Brevet FR2772186A1 — publié le 19990611

La présente invention concerne un four à micro- ondes et, plus particulièrement, un four à micro-ondes équipé d'un appareil pour commander de façon optimale la sortie de celles-ci. Sur la figure 1 est montré un four à micro-ondes comprenant un carter 1, une unité d'alimentation en énergie 2 comprenant un transformateur à tension élevée (non représenté) et un condensateur à tension élevée, (non représenté), un magnétron cylindrique 10 pour engendrer un micro-onde et une chambre de cuisson 3 pour contenir des aliments. Comme cela est montré sur la figure 2, le magnétron 10 est un tube à vide cylindrique à deux pôles et comporte, typiquement, une cathode 11 disposée dans le centre de celui-ci, une paire d'aimants 12a, 12b disposés au-dessus et en dessous, respectivement, une anode 13 disposée autour de la cathode 11 et une antenne 14 reliée à l'anode 13. Lorsque la tension de fonctionnement de par exemple 4KV est appliquée à une borne d'entrée 15, par l'unité d'alimentation en énergie 2, la cathode 11 est chauffée pour émettre des électrons. Les électrons émis sont reçus par l'anode 13. Les aimants 12a, 12b engendrent des flux magnétiques qui sont, en revanche, guidés par des organes guide 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 façon qu'ils tournent entre la cathode 11 et l'anode 13 avant de se déplacer vers l'anode 13 et être reçus par celle- ci. La rotation des électrons entre la cathode 11 et l'anode 13 a pour conséquence un circuit résonnant construit dans l'anode 13, le circuit résonnant engendrant des micro-ondes devant être émises par l'antenne 14. Les micro-ondes émises sont guidées vers la chambre de cuisson 3 par un guide d'ondes 5 et ensuite réparties dans la chambre de cuisson 3 par un agitateur 6. Les micro-ondes réparties sont incidentes sur les aliments contenus dans la chambre de cuisson 3 de façon que la cuisson des aliments puisse être effectuée. Dans un tel four à micro-ondes, du fait que le déplacement des électrons est commandé par la force combinée des deux champs électrique et magnétique, une pluralité d'aimants est nécessaire qui, en revanche, rend le four à micro-ondes structurellement compliqué. De plus, l'appareil générateur des micro-ondes utilisé dans le four à micro-ondes conventionnel est incapable de produire et de sortir des micro-ondes qui sont stables et continues et possèdent une amplitude appropriée pour que les aliments puissent être cuits. Par conséquent, un objectif principal de l'invention est de proposer un four à micro-ondes équipé d'un appareil de commande de la sortie des micro-ondes pour produire des micro-ondes qui sont stables et continues et ont une amplitude appropriée pour la cuisson des aliments. Selon la présente invention, il est proposé un four à micro-ondes auquel est intégré une chambre de cuisson, un guide d'ondes et un appareil pour engendrer une micro- onde, ledit appareil étant en outre caractérisé en ce qu'il comprend: un élément chauffant; une cathode montée au-dessus de l'élément chauffant, pour émettre des électrons; une première grille disposée au-dessus de la cathode pour commander et focaliser le flux des électrons émis par la cathode, la première grille comportant une pluralité de trous pour convertir des électrons en provenance de la cathode en faisceaux d'électrons; une structure d'étranglement pour servir de condensateur d'arrêt ou de blocage, la structure d'étranglement étant placée entre la cathode et la première grille, et en ce que la cathode, la première grille et la structure d'étranglement définissent une cavité d'entrée fonctionnant comme circuit résonnant; un réseau de résistances dont une extrémité est reliée à la première grille et l'autre extrémité est reliée à la cathode pour induire une tension de polarisation dans la première grille; un contrôleur pour contrôler le réseau ou le motif des résistances pour engendrer ainsi une pluralité de valeurs de résistance; une seconde grille placée au- dessus de la première grille et comprenant une pluralité de trous à travers lesquels passent les faisceaux d'électrons qui passent à travers les trous de la première grille; une anode pour recevoir les électrons passant à travers les trous de la seconde grille, en ce que la seconde grille et l'anode définissent une cavité de sortie pour engendrer une micro-onde, la cavité de sortie étant électriquement isolée de la cavité d'entrée; des ailes ou nervures de refroidissement disposées autour de l'anode, pour refroidir la chaleur engendrée par l'anode; une source de tension de commande pour fournir une tension de commande à la cathode et à l'anode; une antenne disposée dans l'anode pour extraire la micro-onde de la cavité de sortie dans la chambre de refroidissement à l'aide du guide-onde; et une structure de rétroaction s'étendant de la cavité d'entrée vers la cavité de sortie pour ramener une portion de la micro- onde 