KR19980086166A - 전자레인지용 마그네트론 - Google Patents

Abstract

본 발명은 억제하고자 하는 고조파 쵸크의 설계허용 범위를 크게 할수 있을 뿐만 아니라 고조파 억제 특성이 뛰어나며 각 쵸크 치수의 실정이 매우 간편한 전자레인지용 마그네트론 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 전자레인지용 마그네트론은 내부중앙에 필라멘트 형태의 음극구조물인 캐소드와, 상기 캐소드의 둘레에 설치된 양극 구조물인 금속제의 원통형 애노드와, 상기 애노드 내면에 일단이 고정되고 캐소드를 향하여 방사상으로 형성되어 캐소드에서 생성된 전자에너지를 받아들이는 복수개의 베인과, 상기 베인에 일단이 전기적으로 접속되고 Φ₁의 외경을 가지며 전자에너지를 전송하기 위한 안테나 피이더와, 자계를 형성시키기 위해 상요크와 하요크에 각각 부착되어 있는 상자석 및 하자석과, 내경 Φ₄인 개구부를 가지며, 자기회로 통로 및 몸체지지체 역할을 하는 애노드 시일과, 애노드 시일을 통하여 나오는 4고조파 이상의 고조파를 억제시키기 위해 내경 Φ₂과 외경 Φ₃및 깊이 L_a를 가지며 애노드 시일 내측에 안테나 피이더를 둘러싸도록 고리모양의 요홈을 형성하는 금속제의 쵸크와, 제 2, 제 3 고조파를 억제시키기 위한 배기관을 포함하여 이루어진 전자레인지용 마그네트론에 있어서, 억제하고자 하는 고주파 파장을 λ라 할 때, In(Φ₄/Φ₃) tan (2πL_a/λ) = In(Φ₂/Φ₁) cot (2πL_a/λ)인 관계가 성립하도록 상기 Φ₁∼Φ₄및 L_a가 설정되어 고조파 쵸크가 형성되도록 함을 특징으로 하고 있다.

Description

전자레인지용 마그네트론

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로, 특히 전자레인지용 마그네트론의 출력부 애노드 시일 내부에 설치되어 있는 쵸크를 개량하여 적어도 4고조파 이상에 있어서의 고조파 억제 효과를 크게 하도록 한 전자레인지용 마그네트론에 관한 것이다.

종래의 전자레인지용 마그네트론은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 내부 중앙에 필라멘트 형태의 캐소드(1)와, 상기 캐소드(1)의 둘레에 따라 설치된 금속제의 원통형 애노드(2)와, 상기 애노드(2)의 내측면에 일단이 고정되고 캐소드(1)를 향하여 방사상으로 형성되어 상기 캐소드(1)에서 생성된 전자 에너지를 받아드리는 복수개의 베인(7)과, 상기 베인(7)에 일단이 전기적으로 접속되어 전자에너지를 전송하기 위한 안테나 피이더(8)와, 자계를 형성시키기 위해 상요크(5)와 하요크(6)에 각각 부착되어 있는 상자석(10) 및 하자석(10')과, 자기회로 통로를 형성하는 상자극(11) 및 하자극(11')과, 자기 회로통로 및 몸체 지지체 역할을 하는 애노드 시일(3)과, 애노드 시일(3)을 통하여 나오는 제 5 고조파를 억제시키기 위한 쵸크(17) 및 출력링(16)과, 제 2, 제 3 고조파를 억제시키기 위한 배기관(19)이 설치되어 있다.

그리고 미설명 부호 4는 필라멘트 시일, 9는 작용공간, 12는 냉각핀, 13은 인가선을 통해 나오는 불요복사를 제거하는 필터박서, 14는 고압 콘덴서, 15는 고주파 성분이 전원으로 역류되는 것을 방지하는 쵸크코일, 18은 출력캡을 나타낸 것이다.

이와 같이 구성된 종래의 전자레인지용 마그네트론의 동작은, 영구자석(10, 10')의 자계가 상,하요크(5, 6) 및 자극(11, 11')에 따라 자기회로를 형성하여 베인(7)과 캐소드(2) 사이인 작용공간(9)에 자기장을 형성시키고 또한 베인(7)과 캐소드(2) 사이에 전계가 형성되어 이 전계와 자계에 의하여 캐소드(2)에서 방출하는 열전자가 작용공간(9)에서 전자에너지인 고주파 에너지로 변환하며, 이와 같이 변환되는 대부분의 고주파 에너지는 기본파만이 아니고 무선장애를 일으키는 고조파도 같이 전송되므로 이 고조파를 제거하기 위해 애노드 시일(3) 내부에 쵸크(17)를 설치한다.

