Brevet FR2768010A1 — publié le 19990305

-1 - 2768010 La présente invention concerne un four à micro- ondes et, plus particulièrement, un four à micro-ondes équipé d'un dispositif structurellement simple pour produire des micro-ondes. On a représenté en figure 1 un four à micro-ondes comprenant un boitier 1, une unité d'alimentation 2 ayant un transformateur haute tension (non représenté) et un condensateur haute tension (non représenté), un magnétron cylindrique 10 pour produire des micro-ondes et une chambre de cuisson 3 contenant dans celle-ci des aliments. Comme représenté en figure 2, le magnétron 10 est un tube sous vide bipolaire cylindrique et comprend typiquement une cathode 11 agencée au centre de celui-ci, deux éléments 12a, 12b, disposés respectivement au-dessus et en dessous de celui-ci, une anode 13 agencée autour de la cathode 11 et une antenne 14 reliée à l'anode 13. Lorsqu'une tension de fonctionnement, par exemple, de 4 KV, est appliquée à une borne d'entrée 15 de l'unité d'alimentation 2, la cathode 11 est chauffée pour émettre des électrons. Les électrons émis sont recus par l'anode 13. Les éléments 12a, 12b produisent des flux magnétiques qui sont, à leur tour, guidés par des éléments de guidage 16a, 16b, pour passer à travers une cavité 17 qui est définie entre la cathode 11 et l'anode 13. Les électrons émis par la cathode 11 sont tout d'abord déviés par un champ magnétique formé dans la cavité 17 de sorte qu'ils tournent entre la cathode 11 et l'anode 13 avant de parcourir l'anode 13 et d'être reçus à celle-ci. La rotation des électrons entre la cathode 11 et l'anode 13 résulte en un circuit résonnant qui est construit dans l'anode 13, le circuit résonnant produisant des micro-ondes à émettre par l'antenne 14. Les micro-ondes émises sont guidées à la chambre de cuisson 3 par un guide d'ondes 5 et ensuite dispersées ou étalées dans la chambre de cuisson 3 par une ventilation - 2 -2768010 6. Les micro-ondes dispersées frappent les aliments contenus dans la chambre de cuisson 3 de sorte que la cuisson des aliments peut-être accomplie. Dans un tel four à micro-ondes, puisque le déplacement des électrons est controlé par la force combinée à la fois des champs électrique et magnétique, un certain nombre d'aimants sont exigés, qui, à leur tour, rendent le four à micro-ondes structurellement compliqué. En outre, puisque le dispositif de production des micro-ondes utilisé dans le four à micro-ondes conventionnel est du type à deux pôles, il est impossible de contrôler la sortie des micro-ondes. C'est, de ce fait, un but principal de l'invention est de réaliser un four à micro-ondes équipé d'un dispositif structurellement simple pour produire des micro-ondes. Selon la présente invention, on réalise un four à micro-ondes comprenant dans celui-ci une chambre de cuisson, un guide d'ondes et un dispositif pour produire des micro- ondes, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend: un élément de chauffage; une cathode, montée au-dessus de l'élément de chauffage, pour émettre des électrons; une première grille, prévue au-dessus de la cathode, pour contrôler et focaliser la circulation d'électrons émis par la cathode, la première grille ayant un certain nombre de trous pour convertir des électrons de la cathode en faisceaux d'électrons et un premier moyen de réduction d'électrons secondaires pour réduire l'émission d'électrons secondaires de la première grille, le premier moyen de réduction d'électrons secondaires étant monté sur une surface de la première grille faisant face à la cathode; une structure d'arrêt ou de piège, positionnée entre la cathode et la première grille, pour servir de condensateur de blocage; o la cathode, la première grille, et la structure d'arrêt définissent une cavité d'entrée fonctionnant en un circuit résonnant; une résistance, dont une extrémité est reliée à la - 3 -2768010 première grille et l'autre extrémité est reliée à la cathode, pour induire une tension de polarisation sur la première grille; une seconde grille prévue au-dessus de la première grille et ayant un certain nombre de trous à travers lesquels passent les faisceaux d'électrons passant à travers les trous de la première