공간의 축을 중심으로 방사상으로 배열된 복수의 베인과, 양극 실린더의 양 측에 각각 설치된 제1폴피스 및 제2폴피스를 가지는 양극부; 작용 공간에 배치되되 복수의 베인과 이격 배치되는 필라멘트를 가지는 음극부; 복수의 베인 중 어느 하나의 베인에 연결되고 양극부와 음극부에서 발생되는 고주파를 요크의 외부로 발진시키는 안테나 리드를 가지는 출력부를 포함하고, 양극부의 제1 폴피스는, 제1평탄부와, 제1평탄부의 내측에 형성된 경사부와, 경사부의 내측에 형성되고 지름이 9.5 내지 10.5mm 인 제2평탄부와, 제2평탄부 중앙의 작용공간과 대응하는 위치에 형성되고 지름이 8 내지 8.2mm인 제1홀과, 경사부에 형성되고 안테나 리드가 관통되는 제2홀을 포함한다.

복수 베인의 높이는 각각 7.9 내지 8.1mm 이다.

방사상으로 배열된 복수 베인이 형성하는 원의 내부 지름은 8.0 내지 8.2mm 이다.

필라멘트는 코일형상으로 이루어지고, 필라멘트의 외부 지름은 3.6 내지 3.8mm이다.

안테나 리드는, 어느 하나의 베인의 단부로부터 6.8 내지 7.2 mm 이격된 거리에 위치한다.

양극부의 제2 폴피스는, 제1평탄부와, 제1평탄부의 내측에 형성된 경사부와, 경사부의 내측에 형성되고 지름이 10.5 내지 11.5mm 인 제2평탄부와, 제2평탄부 중앙의 작용공간과 대응하는 위치에 형성되고 지름이 8.4 내지 8.6mm인 제1홀을 포함한다.

제1폴피스의 제2평탄부와 베인 사이의 간격과, 제2폴피스의 제2평탄부와 베인 사이의 간격은 1.3mm 내지 1.5mm이다.

음극부는, 필라멘트의 양단에 각각 결합되는 제1엔드 햇 및 제2엔드 햇을 더 포함하고, 제1엔드 햇 및 제2엔드 햇의 외부 지름은 7.2mm이다.

제1엔드 햇 및 제2엔드 햇 사이의 간격은 약 9.0mm이다.

마그네트론은 음극부에 연결된 입력단자를 가지고, 음극부에 전원을 공급하는 입력부와, 입력부를 덮는 필터박스와, 필터박스에 관통된 콘덴서와, 필터박스에 배치되고 콘덴서와 입력부 사이에 접속된 복수의 필터를 가지는 필터부를 더 포함한다.

마그네트론은 복수의 필터 각각은, 초크 코일을 포함하고, 각각의 초크코일은, 자성체 코어와, 자성체 코어에 감긴 제1코일 및 제2코일과, 제1코일과 제2코일을 연결하는 제1연결부와, 제2코일에 연결된 제3코일과, 제3코일의 일측에 위치하는 제4코일과, 제3코일과 제4코일을 연결하는 제2연결부를 가진다.

제1코일과 제2코일은 코어형 조밀 코일이고, 제3코일은 공심형 조밀 코일이고, 제4코일은 공심형 성긴 코일이다.

초크코일의 내지름은 4.5± 0.2mm이다.

자성체 코어는 지름이 4.0±0.2mm이며, 길이가 약 15mm이다.

제1코일의 감은 수는 4턴, 제1연결부는 1턴, 제2코일은 3턴, 제3코일은 2턴, 제2연결부는 1턴이고, 제4코일은 2.5 내지 3턴이다.

출력부는, 안테나 리드를 두께가 0.2 내지 0.3mm의 철판과, 철판 면에 2 μm이상 두께로 도금된 구리로 이루어진 금속체를 포함한다.

다른 측면에 따른 마그네트론은 요크; 요크 내에 배치되고 작용 공간이 형성된 양극 실린더와, 작용공간의 축을 중심으로 방사상으로 배열된 복수의 베인과, 양극 실린더의 양 측에 각각 설치된 제1폴피스 및 제2폴피스를 가지는 양극부; 작용 공간에 배치되되 복수의 베인과 이격 배치되는 필라멘트를 가지는 음극부; 복수의 베인 중 어느 하나의 베인에 연결되고 양극부와 음극부에서 발생되는 고주파를 요크의 외부로 전송시키는 안테나 리드를 가지는 출력부; 음극부에 연결된 입력단자를 가지고, 음극부에 전원을 공급하는 입력부; 입력부를 덮는 필터박스와, 필터박스에 관통된 콘덴서와, 필터박스에 배치되고 콘덴서와 입력부 사이에 접속된 복수의 필터를 가지는 필터부를 포함하고, 복수의 필터 각각은, 초크 코일을 포함하고, 각각의 초크코일은, 지름이 4.0±0.2mm이며, 길이가 약 15mm인 자성체 코어와, 자성체 코어에 감긴 제1코일 및 제2코일과, 제1코일과 제2코일을 연결하는 제1연결부와, 제2코일에 연결된 제3코일과, 제3코일의 일측에 위치하는 제4코일과, 제3코일과 제4코일을 연결하는 제2연결부를 가진다.

초크코일의 내지름은 4.5± 0.2mm이다.

각각의 초크코일은, 0.7μＨ 내지 0.9μＨ의 인덕턴스를 갖는다.

제1코일, 제2코일, 제3코일 및 제4코일을 이루는 선의 지름은 약 1.4mm 이다.

또 다른 측면에 따른 고주파 가열기기는, 마그네트론과, 마그네트론에서 발생된 고주파를 이용하는 고주파 가열기기에 있어서, 마그네트론은, 요크; 요크 내부에 배치되고 전원이 인가되면 가열되면서 열전자를 방출하는 필라멘트를 가지는 음극부; 요크 내에 배치되고 전계가 형성되는 작용 공간을 가지는 양극 실린더와, 필라멘트와 이격 배치되고 작용공간의 축을 중심으로 방사상으로 배열되며 열전자를 이용하여 전자군을 형성하는 복수의 베인과, 양극 실린더의 양 측에 각각 설치된 제1폴피스 및 제2폴피스를 가지는 양극부; 요크 내에 배치되되 양극부의 양단에 각각 배치되고 자계를 발생시키는 제1자석과 제2자석; 복수의 베인 중 어느 하나의 베인에 연결되고 전계와 자계에 의해 전자군이 회전 운동하여 발생되는 고주파를 요크의 외부로 전송시키는 안테나 리드를 가지는 출력부를 포함하고, 양극부의 제1 폴피스는, 제1평탄부와, 제1평탄부의 내측에 형성된 경사부와, 경사부의 내측에 형성되고 지름이 9.5mm 내지 10.5mm 인 제2평탄부와, 제2평탄부에 형성되되 작용공간과 대응하는 위치에 형성되고 지름이 8mm 내지 8.2mm인 제1홀과, 경사부에 형성되고 안테나 리드가 관통되는 제2홀을 가진다.

복수 베인의 높이는 각각 7.9mm 내지 8.1mm 이고, 방사상으로 배열된 복수 베인이 형성하는 원의 내부 지름은 8.0mm 내지 8.2mm 이다.

필라멘트는 코일형상으로 이루어지고, 필라멘트의 외부 지름은 3.6mm 내지 3.8mm 이다.

안테나 리드는, 어느 하나의 베인의 단부로부터 6.8mm 내지 7.2 mm 이격된 거리에 위치한다.

양극부의 제2 폴피스는, 제1평탄부와, 제1평탄부의 내측에 형성된 경사부와, 경사부의 내측에 형성되고 지름이 10.5mm 내지 11.5mm 인 제2평탄부와, 제2평탄부 중앙의 작용공간과 대응하는 위치에 형성되고 지름이 8.4mm 내지 8.6mm인 제1홀을 포함한다.

