專利名稱：磁控管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及大功率磁控管，更具體的說(shuō)，涉及這樣一種磁控管，它借助于改變其陽(yáng)極圓筒的內(nèi)徑和厚度以減小其熱應(yīng)力，從而改善陽(yáng)極的熱穩(wěn)定性。
眾所周知，磁控管是當(dāng)通入陽(yáng)極電流時(shí)用于向外界傳播所產(chǎn)生的微波的器件。磁控管可以分為用于電子爐灶的磁控管和大功率磁控管兩種。用于電子爐灶的磁控管可用來(lái)在電子爐灶中產(chǎn)生高頻微波，而大功率磁控管則用于工業(yè)用途。由于磁控管都產(chǎn)生相當(dāng)大量的熱量，所以通常都在磁控管上設(shè)有冷卻裝置。用于電子爐灶的磁控管主要采用空氣冷卻型的冷卻裝置，而大功率磁控管則既有用空氣冷卻型冷卻裝置的，也有用液體冷卻型冷卻裝置的?？諝饫鋮s型冷卻裝置用于所產(chǎn)生的功率比較小的大功率磁控管，而液體冷卻型冷卻裝置則用于所產(chǎn)生的功率比較大的大功率磁控管。
如

圖1所示，常用的采用空氣冷卻型冷卻裝置的大功率磁控管在其中心部分有一個(gè)圓筒11。在圓筒11中有許多葉片12和隔膜帶13，當(dāng)通入陽(yáng)極電流時(shí)，便產(chǎn)生諧振電流。在這些葉片12之間有一個(gè)陰極14，用于發(fā)射大量熱離子，并在陰極14與葉片12的內(nèi)端部之間的工作空間中產(chǎn)生微波。還安裝了一根天線15，用以傳播在工作空間中所產(chǎn)生的微波。在圓筒11周圍布置了許多冷卻翅片16，用以耗散那些未轉(zhuǎn)換成微波的剩余能量所轉(zhuǎn)變成的熱量。一對(duì)磁軛17和18分別位于圓筒11的上方和下方，用于保護(hù)及支承陽(yáng)極和冷卻翅片16，并將外部的空氣導(dǎo)向冷卻翅片16。一對(duì)永久磁鐵19分別設(shè)置在磁軛17和18的內(nèi)表面上，一個(gè)濾波盒20設(shè)置在下磁軛18的外表面上，所述永久磁鐵19和濾波盒20組成了一條封閉的磁回路。
如圖2所示，磁控管的陽(yáng)極包括圓筒11、安裝在圓筒11中的許多葉片12，以及穿過(guò)這些葉片12安裝并與這些葉片12一起形成諧振回路的許多隔膜帶13。
所述結(jié)構(gòu)的大功率磁控管產(chǎn)生高頻微波并將其傳播到一個(gè)系統(tǒng)。
當(dāng)把預(yù)定量的陽(yáng)極電流通入圓筒11時(shí)，處于真空狀態(tài)下密封的圓筒11內(nèi)部的葉片12和隔膜帶13形成了一個(gè)諧振回路。形成了諧振回路之后，就能在葉片12的內(nèi)端與陰極14之間的工作空間內(nèi)產(chǎn)生微波。所產(chǎn)生的微波通過(guò)天線15傳播到所述系統(tǒng)。
在此情況下，在工作空間中產(chǎn)生的大多數(shù)能量轉(zhuǎn)換成了微波，但仍有一些剩余的能量轉(zhuǎn)換成熱量。這些熱量通過(guò)工作空間傳導(dǎo)到葉片12，然后再發(fā)散到圓筒11的外部。通過(guò)圓筒11發(fā)散出去的熱量由許多冷卻翅片16來(lái)冷卻，因?yàn)檫@些冷卻翅片16布置在圓筒11周圍。
總之，在現(xiàn)有的大功率磁控管中，當(dāng)陰極料14被加熱之后，大部分能量都轉(zhuǎn)換成微波了，而轉(zhuǎn)換成微波的能量的剩余部分則轉(zhuǎn)換成熱量，并傳遞給葉片12。
這時(shí)，葉片12便因受熱而變形，向徑向伸長(zhǎng)，并且穿過(guò)葉片12安裝的隔膜帶13也受熱而向徑向伸長(zhǎng)。由于隔膜帶13是局部焊接在葉片12上的，所以因葉片12與隔膜帶13之間傳熱系數(shù)的不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力使得葉片12和隔膜帶13都變形了。
隔膜帶13沒(méi)有焊接在葉片12上的部分可能會(huì)由于隔膜帶13的焊接部分上產(chǎn)生的固定力而嚴(yán)重變形。
此外，葉片12的變形還受到圓筒11本身由于熱量傳到圓筒11上而產(chǎn)生的變形的影響。例如，當(dāng)各葉片12的變形量超過(guò)圓筒11的變形量時(shí)，便會(huì)對(duì)葉片12施加徑向的收縮力。另一方面，當(dāng)各葉片12的變形量小于圓筒11的變形量時(shí)，便會(huì)沿徑向使葉片12向著圓筒11拉伸。
陽(yáng)極上的這些部件因?yàn)樗鼈冎g的復(fù)雜的機(jī)械連接所產(chǎn)生的變形而受到了極大的熱應(yīng)力，并且會(huì)產(chǎn)生抵抗這種變形的力。