grille; une anode pour recevoir les électrons passant à travers les trous de la seconde grille, l'anode ayant un second moyen de réduction d'électrons secondaires pour réduire l'émission d'électrons secondaires de l'anode de manière à changer une direction d'électrons se dirigeant vers ladite anode, le moyen de réduction d'électrons secondaires étant monté sur une surface de l'anode faisant face à la seconde grille, o la seconde grille et l'anode définissent une cavité de sortie pour produire des micro-ondes, la cavité de sortie étant isolée électriquement de la cavité d'entrée, des ailettes de refroidissement, prévues autour de l'anode, refroidissant la chaleur produite par l'anode; une source de tension de commande pour fournir une tension de commande à la cathode et à l'anode, une antenne agencée dans l'anode pour extraire les micro-ondes de la cavité de sortie dans la chambre de cuisson à travers le guide d'ondes; et une structure de rétroaction s'étendant de la cavité d'entrée à la cavité de sortie pour ramener une portion des micro- ondes dans la cavité de sortie à la cavité d'entrée. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique d'un four à micro-ondes conventionnel. - la figure 2 décrit une vue en coupe d'un magnétron du four à micro-ondes de la figure 1. - 4 - 2768010 - la figure 3 représente une vue schématique d'un four à micro- ondes selon la présente intervention. - la figure 4 représente une vue en coupe représentant une structure du dispositif de production de micro-ondes selon la présente invention. - la figure 5 montre une vue en coupe partielle représentant une structure du dispositif de production de micro-ondes de la figure 4. - la figure 6 représente une vue en perspective des grilles incorporées dans le dispositif de production de micro-ondes selon la présente invention. - la figure 7 illustre une vue en coupe de la structure d'arrêt incorporée dans le dispositif de production de micro-ondes selon la présente invention. - la figure 8 décrit un circuit équivalent du dispositif de production de micro-ondes de la figure 4. - la figure 9 représente un graphe caractéristique de tension de la première grille incorporée dans le dispositif de production de microondes selon la présente invention. - la figure 10 représente une vue en coupe schématique représentant un certain nombre de protubérances sur une anode et une surface de revêtement sur la première grille pour réduire l'émission d'électrons secondaires; et - les figures 11 et 12 représentent des modes de réalisation des protubérances en figure 10. En se référant à la figure 3, un four à micro-ondes selon la présente invention comprend un boîtier 21, un dispositif 100 pour produire des micro-ondes, une unité d'alimentation 105 montée au dispositif 100 et une chambre de cuisson 22 pour contenir des aliments dans - 5 - 2768010 celle-ci. Le dispositif de production de micro-ondes 100 comprend une boîte de filtrage 101 dont le fond est recouvert d'une plaque 102 et dont le haut est recouvert d'une bride 103 (voir figure 4). En se référant aux figures 4 et 5, la boite de filtrage 101 est pourvue d'un moyen de chauffage 110, en tant qu'élément de chauffage, relié électriquement à l'unité d'alimentation 105, d'une cathode 120, d'une première grille 130, d'une seconde grille 140 et d'une anode 150. En oûtre, le vide est maintenu à l'intérieur de la boite de filtrage 101. Le moyen de chauffage 110 est composé d'un filament et la cathode 120 est positionnée au-dessus de celui-ci. La cathode 120 ayant une forme en disque émet des électrons thermiques lorsque le moyen de chauffage 110 est chauffé. La première grille 130 pour contrôler et focaliser les électrons émis par la cathode 120 est disposée au-dessus de la cathode 120. La première grille a une forme en disque formée d'un certain nombre de trous 135 (voir figure 6). Entre la cathode 120 et la première grille 130, une structure d'arrêt 160 est prévue. La première grille 130, la structure d'arrêt 160, la cathode 120 définissent une cavité d'entrée 170, fonctionnant en un circuit résonnant. La seconde grille 140 est montée au-dessus de la première grille 130 et a un certain nombre de trous 145 & travers lesquels passent