이 쵸크(17)는 그의 높이가 제거하고자 하는 고조파 파장의 λ/4 길이를 가지는 요홈부를 형성하도록 애노드 시일(3) 내부에서 안테나 피이더(8)를 둘러싼 형태로 애노드 시일(3)에 브래징되어 고조파를 억제하고 있다.

또한 애노드 시일(3)의 외부에 설치된 출력링(16)은 가스켓 베이스를 지지해 주면서 고조파도 제거하여 준다.

그리고 종래의 전자레인지용 마그네트론은 그의 출력부 애노드 시일(3) 내부에 억제하고자 하는 고조파의 쵸크를 설계할 때, 쵸크주변의 부품칫수들을 고려하지 않고 제어하고자 하는 특정 주파수에 대해 무한대의 임피던스를 갖도록 하여 특정 주파수의 전류가 쵸크부분에서 흐르지 못하게 하므로써 특정 고조파를 억제시키는 병렬공진 회로방식을 채택하고 있으며, 이 고조파 억제용 쵸크의 병렬공진 회로방식에 근거하여 그 형성된 마그네트론에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 마그네트론의 고조파 억제용 쵸크의 단면을 고조파 억제용 쵸크의 고리모양의 홈(L)의 개구부가 상방으로 향하여져 있는 경우를 개략적으로 나타낸 것으로서, Φ₁'는 안테나 외경, Φ₂'는 쵸크 개구부측 내경, Φ₃'는 쵸크 개구부측 외경, Φ₄'는 고리모양의 홈(L)을 형성하는 애노드 시일의 내경을, 그리고 L_a'는 쵸크의 길이를 나타낸 것이다.

그리고 도 3a는 병렬공진에 의한 쵸크의 전류 흐름도를, 도 3b는 도 3a의 등가회로를 나타낸 것으로, 도 3b의 등가회로에서 임피던스 Z와 특성 임피던스 Z₀는 수학식 1과 수학식 2로 나타낼수 있다.

[수학식 1]

[수학식 2]

한편, 병렬공진시에는 도 3a의 쵸크를 형성하는 고리모양의 홈(L)의 개구단에서 고리모양의 홈의 단략면을 본 임피던스 Z는 ∞이므로 상기 수학식 1에서 L_a'=λ/4임을 알수 있다.

상기 도 3b에서 알수 있는 바와 같이 Z=∞일 때 전류 I는 0이므로 억제하고자 하는 고조파는 외부로 전송되는 것이 차단됨을 알수 있다.

그러나 실제에 있어서는 쵸크와 쵸크주위 부품과의 플랜징 캐패시터 등으로 인하여 L_a'=λ/4가 되어도 전류 I가 0으로는 되지 않는다.

따라서 병렬공진 방식에서는 제어하고자 하는 고조파의 λ/4 길이를 쵸크설계의 기본으로 하고 이 쵸크와 주위부품 즉, 애노드 시일의 내경(Φ₄'), 안테나 외경(Φ₁') 쵸크의 내경(Φ₂') 및 외경(Φ₃')에 의한 플랜징 캐패시터 값의 영향을 감안하도록 실험을 통해 감쇄특성이 제일 우수한 칫수를 찾아 쵸크의 각부를 설정하도록 하여 쵸크를 설계하였다.

그러나 종래의 병렬공진 방식에 근거한 고조파 쵸크제조는 쵸크 주변의 부품치수를 고려하지 않으므로써 쵸크설계시 그 허용범위가 좁을 뿐만 아니라 설계도 정확하지 않아 억제하고자 하는 고조파의 억제특성이 떨어지게 되었으며, 플랜징 캐패시터 값의 영향을 고려하기 위해서는 일일이 감쇄특성을 측정하여 최적의 칫수를 구하여야 하기 때문에 번거롭고 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 억제하고자 하는 고조파 쵸크의 설계허용 범위를 크게 할수 있을 뿐만 아니라 고조파 억제 특성이 뛰어나며 각 쵸크 치수의 실정이 매우 간편한 전자레인지용 마그네트론 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 전자레인지용 마그네트론의 종단면도,

