KR20040026812A

KR20040026812A - 마그네트론

Info

Publication number: KR20040026812A
Application number: KR1020020058413A
Authority: KR
Inventors: 장성덕; 한대성; 강한성; 여주용; 한용운
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-01
Also published as: JP3759122B2; CN100433234C; JP2004119366A; US20040060933A1; EP1403899A3; US6847023B2; EP1403899A2; CN1485878A; KR100482826B1

Abstract

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로, 마그네트론을 이루는 필터박스의 높이를 줄임으로서 마그네트론의 전체 길이를 줄이기 위한 구조를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 마그네트론은, 음극부에 외부전원을 연결하는 연결부와 요크의 저면 측 사이를 기하학적으로 차단하여 전기적으로 우회된 절연거리를 형성시키는 제2절연체를 포함하거나 또는 상기 연결부와 필터박스의 저면 사이의 절연거리를 줄이기 위해 상기 필터박스의 저면에 절연판을 부착시키는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성을 따르면 마그네트론의 전체 높이를 줄여 마그네트론의 소형화를 실현시킬 수 있으며, 이로 인해 마그네트론을 채용하는 장치들 특히 소형 전자렌지의 디자인 및 설계 시에 다양한 외관 구성을 꾀할 수 있다.

Description

마그네트론{Magnetron}

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마그네트론의 하부에 위치하는 필터박스 내부에 마련되는 구성부품에 관한 것이다.

일반적으로, 마그네트론이란 자전관(磁電管)이라고도 하는데, 주로 고주파가열, 입자가속기, 레이더 등의 산업응용을 비롯하여 전자레인지와 같은 가정용 기기에 사용되어 고주파를 발생시키는 부품으로서 널리 사용된다.

상기와 같은 마그네트론에 대한 일반적인 구성을 도1을 참조하여 간략히 설명한다.

마그네트론(100)은 도1에서 도시되어진 바와 같이 원통형으로 된 양극바디(positive polar cylinder, 101)의 내부에 상기 양극바디(101)와 함께 양극부(positive polar section)를 구성하는 복수개의 배인(vanes, 102)이 공동공진기를 형성하기 위하여 축심방향을 향하여 동일 간격으로 배치되고 이 중 하나의 배인( 102)에는 외부로 고주파를 유도하는 안테나(103)가 접속되어 있다. 또한, 상기 양극바디(101)의 축심에는 코일 스프링 형태의 필라멘트(filanemt, 106)가 마련되고 이러한 필라멘트(106)와 상기 배인(102)의 선단면과는 작용공간(activating space, 107)이 형성되어 있다. 상기 필라멘트(106)의 상하단에는 상부 실드(top shield, 108)와 하부 실드(lower shield, 109)가 각각 고착되어 있는데 상기 하부 실드(109)의 중앙부에는 중앙지지체인 센터리드(center lead, 110)가 하부실드(109)의 중앙부에 형성된 관통구멍 및 상기 필라멘트(106)를 관통하여 상기 상부 실드(108)의 하단부에 용접 고착되어 있고, 상기 하부 실드(109)의 바닥면에는 사이드리드(side lead, 111)가 용접 고착되어 있다. 한편, 이들 리드(110, 111)는 외부전원과 연결된 제1 및 제2단자(104a, 104b)와 전기적으로 연결되어 있어 상기 마그네트론에 제1단자 →센터리드 →상부 실드 →필라멘트 →하부실드 →사이드리드 →제2단자로 이어지는 일정한 전기 폐회로를 구성시키는데, 이러한 전기 폐회로를 구성하는 이외의 부품은 전기적으로 그라운드(접지)되어 있다. 또한 상기 단자(104a, 104b)에는 쵸크코일(105a, 105b)의 일단부가 전기적으로 접속되어 있고, 상기 쵸크코일(105a, 105b)의 타단부는 상기 리드(110, 111)의 일단과 단자(104a, 104b) 및 쵸크코일(105a, 105b) 등을 수용하는 필터박스(113)의 측벽부에 배설되어 있는 커패시터(미도시)와 접속되어 있는데, 상기 필터박스(113)는 상기 리드(110, 111)에 의해서 역류하여 방사되는 노이즈성분을 소거하기 위하여 금속 재질로 되어 있고 이 또한 접지되어 있다. 한편으로 상기 작용공간(107)에 자속를 인가시키기 위해 다른 극이 서로 마주 보도록 상기 양극부의 상하 측에 상부 영구자석(112a) 및 하부 영구자석(112b)이 배치되며, 상기 양극부 및 영구자석(112a, 112b)은 요크(117)에 의해 수용 지지된다. 다른 한편으로 상기 영구자석(112a, 112b)에 의해 발생하는 회전하는 자속을 상기 작용공간(107)상에 유도하기 위한 상부 폴피스(114a) 및 하부 폴피스(114b)가 마련되고, 상기 상부 폴피스(114a)의 상부와 하부 폴피스(114b)의 하부에는 각각 상부 실드컵(115a)과 하부 실드컵(115b)이 밀착되어 용접 고착되어 있다.

