磁控管及分别装有该磁控管的微波炉和高频加热装置 相关申请的交叉参考
本申请要求2002年12月6日在韩国工业产权局提交的申请号为No.2002-77273的优先权。
【技术领域】
本发明总体上涉及一种磁控管，分别都装有该磁控管的微波炉和高频加热装置，尤其是涉及磁控管的上部和下部极片，它们能够将由磁控管内的永磁铁产生的磁通量载送到激活空间内。
背景技术
如图1所示，在磁控管内，包括发射出热离子的细丝101的阴极设置在磁控管的轴向中央，包括多个翼片102和阳极圆筒103的阳极设置在阴极的外面，所述多个翼片构成了谐振回路，激活空间104形成在阳极和阴极之间，从阴极发出的热离子通过所述激活空间104移动。为了使热离子呈现一定类型的运动，热离子的直线运动由电场引起，所述电场是由通过施加外部电能在阴极和阳极之间产生的势差引起的，热离子的旋转运动由磁场引起，所述磁场通过上部和下部永磁铁105a和105b施加到所述激活空间。为了将由两个永磁铁105a和105b产生的磁通量载送到激活空间104内(为了便于描述，在从其北极到南极的方向上磁铁的转动被忽略)，上部和下部极片106a和106b分别设置在上部永磁铁105a和阳极之间以及下部永磁铁105b和阳极之间。对于上述结构，在通过电磁力成螺旋形移动时热离子到达阳极。这时，旋转的电子极通过热离子在阴极周围产生，并且在阳极的谐振回路内产生感应电流，从而激起并维持振荡。磁控管广泛地应用于诸如微波炉地家用电器，和诸如高频加热装置，粒子加速器和雷达的工业应用。
两个永磁铁设置在阳极地上面和下面，并用于通过在激活空间内形成均匀一致和对称的磁通量密度致使热离子运动均匀一致，由此抑止不期望的噪声。然而，设置两个永磁铁105a和105b增加了整个磁控管的高度，重量和体积。另外，设置两个永磁铁105a和105b由于增加了组装步骤，从而增加了磁控管的制造成本。
为了解决上述和/或其他问题，提出了一种结构，其中在阳极上方设置单个永磁铁。如图2所示，由于其不均匀的磁通量密度，这种结构致使热离子的运动不均匀一致，从而产生大量的不期望的噪声，由此降低了振荡效率。因此，这种类型的结构仅仅用在小容量的磁控管内。在图2中，X轴代表沿上部极片到下部极片的方向从上部极片的点到某个点的距离，单位为毫米，“0”值被分配至上部极片的点，而Y轴代表在某个点的磁通量密度，单位为特斯拉(Ts)。作为替换，为了克服上述缺点，已经进行了这样的努力，即通过使上部和下部极片的锥形角或中心孔的尺寸不同来使得磁通量密度一致，如日本未审查专利(公开号)No.Hei5-41173。然而，根据这些尝试，垂直于阳极轴向中心的件被保持在上部和下部极片的锥形表面的端部，因此整个磁通量被分散，从而与磁铁的磁通量容量相比降低了磁控管的振荡效率。
【发明内容】
因此，本发明的一个方面是提供一种磁控管，和装有该磁控管的微波炉和高频加热装置，其中单个永磁铁设置在阳极的上方或下方，永磁铁附近的极片具有磁通量分散结构，与永磁铁相对的另一个极片具有磁通量集中结构，由此使得穿过磁控管的激活空间的磁通量密度均匀一致。
本发明的其他方面和/或优点将部分在下面的描述中给出，部分从描述中变得明显，或从本发明的实践中了解到。
通过提供一种磁控管实现本发明的上述和/或其他方面，所述磁控管包括形成多个谐振回路的环形阳极；设置在阳极的轴向中心以发射热离子的阴极；形成在阳极和阴极之间的激活空间；设置在阳极上面的环形永磁铁；具有磁通量分散结构的上部极片，所述上部极片用于将永磁铁产生的磁通量载送到激活空间的上部；将磁通量载送到激活空间下部的下部极片；及将永磁铁磁性连接到下部极片上的至少一个磁轭。
