DE3943626C2

DE3943626C2 - Induktivität für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung

Info

Publication number: DE3943626C2
Application number: DE3943626A
Authority: DE
Inventors: Shin Nakajima; Akira Yamataka; Hideaki Shimizu; Kiyotaka Yamauchi
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-08-25
Filing date: 1989-08-25
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2009-08-26
Also published as: US4983859A; JPH0258811A; JPH0670922B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktivität für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Einrichtungen wie beispielsweise Sättigungsdrosseln, Transformatoren, Drosselspulen, Beschleunigerzellen werden in Hochspannungsimpulsgeneratorschaltungen eingesetzt, die in Impulsgaslasern wie beispielsweise Excimerlasern oder Kupferdampflasern, Beschleunigern usw. verwandt werden.

Ein Beispiel einer Hochspannungsimpulsgeneratorschaltung für einen Excimerlaser als eine Art eines Impulsgaslasers ist in Fig. 7 der zugehörigen Zeichnung dargestellt und am Ende der Figurenbeschreibung näher erläutert.

Die magnetischen Einrichtungen, die für die obigen Anwendungszwecke verwandt werden, bestehen gewöhnlich aus einem gewickelten Magnetkern, aus einem amorphen Magnetband und einer dünnen Isolierschicht oder Beschichtung, die abwechselnd laminiert sind, so daß sich eine Durchbruchsspannung von etwa einigen 10 kV oder mehr ergibt. Bei dem gewickelten Magnetkern gehen die axialen Enden der dünnen Isolierschicht von den Enden des amorphen Magnetbandes aus, um einen Isolationsdurchbruch des gewickelten Magnetkerns aufgrund einer Entladung an den axialen Endflächen zu vermeiden. Wenn der gewickelte Magnetkern bei einer hohen Folgefrequenz von einigen hundert Hz oder mehr verwandt wird, wird er so angeordnet, daß er durch ein Kühlmittel wie beispielsweise Druckluft, Freongas, ein isolierendes Oil usw. gekühlt werden kann.

Fig. 8 zeigt eine Sättigungsdrossel, die mit einer hohen Folgefrequenz betrieben werden kann, als ein Beispiel einer magnetischen Einrichtung für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung. In Fig. 8 sind ein Eingang oder ein Ausgang 1, ein zylindrischer Koaxialleiter 2 mit einer Außenwand 2a und einer Innenwand 2b, ein Ausgang oder Eingang 3, ein Einlaß 4 für ein Kühlmittel, ein Auslaß 5 für ein Kühlmittel, mehrere Magnetkerne 6, ein isolierender Ring 7 zum Festlegen jedes Magnetkernes 6 an der Innen- oder Außenwand des zylindrischen Koaxialleiters 2 und ein isolierendes Dichtungselement 11 dargestellt, das für eine Isolierung zwischen dem Eingang und dem Ausgang 1, 3 und für eine Abdichtung eines Hohlraumes sorgt, der von der Innen- und der Außenwand 2a, 2b des zylindrischen Koaxialleiters 2 begrenzt wird. Bei dieser Sättigungsdrossel werden die Magnetkerne 6 dadurch gekühlt, daß Kühlöl über eine nicht dargestellte Pumpe umgewälzt wird.

Fig. 9 zeigt einen Transformator mit einem Windungsverhältnis von 1 : 1 als Beispiel der Transformatoren, die in Hochspannungsimpulsgeneratorschaltungen verwandt werden. In Fig. 9 ist ein Anschluß 261 dargestellt, der den Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators gemeinsam ist. Eine Windung der Primärwicklung besteht aus dem Anschluß 261, einem zylindrischen Leiter 262, einem Stableiter 263, einem scheibenförmigen Leiter 264, einem Stableiter 265 und einem Primärwicklungsende 266. Andererseits besteht eine Windung der Sekundärwicklung aus dem Anschluß 261, dem zylindrischen Leiter 262, einem Stableiter 267, einem scheibenförmigen Leiter 268, einem Stableiter 269 und einem Sekundärwicklungsende 270. Im übrigen sind mehrere Magnetkerne 271 am zylindrischen Leiter 262 durch einen isolierenden Ring 272 festgelegt. Bei diesem Transformator werden die Magnetkerne 271 dadurch gekühlt, daß der gesamte Transformator in ein Ölbad getaucht ist.