상기 하부 실드컵(115b)의 하부에는 상기 양극바디(101)의 내부를 진공 상태로 밀봉함과 동시에 전기적으로 가장 가까이 위치되는 상기 요크(109)의 저면 측과 단자(104a, 104b) 또는 쵸크코일(105a, 105b) 사이의 높은 전압차로 인한 유전체 파괴 현상을 방지하기 위해 절연세라믹(116)이 밀착되어 용접 고착되는데, 상기 센터리드(110) 및 사이드리드(111)는 상기 절연세라믹(116)에 형성된 관통공을 통하여 상기 요크(117)의 저면을 통과하도록 연장되어 상기 단자(104a, 104b) 에 접속되어 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 마그네트론(100)을 전자렌지에 채용시킬 경우 도2에 도시되어진 바와 같이 전자렌지(200)의 전장실(202)에 위치하게 되며 도파관(203)을 통하여 전자렌지(200)의 조리실(201)에 고주파를 주사하게 되는데, 상기 마그네트론(100)의 하측에는 고압트랜스(204), 고압콘데서(미도시), 팬모터(미도시) 등의 부품이 위치한다. 상기 절연세라믹(116)은 상기 접지된 하부 실드컵(115b)을 포함한 요크(117)의 저면 측과 단자(104a, 104b) 또는 쵸크코일(105a, 105b) 사이의 안정적인 절연거리를 유지하여 사용자에게 위해가 없도록 하고 마그네트론의 효율을 높이기 위하여 즉, 유전체 파괴현상을 방지하기 위하여 16mm 이상의 높이를 유지해야 하고, 상기 리드(110, 111)와 외부전원을 연결하는 연결부로서 구성되는 단자(104a, 104b) 및 쵸크코일(105a, 105b)과 이를 수용하는 필터박스(113)의 저면 사이 또한 절연거리를 유지하기 위하여 15.5mm 이상의 이격간격을 가져야 하기 때문에 상기 쵸크코일(105a, 105b)의 반경(약 10mm)까지 고려한다면 상기 필터박스(113)의 전체 높이는 대략 43mm 이상이 된다. 한편, 상기상부 및 하부 영구자석(112a, 112b)과 자기적으로 접속되어 자력을 가진 필터박스(113)와 상기 전장실(202)의 외측 벽과의 사이는 전자렌지 가동 시 상기 필터박스(113)의 자력으로 인해 상기 외측 벽이 진동하는 현상과 이에 따른 소음이 발생하므로 이러한 진동 현상과 소음을 없애기 위해 상기 필터박스(113)의 저면과 상기 외측 벽과의 사이를 일정거리(d) 유지시켜야 한다.

그런데 상기와 같은 절연거리 및 일정거리(d)를 유지시키기 위한 구성은 상기 마그네트론의 전체 길이를 증가시키고, 이에 비례하여 전장실(202)의 폭(D)을 넓게 구성시켜야함으로 인해 전자렌지(200) 조리실(201)의 용적에 비해 전장실(202)의 용적이 전자렌지(200)에서 차지하는 비율이 클 수밖에 없고, 이러한 점 때문에 전자렌지의 디자인 및 설계에 상당한 지장을 초래하는 문제점이 있었는데, 이러한 문제점은 조리실의 용적이 작은 소형 전자렌지에 있어서 더욱 부각되어지고 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 마그네트론의 높이 중 약 40%를 차지하는 필터박스의 높이를 줄임으로서 마그네트론의 높이를 줄여 마그네트론의 소형화를 실현시키는데 있다.

도1은 종래의 마그네트론을 도시한 측단면도이다.

도2는 종래의 전자렌지를 개략적으로 도시한 정단면도이다.

