Brevet FR2767963A1 — publié le 19990305

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 boîtier 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 pour contenir des aliments dans celle-ci. 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 aimants 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 de, par exemple, 4KV, 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 reçus par l'anode 13. Les aimants 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 se déplacer vers 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 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'onde 5 et étendues ensuite dans la chambre de cuisson 3 par un agitateur 6. Les micro-ondes étendues 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-onde, puisque le déplacement des électrons est contrôlé par la force combinée des deux champs électrique et magnétique, une pluralité d'aimants est exigée, ce qui, à leur tour, rend le four à micro-ondes structurellement compliqué. En outre, puisque le dispositif de production de 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 de réaliser un four à micro-ondes équipé d'un dispositif structurellement simple pour produire des micro-ondes. Selon un aspect de la présente invention, on réalise un four à micro-ondes incorporant dans celui-ci une chambre de cuisson, un guide d'onde et un dispositif pour produire des micro-ondes, le dispositif étant caractérisé en outre par 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 commander et focaliser la circulation d'électrons émis par la cathode, la première grille ayant une pluralité de trous pour convertir des électrons de la cathode en faisceaux d'électrons, une structure d'arrêt, positionnée entre la cathode et la première grille, pour servir de condensateur de blocage, la structure d'arrêt comprenant un support de grille prévu entre la première grille et la cathode et une plaque supportée par le support de grille, la plaque étant formée d'un film de métal sur ses surfaces intérieure et extérieure et étant pourvue d'une portion isolante pour empêcher une connexion électrique avec la cathode, 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 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 une pluralité de trous à travers lesquels les faisceaux d'électrons passant à travers les trous de la première grille passent, une anode pour recevoir les électrons passant à travers les trous de 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, pour refroidir la chaleur produite par l'anode, une source de tension de commande pour fournir une tension de commande à l'anode et à la cathode, une antenne agencée dans l'anode, pour extraire les micro- ondes de la cavité de sortie dans la chambre de refroidissement à travers le guide d'onde et une structure de contre-réaction 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. Selon un autre aspect de la présente invention, on réalise un dispositif pour produire des micro-ondes dans un four à micro-ondes incorporant dans celui-ci une chambre de refroidissement et un guide d'onde, 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 commander et focaliser la circulation d'électrons émis par la cathode, la première grille ayant une pluralité de trous pour convertir des électrons de la cathode en faisceau d'électrons, une structure d'arrêt positionnée entre la cathode et la première grille pour servir de condensateur de blocage, la structure d'arrêt comprenant un support de grille prévu entre la première grille et la cathode et une plaque supportée par le support de grille, la plaque étant formée d'un film de métal sur ses surfaces intérieure et extérieure et étant pourvue d'une portion isolante pour empêcher une connexion électrique avec la cathode, o la cathode, la première grille et la sturcture d'arrêt définissent une cavité d'entrée fonctionnant en un circuit résonnant, une résistance, dont une extrémité est reliée à la première grille et l'autre extrémité est reliée à la cathode, pour induire une tension de polarisation entre la première grille, une seconde grille prévue au-dessus de la première grille et ayant une pluralité de trous à travers lesquels les faisceaux d'électrons passant à travers les trous de la première grille passent, une anode pour recevoir les électrons passant à travers les trous de 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, pour refroidir la chaleur produite par l'anode, une source de tension de commande pour produire une tension de commande à l'anode et à la cathode, une antenne agencée dans l'anode pour extraire les micro- ondes de la cavité de sortie dans la chambre de refroidissement à travers le guide d'onde et une structure de contre-réaction 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; - la figure 3 représente une vue schématique d'un four à micro- ondes selon la présente invention; - la figure 4 montre 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 de grilles incorporées dans le dispositif de production de micro-ondes selon la présente invention; - la figure 7 illustre une vue en coupe d'une structure d'arrêt incorporée dans le dispositif de production de micro-ondes selon la présente invention; - la figure 8 montre un circuit équivalent du dispositif de production de micro- ondes de la figure 4; et - la figure 9 représente un graphe caractéristique de tension de la première grille incorporée dans le dispositif de production de micro-ondes selon la présente invention. En se référant à la figure 3, un four à micro-ondes selon la présente invention comprend un boitier 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 dans celle-ci des aliments. Le dispositif de production de micro-onde 100 