음극부는, 필라멘트의 양단에 각각 결합되는 제1엔드 햇 및 제2엔드 햇을 더 포함하고, 제1엔드 햇 및 제2엔드 햇의 외부 지름은 약 7.2mm이고, 제1엔드 햇 및 제2엔드 햇 사이의 간격은 약 9.0mm이다.

음극부에 연결된 입력단자를 가지고, 음극부에 전원을 공급하는 입력부와, 입력부를 덮는 필터박스와, 필터박스에 관통된 콘덴서와, 필터박스에 배치되고 콘덴서와 입력부 사이에 접속된 복수의 초크 코일로 이루어진 필터를 가지는 필터부를 더 포함하고, 각각의 초크코일은, 지름이 4.0±0.2mm이며, 길이가 1.5±0.5mm인 자성체 코어와, 자성체 코어에 감긴 제1코일 및 제2코일과, 제1코일과 제2코일을 연결하는 제1연결부와, 제2코일에 연결된 제3코일과, 제3코일의 일측에 위치하는 제4코일과, 제3코일과 제4코일을 연결하는 제2연결부를 가진다.

제1코일과 제2코일은 코어형 조밀 코일이고, 제3코일은 공심형 조밀 코일이고, 제4코일은 공심형 성긴 코일이고, 제1코일의 감은 수는 4턴, 제1연결부는 1턴, 제2코일은 3턴, 제3코일은 2턴, 제2연결부는 1턴이고, 제4코일은 2.5 내지 3턴이다.

초크코일의 내지름은 4.5± 0.2mm이다.

출력부는, 안테나 리드를 둘러싸는 제1노이즈 제거부와, 제3고조파용 초크로 이루어진 제2노이즈 제거부와, 제5고조파용 초크로 이루어진 제3노이즈 제거부를 더 포함하고, 제1노이즈 제거부는, 두께가 0.2mm 내지 0.3mm의 철판과, 철판 면에 2μm 내지 4μm 두께로 도금된 구리로 이루어진다.

본 발명은 보다 높고 안정된 고효율화를 실현함과 동시에, 부하 변동시의 발진 효율 변화를 억제할 수 있으며, 에너지를 절약할 수 있다.

또한, 마그네트론의 중요 특성인, 발진효율을 열화시키지 않고, 부하안정도(MoB)를 개선할 수 있다.

또한 출력부에 생기는 불필요한 고조파 노이즈를 억제하기 위한, λ/4형 초크 구조부의 사용 재료를 특정함으로써, 표피효과에 기인한 표피저항을 감소시킬 수 있고, 이를 통해 안정된 고조파 노이즈를 억제할 수 있고 동시에, 발진 효율의 저하를 억제할 수 있다.

도 1은 실시 예에 따른 마그네트론을 가지는 고주파 가열기기인 전자레인지의 예시도이이다.
도 2는 실시 예에 따른 마그네트론의 상세 예시도이다.
도 3은 실시 예에 따른 마그네트론에 마련된 1, 2 폴피스의 상세 예시도이다.
도 4는 실시 예에 따른 마그네트론에 마련된 고주파 발생부의 상세 예시도이다.
도 5는 실시 예에 따른 마그네트론에 마련된 한 쌍의 폴 피스의 저부와 베인 사이의 간격(Ga)별 공진 주파수의 그래프이다.
도 6은 실시 예에 따른 마그네트론에 마련된 한 쌍의 폴 피스의 제2평탄부의 지름별 발진효율(η)의 그래프이다.
도 7은 실시 예에 따른 마그네트론에 마련된 한 쌍의 폴 피스의 제2평탄부의 지름별 부하 안정도(MoB)의 그래프이다.
도 8은 실시 예에 따른 마그네트론에 마련된 안테나 리드의 베인에 장치된 위치별 발진효율과 부하안정도의 그래프이다.
도 9는 전압 정재파비 VSWR=1.5 내지 3.0의 부하 변동에 대한 종래 마그네트론과 실시 예에 따른 마그네트론의 발진 효율(η)의 변화 그래프이다.
도 10은 실시 예에 따른 마그네트론에 마련된 필터부의 상세 예시도이다.
도 11은 실시 예에 따른 마그네트론의 필터부에 마련된 초크 코일의 상세 예시도이다.
도 12는 종래기술 및 도 11의 필터부를 가진 마그네트론의 발진효율, 부하안정도 및 음극역충동의 비교표이다.
도 13은 실시 예에 따른 마그네트론의 출력부의 상세 예시도이다.
도 14 및 도 15는 실시 예에 따른 마그네트론의 출력부에 표면처리된 금속별 발진 효율 변화 표이다.
도 16은 종래 기술에 따른 마그네트론에 마련된 니켈 도금한 제1노이즈 제거부와, 실시 예에 따른 마그네트론에 마련된 구리 도금한 제1노이즈 제거부의 고조파 노이즈 레벨 그래프이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 실시 예에 따른 마그네트론을 가지는 고주파 가열기기인 전자레인지의 예시도이이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전자레인지(1)는 외관을 이루는 하우징(100)을 포함한다.

하우징(100)은 두 영역으로 구획되고, 하나의 영역은 음식물의 인입 및 인출이 가능하도록 전면이 개방되는 조리실(100a)이고, 다른 하나의 영역은 외부와 밀폐되어 있으며 음식물을 가열하기 위한 각종 전장품들이 배치되는 전장실(100b)이다.

하우징의 조리실(100a) 전면에는 조리실을 개폐하기 위한 도어(120)가 설치되어 있으며, 하우징의 전장실(100b) 전면에는 음식물 조리를 위한 동작 정보를 입력받고 동작 정보를 출력하는 제어패널(130)이 설치되어 있다.

또한 전자레인지는 전장실(100b)에 설치되고 외기를 흡입하여 전장실 내부의 각종 전장품을 냉각시키기 위한 팬(140)을 더 포함하는 것도 가능하다.

전자레인지는 전장실(100b)에 설치되고 조리실(100a)로 방사할 마이크로파를 발생시키는 마그네트론(200)을 더 포함한다.

이러한 마그네트론(200)에 대해서 추후 설명하도록 한다.

또한 전자레인지는 전장실(100b)에 설치되고 마그네트론(200)을 동작시키기 위한 구동 모듈(300)을 구성하는 고압 트랜스(310), 고압 콘덴서(320), 고압 다이오드(330)를 더 포함한다.

고압트랜스(High Voltage Trans, H.V.T)(310)는 상용 교류전원(AC 110V 또는 220V)을 인가 받아 2000V정도의 고전압을 출력하고, 이 출력전압은 고압 콘덴서(320)와, 고압 다이오드(330)에 의해 배압되어 4000V 정도를 유지한다.

이 전압은 마그네트론(200)에 공급되고, 마그네트론(200)에서는 2450MHz의 마이크로파를 발생시키게 된다.

고압트랜스(310)는 코어(311), 제 1차 코일(312) 및 제 2차 코일(313)을 포함한다.

구체적으로, 고압트랜스(300)는 규소강판이나 퍼멀로이 또는 페라이트 등과 같은 재질의 강판을 적층하여 만들어진 코어(311)와, 코어(311)에 감긴 제 1차코일(312) 및 제 2차코일(313)을 구비한다.

제 1차코일(312)에는 상용 전원을 입력 받는 입력단(314)이 마련되며, 제 2차코일(313)에는 고전압의 전원이 출력되는 출력단(315)이 마련된다.

출력단(315)에서의 출력전압은 제 1차 코일(312) 및 제 2차 코일(313)의 권선수비에 의해 정해진다.

이하, 도 2 내지 도 3을 참조하여 마그네트론에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 마그네트론(200)은 내부에 수용 공간을 갖는 요크(210)와, 요크(210) 내부의 수용 공간에 설치되고 고주파를 발생시키는 고주파 발생부(220)를 포함한다.