des faisceaux d'électrons par l'intermédiaire des trous 135 de la première grille 130. L'anode 150 est montée au-dessus de la seconde grille 140, a une forme cylindrique et est pourvue d'ailettes de refroidissement 151 tout autour afin de refroidir la chaleur produite par l'anode 150. La seconde grille 140 et l'anode 150 définissent une cavité de sortie 180 pour produire des micro-ondes. La cavité de sortie 180 est isolée electriquement de la cavité d'entrée 170. En particulier, la seconde grille 140 est située à une distance de la première grille 130 de telle manière que - 6 - 2768010 les faisceaux d'electrons passant à travers les trous 135 de la première grille 130 produisent des micro-ondes dans la cavité de sortie 170 effectivement avant qu'ils deviennent diffusés. L'énergie cinétique des électrons modulée en densité dans la cavité d'entrée 170 est convertie en micro-ondes dans la cavité de sortie 180 et ensuite les micro-ondes rayonnent vers la chambre de cuisson 22 par une antenne 155 agencée dans l'anode 150 et un guide d'ondes 23. L'antenne 155 a un couplage 156 conformé en boucle et disposé dans la cavité de sortie 180, pour extraire dans celle-ci les micro-ondes, un élément isolé 157 réalisé en un isolateur pour isoler l'antenne 155 de la boite de filtrage 101 et un capuchon 158. Entre la cavité d'entrée 170 et la cavité de sortie , s'étend une structure de rétroaction 190 qui ramène une partie des micro-ondes dans la cavité de sortie 180 à la cavité d'entrée 170 afin d'induire également un circuit résonnant. La structure de rétroaction 190 a une forme en tige. En se référant à la figure 7, la structure d'arrêt comprend une plaque métallique 162 supportée par un support de grille 164 entre la première grille 130 et la cathode 120 et un matériau diélectrique 166 dans la cavité d'entrée 170. La plaque métallique 162 est isolée électriquement de la cathode 120. La structure d'arrêt sert de condensateur de blocage pour faire passer un courant de surface pour produire l'énergie de fréquence des micro-ondes dans la cavité d'entrée 170 à travers celle-ci et bloquer un courant continu. On a représenté en figure 8 un circuit équivalent du dispositif de production de micro-ondes 100 en figure 4. Le moyen de chauffage 110 est relié électriquement à l'unité d'alimentation 105. L'anode 150 et la cathode sont reliées respectivement à une borne positive et 7 2768010 une borne négative d'une source continue de commande 200 pour fournir une gamme de tensions entre 300 v à 500 V. La seconde grille 140 a un potentiel identique à celui de l'anode 150, puisque la seconde grille 140 est intégrale ou en une seule pièce avec l'anode 150. Cependant, la première grille 130 est intégrale avec la cathode 120, mais la première grille 130 a un potentiel différent de la cathode 120 à cause de la structure d'arrêt 160. Par ailleurs, on prévoit en outre une résistance ajustable 210, dont une extrémité est reliée à la première grille 130 et l'autre extrémité est reliée à la cathode 120. La résistance ajustable 210 sert à induire une tension de polarisation de, par exemple, -60 V, sur la première grille 130. La première grille 130 a une tension de polarisation nulle lorsque le dispositif de production de micro-ondes 100 est initialement mis en service. En figure 9, une première courbe 220 représente la quantité de changement de courant circulant sur une anode , une seconde courbe 230 représente le changement de tension de polarisation impliqué dans la première grille et une troisième courbe 240 illustre une forme d'onde de résonnance des micro-ondes dans la cavité d'entrée 170. En se référant à la figure 10, un certain nombre de protubérances 300 et un film métallique 310 sont formés respectivement sur l'anode 150 et la première grille 130 afin de réduire ou d'empêcher l'émission d'électrons secondaires. Le film métallique 310 est formé sur une surface de la première grille 130 faisant face à la cathode 120. Le film métallique 310 sert à empêcher l'émission des électrons secondaires de la première grille 130. C'est à dire, les électrons secondaires sont aptes à émettre à partir de la première grille 130 à cause de la chaleur transférée par la cathode 