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 apparaitront 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 est une vue schématique d'un four à micro-ondes conventionnel; - la figure 2 est une vue en coupe d'un magnétron du four à micro-ondes de la figure 1; - la figure 3 est une vue schématique d'un four à micro-ondes selon la présente invention; - la figure 4 est une vue en coupe démontrant une structure de l'appareil générateur de micro-ondes selon la présente invention; - la figure 5 est une vue en coupe partielle démontrant une structure de l'appareil générateur de micro-ondes selon la figure 4; - la figure 6 est une vue en perspective des grilles intégrées à l'appareil générateur de micro-ondes selon la présente invention; - la figure 7 est une vue en coupe d'une structure d'étranglement intégrée à l'appareil générateur de micro- ondes selon la présente invention; - la figure 8 montre un circuit équivalent de l'appareil générateur de micro-ondes selon la figure 4; et la figure 9 montre une courbe caractéristique de tension de la première grille intégrée à l'appareil générateur 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 carter ou boîtier 21, un appareil 100 pour engendrer une micro-onde, une unité d'alimentation en énergie 105 montée sur l'appareil et une chambre de cuisson 22 pour contenir des aliments. L'appareil générateur de micro-ondes 100 comporte une boite de filtrage 101 dont le fond est recouvert par une plaque 102 et dont le sommet est recouvert par une console 103 (voir figure 4). En se référant aux figures 4 et 5, on constate que la boite de filtrage 101 est pourvue d'une chaufferette 110, en forme d'un élément chauffant, électriquement reliée à l'unité d'alimentation en énergie 105, une cathode 120, une première grille 130, une seconde grille et une anode 150. De plus, un vide est maintenu à l'intérieur de la boite de filtrage 101. Le dispositif de chauffage ou chaufferette 110 est composé d'un filament et la cathode 120 est disposée au- dessus du dispositif 110. La cathode 120 en forme d'un disque émet des électrons thermiques lorsque le dispositif de chauffage 110 est chauffé. La première grille 130 pour commander et focaliser les électrons émis par la cathode 120 est disposée au-dessus de la cathode 120. La première grille 130 présente la forme d'un disque formé par une pluralité de trous 135 (voir figure 6). Entre la cathode 120 et la première grille 130 est placée une structure d'étranglement 160. La première grille 130, la structure d'étranglement 160 et la cathode 120 définissent une cavité d'entrée 170 fonctionnant comme circuit résonnant. Au-dessus de la première grille 130 est montée la seconde grille 140 qui comporte une pluralité de trous à travers lesquels des faisceaux d'électrons passent via les trous 135 de la première grille. Au dessus de la seconde grille 140 est montée l'anode 150 de forme cylindrique et étant pourvues d'ailes ou de nervures de refroidissement 151 tout autour de façon à refroidir la chaleur engendrée par l'anode 150. La seconde grille 140 et l'anode 150 définissent une cavité de sortie 180 pour engendrer une micro-onde. La cavité de sortie 180 est électriquement isolée de la cavité d'entrée 170. En particulier, la seconde grille 140 est située à une distance de la première grille 130 de façon que les faisceaux d'électrons passant à travers les trous 135 de la première grille 130 engendrent une micro-onde dans la cavité d'entrée 170, de façon effective, avant que ceux- ci soient diffusés. L'énergie cinétique des électrons modulés en densité dans la cavité d'entrée 170 est convertie en la micro-onde dans la cavité de sortie 180 et ensuite la micro-onde est irradiée dans la chambre de cuisson 22 par une antenne 135 disposée dans l'anode 150 et un guide d'ondes 23. L'antenne 155 a un couplage en forme de boucle 156 disposé dans la cavité de sortie 180, pour extraire des micro-ondes dans celle- ci, un organe isolé 157 en un matériau isolateur pour isoler l'antenne 150 de la boite de filtrage 101, et un capot 158. Entre la cavité d'entrée 170 et la cavité de sortie s'étend une structure de rétroaction 190 qui renvoie une partie de la micro-onde dans la cavité 180 à la cavité d'entrée 170 de façon à également induire un circuit résonnant. La structure de rétroaction 190 a la forme d'une barre. En se référant à la figure 7, on constate que la structure d'étranglement 160 comporte une plaque métallique 162 supportée par un support de grille 164 entre la première grille 130 et la cathode 120 et un matériau diélectrique 170 dans la cavité d'entrée 170. La plaque métalique 162 est électriquement isolée de la cathode 120. La structure d'étranglement 160 sert de condensateur de blocage ou d'arrêt pour faire passer un courant de surface pour engendrer la micro-onde dans la cavité 170 à travers celle-ci et pour bloquer un courant continu. La figure 8 montre également un