여기서 고주파 발생부(220)는 요크(210) 내부의 수용 공간에 설치되되 개구(210a)가 형성된 면에 설치된 제1자석(221)과, 개구(210a)가 형성된 면과 마주보는 면에 설치된 제2자석(222)과, 제1자석과 제2자석 사이에 배치된 양극부(230)와, 양극부(230)의 내부에 배치된 음극부(240)를 포함한다.

여기서 제1자석(221)은 출력측의 환상 영구 자석이고, 제2자석(222)은 입력측의 환상 영구 자석이다.

이러한 제1요크(211), 제2요크(212), 제1자석(221) 및 제2자석(222)은 양극부(230)와 음극부(240)를 둘러싸고, 자기회로를 형성한다.

마그네트론(200)은 고주파 발생부(220)에 전원을 인가하기 위한 입력부(250)와, 입력부(250)에 접속된 필터부(260)와, 고주파 발생부(220)에서 발생되는 고주파를 요크(210)의 외부로 방사하기 위한 출력부(270)를 더 포함한다.

좀 더 구체적으로, 요크(210)는 제1요크(211)와, 제1요크(211)에 결합된 제2요크(212)를 포함한다. 제1요크(211)의 중앙부에는 출력부(270)가 통과하는 개구부(213)가 형성되고, 제2요크(212)의 중앙부에는 입력부(250) 연결을 위한 연결구(214)가 형성된다.

또한 요크(210)는 내부에 발생되는 전자기파가 외부로 누출되지 못하도록 요크(210)의 개구부(213)에 결합되는 전자기파 누설방지 가스켓(215)을 더 포함한다.

또한, 제1요크(211)에는 고주파 장치의 도파관(미도시)의 체결홈에 결합되는 체결돌기(미도시)가 마련되는 것도 가능하다. 즉 체결돌기가 도파관의 체결홈에 삽입됨으로써 마그네부론은 도파관에 결합될 수 있다.

아울러 마그네트론의 결합 시 출력부(270)는 고주파를 도파관 내부로 방사시킬 수 있도록 도파관의 가이드홈(미도시)에 삽입된다.

고주파 발생부(220)는 제1자석 사이와, 제2자석 사이에 각각 배치되고 양극부(230)를 고정시키며, 양극부(230)의 내부를 밀폐하여 내부 부품의 산화를 방지하는 제1봉합부재(223) 및 제2봉합부재(224)를 더 포함한다.

제1봉합부재(223) 및 제2봉합부재(224)는 각각 제1자석(221) 및 제2자석(222)을 관통하여 요크(210)의 개구부(213) 및 연결구(214)로 각각 돌출된다.

제1봉합부재(223) 및 제2봉합부재(224)에는 외측으로 확장된 플랜지부가 각각 구비되고, 각 플랜지부는 양극부(230)의 상부 및 하부에 각각 용접 결합된다.

고주파 발생부(220)는 수용 공간에 배치되되 양극부(230) 외부의 둘레에 배치되어 양극부(230)를 냉각시키기 위한 복수의 냉각핀(225)를 더 포함한다.

양극부(230)는 복수의 냉각핀(225)에 의해 둘러싸이고 중앙부에 작용공간(231)이 형성된 양극 실린더(232)와, 작용공간(231)의 축(200a)을 중심으로 방사상으로 배열된 복수의 베인(233)과, 제1자석(221) 및 제2자석(222)에 의해 형성되는 자계가 작용공간(231)에 집중되도록 양극 실린더(232)의 상부 및 하부에 각각 설치되는 제1폴피스(234) 및 제2폴피스(235)를 포함한다.

좀 더 구체적으로 양극 실린더(232)의 내부를 밀폐하여 부품의 산화를 방지하기 위해 양극실린더(232)의 상부 및 하부에는 제1봉합부재(223) 및 제2봉합부재(224)가 설치된다.

복수의 베인(233)은 대략 열 개의 베인을 포함한다.

각 베인(233)은 직사각형의 판형상으로 그 외측 단부가 양극 실린더(232)의 내측면에 고정되고, 내측 단부는 제1, 2스트랩 링(236, 237)에 의해 고정된다. 여기서 제1스트랩 링(236)은 제2스트랩 링(237)보다 큰 사이즈로, 한 쌍을 이룬다.

아울러 복수의 베인을 한 쌍의 스트랩 링으로 고정 시, 두 베인을 한 쌍의 스트랩 링으로 고정시킨 후, 다음 베인은 고정시키지 않고 그 다음의 두 베인을 한 쌍의 스트랩 링으로 고정하는 방식으로 복수의 베인을 고정시킨다.

한 쌍의 폴 피스(234, 235)는, 각각 중심부에 홀이 형성된 깔때기 형상을 이룬다.

아울러 양극 실린더(232)의 내면에 고정되어 있지 않은 베인(233)의 선단부(233a)는 축(200a)을 따라 연장되는 동일한 내접원상에 배치되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 1PolePiece(234)는 경사부(234a)와, 경사부와 근접하되 외곽에 위치하고, 복수의 베인과 평행한 제1평탄부(234b)와, 경사부와 근접하되 내측에 위치하며 복수의 베인과 평행한 제2평탄부(234e)와, 제2평탄부(234e)의 중앙에 형성된 제1홀(234c)과, 경사부에서 평탄부를 잇는 경계면 상에 형성되어, 안테나리드(271)가 관통하는 제2홀(234d)을 포함한다.

제2 폴피스 역시 제1폴 피스와 유사 구조를 갖는다.

제2폴 피스(235)는 중앙에 위치한 경사부(235a)와, 경사부와 인접하되 외곽에 위치하고 복수의 베인과 평행한 제1평탄부(235b)와, 경사부의 중앙에 형성된 제1홀(235c)과, 경사부와 제1홀 사이에 위치하고 복수의 베인과 평행한 제2평탄부(235e)를 더 포함한다.

이러한 제1, 2 폴 피스(234, 235)의 중심은 축(200a) 상에 위치한다.

음극부(240)는 각 베인(233)과 이격 배치되되 복수 베인의 내접원의 중심에 배치되고 작용공간(231)의 중앙부에 설치되는 코일형태의 필라멘트(241)와, 필라멘트(241)의 상단 및 하단에 각각 결합되는 제1엔드 햇(242) 및 제2엔드 햇(243)와, 필라멘트(241)의 중앙에 설치되고 상단이 제1엔드 햇(242)에 결합되고 하단이 제2엔드 햇(243)를 관통하여 하부로 연장되는 센터리드(244)와, 제2엔드 햇(243)의 둘레부에 결합되는 사이드리드(245)를 포함한다.

또, 필라멘트(241)의 양단은, 각각 제1엔드 햇(end hat: 242) 및 제2엔드 햇(243)에 장착되어 있는데 이때 제1엔드 햇(242) 및 제2엔드 햇(243)의 외부 지름은, 복수 베인의 내접원의 약 90%로 설정되어, 작용 공간(231)로부터의 전자 일탈을 억제한다.

센터리드(244) 및 사이드리드(245)는 필라멘트(241)에 전원을 인가할 수 있도록 외부전원과 연결되고, 센터리드(244) 및 사이드리드(245)의 하부는 제1절연체(246)로 둘러싸여 고정된다.

센터리드(244)와 사이드리드(245)에 전원이 인가되면 필라멘트(241)는 베인(233) 쪽으로 열전자를 방출한다.

한 쌍의 센터리드(244)와 사이드리드(245)는 예를 들면, 한 쌍의 중계판(247)을 통해 관외로 도출되어 한 쌍의 입력 단자(251)에 접속되어 있다.

입력부(250)는 한 쌍의 센터리드(244)와 사이드리드(245)에 접속된 한 쌍의 입력단자(251)를 포함한다.

입력부(250)는 전원 공급을 위해 한 쌍의 입력단자(251)에 연결되는 플러그(미시도)를 더 포함한다.