도 2는 종래의 마그네트론의 출력부 단면도,

도 3a는 종래의 고조파 쵸크가 형성된 출력부에서의 전류흐름도,

도 3b는 도 3a의 등가회로도,

도 4는 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸 마그네트론의 고조파 쵸크가 형성된 출력부 단면도,

도 5a는 본 발명의 고조파 쵸크가 형성된 출력부에서의 전류흐름도,

도 5b는 도 5a의 등가회로도,

도 6은 제 5 고조파에 있어서의 본 발명의 고조파 쵸크의 감쇄특성을 나타낸 그래프,

도 7은 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸 출력부의 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 애노드2 : 캐소드

3, 3', 20 : 애노드 시일4 : 캐소드 시일

5 : 상요크6 : 하요크

7 : 베인8, 8', 24 : 안테나 피이더

9 : 작용공간10, 10' : 영구자석

11, 11' : 자극12 : 냉각핀

13 : 필터박서14 : 콘덴서

15 : 쵸크코일16 : 출력링

17, 17', 21, 22 : 쵸크18 : 출력캡

19 : 배기관

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전자레인지용 마그네트론은 내부중앙에 필라멘트 형태의 음극구조물인 캐소드와, 상기 캐소드의 둘레에 설치된 양극 구조물인 금속제의 원통형 애노드와, 상기 애노드 내면에 일단이 고정되고 캐소드를 향하여 방사상으로 형성되어 캐소드에서 생성된 전자에너지를 받아들이는 복수개의 베인과, 상기 베인에 일단이 전기적으로 접속되고 Φ₁의 외경을 가지며 전자에너지를 전송하기 위한 안테나 피이더와, 자계를 형성시키기 위해 상요크와 하요크에 각각 부착되어 있는 상자석 및 하자석과, 내경 Φ₄인 개구부를 가지며, 자기회로 통로 및 몸체지지체 역할을 하는 애노드 시일과, 애노드 시일을 통하여 나오는 4고조파 이상의 고조파를 억제시키기 위해 내경 Φ₂과 외경 Φ₃및 깊이 L_a를 가지며 애노드 시일 내측에 안테나 피이더를 둘러싸도록 고리모양의 요홈을 형성하는 금속제의 쵸크와, 제 2, 제 3 고조파를 억제시키기 위한 배기관을 포함하여 이루어진 전자레인지용 마그네트론에 있어서, 억제하고자 하는 고주파 파장을 λ라 할 때, In(Φ₄/Φ₃) tan (2πL_a/λ) = In(Φ₂/Φ₁) cot (2πL_a/λ)인 관계가 성립하도록 상기 Φ₁∼Φ₄및 L_a가 설정되어 고조파 쵸크가 형성되도록 함을 특징으로 하고 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면에 근거하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 대한 것으로 고조파 억제쵸크의 단면을 개략적으로 나타낸 것으로, 내경 Φ₄인 개구부를 가지는 금속 원통형의 애노드 시일(3)의 내측과 고리모양의 홈(L')을 형성하도록 내경 Φ₂, 외경 Φ₃및 길이 L_a를 가지는 금속제의 쵸크(17')와, Φ₁의 외경을 가지며 애노드 시일(3')의 중앙부를 관통하게 위치하는 안테나 피이더(8')를 구비하고, 억제하고자 하는 고조파의 파장을 λ라 할 때 상기 내경 혹은 외경 Φ₁∼Φ₄와 길이 L_a를 하기 수학식 3을 만족시키도록 설정되어 있다.

[수학식 3]

그 이외의 구성부분은 도 1에 도시된 종래의 구성부분과 동일하므로 이들 동일 구성부분에 대하여는 동일부호를 부여하고 이들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작에 대하여 설명한다.

도 5a는 본 발명의 마그네트론의 애노드 시일 내부 공간에서의 직렬공진에 의한 쵸크의 전류흐름을 도시한 것이고, 도 5b는 도 5a의 전기적인 등가회로를 나타낸 것으로, ZS₁은 쵸크의 개구단에서 쵸크가 단락된면을 본 임피던스를, ZS₂는 쵸크와 안테나 피이더 사이의 공간 임피던스를 각각 나타낸 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 마그네트론의 구조에서 상기 쵸크의 임피던스 ZS₁은 수학식 4로 표시된다.

