(57)【要約】【課題】カソードの加熱電力を低減して同一出力に対する入力を減らすことにより効率を高めることのできるマグネトロンを提供する。【解決手段】マグネトロンは、アノードと、アノードの中心に配置されるカソードと、アノードの内面からカソードに向かって放射状に突出する複数のベーンと、カソードの有効加熱部の長さＬがベーンの高さＨよりも短くなるように、カソードの上端及び下端にそれぞれ結合される上部エンドシールド及び下部エンドシールドとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、
前記アノードの中心に配置されるカソードと、
前記アノードの内面から前記カソードに向かって放射状に突出する複数のベーンと、
前記カソードの有効加熱部の長さが前記ベーンの高さよりも短くなるように、前記カソードの上端及び下端にそれぞれ結合される上部エンドシールド及び下部エンドシールドと、
を含むことを特徴とするマグネトロン。
【請求項２】
前記カソードが円筒コイル状に形成され、前記上部エンドシールドの所定領域が前記カソードと重なることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
【請求項３】
前記上部エンドシールドは、
前記カソードよりも拡張された大きさを有し、前記ベーンの上端と同一の位置又は高い位置に配置される遮断部と、
前記遮断部から突出して前記カソードの内部に挿入結合される結合部と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載のマグネトロン。
【請求項４】
前記下部エンドシールドの中央には、センタリードが接触することなく通過できるように通過孔が形成され、前記下部エンドシールドは、その上面が前記ベーンの下端と同一の位置又は低い位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載のマグネトロン。
【請求項５】
前記下部エンドシールドは、
前記カソードよりも拡張された大きさを有し、前記カソードの下端に配置される遮断部と、
前記遮断部から上向きに突出して前記カソードと重なるように結合される結合部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
【請求項６】
前記上部エンドシールド及び前記下部エンドシールドは、前記カソードの有効加熱部の長さ（Ｌ）の前記ベーンの高さ（Ｈ）に対する比（Ｌ／Ｈ）が０．８０〜０．８７になるように、前記カソードに結合されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のマグネトロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネトロンに関し、より詳しくは、カソードの加熱電力を低減して同一出力に対する入力を減らすことにより効率を高めることのできるマグネトロンに関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンは、周知のように、電子レンジ、プラズマ照明機器、乾燥器、及びその他の高周波システムに適用される。このようなマグネトロンは、通常、電子系により高周波エネルギーを発生する高周波発生部と、前記高周波発生部に電源を供給するための入力部と、前記高周波発生部から発生した高周波エネルギーを放出するための出力部とを備える。
【０００３】
図１２は従来のマグネトロンの断面図であり、図１３は図１２の要部拡大図であり、図１４は図１３のカソード領域の側面図である。図１２〜図１４に示すように、従来のマグネトロンは、高周波エネルギーを発生する高周波発生部１００と、高周波発生部１００に電源を供給するために高周波発生部１００の下側に形成される入力部２００と、高周波発生部１００から発生した高周波エネルギーを放出するために高周波発生部１００の上側に形成される出力部３００とを備える。
【０００４】
高周波発生部１００は、四角筒状のヨークプレート１１１と、ヨークプレート１１１の中央領域に配置される円筒状のアノード１２１と、アノード１２１の上端及び下端にそれぞれ形成されるＡシール（A-seal）１３１及びＦシール（F-seal）１４１と、アノード１２１の上側にそれぞれ配置される上部マグネット１３３及び上部磁極１３５と、アノード１２１の下側にそれぞれ配置される下部マグネット１４３及び下部磁極１４５と、アノード１２１の中央に配置されるカソード１５１とを備える。
【０００５】
ヨークプレート１１１の内部には、アノード１２１の放熱のために、複数の冷却ピン１１３が層状に積層・結合されている。
【０００６】
アノード１２１の内部には、カソード１５１との間に電子移動空間１２２が形成されるように、複数のベーン１２５がカソード１５１に向かって突設されている。Ｆシール１４１の下端にはセラミックステム１４７が設置されている。ここで、セラミックステム１４７、アノード１２１、Ａシール１３１、及びＦシール１４１により形成された内部空間は真空に維持される。