필터부(260)는 입력부 측에 접속된 복수의 필터(261, 262)를 포함한다. 여기서 복수의 필터(261, 262)는 초크 코일로 이루어진다.

필터부(260)는 양극실린더(232)에서 발생되는 전자기파가 연결구(214)를 통해 외부로 누출되지 못하도록 제2요크(212)에 결합되어 연결구(214)를 덮는 필터박스(260a)를 포함한다.

그리고, 필터박스(260a)에는 고압 콘덴서(260b)가 관통 형성되어 있다.

이러한 필터부(260)에 대해 추후 자세히 설명하도록 한다.

출력부(270)는 제1폴피스(234)의 축 방향의 상방에 위치하고 마이크로 파를 방사하는 것으로, 요크(210)의 외부로 고주파를 방사시키기 위해 일단이 어느 한 베인(232)에 연결되고 타단이 개구부(213)를 통해 외부로 연장되는 안테나 리드(271)를 포함한다.

출력부(270)는 제1봉합부재(223)에 접합되고 내부로 안테나 리드(271)가 관통하는 제2절연체(272)와, 제2절연체(272)에 결합되고 안테나 리드(271)가 관통하는 배기관(273)과, 배기관(273)을 커버하는 안테나 캡(274)를 더 포함한다.

즉 안테나 리드(271)는 제1폴 피스(234)의 제2홀（234d）을 관통하여, 출력부(270) 내에 연장 설치되며, 선단이 배기관(273)에 협지 고정되어 있다. 아울러 배기관(273)의 전체는 안테나 캡(274)로 덮어져 있다.

제2절연체(272)는 제1봉합부재(232)에 접합되되 제1봉합부재(232)에 연결된 제1폴피스(234)의 반대 측에 접합된다.

제2절연체(272)는 일 측이 요크의 개구부에 결합되며, 제2절연체의 반대 측에는 배기관(273)이 접합된다.

이러한 전자레인지(1)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

조리실(100a)에 음식물을 놓고, 제어패널(130)을 통하여 전자레인지(1)를 동작시키면, 고압트랜스(310)에 상용전원이 인가되고, 고압트랜스(310)에서는 이 상용 전원을 대략 2000V로 승압시킨다.

이 전압은 다시 고압콘덴서(320)와, 고압다이오드(330)에 의해 4000V 정도의 고압으로 배압되어 마그네트론(200)에 전달된다.

마그네트론(200)은 음극부(240)의 센터리드(244) 및 사이드리드(245)를 통해 필라멘트(241)에 전원이 인가되면 필라멘트(241)가 가열되면서 필라멘트(241)로부터 열전자가 방출된다.

그리고, 필라멘트(241)와 복수의 베인(233) 사이의 작용공간(231)에는 방출된 열전자에 의해 전자군이 형성된다.

또한, 작용공간(231)에는 양극부(230)에 인가되는 구동전압에 의해 강한 전계가 형성되고, 제1자석(221) 및 제2자석(222)에 의해 생긴 자계가 제1폴피스(234) 및 제2폴피스(235)를 통해 수직방향으로 작용한다.

이에 의해, 필라멘트(241)에서 작용공간(231)으로 방출되는 전자군은 강한 전계와 자계의 영향으로 나선형의 회전운동을 하면서 베인(233) 쪽으로 진행하고, 전자군이 회전하는 속도에 상응하는 공진주파수의 고주파가 베인(233)으로터 유도된다.

이렇게 복수 베인(233)으로부터 유도되는 고주파는 안테나리드(271)를 통해 요크(210)의 외부로 전송되고 안테나 캡으로부터 도파관으로 안내된다.

즉 마그네트론(200)는 고압의 전원을 인가받아 고주파 발생부(220)에서 2450MHz의 마이크로파를 발생시켜 조리실(100a)로 방사하고, 조리실(100a)에서는 마이크로파에 의해 음식물이 조리된다.

한편, 전자레인지(1)는 동작 시 마그네트론(200)이나 고압트랜스(310)에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 팬(140)을 작동시켜 외부 공기가 전장실(100b) 내부에서 순환되도록 한다.

이러한 마그네트론의 구조를 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4를 참조하여 고주파 발생부(220)에 마련된 양극부(230)와 음극부(240)의 배치 구성을 상세히 설명한다.

베인(233)의 축방향 높이(Hv)는 약 7.9mm 내지 8.1mm 이고, 베인(233)의 내접원의 지름(Da)은 약 8.0mm 내지 8.2mm이다.

한 쌍의 엔드 햇(242, 243)의 외경(De)은 약 7.2mm이다.

제1폴 피스(234)의 제1홀의 지름(Dpa1)은 약 8.0mm 내지 8.2mm이며, 제1폴피스의 제2평탄부(234e)의 지름(Dpa2)은 약 9.5mm 내지 10.5mm 이다.

또한 제2폴 피스(235)의 제1홀의 지름(Dpk1)은 약 8.4mm 내지 8.6mm이고, 제2폴피스의 제2평탄부(235e)의 지름(Dpk2)은 10.5mm 내지 11.5mm이다.

한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 저부와 베인의 상대간격(Ga)은 1.3mm 내지 1.5mm이다.

필라멘트(241)의 외부 지름(Df)은 3.6mm 내지 3.8mm이다.

베인(233)의 축방향 높이(Hv)에 대응하여, 한 쌍의 엔드 햇(242, 243)의 상대간격(Lk)은 약 9.0mm이다.

하나의 베인(233)에 고정 장착되는 안테나 리드(271)의 설치 위치(La)는 베인(233)의 선단부(233a)로부터 약 6.8mm 내지 7.2mm 이격된 위치이다.

다음 도 5 내지 도 16을 참조하여 마그네트론의 내부 구성의 배치와, 그 배치에 따른 결과를 설명한다.

도 5는 한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 저부와 베인(233) 사이의 간격(Ga)별 공진 주파수의 그래프이다.

한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 제2평탄부와 베인(233)의 사이의 간격은 베인(233)의 선단부(233a)와 필라멘트(241) 사이에 형성된 작용 공간(231)에 자력을 공급하기 위해서는 근접하게 하는 것이 유리하지만, 폴 피스(234, 235)의 제2평탄부와 베인(233)의 사이에서 정전 용량 증가에 의한 마이크로파 결합이 발생하여, 공진 주파수 변화나, 공동 공진기 Q의 저하로 인한 마이크로파 전력손실이 발생하는 등의 문제가 발생한다.

이에 따라 한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 제2평탄부와 베인(233) 사이의 간격에 따른 공동 공진기의 공진 주파수 변화를 확인한 후 한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 제2평탄부와 베인(233) 사이의 간격을 결정해야 한다.

도 5에 도시된 바와 같이 공진수 변화가 작아지는 지점은 한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 제2평탄부와 베인(233) 사이의 간격이 약 1.30mm일 때이다.

아울러, 한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 제2평탄부와 베인(233) 사이의 간격(Ga)은, 거리가 가장 근접하면서 공진 주파수가 가장 높은 약 1.35mm일 때로, 이 때가 가장 적합함을 알 수 있다.

도 6은 한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 제2평탄부의 지름별 발진효율(η)의 그래프이고 도 7은 한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 제2평탄부의 지름별 부하 안정도(MoB)의 그래프로, 이를 이용하여 작용 공간(231)의 차회 분포를 개선하고 고효율을 도모하기 위한 한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 제2평탄부의 지름을 설정할 수 있다.