도3은 본 발명의 실시례에 마그네트론을 도시한 측단면도이다.

도4는 도3의 특징적 구성인 제1절연체 및 제2절연체를 도시한 사시도이다.

도5는 도3의 특징적 구성을 확대한 측단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

301: 절연세라믹 302: 양극바디

303: 하부 실드컵304a, 304b: 단자

305: 센터리드306: 사이드리드

307: 보조절연체308a, 308b: 쵸크코일

309: 필터박스310: 절연판

401: 관통공402: 원주형 홈

501: 돌출부502: 연장부

503: 중앙홀504: 원판부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공동공진기를 형성하는 양극부와, 열전자를 방출하는 음극부와, 상기 양극부를 수용 지지하는 요크와, 상기 음극부를 이루며 외부로부터 전원을 인가 받기 위해 상기 요크의 저면을 통과하여 외부까지연장되는 리드와, 상기 리드와 외부 전원을 연결하는 연결부와, 상기 연결부를 내부에 수용하는 필터박스를 포함하는 마그네트론에 있어서, 상기 음극부를 지지 고정시키며 상기 연결부와 상기 요크의 저면 사이에 위치하여 상기 연결부와 요크의 저면 측과의 절연거리를 유지시키기 위해 소정의 높이를 가지는 제1절연체와, 상기 연결부와 요크의 저면 측 사이를 기하학적으로 차단하여 전기적으로 우회된 절연거리를 형성시키는 제2절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 더 나아가 본 발명은, 상기 연결부와 필터박스의 저면 사이의 절연거리를 줄일 수 있도록 몰드물인 절연판이 상기 필터박스의 저면에 부착되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 종래기술과 중복되는 구성 및 설명에 대하여는 간결함을 위하여 압축 또는 생략하기로 하며 본 발명에 따른 바람직한 실시례를 도3 내지 도5를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도3은 본 발명의 일실시례를 보여주는 마그네트론(300)에 대한 도시이며, 도4는 도3의 특징적 구성인 제1절연체 및 제2절연체의 사시도, 도5는 도3의 특징적 구성을 확대한 단면도이다.

도3을 참조하면 하부 실드컵(303)의 하부에는 양극바디(302)의 내부를 진공 상태로 밀봉함과 동시에 접지된 하부 실드컵(303)을 포함하는 요크(311)의 저면 측과 연결부를 이루는 단자(304a, 304b) 또는 쵸크코일(308a, 308b) 사이의 높은 전압차(약 4KV)로 인한 유전체 파괴 현상을 방지하기 위해 높이 8mm의 세라믹 재질의제1절연체(301)가 용접 고착되어 있는데, 이러한 제1절연체(301)에 대한 구성은 도4에 상세히 도시되어 있다. 상기 제1절연체(301)에는 중심축에서 좌우측으로 비켜 센터리드(305) 및 사이드리드(306)가 관통할 수 있는 관통공(401)이 형성되어 있으며, 상기 관통공(401)의 외측으로 원주방향으로 소정 깊이를 가지는 원주형 홈(402)이 형성되어 있다. 상기 원주형 홈(402)에는 도3에 도시되었듯이 제2절연체(307)에 원주방향으로 돌출되어 형성되는 돌출부(501)가 삽입되어지는데 이러한 제2절연체(307) 또한 도4에 상세히 도시되어 있다. 우선 상기 제2절연체(307)는 디스크 형상의 원판부(504)에 상기 리드(305, 306)가 관통될 수 있는 중앙홀(503)이 형성되고 이러한 중앙홀(503)로부터 원통형으로 연장 돌출되는 돌출부(501)가 형성된다. 또한 상기 디스크 형상의 원판부(504) 끝단 둘레에서부터 상기 돌출부(501)가 돌출된 방향으로 절곡 연장되어 상기 돌출부(501)보다 큰 반경을 가지는 원통형의 고정부(502)가 형성되는데 이러한 고정부(502)의 끝단은 도3에 도시되었듯 상기 양극바디(302)를 포함하는 요크(311)의 저면 측에 고정 되어 상기 돌출부(501)가 상기 제1절연체(301)의 원주형 홈(402)에 삽입 고정될 수 있도록 한다. 한편으로 상기 디스크 형상의 원판부(504)와 원통형상의 고정부(502)는 도3에 도시된 바와 같이 상기 요크(300)의 저면 측과 상기 단자(304a, 304b) 및 쵸크코일(308a, 308b)과의 사이를 절연 차단하는 절연부로서의 역할을 하게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 마그네트론(300)에서 특징적 구성인 제1절연체(301)의 원주형 홈(402)과 돌출부(501) 및 원판부(504)와 고정부(502)를 포함하는 절연부의 역할을 도5의 개략도를 참조하여 설명한다.