【０００７】
カソード１５１は、螺旋状に形成されており、カソード１５１の上端及び下端には、上部エンドシールド（upper end shield）１５５及び下部エンドシールド１６５がそれぞれ結合されている。下部エンドシールド１６５の中央にはセンタリード（center lead）１６１が貫通して配置されており、下部エンドシールド１６５の一側にはサイドリード（side lead）１６３が連結されている。センタリード１６１は、下部エンドシールド１６５を貫通してカソード１５１の中心を経て上部エンドシールド１５５に結合されている。上部エンドシールド１５５は、カソード１５１の上端に一体に結合されている。
【０００８】
入力部２００は、ヨークプレート１１１の下部に形成されるフィルタボックス２１１と、フィルタボックス２１１の一側に結合されるコンデンサ２１３と、フィルタボックス２１１の内部に収容されてコンデンサ２１３に接続されるチョークコイル２１５と、チョークコイル２１５から延びてセンタリード１６１及びサイドリード１６３に電気的に接続される外部接続リード２１７とを備える。
【０００９】
出力部３００は、ベーン１２５に接続されるアンテナフィーダ３１１と、Ａシール１３１の上側に配置されて内部にアンテナフィーダ３１１が収容されるＡセラミック３１３と、Ａセラミック３１３の上側に配置されるアンテナキャップ３１５とを備える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、このような従来のマグネトロンは、低出力（例えば、１００Ｗ〜３００Ｗ）では、カソード１５１を加熱するための加熱電力の入力全体に対して占める比率が増加して、マグネトロンの効率を損なうという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、カソードの加熱電力を低減して同一出力に対する入力を減らすことにより効率を高めることのできるマグネトロンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明は、アノードと、前記アノードの中心に配置されるカソードと、前記アノードの内面から前記カソードに向かって放射状に突出する複数のベーンと、前記カソードの有効加熱部の長さが前記ベーンの高さよりも短くなるように、前記カソードの上端及び下端にそれぞれ結合される上部エンドシールド及び下部エンドシールドとを含むマグネトロンを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によるマグネトロンは、カソードの有効加熱部の長さを短くして加熱電力を低減することにより効率を高めることができるという効果がある。
【００１４】
また、本発明によるマグネトロンは、カソードの有効加熱部の長さだけでなく、カソード自体の長さをも短くすることができ、製作が容易であり、かつ製造コストを低減できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明によるマグネトロンの好ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の第１実施形態によるマグネトロンの断面図であり、図２は図１の要部拡大図であり、図３は図１の上部エンドシールドの結合状態を示す側面図であり、図４〜図６はカソードの有効加熱部の長さのベーンの高さに対する比の変化による、マグネトロンの効率の変化を示す図である。説明の便宜上、前述及び図示した構成と同一又は同一相当部分には同一符号を付して説明する。図１〜図３に示すように、本発明の第１実施形態によるマグネトロンは、円筒状のアノード１２１と、アノード１２１の内部に配置される複数のベーン１２５と、アノード１２１の上側及び下側にそれぞれ配置される上部磁極１３５及び下部磁極１４５と、アノード１２１の中心に配置されて内部にセンタリード１６１が通過する螺旋状のカソード１７１と、カソード１７１の下端に接続されてセンタリード１６１が通過する下部エンドシールド１６５と、カソード１７１よりも拡張された大きさを有し、カソード１７１の上端に配置される遮断部１７６、及び内部にセンタリード１６１が挿入結合され、ベーン１２５に対するカソード１７１の有効加熱部の長さＬが上下方向に沿って縮小されるようにカソード１７１の内部に挿入される結合部１７７を有する上部エンドシールド１７５とを備え、電源を供給するための入力部２００と高周波エネルギーを放出するための出力部３００との間に介在して高周波を発生する高周波発生部１００を含む。
【００１７】
アノード１２１の外面には、積層された複数の冷却ピン１１３の一端が結合されており、冷却ピン１１３の他端はヨークプレート１１１の内面に接触している。ヨークプレート１１１は両側が開放された四角筒状に形成される。ヨークプレート１１１の上側には、高周波発生部１００から発生した高周波エネルギーを放出できるように、出力部３００が形成されている。ヨークプレート１１１の下側には、高周波発生部１００に電源を供給できるように、入力部２００が形成されている。