도 6 및 도 7은 베인(233)에 고정 장착되는 안테나 리드(271)의 위치(La)를종래의 마그네트론과 같은 약 8.5mm, 베인의 내접원 지름(Da)을 약 8.1mm, 필라멘트(241)의 외지름(Df)을 약 3.7mm, 한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 제2평탄부와 베인(233)의 상대간격(Ga)을 약 1.35mm, 제2 폴 피스의 제1홀의 지름(Dpk1)을 약 8.5mm, 제1 폴 피스의 제1홀의 지름(Dpa1)을 8.1mm로 설정한 상태에서 제2 폴 피스의 제2평탄부의 지름(Dpk2) 및 제1 폴 피스의 제2평탄부의 지름(Dpa2)을 변화시켰을 때, 정합 부하 시(반사가 생기지 않는 부하 전압 정재파비 VSWR=1.0)의 발진 효율(η) 및 반사 전력이 생기는 부정합 부하 시(전압 정재파비 VSWR≤4) 발진의 안정성 지표로서, 부하 안정도(MoB)를 측정한 것이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 폴 피스(234)의 제1홀의 지름(Dpa1)이 약 8.1mm일 때, 제2평탄부의 지름(Dpa2)은 약 10.0mm, 제2 폴 피스(235)의 제1홀의 지름(Dpk2)이 약 8.5mm일 때, 제2평탄부의 지름(Dpk2)은 약 11.0mm이, 정합 부하 시(반사가 생기지 않는 부하 전압 정재파비VSWR=1.0)의 발진 효율(η)이 약 2%, 또한, 반사 전력이 생기는 부정합 부하 시(전압 정재파비VSWR≤4)의 부하 안정도(MoB)에 대하여 약 15% 향상된 것을 알 수 있다.

도 8은 안테나 리드의 위치별 발진효율과 부하안정도의 그래프이다.

도 8은 제1 폴 피스의 제1홀의 지름(Dpa1)이 약 8.1mm, 제2평탄부의 지름(Dpa2)이 약 10.0mm, 제2폴 피스의 제1홀의 지름(Dpk2)이 약 8.5mm, 제2평탄부의 지름(Dpk2)이며, 마이크로파 전력을 공동 공진기로부터 분리시켜 그 결합도를 결정하는 안테나 리드(271)의 위치(La)를 변화시켜, 조정 부하 시(반사가 생기지 않는 부하 전압 정재파비 VSWR=1.0)의 발진 효율(η) 및 반사 전력이 생기는 부정합 부하시(전압 정재파비 VSWR≤4)의 부하 안정도(MoB)를 측정한 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 베인(233)에 장착된 안테나 리드(271)의 위치(La)는 약 7.0mm일 때 최적임을 알 수 있다.

또한 반사 전력이 생기는 부정합 부하 시(전압 정재파비 VSWR≤4)의 부하 안정도(MoB)가, 종래의 안테나 리드(271)의 위치(La)가 8, 5mm에 대한, 조정 부하 시(반사가 생기지 않는 부하 전압 정재파비 VSWR=1.0)의 발진 효율(η)을 약 1% 향상시킴을 알 수 있다.

즉, 안테나 리드(271)의 위치(La)가 8, 5mm일 때보다, 안테나 리드(271)의 위치(La)는 약 7.0mm일 때 한 층 더 높은 고효율화을 얻을 수 있다.

도 9는 전압 정재파비 VSWR=1.5 내지 3.0의 부하 변동에 대한 종래 마그네트론과 실시 예에 따른 마그네트론의 발진 효율(η)의 변화 그래프이다.

전압 정재파비 VSWR=1.5 내지 3.0의 부하 변동에 대한 종래 마그네트론과 실시 예에 따른 마그네트론의 발진 효율η의 변화 측정을 위해 표준 동파관 시험 장치를 이용하였다.

여기서 표준 동파관 시험 장치(미도시)는, 마그네트론 결합기, 더블 슬래그 튜너(double slag tuner)/가변 임피던스 발생기, 방향성 결합기, 주파수 결합기 및 무반사 종단기를 포함하며, 더블 슬래그 튜너/가변 임피던스 발생기를 조정 함으로써 전자레인지 등의 마이크로파 전력응용 기기에서의 부하 상태를 재현할 수 있다.

그래프의 가로축은, 부하 상태를 나타내는 지표로, 위상에 관한 부하 위치와 반사 전력이 생겼을 때의 지표인 전압 정재파비 VSWR를 나타내며, 전자레인지 등에서 상용되는 부하 상태와 거의 등가되도록, 전압 정재파비 VSWR는 1.5, 2.0 및 3.0으로 하고, 부하 위치는 위상의 변화를 위해, 10mm 피치로 80mm 이동시켜, 정재파 파장의 반파장 이상으로 했다.

도 9에 도시된 바와 같이, 변동시킨 부하 영역 전부에서, 실시 예의 마그네트론은 종래의 고효율화 기술 마그네트론과의 비교 시 약 3%, 종래의 범용 마그네트론과의 비교 시 약 6%로 발진 효율이 향상되었음을 알 수 있다.

이는, 베인(233)에 대한 안테나 리드(271)의 위치에 의해 공동공진기에 생긴 마이크로파 전력의 분리 결합도가 강하게 되고, 고효율화되었으며, 한 쌍의 폴 피스(234, 235)의 제2평탄부 지름 및 제1 홀 지름의 변경에 의해 작용 공간(231)의 축 방향 외곽부의 뒤틀린 정전자계 분포가 개선되어, 관축 방향 외곽부의 전자효율ηe이 향상되었기 때문이다.

본 실시 예는 발진 효율의 향상뿐만 아니라, 부하 변동에 의한 발진 효율의 변화를 억제할 수 있으므로, 보다 더 에너지 절약에 뛰어난 고효율을 얻을 수 있다.

도 10은 실시 예에 따른 마그네트론에 마련된 필터부(260)의 상세 예시도이고, 도 11은 실시 예에 따른 마그네트론의 필터부(260)에 마련된 초크 코일의 상세 예시도이다.

필터부(260)는 필터박스(260a)의 일 측 벽을 관통하고 두 개의 단자를 가진 콘덴서(260b)를 포함한다.

또한 필터부(260)는 필터박스(260a) 내에 수용되고, 필터박스에 위치하는 음극 단자인 한 쌍의 입력 단자(251)와 콘덴서(260b)의 필터박스 내측 단자와의 사이에 직렬 접속된 제1, 2 초크코일(261, 262)을 포함한다.

여기서 콘덴서(260b) 및 초크코일(261, 262)은, LC 로우 패스 필터 회로를 형성한다.

이러한 제 1, 2 초크코일(261, 262)은 제1접속부(263) 및 제2접속부(264)를 통해 콘덴서(260a) 및 입력단자(251)에 각각 연결된다.

아울러 제1, 2 초크 코일(261, 262)은 서로 동일한 구조로, 제1초크코일(261)을 예를 들어 설명한다.

제1 초크 코일(261)은 자성체 코어(261a)와, 제1접속부(263)에 연결되고 자성체 코어(261a)에 감긴 제1코일(261b) 및 제2코일(261c)과, 제1코일(261b)과 제2코일(262c) 사이에 위치하고 제1코일(261b)과 제2코일(262c)을 연결하는 제1연결부(261d)와, 제2코일(262c)에 연결된 제3코일(261e)과, 제2접속부(264)에 연결되고 제3코일(261e)의 일측에 위치하는 제4코일(261f)과, 제3코일(261e)과 제4코일(261f) 사이에 위치하고 제3코일(261e)과 제4코일(262f)을 연결하는 제2연결부(261g)를 포함한다.

제1코일(261b), 제2코일(262c), 제3코일(261e) 및 제4코일(261f)은 서로 직렬로 접속되어 있고, 각 코일을 이루는 선의 지름은 약 1.4mm 이다.

여기서 제1코일(261b)과 제2코일(262c)은 코어형 조밀 코일이고, 제3코일(261e)은 공심형 조밀 코일이며, 제4코일(261f)은 공심형 성긴 코일이다. 즉 자성체 코어를 갖는 코어형 코일과, 공심형 인덕터는 직렬로 접속되어 있다.