comprend une boite de filtrage 101 dont le fond est recouvert par une plaque 102 et dont le haut est recouvert par 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 outre, 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 du moyen de chauffage 110. La cathode 120 ayant la forme d'un disque émet des électrons thermiques lorsque le moyen de chauffage 110 est chauffé. La première grille 130 pour commander et focaliser les électrons émis par la cathode est disposée au-dessus de la cathode 120. La première grille 130 a la forme d'un disque formé 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 ou à piège 160 et 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 comporte un certain nombre de trous 145 à 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 autour de celle-ci 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 électriquement 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 les faisceaux d'électrons passant à travers les trous 135 de la première grille 130 produisent des micro-ondes dans la cavité de sortie 170 effectivement avant qu'elles soient diffusées. L'énergie cinétique des électrons modulés 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'onde 23. L'antenne 155 a un couplage 156 conformé en boucle 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 ou de contre-réaction qui réinjecte 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 de métallisation 162 supportée par un support de grille 164 entre la première grille 130 et la cathode 120, o la plaque 162 est formée d'un film de métal 161 sur ses surfaces intérieure et extérieure et est pourvue d'une portion isolante 163 pour empêcher une connexion électrique avec la cathode 120. La plaque de métallisation 162 remplie du matériau diélectrique 166 raccourcit ou diminue une longueur d'onde des micro-ondes à produire dans la cavité d'entrée 170 ce qui, à son tour, réduit la dimension de la structure d'arrêt 160 pour miniaturiser de la sorte le dispositif de production de micro-ondes 100. La structure d'arrêt 160 sert comme condensateur de blocage pour permettre le passage d'un courant de surface pour produire des micro-ondes dans la cavité d'entrée 170 à travers elle 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 120 sont respectivement reliées à une borne positive et une borne négative de la source continue de commande 200 pour produire une gamme de tensions entre 300V à 500V. 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 ou en une seule pièce avec la cathode 120 mais la première grille 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 reliée à la première grille 130 et dont l'autre extrémité est reliée à la cathode 120. La résistance ajustable 110 sert à induire une tension de polarisation, par exemple de -60v, 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 activé. En figure 9, une première courbe 220 représente la quantité de changement de courant circulant sur l'anode , une seconde courbe 230 montre le changement de tension de polarisation appliquée dans la première grille 130 et une troisième courbe 240 illustre une forme d'onde résonnante des micro-ondes dans la cavité d'entrée 170. 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 220 atteint l'anode 150 par l'intermédiaire des trous 135, 145 de la première grille et 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 110, 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 lorsqu'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 a avoir un potentiel négatif. Initialement, le potentiel négatif sur la première grille 130 augmente brusquement puisque, en conséquence de la première grille 130 ayant initialement une tension de polarisation nulle, une quantité relativement importante des électrons est capable d'être absorbée sur celle-ci, la quantité des 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 valeur prédéterminée, la valeur étant déterminée par la quantité des électrons qui peuvent être absorbés 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 une 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 résonance déterminée par une structure de résonance de la cavité d'entrée 170. En même temps, en réponse au changement du potentiel de la première grille 130, les électrons émis par la cathode 120 sont continuellement modulés dans leur 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 elles 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 des lignes 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'électron 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-onde, émettant les micro- ondes. Les micro-ondes sont produites par l'antenne 155 et guidées dans la chambre de cuisson 22 par le guide d'onde 23. Les micro-ondes sont ensuite étendues par un agitateur-ventilateur 24 et frappent les aliments contenus dans la chambre de cuisson 22 de sorte que la cuisson peut être accomplie. Dans un tel dispositif, puisque les première et les seconde grilles, en liaison l'une avec l'autre, focalisent et commandent 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 de métallisation 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 des 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 permettant à la résistance ajustable de contrôler le potentiel de polarisation de la première grille. REVENDICATIONS 1. Four à micro-ondes comprenant dans celui-ci une chambre de cuisson (22), un guide d'onde (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 (120) pour contrôler et focaliser la circulation d'électrons émis par la cathode (120), la première grille (130) ayant un certain nombre de trous (135) pour convertir des électrons de la cathode en faisceaux d'électrons; une structure d'arrêt (160) positionnée