專利名稱：磁控管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波加熱設(shè)備中使用的磁控管。
背景技術(shù)：
磁控管是產(chǎn)生微波的電子管，用于微波爐等的微波加熱設(shè)備。磁控管的振蕩本體部分具有由陽極圓筒和從該陽極圓筒的內(nèi)壁向管軸呈放射狀配置的多個(gè)葉片形成的陽極部；以及有沿陽極圓筒的管軸配置的螺旋狀的燈絲的陰極部。在陽極圓筒的兩端部即輸出部側(cè)及輸入部側(cè)，相對(duì)設(shè)置具有與陽極圓筒接合的根部和在中心部形成通孔的平面狀的底部的漏斗狀的一對(duì)磁極片，在該一對(duì)磁極片上分別設(shè)置環(huán)狀的永磁體(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
在這樣的構(gòu)成中，形成這樣的結(jié)構(gòu)，即從輸入部對(duì)陰極部進(jìn)行供電，將振蕩本體部分產(chǎn)生的微波利用天線引線進(jìn)行傳送，并從輸出部向外部送出。
作為以往的磁控管的振蕩本體部分的主要尺寸，在2450MHz頻帶的振蕩頻率中這樣設(shè)定，即葉片的片數(shù)為10片，與葉片的陰極部側(cè)的前端部(葉片前端部)內(nèi)接的圓的直徑2ra為8.8～9.1mm的范圍，燈絲的外周直徑2rc為3.7～3.9mm的范圍，葉片的管軸方向的高度A3為8.5～9.5mm的范圍，設(shè)葉片前端部的相鄰間隔為Vg，葉片的厚度為Vt，這時(shí)的葉片前端部的開口效率μ＝Vg/(Vg+Vt)為0.27～0.32的范圍。
另外，這樣配置，即固定在陽極圓筒的兩端部的一對(duì)磁極片的根部的相互間隔A1為22.5～23.5mm的范圍，一對(duì)磁極片的底部的相互間隔A2為11.7～12.7mm的范圍，磁極片的通孔的內(nèi)徑P1為9.4～9.8mm的范圍，磁極片的底部的外徑P2為11.0～18.0mm的范圍?，F(xiàn)存的永磁體具有的磁力利用上述磁極片會(huì)聚，從而在作用空間中能夠得到磁通密度Bg為0.17～0.21特斯拉。永磁體例如是外徑為50～57mm、內(nèi)徑為12～22mm、厚為10～13.5mm的環(huán)狀鐵氧體磁心。
磁控管的振蕩輸出效率，根據(jù)從輸出部發(fā)射的微波功率相對(duì)于施加在陽極部與陰極部之間的輸入(陽極電壓Va×陽極電流Ib)的比例來計(jì)算。在上述以往的磁控管中，在陽極電壓Va為3.7～4.6kV、陽極電流Ib為200～330mA時(shí)，振蕩輸出效率為70～75％。例如，在陽極電壓Va為4.5kV、陽極電流為300mA、振蕩輸出效率為75％時(shí)，能夠輸出1kW以上的微波功率。
專利文獻(xiàn)1特開2003-132809號(hào)公報(bào)在近年來的磁控管的開發(fā)中，為了力圖節(jié)能化，要求進(jìn)一步提高振蕩輸出效率。但是，在以往的磁控管中，雖然能夠進(jìn)一步提高陽極電壓，使振蕩輸出效率提高1～2％，但由于因此而需要進(jìn)一步加大作用空間內(nèi)的磁通密度Bg，所以存在的問題是，永磁體將大型化或提高性能，另外由于提高電壓而要求驅(qū)動(dòng)電源的絕緣耐壓性等，這些將導(dǎo)致成本上升。
另外，在開發(fā)新型磁控管時(shí)，為了不提高陽極電壓Va，采用的設(shè)計(jì)方法是縮小葉片前端部的內(nèi)接圓的直徑2ra，但為了提高振蕩輸出效率，必須更增大作用空間內(nèi)的磁通密度Bg，不能避免因大型化而導(dǎo)致的成本上升。
