CN102239534B - 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)的轴向上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)之间的空间。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),可动电极(7)和固定电极(4)之间的重叠面积改变,改变了电容。
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:其电容值固定的固定型真空电容器以及其电容值可变的可变型真空电容器(例如,专利文献1~4)。
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在通过使用波纹管(bellows)等保持真空外壳中的真空状态的同时通过移动可动电极来使其电容变化。对于真空外壳,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(例如,这些圆柱形电极元件以一定距离布置)的多个大体圆柱形电极元件所形成。固定电极在真空外壳内布置于密封元件之一(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,可动电极由其直径彼此不同并且同心地布置(例如,这些圆柱形电极元件以一定距离布置)的多个大体圆柱形电极元件所形成。可动电极布置于真空外壳内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成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地重叠固定电极的电极元件)。这个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背面侧(例如从可动支撑元件的面对另一侧密封元件的表面侧)相对于真空外壳的轴向延伸的杆(下文中称为可动杆)形成。这个可动电极轴例如通过设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。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阴螺纹部分拧到形成于可动杆的所述一端侧处的阳螺纹部分上),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等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通路的一部分,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,在真空外壳中的固定电极、可动电极和波纹管包围出的空间保持气密作为真空室(该空间处于真空状态)的情况下,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。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,并且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,已知的是具有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变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,那么就进行了阻抗调节。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。
引用专利文献列表
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
专利文献4:PCT国际申请的日文译文No.JPA-2005504444
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,能得知需要具有膨胀/收缩性质的金属元件,比如波纹管(以将真空外壳的内部分隔为真空室和大气室)。另外能得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,需要可动电极轴的移动抵抗真空室的分割壁(波纹管、绝缘管本体和另一侧密封元件等)处出现的压力进行。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,因此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通路时,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。
在由电容控制单元引起的旋转运动转变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个旋转运动,所以就需要花费很多时间来调节电容,因此难以瞬时地改变电容值。
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,其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,固定电极被划分为多个固定电极并且每个固定电极通过相应的引线连接端子被引导至真空外壳的外部且彼此串联地电连接,并且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。
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,其固定至沿真空外壳的轴向延伸且在真空外壳中被可旋转地支撑的可动电极轴,并且通过可动电极轴的旋转,在可动电极的每个电极元件不与固定电极的电极元件相接触的情况下,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地重叠固定电极的电极元件;固定至真空外壳中的可动电极轴并且从真空外壳的外部穿过密封元件接收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,并且固定电极被划分为多个固定电极且每个固定电极通过相应的引线连接端子引导至真空外壳的外部且彼此串联地电连接,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被改变,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,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,固定电极被划分为多个固定电极并且每个固定电极通过相应的引线连接端子被引导至真空外壳的外部且彼此电连接,并且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,并且通过将引线连接端子定位为远离磁通量产生单元,以降低在将电流施加至引线连接端子时所产生的热和磁通量对磁通量产生单元的干扰。
根据本发明的再一个方面,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在真空外壳中被可旋转地支撑的可动电极轴,并且通过可动电极轴的旋转,在可动电极的每个电极元件不与固定电极的电极元件相接触的情况下,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地重叠固定电极的电极元件;固定至真空外壳中的可动电极轴并且从真空外壳的外部穿过密封元件接收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,并且固定电极沿电极元件的分层布置方向被分为多个固定电极且每个固定电极通过相应的引线连接端子从这些固定电极之间的间隙引导至真空外壳的外部且彼此电连接,通过将引线连接端子定位为远离磁通量产生单元,降低了在将电流施加至引线连接端子时所产生的热和磁通量对磁通量产生单元的干扰,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被改变,从而能够调节电容。这里,绝缘管本体可划分为多个绝缘管本体,并且相应引线连接端子中的至少一个布置于被划分的绝缘管本体之间。
这里,作为被划分为多个固定电极的固定电极的实施例,固定电极可由相应的固定电极轴支撑。
另外,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布置在与可动电极轴正交的同一直线方向上。
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,作为每个电极元件的面积的实施例,每个电极元件的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。
另外,施力部件可设置于真空外壳的内壁的面向可动电极轴一个端部的一部分处,并且作为从真空外壳的内部将形成于所述部分处的穿孔覆盖和密封的分隔件,并且支撑可动电极的所述一个端部同时沿可动电极轴的另一端部的方向对可动电极轴施力。
另外,支撑部分可设置于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。
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瞬时改变。
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是用于解释根据本实施例的布置于真空室中的可动电极的例子的示意图。
图4是用于解释根据本实施例的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是用于解释根据本实施例的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是用于解释根据本实施例的电容控制单元的支撑结构的例子的示意图。
