CN101257159A - 到至少一个耗电设备的电压馈电器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过电缆的到位于真空室中的电气设备的电压馈电器。此电压馈电器用于防止在电缆内，沿着绝缘间隙(尤其是电缆的芯和其屏蔽之间的空间以及从电缆到电气设备的过渡区域中)发生导致绝缘破坏的放电。这通过将绝缘间隙保持在大气压下而实现了。为此，使用的特殊的耦合，所述耦合在电缆端部和电气设备之间建立连接。而且，电缆还可以具有额外的空气通道。
Description
技术领域
本发明涉及一种到至少一个位于真空室中的耗电设备的具有电缆的电压馈电器，所述电缆包括电压传输芯以及至少一个包围该芯的绝缘体。
背景技术
在真空室中通常设置有必须向其供应高压或高频电压的耗电设备。这样的耗电设备的示例是离子源或电子源。例如，如果将被涂布的膜或箔被首先用电子静电充电以便使得其更好地粘附在柱面上，然后通过正离子再进行放电，则这两种耗电器有时还被同时布置在一个真空室中。
当经由电缆向这样的耗电设备供应电能时，可能的是(尤其是在0.01mbar到0.1mbar的压力范围内)，沿着绝缘间隙产生等离子体或者辉光放电，则破坏电缆。在下文中，绝缘间隙应被理解为电缆的芯和设置在电缆中的屏蔽之间的空间和/或电缆的端部和耗电设备之间的过渡区域。
可以用于在真空中传输DC或AC的同轴电缆是已知(US5154635)。此电缆包括内导电线以及多个带有中心通孔的电绝缘的凸镜状盘，其中，所述导电线延伸穿过这些通孔。
此外还已知一种可以用于向位于高真空中的器件供应高频信号的同轴电缆(JP 06007664A)。此同轴电缆经由真空法兰引入到真空容器中。法兰连接有软管道，并且电缆通过此软管道插入。软管道经由线柱与器件连接，并且线缆经由输入端口插入器件中。在输入端口处设置有陶瓷绝缘体，其将真空与外部密封。因为真空侧被与外部(即，大气压侧)密封，所以在设备侧可以使用普通的同轴电缆。
发明内容
本发明解决的问题是提供其中对于真空室中的耗电设备不发生放电的电连接装置。
此问题通过本发明的第一方面的特征而被解决了。
本发明涉及通过电缆的到位于真空室中的电气设备的电压馈电器。此电压馈电器用于防止在电缆内沿着绝缘间隙(尤其是电缆的芯和其屏蔽之间的空间以及从电缆到电气设备的过渡区域中)发生导致绝缘破坏的放电。这通过将绝缘间隙保持在大气压下而实现了。为此，使用的特殊的耦合，所述耦合在电缆端部和电气设备之间建立连接。而且，电缆还可以具有额外的空气通道。
本发明获得的优点包括：避免了沿着绝缘间隙的飞弧等，并且可以使用商业化的电缆。在不应用本发明的情况下，真空室的真空将对电缆的内部产生不利影响。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例，并且在下文中将更详细地说明本发明的实施例。在附图中：
图1是带有运行在高压或高频电压下的耗电设备的真空室的基本视图；
图2示出了具有高压电连接装置的电子源；
图3示出了图2所示的高压连接装置的侧视图；
图4示出了高压连接装置的视图，该高压连接装置相对于图3所示的位置围绕其纵轴旋转了180度；
图5示出了高压连接装置的分解视图；
图6示出了接头套管螺纹连接装置；
图7示出了高压连接装置的截面；
图8a示出了真空中的高压电缆的横截面；
图8b示出了从大气压到真空的过渡区域中的高压电缆的纵向截面；
图9示出了高频连接装置的侧视图；
图10示出了根据图9的高频连接装置的截面；以及
图11示出了根据图9的高频连接装置的分解视图。
具体实施方式
图1示意性地示出了包括电子源2和离子源3的真空室1。电子源2和离子源3位于基板4、5上，或者以不同方式固定在真空室1中。
电子源2以及离子源3是线性源，其中，离子或电子从狭缝6、7发射出。此类型的电子源在欧洲专利申请EP 1870488 A1中有详细描述。
在操作中，将被涂覆的膜或箔(没有示出)在电子源2和离子源3的前方从顶部向下移动，所述膜或箔由电子源充以负电，随后被离子源3电中和。
