KR19980047503A

KR19980047503A - magnetron

Info

Publication number: KR19980047503A
Application number: KR1019960065997A
Authority: KR
Inventors: 장성덕
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-12-14
Filing date: 1996-12-14
Publication date: 1998-09-15
Also published as: KR100200790B1

Abstract

본 발명은 전자렌지의 마그네트론에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마그네트론에서 발진된 마이크로파를 조리공간으로 도출시키는 도출용 도체에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetron of a microwave oven, and more particularly, to a conductor for derivation for deriving microwaves oscillated from a magnetron into a cooking space.

본 발명의 구성은 진공관, 상기 진공관 내주면에 마련되어 공진 공간을 형성하는 양극부, 상기 양극부의 중심에 마련되어 전자를 방출시키는 음극부, 상기 음극부에서 방출된 전자가 상기 양극부의 양극에 도달하는 것을 막고 상기 공진 공간에서 나선 운동하도록 상기 전자를 제어하는 자석, 상기 전자가 상기 나선운동으로 일정속도 이상의 진동속도에 도달하면 이를 상기 진공관 외부로 도출시키기 위한 관형상의 도출용 도체로 이루어진다.The configuration of the present invention is a vacuum tube, an anode portion provided on the inner circumferential surface of the tube to form a resonance space, a cathode portion provided in the center of the anode portion for emitting electrons, preventing electrons emitted from the cathode portion from reaching the anode portion of the anode portion And a magnet for controlling the electrons to move in a spiral space in the resonance space, and a conductor for deriving a tubular shape for deriving the electrons to the outside of the vacuum tube when the electrons reach a vibration speed of a predetermined speed or more in the spiral motion.

상기 구성은 도체에 전류 및 자계를 흘릴 경우 발생되는 표피효과에 의한 손실을 줄이기 위한 것이다. 즉, 초고주파를 외부로 도출시키기 위한 도출용 도체를 관형상으로 마련하여 초고주파 발진시 표피효과에 의해 도체 내부가 저항으로 작용하는 것을 줄이고자 한 것이다. 따라서, 마그네트론의 전체적인 발진효율을 높여 마그네트론을 사용하는 기기의 신뢰성을 높이는 효과가 있다.The above configuration is to reduce the loss due to the skin effect generated when the current and the magnetic field flow through the conductor. In other words, it is intended to reduce the effect of the inside of the conductor acting as a resistance due to the skin effect during the ultra-high frequency oscillation by providing a conductor for derivation to derive ultra-high frequency to the outside. Therefore, it is possible to increase the overall oscillation efficiency of the magnetron to increase the reliability of the device using the magnetron.

Description

magnetron

일반적으로 마그네트론이란 초고주파 발진관을 말하며, 이는 필라멘트를 구비하고 있어 상기 필라멘트의 양극에 수 ㎸의 직류전압이 가해지면 부속된 영구자석의 힘을 받아 수㎒ - 수백㎓의 극초단파를 발진하게 된다. 이 발생된 극초단파는 레이더, 펄스통신, 공업용 용접 및 전열기에 응용되며 특히 2450㎒는 전열용으로만 사용하도록 국제규정을 두고 있다.In general, the magnetron refers to an ultra-high frequency oscillation tube, which includes a filament, and when a direct current voltage of several kilowatts is applied to the anode of the filament, the microwave oscillates several megahertz-hundreds of microseconds under the force of an attached permanent magnet. The generated microwave is applied to radar, pulse communication, industrial welding and electric heaters, and 2450MHz is internationally regulated to be used only for electric heating.

이에 따라 전자렌지에서 사용되고 있는 2,450M㎐의 초고주파는 1초에 24억 5천만번이나 전계의 방향을 바꿈으로서, 식품을 구성하는 분자들을 회전하게 만들고 이때 발생하는 많은 마찰열을 이용하여 식품을 조리하게 된다.Accordingly, the 2,450M 초 ultra-high frequency used in the microwave changes the direction of the electric field 2.45 million times per second, causing the molecules constituting the food to rotate and cooking food using a lot of frictional heat generated at this time. .