這些熱應(yīng)力集中在隔膜帶13上，于是隔膜帶13就很容易疲勞斷裂。通常，磁控管的壽命取決于陰極14和隔膜帶13的壽命。因此，對(duì)于磁控管來(lái)說(shuō)，它的那些部件的尺寸應(yīng)該結(jié)合磁控管的功率從熱力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。
在現(xiàn)有的1.7KW的大功率磁控管中，由于它的熱損失很大，所以它的陽(yáng)極圓筒的厚度要設(shè)計(jì)成大約3.5-4.0mm，平均為3.8mm。
但是，在這種情況下，由于葉片12和隔膜帶13的變形以及圓筒11的變形是復(fù)雜地聯(lián)系在一起的，所以磁控管的熱穩(wěn)定性降低，而且，由于圓筒11的厚度過(guò)厚，也增大了磁控管的制造成本。
因此，本發(fā)明考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的以上這些問(wèn)題，其目的是提供一種磁控管，這種磁控管不僅能減少其圓筒的厚度，而且還能提高圓筒的熱性能，從而改進(jìn)圓筒的熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)圓筒的壽命，并降低圓筒的制造成本。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供了一種磁控管，它包括一個(gè)陽(yáng)極，這個(gè)陽(yáng)極有一個(gè)圍繞著陰極設(shè)置的圓筒；許多沿徑向固定到所述圓筒的內(nèi)壁上的葉片；以及穿過(guò)這些葉片安裝的隔膜帶；其中，所述圓筒的內(nèi)徑為40-43mm，而圓筒的厚度為2.8mm或更薄。
下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，將能更清楚地了解本發(fā)明的所述和其他目的、特點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)。附圖中圖1是現(xiàn)有的大功率磁控管的局部斷面圖；圖2是按照本發(fā)明的磁控管的陽(yáng)極的平面圖；圖3是沿圖2的A-A線的斷面圖。
請(qǐng)參閱附圖，在所有附圖中，同樣的標(biāo)號(hào)用于表示同樣的或相似的部件。
如圖2和3所示，按照本發(fā)明的磁控管的陽(yáng)極包括一個(gè)設(shè)置在陰極周圍的圓筒11、許多沿徑向固定到圓筒11內(nèi)壁上的葉片12、以及穿過(guò)所述葉片12安裝并與葉片12一起形成一個(gè)諧振回路的隔膜帶13。
具有這種陽(yáng)極的所述大功率磁控管產(chǎn)生高頻微波，并將其傳遞給一個(gè)系統(tǒng)。
本發(fā)明的陽(yáng)極的圓筒11的內(nèi)徑Db為40-43mm，其厚度Dt為2.8mm或更小一些，優(yōu)選為2.2-2.8mm。
確定圓筒11的直徑Db和厚度Dt的最佳值的方法如下。
一個(gè)900W的磁控管，其圓筒11的內(nèi)徑Db的設(shè)計(jì)值優(yōu)選地大約為35mm。圓筒11的內(nèi)徑Db應(yīng)與磁控管的功率成正比地增加。因此，功率為1.7Kw或更大的磁控管，其圓筒11的內(nèi)徑Db應(yīng)設(shè)計(jì)為40-43mm左右。
作為參考，熱應(yīng)力是表示一種由于熱能而作用在一個(gè)構(gòu)件上的單位面積上的力。熱應(yīng)力的單位是N/m2。
一個(gè)構(gòu)件R的熱安全系數(shù)是確定將要作用在該構(gòu)件上的熱應(yīng)力的相對(duì)值，它與該構(gòu)件的材料的固有的性能-屈服應(yīng)力有關(guān)。
即，所述熱安全系數(shù)可定義為R=(構(gòu)件的熱應(yīng)力/該構(gòu)件的材料的屈服應(yīng)力)-1。
其中，該構(gòu)件的材料的屈服應(yīng)力是該構(gòu)件的材料在受到拉伸或壓縮時(shí)，從能恢復(fù)到其原始形狀的彈性區(qū)域轉(zhuǎn)變到不能恢復(fù)到原始狀態(tài)的塑性區(qū)域這個(gè)點(diǎn)上的應(yīng)力值。
結(jié)果，所述熱安全系數(shù)越小，構(gòu)件的熱安全性就越高。由于陽(yáng)極圓筒11的材料是無(wú)氧銅(OFHC)，而隔膜帶13的材料是不銹鋼304(STS 304)，所以隔膜帶13中所產(chǎn)生的熱應(yīng)力最大。因此，在計(jì)算最大熱安全系數(shù)R時(shí)，用作材料的屈服應(yīng)力的值為2.4115×108N/m2，這個(gè)值是隔膜帶13的材料STS 304的屈服應(yīng)力。
表1中列舉了圓筒11的內(nèi)徑Db保持41mm，而其厚度Dt不同時(shí)，所測(cè)得的最大熱應(yīng)力和熱安全系數(shù)。當(dāng)圓筒11的內(nèi)徑Db為40或43mm時(shí)，也獲得了類似的測(cè)試結(jié)果。