在电子源2由高压DC发生器8馈电时，离子源3由高频发生器9馈电。两个发生器8、9的输入端10、11被连接到AC电源系统。高压DC电压或者高频电压经由电缆12、13和馈通14、15引入到真空室1。馈通14是例如由接头套管螺纹连接装置实现的高压真空馈通。螺纹连接装置在普通真空管道上由其圆锥密封件密封。馈通15与馈通14基本相对应。但是，在馈通15中，直接在高频电缆13的外鞘上进行密封。“接头套管”是商品名称，并且是用于液压和真空技术的特定密封系统的标准。但是，不一定要使用此类型的密封手段。其它的密封手段可以实现相同的目的。
电缆12、13从馈通14、15行进到电子源2或离子源3。电缆12、13的在真空室中行进的部分由标号16，17表示。其结构与在大气压下行进的电缆12、13不同。
即使这些电缆16、17被屏蔽，也存在沿着电缆16、17的绝缘间隙在真空室1的真空中产生放电的危险，所述放电可以破坏位于真空室1中的粒子源2、3。因此，有必要以特殊方式来保证在真空室1内向电子源2和离子源3进行电力供应的方式。馈通14、15被实现为其在真空密封管道的外壳处或者在HF电缆的外套处与外部密封。
图2示出了具有放大的尺寸的电子源2并且局部示出了用于高电压DC中的耦合的耦合器。与图1的视图相反，在此高电压经由电缆16被引入到电子源2的中心。
在图3中以放大的尺寸并且以从电子源2的方向具体观察到的视图再次示出了耦合器20。在此可以清楚看到圆形开口21，用于将插座触头连接到电子源中的高压电极。标号22表示所谓的接头套管螺纹连接装置，其包括两个彼此上下布置的螺母23、24。在开口21周围设置有四个孔25到28。孔25到28与孔30到33是相同的馈通孔，仅仅是观察的方向不同。孔25在此与孔32相对应，孔27与孔30相对应，孔28与孔31相对应，并且孔31与孔26相对应。
图4表示较之图3围绕纵轴旋转180度的耦合器20。开口29用于将电子源2的插座触头焊接到高压电缆的芯。围绕开口29布置有四个孔30到33。开口29用于使得用于焊接插座触头的焊接工具能够插入。
图5示出了可以被拧紧到电子源2上的耦合器20的分解图。在此可以清楚看到绝缘体34、密封环35、封闭件36、四个固定机械螺钉37到40、插座触头41、密封环42、中空螺纹绝缘部件43以及另一个密封环44。密封部件43被拧紧到电子源上。螺纹配合如图7所示。部件43和44表示耦合器20的朝向电子源2并且被拧紧到其上的端部。在图5中没有示出具有两个螺母23、24的接头套管螺纹连接装置。在插座触头被焊接上之后，开口29(图4)由封闭件36(图5)封闭。
在图6中示出了接头套管螺纹连接装置的立体图。在此可以清楚看到从螺母23突出的延伸部45。延伸部45的上部是密封环。
图7示出了较之图3中视图围绕其横轴旋转180度的耦合器20的截面，即，在图4中示于上方的那些元件现在被示于下方。此外，其围绕其纵轴旋转了90度。在此可以清楚看到螺母23和24、绝缘体34、插座连接器41、密封环42、中空螺纹绝缘部件43以及密封环44。螺母23具有内螺纹。此外还可以清楚看到固定螺钉37、39的端部。在螺母23和插座触头41之间设置有用于传输高电压的电线55的电线馈通46。此电线55是高压线缆16的芯；其被焊接到插座连接器41上。插座连接器41随后被布置在销82上。绝缘体80包围此销82。在其被安装之后，绝缘体80的部分81位于绝缘部件43的凹部83中。具有销82的绝缘体80是电子源2的组成部件。因此，当将高压电缆16连接到电子源2时，耦合器20被插入到绝缘体80上。在通道51和凹部90、91和83中获得大气压。这些区域形成适当的绝缘间隙。在安装之后，大气压在绝缘体80的部分81处停止。于是，获得直到电子源2的前方的大气压，由此防止了绝缘间隙发生飞弧。
绝缘部件43仅仅被引导穿过耦合器，但是其没有被紧固在耦合器中。耦合器被放置在包含绝缘环42的绝缘部件43上，并且通过机械螺钉37到40紧固在电子源上。
绝缘部件43没有被示于图3中。在图3中，仅仅示明了绝缘部件43被装配到其中的围绕开口21的凹部。
密封环48被设置在绝缘体34和螺母23之间。已经在图5中示出的封闭件36在高压电缆的芯55和插座连接器41之间的通过焊接的连接建立之后，被拧紧到在图4中示明的开口29中。