entre la cathode (120) et la première grille (130) pour servir de condensateur de blocage, la structure d'arrêt (160) comprenant un support de grille (164) prévu entre la première grille (130) et la cathode (120) et une plaque (162) supportée par le support de grille (164), la plaque (162) étant formée d'un film de métal (161) sur ses surfaces intérieure et extérieure et étant pourvue d'une portion isolante (163) pour empêcher une connexion électrique avec la cathode (120), o la cathode (120), la première grille (130) et la structure d'arrêt (160) définissent une cavité d'entrée (170) fonctionnant comme un circuit résonnant; une résistance (210), dont une extrémité est reliée à la première grille (130) et l'autre extrémité est reliée à la cathode (120), pour induire une tension de polarisation sur la première grille (130); une seconde grille (140) prévue au-dessus de la première grille (130) et ayant un certain nombre 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 (145) de la seconde grille (140), o la seconde grille (140) et l'anode (150) définissent une cavité de sortie (180) pour produire des micro-ondes, la cavité de sortie étant isolée électriquement de la cavité d'entrée (170); des ailettes de refroidissement (151) prévues autour de l'anode (150) pour refroidir la chaleur produite par l'anode (150); une source de tension de commande (200) pour produire une tension de commande à la cathode (120) et à l'anode (150); une antenne (155) agencée dans l'anode (150) pour extraire les micro-ondes de la cavité de sortie (180) dans la chambre de cuisson (22) à travers le guide d'onde (23); et une structure de réaction (190) s'étendant de la cavité d'entrée (170) à la cavité de sortie (180) pour réinjecter une portion des micro-ondes dans la cavité de sortie (180) à la cavité d'entrée (170) 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, caractérisé en ce que le dispositif précité maintient dans celui-ci un état sous vide. 4. Four à micro-ondes selon la revendication 1, 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 (180) avant qu'elles deviennent diffusées. 5. Four à micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première grille (130) a initialement une tension de polarisation nulle. 6. Four à micro-ondes selon la revendication 1, dans lequel la structure de réaction (190) a une forme de tige. 7. Four à micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne (155) est, à une extrémité, pourvue d'un couplage en forme de boucle (156), le couplage étant disposé dans la cavité de sortie (180), pour extraire de celle-ci des micro-ondes. 8. Dispositif pour produire des micro-ondes dans un four à micro-ondes comprenant dans celui-ci une chambre de cuisson (22) et un guide d'onde (23), 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 (120) pour contrôler et focaliser la circulation d'électrons émis par la cathode (120), la première grille (130) ayant un certain nombre de trous (135) pour convertir des électrons de la cathode en faisceaux d'électrons; une structure d'arrêt (160) positionnée entre la cathode (120) et la première grille (130) pour servir de condensateur de blocage, la structure d'arrêt (160) comprenant un support de grille (164) prévu entre la première grille (130) et la cathode (120) et une plaque (162) supportée par le support de grille (164), la plaque (162) étant formée d'un film de métal (161) sur ses surfaces intérieure et extérieure et étant pourvue d'une portion isolante (163) pour empêcher une connexion électrique avec la cathode (120), o la cathode (120), la première grille (130) et la structure d'arrêt (160) définissent une cavité d'entrée (170) fonctionnant comme un circuit résonnant; une résistance (210), dont une extrémité est reliée à la première grille (130) et l'autre extrémité est reliée à la cathode (120), pour induire une tension de polarisation sur la première grille (130); une seconde grille (140) prévue au- dessus de la première grille (130) et ayant un certain nombre 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 (145) de la seconde grille (140), o la seconde grille (140) et l'anode (150) définissent une cavité de sortie (180) pour produire des micro-ondes, la cavité de sortie étant isolée électriquement de la cavité d'entrée (170); des ailettes de refroidissement (151) prévues autour de l'anode (150) pour refroidir la chaleur produite par l'anode (150); une source de tension de commande (200) pour produire une tension de commande à la cathode (120) et à l'anode (150); une antenne (155) agencée dans l'anode (150) pour extraire les micro-ondes de la cavité de sortie (180) dans la chambre de cuisson (22) à travers le guide d'onde (23); et une structure de réaction (190) s'étendant de la cavité d'entrée (170) à la cavité de sortie (180) pour réinjecter une portion des micro-ondes dans la cavité de sortie (180) à la cavité d'entrée (170). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la résistance précitée est une résistance ajustable. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il maintient un état sous vide dans celui-ci. 11. Dispositif selon la revendication 8, 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 (180) avant qu'ils deviennent diffusés. 12. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première grille (130) a intialement une tension de polarisation nulle. 13. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure de réaction (190) a une forme de tige. 14. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'antenne (155) est, à son extrémité, pourvue d'un couplage en forme de boucle (156), le couplage étant disposé dans la cavité de sortie (180) pour extraire de celle-ci des micro-ondes.