CN102239533B - 真空电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目标是在没有使用波纹管的情况下维持真空室中的真空，允许电容易于调节，并且缓解使用寿命的降低。固定电极(4)通过在真空室(1b)内沿真空室(1b)的轴向以一定间隔分层布置多个平板状电极元件(5)而形成。可动电极(7)是通过在可动电极轴(9)上在真空室(1b)内以一定距离分层布置多个平板状电极元件(8)而形成的电极，从而由于可动电极轴(9)的旋转，每个电极元件(8)没有接触地交替地进入、重叠或者离开固定电极(4)的电极元件(5)之间的间隔。磁通量接收单元(12)在真空室(1b)内在密封元件(3)一侧固定至可动电极轴(9)，并且具有磁通量产生单元(13)的电容控制单元(14)在密封元件(3)的外部被可旋转地支撑。旋转电容控制单元(14)，通过磁吸引力旋转磁通量接收单元(12)，通过改变可动电极(7)和固定电极(4)之间的重叠面积，从而改变电容。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于例如半导体制造系统中使用的高频供电电路中的真空电容器，并且涉及一种其中固定电极和可动电极布置于真空外壳中并且其电容值可变的可变型真空电容器。
背景技术
很多真空电容器应用于例如半导体制造系统中使用的高频供电电路中。在将真空电容器按其结构宽泛地归类时，有两种类型的真空电容器：电容值固定的固定型真空电容器以及电容值可变的可变型真空电容器(例如，专利文献1～3)。
作为可变型真空电容器的例子，已知一种电容器，其中固定电极和可动电极布置于真空外壳中并且其电容通过使用波纹管(bellows)等在维持真空外壳中的真空状态的同时移动可动电极而变化。作为真空外壳，提供由绝缘材料(比如陶瓷材料)制成的绝缘管本体以及由铜等材料制成的密封元件，并且绝缘管本体的每个开口端侧由所述密封元件封闭，从而形成真空外壳。每个密封元件主要由设置于绝缘管本体的开口端侧处的管元件和封闭管元件的盖元件形成。
固定电极由其直径彼此不同并且同心地布置的多个基本上为圆柱形的电极元件(例如，这些圆柱形电极元件以一定间距布置)所形成。固定电极设置在真空外壳内密封元件之一(下文中，称为一侧密封元件，并且另一个称为另一侧密封元件)处。与固定电极相同，可动电极由直径彼此不同并且同心地布置的多个基本上为圆柱形的电极元件(例如，这些圆柱形电极元件以一定间距布置)所形成。在真空外壳内设置可动电极以使得可动电极的每个电极元件能在可动电极的每个电极元件不与固定电极的电极元件接触的情况下插入固定电极的电极元件之间的间隙和从其中抽出(可动电极的电极元件以交错构造布置以便插入固定电极的电极元件之间的间隙和从其中抽出并且交替与固定电极的电极元件交替地重叠)。该可动电极由沿真空外壳的轴向移动的可动电极轴(可动电极轴移动以使得能调节可动电极相对于固定电极的插入/抽出程度)支撑。
可动电极轴由例如支撑可动电极的支撑元件(下文中称为可动支撑元件)和从可动支撑元件的后表面侧(例如从可动支撑元件的面对另一侧密封元件的表面侧)向真空外壳的轴向延伸的杆(下文中称为可动杆)形成。该可动电极轴例如通过设置在真空外壳处的轴承元件(例如固定于盖元件中部处的轴承元件)可滑动地支撑(例如该可动电极轴被可滑动地支撑使得可动杆能沿真空外壳的轴向滑动)。
为了通过沿真空外壳的轴向移动可动电极轴来调节电容，例如，使用连接至可动杆的一端侧并且由驱动源(比如马达)所旋转的元件(在下文中，称作电容控制单元)。这个电容控制单元拧到可动杆的所述一端侧上(例如，形成于电容控制单元处的内螺纹部分拧到形成于可动杆的所述一端侧处的外螺纹部分上)，然后与可动杆连接。采用能由驱动源(比如马达)所旋转的电容控制单元。另外，例如通过由例如止推轴承形成的支撑元件相对于真空外壳可旋转地支撑电容控制单元。
波纹管是具有膨胀/收缩特性的波纹管金属元件。波纹管用作真空电容器的电流路径的一部分，并将真空外壳内部分隔为真空室和大气室。由于这种波纹管，可动电极、可动支撑元件和可动杆能沿真空外壳的轴向移动，且固定电极、可动电极和波纹管在真空外壳中包围出的空间保持密封而作为真空室(该空间处于真空状态)。例如，波纹管的一侧边缘在轴承元件侧连接至所述另一侧密封元件的内壁侧，而波纹管的另一侧边缘连接至可动支撑元件等。
这里，关于波纹管的连接，例如采用真空铜焊。另外，对于波纹管，存在着一些具有不同结构的波纹管。例如，已知其结构为其中波纹管的所述另一侧边缘连接至可动杆的表面的波纹管以及具有双重波纹管结构(例如，其中不锈钢波纹管和铜波纹管组合起来的结构)的波纹管。
在具有上述这种结构的真空电容器中，通过由驱动源(比如马达)旋转电容控制单元，由电容控制单元的旋转引起的旋转运动转换为可动电极轴的轴向运动，然后固定电极和可动电极之间的重叠面积响应于可动电极轴的移动量而变化。此时，波纹管根据可动杆的运动而膨胀或收缩。