Fig. 10 zeigt den Aufbau einer Beschleunigerzelle, die bei einem Linearinduktionsbeschleuniger verwandt wird. Eine Eingangswicklung mit einer Windungszahl gleich 1 besteht aus den Anschlüssen 281a, 281b, einem zylindrischen Koaxialleiter 282 und Anschlüssen 283a, 283b und eine Ausgangswicklung mit einer Windungszahl gleich 1 besteht aus den Anschlüssen 291a, 291b, einem zylindrischen Koaxialleiter 292 und einem Anschluß 293. Die Anschlüsse 283a und 283b sowie die Anschlüsse 291a und 291b sind im übrigen jeweils elektrisch miteinander verbunden. Mehrere Magnetkerne 286 sind am zylindrischen Koaxialleiter 282 über Isolierringe 287 festgelegt. Die Magnetkerne 286 werden über ein Kühlöl gekühlt, das von einem Einlaß 296 zu einem Auslaß 297 in der durch einen Pfeil dargestellten Richtung strömt. Ein konisches isolierendes Dichtungselement 294 dient dazu, die Hochspannungsimpulsgeneratorschaltung der Beschleunigerzelle, die mit einem Isolieröl gefüllt ist, gegenüber dem Raum abzudichten, in dem sich die Elektronenstrahlen bewegen.

Bei den oben beschriebenen Magnetkernen für Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtungen, die durch ein Isolieröl gekühlt werden, besteht die Gefahr, daß im Inneren der Magnetkerne durch Magnetkernverluste Hitzeflecken erzeugt werden, wenn die Folgefrequenz beispielsweise auf 1 kHz oder mehr zunimmt. Das hat zur Folge, daß die Eigenschaften der Magnetkerne innerhalb kurzer Zeit nach Betriebsbeginn beeinträchtigt werden. Im extremen Fall werden die magnetischen Eigenschaften der Magnetkerne an den Hitzeflecken drastisch verschlechtert, wobei ihre anfänglichen Eigenschaften nach Wiederinbetriebnahme nicht rückgewonnen werden können. Eine derartige Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften aufgrund der Hitzeflecken ist insbesondere dann deutlich, wenn ein amorphes Magnetband zur Bildung der Magnetkerne benutzt wird.

Aus der gattungsbildenden Druckschrift DE-OS 24 56 092 ist eine Induktivität bekannt, bei der hintereinander regelmäßig beabstandete Magnetkernanordnungen von einem Kühlmittel umströmt werden, das im Zwischenraum zwischen benachbarten Magnetkernanordnungen vom radialen Innenumfang zum Außenumfang und umgekehrt strömt. Eine Aufteilung der Magnetkernanordnungen in einzelne Magnetkerne ist jedoch nicht vorgesehen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Induktivität gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derartig zu verbessern, daß ein verbesserter Wärmefluß von den Magnetkernen zum Kühlmittel auch dann möglich wird, wenn die einzelnen Magnetkernanordnungen aus radial beabstandeten Magnetkernen bestehen, um eine Überhitzung der Magnetkerne und damit auch die Bildung von Wärmeflächen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in einer Querschnittsansicht eine Sättigungsdrossel für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in einer Querschnittsansicht die Magnetkernanordnung, die aus einer Vielzahl von gewickelten Magnetkernen mit verschiedenen Durchmessern besteht, gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 in einer Querschnittsansicht einen gewickelten Magnetkern, aus dem die Magnetkernanordnung in Fig. 2 besteht,

Fig. 4A in einer Vorderansicht ein scheibenförmiges isolierendes Kühlmittelführungselement zum Verhindern eines Kontaktes des Magnetkernes mit dem zylindrischen Koaxialleiter und zum Führen des Kühlmittels, damit dieses in radialer Richtung jedes Magnetkerns fließt,

Fig. 4B eine Seitenansicht des in Fig. 4A dargestellten scheibenförmigen isolierenden Kühlmittelführungselementes,

Fig. 5 in einer Querschnittsansicht einen Transformator für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 in einer Querschnittsansicht eine Beschleunigerzelle gemäß noch eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 7 in einer Querschnittsansicht eine Erregerschaltung für einen Excimerlaser, der eine Hochspannungsimpulsgeneratorschaltung zum Durchführen einer Magnetimpulskompression aufweist,

Fig. 8 in einer Querschnittsansicht eine herkömmliche Sättigungsdrossel für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung,

Fig. 9 in einer Querschnittsansicht einen herkömmlichen Transformator für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung und

Fig. 10 in einer Querschnittsansicht eine herkömmliche Beschleunigerzelle.