circuit équivalent à l'appareil générateur de micro-ondes 100 sur la figure 5. Le dispositif chauffant 110 est électriquement relié à l'unité d'alimentation en énergie 105. L'anode 150 et la cathode 120 sont, respectivement, reliées à une borne positive et une borne négative d'une source de courant direct de commande 200 engendrée dans une gamme de tension entre 300V à 500V. La seconde grille 140 a un potentiel identique à celui de l'anode 150 étant donné que la seconde grille est en une pièce avec l'anode 150. Cependant, la première grille 130 est en une pièce avec la cathode 120 mais la première grille 130 a un potentiel différent de la cathode 120 en raison de la structure d'étranglement 160. Un réseau de résistances 300 est en outre prévu, une extrémité du réseau de résistances étant reliée à la première grille 130 et l'autre extrémité de celui-ci étant reliée à la cathode 120. Le réseau des résistances 300 a une valeur de résistance associée. En outre, un contrôleur 400 pour commander ou contrôler le réseau des résistances 300 dans le but est d'engrendrer des combinaisons différentes de valeurs de résistance, chacune en fonction du genre d'aliment, est prévue dans le four à micro-ondes. La première grille 130 a une tension de polarisation zéro lorsque l'appareil générateur des micro-ondes 100 est initialement mis en service. Le réseau des résistances 300 ensemble avec le contrôleur 400 sert pour induire une tension de polarisation appropriée, de par exemple -60v, dans la première grille 130. Sur la figure 9, une première courbe 220 montre la quantité du changement du courant dans l'anode 150, une seconde courbe 230 montre le changement de la tension de polarisation appliquée à la première grille 130 et une troisième courbe 240 illustre une forme d'onde résonnant à micro-ondes dans la cavité d'entrée 170. En se référant aux figures 8 et 9, le principe de fonctionnement de l'appareil selon l'invention 100 sera maintenant décrit en détail. Lorsque le dispositif chauffant 110 est chauffé à une température entre 600C à 1200 C, la cathode 120 émet les électrons. Etant donné que la première grille 130 a initialement une tension de polarisation zéro, une portion des électrons émis par la cathode 120 atteint l'anode 150 à travers les trous 135, 145 de la première grille 130 et la seconde grille 140, et les électrons restants sont absorbés sur la première grille 130. Les électrons absorbés par la première grille 130 induisent une tension de polarisation et un courant de surface s'écoule sur une surface de la cavité d'entrée 170, sa direction d'écoulement étant changée par la structure d'étranglement 160, qui, en revanche, induit une faible oscillation dans la cavité d'entrée 170. Comme résultat de l'écoulement du courant de surface, lorsque suffisamment de courant est acumulé sur la première grille 130, une amplitude de l'oscillation mentionnée plus haut augmente, comme cela sera expliqué plus tard. L'absorption des électrons émis par la cathode 120 dans la première grille 130 amène la première grille 130 à avoir un potentiel négatif. Initialement, le potentiel négatif sur la première grille 130 augmente brusquement puisque, en raison du fait que la première grille 130 a initialement une tension de polarisation zéro, une quantité relativement importante d'électrons est en mesure d'être absorbée sur celle-ci, la quantité d'électrons étant absorbée sur la première grille 130 diminuant avec 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 par la première grille 130 qui, en revanche, est déterminée par la combinaison des valeurs de résistance dans le réseau de résistances 300 et le contrôleur 400. Le contrôleur 400 engendre des valeurs de résistance appropriées. Le réseau de résistances 300 peut être remplacé avec une résistance de compensation (non représentée), la résistance de compensation ensemble avec un contrôleur 400 servant pour accomplir des fonctions similaires à celles ci-dessus. En réponse au changement de potentiel, l'amplitude de l'oscillation augmente, 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 ce point, la première grille 130 a une tension prédéterminée et l'oscillation oscille à une fréquence résonnante 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 quant à 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, le 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 cela est montré par des lignes interrompues sur la figure 8, comme 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 s'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 l'énergie de micro-ondes émettant la micro-onde. La micro-onde est produit en sortie par l'antenne 155 et guidée dans la chambre de cuisson 22 par un guide d'ondes 23. La micro- onde est ensuite répartie par un agitateur 24 et est incidente sur les aliments contenus dans la chambre de cuisson 22 de façon que la cuisson puisse être faite. Dans un tel appareil, étant donné