表1
在表1中，可以看到，由于隨著熱安全系數(shù)的增大構(gòu)件的熱應(yīng)力便大于該構(gòu)件材料的屈服應(yīng)力，所以結(jié)構(gòu)破壞或變形的危險(xiǎn)就隨著增大。因此，當(dāng)磁控管圓筒的內(nèi)徑Db為40-43mm時(shí)，最好使圓筒11的厚度Dt設(shè)計(jì)為2.8mm或更小一些，以提高構(gòu)件的熱安全性。
另一方面，當(dāng)圓筒11的厚度Dt設(shè)計(jì)成2.2mm或更小時(shí)，由于熱應(yīng)力減小了，構(gòu)件的熱安全性得到改進(jìn)，但是，陽(yáng)極中的最高溫度卻增高了，而且在制造過(guò)程中頻率的變化也增加了。因此，不希望這樣做。
產(chǎn)生最高溫度的那一部分是電子連續(xù)不斷地與其碰撞的葉片12的內(nèi)端。表2中列出了圓筒11的內(nèi)徑Db保持在41mm，而其厚度Dt不同時(shí)，在葉片12內(nèi)端測(cè)得的最高溫度。
表2
在該磁控管中，圓筒11與各葉片12以及各葉片12與各隔膜帶13分別用含有銀和銅的釬焊填料金屬釬焊在一起。由于所述釬焊填料金屬大約在800-900℃時(shí)熔化，并將各部件固定住，所以當(dāng)陽(yáng)極的最高內(nèi)部溫度高于800℃時(shí)，焊縫將會(huì)熔化，各個(gè)焊接部件就會(huì)脫開(kāi)。因此，圓筒11的厚度Dt最好是2.2mm或更厚些，此時(shí)，陽(yáng)極的最高內(nèi)部溫度等于或低于800℃。
同時(shí)，在制造磁控管時(shí)還必須在圓筒11的周圍強(qiáng)行安裝冷卻翅片。此時(shí)，要在圓筒11上施加很大的力，所以，可能產(chǎn)生諸如諧振頻率的惡化等各種缺陷。因此，圓筒11必須有一定的機(jī)械強(qiáng)度。
當(dāng)圓筒11的內(nèi)徑Db保持在41mm時(shí)，原始設(shè)計(jì)的諧振頻率和安裝冷卻翅片之后的諧振頻率與圓筒11的厚度Dt的關(guān)系示于表3。
表3
在插入冷卻翅片之后，要把改變了的諧振頻率調(diào)整到原始設(shè)計(jì)的諧振頻率。此時(shí)，由于當(dāng)頻率差為10MHz或更大時(shí)，諧振器過(guò)載，而且頻率以不穩(wěn)定的狀態(tài)調(diào)整，所以圓筒的厚度Dt最好設(shè)計(jì)為2.2mm。
結(jié)果，在磁控管在其陽(yáng)極的圓筒的內(nèi)徑Db為40-43mm的情況下，當(dāng)厚度Dt設(shè)計(jì)為2.2-2.8mm時(shí)，能使其熱應(yīng)力減小，并能獲得適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度。
雖然以上為了說(shuō)明已經(jīng)公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將能理解，在不脫離本申請(qǐng)的權(quán)利要求書(shū)中所公開(kāi)的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下，可以作出各種改進(jìn)，增添和替代。
權(quán)利要求
1．一種磁控管，它包括一個(gè)陽(yáng)極，所述陽(yáng)極有一個(gè)圍繞著陰極的圓筒；許多沿徑向固定在所述圓筒的內(nèi)壁上的葉片；以及穿過(guò)這些葉片安裝的隔膜帶；其特征在于，所述圓筒的內(nèi)徑為40-43mm，而圓筒的厚度為2.8mm或更薄。
2．如權(quán)利要求1所述的磁控管，其特征在于，所述圓筒的厚度為2.2-2.8mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大功率磁控管。這種磁控管有一個(gè)陽(yáng)極。這種陽(yáng)極有一個(gè)設(shè)置在陰極周圍的圓筒,許多沿徑向固定在所述圓筒的內(nèi)壁上的葉片,以及穿過(guò)這些葉片安裝的隔膜帶。所述圓筒的內(nèi)徑為40－43mm,厚度為2.8mm或更小些。這種磁控管不僅能夠減小圓筒的厚度,而且還能改善圓筒的熱性能,從而提高圓筒的熱穩(wěn)定性,延長(zhǎng)圓筒的壽命,并降低圓筒的制造成本。
文檔編號(hào)H01J23/16GK1306294SQ0013030
公開(kāi)日2001年8月1日 申請(qǐng)日期2000年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月18日
發(fā)明者李容守, 李鐘壽 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社