Fig. 1 zeigt eine Sättigungsdrossel als ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen magnetischen Einrichtung für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung. In Fig. 1 sind ein Eingangs- oder Ausgangsanschluß 1, ein zylindrischer Koaxialleiter 2 mit einer Außenwand 2a, einer Innenwand 2b und einer Stirnwand 2c zum Begrenzen eines Hohlraumes, ein Ausgangs- oder Eingangsanschluß 3, ein Einlaß 4 für ein Kühlmittel, ein Auslaß 5 für ein Kühlmittel, mehrere gewickelte Magnetkerne 6, von denen jeder aus einem amorphen Magnetband auf Co-Basis beispielsweise und einem Isolierband wie beispielsweise einem Polyethylen-Terephthalat-Folienband, zum Beispiel einem Mylar-Folienband, besteht, isolierende Kühlmittelführungselemente 13, die benachbarte Magnetkerne von einander getrennt halten und einen Durchgang des Kühlmittels erlauben, so daß die Stirnflächen der Magnetkerne gleichmäßig durch das Kühlmittel gekühlt werden können, und ein isolierendes Dichtungselement 11 dargestellt, das elektrisch den Eingangs- und den Ausgangsanschluß 1, 3 isoliert und den Hohlraum zwischen der Innenwand, der Außenwand und der Stirnwand 2a bis 2c des zylindrischen Koaxialleiters 2 abdichtet. Bei dieser Sättigungsdrossel wird ein Kühlmittel wie beispielsweise Kühlöl in den Hohlraum des zylindrischen Koaxialleiters über den Einlaß 4 eingeführt, wobei das Kühlöl im Hohlraum wie durch die Pfeile dargestellt, strömt. Während das Kühlmittel die Stirnflächen jedes Magnetkernes 6 gleichmäßig kühlt, wird es über den Auslaß 5 abgeführt und über eine nicht dargestellte Pumpe rückgeführt.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung werden die Stirnflächen der Magnetkerne 6 gleichmäßig gekühlt. Bei einem gewickelten Magnetkern, insbesondere bei einem gewickelten Magnetkern mit Isolationszwischenlaminierung, wie es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall ist, ist der Wärmekoeffizient des Magnetkernes in radialer Richtung des Magnetkernes extrem kleiner als in seiner axialen Richtung. Um daher den Kühlwirkunsgrad zu erhöhen, ist es wichtig die Stirnflächen jedes Magnetkernes gleichmäßig zu kühlen.

Fig. 1 zeigt eine Magnetkernanordnung 6, die aus einer Vielzahl von gewickelten Magnetkernen besteht. Jedes isolierende Kühlmittelführungselement 13 hält die Magnetkernanordnungen von dem zylindrischen Koaxialleiter und voneinander getrennt und führt das Kühlmittel so, daß die Stirnflächen der gewickelten Magnetkerne durch das Kühlmittel gleichmäßig gekühlt werden können. Bei dieser Sättigungsdrossel wird ein Kühlmittel wie beispielsweise Kühlöl in den Hohlraum durch den Einlaß 4 eingeführt, wobei das Kühlmittel im Hohlraum entlang des Weges strömt, der durch den Pfeil angezeigt ist. Während das Kühlmittel gleichmäßig die Stirnflächen und die Umfangsflächen jedes gewickelten Magnetkernes kühlt, wird es über den Auslaß 5 abgeführt und über eine nicht dargestellte Pumpe rückgeführt.

Fig. 2 zeigt den Aufbau der sättigbaren Magnetkernanordnung, die in Fig. 1 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die sättigbare Magnetkernanordnung aus drei gewickelten Magnetkernen 6a, 6b, 6c mit verschiedenen Durchmessern, die konzentrisch angeordnet sind, wobei isolierende Abstandshalter 14 zwischen benachbarten gewickelten Magnetkernen 6a und 6b sowie 6b und 6c vorgesehen sind, um dazwischen ringförmige Zwischenräume zu bilden.