本發(fā)明的目的在于力圖提高磁控管的振蕩輸出效率及實(shí)現(xiàn)小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的磁控管，具有由陽極圓筒和從該陽極圓筒的內(nèi)壁向管軸呈放射狀配置的多片葉片構(gòu)成的陽極部；具有沿前述陽極圓筒的管軸配置的螺旋狀的燈絲的陰極部；在前述陽極圓筒的輸出部側(cè)及輸入部側(cè)的兩端部相對(duì)配置、并具有與陽極圓筒接合的根部和在中心部形成通孔的底部的漏斗狀的一對(duì)磁極片；以及在前述一對(duì)磁極片的外側(cè)分別配置的環(huán)狀的永磁體，在2450MHz頻帶的振蕩頻率中，前述葉片的片數(shù)為10片，與前述葉片的陰極部側(cè)的前端部內(nèi)接的圓的直徑為8.0～8.8mm，前述燈絲的外周直徑為3.5～3.9mm，在這樣構(gòu)成的范圍內(nèi)，設(shè)前述葉片的管軸方向的高度為7.0～8.0mm，前述一對(duì)磁極片的根部的相互間隔為21.5～23.5mm，前述一對(duì)磁極片的底部的相互間隔為10.2～11.2mm，前述磁極片的通孔的內(nèi)徑為8.5mm以下，最好為8.3～8.5mm，前述底部的外徑為11.0～16.0mm。再有，能夠使輸出部側(cè)的磁極片的通孔內(nèi)徑小于輸入部側(cè)的磁極片的通孔內(nèi)徑。
根據(jù)本發(fā)明，能夠不使包含永磁體的裝置大型化，而提高磁控管的振蕩輸出效率，或者實(shí)現(xiàn)小型化。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)有關(guān)的磁控管的主要部分剖視圖。
圖2(a)為將本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)有關(guān)的磁控管的陽極部及陰極部的主要部分抽出的上面簡圖，(b)為磁極片的放大圖。
圖3為作用空間磁通密度Bg(與以往相比)與電子效率ηe(與以往相比)的關(guān)系圖。
圖4為使陽極電壓Va為一定時(shí)的作用空間磁通密度Bg(與以往相比)與葉片前端部的內(nèi)接圓的直徑2ra(與以往相比)的關(guān)系圖。
圖5為根據(jù)磁極片的底部的外徑P2與作用空間磁通密度Bg的關(guān)系來說明磁控管的磁路的效果的說明圖。
圖6為根據(jù)陽極電壓Va與振蕩輸出效率η的關(guān)系來比較本發(fā)明的磁控管與以往的磁控管的比較圖。
圖7為比較本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)有關(guān)的磁控管與以往的磁控管中的振蕩本體部分的主要尺寸的比較圖。
1陽極圓筒2葉片20陽極部3陰極部3a燈絲3b、3c端帽4a、4b磁極片41根部42斜面部
43底部44通孔5a、5b永磁體6a、6b第1帶狀環(huán)7a、7b第2帶狀環(huán)8輸入部9天線引線10輸出部11作用空間100磁控管具體實(shí)施方式
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
圖1所示為本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的磁控管100的本體的主要部分剖視圖。另外，圖2(a)所示為抽出磁控管100的陽極部20及陰極部3的主要部分的上面簡圖，圖2(b)所示為磁極片4a及4b的放大圖。
如圖1及圖2(a)所示，磁控管100的振蕩本體部分具有由陽極圓筒1和從該陽極圓筒1的內(nèi)壁向管軸k呈放射狀等間隔配置的多個(gè)葉片2構(gòu)成的陽極部20；以及有在陽極圓筒1的內(nèi)側(cè)沿管軸k配置的螺旋狀的燈絲3a的陰極部3。在燈絲3a的兩端部設(shè)置一對(duì)端帽3b、3c。