【００１８】
入力部２００は、四角状のフィルタボックス２１１と、フィルタボックス２１１の一側に結合されるコンデンサ２１３と、フィルタボックス２１１の内部に配置されて一端がコンデンサ２１３に接続されるチョークコイル２１５と、チョークコイル２１５の他端に接続される外部接続リード２１７とを備える。
【００１９】
出力部３００は、ヨークプレート１１１の上側に配置されるＡセラミック３１３と、一端はベーン１２５に接続されて他端はＡセラミック３１３の内部に配置されるアンテナフィーダ３１１と、Ａセラミック３１３の上端に配置されて内部にアンテナフィーダ３１１が配置されるアンテナキャップ３１５とを備える。
【００２０】
アノード１２１の上側には、上部マグネット１３３、上部磁極１３５、及びＡシール１３１が設置されており、アノード１２１の下側には、下部マグネット１４３、下部磁極１４５、及びＦシール１４１が設置されている。Ｆシール１４１の下端にはセラミックステム１４７が設置されており、セラミックステム１４７の内部には外部接続リード２１７が挿入されている。
【００２１】
アノード１２１の中心領域には、カソード１７１が同心的に設置されており、アノード１２１の内面には、カソード１７１との間に電子移動空間１２２が形成されるように複数のベーン１２５が放射状に設置されている。
【００２２】
カソード１７１は円筒コイル状に形成されており、カソード１７１の上端及び下端には、上部エンドシールド１７５及び下部エンドシールド１６５がそれぞれ電気的に接続されるように結合されている。下部エンドシールド１６５には、一端が外部接続リード２１７に接続されたセンタリード１６１が接触することなく通過できるように、通過孔１６６が形成されている。下部エンドシールド１６５の上部には、カソード１７１の下端を挿入できるように、挿入部１６７が形成されている。下部エンドシールド１６５の一側には、一端が外部接続リード２１７に接続されたサイドリード１６３の他端が接続されている。
【００２３】
上部エンドシールド１７５は、カソード１７１のコイル径よりも拡張された大きさを有し、カソード１７１の上側に配置される遮断部１７６と、遮断部１７６の下面中央から下向きに延びて一体形成される結合部１７７とを備えている。結合部１７７の中央には、内部にセンタリード１６１を結合できるように、結合孔１７８が形成されている。ここで、結合部１７７は、カソード１７１の有効加熱部の長さＬがベーン１２５の高さＨよりも短くなるように、カソード１７１の上端から内側に挿入されて、外面がカソード１７１に接続される。結合部１７７は、熱電子が放出されるカソード１７１の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）が０．８〜０．８７の範囲を有するように形成されることが好ましい。
【００２４】
以下、図４〜図６を参照して、カソード１７１の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）による、カソード１７１の加熱電力、暗電流、及びマグネトロンの効率の変化を説明する。
【００２５】
まず、カソード１７１の加熱電力は、カソード１７１の有効加熱部の長さＬが増加すると増加するので、図４に示すように、加熱電力の変化を示す直線Ｌ１状に変化する。次に、暗電流は、図５に示すように、暗電流の変化を示す曲線Ｌ２状に変化し、カソード１７１の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）が所定値以下、すなわち、０．８０以下になると顕著に増加していることが分かる。
【００２６】
次に、マグネトロンの効率の変化は、図６に示すように、マグネトロンの効率の変化を示す曲線Ｌ３状に変化する。マグネトロンの効率は、カソード１７１の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）が増加すると所定区間で比例して増加し、カソード１７１の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）が０．８０〜０．８７の区間で最適効率を有する。
【００２７】
例えば、動作電圧が４ｋＶ、動作電流が７０ｍＡ、マグネトロンの出力が２００Ｗで同一の場合、カソード１７１の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）が１であると、カソード１７１の加熱電力は３５Ｗ、暗電流は２．０ｍＡ、マグネトロンの入力は３１５Ｗであり、このとき、マグネトロンの効率は６３％となる。
【００２８】
また、カソード１７１の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）が０．８３であると、カソード１７１の加熱電力は２０Ｗ、暗電流は２．５ｍＡ、マグネトロンの入力は３００Ｗであり、このとき、マグネトロンの効率は６７％となり、カソード１７１の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）が１の場合より効率が約４％増加する。