[수학식 4]

단,이며, 여기서 ε₀은 비유전율, μ₀은 비투자율을 나타낸 것이다.

그리고, 상기 쵸크와 안테나 피이더 사이의 공간 임피던스 ZS₂는 수학식 5로 표시된다.

[수학식 5]

이때 애노드 시일의 합성 임피던스 Zs는 수학식 6으로 표시된다.

[수학식 6]

이때 상기 전류 I가 출력측으로 전송되지 않기 위해서는 직렬공진이 일어나야하고 이때의 합성 임피던스 Z_S는 0이 되어야 한다.

따라서 수학식 4 내지 수학식 6로 부터 수학식 7이 유도된다.

[수학식 7]

상기 수학식 7를 정리하면 수학식 8로 된다.

[수학식 8]

그리고 상기 수학식 8을 L_a에 대하여 정리하면, 수학식 9와 같이 된다.

[수학식 9]

따라서, 억제하고자 하는 고조파의 파장 λ에 대하여 상기 수학식 8 또는 수학식 9에 따라 내경 또는 외경 Φ₁∼Φ₄와 쵸크길이 L_a를 설정하면, Z_S= Z_S1+ Z_S2= 0인 직렬공진 회로가 얻어지므로 쵸크(17') 부근에서 애노드 시일(3') 및 안테나 피이더(8')를 통하여 부하(Load)측으로 전송되는 억제하고자 하는 고조파의 전류는 0으로 되어, 상기 특정 고조파의 외부 누출이 제거된다.

본 발명의 실시예에서는 억제하고자 하는 제 5 고조파(파장 24.5mm)에 대하여, 안테나 피이더 외경(Φ₁)을 2.5mm, 쵸크내경(Φ₂)을 9.0mm 쵸크 외경(Φ₃)을 10.8mm, 애노드 시일 개구부 내경(Φ₄)을 19mm로 하고 쵸크길이 L_a를 상술한 수학식 9에 의해 구한 결과 약 3.7mm가 되었다.

그리고 안테나 피이더 외경(Φ₁), 쵸크내경 및 외경(Φ₂, Φ₃) 및 애노드 시일의 개구부의 내경(Φ₄)을 상기 치수대로 하고 쵸크길이를 가변시키면서 제 5 고조파(파장 24.5mm)의 감쇄량을 dB로 측정한 결과를 나타내면 도 6와 같다.

도 6에서 확인되는 바와 같이, 쵸크길이가 약 3.7mm에서 감쇄량이 약 57dB로 가장 큰 것을 알수 있으며 이 쵸크길이 3.7mm는 종래의 병렬공진에 근거하여 설계한, 억제하고자 하는 제 5 고조파 파장의 λ/4, 즉 6.125mm와는 큰 차이가 있음을 알수 있다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸 것으로, 제 1 실시예와의 차이점은 제 1 실시예에서 직렬공진에 의한 쵸크(17')가 하나밖에 설치되어 있지 아니하나, 제 2 실시예에서는 애노드 시일(20) 내면과 안테나 피이더(24)의 주위에 쵸크(21, 22)가 상,하로 2개 설치되는 점이 다르며, 그 이외의 구성부분은 제 1 실시예와 동일하므로 동일부호를 인용하고 이들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 제 2 실시예에서는 애노드 시일(20) 내면에 상,하로 2개의 쵸크(21, 22)를 배치하여 구성하기 때문에 출력부측에 2개의 직렬공진 회로가 병렬로 접속되는 형태로 되어, 즉 2중으로 직렬공진 회로가 형성되어 억제하고자 하는 고조파를 더욱 감쇄시킬수 있다.

그리고 상기 쵸크(21, 22)는 반드시 동일한 칫수로 할 필요는 없다.

예를들어 쵸크(21)은 전파장애의 가장 큰 요인으로 되고 있는 제 5 고조파를, 쵸크(22)는 제 5 고조파가 아닌 다른 고조파를 억제하도록 수학식 9에 따라 각 부의 칫수를 설정할수도 있고, 또는 제 5 고조파만을 억제시킬수 있게 상,하쵸크의 칫수를 동일하게 설정하여 제 5 고조파를 더욱 감쇄시킬수 있도록 구성할수도 있다.