일반적으로 소정의 전압차를 가지는 양단 사이에 유전체가 삽입되어지는 경우 양단의 전압차가 크면 유전체가 파괴되어 양단 사이에 전하의 이동으로 인한 전류가 흐르는 유전체 파괴현상(dielectric breakdown)이 발생하게 되는데, 유전체가 이와 같은 유전체 파괴현상 없이 견딜 수 있는 정도를 유전체 강도(dielectric strength)라고 한다. 유전체 강도는 유전상수(dielectric constant)가 클수록 크며, 공기의 유전상수는 진공 중에서와 같이 대략 1이라고 할 수 있으며 유전체 중 가장 낮은 유전상수 값을 가지고 있다. 일반적으로 유전체 파괴는 전기적인 절연거리가 가장 가깝게 형성되면서도 전압차가 가장 높게 형성되는 지점에서 이루어지는데 마그네트론에서는 보통 요크(300)의 저면 측과 연결부(단자 및 코일 포함) 사이와 필터박스(309)의 측면 및 저면과 상기 연결부 사이에서 이루어진다. 이 때 뾰족한 부분이 있게 되면 그 부분으로 전계가 집중되어 유전체 파괴가 일어나기 쉽다.

일반적으로 마그네트론의 접지점들(요크의 저면 측, 필터박스 포함)과 연결부(단자, 쵸크코일 포함) 사이에는 절연거리를 유지시키는 유전상수가 1인 공기라는 유전체가 삽입되어졌다고 볼 수 있는데, 공기 중에서 유전체 파괴의 위험이 없는 안정적인 절연거리로 대략 16mm 정도를 상정하고 있다. 만일 유전체 강도가 큰 유전체A가 상기 절연거리를 이루는 공간에 위치하게 되면, 상기 절연거리는 직선거리가 아닌 유전체A를 우회하여 공기가 차지하는 부분으로 우회된 거리가 된다. 이러한 이유는 우회함으로서 기하학적으로 길이는 길어지더라도 유전체강도가 큰 유전체A 부분보다는 유전체강도가 작은 공기가 있는 부분으로의 파괴가 일어나는 물리적인 자연현상 때문이다. (이와 같은 절연거리 및 유전체 강도는 수학적으로 계산해 낼 수 있는 값들이다)

한편으로 도5를 보게 되면 도3과 같은 구성에 있어서의 절연거리를 상세하게 도시하고 있다.

즉 도5의 요크(311)의 저면 측과 연결부 사이의 절연거리, 보다 명확히는 단자(304a, 304b) 또는 쵸크코일(308a, 308b)과 가장 가까운 접지점을 가지고 있는 하부 실드컵(303)과 상기 단자(304a, 304b) 또는 쵸크코일(308a, 308b)사이의 절연거리는 상기 제1절연체(301)에 형성된 원주형 홈(402)과 상기 제2절연체(307)에 형성된 돌출부(501)의 삽입구조로 인하여 우회하게 된다, 이러한 우회하는 절연거리(I)를 양방향 화살표로 표시하였다. 상기 절연거리(I)는 유전체(공기)의 전기적 파괴의 위험이 없는 16mm의 안정적인 절연길이를 유지시킴이 바람직하므로 상기 원주형 홈(402)의 깊이 정도나 이 원주형 홈(402)에 대응하는 돌출부(501)의 돌출 정도를 절연거리 16mm 이상 유지되도록 형성하여야 한다. 물론 본 실시례에서는 하나의 원주형 홈(402)과 이에 대응하는 하나의 돌출부(501)를 형성시켰지만 제1절연체(301)의 높이를 더욱 줄이기 위해서는 다수개의 원주형 홈과 이에 대응하는 다수개의 돌출부를 각각 제1절연체(301) 및 제2절연체(307)에 형성시킬 수도 있음은 당연하다.