120. Lorsque les électrons secondaires sont émis par la - 8 - 2768010 première grille 130, certains des électrons secondaires, en particulier ceux émis vers la cathode 120, doivent être bloqués, car ils empêchent la circulation des électrons, tandis que les électrons secondaires émis vers la seconde grille 140 rejoignent l'écoulement principal des électrons pour améliorer le niveau de sortie du dispositif de production de micro-ondes. Il est préférable que le film de métal 310 soit réalisé en celui choisi à partir d'un groupe comprenant du harfnium (Hf), de la platine (Pt) et de l'osmium (Os), qui sont plus stables que d'autres métaux. Les deux protubérances 300 sont montées sur une surface de l'anode 150 faisant face à la seconde grille 140. Les protubérances 300 de forme générale rectangulaire, servent à changer la direction d'écoulement des électrons accélérés se déplacant vers l'anode 150, lorsque les électrons entrent en collision avec les protubérances 300 pour réduire de la sorte une possibilité de l'émission des électrons secondaires de l'anode 150. Bien que chacune des protubérances 300 soit de forme rectangulaire en figure 10, la forme de chaque protubérance n'est pas restreinte à cette forme selon la présente invention. Aux figures 11 et 12, on a décrit des modifications 300' et 300" des protubérances sur l'anode 150, respectivement. Dans la figure 11, chacune des protubérances 300' est de forme générale triangulaire. En figure 12, chacune des protubérances 300" est convexe semi-circulaire. Dans cette modification, un certain nombre de formes concaves semi-circulaires sont formées sur l'anode 250, étant adjacentes aux formes convexes semi-circulaires pour former une forme sensiblement sinusoidale sur toute l'anode 150.En outre, une couche de graphite 320 peut-être formée sur chacune des protubérances 300, 300' et 300". La couche de graphite 320 absorbe les électrons entrés en collision avec celle-ci pour réduire de la sorte l'émission des électrons - 9 2768010 secondaires. La couche de graphite 320 peut-être formée en un film mince réalisé en graphite. Par ailleurs, la couche de graphite 320 peut-être directement fixée à l'anode 150 sans réaliser de protubérance 300 sur l'anode 150. En référence aux figures 8 et 9, le principe de fonctionnement du dispositif de l'invention 100 va être maintenant décrit en détail. Lorsque le moyen de chauffage 110 est chauffé à une température entre 600 C à 1200 C, la cathode 120 émet des électrons. Puisque la première grille 130 a initialement une tension de polarisation nulle, une portion des électrons émis par la cathode 120 atteint l'anode 150 par l'intermédiaire des trous 135, 145 de la première grille 130 et de la seconde grille 140 et les électrons restant sont absorbés sur la première grille 130. Les électrons absorbés sur la première grille 130 induisent une tension de polarisation et un courant de surface circule sur une surface de la cavité d'entrée 170, sa direction de circulation étant changée par la structure d'arrêt 160, qui, à son tour, induit une faible oscillation dans la cavité d'entrée 170. En conséquence de la circulation de courant de surface lorsque assez de courant est accumulé sur la première grille 130, une amplitude de l'oscillation ci-dessus mentionnée augmente, comme cela sera décrit ultérieurement. L'absorption des électrons émis par la cathode 120 dans la première grille 130 amène la première grille 130 à avoir un potentiel négatif. Initiallement, le potentiel négatif sur la première grille 130 augmente brusquement puisque, en conséquence de la première grille 130 ayant initiallement une tension de polarisation nulle, une quantité relativement grande des électrons est capable d'être absorbée sur celle- ci, la quantité d'électrons étant absorbée sur la première grille 130 diminuant dans le temps. Le potentiel négatif sur la première grille 130 augmente graduellement jusqu'à ce qu'il atteigne une - 10 - 2768010 valeur prédéterminée, la valeur étant déterminée par la quantité d'électrons qui peut-être absorbée sur la première grille 130 en fonction de la résistance ajustable 210. En réponse au changement de potentiel, l'amplitude de l'oscillation augmente dans le temps