上部极片可以包括环形磁通量接收部分，该环形磁通量接收部分设置在永磁铁和阳极之间，用于接收永磁铁产生的磁通量；从环形磁通量接收部分的内边缘向下倾斜地延伸到激活空间的上部以便将接收的磁通量载送到激活空间的上部的倾斜部分；及磁通量分散部分，所述磁通量分散部分从倾斜部分的内边缘向上倾斜地延伸以便分散载送的磁通量。
本发明的上述和/或其他方面通过提供一种磁控管实现，所述磁控管包括形成多个谐振回路的环形阳极；设置在阳极的轴向中心用以发射热离子的阴极；形成在阳极和阴极之间的激活空间；设置在阳极上面的环形永磁铁；将由永磁铁产生的磁通量载送到激活空间上部的上部极片；下部极片，所述下部极片包括环形磁通量接收部分，所述环形磁通量接收部分用于接收来自永磁铁通过磁轭载送的磁通量，从环形磁通量接收部分的内边缘向上倾斜地延伸到激活空间的下部以便将接收的磁通量载送到激活空间的下部的倾斜部分，及将永磁铁与下部极片磁性连接的至少一个磁轭。
本发明的上述和/或其他方面通过提供一种磁控管实现，所述磁控管包括形成多个谐振回路的环形阳极；设置在阳极的轴向中心用以发射热离子的阴极；形成在阳极和阴极之间的激活空间；设置在阳极上面的环形永磁铁；上部极片，所述上部极片具有磁通量分散结构用于将由永磁铁产生的磁通量载送到激活空间的上部；下部极片，所述下部极片具有磁通量分散结构用于将由永磁铁产生的磁通量载送到激活空间的下部；及将永磁铁与下部极片磁性连接的至少一个磁轭。
上部极片可以包括环形磁通量接收部分，该环形磁通量接收部分设置在永磁铁和阳极之间，用于接收永磁铁产生的磁通量；从环形磁通量接收部分的内边缘向下倾斜地延伸到激活空间的上部以便将接收的磁通量载送到激活空间的上部的倾斜部分；及磁通量分散部分，所述磁通量分散部分从倾斜部分的内边缘向上倾斜地延伸以便分散载送地磁通量。
所述下部极片包括环形磁通量接收部分，所述环形磁通量接收部分用于接收来自永磁铁通过磁轭载送的磁通量，及从环形磁通量接收部分的内边缘向上倾斜地延伸到激活空间的下部以便将接收的磁通量载送到激活空间的下部的倾斜部分。
本发明的上述和/或其他方面通过一种磁控管实现，所述磁控管包括形成多个谐振回路的环形阳极；设置在阳极的轴向中心以发射热离子的阴极；形成在阳极和阴极之间的激活空间；设置在阳极上面的环形永磁铁，具有磁通量分散结构的上部极片，所述上部极片用于将永磁铁产生的磁通量载送到激活空间的上部；将磁通量载送到激活空间下部的下部极片；及将永磁铁磁性连接到下部极片上的至少一个磁轭。
所述下部极片包括环形磁通量接收部分，所述环形磁通量接收部分设置在永磁铁和阳极之间用于接收由永磁铁产生的磁通量，及从环形磁通量接收部分的内边缘向下倾斜地延伸到激活空间的上部以便将接收的磁通量载送到激活空间的上部的倾斜部分；及从倾斜部分的内边缘向上倾斜地延伸用于分散载送的磁通量的磁通量分散部分。
本发明的上述和/或其他方面通过一种磁控管实现，所述磁控管包括形成多个谐振回路的环形阳极；设置在阳极的轴向中心以发射热离子的阴极；形成在阳极和阴极之间的激活空间；设置在阳极上面的环形永磁铁；将由永磁铁产生的磁通量载送到激活空间上部的下部极片；上部极片，所述上部极片包括环形磁通量接收部分，所述环形磁通量接收部分用于接收来自永磁铁通过磁轭载送的磁通量，及从环形磁通量接收部分的内边缘向上倾斜地延伸到激活空间的下部以便将接收的磁通量载送到激活空间的下部的倾斜部分；及将永磁铁磁性连接到下部极片上的至少一个磁轭。