다른 한편으로, 본 실시례의 또 다른 특징으로서 도3에 도시되었듯 필터박스(309)의 저면과 단자(304a, 304b) 또는 쵸크코일(308a, 308b) 사이의 절연거리인 상호간의 이격거리를 줄이기 위하여 유전체 강도가 큰 몰드물의 절연판(310)이 상기 필터박스(309)의 저면에 부착되어 있다. 그런데 상기단자(304a, 304b) 및 쵸크코일(308a, 308b)은 약 200도 내지 300도의 고온을 유지하므로 이러한 고온에 견딜 수 있도록 상기 절연판(310)은 내열성이 강한 재질로 구비됨이 바람직하다.

상기와 같은 본 실시례에 따르는 구성을 가지는 마그네토론의 필터박스는 전체 높이가 약23mm까지 줄어들게 된다.

이상에서 설명한 것 외에도 상기 제1절연체에는 돌출부를 상기 제2절연체에는 홈을 형성시키는 등 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 설명만으로도 쉽게 상기와 동일 범주내의 다른 형태의 본 발명을 실시할 수 있을 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 마그네트론의 전체 높이 중 약 40%를 차지하는 필터박스의 높이를 대폭 줄임으로서 마그네트론의 소형화를 실현시키고 또한 이렇게 소형화된 마그네트론을 장착하는 장치, 특히, 대중적으로 사용되어지는 전자렌지의 디자인에 대한 자유도를 얻을 수 있어 다양한 외관을 구성할 수 있다.

Claims

공동공진기를 형성하는 양극부와, 열전자를 방출하는 음극부와, 상기 양극부를 수용 지지하는 요크와, 상기 음극부를 이루며 외부로부터 전원을 인가 받기 위해 상기 요크의 저면을 통과하여 외부까지 연장되는 리드와, 상기 리드와 외부 전원을 연결하는 연결부와, 상기 연결부를 내부에 수용하는 필터박스를 포함하는 마그네트론에 있어서,

상기 음극부를 지지 고정시키며 상기 연결부와 상기 요크의 저면 사이에 위치하여 상기 연결부와 요크의 저면 측과의 절연거리를 유지시키기 위해 소정의 높이를 가지는 제1절연체와,

상기 연결부와 요크의 저면 측 사이를 기하학적으로 차단하여 전기적으로 우회된 절연거리를 형성시키는 제2절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제1항에 있어서,

상기 제1절연체는 세라믹 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제1항에 있어서,

상기 제2절연체는 세라믹 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제3항에 있어서,

상기 제1절연체의 하단에는 상기 관통구멍의 외측으로 하 방향을 향하여 개구되는 하나 이상의 원주형 홈이 형성되어 있고,

상기 제2절연체는, 상기 하나 이상의 원주형 홈에 대응하여 삽입됨으로서 상기 연결부와 요크의 저면 측 사이의 절연거리를 우회시키는 하나 이상의 원통형의 돌출부를 가지는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제4항에 있어서,

상기 우회된 절연거리는, 16mm 이상인 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제4항에 있어서,

상기 제2절연체는, 상기 연결부와 전기적으로 반응될 수 있는 상기 요크의 저면 측 사이를 차단하는 차단부를 더 가지는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제6항에 있어서,

상기 차단부는, 상기 돌출부와 일체인 디스크형의 원판과 이 원판으로부터 상기 돌출부의 돌출 방향으로 절곡 연장되어 본체 측에 고정되는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제1항에 있어서,

상기 필터박스 저면에는, 상기 연결부와 필터박스 저면과의 절연거리를 줄이기 위해 절연판이 부착되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제8항에 있어서,

상기 절연판은, 내열성이 강한 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제8항에 있어서,

상기 절연판은, 유전체 강도가 큰 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제8항에 있어서,

상기 절연판은, 몰드물로 구비되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
공동공진기를 형성하는 양극부와, 열전자를 방출하는 음극부와, 상기 양극부를 수용 지지하며 자속량을 결정하는 요크와, 상기 음극부를 이루며 외부로부터 전원을 인가 받기 위해 상기 요크의 저면을 통과하여 외부까지 연장되는 리드와, 상기 리드와 외부 전원을 연결하는 연결부와, 상기 연결부를 내부에 수용하는 필터박스를 포함하는 마그네트론에 있어서,

상기 연결부와 필터박스의 저면 사이의 절연거리를 줄일 수 있도록 몰드물인절연판이 상기 필터박스의 저면에 부착되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제12항에 있어서,

상기 절연판은, 내열성이 강한 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제12항에 있어서,

상기 절연판은, 강도가 큰 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.