도 1은 이러한 마그네트론이 2450㎒에서 전열용으로 사용된 예를 보인 전자렌지의 마그네트론 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a magnetron of a microwave oven in which such a magnetron is used for heat transfer at 2450 MHz.

도 1을 보면, 몸체를 이루는 요오크(40)의 내부에 에너지를 생성하는 양극부(10)가 마련된다. 그리고, 이 양극부(10)의 하단에는 전원이 입력되는 입력부(20)가 마련되고, 그 상단에는 마이크로파를 도출하는 출력부(30)가 구성된다.Referring to FIG. 1, an anode portion 10 for generating energy is provided inside the yoke 40 constituting the body. In addition, an input unit 20 for inputting power is provided at a lower end of the positive electrode unit 10, and an output unit 30 for inducing microwaves is configured at an upper end thereof.

양극부(10)에는 음극부(50)과 동축형상으로 배치되어 있는 양극통체(11)의 상하부에 서로 대향해서 제 1,2의 자극편(12-1,12-2)이 배설되어 있고, 이 양극통체(11)의 외주에는 냉각판(14)이 일정 간격으로 이격 접층되어 끼워져있는데 이는 양극통체(11)에서 발생된 열을 전도 받아 대기와의 접촉면을 넓혀 열교환을 활발하게 이루기 위한 것이다. 또한, 대기와의 열교환을 더욱 활발하게 시키기 위해 요오크(40) 외부에 냉각용 팬(미도시)이 설치되기도 한다. 상기 양극통체(11)의 내측에는 양극통체(11)의 중심을 향해서 복수개의 양극베인(15)이 배설되어 양극베인(15)과 양극베인 사이에 공동공진기(미부호)가 마련된다.In the anode portion 10, the first and second magnetic pole pieces 12-1 and 12-2 are disposed to face each other in the upper and lower portions of the anode cylinder 11 coaxially arranged with the cathode portion 50. The outer circumference of the anode cylinder 11 is fitted with the cooling plate 14 spaced apart at regular intervals, which is to conduct heat exchange by spreading the contact surface with the atmosphere by conducting heat generated from the anode cylinder 11. In addition, a cooling fan (not shown) may be installed outside the yoke 40 to make heat exchange with the atmosphere more active. Inside the anode cylinder 11, a plurality of anode vanes 15 are disposed toward the center of the anode cylinder 11, and a cavity resonator (unsigned) is provided between the anode vanes 15 and the anode vanes.

출력부(30)에는 이 양극베인(15)으로부터 마이크로파 도출용 도체(31) 마련되어 상기 제1의 자극편(12-1)의 관통구멍을 관통해 관축을 따라 연장되고 상기 금속관(32-1)과 절연링(33-1)을 통과해 배기관(34)과 접합되도록 마련된다.The output section 30 is provided with a conductor for deriving microwaves 31 from the anode vanes 15 and extends along the tube axis through the through-holes of the first magnetic pole pieces 12-1, and the metal tube 32-1. It is provided to be joined to the exhaust pipe 34 through the insulating ring 33-1.

상기 양극통체(11)의 상하부에는 원통형상의 페라이트 영구자석(16)이 배치되어 그 바깥쪽을 둘러싸는 강자성체의 요오크(40)와 자기회로를 형성하고 있다. 또한, 상부측 양극통체(11)와 제 1자극편(12-1)위에는 금속관(32-1)이 마련되며 이 금속관(32-1)의 하면은 기밀하게 밀봉되어 있다. 그리고, 하부측 금속관(32-2)에는 유리 또는 세라믹의 유전체로 이루어진 절연링(33-2)이 설치되며, 하부측 금속관(32-2) 역시 한 면이 기밀하게 밀봉되어 전체적으로 진공관 구조의 형상을 하고 있다. 그리고, 음극부 도출용 도체(21,22)는 금속관(32-2) 및 절연링(33-2)을 통하여 외부로 도출되어 쵸크코일(23) 및 관통 콘덴서(24)에 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 외부에서 인가되는 전기에너지를 필라멘트(17)로 전달할 수 있게 된다.Cylindrical ferrite permanent magnets 16 are arranged on the upper and lower portions of the anode cylinder 11 to form a magnetic circuit with the ferromagnetic yoke 40 surrounding the outside thereof. In addition, a metal tube 32-1 is provided on the upper anode body 11 and the first magnetic pole piece 12-1, and the bottom surface of the metal tube 32-1 is hermetically sealed. In addition, the lower side metal tube 32-2 is provided with an insulating ring 33-2 made of a dielectric of glass or ceramic, and the lower side metal tube 32-2 is also sealed in one side by airtight and has a shape of a vacuum tube structure as a whole. Doing The cathode-derived conductors 21 and 22 are led out to the outside through the metal pipe 32-2 and the insulating ring 33-2, and are electrically connected to the choke coil 23 and the through condenser 24. . Therefore, it is possible to transfer the electric energy applied from the outside to the filament 17.