Fig. 3 zeigt den Aufbau jeden gewickelten Magnetkernes 6a, 6b, 6c in Fig. 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der gewickelte Magnetkern 15 aus einem amorphen Magnetband, das durch ein Polyethylen-Terephthalat-Folienband isoliert ist, das zwischen benachbarte Schichten des amorphen Magnetbandes laminiert ist, wobei der Magnetkern 15 von Edelstahlringen 16 und 17 an seiner Innen- und Außenfläche gehalten ist, um seine Verformung zu verhindern.

Die Fig. 4Aund 4B zeigen den Aufbau des isolierenden Kühlmittelführungselementes, das einen Kontakt der gewickelten Magnetkerne mit dem zylindrischen Koaxialleiter und miteinander verhindert und bewirkt, daß das Kühlöl radial auf den Stirnflächen jedes Magnetkernes fließt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Abstandshalter 18 und 19 vorgesehen, die verhindern, daß die Magnetkerne 6 in einen Kontakt mit dem zylindrischen Koaxialleiter 2 kommen, und sind Öffnungen 20 ausgebildet, um die Strömungsrichtung des Kühlöls zu bestimmen. Eine große Anzahl von Öffnungen 20 ist im isolierenden Kühlmittelführungselement 13 an derartigen Stellen vorgesehen, daß sichergestellt ist, daß die Stirnflächen des gewickelten Magnetkernes gleichmäßig gekühlt werden. Aufgrund des obigen Aufbaus kann der Oberflächenbereich des sättigbaren Magnetkernes 6 vergrößert werden, so daß ein hoher Kühlungswirkungsgrad der Magnetkerne erwartet werden kann.

Bei einem Silikonöl mit einer Viskosität von 5 mm²/s als Kühlöl wurde die Änderung des Kompressionsverhältnisses gegenüber der Zeit bei dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sättigungsdrossel gemäß Fig. 1 und bei einer herkömmlichen Sättigungsdrossel gemäß Fig. 8 gemessen, wobei beide Drosseln in einen KrF-Excimer-Laser mit der in Fig. 7 dargestellten Schaltung eingebaut waren. Die Ergebnisse sind zusammen mit den Versuchsbedingungen in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Kompressionsverhältnis

Versuchsbedingungen:
Eingangsspannung V₁=30 kV Gleichspannung
Kapazität = 15 nF für die Kondensatoren 206, 207, 209
Sättigungsdrossel (in Fig. 1 und Fig. 8 jeweils dargestellt)
Magnetband jedes Magnetkernes: Amorphes Magnetband auf Co-Basis
Anzahl der Magnetkerne: 4
Wirkungsquerschnitt jedes Magnetkernes: 1,2×10^-3 m²
Mittlere magnetische Weglänge: 380×10^-3 m
Folgefrequenz: 1 kHz

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wurde eine extrem kleine Änderung des Kompressionsverhältnisses gegenüber der Zeit erhalten, so daß die Sättigungsdrossel ausreichende Eigenschaften für ihren Einsatz in der Praxis zeigt. Bei der herkömmlichen Sättigungsdrossel nahm andererseits die Sättigungsmagnetflußdichte des Magnetkernes unter dem Einfluß der Hitzeflecken ab, die hauptsächlich im Inneren der Magnetkerne erzeugt werden, so daß das Kompressionsverhältnis drastisch abnahm.

Mit den gleichen Vorrichtungen und unter den gleichen Bedingungen wie bei Tabelle 1 wurden die Beeinträchtigungen der Eigenschaften nach wiederholten Arbeitsphasen ermittelt. Bei diesem Versuch wurde die Sättigungsdrossel 5 Minuten lang betrieben, für eine ausreichende Zeitdauer abgekühlt und dann erneut betrieben, wobei dieser Arbeitsvorgang wiederholt wurde. Zum Zeitpunkt jeder Wiederinbetriebnahme wurde das Kompressionsverhältnis gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 2

Kompressionsverhältis

Versuchsbedingungen:
Eingangsspannung V₁=30 kV Gleichspannung
Kapazität = 15 nF für die Kondensatoren 206, 207, 209
Sättigungsdrossel (in Fig. 1 und Fig. 8 jeweils dargestellt)
Magnetband jedes Magnetkernes: Amorphes Magnetband auf Co-Basis
Anzahl der Magnetkerne: 4
Wirkungsquerschnitt jedes Magnetkernes: 1,2×10^-3 m²
Mittlere magnetische Weglänge: 380×10^-3 m
Folgefrequenz: 1 kHz
Arbeitszeit pro Zyklus: 5 Minuten