초크코일의 내지름(Di)은 4.5± 0.2mm이고, 복수 코어형 조밀코일 내에 삽입되는 자성체 코어(261a)의 지름(Dc)은 4.0±0.2mm이며, 길이(Ld)는 15.0±0.5mm이다.

그리고 콘덴서(260b) 측 제1코일(261b)의 감은 수는 4턴, 제1연결부(261d)는 1턴, 제2코일(261c)은 3턴, 제3코일(261e)은 2턴, 제2연결부(261g)는 1턴이고, 제4코일(261f)은 2.5 내지 3턴이다.

마그네트론의 요크 내에서 발생한 마이크로파의 대부분은 출력부(270)에서 조리실 내부로 방출되어 마이크로파 가열원이 되지만, 발생된 마이크로파의 일부는 음극부(240)를 거쳐 입력부(250) 측으로 누설되어, 필터부(260)의 초크코일(261, 262) 및 콘덴서(260b)에서 흡수 및 소비된다.

즉 초크코일(261, 262) 및 콘덴서(260b)는 입력부(250) 측에 반사되어 음극부(240)에 되돌아오는 누설 마이크로 파를 흡수 및 소비할 수 있다.

도 12는 종래기술 및 도 11의 필터부를 가진 마그네트론의 발진효율, 부하안정도 및 음극역충동의 비교표이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 필터부의 자성체 코어의 사이즈를 변경함으로써 초크코일의 구성을 최적화할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 발진효율의 변동 및 부하안정도(MoB)의 저하 등, 마그네트론의 기본특성 및 노이즈에 악영향을 주지 않고, 안정된 기본특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 13은 실시 예에 따른 마그네트론에 마련된 출력부(270)의 상세 예시도이다.

출력부(270)는 복수의 노이즈 제거부(276, 277)를 더 포함한다.

제1봉합부재(223)는 베이스 금속으로 두께가 0.4 내지 0.5mm인 철판을 사용하고, 제1 폴 피스(234)와 함께 표면처리로 2 내지 5μm의 니켈을 도금 처리한다.

출력부(270)는 제1봉합부재(223)의 내부에 위치하되, 제2절연체(272)의 외곽에 인접하게 위치하고, 안테나 리드(271)를 둘러싸는 노이즈 제거부 구조를 위한 2중 동축 원통형 금속체(275)를 포함한다.

여기서 노이즈 제거부 구조를 위한 2중 동축 원통형 금속체(275)는 두께가 0.2 내지 0.3mm의 철판과, 철판 면에 2 내지 4μm 두께의 구리를 도금 처리를 한 것으로, 2중 동축 원통형 금속으로 이루어진다.

노이즈 제거부 구조를 위한 2중 동축 원통형 금속체(275)는 구리 외에도, 은 등의 고전기 전도성 및 비자성체의 재질, 또는 2450MHz의 마이크로파에 대해 표피 깊이 이상의 구리, 은 등의 고전기 전도성 및 비자성의 금속으로 도금한다.

노이즈 제거부 구조를 위한 2중 동축 원통형 금속체(275)는 표피효과에 의한 표피깊이 이상의 두께를 가지는 고전기 전도율 및 비자성체인 구리로 도금을 함으로써, 표피효과에 의해 내부도체가 되는 안테나 리드(271), 배기관(272), 안테나 캡(274) 및 외부도체가 되는 제1폴 피스(234), 제1봉합부재(223), 노이즈 제거부 구조를 위한 2중 동축 원통형 금속체(275)의 표면을 흐르게 되는 마이크로파 전류에 의한 줄 손실을 줄임으로써 줄손을 저감시킬 수 있다.

출력부(270)는 고조파 노이즈 억제용λ/4형 초크로 이루어진, 제1노이즈 제거부(276)와, 제2노이즈 제거부(277)를 더 포함한다.

여기서 제1노이즈 제거부(276)는 제3고조파용 초크이고, 제2노이즈 제거부는 제5 고조파용 초크(277)로 이루어진다.

우선, 표피효과는, 마이크로파 등의 고주파전류가 도체를 흐를 때, 전류밀도가 도체의 표면에서 높고, 표면에서 벗어난 내부가 낮아지는 현상이며, 주파수가 높아질수록 전류가 표면에 집중하게 되어, 도체의 교류 저항이 높아지므로, 고주파회로에서는 고려해야 할 중요한 현상이다.

표피효과의 지표로는, 내부전류가 표면전류의 1/e (e:자연 대수의 밑바닥에서 2.718)이 되는 깊이를 표피깊이(d)로, 다음 식(1)로 계산하면, 전기 전도율(σ), 주파수(f) 및 투자율(透磁率: μ)에 반비례함을 알 수 있다.

ｄ＝（2ρ/ωμ）^1/2＝（2/σωμ）^1/2 （１）

ρ：도체 저항율,　σ：도체 도전율＝1/ρ,　ω：전류의 각속도＝2πf,　μ：도체 투자율(透磁率)

한편, 도체의 저항치(R)는 재료의 고유 저항(ρ)과 단면적(S)와 길이(L)로 결정되며, 다음 식(2)를 이용하여 계산한다. 같은 길이라면, 단면적이 크고, 고유 저항ρ이 작은 만큼 저항치R이 작아지는 것을 알 수 있다.

R＝ρ×L/S　　（２）

또한, 고조파용 공동공진기로 구성되는, λ/4형 초크의 공진 첨예도(Q)값은, 다음 식(3)을 이용하여 산출 가능하다. 마이크로파 전류가 흐르는 부분의 저항이 작고, 줄손에 의한 소비 에너지가 적은 쪽이 Q값을 향상시킬 수 있으며, 그 결과로 쇠퇴량이 증가하게 됨을 알 수 있다.

Ｑ＝ω×Ｗ／Ｐ＝ω×회로 축적 에너지／회로 소비 에너지　　（３）

여기에서, 진공관내에 베이스 금속 및 도금으로 사용되는 주된 재료에 대해서, 2450MHz (기본파), 7350MHz (제3 고조파) 및 12250MHz (제5 고조파)의 각 주파수에 대한 표피깊이(d)를, 식(1)을 이용하여 계산하면 다음과 같다.

재질	도전율σ ×10⁷ (S/m)	저항율ρ ×10^-8(Ω×m)	투자율μ ×10^-7(H/m)	표피 깊이d　(μm)
재질	도전율σ ×10⁷ (S/m)	저항율ρ ×10^-8(Ω×m)	투자율μ ×10^-7(H/m)	2450MHz	7350MHz	12250MHz
니켈	1.38	7.24	600×4π	0.11	0.06	0.05
철	1.02	9.80	2000×4π	0.07	0.04	0.03
동	5.81	1.72	4π	1.38	0.77	0.59
은	6.17	1.62	4π	1.30	0.75	0.58

위와 같이, 마이크로파 전류는 종래 기술의 니켈 도금에서는 표면에서 0.11μm (2450MHz), 0.06μm (7350MHz), 0.05μm (12250MHz)의 얇은 부분에 흐르고, 실시 예의 2 내지 4μm의 구리 도금에서는 1.33μm (2450MHz), 0.06μm (7350MHz), 0.05μm (12250MHz)에서 흐르며, 니켈 도금에 비해 약 12배의 단면적에 확대되어서 흐른다는 것을 알 수 있고, 베이스 금속에는 대부분 흐르지 않는다는 것을 알 수 있다.

또한, 식(2)로부터, 종래 기술의 2 내지 4μm 니켈 도금과, 실시 예의 2 내지 4μm 구리 도금의 표피저항을 비교하면, 저항율에서 4.2배 (7.24/1.72), 단면적에서 0.08배 (0.11/1.33), 니켈 도금이 구리 도금과 비교했을 때 약 53배가 되며, 마이크로파 전류가 흘렀을 경우의 줄손도, 니켈 도금 쪽이 커짐을 알 수 있다.