这样，当电压施加至固定电极和可动电极并且波纹管膨胀或收缩时，固定电极和可动电极之间的重叠面积改变，并且出现于这两个电极之间的电容值就连续地改变，从而进行阻抗调节。关于使用这种真空电容器的情况下的高频装置的高频电流，高频电流从所述一侧密封元件通过波纹管和两个面对电极之间(固定电极和可动电极之间)的电容流向所述另一侧密封元件。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开No.JP6-241237
专利文献2：日本专利申请公开No.JP2005-180535
专利文献3：日本专利申请公开No.JP8-45785
发明内容
技术问题
如上所述，当在可变型真空电容器中在维持真空室的真空状态的同时通过移动可动电极轴而改变电容的情况下，可知，需要具有膨胀/收缩特性的金属元件，比如波纹管(以将真空外壳的内部分隔为真空室和大气室)。另外，可知需要通过电容控制单元的旋转运动沿真空外壳的轴向移动可动电极轴。
也就是说，在移动可动电极轴时，需要克服真空室的分割壁(波纹管、绝缘管本体和另一侧密封元件等)处出现的压力来进行可动电极轴的移动。换言之，可以说需要降低移动可动电极轴时的阻力。另外，在电容控制单元的旋转运动转换为可动电极轴的轴向运动的情况下，例如，采用其中电容控制单元和可动电极轴(可动杆等)通过螺纹连接而连接的结构。然而，因为需要电容控制单元的多次旋转运动，所以需要花费很多时间来调节电容，因此难以立即改变电容值。鉴于此，希望能够容易地进行可动电极轴的移动。
另外，由于在每次重复膨胀/收缩时高的机械应力施加于金属元件比如波纹管上，金属元件很可能会破裂，并且真空电容器(真空室等)的寿命也会变短。尤其是在波纹管用作电流路径时，波纹管的温度由于施加电流时发热而变高。因而真空电容器的寿命变得更短。
问题的解决方案
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，一种真空电容器，在该真空电容器中，在真空外壳中布置由多个电极元件形成的固定电极并且在固定电极的电极元件之间形成的间隙中布置由多个电极元件形成的可动电极，真空电容器在可动电极和固定电极之间呈现的电容通过使支撑可动电极的可动电极轴旋转来改变，该真空电容器包括：使真空外壳中的可动电极轴旋转的磁通量接收单元；定位于真空外壳的外部并且通过磁吸引力来使磁通量接收单元旋转的磁通量产生单元；以及使磁通量产生单元旋转的电容控制单元。
根据本发明的另一方面，一种真空电容器，其包括：通过由相应的密封元件封闭绝缘管本体的两个开口端侧而形成的真空外壳；通过在真空外壳中沿真空外壳的轴向以一定距离分层布置多个平板状电极元件而形成的固定电极；通过在真空外壳中沿真空外壳的轴向以一定距离分层布置多个平板状电极元件而形成的可动电极，其固定至沿真空外壳的轴向延伸且被可旋转地支撑在真空外壳中的可动电极轴，通过可动电极轴的旋转，以可动电极的每个电极元件与固定电极的电极元件非接触的方式，可动电极的每个电极元件插入固定电极的电极元件之间的间隙以及从其中抽出并且交替与固定电极的电极元件交替地重叠；固定至真空外壳中的可动电极轴并且接收从真空外壳的外部穿过密封元件的磁通量的磁通量接收单元；以及具有产生磁通量的磁通量产生单元并且在密封元件的外部被可旋转地支撑的电容控制单元，并且通过旋转电容控制单元，在磁通量的磁吸引力作用下从而也旋转磁通量接收单元，可动电极相对于固定电极的重叠面积改变，从而能够调节电容。
根据本发明的又一方面，一种真空电容器，在该真空电容器中，在真空外壳中布置由多个电极元件形成的固定电极并且在固定电极的电极元件之间形成的间隙中布置由多个电极元件形成的可动电极，该真空电容器在可动电极和固定电极之间呈现的电容通过使支撑可动电极的可动电极轴旋转来改变，该真空电容器包括：旋转真空外壳中的可动电极轴的磁通量接收单元；定位于真空外壳的外部并且通过磁吸引力来旋转磁通量接收单元的磁通量产生单元；旋转磁通量产生单元的电容控制单元；以及支撑部分，设置在可动电极轴和面向可动电极轴的真空外壳内壁中的任一侧处并且以点支撑的方式支撑另一侧。
根据本发明的再一个方面，一种真空电容器，包括：通过由相应的密封元件封闭绝缘管本体的两个开口端侧而形成的真空外壳；通过在真空外壳中沿真空外壳的轴向以一定距离分层布置多个平板状电极元件而形成的固定电极；通过在真空外壳中沿真空外壳的轴向以一定距离分层布置多个平板状电极元件而形成的可动电极，可动电极固定至沿真空外壳的轴向延伸且被可旋转地支撑在真空外壳中的可动电极轴，通过可动电极轴的旋转，以可动电极的每个电极元件与固定电极的电极元件非接触的方式，可动电极的每个电极元件插入固定电极的电极元件之间的间隙以及从其中抽出并且交替与固定电极的电极元件交替地重叠；固定至真空外壳中的可动电极轴并且接收从真空外壳的外部穿过密封元件的磁通量的磁通量接收单元；具有产生磁通量的磁通量产生单元并且在密封元件的外部被可旋转地支撑的电容控制单元；以及支撑部分，设置在可动电极轴和面向可动电极轴的真空外壳内壁中的任一侧处并且以点支撑的方式支撑另一侧；并且通过旋转电容控制单元，在磁通量的磁吸引力作用下从而也旋转磁通量接收单元，可动电极相对于固定电极的重叠面积改变，从而能够调节电容。