本发明的上述和/或其他方面通过一种磁控管实现，所述磁控管包括形成多个谐振回路的环形阳极；设置在阳极的轴向中心以发射热离子的阴极；形成在阳极和阴极之间的激活空间；设置在阳极上面的环形永磁铁；具有磁通量分散结构以便将由永磁铁产生的磁通量载送到激活空间上部的下部极片；具有磁通量集中结构以便将磁通量载送到激活空间下部的上部极片；及将永磁铁磁性连接到下部极片上的至少一个磁轭。
所述下部极片包括环形磁通量接收部分，所述环形磁通量接收部分设置在永磁铁和阳极之间用于接收由永磁铁产生的磁通量，及从环形磁通量接收部分的内边缘向下倾斜地延伸到激活空间的上部以便将接收的磁通量载送到激活空间的上部的倾斜部分；及从倾斜部分的内边缘向上倾斜地延伸用于分散载送的磁通量的磁通量分散部分。
上部极片可以包括环形磁通量接收部分，该环形磁通量接收部分用于接收来自永磁铁通过磁轭载送的磁通量；及从环形磁通量接收部分的内边缘向上倾斜地延伸到激活空间的下部以便将接收的磁通量载送到激活空间的下部的倾斜部分。
【附图说明】
本发明的上述和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得更加明显和容易理解，其中：
图1为现有磁控管的纵向横截面图；
图2为示出穿过装有单个永磁铁的另一个现有磁控管的激活空间的磁通量密度分布的视图；
图3为根据本发明实施例的磁控管主要部分的纵向横截面局部视图；
图4为图3中的上部极片的透视图和纵向横截面图；
图5为示出了在图3中上部极片上的磁通量分散现象的纵向横截面图；
图6为图3中下部极片的透视图和纵向横截面图；
图7为示出了在图3中下部极片上的磁通量分散现象的纵向横截面图；
图8为示出了穿过相关技术磁控管和本发明磁控管的激活空间的磁通量密度分布的视图；
图9为根据本发明另一个实施例的磁控管主要部分的纵向横截面局部视图；
图10为采用了根据本发明实施例的磁控管的微波炉的示意图；
图11为具有根据本发明实施例的磁控管的高频加热装置的框图。
【具体实施方式】
下面对本发明的实施例进行详细的描述，其实例示于附图中，其中相同的标号在整个说明书中表示相类似的元件。描述这些实施例的目的是为了参考附图解释本发明。另外，为了使描述清楚，磁铁的北极和南极的极化引起的磁通量的转动方向忽略，并且假定北极和南极都发射磁通量。
图3是根据本发明实施例的磁控管的主要部分的纵向截面图。如图3所示，与环形阳极圆筒一起构成阳极的多个翼片302以规则的间隔轴向向内布置以便形成谐振回路。在其中一个翼片302上连接有天线用于将谐波载送到外面。
成螺旋弹簧形式的细丝304设置在阳极圆筒301的轴向中心。激活/预定空间305设置在细丝304和翼片302的前端之间。环形永磁铁306放置在阳极上面以便将磁通量施加到激活空间305。上部和下部极片307和308设置用于将由永磁铁306产生的磁通量载送到激活空间305。
上部极片307与永磁铁306紧密接触，并且能够载送足够的磁通量到激活空间305。相反，下部极片308与永磁铁306相对设置，即阳极下面，并且通过上部和下部磁轭309a和309b与永磁铁306相连。下部极片308用于载送磁通量到激活空间305的下部，其中所述磁通量是通过上部和下部磁轭309a和309b从永磁铁306载送来的。