葉片2的外側(cè)端部固定在陽極圓筒1的內(nèi)壁上，內(nèi)側(cè)端部為自由端。在各葉片2的上邊(輸入部側(cè))及下邊(輸入部側(cè))，交替連接直徑小的一對(duì)第1帶狀環(huán)6a及6b、以及位于第1帶狀環(huán)的外側(cè)而直徑大于第1帶狀環(huán)的一對(duì)第2帶狀環(huán)7a及7b。例如，對(duì)于葉片2的上邊，從第1個(gè)葉片2數(shù)起第奇數(shù)號(hào)的葉片2彼此之間用第1帶狀環(huán)6a連接，第偶數(shù)號(hào)的葉片2彼此之間用第2帶狀環(huán)7a連接。對(duì)于葉片2的下邊，反過來，第奇數(shù)號(hào)的葉片2彼此之間用第2帶狀環(huán)7b連接，第偶數(shù)號(hào)的葉片2彼此之間用第1帶狀環(huán)6b連接。
在陽極圓筒1的管軸方向的兩端部即輸出部側(cè)及輸入部側(cè)，相對(duì)設(shè)置如圖2所示具有與陽極圓筒1接合的根部41、斜面部42、以及在中心部形成通孔44的平面狀的底部43的漏斗狀的一對(duì)磁極片4a及4b。在磁極片4a的上方及磁極片4b的下方，分別配置環(huán)狀的永磁體5a及5b。利用磁極片4a及4b和永磁體5a及5b構(gòu)成磁控管100的磁路。
另外，在磁極片4b的管軸方向的下方，設(shè)置供給燈絲施加功率及磁控管動(dòng)作電壓的輸入部8，在磁極片4a的管軸方向的上方，設(shè)置由天線引線9傳送微波并發(fā)射用的輸出部10。
形成這樣的結(jié)構(gòu)，即利用由葉片2和第1帶狀環(huán)6a及6b和第2帶狀環(huán)7a及7b構(gòu)成的2450MHz頻帶的空腔諧振器的作用空間內(nèi)的電場、由磁極片4a及4b和永磁體5a及5b形成的管軸方向的磁場、以及由輸入部8供給的燈絲施加功率和磁控管動(dòng)作電壓，從燈絲3a放出的熱電子在與葉片2的作用空間11中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生微波振蕩，由天線引線9傳送，從輸出部10發(fā)射。
磁控管的振蕩輸出效率η由電子效率ηe與電路效率ηc之積(η＝ηe×ηc)來決定。電子效率ηe是電子的運(yùn)動(dòng)效率，電路效率ηc是與焦耳損耗及介質(zhì)損耗等電路系數(shù)有關(guān)的。電子效率ηe已知如式(1)那樣表示。
ηe=1-1+σ(2Bg/Bo)-1+σ···(1)]]>式中，Bo=4πcmeqeλ(1-σ)·(N/2),]]>σ=rcra]]>c光速 N葉片的片數(shù)ra葉片前端部的內(nèi)接圓半徑λ振蕩頻率的波長rc燈絲的外周的半徑 me電子的質(zhì)量Bg作用空間磁通密度 qe電子的電荷陽極電壓Va如式(2)那樣表示。
Va=2πc·ra2(1-σ2)Nλ(Bg-4πcmeNqeλ)···(2)]]>根據(jù)式(1)及式(2)，圖3中所示為作用空間磁通密度(作用空間11中的磁通密度)Bg(與以往相比)與電子效率ηe的關(guān)系。圖4中所示為使陽極電壓Va為一定時(shí)的作用空間磁通密度Bg(與以往相比)與葉片2的陰極部3側(cè)的前端部(葉片前端部)的內(nèi)接圓的直徑2ra(與以往相比)的關(guān)系。根據(jù)圖3，若增大作用空間磁通密度Bg，則電子效率ηe提高。另外，根據(jù)式(2)，若增大作用空間磁通密度Bg，則陽極電壓Va也提高。