根据本发明的又一方面，一种真空电容器，在该真空电容器中，在真空外壳中布置由多个电极元件形成的固定电极并且在固定电极的电极元件之间形成的间隙中布置由多个电极元件形成的可动电极，该真空电容器在可动电极和固定电极之间呈现的电容通过使支撑可动电极的可动电极轴旋转来改变，该真空电容器包括：旋转真空外壳中的可动电极轴的磁通量接收单元；定位于真空外壳的外部并且通过磁吸引力来旋转磁通量接收单元的磁通量产生单元；旋转磁通量产生单元的电容控制单元；以及施力部件，设置在面向可动电极轴的一个端部的真空外壳内壁的一部分处，并且是覆盖和密封形成在所述部分处的穿孔的间隔件，所述施力部件在沿着可动电极轴的另一端部的方向对可动电极轴施力的同时支撑可动电极轴的所述一个端部。
根据本发明的另一方面，一种真空电容器，包括：通过由相应的密封元件封闭绝缘管本体的两个开口端侧而形成的真空外壳；通过在真空外壳中沿真空外壳的轴向以一定距离分层布置多个平板状电极元件而形成的固定电极；通过在真空外壳中沿真空外壳的轴向以一定距离分层布置多个平板状电极元件而形成的可动电极，可动电极固定至沿真空外壳的轴向延伸且被可旋转地支撑在真空外壳中的可动电极轴，通过可动电极轴的旋转，以可动电极的每个电极元件与固定电极的电极元件非接触的方式，可动电极的每个电极元件插入固定电极的电极元件之间的间隙以及从其中抽出并且交替与固定电极的电极元件交替地重叠；固定至真空外壳中的可动电极轴并且接收从真空外壳的外部穿过密封元件的磁通量的磁通量接收单元；具有产生磁通量的磁通量产生单元并且在密封元件的外部被可旋转地支撑的电容控制单元；以及施力部件，设置在面向可动电极轴的一个端部的真空外壳内壁的一部分处，并且是覆盖和密封形成在所述部分处的穿孔的间隔件，所述施力部件在沿着可动电极轴的另一端部的方向对可动电极轴施力的同时支撑可动电极轴的所述一个端部；并且通过旋转电容控制单元，在磁通量的磁吸引力作用下从而也旋转磁通量接收单元，可动电极相对于固定电极的重叠面积改变，从而能够调节电容。
这里，关于其中施力部件设置在真空外壳内壁的面向可动电极轴的一个端部的部分处的真空电容器，施力部件可以是膜片。另外，支撑部分可以形成在可动电极轴和面向可动电极轴的所述施力部件中的任一侧的接触部分处并且以点支撑的方式支撑另一侧。
根据本发明的又一方面，一种真空电容器，在该真空电容器中，在真空外壳中布置由多个电极元件形成的固定电极并且在固定电极的电极元件之间形成的间隙中布置由多个电极元件形成的可动电极，该真空电容器在可动电极和固定电极之间呈现的电容通过使支撑可动电极的可动电极轴旋转来改变，该真空电容器包括：旋转真空外壳中的可动电极轴的磁通量接收单元；定位于真空外壳的外部并且通过磁吸引力来旋转磁通量接收单元的磁通量产生单元；以及旋转磁通量产生单元的电容控制单元；并且可动电极轴和面向可动电极轴的真空室内壁中的任一个由可动电极轴与所述真空室内壁之间的接触部分处的绝缘体形成。
根据本发明的再一方面，一种真空电容器，包括：通过由相应的密封元件封闭绝缘管本体的两个开口端侧而形成的真空外壳；通过在真空外壳中沿真空外壳的轴向以一定距离分层布置多个平板状电极元件而形成的固定电极；通过在真空外壳中沿真空外壳的轴向以一定距离分层布置多个平板状电极元件而形成的可动电极，可动电极固定至沿真空外壳的轴向延伸且被可旋转地支撑在真空外壳中的可动电极轴，通过可动电极轴的旋转，以可动电极的每个电极元件与固定电极的电极元件非接触的方式，可动电极的每个电极元件插入固定电极的电极元件之间的间隙以及从其中抽出并且交替与固定电极的电极元件交替地重叠；固定至真空外壳中的可动电极轴并且接收从真空外壳的外部穿过密封元件的磁通量的磁通量接收单元；以及具有产生磁通量的磁通量产生单元并且在密封元件的外部被可旋转地支撑的电容控制单元；并且可动电极轴和面向可动电极轴的真空室内壁中的任一个由可动电极轴与所述真空室内壁之间的接触部分处的绝缘体形成；通过旋转电容控制单元，在磁通量的磁吸引力作用下从而也旋转磁通量接收单元，可动电极相对于固定电极的重叠面积改变，从而能够调节电容。
这里，关于其中可动电极轴和面向可动电极轴的真空室内壁中的任一个由可动电极轴与所述真空室内壁之间的接触部分处的绝缘体形成的真空电容器，至少可动电极轴与所述真空室内壁相接触的接触部分由所述绝缘体形成，并且所述绝缘体由氧化铝的百分比含量为92％或更多的陶瓷制成。此外，所述施力部件可以设置在真空外壳内壁的面向可动电极轴的一个端部的部分处，并且可以是从真空外壳的内部覆盖和密封形成在所述部分处的穿孔的间隔件，所述施力部件在沿着可动电极轴的另一端部的方向对可动电极轴施力的同时支撑可动电极轴的所述一个端部。另外，支撑部分可以设置在可动电极轴和面向可动电极轴的真空外壳内壁中的任一侧处并且以点支撑的方式支撑另一侧。而且，固定电极可以沿电极元件的分层布置方向被划分成多个固定电极，每个被划分的固定电极可以通过每个引线连接终端引导并电连接到真空外壳的外部，然后这些引线连接终端远离磁通量产生单元设置，从而减少在对引线连接终端施加电流时所产生的热和磁通量与磁通量产生单元的干涉。另外，关于通过由相应密封元件封闭绝缘管本体的两个开口端侧而形成的真空外壳，绝缘管本体可以被划分为多个绝缘管本体，相应的引线连接终端中的至少一个可以布置在被划分的绝缘管本体之间。另外，被划分的多个固定电极可以由相应的固定电极轴支撑。