因此，在该实施例中，形成了闭合的磁路，所述磁路包括以永磁铁306，上部极片307，激活空间305，下部极片308，下部磁轭309b和上部磁轭309a的次序布置的元件(在该例中，永磁铁306的顶部假定为北极，从北极到南极的磁通量的旋转方向被考虑)。同时，从下部极片308施加到激活空间305下部的磁通量在从永磁铁306移动穿过上部和下部磁轭309a和309b时泄漏，从而在激活空间305内形成均匀一致的磁通量。
因此，为了克服上述问题，在该实施例中，上部极片307具有这样的分散磁通量的结构，如图3和图4所示。上部极片307制成包括环形磁通量接收部分307a，该环形磁通量接收部分307a设置在永磁铁306和阳极之间，用于接收由永磁铁306产生的磁通量；倾斜部分307b，所述倾斜部分307b从环形磁通量接收部分307a的内边缘向下倾斜地延伸到激活空间305的上部，用于将接收到的磁通量载送到激活空间305的上部；及磁通量分散部分307c，其从倾斜部分307b的内边缘向上倾斜地延伸以便分散载送的磁通量。
在图5中箭头示出了一种现象，其中磁通量通过具有图3和图4所示结构的上部极片307分散。沿方向“b”的箭头代表载送到激活空间305上部的磁通量，而沿方向“a”的箭头代表由磁通量分散部分307c分散的磁通量。
相反，下部极片308具有磁通量集中结构，所述结构将磁通量通过上部和下部磁轭309载送到激活空间305的下部，并且不分布磁通量，如图3和图6所示。根据本发明该实施例的下部极片308制成包括环形磁通量接收部分308a，所述环形磁通量接收部分308a设计用于从永磁铁306接收通过上部和下部磁轭309载送的磁通量；及倾斜部分308b，所述倾斜部分308b从环形磁通量接收部分308a的内边缘向上倾斜地延伸到激活空间305地下部，以便将载送的磁通量载送到激活空间305的下部。利用这种结构，磁通量从倾斜部分308b的内边缘集中到激活空间305的下部，从而具有与从上部极片307施加的磁通量的量级类似的磁通量能够施加到激活空间305，由此使磁通量的密度均匀一致。
图7中的箭头示出了一种现象，其中磁通量通过具有上述结构的下部极片308集中。沿方向“b”的箭头代表载送到激活空间305上部的磁通量，沿方向“a”的箭头代表由磁通量分散部分307c分散的磁通量。分别利用图4到图7所示的上部和下部极片307和308的结构，无论激活空间305的位置如何，都能够维持穿过激活空间305的磁通量均匀一致，因此热离子的运动呈现的均匀一致并且抑止了不期望的噪声的产生。
如图4和图6所示，有利的是，磁通量接收部分308a和下部极片308的倾斜部分308b之间的夹角θ2大于磁通量接收部分307a和上部极片307的倾斜部分307b之间的夹角θ1。这种结构只是本发明特征中其中一个的示例，并且设计得通过尖锐地弯曲从下部极片308的磁通量接收部分308a延伸出的下部极片308的倾斜部分308b最大程度地抑止磁通量的泄漏。
在具有上述结构的磁控管中，当外界电能施加给细丝304，细丝被施加到其上的操作电流加热，并且从加热的细丝304发射出热离子，所述热离子到达翼片302的前端，同时通过形成在激活空间305内的电场和磁场的影响经历组合的直线和旋转运动。因此，电位差交替地施加到每对相邻地翼片302上。
因此，产生了与一组热离子的转动速度相应的谐波，并且谐波通过天线303传送到外面。在该例中，如图8的线“a”所示，该实施例的磁控管的激活空间305内的磁通量密度穿过激活空间305的上部，下部和中心被保持的相对均匀一致，因此热离子的运动呈现为均匀一致。图8的线“b”代表相关技术磁控管的激活空间内的磁通量密度，其中两个永磁铁分别设置在磁控管的上部和下部。