图8a示出了在真空中行进的高压电缆16的横截面。高压电缆16的各层没有按比例绘制，而仅仅被示意性地描绘。此高压电缆16包括由高压绝缘体56包围的高压电线55(电缆16的芯)。高压绝缘体56又被铜屏蔽57包围，围绕所述铜屏蔽57布置合成材料绝缘层58。合成材料绝缘层58后面是空气隙51，所述空气隙51建立耦合器20与环境空气的接触。外套由真空密闭的绝缘管道59形成。此管道通过接头连接(swagedconnection)(例如，接头套管)在馈通14处进行真空密闭封闭。铜屏蔽57处于地电势。处于大气压下的空间76位于高压电线55和高压绝缘体56之间。因此，在电缆16的其它两层之间总是渗入有空气，使得真空室1内的高压电线55被大气压包围。部件55到58是商业化的高压电缆的组成部件。附加的绝缘管道59(其也可以是一般的绝缘管)与合成材料绝缘层58一起形成空气通道51。此空气通道51也保证了大气压的供应。
根据图8a，其中获得大气压的空气隙51似乎不能到达芯55和屏蔽57之间的绝缘管道。但是，此到达是通过如下方式实现的：空气首先行进到耦合器20，然后返回到屏蔽57和芯55之间的中间空间中。大气压的另一路径在真空容器外部的电缆端子处获得，其不被实现为是真空密闭的。
图8b示出了大气压和真空之间的过渡区域中的电缆12和16的纵向截面。标号75表示真空室1的壁。可以清楚看到，高压电缆12在外部区域中的结构不同于在真空区域中继续延伸的高压电缆16。在图8a中已经以横截面示出了在真空中的高压电缆16的结构。如图8b所示明的，真空密闭管道59通过馈通14向外延伸到大气压中，但是仅仅延伸出一短的部分。在后面，此管道59由金属道或管54代替，所述金属管54包围管道59的端部。标号76、53表示大气可以进入的位置。但是，大气大部分由层58和59之间的通道51传输。仅仅在管道59的外侧，而不在层58和管道59之间或在层58和高压绝缘体56之间的内侧进行真空密闭连接。
图9描绘了用于引到离子源3的电缆17的电缆耦合装置60。利用此电缆耦合装置，高频电压被耦合到离子源3。插头触头61被插入到离子源3的电极中。此触头由金属插座62包围，其上接有没有示出的高频线。此金属插座62由合成材料套环64包围。在此合成材料套环64中插入有绝缘部件65，此绝缘部件65设置有开口66。如果通过电缆17的各个层63、74、69之间的空气隙的大气压的供应不足，则通过此开口供应大气压或甚至更高的气压。通过开口66运输的大气例如通过真空密闭管道引入，所述真空密闭管道穿过真空室，并且到达外部。绝缘部件65由用于离子源3的金属屏蔽端子67接合。由例如聚乙烯组成的合成材料套环68和电缆套69形成末端。金属屏蔽端子67处于地电势，以便保证电流的回路。在屏蔽端子67或者在绝缘部件65中，可以设置螺纹孔，其用于应力消除或用于紧固电缆。在此，通过将绝缘部件65拧紧到角撑架上，来进行具有HF电缆的整个插头连接器的应力消除。为此，使用螺纹孔。
在根据图3到7的用于电子源2的耦合装置中也可以设置对应于开口66的开口。
图10描绘了图9的电缆耦合装置60的纵向截面。在此可再次清楚看到拧紧到金属插座62上的插头触头61。高频线63被焊接到金属插座62中。具有开口66的绝缘部件通过密封环70抵靠金属插座62。插头触头61和高频线63之间的电连接通过金属插座62完成。
屏蔽端子67通过密封环71在左侧抵靠绝缘部件65，以及通过密封环72在右侧抵靠绝缘盘73，所述绝缘盘73由合成材料套环68包围。此合成材料套环68还包围部分屏蔽端子67。
高频线63由绝缘体74包围，绝缘体74又被电缆套69包围。在电缆耦合装置60的外部，电缆套69由没有示出的合成材料外壳包围。如图10所示明的，大气或者更高的气压通过开口66到达绝缘间隙中，绝缘间隙在此由围绕绝缘体74的中空空间形成。
实际中，传导到电子源2的高电压为5kV到10kV之间。相反，高频电压的电压为约1kV。因此，在高频电缆17中的辉光或等离子体放电的危险低于高压电缆16。但是，幅值为约10到20A量级的较大电流流过高频电缆17，则可能导致在绝缘间隙和真空室1中形成等离子体。此等离子体可以熔化高频电缆17的外壳。