為了使得即使增大作用空間磁通密度Bg、而陽極電壓也不提高，根據(jù)式(2)及圖4，必須減小葉片前端部的內(nèi)接圓的直徑2ra(內(nèi)接圓半徑為ra)。為了提高振蕩輸出效率η，除了上述以外，為了增大作用空間磁通密度Bg而進(jìn)行的磁路設(shè)計(jì)也是不可缺少的。
因此，在本實(shí)施形態(tài)的磁控管100中，如以下那樣，為了使磁通高效地會(huì)聚在作用空間11內(nèi)，對(duì)磁極片4a及4b的形狀想辦法，而且優(yōu)化陽極部20的尺寸。
圖5中所示為使用同一永磁體時(shí)的作用空間磁通密度(作用空間11中的磁通密度)Bg的測定結(jié)果。如圖5(b)所示，將固定在陽極圓筒1的兩端部的磁極片4a與4b的根部41的相互間隔A1、磁極片4a與4b的底部43的相互間隔A2、葉片2的管軸方向的高度A3、以及磁極片4a與4b的通孔44的內(nèi)徑P1的值的組合作為一組，圖5(a)所示為對(duì)于圖5(b)中所示的5組的各組在使磁極片4a與4b的底部43的外徑P2的值變化為11mm、12mm、13mm、14mm、16mm、18mm時(shí)測定作用空間磁通密度Bg的值的結(jié)果。
根據(jù)圖5所示的測定結(jié)果，在用符號(hào)×表示的A1、A2、A3、P1的情況下，作用空間磁通密度Bg為0.190～0.205特斯拉，與此不同的是，若設(shè)A1為21.5～23.5mm，A2為10.2～11.2mm，A3為7.0～8.0mm，P1為8.4mm附近(8.4±0.1mm的范圍)，P2為11.0～16.0mm，則能夠?qū)⒆饔每臻g磁通密度Bg提高到0.230～0.245特斯拉。
在本實(shí)施形態(tài)中，如圖4所示，為了即使增大作用空間磁通密度Bg，也不提高陽極電壓Va，將葉片前端部的內(nèi)接圓的直徑2ra設(shè)定為8.0～8.8mm。另外，設(shè)葉片前端部的相鄰間隔為Vg，葉片2的厚度為Vt，將這時(shí)的葉片前端部的開口效率μ＝Vg/(Vg+Vt)設(shè)定為0.25～0.30的范圍。
圖6中所示為對(duì)于以上那樣構(gòu)成(尺寸)的磁控管100(本發(fā)明的磁控管)與以往的磁控管比較振蕩輸出效率η的結(jié)果。圖6(b)所示為根據(jù)陽極電流Ib為300mA時(shí)的陽極電壓Va(kV)與微波輸出Po(W)的實(shí)測值、計(jì)算出振蕩輸出效率η(％)的結(jié)果。圖6(a)所示為根據(jù)圖6(b)得到的陽極電壓Va與振蕩輸出效率η的關(guān)系。根據(jù)圖6可知，本發(fā)明的磁控管與以往的磁控管相比，振蕩輸出效率η提高了3～4％。另外，在上述構(gòu)成中，設(shè)磁極片4a及4b的通孔的內(nèi)徑為尺寸P1，即設(shè)輸出部10側(cè)的磁極片的通孔的內(nèi)徑與輸入部8側(cè)的磁極片4b的通孔的內(nèi)徑為同一尺寸。作為變形例，可以使輸出部1 0側(cè)的磁極片的通孔的內(nèi)徑小于輸入部8側(cè)的磁極片4b的通孔的內(nèi)徑。在這種情況下，7.5～8.5mm的范圍例如選擇7.5～8.3mm，通過這樣能夠更進(jìn)一步提高作用空間11的磁通密度。若設(shè)磁極片4a的通孔的內(nèi)徑為8.0mm，則能夠?qū)⒋磐芏菳g提高0.03～0.05特斯拉左右。
圖7中所示為本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)有機(jī)的磁控管100與以往的磁控管中的振蕩本體部分的主要尺寸。