这里，作为磁通量接收单元和磁通量产生单元的实施例，磁通量接收单元和磁通量产生单元可沿与可动电极轴正交的相同的线方向布置。
此外，作为电容控制单元的实施例，电容控制单元可具有多个磁通量产生单元，并且这些磁通量产生单元可沿着圆周方向以规则的间隔布置。
另外，作为电极元件的每个面积的实施例，电极元件的每个面积可小于真空外壳内部的横截面方向上的面积，并且
通过可动电极轴在一个回转内的旋转，电容可在从最小电容值至最大电容值的范围内改变。
发明效果
如上所述，根据本发明，无需使用波纹管，并且能延长真空电容器的寿命。另外，能通过可动电极的旋转实现电容的即时改变。
附图说明
图1是根据本实施例的真空电容器的一部分的纵向剖切的透视图。
图2是根据本实施例的固定电极的一部分的分解透视图，用于解释布置于真空室中的固定电极的例子。
图3是根据本实施例的用于说明布置于真空室中的可动电极的例子的示意图。
图4是根据本实施例的用于说明通过固定电极和可动电极的插入/抽出而改变电容的例子的示意图。
图5是根据本实施例的用于说明通过固定电极和可动电极的插入/抽出而改变电容的例子的示意图。
图6是根据本实施例的用于说明电容控制单元的支撑结构的例子的示意图。
图7是根据本实施例的用于说明其中磁通量产生单元的磁通量φ由磁通量接收单元所接收的结构的例子的示意图。
图8是根据本实施例的用于说明其中磁通量产生单元的磁通量φ由磁通量接收单元所接收的结构的例子的示意图。
具体实施方式
在下面的描述中，将参照图1至图8说明根据本发明的可变型真空电容器的实施例。
图1是可变型真空电容器的一部分的纵向剖切的透视图。参考标号1表示真空外壳。提供由绝缘材料(比如陶瓷材料)制成的绝缘管本体1a以及由铜等材料制成的一侧密封元件2和另一侧密封元件3，并且绝缘管本体1a的两个开口端侧由密封元件2和3封闭，从而形成真空外壳1。真空外壳1具有在真空外壳1内部的真空室1b。
图1中的一侧密封元件2具有设置于绝缘管本体1a的一个开口端侧处(在图1中下侧处)的管元件2a和封闭管元件2a的盖元件2b。另外，支撑后面提到的固定电极轴6以便使之直立的凹槽部2c(在图2中为三个凹槽部)在真空室1b中形成于盖元件2b的内表面上的外周边缘部分处。用以安装后面提到的导向件11c的凹槽部2d在真空室1b中形成于盖元件2b的中部处。
图1中的另一侧密封元件3具有设置于绝缘管本体1a的另一开口端侧(在图1中上侧处)处的管元件3a、从管元件3a的内周表面突出的环状凸缘3b(在图1中，凸缘3b沿管元件3a的径向突出)、由凸缘3b支撑以便使之直立的圆柱形分隔壁3c、以及封闭分隔壁3c的一个开口端侧(在图1中上侧处)的盖元件3d。作为用于后面提到的磁通量产生单元13的运动通道的环状凹槽部3e由这些管元件3a、凸缘3b和分隔壁3c包围的空间限定。另外，用于可旋转地支撑后面提到的可动电极轴9的凹槽部3f在真空室1b中形成于盖元件3d的内表面上的中部处。
参考标号4表示通过沿真空室1b的轴向(沿连接密封元件2和3的线的方向)以一定距离(该距离比可动电极7的电极元件8的厚度更大)分层布置多个平板状电极元件5而形成的固定电极。固定电极4通过固定电极轴6被固定地支撑。
在图1中，使用两个分开的固定电极轴6a和6b。一个固定电极轴6a直立在盖元件2b上并且固定至盖元件2b，且电连接至在真空室1b外部、盖元件2b外侧处所设置的引线连接终端(未示出)。另一固定电极轴6b由穿过绝缘管本体并且位于绝缘管本体1a的纵向中部处的引线连接终端6c固定地支撑。固定电极轴6b电连接至引线连接终端6c。这样，固定电极4被分成位于一侧密封元件2一侧并且电连接至引线连接终端(未示出)的电极(下文中称为一侧固定电极)以及位于另一侧密封元件3一侧且电连接至引线连接终端6c的电极(下文中称为另一侧固定电极)。
参考标号7表示(与固定电极4相同)通过沿真空室1b的轴向以一定距离(该距离比固定电极4的电极元件5的厚度更大)分层布置多个平板状电极元件8而形成的可动电极。电极元件8以交错构造布置于真空室1b内部以使得每个电极元件8能插入固定电极4的电极元件5之间的间隙以及从其中抽出，从而能够以与固定电极4的电极元件5非接触的方式使得电极元件5与可动电极7的每个电极元件8交替地重叠。可动电极7由沿真空室1b的轴向(例如，在图1中，在轴中心上)延伸的可动电极轴9可旋转地支撑。