如果当真空室1还没有被抽空时在电缆17和离子源之间建立连接，似乎真空不会到达绝缘间隙。如果真空室1随后被抽空，则似乎真空将不再能够穿透电缆。但是，不能假设所有连接都保持绝对密封。在最轻微的泄漏下，插头连接器的内部压力将下降，并且将可能导致放电。为了保证内部中的大气压，为此设置了插头触头61。HF电缆17包括屏蔽，尤其在电缆套69和绝缘体74之间。此屏蔽突出在轴套79的较薄部分上，并且通过轴套79的螺纹拧入而在此与其接触。在图10中没有示出屏蔽。
如果在到离子源3的高频电压的馈入过程中，不使用图10和11所示的耦合装置60，而是使用中空导体，则该中空导体优选是具有圆形内部导体和包围该内部导体的外部导体的同轴中空导体。在此情况下，在内部和外部导体之间可以获得大气压。
在图11中，以分解视图再次示出了电缆耦合装置60，其中在图9中示出的下侧在此处于上侧。在此可以再次清楚看到插头触头61、合成材料套环64、金属插座62、HF线63、绝缘体74、绝缘部件65、密封环70、密封环71、轴套79、电缆套69、屏蔽端子67、密封环72、绝缘盘部件73以及合成材料套环68。通过将插头触头61直接插入离子源3的没有示出的电极中，完成离子源3与HF电压的连接。
Claims (19)
1.一种到至少一个位于真空室(1)中的耗电设备(2，3)的具有电缆(12，16；13，17)的电压馈电器，所述电缆(12，16；13，17)包括电压传输芯(55)以及至少一个包围该芯(55)的绝缘体(59)，其特征在于，在所述芯(55)和所述绝缘体(59)之间，直到所述芯(55)的端部与所述耗电装置(2，3)的电气端子(80-82)的连接的前方，获得大气压或高于大气压的气压。
2.如权利要求1所述的电压馈电器，其特征在于，所述绝缘体(59)是真空密封管道。
3.如权利要求1所述的电压馈电器，其特征在于，所述绝缘体是真空密封管。
4.如权利要求1所述的电压馈电器，其特征在于，所述电缆(12，16)是高压DC电缆。
5.如权利要求1所述的电压馈电器，其特征在于，所述电缆(13，17)是高频电缆。
6.如权利要求5所述的电压馈电器，其特征在于，所述电缆是中空导体。
7.如权利要求1或4所述的电压馈电器，其特征在于，所述耗电设备是电子源(2)。
8.如权利要求1、5或6所述的电压馈电器，其特征在于，所述耗电设备是离子源(3)。
9.如权利要求1所述的电压馈电器，其特征在于，其经由真空馈通(14，15)引导到真空室(1)中。
10.如权利要求4所述的电压馈电器，其特征在于，高压DC电缆(16)的一端连接有耦合器(20)，所述耦合器(20)包括用于高压插头(82)的馈通的开口(21)。
11.如权利要求10所述的电压馈电器，其特征在于，所述耦合器(20)包括开口(29)，通过该开口(29)，借助焊接工具，所述高压插头(82)可以与所述高压电缆(16)的所述芯(55)焊接。
12.如权利要求1所述的电压馈电器，其特征在于，在所述芯(55)和所述绝缘体(59)之间设置有高压绝缘体(56)。
13.如权利要求12所述的电压馈电器，其特征在于，在所述高压绝缘体(56)和所述绝缘体(59)之间设置有金属屏蔽(57)。
14.如权利要求13所述的电压馈电器，其特征在于，在所述金属屏蔽(57)和所述绝缘体(59)之间设置有合成材料层(58)。
15.如权利要求5所述的电压馈电器，其特征在于，所述高频电缆包括由绝缘体(74)包围的高频线(63)。
16.如权利要求15所述的电压馈电器，其特征在于，所述绝缘体(74)由电缆套(69)包围。
17.如权利要求5所述的电压馈电器，其特征在于，所述高频电缆连接有电缆耦合装置(60)，所述电缆耦合装置(60)包括用于与高频耗电设备连接的插头触头(61)。
18.如权利要求1所述的电压馈电器，其特征在于，所述电缆耦合装置(20，60)包括至少一个开口(66)，用于供应大气压或者高于大气压的气压。
19.如权利要求1-18中任一项所述的电压馈电器，其特征在于，所述插头触头(61)通过金属插座(62)与所述高频线连接。
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