KR100240345B1 - 전자 렌지용 초고주파 발진관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자렌지용 초고주파 발진관에 관한 것으로, 종래의 클라이스트론을 채용한 전자렌지에 비해, 고압에 대한 안정성이 확보될 뿐만아니라, 통상적인 마그네트론을 사용하는 통상의 전자렌지에 비해 고압회로부가 필요없으므로 경량화가 달성되고, 제 1 및 제 2 그리드를 사용하여 전자빔을 집속하므로, 외부자장 인가용 자석이 불필요하게 되고, 캐소드와 제 1 및 제 2 그리드 및 애노드가 평면구조를 이루므로 구조가 단순해져서 경량화가 달성되고, 제 1 그리드의 오토 바이어스 기능으로 외부로 부터의 별도의 바이어스 전원이 불필요하게 되므로, 제품의 가격이 저렴해지는 효과를 가지게 된다.

Description

전자 렌지용 초고주파 발진관

본 발명은 전자렌지용 초고주파 발진관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조가 간단하면서 고전압으로 인한 위험을 제거하고 경량화를 달성할 수 있는 전자렌지용 초고주파 발진관에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 전자렌지에는 예를 들어, 4 kV의 고전압으로 구동되는 마그네트론(Magnetron)을 초고주파 발진관으로 채용하고 있다. 이러한 마그네트론은 마이크로파를 생성하는 일종의 2극 진공관으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 콘덴서(11), 쵸크 코일(12)등으로 구성된 입력부에 전원을 인가하면 음극부의 필라멘트(1)에서 방출된 열전자가 원통형의 애노드(2)의 내벽에 연재하는 복수개의 베인(3)끝과 필라멘트(1)사이의 작용 공간(4)에 방출되며, 이 작용 공간(4)에 4 kV정도의 전계가 형성된다. 또한 작용 공간(4)에는 자석(5)과 자극(6)으로 구성되는 자기회로에 의해 자계가 인가되어 열전자가 싸이클로이드 운동을 하게 되고, 이 운동에 의한 에너지를 베인(3) 및 스트랩(8)에 전달함으로서 베인(3)에 접속된 안테나(7)와, 에이 세라믹(9) 및 에이 씰(10)등으로 구성된 출력부를 통하여 조리실로 방사되므로, 식품류를 해동 및 가열하였다.

하지만, 이와 같은 종래의 전자렌지용 마그네트론은 고압 구동에 따라 고압트랜스 및 고압 다이오우드등이 필요하므로, 안전에 문제가 있고, 또한 전자기장내의 전자운동에 의한 공진 방식을 채용하는 것이므로 자석이 필요하므로, 중량이 무거우며 제조비용이 많이든다는 문제가 있었다.

이를 해결하고자 도 1 및 도 2에는 미국특허 제 5,541,391호에 개시된 클라이크트론(Klystron)을 초고주파 발진관으로 채용한 전자렌지가 도시되어 있다. 이러한 클라이스크론(40)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전원을 수용하는 입력 단자(42)와, 이 입력 단자(42)에 전원의 공급에 응답하여 마이크로파를 발생하는 클라이스트론 본체(41)와, 클라이스트론 본체(41)로부터의 마이크로파를 전달하는 안테나(32)와, 클라이스크론 본체(41)내에 발생된 열을 외방으로 방출하는 냉각 유닛(43)과, 전자를 수용하도록 설치된 전자 빔 집속기(49)로 구성되며, 냉각 유닛(43)은 전자의 수용에 의해 발생된 열을 분산하도록 배열된 냉각핀(44)과, 냉각핀(44)을 지지하고, 전자 빔 집속기(49)로 부터의 열을 냉각핀(44)에 전달하도록 배열된 냉각 로드(46)와, 냉각핀(44)을 둘러싸는 폐쇄체(48)로 이루어 진다.

클라이스트론(40)은 또한, 입력 단자(42)를 통해 전원을 수용하고, 수용된 전원에 의해 전자를 발생하는 전자총(50)과, 전자총(50) 및 전자 빔 집속기(49)둘레에 설치된 한쌍의 마그네트(52)와, 이 마그네트(52)에 의해 폐쇄 루우프를 구성하는 가이드로서 작용하는 요크(54)와, 복수의 캐비티를 가지고 마크네트(52)사이에 끼워진 튜브(56)를 포함한다.