可动电极轴9和面向可动电极轴9的真空室1b内壁中的任一个在两者之间的接触部分处设有绝缘体。例如，在图1中，绝缘轴9a和9b设置在可动电极轴9的两端处。分别通过穿孔11b和凹槽部3f可旋转地支撑绝缘轴9a和绝缘轴9b。当以这种方式至少在可动电极轴9的面向真空室1b内壁的部分处采用绝缘体的情况下，由于高频电压(例如几百kHz水平)可以被施加于可动电极轴，存在这样的可能性，即在绝缘体中出现由于介电质损耗而生成热。因此不使用纯粹的绝缘体，而是优选地使用抵损耗的绝缘体，例如其氧化铝百分比含量为92％或更多的陶瓷。期望使用由其氧化铝百分比含量为99.5％或更多的陶瓷制成的绝缘体。
图1中的可动电极7没有电连接至真空外壳1的外部。可动电极7被分成位于一侧密封元件2一侧、与一侧固定电极重叠且插入所述一侧固定电极以及从其中抽出的电极(下文中称为一侧可动电极)和位于另一侧密封元件3一侧、与另一侧固定电极重叠且插入所述另一侧固定电极以及从其中抽出的电极(下文中称为另一侧可动电极)。
也就是，真空外壳1中的电容C是由所述一侧固定电极和一侧可动电极之间的重叠面积的电容(下文中称为一侧电容)以及由所述另一侧固定电极和另一侧可动电极之间的重叠面积的电容(下文中称为另一侧电容)的总电容。因此，真空外壳1的构造是将两个电容器串联连接的构造。
这里，在固定电极4被分成多个固定电极并且每个固定电极通过各自的引线连接终端电连接至真空外壳1的外部的情况下，构想了这样一种构造，在该构造中，与被划分的固定电极4一样，可动电极7和可动电极轴9也相应地被分成多个可动电极和多个可动电极轴(例如，可动电极轴9使用位于可动电极轴9的一部分处的绝缘体进行划分)并且多个这样的电容器串联地连接。另外，在绝缘管本体1a被分成多个绝缘管本体的情况下，构想这样一种构造，其中，各自的引线连接终端中的至少一个布置于被划分的绝缘管本体1a之间。
关于位于一侧密封元件2一侧处的可动电极轴9的支撑结构，只要该结构是能维持真空室1b的真空状态的结构，就可以应用各种结构。例如，如图1中所示，所述结构能够是其中提供设有穿孔11b(具有可动电极轴9的一端侧(在图1中是绝缘轴9a)能穿过的这样的形状)的导向件11c以便从真空室1b的内部覆盖设置于凹槽部2d的底部上的调节膜片11a的结构。然后，可动电极轴9的所述一端侧穿过导向件11c的穿孔11b，并且所述一端侧由调节膜片11a支撑。在这种结构的情况下，通过调节膜片11a的挤压变形所产生的力从接触调节膜片11a的所述一端侧至可动电极轴9的另一端侧地(沿另一侧密封元件3的方向)作用于可动电极轴9的所述一端侧上。
另外，在与真空外壳1的外部相通的孔11d形成于凹槽部2d中的情况下，调节膜片11a根据真空外壳1的外部的大气压和真空室1b的真空压力之间的差而被挤压变形。也就是，沿从真空外壳1的外部至真空室1b的内部的方向使调节膜片11a挤压变形的力通过真空外壳1的外部和真空室1b之间的压力差作用在调节膜片11a上，并且这种挤压变形的力添加至可动电极轴9。可动电极轴9因此受到支撑，同时在另一侧密封元件3的方向上受压。
另外，在采用了其中可动电极轴9的一个端面侧如图1所示为平状并且调节膜片11a的接触可动电极轴9的部分11e形成为尖状然后可动电极轴9的所述一个端面的一部分由所述部分11e一点支撑的构造的情况下，例如，与可动电极轴9的所述一个端面的整个表面受到支撑的情况相比，接触区域较小。因此，能降低可动电极轴9的旋转阻力。另外，同样，在采用了其中接触可动电极轴9的部分11e没有形成尖状而是形成平状并且可动电极轴9的端面形成为尖状然后所述端面在该顶点处接触所述部分11e的构造的情况下，也能获得相同效果。也就是，只要所述构造是其中可动电极轴9和面向可动电极轴9的真空室1b内壁中的任一侧具有以点支撑的方式支撑另一侧的支撑部分的构造，就能降低旋转阻力。
参考标号12表示磁通量接收单元，其设置于可动电极轴9的另一侧密封元件3一侧处并且与可动电极轴9一起旋转。磁通量接收单元12接收后面提到的磁通量产生单元13的磁通量φ。例如，磁通量接收单元12由铁磁性材料(比如铁和镍)制成。如图1所示，使用这样的磁通量接收单元12，其具有通过可动电极轴9的穿过而被支撑的盘元件12a以及沿真空室1b的轴向从盘元件12a的外周边缘部分直立的接收壁12b。
参考标号14表示具有磁通量产生单元13并且相对于另一侧密封元件3的外部被可旋转地支撑的电容控制单元。例如，如图1所示，使用这样的电容控制单元14，其具有通过环状控制元件侧导向轴14b相对于盖元件3d被旋转地支撑的盘元件14a以及在真空室1b中设置于盘元件14a的内表面上的外周边缘部分处并且随着盘元件14a的旋转而在凹槽部3e中移动的磁通量产生单元13。这个磁通量产生单元13能由例如具有N极和S极的永磁体13a以及保持永磁体13a的保持件13b形成。例如，磁通量产生单元13使用连接装置13c(比如螺钉)固定至盘元件14a。
