Brevet FR2609230A1 — publié le 19880701

STRUCTURE D'ARRET POUR L'ENERGIE ELECTROMAGNETIQUE DANS UN FOUR A MICRO-ONDES La présente invention concerne une structure d'ar- rét pour l'énergie électromagnétique dans un four à micro- ondes, et elle porte plus particulièrement sur une structure d'arrêt pour l'énergie électromagnétique dans un four à mi- cro-ondes qui-empêche efficacement une fuite d'énergie élec- tromagnétique à travers un espace entre une face avant et une porte du four à micro-ondes. On utilise habituellement une combinaison d'une structure d'arrêt inductive et d'une structure d'arrêt capa- citive pour empêcher une fuite d'énergie électromagnétique à travers un espace entre une face avant et une porte d'un four à micro-ondes. En considérant les figures 1 et 2, on voit une re- présentation d'une telle structure d'arrêt classique pour l'énergie électromagnétique, dans laquelle un canal d'arrêt inductif 4 est défini à l'intérieur d'un cadre de porte 3 ayant une section transversale de type en "L L", et ce cadre est placé en position adjacente au bord périphérique exté- rieur d'une porte 2 d'un four à micro-ondes. Sur la paroi intérieure 3a du cadre de porte 3, une plaque d'arrêt 6 est montée parallèlement à la face avant 5 du corps 1 du four, pour former une ouverture 7 d'une certaine largeur entre le cadre de porte 3 et la plaque d'arrêt 6. La largeur est dé- terminée de façon que la distance entre la paroi intérieure 3a du cadre de porte 3 et la ligne centrale 7a de l'ouverture 7 soit égale à X/4 (en désignant par > la longueur d'onde de l'énergie électromagnétique utilisée pour chauffer un ali- ment). Un espace 8 est formé entre la face avant 5 et la pla- que d'arrêt 6. Dans la structure d'arrêt d'énergie électromagnéti- que classique construite de la manière indiquée ci-dessus, la paroi intérieure 3a du canal d'arrêt inductif 4 fonctionne à la manière d'un plan de court-circuit vis-à-vis de l'énergie électromagnétique qui fuit vers l'extérieur à travers l'espa- ce 8 à partir du volume de chauffage du four, de façon que l'impédance de l'entrée 8a de l'espace 8 soit très faible, provoquant ainsi la réflexion de l'énergie électromagnétique à partir de cette entrée 8a. A titre d'exemple, dans le cas d'un guide d'ondes, l'impédance ZL à une certaine distance d est représentée par l'expression suivante: ZL = jZ0tg 2d dans laquelle j = \- et Z0 est l'impédance caractéristique. Dans l'expression ci-dessus, lorsque la distance d est égale à >/4, l'impédance ZL prend une valeur infinie. Au contraire, lorsque la distance d est égale a A/2, l'im- pédance ZL devient égale à 0. Par conséquent, du fait que la distance entre la paroi intérieure 3a du cadre de porte 3 et la ligne centrale 7a de l'ouverture 7 est d'environ A/4, et que la distance entre la ligne centrale 7a et l'entrée 8a est d'environ >/4 dans la configuration décrite ci-dessus, ce qui fait que la distance entre la paroi intérieure 3a et l'entrée 8a est d'environ A/2, l'impédance à l'entrée 8a devient proche de 0. Il en résulte que l'énergie électromagnétique est réflé- chie à partir de l'entrée 8a, ce qui permet d'éviter la fuite de l'énergie électromagnétique par l'espace 8. De plus, l'espace 8 entre la face avant 5 et la plaque d'arrêt 6 se comporte comme une structure d'arrêt capacitive ayant une faible impédance vis-à-vis de l'énergie électromagnéti- que, ce qui empêche la fuite de l'énergie électromagnétique. Une telle structure d'arrêt d'énergie électroma- gnétique classique présente cependant les problèmes suivants: (1) Lorsque la face avant 5 et la plaque d'arrêt 6 viennent en contact mutuel au point P pour former un point de contact métal contre métal, ce point de contact P se com- porte comme un point de court-circuit. Il en résulte que l'impédance de l'entrée 8a de l'espace 8 ne peut pas prendre une valeur faible, ce qui fait que la structure d'arrêt in- ductive ne peut pas être formée et on ne peut pas empêcher complètement la fuite de l'énergie électromagnétique. (2) L'effet précité de la structure d'arrêt induc- tive est fortement réduit lorsque la largeur de l'espace 8 augmente. Ceci ressort de tests en laboratoire. De façon générale, l'impédance caractéristique de la ligne de trans- mission parallèle formée par la face avant 5 et la plaque d'arrêt 6 est inversement proportionnelle à la largeur de l'espace 8. Par exemple, lorsqu'on