도 14 및 도 15는 마이크로파 전력에 의해 발생한 마이크로파 전류의 귀환경로가 되는, 노이즈 제거부 구성을 위한 2중 동축 원통형 금속체(275), 제1봉합부재(223) 및 제1 폴 피스(234)의 각각의 표면처리를 니켈 도금에서 구리 도금으로 변경한, A 내지 D까지 4종류의 시험에 대해, 발진 효율 변화를 각각 3개씩 측정한 결과이다.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 발진효율은, 시험 C 및 시험D 노이즈 제거부 구성을 위한 2중 동축 원통형 금속체(275)를 구리 도금했을 경우, 약 1% 향상이 확인되었지만, 제1봉합부재(223) 및 제1 폴피스(234)에서는 그 효과를 확인할 수 없었다.

이 결과, 외부도체로서 마이크로파 전류의 귀환경로가 되는, 노이즈 제거부 구성을 위한 2중 동축 원통형 금속체(275), 제1봉합부재(223) 및 제1 폴 피스(234)에 대하여, 마이크로파 진행파와 반사파의 간섭으로 발생하는 정재파 안의, 전류정재파의 배(즉 에너지가 많은 부분) 부분이, 노이즈 제거부 구성을 위한 2중 동축 원통형 금속체(275)의 위치와 일치하기 때문임을 알 수 있다.

도 16은 니켈 도금한 노이즈 제거부 구성을 위한 2중 동축 원통형 금속체(275)와, 구리 도금한 제1노이즈 제거부(275)의 고조파 노이즈 레벨 그래프이다.

즉 제3 고조파용 초크 및 제5 고조파용 초크를 포함하되, 니켈 도금한 노이즈 제거부 구성을 위한 2중 동축 원통형 금속체(275)를 가지는 종래 기술과, 구리 도금한 노이즈 제거부 구성을 위한 2중 동축 원통형 금속체(275)를 가지는 실시예의 고조파 노이즈 레벨 그래프이다.

한편, 측정은, 국제적인 노이즈 규격 CISPR(국제무선장해 특별위원회)에 준거한 것이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 제3 고조파에서 약 5dB, 제5 고조파에서는 약 10dB의 저감하였음을 알 수 있다.

이와 같이 마이크로파 전류의 표피효과를 고려한, λ/4형 고조파 초크 구성으로, 고조파 노이즈 억제 효과의 개선 및 발진 효율을 향상시킬 수 있고, 노이즈를 저감시킬 수 있다.