jusqu'à ce que le potentiel sur la première grille 130 atteigne la valeur prédéterminée, à laquelle l'amplitude de l'oscillation devient constante. A cet instant, la première grille 130 a une tension prédéterminée et l'oscillation oscille à une fréquence de résonnance déterminée par une structure résonnante de la cavité d'entrée 170. En même temps, en réponse au changement de potentiel de la première grille 130, les électrons émis par la cathode 120 sont continuellement modulés en densité et groupés dans la cavité d'entrée 170 jusqu'à ce que le potentiel sur la première grille 130 atteigne un potentiel de polarisation prédéterminé. Cependant, comme la différence de potentiel entre la première grille 130 et la seconde grille 140 augmente, un champ électrique entre celles-ci augmente également. Lorsque les groupes d'électrons dans la cavité d'entrée passent à travers les trous 135 de la première grille comme représenté par la ligne en pointillés en figure 8, en conséquence du champ électrique formé entre la cavité d'entrée 170 et la cavité de sortie 180, ils sont convertis en faisceaux d'électrons, les faisceaux d'électrons accélérant entre la première grille 130 et la seconde grille 140. Les faisceaux d'électrons accélérés se déplacent vers l'anode 150 à travers les trous 145 de la seconde grille 140. L'énergie cinétique des électrons est convertie en énergie de micro- ondes, émettant des micro-ondes. Les micro-ondes sont produites par l'antenne et guidées dans la chambre de cuisson 22 par un guide d'ondes 23. Les micro-ondes sont ensuite étalées par un ventilateur 24 et frappent les aliments contenus dans la - il - 2768010 chambre de cuisson 22, de sorte que la cuisson peut être mise en oeuvre Dans un tel dispositif, puisque la première et la seconde grilles, en conjonction l'une avec l'autre, focalisent et contrôlent les faisceaux d'électrons, un certain nombre d'aimants peut être éliminé et puisque la première grille, la cathode, la structure d'arrêt, et la seconde grille, l'anode définissent respectivement la cavité d'entrée et la cavité de sortie, le four à micro- ondes a une structure simple. En outre, puisque la plaque métallique remplie de matériau diélectrique raccourcit une longueur d'onde des micro-ondes à produire dans la cavité d'entrée, il est possible de réduire la dimension du dispositif de production de micro-ondes. En outre, puisque la première grille est située à une distance de la seconde grille, il est possible de réduire l'influence de l'harmonique et du bruit entre les grilles et il est possible de varier la sortie des micro-ondes en autorisant à la résistance ajustable de contrôler la tension de polarisation de la première grille. - 12 - 2768010 REVENLDIC A T I O N S 1. Four à micro-ondes comprenant dans celui-ci une chambre de cuisson (22), un guide d'ondes (23) et un dispositif (100) pour produire des micro-ondes, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend: un élément de chauffage (110); une cathode (120) montée au-dessus de l'élément de chauffage pour émettre des électrons; une première grille (130) prévue au-dessus de la cathode pour contrôler et focaliser la circulation des électrons émis par la cathode, la première grille ayant un certain nombre de trous (135) pour convertir des électrons de la cathode en faisceaux d'électrons et un premier moyen de réduction d'électrons secondaires pour réduire l'émission d'électrons secondaires de la première grille, le premier moyen de réduction d'électrons secondaires étant monté sur une surface de la première grille faisant face à la cathode; une structure d'arrêt (160) positionnée entre la cathode et la première grille pour servir de condensateur de bloquage; o la cathode, la première grille et la structure d'arrêt définissent une cavité d'entrée (170) fonctionnant en un circuit résonnant; une résistance (210), dont une extrémité est reliée à la première grille et l'autre extrémité est reliée à la cathode pour induire une tension de polarisation sur la première grille; une seconde grille (140) prévue au-dessus de la première grille et ayant un certain nombe de trous (145) à travers lesquels passent les faisceaux d'électrons passant à travers les trous (135) de