que les première et seconde grilles, ensemble l'une avec l'autre, focalisent et contrôlent les faisceaux d'électrons, une pluralité d'aimants peut être éliminé et, étant donné que la première grille, la cathode, la structure d'étranglement et la seconde grille définissant la cavité d'entrée et la cavité de sortie respectivement, le four à micro-ondes a une structure simple. Supplémentairement, étant donné que la plaque métallique remplie de matériau diélectrique raccourcit une longueur d'onde de la micro- onde devant être engendrée dans la cavité d'entrée, il est possible de réduire la taille de l'appareil générateur de micro-ondes. En outre, étant donné que la première grille est située à une certaine distance de la seconde grille, il est possible de réduire l'influence d'une harmonique et d'un bruit entre les grilles et il est possible de fournir des micro-ondes qui sont stables et continues et ont une amplitude appropriée pour que les aliments puissent être cuits en permettant au réseau de résistances de commander le potentiel de polarisation de la première grille par le contrôleur. Bien que l'invention a été montrée et décrite par rapport aux modes de réalisation préférés, il est évident pour l'homme de l'art que des divers modifications et changements peuvent être apportés sans sortir du cadre de l'invention tel que définie par les revendications qui suivent. l1 _EV E NDICAT IONSi 1. Four à micro-ondes comportant une chambre de cuisson, un guide d'ondes, et un appareil pour engendrer une micro-onde, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un élément chauffant (110); une cathode (120) montée au-dessus de l'élément chauffant pour émettre des électrons; une première grille (130) disposée au-dessus de la cathode (120) pour commander et focaliser le flux des électrons émis par la cathode, la première grille comportant une pluralité de trous (135) pour convertir des électrons de la cathode en faisceaux d'électrons; une structure d'étranglement (160) pour servir de condensateur d'arrêt ou de blocage, la structure d'étranglement étant disposée entre la cathode (120) et la première grille (130), la cathode (120), la première grille (130) et la structure d'étranglement (160) définissant une cavité d'entrée (170) fonctionnant comme circuit résonant; des moyens pour réaliser une valeur de résistance variable, 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 dans la première grille (130); un contrôleur (400) pour commander ou contrôler les moyens pour réaliser une valeur de résistance variable pour engendrer ainsi une pluralité de valeurs de résistance; une seconde grille (140) disposée au-dessus de la première grille (130) et comportant une pluralité de trous (145) à travers lesquels les faisceaux d'électrons passant à travers les trous (135) de la première grille (130) passent; une anode (150) pour recevoir les électrons passant à travers les trous (145) de la seconde grille (140), la seconde grille (140) et l'anode (150) définissant une cavité de sortie (180) pour engendrer une micro-onde, la cavité de sortie étant électriquement isolée de la cavité d'entrée (170); des ailes ou nervures de refroidissement (151) disposées autour de la cathode (150) pour refroidir la chaleur engendrée par l'anode; une source de tension de commande (200) pour fournir une tension de commande à la cathode (120) et l'anode (150); une antenne (155) disposée dans l'anode pour extraire la micro-onde de la cavité de sortie dans la chambre de refroidissement à travers le guide d'ondes; et une structure de contreréaction (190) s'étendant de la cavité d'entrée (170) à la cavité de sortie (180) pour ramener une portion de la micro-onde présente dans la cavité de sortie dans la cavité d'entrée. 2. Four à micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour former une valeur de résistance variable est un réseau de résistances (300). 3. Four à micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour réaliser une valeur de résistance variable est une résistance de compensation. 4. Four à micro- ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil maintient en lui un état de vide. 5. Four à micro-ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde grille est disposée à une distance de la première grille de façon que les faisceaux d'électrons passant à travers les trous de la première grille engendrent une micro-onde dans la cavité de sortie avant qu'ils soient diffusés. 6. Four à micro-ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première grille a initialement une tension de polarisation zéro. 7. Four à micro-ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de contreréaction a la forme d'une barre. 8. Four à micro-ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne est pourvue à une de ses extrémités d'un couplage en forme d'une boucle, le couplage étant disposé dans la cavité de sortie pour extraire de celle-ci des micro-ondes.