【００２９】
また、カソード１７１の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）が０．８であると、カソード１７１の加熱電力は１８Ｗ、暗電流は３ｍＡであり、このとき、マグネトロンの効率は６６％となる。
【００３０】
また、カソード１７１の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）が０．８７であると、カソード１７１の加熱電力は２３Ｗ、暗電流は２．２ｍＡであり、このとき、マグネトロンの効率は６６％となる。
【００３１】
このような構成により、入力部２００の外部接続リード２１７を介してセンタリード１６１及びサイドリード１６３に電源が供給されると、カソード１７１は電子移動空間１２２に熱電子を放出する。その放出された熱電子は、上部磁極１３５及び下部磁極１４５による磁気エネルギーと相互作用してアノード１２１に吸引されて、高周波エネルギーを有するマイクロ波を生成する。マイクロ波は、出力部３００のアンテナフィーダ３１１を介して外部に放出されて、加熱及び乾燥を行うか又は光を発生する。
【００３２】
図７は本発明の第２実施形態によるマグネトロンの断面図であり、図８は図７の要部拡大図であり、図９は図７のカソード領域の側面図である。図７〜図９に示すように、本発明の第２実施形態によるマグネトロンは、アノード１２１と、アノード１２１の中心に配置されて内部にセンタリード１６１が通過するカソード１７２と、アノード１２１の内面からカソード１７２に向かって放射状に突出する複数のベーン１２５と、カソード１７２の有効加熱部の長さＬがベーン１２５の高さよりも短くなるように、カソード１７２の上端及び下端にそれぞれ結合される上部エンドシールド１５５及び下部エンドシールド１８５とを含む。
【００３３】
アノード１２１の外側にはヨークプレート１１１が備えられ、アノード１２１及びヨークプレート１１１の内部には複数の冷却ピン１１３が結合されている。
【００３４】
ヨークプレート１１１の下側には、高周波発生部１００に電源を供給できるように、入力部２００が形成されており、ヨークプレート１１１の上側には、高周波発生部１００から発生した高周波エネルギーを放出できるように、出力部３００が形成されている。
【００３５】
入力部２００は、四角状のフィルタボックス２１１と、フィルタボックス２１１の一側に結合されるコンデンサ２１３と、フィルタボックス２１１の内部に配置されて一端がコンデンサ２１３に接続されるチョークコイル２１５と、チョークコイル２１５の他端に接続される外部接続リード２１７とを備える。
【００３６】
出力部３００は、ヨークプレート１１１の上側に配置されるＡセラミック３１３と、一端はベーン１２５に接続されて他端はＡセラミック３１３の内部に配置されるアンテナフィーダ３１１と、Ａセラミック３１３の上端に配置されて内部にアンテナフィーダ３１１が配置されるアンテナキャップ３１５とを備える。
【００３７】
アノード１２１の上側には、上部マグネット１３３、上部磁極１３５、及びＡシール１３１が設置されており、アノード１２１の下側には、下部マグネット１４３、下部磁極１４５、及びＦシール１４１が設置されている。Ｆシール１４１の下端にはセラミックステム１４７が設置されており、セラミックステム１４７の内部には外部接続リード２１７が挿入されている。
【００３８】
アノード１２１の中心領域には、カソード１７２が同心的に設置されており、アノード１２１の内面には、カソード１７２との間に電子移動空間１２２が形成されるように複数のベーン１２５が放射状に設置されている。
【００３９】
カソード１７２は円筒コイル状に形成されており、カソード１７２の上端及び下端には、上部エンドシールド１５５及び下部エンドシールド１８５がそれぞれ電気的に接続されるように結合されている。
【００４０】
上部エンドシールド１５５は、カソード１７２よりも拡張された大きさを有する遮断部１５６と、遮断部１５６から下向きに突出する結合部１５７とを備える。結合部１５７の内部には、センタリード１６１を挿入して結合できるように、結合孔１５８が形成されており、外面にはカソード１７２の上端が結合されている。
【００４１】
また、下部エンドシールド１８５は、カソード１７２のコイル径よりも拡張された大きさを有する遮断部１８６と、遮断部１８６の上面中央から上向きに突出してカソード１７２の下端に挿入される結合部１８７とを備える。ここで、遮断部１８６の上面にカソード１７２の下端が接触するので、カソード１７２の長さが短くなる。
【００４２】
遮断部１８６及び結合部１８７の中央には、センタリード１６１が接触することなく通過できるように、通過孔１８８が形成されている。遮断部１８６の一側にはサイドリード１６３が接続されている。ここで、下部エンドシールド１８５は、遮断部１８６の上面がベーン１２５の下端と同一の高さを有するように配置され、結合部１８７は、カソード１７２の加熱電力を低減できるように、カソード１７２の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）が０．８０〜０．８７になるように突設されることが好ましい。