图7是用于解释根据本实施例的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是用于解释根据本实施例的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8解释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标识真空外壳。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中位于下侧)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以便使之直立的槽部分2c(在图2中为三个槽部分)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的槽部分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中位于上侧)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中位于上侧)的盖元件3d。作为用于后面提到的磁通量产生单元13的运动通道的环状槽部分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的槽部分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标识通过沿真空室1b的轴向(沿连接密封元件2和3的线的方向)以一定距离(该距离与可动电极7的电极元件8的厚度相比更大)分层布置多个平板状电极元件5来形成的固定电极。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,且电连接至设置在盖元件2b在真空室1b外部的外侧处的引线连接端子(未示出)。另一固定电极轴6b由穿过绝缘管本体并且定位于绝缘管本体1a的纵向中部处的引线连接端子6c固定地支撑。固定电极轴6b电连接至引线连接端子6c。这样,固定电极4被分成定位于一侧密封元件2侧并且电连接至引线连接端子(未示出)的电极(下文中称为一侧固定电极)以及定位于另一侧密封元件3侧且电连接至引线连接端子6c的电极(下文中称为另一侧固定电极)。
参考标号7标识(与固定电极4相同)通过沿真空室1b的轴向以一定距离(该距离与固定电极4的电极元件5的厚度相比更大)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内部以使得在可动电极7的每个电极元件8不与固定电极4的电极元件5相接触的情况下,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并且交替地重叠电极元件5。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。图1中的可动电极轴9在其两端处设置有绝缘轴9a和9b。分别通过穿孔11b和槽部分3f可旋转地支撑绝缘轴9a和绝缘轴9b。
这里,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被分成定位于一侧密封元件2侧并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)和定位于另一侧密封元件3侧并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是由一侧固定电极和一侧可动电极之间的重叠面积所引起的电容(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所引起的电容(下文中称为另一侧电容)的总电容。因此,真空外壳1的构造是串联地连接两个电容器的构造。
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相应的引线连接端子电连接至真空外壳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也分别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,构想其中相应的引线连接端子中的至少一个布置于被划分的绝缘管本体1a之间的构造。
关于位于一侧密封元件2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的真空状态的结构即可,能应用各种结构。例如,如图1中所示,该结构能够是其中将设有穿孔11b(具有可动电极轴9的一端侧(在图1中是绝缘轴9a)能穿过的这种形状)的导向件11c设置成从真空室1b的内部覆盖设置于槽部分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形成于槽部分2d中的情况下,调节膜片11a根据真空外壳1的外部的环境气压和真空室1b的真空压力之间的差被挤压变形。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。因此可动电极轴9受到支撑的同时在另一侧密封元件3的方向上受压。
另外,在使用其中可动电极轴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以点支撑的构造的情况下,例如,接触区域与可动电极轴9的所述一个端面的整个表面受到支撑的情况相比较小。因此,能降低可动电极轴9的旋转阻力。另外,同样在使用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板状并且可动电极轴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那种构造,就能降低旋转阻力。
参考标号12标识磁通量接收单元,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标识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被可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的旋转而在槽部分3e中移动的磁通量产生单元13。该磁通量产生单元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,;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,每个均能以多种方式固定。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来执行熔融固定。
图2是固定电极4的一部分的分解透视图,用来解释布置于真空室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。然后将电极元件5层叠成固定电极轴6穿过每个固定孔5a。为了在电极元件5之间形成空间,例如,如图2所示,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设置于电极元件5之间的每个空间中,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。于是适当地形成切割部分5c等,如图2所示。另外,要求固定电极轴6不对插入固定电极4以及从其中抽出的可动电极7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是用来解释布置于真空室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。然后将电极元件8层叠成可动电极轴9穿过每个固定孔8a。为了在电极元件8之间形成空间,例如,如图3所示,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设置于电极元件8之间的每个空间中,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)。另外,同样在采用其中接触可动电极轴9的部分11e没有形成为尖状而是形成为平板状并且可动电极轴9的端面形成为尖状然后所述端面在这个顶点处接触所述部分11e构造的情况下,能获得相同的效果。
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对固定电极轴6和间隔件5b等干扰。例如,如图3所示,使用与电极元件5相比具有更小面积的电极元件8。
图4和5是用来解释通过固定电极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方向上旋转并且重叠固定电极4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1~5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,并且各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。即,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瞬时地改变。
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,可能会出现在将固定电极4布置于真空室1b中之后难以安装可动电极7的情形(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,能认为具有组装优点。