외부에서 전달된 에너지는 필라멘트(17)를 가열시키며, 가열된 필라멘트(17)는 열전자를 방출하게 되고, 이 방출된 열전자는 작용공간에서 영구자석(16)의 영향을 받게 된다. 즉, 영구자석(16)에 의한 자계와 양극(60)과 음극부(50)사이에 존재하는 전계와의 상호작용에 의하여 양극베인(15) 사이의 공진기(미부호)에 존재하는 고주파 전계에 에너지를 전달하며 이 에너지는 마이크로파 도출용 도체(31)를 통해 외부로 전달된다.The energy transmitted from the outside heats the filament 17, and the heated filament 17 emits hot electrons, which are affected by the permanent magnet 16 in the working space. That is, due to the interaction between the magnetic field by the permanent magnet 16 and the electric field existing between the anode 60 and the cathode portion 50, the high frequency electric field exists in the resonator (unsigned) between the anode vanes 15. Energy is transmitted, and this energy is transmitted to the outside through the microwave drawing conductor 31.

이러한 종래의 마그네트론 양극구조에서의 마이크로파 도출용 도체는 도 2에서 도시된 바와 같이 원통형상의 구리봉(31)을 프레스 가공하여 사용해 왔다. 통상적으로 전류가 흐르는 경우에는 전선 내의 전류밀도 분포는 균일하지 않고, 중심부에서는 작게되고 주변에 갈수록 크게 된다. 그 이유는 전선 중심부의 전류일수록 그 전류가 만드는 전자속과 쇄교하는 수가 많아서 그 부분의 역기전력, 즉 인덕턴스가 커지기 때문이다. 그런데 이러한 작용은 전선 표면에 가까워질수록 적어지므로 전류가 중심부에는 잘 흐르지 않고 표면에 집중하여 흐르려는 경향이 있다. 이러한 현상을 표피효과(skin effect)라 한다. 결국 전류가 흐르는 표면을 제외한 기타 내부쪽 부위는 손실로 작용하여 마그네트론에서의 초고주파 발진효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.In the conventional magnetron anode structure, the microwave-derived conductor has been used by pressing a cylindrical copper rod 31 as shown in FIG. In general, when current flows, the current density distribution in the electric wire is not uniform, but becomes smaller at the center and becomes larger toward the periphery. The reason for this is that the more current in the center of the wire, the more the linkage with the electron flux produced by the current increases, which increases the counter electromotive force, or inductance. However, since this action decreases as it gets closer to the wire surface, current tends to concentrate on the surface rather than flowing to the center. This phenomenon is called the skin effect. As a result, other internal parts except the surface through which the current flows act as a loss, thereby degrading the ultra-high frequency oscillation efficiency in the magnetron.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 마이크로파 도출용 도체에서 발생되는 전력 손실을 줄일 수 있는 도체 형상을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and to provide a conductor shape that can reduce the power loss generated in the microwave-derived conductor.

도 1은 일반적인 전자렌지에서 사용되는 마그네트론의 단면도,1 is a cross-sectional view of a magnetron used in a common microwave oven,

도 2는 도 1에서 보인 마그네트론의 초고주파 도출용 도체의 확대도,2 is an enlarged view of a conductor for deriving the ultra-high frequency of the magnetron shown in FIG.