在图8中的曲线图中，X轴代表从上部极片的点沿上部极片到下部极片的方向到某个点的距离，单位为毫米，并且“0”值被分配至上部极片的点，Y轴代表在所述某个点的磁通量密度，单位为特斯拉(Ts)。如图8所示，磁通量密度在本发明磁控管内的分布与相关技术磁控管内的磁通量密度分别相似，其中在相关技术磁控管中，两个永磁铁分别设置在磁控管的上部和下部，从而本发明的磁控管使得热离子的运动均匀一致，由此抑止了不期望噪声的产生。
热离子与构成阳极的翼片的前端碰撞并被吸收到翼片的前端中，从而阳极被保持在很高的温度，并且热量从阳极传递到永磁铁。因此，传递到永磁铁的热量降低了永磁铁的磁性，从而降低了磁控管的振荡效率。在过去，永磁铁通常设置在磁控管的阳极的上面和下面，从而发射到阳极上面和下面位置上的热量被永磁铁吸收，由此使永磁铁的磁通量弱化。然而，在本发明中，单个永磁铁设置在阳极上面以便施加相同量的磁通量，因此发射到永磁铁下面的位置的热量被排放到空气中，仅仅发射到永磁铁上面的位置的热量被永磁铁吸收。因此，在本发明的磁控管中，磁铁的磁通量的减少率相对小，并且增加了磁控管的振荡效率。因此，当制造具有相同振荡效率的磁控管时，本发明可以利用数量小于上部和下部永磁铁总和的单个永磁铁制造。
图9为根据本发明另一个实施例的磁控管主要部分的纵向横截面局部视图，其中永磁铁306设置在阳极下方，该磁控管不同于本发明上面的实施例的磁控管。在该例中，如参考图7所描述的，永磁铁306附近的下部极片308具有一个磁通量分散结构，而与永磁铁306相对的上部极片307具有磁通量集中结构，从而能够实现穿过磁控管激活空间的磁通量密度均匀一致。
具有上述结构的磁控管可以应用到需要采用磁控管的多种装置中。具体而言，本发明的磁控管可以应用与广为所知的高频加热装置或微波炉中，由此降低了它们的制造成本并增加了它们的运行效率。
本发明的磁控管并不限于上述实施例。另外，磁通量分散结构和磁通量集中结构同时都包括在单个磁控管内不是必须的。理由是本发明可以利用磁通量分散结构或磁通量集中结构实现。
根据本发明，即使提供单个永磁铁，磁通量密度穿过激活空间也呈现均匀一致，从而磁控管的体积减小并且降低了其制造成本。
另外，由于磁控管的加热造成的永磁铁的退磁也降低，因此磁控管的振荡效率提高。
同时，装有上述磁控管的微波炉和高频加热装置也降低了成本且提高了运行效率。
本发明的磁控管可以应用微波炉中。如图10所示，在这种应用中，微波炉100通常也包括控制单元1002，烹饪腔室1004和加热单元1006，其中加热单元包括磁控管。一般而言，控制单元可以通过使用者输入运行，同时控制由加热单元1006内的磁控管释放的热量，因此食物能够在烹饪腔室1004内得到烹饪。由于微波炉内应用的许多控制单元都是已知的，这里不再提供对控制单元的描述。
本发明的磁控管可以用于这样的工业应用，如高频加热装置，粒子加速器和雷达单元。如图11的框图所示，根据本发明的诸如高频加热装置，粒子加速器和雷达单元的高频装置包括如上所述的磁控管，所述磁控管产生高频微粒束；和控制单元1104，所述控制单元控制高频微粒束的强度。由于高频装置中的控制单元都是已知的，这里不再对它们进行描述。
尽管示出和描述了本发明的几个实施例，需要指出的是，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原则和精神的情况下，可以对这些实施例进行变化，本发明的保护范围由权利要求及它们的等同物限定。