augmente la largeur de l'espace 8 de 50 um à 1 mm, c'est-à-dire dans un rapport de , l'impédance caractéristique diminue dans un rapport d'environ 1/20, en comparaison avec le cas d'un espace de 50 Pm. D'autre part, pour empêcher l'apparition d'une étincelle entre la plaque d'arrêt 6 et la face avant 5, on fixe une pellicule isolante d'une épaisseur d'environ 50Fm, ou on forme une pellicule d'oxyde, sur la plaque d'arrêt 6 ou la face avant 5. Diverses dimensions parmi lesquelles la profondeur du canal d'arrêt inductif 4, sont déterminées par la ligne de transmission parallèle, d'une longueur de Ak/4 qui est formée par le cadre de porte 3 et la plaque d'arrêt 6, cette plaque d'arrêt 6 et la face avant 5. De façon géné- rale, on détermine que la densité de l'énergie électromagné- tique de fuite est minimale lorsque la largeur de l'espace 8 est d'environ 50 pm et lorsque la ligne de transmission parallèle connectée a une longueur de A/4. Il en résulte que même lorsque ces deux chemins en A/4 ont des impédances caractéristiques différentes, les dimensions du système d'inductance d'arrêt sont déterminées de façon à présenter un effet maximal dans les conditions indiquées ci-dessus. Par conséquent, la variation de la largeur de l'espace 8 entre la face avant 5 et la plaque d'arrêt 6 provoque une variation de l'impédance caractéris- tique de la ligne de transmission. Pour éviter la réduction de l'effet de la structure d'arrêt inductive, il est donc nécessaire de maintenir de façon précise et stable la lar- geur de l'espace 8 lorsque la porte est montée sur le four a micro-ondes. Cependant, la largeur de l'espace 8 augmente progressivement, du fait du jeu de la charnière de la porte qui résulte de l'utilisation prolongée de celle-ci, ce qui fait que la fuite d'énergie électromagnétique augmente. (3) La structure d'arrêt inductive construite de la manière indiquée cidessus fonctionne effectivement lorsque l'énergie électromagnétique entre perpendiculaire- ment au canal d'arrêt inductif 4. Au contraire, lorsque l'énergie électromagnétique entre sous un angle autre que l'angle droit, par exemple 45 , par rapport au canal d'ar- rét inductif 4, la longueur d'onde caractéristique du canal d'arrêt inductif 4, dans la direction de la largeur, de- vient \/A, ce qui fait que l'effet de la structure d'ar- rêt inductive est fortement réduit. L'énergie électromagné- tique qui entre dans le canal d'arrêt inductif 4 présente une composante perpendiculaire et une composante parallèle par rapport à la direction longitudinale du canal d'arrêt inductif 4. La structure d'arrêt inductive ne peut pas agir contre la composante parallèle de l'énergie électromagnéti- que. Il en résulte que la configuration indiquée ci-dessus présente un inconvénient qui consiste en ce qu'on ne peut pas empêcher la fuite de l'énergie électromagnétique qui entre dans une direction oblique dans le canal d'arrêt in- ductif 4. L'invention a donc pour but de procurer une struc- ture d'arrêt d'énergie électromagnétique pour un four à micro-ondes, dans laquelle le canal d'arrêt inductif compor- te un plot d'accord qui est conçu de façon à produire une résonance LC et qui est placé à la position dans laquelle le champ électrique est le plus intense, de façon à pouvoir empêcher effectivement la fuite de l'énergie électromagnéti- que. Conformément à l'invention, on peut atteindre ce but en courbant vers l'intérieur la paroi extérieure du ca- nal d'arrêt inductif, pour former un élément courbé, en dé- terminant l'intervalle de période spatiale dans lequel le champ électrique est le plus intense, en fonction de la fréquence de l'énergie électromagnétique utilisée pour chauffer un aliment, et en découpant partiellement cet élé- ment courbé dans la région correspondant à l'intervalle de période spatiale précité dans lequel le champ électrique est le plus intense, pour former ainsi un plot d'accord. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en perspective montrant un four à micro-ondes auquel l'invention est appliqué; La figure 2 est une coupe montrant une structure d'arrêt d'énergie électromagnétique de l'art antérieur; La figure 3 est une coupe montrant une structure d'arrêt d'énergie électromagnétique conforme à l'invention; Les figure 4 et 5 sont des vues en perspective et en plan montrant respectivement un élément courbé et une fente conformes à l'invention; La figure 6 est une vue en perspective d'un guide d'ondes, destinée à l'explication de la structure d'arrêt de l'invention; La figure 7(A) est une représentation schématique d'un cadre de porte utilisé pour tester l'invention; La figure 7(B) est une représentation schématique d'un cadre de porte utilisant une matière absorbant l'éner- gie électromagnétique; et La figure 7(C) est un graphique comparatif du ni- veau de fuite de l'énergie électromagnétique entre les deux cas des figures 7(A) et 7(B). En se référant aux figures 3 à 5, on voit une structure d'arrêt d'énergie électromagnétique conforme à l'invention. Comme le montrent les dessins, le cadre de porte 3 ayant une section transversale du type en 'L-I comporte un élément courbé 9 qui s'étend perpendiculairement à partir de la paroi extérieure 3b du cadre de porte 3, con- formément à l'invention. On forme l'élément courbé 9 en courbant vers l'intérieur la paroi extérieure 3b du cadre de porte 3, vers le canal d'arrêt inductif 4. L'élément courbé 9 comporte des fentes 10 qu'on forme en découpant l'élément courbé 9, avec une largeur uniforme, dans des régions dans lesquelles le champ électrique de l'énergie électromagnéti- que est maximal. L'intervalle de période spatiale T est de préférence inférieur ou égal à A /4. On va maintenant décrire en détail le fonctionne- ment et l'effet de la structure conforme à l'invention qui est décrite ci-dessus. La figure 6 montre un guide d'ondes ayant une lar- geur m et une hauteur n. En supposant que m>> et n"<>, si l'énergie électromagnétique se propage dans la direction Z, la distribution du champ électrique dans la direction Y est uniforme,du fait que ne A. Lorsqu'on désire déterminer le mode TEmn dans le but de déterminer le mode de la distribution du champ élec- trique, si la distribution du champ électrique est uniforme dans la direction Y, il suffit de déterminer le mode TEmo, c'est-à-dire le mode de la distribution du:champ électrique dans la direction X, du fait que n est égal à 0. Dans le mode TEmo, la distance correspondant au point de champ électrique maximal, Xmax, est représentée par l'expression suivante: X = N.n max 2m dans laquelle N = 1, 3, 5,..., 2m-1. De plus, la condition dans laquelle un certain mode TEmo est présent s'exprime par >cA, en désignant par \c la longueur d'onde de coupure égale à 2n/m, et par Àla longueur d'onde de l'énergie électromagnétique en espa- ce libre. L'espace 8 défini entre la plaque d'arrêt 6 et la face avant 5 sur la figure 3 peut être considéré comme le guide d'ondes qui est représenté sur la figure 6. Lorsqu'on place un plot d'accord dans un tel guide d'ondes, comme re- présenté sur la figure 6, une résonance LC est établie entre la surface supérieure du plot d'accord 11 et la surface de la paroi en regard du guide d'ondes, ce qui arrête la propa- gation de l'énergie électromagnétique dans la direction Z. Cet effet est le plus efficace lorsque le plot d'accord 11 se trouve au point de champ électrique maximal. Suivant ce principe, on forme conformément à l'in- vention des fentes qui se comportent comme un plot d'accord 11. On peut déterminer expérimentalement de la manière sui- vante l'intervalle de période spatiale des fentes 10. Le four à micro-ondes qu'on a utilisé pour tester l'invention présente une taille d'ouverture de 299 mm sur 168,5 mm. Le tableau suivant montre le point de champ élec- trique maximal Xmax qu'on a déterminé pour cette taille. m (mm) Mode de transmission C (mm) max TE10 598 149,5 299 TE20 299 74,75; 224,25 TE30 199,3 49,83; 149,5; 249,16 TE40 149,5 37,37; 112,12; 186,87; 261,62 TE50 119,6 néant, du fait que >c Dans le tableau ci-dessus, la fréquence de l'énergie élec- tromagnétique est de 2450 MHz et la longueur d'onde X est de 122,45 mnm. Après avoir ordonné toutes les valeurs de Xmax in- diquées ci-dessus, on a déterminé de la manière suivante les différences entre des valeurs adjacentes respectives: 261,62-249,16 = 12,46 C 12,5 249,16-224,25 = 24,91, 25 = 2x12,5 224,25-186,87 = 37,35 *37,5 = 3x12,5 186,87-149,5 = 37,37. 