在图1所示的真空电容器中，可动电极轴9、磁通量接收单元12以及电容控制单元14(磁通量产生单元13)沿相同方向旋转。关于真空室1b中的每个结构，例如，调节膜片11a，属于固定电极4的电极元件5、间隔件5b和固定电极轴6以及属于可动电极7的电极元件8、间隔件8b和可动电极轴9，每个都能以多种方式固定。然而，能够采用这样一种方式，其中在形成真空室1b时当在高温(举例来说，大约800℃)下产生真空时通过真空状态下的铜焊实施熔化固定。
图2是固定电极4的一部分的分解透视图，用来说明设置在真空室1b中的固定电极4的示例。如图2所示，固定电极4的每个电极元件5设置有固定孔5a(图2中为三个固定孔)以通过固定电极轴6的穿过来将固定电极轴6固定。然后层叠电极元件5以使得固定电极轴6穿过每个固定孔5a。为了在电极元件5之间形成间隔，例如，如图2所示，在电极元件5之间的每个间隔中设置固定电极轴6能穿过其中的、具有预定厚度(该厚度比可动电极7的电极元件8厚)的环形间隔件5b，从而在电极元件5之间形成间隙(即，厚度与间隔件5b相同的间隙)。
这里，要求每个电极元件5在如上所述分层布置时不与可动电极轴9以及后面提到的间隔件8b等互相干扰。如图2所示，然后适当地形成切割部分5c等，。另外，要求固定电极轴6不与插入固定电极4以及从其中抽出的可动电极7相互干扰。例如，优选地，固定电极轴直立并且设置于靠近真空室1b的内周壁表面的位置处。
图3是用来说明设置在真空室1b中的可动电极7的示例的示意图。如图3所示，可动电极7的每个电极元件8也设置有固定孔8a以通过可动电极轴9的穿过来固定可动电极轴9。然后层叠电极元件8以使得可动电极轴9穿过每个固定孔8a。为了在电极元件8之间形成间隔，例如，如图3所示，在电极元件8之间的每个间隔中设置可动电极轴9能穿过的、具有预定厚度(该厚度比固定电极4的电极元件5厚)的环形间隔件8b，从而在电极元件8之间形成间隙(即，厚度与间隔件8b相同的间隙8c)。
这里，要求每个电极元件8在通过旋转插入固定电极4以及从其中抽出时不与固定电极轴6和间隔件5b等互相干扰。例如，如图3所示，使用面积比电极元件5更小的电极元件8。
图4和5是用来说明通过固定电极4和可动电极7的插入/抽出来改变电容的示例的示意图。如图4所示，当固定电极4(每个电极元件5)和可动电极7(每个电极元件8)没有彼此重叠时，真空电容器的电容是最小电容值。当可动电极7在图4的X方向上旋转并且与固定电极4重叠时，随着重叠面积变大，电容值增大。如图5所示，当重叠面积处于最大状态时，真空电容器的电容是最大电容值。
图1～图5中示出的每个电极元件5和每个电极元件8是平板状电极元件，并且相应电极元件的两个端面的每个面积都小于真空室1b的内部的横截面方向上的面积。例如，其为半圆盘、扇形盘以及三角形盘。也就是，只要电极元件5和8之间的重叠面积能根据可动电极7的旋转而改变并且电极元件8能在真空室1b内部旋转，各种形状的电极元件都能用于电极元件5和8。
虽然图中的每个电极元件5和8都是半圆盘，即，其形状是大约360°的一半，通过可动电极7在一个回转内的旋转，真空电容器的电容能在从最小电容值至最大电容值的范围内即时地改变。
这里，在电极元件5和8的形状的每个尺寸超过360°的一半的情况下，例如，可能就难以在将固定电极4布置于真空室1b中之后安装可动电极7(即可动电极7和固定电极4在安装时可能互相干扰)。为此，在图中所示的半圆盘状电极元件5和8的情况下，即，在形状的尺寸大约是360°的一半或更小的情况下，可以认为在组装上具有优点。
图6是用来说明电容控制单元14的支撑结构的示例的示意图。图6中，环形保持槽3g在真空室1b外部形成于盖元件3d的表面上。另外，盖元件侧导向轴3i形成为从由保持槽3g围绕的底座3h突出。然后控制元件侧导向轴14b装配于盖元件侧导向轴3i上(盖元件侧导向轴3i插入控制元件侧导向件14b)并且通过轴承(无油轴承等)14d被可旋转地支撑。
这里，如图1所示，为了防止轴承14d脱落，例如，凸缘14e形成于控制元件侧导向轴14b中。另外，为了防止如上所述装配于盖元件侧导向轴3i上的电容控制单元14脱落，螺钉14f等设置于盖元件侧导向轴3i的顶部处。
图7和8是用来说明其中磁通量产生单元13的磁通量φ由磁通量接收单元12接收的结构的示例的示意图。图7中，通过在盘元件12a处以规则间隔布置四个接收壁12b来形成磁通量接收单元12。电容控制单元14通过在盘元件14a的外周边缘部分处以规则间隔布置四个磁通量产生单元13来形成。
在每个接收壁12b和每个磁通量产生单元13布置为通过密封元件3的分隔壁3c面向彼此的情况下，如图8所示，通过由磁通量产生单元13产生的磁通量φ，，在接收壁12b和磁通量产生单元13之间形成了磁路，从而产生电磁吸引。在电容控制电路14在如上所述产生电磁吸引的状态下旋转(例如，在图8中的Y1方向上)的情况下，响应于电容控制单元14的旋转，在磁通量接收单元12处产生旋转扭矩。在磁通量接收单元12在如上所述根据电磁吸引所产生的旋转扭矩的作用下而旋转(例如，在图8的Y2方向上)的情况下，当通过电磁吸引产生的旋转扭矩超过可动电极轴9等的旋转阻力时，磁通量接收单元12旋转。因此，当在考虑到可动电极轴9的旋转阻力等的情况下适当地选择驱动源以及磁通量产生单元13的永磁体13a等以控制电容控制单元14时，磁通量接收单元12旋转。