하지만, 클라이스트론을 채용한 전자렌지는 여전히 고압을 적용하므로, 입력 단자를 별도의 절연부재로 클라이스트론 본체로부터 절연해야 하므로, 제품이 무겁게되고, 전자의 운동 방식 또한 복잡하므로, 냉각 구조가 복잡하며, 다수의 캐비티를 가지는 구조여야 하며, 전자 빔의 집속 구조가 필요하므로 마그네트가 필요하며, 구조가 복잡한 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이에 따라 안출된 것으로, 구조가 간단하면서 고전압으로 인한 위험을 제거하고 경량화를 달성할수 있는 전자렌지용 초고주파 발진관을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 전자렌지용 초고주파 발진관은 전원 입력부와, 이 전원 입력부로 부터 전원을 인가받아 발열하는 발열 수단과, 상기 발열 수단의 상부에 소정 간격으로 순차로 설치된 캐소드와, 제 1 그리드와, 상기 캐소드와 제 1 그리드의 사이에 설치된 쵸크 구조체로 둘러싸인 공간의 입력 캐비티로서, 상기 캐소드는 상기 발열 수단의 발열에 의해 소정의 작동온도로 가열되어 열전자를 방출하고, 상기 제 1 그리드는 바이어스 전압이 인가되어 상기 캐소드로부터 방출된 전자를 제어하고 집속하고, 상기 쵸크 구조체는 상기 입력 캐비티 내부에 마이크로파를 형성하는 표면전류는 통전하고, 상기 캐소드와 상기 제 1 그리드사이의 직류는 차폐하는 입력 캐비티와, 열을 방사시키도록 복수개의 냉각핀이 적층 배열되고, 감속된 전자빔은 소멸시키는 애노드와, 상기 입력 캐비티의 제 1 그리드를 통과한 전자가 통과하면서 표면 전류가 유도되도록 상기 제 1 그리드의 상부에 설치된 제 2 그리드로 둘러싸인 공간으로, 이 공간에서 상기 입력 캐비티에 집속된 전자가 밀도 변조되면서 상기 제 1 그리드와 제 2 그리드사이의 전위차에 의해 가속되고, 상기 제 2 그리드에 유도된 표면전류에 의해 마이크로파가 형성되는 출력 캐비티와, 상기 출력 캐비티에 형성된 마이크로파를 방사하는 방사 수단과, 상기 출력 캐비티에 형성된 마이크로파의 일부를 상기 입력 캐비티에 피이드백하도록 상기 입출력 캐비티사이에 설치된 피이드백 수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 통상적인 전자렌지용 초고주파 발진관으로 사용된 마크네트론의 구조를 나타내는 개략 단면도이고,

도 2는 종래의 전자렌지용 초고주파 발진관으로 사용된 클라이스트론의 구조를 나타내는 개략 단면도이고,

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자렌지용 초고주파 발진관의 구조를 나타내는 단면도이고,

도 4는 도 3의 요부를 확대한 상세도이고,

도 5는 도 4의 캐소드를 나타내는 사시도이고,

도 6은 도 4의 제 1 및 제 2 그리드를 나타내는 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 본 발명 초고주파 발진관 102 : 브라켓

104 : 필터 박스 커버 110 : 전원 입력부

120 : 히터 130 : 입력 캐비티

132 : 캐소드 134 : 제 1 그리드

136 : 쵸크 구조체 140 : 출력 캐비티

142 : 제 2 그리드 144 : 돌기

146 : 애노드 148 : 냉각핀

150 : 안테나 152 : 커플링 단부

154 : 안테나 세라믹 156 : 안테나 캡

160 : 피이드백 봉 170 : 슬롯 형상 직사각형 개구부

172 : 세라믹핀

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전자렌지용 초고주파 발진관은 도 3에 도시된 바와 같이, 커버(104)가 하부에 덮인 필터 박스(105)내에 전원 입력부(110)와, 히터(120)와, 입력 케비티(130)와, 출력 캐비티(140)와, 피이드백 봉(160)이 설치되고, 애노드(146)내의 안테나(150)는 브라켓(102)내에 설치된다. 필터박스(105)의 내부와 애노드(146)의 안테나(150)부분은 진공을 유지한다. 이러한 브라켓(102)은 통상적인 전자렌지용 마그네트론에 사용된 것과 동일한 것이 바람직하다.