图6是用来解释电容控制单元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轴14b)并且通过轴承(无油轴承等)14d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是用来解释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,磁通量接收单元12通过在盘元件12a处以规则间隔布置四个接收壁12b来形成。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,借助于由磁通量产生单元13产生的磁通量φ,在接收壁12b和磁通量产生单元13之间形成磁路,并且产生磁吸引力。在电容控制单元14在如上所述产生磁吸引力的状态下旋转(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在如上所述根据磁吸引力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,当通过磁吸引力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等来控制电容控制单元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正交的同一直线方向上,并且因此磁吸引力在与磁通量接收单元12的轴向(可动电极轴9)正交的方向上作用在磁通量接收单元12上。另外,当使用如图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。
根据如上所述本发明的真空电容器,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由于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,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执行熔融固定的情况下,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执行真空外壳中的每个结构的熔融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磁通量产生单元暴露至高温气氛的情况下,要求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)并且完全利用了磁通量产生单元本质上具有的能力,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端子定位于一侧密封元件侧处而不是另一侧密封元件侧,即,它们的引线连接端子定位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,能抑制固定电极轴由于所述热引起的膨胀/收缩。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,在电极元件的分层布置方向上划分)的情况下,优选地每个被划分的固定电极通过引线连接端子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,在可动电极轴的两个端部都由绝缘体形成并且可动电极与真空外壳的外部电绝缘并且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,并且能避免胶结现象(真空状态下金属之间的接合)。在与其他金属元件等相比绝缘轴具有耐热性的情况下,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。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,并且能获得更稳定的电容值。
另外,还在使用调节膜片可旋转地支撑可动电极轴的情况下,由于可动电极轴在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,并且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角部分),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型和变化。这些变型和变化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 (17)
1.一种真空电容器,其包括:
在真空外壳中由多个电极元件形成的固定电极,所述固定电极被分为多个固定电极且每个固定电极通过相应的引线连接端子引导至所述真空外壳的外部且彼此串联地电连接,
在所述真空外壳中由在形成于固定电极的电极元件之间的间隙中布置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,通过旋转所述可动电极轴来改变所述可动电极与所述固定电极之间呈现的电容;
使所述真空外壳中的可动电极轴旋转的磁通量接收单元;
定位于所述真空外壳的外部并且通过磁吸引力来旋转所述磁通量接收单元的磁通量产生单元;以及
使所述磁通量产生单元旋转的电容控制单元。
2.根据权利要求1的真空电容器,其中:通过将所述引线连接端子定位为远离所述磁通量产生单元,降低了在将电流施加至所述引线连接端子时所产生的热和磁通量对磁通量产生单元的干扰。
3.根据权利要求2的真空电容器,其中:被分为多个固定电极的所述固定电极由相应的多个固定电极轴支撑。
4.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布置在与可动电极轴正交的同一直线方向上。
5.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所述磁通量产生单元,以及
多个所述磁通量产生单元沿着圆周方向以规则的间隔布置。
6.根据权利要求1的真空电容器,其中:
每个电极元件的面积小于真空外壳内部的横截面方向上的面积,以及
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。
7.根据权利要求1的真空电容器,还包括:
施力部件,所述施力部件设置于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,并且作为从所述真空外壳的内部将形成于所述部分处的穿孔覆盖和密封的分隔件,并且支撑所述可动电极的所述一个端部同时沿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。
8.根据权利要求1的真空电容器,还包括:
支撑部分,其设置于所述可动电极轴和面向可动电极轴的真空外壳内壁的任一侧处并且以点支撑的方式支撑另一侧。
9.一种真空电容器,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真空外壳的轴向以一定距离分层布置多个平板状电极而形成的可动电极,所述可动电极固定至沿所述真空外壳的轴向延伸且在真空外壳中被可旋转地支撑的可动电极轴,并且通过所述可动电极轴的旋转,在所述可动电极的每个电极元件不与所述固定电极的电极元件相接触的情况下,所述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所述间隙中抽出并且交替地重叠所述固定电极的电极元件;
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
所述固定电极被分为多个固定电极且每个固定电极通过相应的引线连接端子被引导至所述真空外壳的外部且彼此串联地电连接,并且
通过旋转所述电容控制单元,在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。
10.根据权利要求9的真空电容器,其中:
所述固定电极沿电极元件的分层布置方向被分为多个固定电极且每个固定电极通过相应的引线连接端子从这些固定电极之间的间隙被引导至所述真空外壳的外部且彼此电连接,并且
通过将引线连接端子定位为远离所述磁通量产生单元,降低了在将电流施加至引线连接端子时所产生的热和磁通量对磁通量产生单元的干扰。
11.如权利要求9所述的真空电容器,其中:
所述绝缘管本体被分为多个绝缘管本体,并且相应引线连接端子中的至少一个布置于被划分的这些绝缘管本体之间。
12.根据权利要求10的真空电容器,其中:
被分为多个固定电极的所述固定电极由相应的多个固定电极轴支撑。
13.根据权利要求9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布置在与所述可动电极轴正交的同一直线方向上。
14.根据权利要求9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
这些磁通量产生单元沿着圆周方向以规则的间隔布置。
15.根据权利要求9的真空电容器,其中:
每个电极元件的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。
16.根据权利要求9的真空电容器,还包括:
施力部件,所述施力部件设置于所述真空外壳的内壁的面向可动电极轴的一个端部的一部分处,并且作为从所述真空外壳的内部将形成于所述部分处的穿孔覆盖和密封的分隔件,并且支撑所述可动电极的所述一个端部同时沿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。
17.根据权利要求9的真空电容器,还包括:
支撑部分,其设置于所述可动电极轴和面向所述可动电极轴的真空外壳内壁的任一侧处并且以点支撑的方式支撑另一侧。
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