这里，图8中的磁通量产生单元13定位于磁通量接收单元12(接收壁12b)的径向上，即，磁通量接收单元12和磁通量产生单元13布置于与可动电极轴9正交的相同的线方向上，并且因此磁吸引力在与磁通量接收单元12(可动电极轴9)的轴向正交的方向上作用在磁通量接收单元12上。另外，当采用如图8所示的多个磁通量产生单元13的布置时，例如，通过沿着圆周方向以规则间隔布置这些磁通量产生单元13时，由磁通量产生单元13形成的磁通量的总体分布相对于轴线对称。也就是说，能在不出现磁通量分布不均的情况下产生磁通量。
根据本发明如上所述的真空电容器，在(通过驱动源，比如马达)旋转电容控制单元时，磁通量产生单元围绕真空外壳的外周旋转，并且真空外壳中的磁通量接收单元通过磁通量产生单元的磁吸引力与磁通量产生单元的旋转同步地旋转。也就是，由于磁通量接收单元固定至可动电极轴，所以紧固至可动电极轴的可动电极与磁通量接收单元同步旋转。因此，本发明的真空电容器不需要在现有技术的真空电容器中使用并且在真空外壳的轴向上膨胀和收缩的任何波纹管等。这样，能防止真空外壳(真空室等)的使用寿命缩短。
另外，在对于布置于真空外壳中的每个结构当在高温下产生真空时通过真空状态下的铜焊来实施熔化固定的情况下，例如，优选地将铁磁性材料用于磁通量接收单元。磁通量产生单元能在通过真空状态下的铜焊实施真空外壳中的每个结构的熔化固定之后布置于真空外壳的外部。也就是，例如，在真空电容器的组装期间，在磁通量产生单元暴露至高温气氛的情况下，需要在考虑到由于高温造成的退磁的情况下提供磁通量产生单元(例如，要求使用大尺寸磁体)。然而，类似于本发明的磁通量产生单元，由于能避免在高温真空产生过程期间暴露至高温气氛(以避免由于高温造成的退磁)并且充分利用了磁通量产生单元本本身的性能，所以能防止真空电容器的尺寸较大(或能减小真空电容器的尺寸)。
在图1中，固定电极被分为一侧固定电极和另一侧固定电极，并且它们的引线连接终端定位于一侧密封元件一侧处而不是另一侧密封元件一侧，即，它们的引线连接终端被设置为远离磁通量产生单元。因此，即使在电流施加至固定电极时由于电流的施加而产生热和磁通量，磁通量产生单元也能不受到所述热和磁通量的影响。另外，使用了多个固定电极轴。也就是，由于为一侧固定电极和另一侧固定电极中的每个设置单独的固定电极轴，所以能抑制固定电极轴由于所述热而引起的膨胀/收缩现象。在此情况下，例如，能抑制可动电极和固定电极之间的间隙的变化，因此能获得稳定的电容值。
这里，在固定电极被分为多个固定电极(例如，在电极元件的层配置方向上划分)的情况下，优选地每个划分的固定电极通过引线连接终端被引导至真空外壳的外部，即使在电流施加至固定电极时由于电流的施加产生热和磁通量的情况下，磁通量产生单元也不受所述热和磁通量的影响。
另外，在可动电极轴和面对可动电极轴的真空室内壁中的任一个在可动电极轴和面对可动电极轴的真空室内壁之间的接触部处设有绝缘体，例如绝缘轴设置于可动电极轴的两个端侧的情况下，可动部分(可动电极、可动电极轴)的结构处于其中金属和绝缘体彼此接触的状态。因而不存在金属-金属接触，从而能避免胶结现象(真空状态下金属之间的接合)。此外，通过至少在可动电极轴的面向真空室内壁的部分处采用绝缘体(绝缘轴)，在与其他金属元件等相比绝缘轴具有热阻的情况下，例如，即使可动部分在真空电容器的组装期间暴露至高温气氛，也能抑制可动电极轴由于热引起的膨胀/收缩现象。在此情况下，例如，能进一步抑制可动电极和固定电极之间的间隙的改变，从而能获得更稳定的电容值。
另外，也在使用调节膜片可旋转地支撑可动电极轴的情况下，由于可动电极轴沿与调节膜片相对的密封元件的方向上受力，例如，能抑制可动电极和固定电极之间的间隙的改变，从而能获得更稳定的电容值。另外，通过将调节膜片的接触可动电极轴的部分形成为较小形状(通过形成为尖状部分或锐形部分)，能降低可动电极轴的旋转阻力。这能允许降低真空电容器的驱动力，举例来说，降低旋转电容控制单元的驱动能的消耗，并且还减小真空电容器的尺寸。
虽然仅是详细描述了本发明的上述实施例，对于本领域技术人员而言很显然，在本发明的技术思想的范围内这些实施例能具有变形和修改。这些变形和修改应当包括于权利要求的范围内。
参考标号的说明
1...真空电容器
1a...真空外壳
1b...真空室
2、3...密封元件
4...固定电极
5、8...电极元件
6...固定电极轴
7...可动电极
9...可动电极轴
11a...调节膜片
12...磁通量接收单元
13...磁通量产生单元
14...电容控制单元
Claims (22)
1.一种真空电容器，包括：
在真空外壳中由多个电极元件形成的固定电极；
在所述真空外壳中由布置在所述固定电极的电极元件之间形成的间隙中的多个电极元件形成的可动电极；
支撑所述可动电极的可动电极轴，通过所述可动电极轴的旋转改变所述可动电极与所述固定电极之间呈现的电容；