la première grille (130); une anode (150) pour recevoir les électrons passant à travers les trous de la seconde grille, l'anode ayant - 13 - 2768010 un second moyen d'électrons secondaires pour réduire l'émission d'électrons secondaires de l'anode de manière à changer la direction d'électrons se dirigeant vers l'anode, le second moyen de réduction d'électrons secondaires étant monté sur une surface de l'anode faisant face à la seconde grille, o la seconde grille et l'anode définissent une cavité de sortie (180) pour produire des micro- ondes, la cavité de sortie étant isolée électriquement de la cavité d'entrée, des ailettes de refroidissement (151) étant prévues autour de l'anode pour refroidir la chaleur produite par l'anode; une source de tension de commande (200) pour fournir une tension de commande à l'anode et à la cathode, une antenne (155) agencée dans l'anode pour extraire les micro-ondes de la cavité de sortie dans la chambre de cuisson à travers le guide d'ondes; et une structure de rétroaction (190) s'étendant de la cavité d'entrée à la cavité de sortie pour ramener une portion des micro-ondes de la cavité de sortie à la cavité d'entrée. 2. Four à micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance précitée est une résistance ajustable. 3. Four à micro-ondes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif maintient un état de vide dans celui-ci. 4. Four à micro-ondes selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde grille (140) est située à une distance de la première grille (130) de telle manière que les faisceaux d'électrons passant à travers les trous (135) de la première grille (130) produisent des micro- ondes dans la cavité de sortie (183) avant qu'elles deviennent diffusées. 5. Four à micro-ondes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la - 14 - 2768010 première grille (130) a initialement une tension de polarisation nulle. 6. Four à micro-ondes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de rétroaction (190) a une forme en tige. 7. Four à micro- ondes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne (155) est, à une extrémité, pourvue d'un couplage conformé en boucle (156), le couplage étant disposé dans la cavité de sortie pour extraire des micro- ondes dans celle-ci. 8. Four à micro-ondes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier moyen de réduction d'électrons secondaires précité est un film métallique (310) réalisé en matériau choisi dans le groupe comprenant du harfnium, de la platine et de l'osmium. 9. Four à micro-ondes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second moyen de réduction d'électrons secondaires est une couche de graphite fixée à l'anode (150) pour absorber des électrons entrant en collision avec celle-ci. 10. Four à micro-ondes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second moyen de réduction d'électrons secondaires précité est constitué d'une pluralité de protubérances (300, 300' et 300") d'une forme sensiblement rectangulaire. 11. Four à micro-ondes selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le second moyen de réduction d'électrons secondaires est réalisé en un certain nombre de protubérances (300, 300' et 300") d'une forme sensiblement triangulaire. 12. Four à micro-ondes selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le second moyen de réduction d'électrons secondaires est réalisé en un certain nombre de protubérances (300, 300' et 300") d'une forme sensiblement convexe semi-circulaire et d'un - 15 - 2768010 certain nombre de formes sensiblement concaves semi- circulaires formées sur l'anode, étant adjacentes aux protubérances sensiblement convexes semi-circulaires. 13. Four à micro-ondes selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche de graphite est formée sur le second moyen de réduction d'électrons secondaires précité. 14. Four à micro-ondes selon la revendication 11, caractérisé en ce que la couche de graphite est formée sur le second moyen de réduction d'électrons secondaires précité. 15. Four à micro-ondes selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'une couche de graphite est formée sur le second moyen de réduction d'électrons secondaires précité.