도 3은 본 발명에 따른 초고주파 도출용 도체의 확대도.Figure 3 is an enlarged view of the ultra-high frequency conductor for deduction according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings

10: 양극부 20: 입력부 30: 출력부10: anode portion 20: input portion 30: output portion

31: 도출용 도체 40: 요오크 50: 음극부31: conductor for derivation 40: yoke 50: cathode

60: 양극60: anode

이하에는 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성으로 진공관, 상기 진공관 내주면에 마련되어 공진 공간을 형성하는 양극부, 상기 양극부의 중심에 마련되어 전자를 방출시키는 음극부, 상기 음극부에서 방출된 전자가 상기 양극부의 양극에 도달하는 것을 막고 상기 공진 공간에서 나선 운동하도록 상기 전자를 제어하는 자석, 상기 전자가 상기 나선운동으로 일정속도 이상의 진동속도에 도달하면 이를 상기 진공관 외부로 도출시키기 위한 관형상의 도출용 도체로 이루어진다.Hereinafter, as a configuration of the present invention for achieving the above object, a vacuum tube, an anode portion provided on the inner circumferential surface of the vacuum tube to form a resonance space, a cathode portion provided at the center of the anode portion for emitting electrons, and electrons emitted from the cathode portion A magnet for controlling the electrons to prevent the reaching of the anode of the anode portion and spirally moving in the resonance space, and deriving a tubular shape for deriving the electron out of the vacuum tube when the electrons reach a vibration speed higher than a predetermined speed by the spiral movement. Consists of a conductor.

이하 첨부된 도면을 참조하여 하나의 양호한 실시 예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, one preferred embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로파 도출용 도체를 도시한 것이다.Figure 3 shows a microwave derived conductor according to the present invention.

도 3을 보면, 마이크로파 도출용 도체(31')는 종래의 것과 비교하면 도체 형상만 변한 것이다. 이를 도 1의 구성요소를 참조하여 설명한다.Referring to Fig. 3, the conductor 31 'for deriving microwaves has changed only the conductor shape as compared with the conventional one. This will be described with reference to the components of FIG. 1.