旋转所述真空外壳中的所述可动电极轴的磁通量接收单元；
位于所述真空外壳外部并且通过磁吸引力旋转所述磁通量接收单元的磁通量产生单元；以及
旋转所述磁通量产生单元的电容控制单元。
2.根据权利要求1的真空电容器，还包括：
支撑部分，设置在所述可动电极轴和面向所述可动电极轴的真空外壳内壁中的任一侧处并且以点支撑的方式支撑另一侧。
3.根据权利要求1的真空电容器，还包括：
施力部件，设置在真空外壳内壁的面向所述可动电极轴的一个端部的一部分处，并且是覆盖和密封形成在所述部分处的穿孔的间隔件，所述施力部件在沿着所述可动电极轴的另一端部的方向对所述可动电极轴施力的同时支撑所述可动电极轴的所述一个端部。
4.根据权利要求1的真空电容器，其中：
所述可动电极轴和面向所述可动电极轴的真空室内壁中的任一个由所述可动电极轴与所述真空室内壁之间的接触部分处的绝缘体形成。
5.根据权利要求3的真空电容器，其中：
所述施力部件是膜片。
6.根据权利要求3的真空电容器，还包括：
支撑部分，形成在所述可动电极轴和面向所述可动电极轴的所述施力部件中的任一侧的接触部分处并且以点支撑的方式支撑另一侧。
7.根据权利要求4的真空电容器，其中：
至少所述可动电极轴与所述真空室内壁相接触的接触部分由所述绝缘体形成。
8.根据权利要求7的真空电容器，其中：
所述绝缘体由氧化铝的百分比含量为92％或更多的陶瓷制成。
9.根据权利要求1的真空电容器，其中：
所述磁通量接收单元和所述磁通量产生单元沿着与所述可动电极轴正交的相同的线方向布置。
10.根据权利要求1的真空电容器，其中：
所述电容控制单元具有多个磁通量产生单元，并且所述多个磁通量产生单元沿着圆周方向以规则的间隔布置。
11.根据权利要求1的真空电容器，其中：
电极元件的每个面积小于所述真空外壳内部的横截面方向上的面积，并且
通过所述可动电极轴在一个回转内的旋转，电容能够在从最小电容值至最大电容值的范围内改变。
12.一种真空电容器，包括：
通过由相应的密封元件封闭绝缘管本体的两个开口端侧而形成的真空外壳；
通过在所述真空外壳中沿所述真空外壳的轴向以一定距离分层布置多个平板状电极元件而形成的固定电极；
通过在所述真空外壳中沿所述真空外壳的轴向以一定距离分层布置多个平板状电极元件而形成的可动电极，所述可动电极固定至沿所述真空外壳的轴向延伸且被可旋转地支撑在所述真空外壳中的可动电极轴，通过所述可动电极轴的旋转，以所述可动电极的每个电极元件与固定电极的电极元件非接触的方式，所述可动电极的每个电极元件插入所述固定电极的电极元件之间的间隙以及从其中抽出，并且与所述固定电极的电极元件交替地重叠；
固定至所述真空外壳中的所述可动电极轴并且接收来自所述真空外壳的外部穿过密封元件的磁通量的磁通量接收单元；以及
具有产生所述磁通量的磁通量产生单元并且在所述密封元件的外部被可旋转地支撑的电容控制单元；并且
通过旋转所述电容控制单元，在所述磁通量的磁吸引力作用下从而也旋转所述磁通量接收单元，所述可动电极相对于所述固定电极的重叠面积改变，从而能够调节电容。
13.根据权利要求12的真空电容器，还包括：
支撑部分，设置在所述可动电极轴和面向所述可动电极轴的真空外壳内壁中的任一侧处并且以点支撑的方式支撑另一侧。
14.根据权利要求12的真空电容器，还包括：
施力部件，设置在所述真空外壳内壁的面向所述可动电极轴的一个端部的一部分处，并且是覆盖和密封形成在所述部分处的穿孔的间隔件，所述施力部件在沿着所述可动电极轴的另一端部的方向对所述可动电极轴施力的同时支撑所述可动电极轴的所述一个端部。
15.根据权利要求12的真空电容器，其中：
所述可动电极轴和面向可动电极轴的真空室内壁中的任一个由所述可动电极轴与所述真空室内壁之间的接触部分处的绝缘体形成。
16.根据权利要求14的真空电容器，其中：
所述施力部件是膜片。
17.根据权利要求14的真空电容器，还包括：
支撑部分，形成在所述可动电极轴和面向所述可动电极轴的所述施力部件中的任一侧的接触部分处并且以点支撑的方式支撑另一侧。
18.根据权利要求15的真空电容器，其中：
至少所述可动电极轴与所述真空室内壁相接触的接触部分由所述绝缘体形成。
19.根据权利要求18的真空电容器，其中：
所述绝缘体由氧化铝的百分比含量为92％或更多的陶瓷制成。
20.根据权利要求12的真空电容器，其中：
所述磁通量接收单元和所述磁通量产生单元沿着与所述可动电极轴正交的相同的线方向布置。
21.根据权利要求12的真空电容器，其中：
所述电容控制单元具有多个磁通量产生单元，并且所述多个磁通量产生单元沿着圆周方向以规则的间隔布置。
22.根据权利要求12的真空电容器，其中：
电极元件的每个面积小于所述真空外壳内部的横截面方向上的面积，并且
通过所述可动电极轴在一个回转内的旋转，电容能够在从最小电容值至最大电容值的范围内改变。
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