如上所述，通過將磁路及陽極部20的尺寸設(shè)計(jì)得整體上比以往要小，即使用現(xiàn)存的永磁體5a及5b的磁力，也能夠?qū)⒆饔每臻g11中得到的磁通密度Bg提高到0.210～0.245特斯拉。另外，與以往相同，即使在陽極電壓Va為3.7～4.6kV、陽極電流Ib為200～330mA的范圍內(nèi)的情況下，也能夠?qū)⒄袷庉敵鲂师翘岣?～4％。
即，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的磁控管100，即使現(xiàn)存的永磁體5a及5b照原樣不動(dòng)，也能夠增大作用空間11中得到的磁通密度，同時(shí)即使以往的陽極電壓照原樣不動(dòng)，也能夠提高振蕩輸出效率。因此，能夠提高磁控管的振蕩輸出效率及實(shí)現(xiàn)小型化。
權(quán)利要求
1.一種磁控管，其特征在于，具有由陽極圓筒和從該陽極圓筒的內(nèi)壁向管軸呈放射狀配置的多片葉片構(gòu)成的陽極部；具有沿所述陽極圓筒的管軸配置的螺旋狀的燈絲的陰極部；在所述陽極圓筒的輸出部側(cè)及輸入部側(cè)的兩端部相對(duì)配置、并具有與陽極圓筒接合的根部和在中心部形成通孔的底部的漏斗狀的一對(duì)磁極片；以及在所述一對(duì)磁極片的外側(cè)分別配置的環(huán)狀的永磁體，在2450MHz頻帶的振蕩頻率中，所述葉片的片數(shù)為10片，與所述葉片的陰極部側(cè)的前端部內(nèi)接的圓的直徑為8.0～8.8mm，所述燈絲的外周直徑為3.5～3.9mm，在這樣構(gòu)成的范圍內(nèi)，設(shè)所述葉片的管軸方向的高度為7.0～8.0mm，所述一對(duì)磁極片的根部的相互間隔為21.5～23.5mm，所述一對(duì)磁極片的底部的相互間隔為10.2～11.2mm，所述磁極片的通孔的內(nèi)徑為8.5mm以下，所述底部的外徑為11.0～16.0mm。
2.如權(quán)利要求1所述的磁控管，其特征在于，設(shè)所述葉片的陰極部側(cè)的前端部的相鄰間隔為Vg，葉片的厚度為Vt，將這時(shí)的葉片前端部的開口效率Vg/(Vg+Vt)設(shè)定為0.25～0.30的范圍。
3.如權(quán)利要求1所述的磁控管，其特征在于，所述磁極片的通孔的內(nèi)徑為8.3～8.5mm。
4.如權(quán)利要求1所述的磁控管，其特征在于，輸出部側(cè)的所述磁極片的通孔內(nèi)徑小于輸入部側(cè)的所述磁極片的通孔內(nèi)徑。
5.如權(quán)利要求4所述的磁控管，其特征在于，輸出部側(cè)的所述磁極片的通孔的內(nèi)徑為7.5～8.3mm。
全文摘要
本發(fā)明力圖提高磁控管的振蕩輸出效率及實(shí)現(xiàn)小型化。在2450MHz頻帶的振蕩頻率中，磁控管100的構(gòu)成陽極部20的葉片2的片數(shù)為10片，與葉片2的陰極部3側(cè)的前端部內(nèi)接的圓的直徑2ra為8.0～8.8mm，構(gòu)成陰極部3的燈絲3a的外周直徑2rc為3.5～3.9mm，在這樣構(gòu)成的范圍內(nèi)，葉片2的管軸方向的高度A3為7.0～8.0mm，固定在陽極部的兩端部的漏斗狀的一對(duì)磁極片4a與4b的根部的相互間隔A1為21.5～23.5mm，一對(duì)磁極片4a與4b的底部的相互間隔A2為10.2～11.2mm，磁極片的通孔的內(nèi)徑P1為8.5mm以下，前述底部的外徑為11.0～16.0mm。
文檔編號(hào)H01J23/20GK101093770SQ20071011197
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月19日
發(fā)明者加藤直也, 東正壽, 川口敏夫, 林伸司 申請(qǐng)人:東芝北斗電子株式會(huì)社