【００４３】
図１０は本発明の第３実施形態によるマグネトロンの断面図であり、図１１は図１０の要部拡大図である。図１０及び図１１に示すように、本発明の第３実施形態によるマグネトロンは、アノード１２１と、アノード１２１の中心に配置されて内部にセンタリード１６１が通過するカソード１７３と、アノード１２１の内面からカソード１７３に向かって放射状に突出する複数のベーン１２５と、カソード１７３の有効加熱部の長さＬがベーン１２５の高さよりも短くなるように、カソード１７３の上端及び下端にそれぞれ結合される上部エンドシールド１９５及び下部エンドシールド２０５とを含む。
【００４４】
アノード１２１の外側にはヨークプレート１１１が備えられ、アノード１２１及びヨークプレート１１１の内部には複数の冷却ピン１１３が結合されている。
【００４５】
ヨークプレート１１１の下側には、フィルタボックス２１１、コンデンサ２１３、チョークコイル２１５、及び外部接続リード２１７を備え、高周波発生部１００に電源を供給する入力部２００が配置されている。ヨークプレート１１１の上側には、Ａセラミック３１３、アンテナフィーダ３１１、及びアンテナキャップ３１５を備え、高周波発生部１００から発生した高周波エネルギーを放出する出力部３００が形成されている。
【００４６】
アノード１２１の上側には、上部マグネット１３３、上部磁極１３５、及びＡシール１３１が設置されており、アノード１２１の下側には、下部マグネット１４３、下部磁極１４５、及びＦシール１４１が設置されている。Ｆシール１４１の下端にはセラミックステム１４７が設置されており、セラミックステム１４７の内部には外部接続リード２１７が挿入されている。
【００４７】
アノード１２１の中心領域には、カソード１７３が同心的に設置されており、アノード１２１の内面には、カソード１７３との間に電子移動空間１２２が形成されるように複数のベーン１２５が放射状に設置されている。
【００４８】
カソード１７３は円筒コイル状に形成されており、カソード１７３の上端及び下端には、上部エンドシールド１９５及び下部エンドシールド２０５がそれぞれ電気的に接続されるように結合されている。
【００４９】
上部エンドシールド１９５は、カソード１７３よりも拡張された大きさを有する遮断部１９６と、遮断部１９６から下向きに突出する結合部１９７とを備える。結合部１９７の内部には、センタリード１６１を挿入して結合できるように、結合孔１９８が形成されており、外面にはカソード１７３の上端が結合されている。
【００５０】
また、下部エンドシールド２０５は、カソード１７３のコイル径よりも拡張された大きさを有する遮断部２０６と、遮断部２０６の上面中央から上向きに突出してカソード１７３の下端に挿入される結合部２０７とを備える。
【００５１】
遮断部２０６及び結合部２０７の中央には、センタリード１６１が接触することなく通過できるように、通過孔２０８が形成されている。遮断部２０６の一側にはサイドリード１６３が接続されている。ここで、上部エンドシールド１９５及び下部エンドシールド２０５の各遮断部１９６、２０６は、ベーン１２５と同一の高さを有するように配置され、各結合部１９７、２０７は、カソード１７３の加熱電力を低減できるように、カソード１７３の有効加熱部の長さＬのベーン１２５の高さＨに対する比（Ｌ／Ｈ）が０．８０〜０．８７になるように突設されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態によるマグネトロンの断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１の上部エンドシールドの結合状態を示す側面図である。
【図４】カソードの有効加熱部の長さのベーンの高さに対する比の変化による、カソードの加熱電力の変化を示す図である。
【図５】カソードの有効加熱部の長さのベーンの高さに対する比の変化による、暗電流の変化を示す図である。
【図６】カソードの有効加熱部の長さのベーンの高さに対する比の変化による、マグネトロンの効率の変化を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態によるマグネトロンの断面図である。
【図８】図７の要部拡大図である。
【図９】図７のカソード領域の側面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態によるマグネトロンの断面図である。
【図１１】図１０の要部拡大図である。
【図１２】従来のマグネトロンの断面図である。
【図１３】図１２の要部拡大図である。
【図１４】図１３のカソード領域の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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