1: 전자레인지 100: 본체
200: 마그네트론

Claims

요크;
상기 요크 내에 배치되고 작용 공간이 형성된 양극 실린더와, 상기 작용공간의 축을 중심으로 방사상으로 배열된 복수의 베인과, 상기 양극 실린더의 양 측에 각각 설치된 제1폴피스 및 제2폴피스를 가지는 양극부;
상기 작용 공간에 배치되되 상기 복수의 베인과 이격 배치되는 필라멘트를 가지는 음극부;
상기 복수의 베인 중 어느 하나의 베인에 연결되고 상기 양극부와 음극부에서 발생되는 고주파를 상기 요크의 외부로 발진시키는 안테나 리드를 가지는 출력부를 포함하고,
상기 양극부의 제1 폴피스는,
제1평탄부와, 상기 제1평탄부의 내측에 형성된 경사부와, 상기 경사부의 내측에 형성되고 지름이 9.5 내지 10.5mm 인 제2평탄부와, 상기 제2평탄부 중앙의 상기 작용공간과 대응하는 위치에 형성되고 지름이 8 내지 8.2mm인 제1홀과, 상기 경사부에 형성되고 상기 안테나 리드가 관통되는 제2홀을 포함하고,
상기 양극부의 제2 폴피스는,
제1평탄부와, 상기 제1평탄부의 내측에 형성된 경사부와, 상기 경사부의 내측에 형성되고 상기 제1 폴피스의 제2평탄부의 지름과 상이한 지름을 갖는 제2평탄부와, 상기 제2평탄부 중앙의 상기 작용 공간과 대응하는 위치에 형성되고 상기 제1 폴피스의 제1홀과 상이한 지름을 갖는 제1홀을 포함하는 마그네트론.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 베인의 높이는 각각 7.9 내지 8.1mm 인 마그네트론.
제 1 항에 있어서,
상기 방사상으로 배열된 복수 베인이 형성하는 원의 내부 지름은 8.0 내지 8.2mm 인 마그네트론.
제 1 항에 있어서,
상기 필라멘트는 코일형상으로 이루어지고,
상기 필라멘트의 외부 지름은 3.6 내지 3.8mm 인 마그네트론.
제 1 항에 있어서,
상기 안테나 리드는, 상기 어느 하나의 베인의 단부로부터 6.8 내지 7.2 mm 이격된 거리에 위치하는 마그네트론.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 폴피스의 제2 평탄부는 지름이 10.5 내지 11.5mm 이고, 상기 제2 폴피스의 제1 홀은 지름이 8.4 내지 8.6mm인 마그네트론.
제 1 항에 있어서,
상기 제1폴피스의 제2평탄부와 베인 사이의 간격과, 상기 제2폴피스의 제2평탄부와 베인 사이의 간격은 1.3mm 내지 1.5mm인 마그네트론.
제 1 항에 있어서, 상기 음극부는,
상기 필라멘트의 양단에 각각 결합되는 제1엔드 햇 및 제2엔드 햇을 더 포함하고,
상기 제1엔드 햇 및 제2엔드 햇의 외부 지름은 7.2mm인 마그네트론.
제 8 항에 있어서,
상기 제1엔드 햇 및 제2엔드 햇 사이의 간격은 9.0mm인 마그네트론.
제 1 항에 있어서,
상기 음극부에 연결된 입력단자를 가지고, 상기 음극부에 전원을 공급하는 입력부와,
상기 입력부를 덮는 필터박스와, 상기 필터박스에 관통된 콘덴서와, 상기 필터박스에 배치되고 상기 콘덴서와 입력부 사이에 접속된 복수의 필터를 가지는 필터부를 더 포함하는 마그네트론.
제 10 항에 있어서,
상기 복수의 필터 각각은, 초크 코일을 포함하고,
각각의 초크코일은, 자성체 코어와, 상기 자성체 코어에 감긴 제1코일 및 제2코일과, 상기 제1코일과 제2코일을 연결하는 제1연결부와, 상기 제2코일에 연결된 제3코일과, 상기 제3코일의 일측에 위치하는 제4코일과, 상기 제3코일과 제4코일을 연결하는 제2연결부를 가지는 마그네트론.
제 11 항에 있어서,
상기 제1코일과 제2코일은 코어형 조밀 코일이고,
상기 제3코일은 공심형 조밀 코일이고,
상기 제4코일은 공심형 성긴 코일인 마그네트론.
제 11 항에 있어서,
상기 초크코일의 내지름은 4.5± 0.2mm인 마그네트론.
제 11 항에 있어서,
상기 자성체 코어는 지름이 4.0±0.2mm이며, 길이가 15mm인 마그네트론.
제 11 항에 있어서,
상기 제1코일의 감은 수는 4턴, 상기 제1연결부는 1턴, 상기 제2코일은 3턴, 제3코일은 2턴, 제2연결부는 1턴이고, 제4코일은 2.5 내지 3턴인 마그네트론.
제 1 항에 있어서, 상기 출력부는,
상기 안테나 리드를 두께가 0.2 내지 0.3mm의 철판과, 상기 철판 면에 2 μm이상 4 μm 이하의 두께로 도금된 구리로 이루어진 금속체를 포함하는 마그네트론.
요크;
상기 요크 내에 배치되고 작용 공간이 형성된 양극 실린더와, 작용공간의 축을 중심으로 방사상으로 배열된 복수의 베인과, 상기 양극 실린더의 양 측에 각각 설치된 제1폴피스 및 제2폴피스를 가지는 양극부;
상기 작용 공간에 배치되되 상기 복수의 베인과 이격 배치되는 필라멘트를 가지는 음극부;
상기 복수의 베인 중 어느 하나의 베인에 연결되고 상기 양극부와 음극부에서 발생되는 고주파를 상기 요크의 외부로 전송시키는 안테나 리드를 가지는 출력부;
상기 음극부에 연결된 입력단자를 가지고, 상기 음극부에 전원을 공급하는 입력부;
상기 입력부를 덮는 필터박스와, 상기 필터박스에 관통된 콘덴서와, 상기 필터박스에 배치되고 상기 콘덴서와 입력부 사이에 접속된 복수의 필터를 가지는 필터부를 포함하고,
상기 복수의 필터 각각은, 초크 코일을 포함하고,
각각의 초크코일은, 지름이 4.0±0.2mm이며, 길이가 15mm인 자성체 코어와, 상기 자성체 코어에 감긴 제1코일 및 제2코일과, 상기 제1코일과 제2코일을 연결하는 제1연결부와, 상기 제2코일에 연결된 제3코일과, 상기 제3코일의 일측에 위치하는 제4코일과, 상기 제3코일과 제4코일을 연결하는 제2연결부를 가지는 마그네트론.
제 17 항에 있어서,
상기 제1코일과 제2코일은 코어형 조밀 코일이고,
상기 제3코일은 공심형 조밀 코일이고,
상기 제4코일은 공심형 성긴 코일인 마그네트론.
제 17 항에 있어서,
상기 초크코일의 내지름은 4.5± 0.2mm인 마그네트론.
제 17 항에 있어서,
상기 제1코일의 감은 수는 4턴, 상기 제1연결부는 1턴, 상기 제2코일은 3턴, 제3코일은 2턴, 제2연결부는 1턴이고, 제4코일은 2.5 내지 3턴인 마그네트론.
제 17 항에 있어서, 상기 각각의 초크코일은,
0.7μＨ 내지 0.9μＨ의 인덕턴스를 갖는 마그네트론.
제 17 항에 있어서,
상기 제1코일, 제2코일, 제3코일 및 제4코일을 이루는 선의 지름은 1.4mm 인 마그네트론.
마그네트론과, 마그네트론에서 발생된 고주파를 이용하는 고주파 가열기기에 있어서,
상기 마그네트론은,
요크;
상기 요크 내부에 배치되고 전원이 인가되면 가열되면서 열전자를 방출하는 필라멘트를 가지는 음극부;
상기 요크 내에 배치되고 전계가 형성되는 작용 공간을 가지는 양극 실린더와, 상기 필라멘트와 이격 배치되고 상기 작용공간의 축을 중심으로 방사상으로 배열되며 상기 열전자를 이용하여 전자군을 형성하는 복수의 베인과, 상기 양극 실린더의 양 측에 각각 설치된 제1폴피스 및 제2폴피스를 가지는 양극부;
상기 요크 내에 배치되되 상기 양극부의 양단에 각각 배치되고 자계를 발생시키는 제1자석과 제2자석;
상기 복수의 베인 중 어느 하나의 베인에 연결되고 상기 전계와 자계에 의해 전자군이 회전 운동하여 발생되는 고주파를 상기 요크의 외부로 전송시키는 안테나 리드를 가지는 출력부를 포함하고,
상기 양극부의 제1 폴피스는,
제1평탄부와, 상기 제1평탄부의 내측에 형성된 경사부와, 상기 경사부의 내측에 형성되고 지름이 9.5mm 내지 10.5mm 인 제2평탄부와, 상기 제2평탄부에 형성되되 상기 작용공간과 대응하는 위치에 형성되고 지름이 8mm 내지 8.2mm인 제1홀과, 상기 경사부에 형성되고 상기 안테나 리드가 관통되는 제2홀을 가지고,
상기 양극부의 제2 폴피스는,
제1평탄부와, 상기 제1평탄부의 내측에 형성된 경사부와, 상기 경사부의 내측에 형성되고 상기 제1 폴피스의 제2평탄부의 지름과 상이한 지름을 갖는 제2평탄부와, 상기 제2평탄부 중앙의 상기 작용 공간과 대응하는 위치에 형성되고 상기 제1 폴피스의 제1홀과 상이한 지름을 갖는 제1홀을 포함하는 고주파 가열기기.
제 23 항에 있어서,
상기 복수의 베인의 높이는 각각 7.9mm 내지 8.1mm 이고,
상기 방사상으로 배열된 복수 베인이 형성하는 원의 내부 지름은 8.0mm 내지 8.2mm 인 고주파 가열기기.
제 23 항에 있어서,
상기 필라멘트는 코일형상으로 이루어지고,
상기 필라멘트의 외부 지름은 3.6mm 내지 3.8mm 인 고주파 가열기기.
제 23 항에 있어서,
상기 안테나 리드는, 상기 어느 하나의 베인의 단부로부터 6.8mm 내지 7.2 mm 이격된 거리에 위치하는 고주파 가열기기.
제 23 항에 있어서, 상기 제1 폴피스의 제2 평탄부는 지름이 10.5mm 내지 11.5mm이고, 상기 제2 폴피스의 제1 홀은 지름이 8.4mm 내지 8.6mm인 고주파 가열기기.
제 23 항에 있어서,
상기 제1폴피스의 제2평탄부와 베인 사이의 간격과, 상기 제2폴피스의 제2평탄부와 베인 사이의 간격은 1.3mm 내지 1.5mm인 고주파 가열기기.
제 23 항에 있어서, 상기 음극부는,
상기 필라멘트의 양단에 각각 결합되는 제1엔드 햇 및 제2엔드 햇을 더 포함하고,
상기 제1엔드 햇 및 제2엔드 햇의 외부 지름은 7.2mm이고,
상기 제1엔드 햇 및 제2엔드 햇 사이의 간격은 9.0mm인 고주파 가열기기.
제 23 항에 있어서,
상기 음극부에 연결된 입력단자를 가지고, 상기 음극부에 전원을 공급하는 입력부와,
상기 입력부를 덮는 필터박스와, 상기 필터박스에 관통된 콘덴서와, 상기 필터박스에 배치되고 상기 콘덴서와 입력부 사이에 접속된 복수의 초크 코일로 이루어진 필터를 가지는 필터부를 더 포함하고,
각각의 초크코일은, 지름이 4.0±0.2mm이며, 길이가 1.5±0.5mm인 자성체 코어와, 상기 자성체 코어에 감긴 제1코일 및 제2코일과, 상기 제1코일과 제2코일을 연결하는 제1연결부와, 상기 제2코일에 연결된 제3코일과, 상기 제3코일의 일측에 위치하는 제4코일과, 상기 제3코일과 제4코일을 연결하는 제2연결부를 가지는 고주파 가열기기.
제 30 항에 있어서,
상기 제1코일과 제2코일은 코어형 조밀 코일이고, 상기 제3코일은 공심형 조밀 코일이고, 상기 제4코일은 공심형 성긴 코일이고,
상기 제1코일의 감은 수는 4턴, 상기 제1연결부는 1턴, 상기 제2코일은 3턴, 제3코일은 2턴, 제2연결부는 1턴이고, 제4코일은 2.5 내지 3턴인 고주파 가열기기.
제 30 항에 있어서,
상기 초크코일의 내지름은 4.5± 0.2mm인 고주파 가열기기.
제 23 항에 있어서, 상기 출력부는,
상기 안테나 리드를 둘러싸는 제1노이즈 제거부와, 제3고조파용 초크로 이루어진 제2노이즈 제거부와, 제5고조파용 초크로 이루어진 제3노이즈 제거부를 더 포함하고,
상기 제1노이즈 제거부는, 두께가 0.2mm 내지 0.3mm의 철판과, 상기 철판 면에 2μm 내지 4μm 두께로 도금된 구리로 이루어진 고주파 가열기기.