마그네트론의 양극(60)은 복수개의 양극베인(15)과 2중 스트랩(18) 및 양극통체(11)로 구성되어 있고, 양극베인(15)의 중심부에는 음극(50)이 마련되어 있다. 그리고, 각 베인은 공동공진기(미부호)라 불리는 공간을 형성하고 있다. 따라서, 진공중인 마그네트론의 양극(60)과 음극(50)에 전원을 연결해 기전력을 가하면 음극(50)으로부터 열전자가 방출하게 된다. 이러한 열전자(이하 전자라 한다)는 전기 현상에 의해 양극(60)으로 이동하게 된다. 이때 양극(60)으로 향하는 전자가 양극(60)에 도달하게 되면 전류의 흐름이 이루어져 전자를 공진 시킬 수 없어 마그네트론의 동작이 불가능해지므로 전자가 양극(60) 도달하지 못하도록 전계를 형성시킨다. 이러한 전계는 양극부(10) 상하의 위치에 설치된 자석(16)에 의해 이루어진다. 즉, 양극베인(15)에 양극전압을 가하면 음극(50)으로부터 전자가 방출되고 이 전자는 직진하여 양극(60)에 도달하려고 한다. 그러나 양극부(10) 상하의 위치에 마련된 자석(16)에서 가해지는 자계에 의해 전자는 플레밍의 오른손법칙에 따라 전계방향과 수직방향으로 힘을 받으며 자계가 적정하게 가해지면 전자는 회전운동을 하게 된다. 양극(60)은 돌출된 다수개의 베인에 의해 여러 개의 공간인 공동공진기를 가지고 있는데 이 공동공진기를 이루는 양극부(10)의 외주면과 베인의 극은 L, C등가회로를 이룬다. 따라서, 마그네트론이 발진하고 있지 않을 때에도 미소한 마이크로파가 진동하고 있고 양극베인간에는 고주파 전계가 발생하고 있다. 이 전계는 1주기를 교대로 양극베인(15)의 선단부에 존재하는 전계가 (+),(-)로 변화한다. 따라서, 음극(50)에서 방출된 전자는 전계와 자계의 작용으로 힘을 얻으며 양극(60)으로 진행하는데 이 전자가 고주파 전계의 (-)부분에 도달하면 서로 반발하여 원주방향으로 힘을 받고 (+)부분에 도달하면 양극으로 끌려가고, 이와 같은 운동을 되풀이 하다가 결국 양극베인(15)선단부에 존재하는 고주파 전계에 전자가 갖고 있는 운동에너지를 전달하게 된다. 이와 같은 전자의 운동을 나선운동이라 하며 전자의 나선운동과 고주파전계의 진동속도가 일치 할 때 양극베인(15)으로부터 뻗어 나온 마이크로파의 도출용 도체(31)를 통해 마이크로파는 발진하게 된다.The anode 60 of the magnetron is composed of a plurality of anode vanes 15, a double strap 18, and an anode cylinder 11, and a cathode 50 is provided at the center of the anode vane 15. Each vane forms a space called a cavity resonator (unsigned). Therefore, when an electric power is applied to the positive electrode 60 and the negative electrode 50 of the magnetron in vacuum, hot electrons are emitted from the negative electrode 50. These hot electrons (hereinafter referred to as electrons) are moved to the anode 60 by an electric phenomenon. In this case, when the electrons directed to the anode 60 reach the anode 60, a current flows to resonate the electrons, which makes the operation of the magnetron impossible, thereby forming an electric field to prevent the electrons from reaching the anode 60. This electric field is made by the magnet 16 provided in the upper and lower positions of the anode portion 10. That is, when an anode voltage is applied to the anode vanes 15, electrons are emitted from the cathode 50, and these electrons go straight to reach the anode 60. However, due to the magnetic field applied by the magnets 16 provided at the upper and lower positions of the anode part 10, the electrons are forced in the direction perpendicular to the electric field according to the Fleming's right hand law. When the magnetic field is properly applied, the electrons rotate. . The anode 60 has a cavity resonator which is a plurality of spaces by a plurality of protruding vanes, and the outer circumferential surface of the anode part 10 constituting the cavity resonator and the pole of the vane form an L and C equivalent circuit. Therefore, even when the magnetron is not oscillating, a minute microwave is vibrating and a high frequency electric field is generated between the anode vanes. This electric field alternates one cycle, and the electric field present at the tip of the anode vane 15 changes to (+) and (-). Therefore, the electrons emitted from the cathode 50 are energized by the action of the electric field and the magnetic field and proceed to the anode 60. When the electrons reach the negative part of the high frequency electric field, they repel each other and receive the force in the circumferential direction ( When it reaches the + part, it is attracted to the anode, and this motion is repeated, and eventually the kinetic energy of the electrons is transferred to the high frequency electric field existing at the tip of the anode vane 15. Such a motion of the electron is called a spiral motion and the microwave is oscillated through the conductor 31 for derivation of the microwaves extending from the anode vane 15 when the spiral motion of the electron coincides with the vibration speed of the high frequency electric field.

이러한 도체(31)를 통해 발진되는 마이크로파는 도체에 흐를 때 일정 값의 저항치를 가지게 되는데 이는 표피효과(skin effect)를 응용해 극복할 수 있다.The microwaves oscillated through the conductor 31 have a certain value of resistance when flowing through the conductor, which can be overcome by applying a skin effect.