본 발명의 초고주파 발진관(100)은 발열 수단으로서 환형의 필라멘트로 구성된 히터(120)의 발열에 의한 간접 가열방식으로 전자 방사체인 캐소드(132)가 열전자를 방출한다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 히터(120)의 상면에 재치된 캐소드(132)가 히터(120)의 발열에 의해 약 600-1200℃정도로 가열되면, 열전자를 방출하게 된다.

입력 캐비티(130)는 캐소드(132)와, 제 1 그리드(134)와, 쵸크 구조체(136)로 둘러싸인 공간이며, 캐소드(132)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 중앙에 구멍이 형성된 링 형태의 디스크로서, 이 캐소드(132)의 상부에 소정 간격져서 배열된 제 1 그리드(134)는 바이어스 전압이 인가되어 캐소드(132)로부터 방출된 전자를 입력 캐비티(130)에 제어하고 집속한다. 이때, 제 1 그리드(134)와 캐소드(132)의 사이는 전기적으로 절연 상태이며, 즉 직류는 차폐되어야 하고, 입력 캐비티(130)내부에 마이크로파를 형성하는 표면 전류는 통전되어야 하므로, 이를 위하여 쵸크 구조체(136)가 캐소드(132)와 제 1 그리드(134)사이에 배열된다.

입력 캐비티(130)의 상부에 배열되는 출력 캐비티(140)는 입력 캐비티(130)의제 1 그리드(134)의 상부에 대향하도록 설치되어 제 1 그리드(134)를 통과한 전자가 통과하면서 표면 전류가 유도되는 제 2 그리드(142)와, 바닥면에서 하향 돌출한 돌기(144)가 형성된 애노드(146)로 둘러싸인 공간으로, 이 공간에서 입력 캐비티(130)에 집속된 전자가 밀도 변조되면서 제 1 그리드(134)와 제 2 그리드(142)사이의 전위차에 의해 가속되고, 제 2 그리드(142)에 유도된 표면 전류에 의해 마이크로파가 형성된다. 감속된 전자빔을 소멸하는 애노드(146)는 또한, 열을 방사시키도록 복수개의 냉각핀(148)이 적층 배열된다.

제 1 및 제 2 그리드(134)(142)는 도 6에 도시된 바와 같이, 금속재로서 캐소드(132)에 대응하는 형상으로 서로 동일하며, 내부의 구멍을 중심으로 원주 방향을 따라 슬롯 형상의 사각 개구부(170)가 형성되며, 쵸크 구조체(136)와 출력 캐비티(140)사이에 설치된 세라믹핀(172)에 의해 소정간극이 유지된다.

입력 캐비티(130)에 집속된 전자는 제 1 그리드(134)의 바이어스 전원의 자동 차폐기능에 의해 밀도 변조되어 제 1 그리드(134)를 통과하고, 이때, 서로 절연된 입출력 캐비티(130)(140)사이에 동작전압이 인가되면, 그 사이에 전위차가 발생되어, 제 1 그리드(134)를 통과한 전자가 가속되어 제 2 그리드(142)를 통과하게 되므로, 출력 캐비티(140)에 표면 전류가 유도된다. 이 결과, 출력 캐비티(140)내에 마이크로파가 형성되고, 형성된 마이크로파는 애노드(146)의 중앙을 관통하여 출력 캐비티(140)에 형성된 안테나(150)를 통해 방사된다. 이를 위해 안테나(150)의 커플링 단부(152)는 출력 캐비티(140)내에 위치된다. 안테나(150)의 상부에 연결되는 안테나 세라믹(154)과 안테나 캡(156)은 통상적인 마그네트론의 구조와 동일하다.