또한 상술한 본 발명의 실시예들은 고조파 억제용 쵸크를 형성하는 고리모양의 홈(L')의 개구부가 하방으로 향하여지도록 하는 경우이나, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니고 도 2에 도시된 바와 같이 고리모양의 홈(L')의 개구부가 상방으로 향하여 있는 경우에도 적용됨을 말할 나위도 없다.

즉 본 발명은 고리모양의 홈(L')의 개구부가 어느 방향으로 향하여 있는지에 관계없이 Φ₁∼Φ₄및 L_a가 상술한 수학식 8을 만족하도록 설정되어 쵸크가 형성되게 하면된다.

이상과 같이 본 발명의 마그네트론에 의하면 마그네트론의 고주파 에너지를 출력부로 전송하는 애노드 시일과 안테나 피이더 및 치수와 이 애노드 시일내에 설치된 고조파 쵸크의 치수가 이 애노드 시일내의 공간에서 직렬공진을 일으키어 애노드 시일을 통하여 출력부로 전송되는 억제하고자 하는 고주파의 전류를 차단하도록 억제 고조파의 파장에 따라 수학식 8을 사용하여 고조파 쵸크는 물론 그 주변부품 요소인 애노드 시일과 안테나 피이더도 같이 포함되어 고조파 쵸크가 설정되기 때문에 쵸크설계 범위가 넓어지면서도 보다 정확한 쵸크설계가 가능하여 억제하고자 하는 고조파의 억제효과가 최대로 될뿐 아니라 감쇄특성이 제일 우수한 칫수를 찾도록 쵸크와 주위부품 요소에 의한 플랜징 캐패시터값의 영향을 일일이 실험을 통해 구할 필요가 없기 때문에 회로설계가 간편하는 등 뛰어난 효과가 있다.

Claims (5)

1. 내부 중앙에 필라멘트 형태의 캐소드와, 상기 캐소드의 둘레에 따라 설치된 금속제의 원통형 애노드와, 상기 애노드 내측면에 일단이 고정되고 상기 캐소드를 향하여 방사상으로 형성되어 상기 캐소드에서 생성된 전자 에너지를 받아드리는 복수개의 베인과, 상기 베인에 일단이 전기적으로 접속되어 전자 에너지를 전송하기 위한 Φ₁의 외경을 가지는 안테나 피이더와, 자계를 형성시키기 위해 상요크와 하요크에 각각 부착되어 있는 상자석 및 하자석과, 자기회로 통로 및 몸체지지체 역할을 하며 내경이 Φ₄인 개구부를 가지는 애노드 시일과, 애노드 시일을 통해 나오는 4고조파 이상의 고조파를 억제시키기 위해 내경 Φ₂, 외경 Φ₃및 길이 L_a를 가지며 안테나 피이더를 둘러싸도록 애노드 시일 내측과 같이 고리모양의 요홈을 형성하는 금속제의 쵸크와, 제 2, 3 고조파를 억제시키기 위한 배기관을 포함하여 이루어진 전자레인지용 마그네트론에 있어서,

   억제하고자 하는 고주파의 파장을 λ라 할 때, In(Φ₄/Φ₃) tan (2πL_a/λ) = In(Φ₂/Φ₁) Cot (2πL_a/λ)인 관계가 성립하도록 상기 Φ₁∼Φ₄및 L_a가 설정되어 고조파 쵸크가 형성되도록 함을 특징으로 하는 전자레인지용 마그네트론.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나 피이더의 외경(Φ₁)이 2.0∼3.0mm, 상기 쵸크의 내경이 8.6∼9.2mm, 상기 쵸크의 외경이 9.6∼10.2mm, 상기 애노드 시일 개구부의 내경(Φ₄)이 19∼20mm, 쵸크길이(L_a)가 3.4∼3.9mm임을 특징으로 하는 전자레인지용 마그네트론.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 금속제의 쵸크는 상기 애노드 시일 내측에서 상,하로 2개 배치되도록 함을 특징으로 하는 전자레인지용 마그네트론.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 상,하로 배치되는 금속제의 쵸크는 제 5 고조파를 억제하도록 동일한 칫수로 구성됨을 특징으로 하는 전자레인지용 마그네트론.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 상,하로 배치되는 금속제의 쵸크는 어느 하나는 제 5 고조파를, 다른 하나는 제 5 고조파를 제외한 제 4 고조파 이상의 어느 하나의 고조파를 억제하도록 구성됨을 특징으로 하는 전자레인지용 마그네트론.