표피효과를 개략적으로 설명하자면, 도체에 전계가 가해질 때 전류밀도나 전계의 세기는 도체 내로 들어감에 따라 급격히 감소한다. 이는 도체표면에 전류가 흐를 때 전류밀도의 방향은 수직방향, 즉 도체 내로 전파되지만 도체 중심부로 갈수록 자속 쇄교수가 크기 때문에 전류밀도가 급격히 감쇠하기 때문이다. 따라서, 도체내부에서는 전계에너지가 전송되지 않는 현상이 나타나는데 이를 표피효과라 한다. 즉 이 에너지는 도체 주위의 매질을 통해서만 전송되는 것이다. 이러한 현상에서 전류가 도체의 표면을 침투하여 흐르는 부위를 표피두께(skin depth)라고 하는데 이는 다음과 같이 정의된다.To explain the skin effect schematically, when an electric field is applied to a conductor, the current density or the strength of the electric field decreases rapidly as it enters the conductor. This is because when the current flows on the conductor surface, the direction of the current density propagates vertically, i.e., in the conductor, but the current density rapidly attenuates because the magnetic flux chain is larger toward the center of the conductor. Therefore, the phenomenon that the electric field energy is not transmitted inside the conductor appears, which is called the skin effect. This energy is transmitted only through the medium around the conductors. In this phenomenon, the area where current flows through the surface of the conductor is called skin depth, which is defined as follows.

δ = 0.0661/√f [m]δ = 0.0661 / √f [m]

( δ:표피두께, f:주파수 )(δ: skin thickness, f: frequency)

이것은 결국 주파수가 높으면 높을 수록 전류가 도체의 더 표면 쪽으로 흐름을 의미한다.This, in turn, means that the higher the frequency, the more current flows to the surface of the conductor.

따라서, 마그네트론에서 발진되는 마이크로파는 대단히 높은 주파수를 가지고 있으므로 위 식을 적용하면 마이크로파가 흐르기 위한 도체의 표면두께는 극히 얇게 된다. 따라서, 본 발명의 마이크로파 도출용 도체는 마이크로파의 발진시 도체의 내부가 저항으로 작용하는 것을 막기 위해 관형상으로 만들어진다. 따라서, 마이크로파 발진시 도체 내부에 의한 저항을 없애 마이크로파의 발진 효율을 극대화 할 수 있다. 그리고, 이 관형상의 마이크로파 도출용 도체의 단면은 방형 및 원형 등으로 양호하게 만들 수 있다.Therefore, the microwaves oscillated in the magnetron have a very high frequency, and according to the above equation, the surface thickness of the conductor for the microwaves to flow is extremely thin. Therefore, the microwave-derived conductor of the present invention is made in a tubular shape to prevent the inside of the conductor from acting as a resistance when the microwave is oscillated. Therefore, the microwave oscillation efficiency can be maximized by eliminating the resistance caused by the inside of the conductor. The cross section of the tubular microwave-derived conductor can be made good in a square shape, a circular shape, or the like.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 도체에 전류 및 자계를 흘릴 경우 발생되는 표피효과에 의한 손실을 줄이기 위한 것이다. 즉, 초고주파를 외부로 도출시키기 위한 도출용 도체를 관형상으로 마련하여 초고주파 발진시 표피효과에 의해 도체 내부가 저항으로 작용하는 것을 줄이고자 한 것이다. 따라서, 마그네트론의 전체적인 발진효율을 높여 마그네트론을 사용하는 기기의 신뢰성을 높이는 효과가 있다.As described above, the present invention is to reduce the loss due to the skin effect generated when the current and the magnetic field flowing through the conductor. In other words, it is intended to reduce the effect of the inside of the conductor acting as a resistance due to the skin effect during the ultra-high frequency oscillation by providing a conductor for derivation to derive ultra-high frequency to the outside. Therefore, it is possible to increase the overall oscillation efficiency of the magnetron to increase the reliability of the device using the magnetron.

Claims

A vacuum tube, an anode portion provided on the inner circumferential surface of the vacuum tube to form a resonance space, a cathode portion provided at the center of the anode portion for emitting electrons, and a spiral in the resonance space while preventing electrons emitted from the cathode portion from reaching the anode portion of the anode portion. In a magnetron of a microwave oven having a magnet for controlling the electrons to move, and a derivation conductor for deriving the electrons to the outside of the vacuum tube when the electrons reach a vibration speed of a predetermined speed or more by the spiral motion,

The derivation conductor is a microwave magnetron, characterized in that the hollow metal tube.