한편, 본 발명의 초고주파 발진관(100)은 입출력 캐비티(130)(140)사이의 중앙부에는 출력 캐비티(140)에 형성된 마이크로파의 일부를 입력 캐비티(140)로 피이드백시키는 피이드백 봉(160)이 설치되어 마이크로파의 파워를 증폭하고 공진시킨다.

본 발명에 따르면, 종래의 전자렌지에 비해, 고압에 대한 안정성이 확보될 뿐만아니라, 통상적인 마그네트론을 사용하는 통상의 전자렌지에 비해 고압회로부가 필요없으므로 경량화가 달성되고, 제 1 및 제 2 그리드를 사용하여 전자빔을 집속하므로, 외부자장 인가용 자석이 불필요하게 되고, 캐소드와 제 1 및 제 2 그리드 및 애노드가 평면구조를 이루므로 구조가 단순해져서 경량화가 달성되고, 제 1 그리드의 오토 바이어스 기능으로 외부로 부터의 별도의 바이어스 전원이 불필요하게 되므로, 제품의 가격이 저렴해지는 효과를 가지게 된다.

Claims (6)

1. 전자렌지용 초고주파 발진관에 있어서,

   전원 입력부와,

   이 전원 입력부로 부터 전원을 인가받아 발열하는 발열 수단과,

   상기 발열 수단의 상부에 소정 간격으로 순차로 설치된 캐소드와, 제 1 그리드와, 상기 캐소드와 제 1 그리드사이에 설치된 쵸크구조체로 둘러싸인 공간의 입력 캐비티로서, 상기 캐소드는 상기 발열 수단의 발열에 의해 소정의 작동온도로 가열되어 열전자를 방출하고, 상기 제 1 그리드는 바이어스 전압이 인가되어 상기 캐소드로부터 방출된 전자를 제어하고 집속하고, 상기 쵸크 구조체는 상기 입력 캐비티 내부에 마이크로파를 형성하는 표면 전류는 통전하고, 상기 캐소드와 상기 제 1 그리드사이의 직류는 차폐하는 입력 캐비티와,

   열을 방사시키도록 복수개의 냉각핀이 적층 배열되고, 감소된 전자빔을 소멸하는 애노드와, 상기 입력 캐비티의 제 1 그리드를 통과한 전자가 통과되면서 표면 전류를 유도하도록 상기 제 1 그리드의 상부에 설치된 제 2 그리드로 둘러싸인 공간으로, 이 공간에서 상기 입력 캐비티에 집속된 전자가 밀도 변조되면서 상기 제 1 그리드와 제 2 그리드사이의 전위차에 의해 가속되고, 상기 제 2 그리드에 유도된 표면 전류에 의해 마이크로파가 형성되는 출력 캐비티와,

   상기 출력 캐비티에 형성된 마이크로파를 방사하는 방사 수단과,

   상기 출력 캐비티에 형성된 마이크로파의 일부를 상기 입력 캐비티에 피이드백하도록 상기 입출력 캐비티사이에 설치된 피이드백 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자렌지용 초고주파 발진관.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 입력 캐비티에 축적된 전자를 밀도 변조시키는 것은 제 1 그리드의 바이어스 전원의 자동 차폐기능에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 전자렌지용 초고주파 발진관.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 초고주파 발진관의 내부는 진공을 유지하는 것을 특징으로 하는 전자렌지용 초고주파 발진관.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드는 링 형태의 디스크이고, 상기 제 1 및 제 2 그리드는 상기 캐소드에 대응하는 원형의 금속재로서, 내부의 구멍을 중심으로 원주방향으로 따라 슬롯 형상의 사각 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 전자렌지용 초고주파 발진관.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 피이드백 수단은 상기 캐비티들의 중앙부에 형성된 피이드백 봉으로 상기 출력 캐비티에 형성된 마이크로파의 일부를 상기 입력 캐비티로 피이드백하여 마이크로파의 파워를 증폭하고 공진시키는 것을 특징으로 하는 전자렌지용 초고주파 발진관.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 입출력 캐비티는 서로 절연되며, 그 사이의 거리는 수십내지 수백 미크론의 거리를 유지하는 것을 특징으로 하는 전자렌지용 초고주파 발진관.

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