37,5 = 3x12,5 149,5-112,12 = 37,38 37,5 = 3x12,5 112,12-74,75 = 37,37: 37,5 = 3x12,5 74,75-49,83 = 24,92 25 = 2x12,5 49,83-37,37 = 12,46 12,5 37,37-0 = 37,37 37,5 = 3x12,5 299-261,62 = 37,38 ' 37,5 = 3x12,5 Les valeurs ci-dessus montrent que les points de champ électrique maximal Xmax se trouvent à des intervalles de 12,5 K mm (en désignant par K une constante). Par consé- quent, lorsqu'on dispose les fentes 10 à des intervalles de période spatiale T de 12,5 mm, elles se trouvent toutes aux points de champ électrique maximal Xmax' Pour d'autres tailles d'ouverture, on peut calculer de la même manière l'intervalle de période spatiale T des fentes 10. Par exemple, l'intervalle de période spatiale T des fentes 10 est d'environ 13 mm pour une taille d'ouver- ture de 168,5 mm. Le four à micro-ondes comportant des fen- tes 10 formées aux intervalles de période spatiale T caculés de la manière indiquée ci-dessus a présenté une fuite d'énergie électromagnétique notablement réduite par rapport au four à micro-ondes comportant un élément absorbant l'énergie électromagnétique. La figure 7(A) montre les dimensions détaillée de la porte utilisée pour tester l'invention. D'autre part, la figure 7(B) montre une porte ayant les mêmes dimensions que sur la figure 7(A), mais comportant l'élément d'absorption d'énergie électromagnétique 12, en ferrite. On a déterminé la fuite de l'énergie électromagnétique dans les deux cas et la figure 7(C) montre les résultats obtenus. Lorsque la taille de la chambre de chauffage du four a micro-ondes est relativement grande, l'intervalle de période spatiale T des fentes 10 devient faible. Cependant, lorsque l'intervalle de période spatiale T est très faible, la fabrication devient difficile. De ce fait, une variante consiste à former les fentes 10 en prédéterminant au moins deux grands intervalles de période spatiale. Dans ce cas, les fentes 10, considérées dans leur ensemble, ne sont pas disposées de façon périodique. Lorsque cet intervalle de période spatiale est très grand, il est impossible d'arrêter la fuite de l'énergie électromagnétique qui se propage dans la direction parallèle au canal d'arrêt inductif 4. L'inter- valle de période spatiale T des fentes 10 ne doit donc pas être supérieur à A/4. Comme le montre la description précédente, l'inven- tion évite effectivement la fuite de l'énergie électromagné- tique en utilisant le fait que lorsqu'un plot d'accord est placé à la position dans laquelle le champ électrique est le plus intense, on peut effectivement arrêter le plus efficace- ment la propagation de l'énergie électromagnétique. L'inven- tion élimine la nécessité d'utiliser un élément d'absorption d'énergie électromagnétique séparé. De plus, on peut effec- tivement arrêter la fuite de l'énergie électromagnétique orientée perpendiculairement et de façon oblique. En outre, l'effet de la structure d'arrêt d'énergie électromagnétique n'est pas réduit lorsque la charnière de la porte prend du jeu à cause de son utilisation prolongée, ce qui permet d'améliorer la fiabilité. If va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Structure d'arrêt d'énergie électromagnétique pour un four à microondes qui comprend un corps de four (1), une porte (2) montée sur le corps du four au moyen de charnières et un cadre de porte (3) ayant une section transversale de type en LJ", sur le bord périphérique extérieur de la porte (2), cette structure d'arrêt compre- nant une plaque d'arrêt (6) fixée sur la paroi intérieure (3a) du cadre de porte (3), et disposée parallèlement à la face avant (5) du corps du four (1), pour former une ouver- ture (7), la distance entre la ligne centrale (7a) de l'ouverture (7) et la paroi intérieure (3a) du cadre de porte (3) étant égale à A/4, caractérisée en ce que la distance entre la paroi extérieure (3b) du cadre de porte (3) et la ligne centrale (7a) de l'ouverture est égale à A/8, et en ce que la structure d'arrêt comprend en outre un élément courbé (9) qui est obtenu en courbant vers l'in- térieur l'extrémité supérieure de la paroi extérieure (3b) du cadre de porte (3), et des fentes (10) d'une largeur uniforme, formées en découpant l'élément courbé (9) à des intervalles de période spatiale auxquels le champ électri- que de l'énergie électromagnétique est maximal. 2. Structure d'arrêt d'énergie électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'interval- le de période spatiale T des fentes (10) n'est pas supérieur à X /4 (T 6A/4). 3. Structure d'arrêt d'énergie électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur D de l'élément courbé (9) est inférieure à A/8 (D L. /8), et sa longueur L n'est pas inférieure à A/32 et n'est pas supérieure à S/8 (S/32 4 L A/8).