Fig. 5 zeigt einen Transformator als weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen magnetischen Einrichtung für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung. In Fig. 5 sind ein Ende 21 einer Primärwicklung mit der Windungszahl 1, ein zylindrischer Koaxialleiter 22, der die Primärwicklung bildet, das andere Ende 23 der Primärwicklung, ein Einlaß 24 für ein Kühlmittel, ein Auslaß 25 für ein Kühlmittel, mehrere gewickelte Magnetkernanordnungen 26, von denen jede aus gewickelten Magnetkernen 35 besteht, die beispielsweise aus einem amorphen Magnetband auf Fe-Basis und einem Isolierband wie beispielsweise einem Polyethylen-Terephthalat- Folienband aufgebaut sind, ein Ende 31 einer Sekundärwicklung, ein Leiter 32, der die Sekundärwicklung mit einer Wiindungszahl 6 bildet, das andere Ende 33 der Sekundärwicklung, ein isolierendes Dichtungselement 34, das ein Ende der Primärwicklung gegenüber ihrem anderen Ende isoliert und einen Hohlraum abdichtet, der von der Primärwicklung begrenzt wird, und ein isolierendes Kühlmittelführungselement 36 dargestellt, das die Magnetkerne vom zylindrischen Koaxialleiter 22 und von einander getrennt hält und einen Durchgang des Kühlmittels derart erlaubt, daß die Stirnflächen der gewickelten Magnetkerne durch das Kühlmittel gleichmäßig gekühlt werden. Bei diesem Aufbau sind das Primärwicklungsende 21 und das Sekundärwicklungsende 31 miteinander verbunden. Bei diesem Transformator haben im übrigen die Magnetkernanordnungen 26 und ein scheibenförmiges isolierendes Kühlmittelführungselement 36 im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die entsprechenden Elemente in Fig. 2-4. Bei diesem Transformator wird ein Kühlmittel wie beispielsweise ein Kühlöl in den Hohlraum des zylindrischen Koaxialleiters (Primärwicklung) durch den Einlaß 24 eingeführt, wobei das Kühlmittel im Hohlraum entlang des durch einen Pfeil dargestellten Weges strömt. Während das Kühlmittel die Stirnflächen jedes Magnetkernes 26 gleichmäßig kühlt, wird es durch den Auslaß 25 abgeführt und durch eine nichtdargestellte Pumpe rückgeführt.

Bei einem Silikonöl mit einer Viskosität von 5 mm²/s als Kühlöl wurde die Änderung der Magnetkernverluste gegenüber der Zeit bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiele eines Transformators für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung und bei dem herkömmlichen in Fig. 9 dargestellten Transformator gemessen. Die Magnetkernverluste werden im übrigen am Anfang mit 1.00 ausgedrückt, und nach einer gegebenen Anzahl von Arbeitsvorgängen werden die Magnetkernverluste durch ein Verhältnis bezogen auf 1.00 ausgedrückt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3

Magnetkernverluste

Versuchsbedingungen:
Transformator (in Fig. 5 und Fig. 9 jeweils dargestellt)
Magnetband jedes Magnetkernes: amorphes Magnetband auf Fe-Basis
Anzahl der Magnetkerne: 3
Wirkungsquerschnitt jedes Magnetkernes: 1,5×10^-3 m²
Mittlere magnetische Weglänge: 380×10^-3 m
Betriebsmagnetflußdichte: 1,8 T
Volle Breite bei Halbmaxima: 1 µs
Folgefrequenz: 1 kHz
Betriebszeit pro Zyklus: 5 Minuten

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wurde eine ausreichend kleine Änderung der Magnetkernverluste gegenüber der Zeit erhalten, so daß der Transformator ausreichende Eigenschaften für seinen Einsatz in der Praxis zeigt. Bei dem herkömmlichen Transformator nahmen andererseits die Magnetkernverluste unter dem Einfluß der Hitzeflecken drastisch zu, die hauptsächlich im Inneren der Magnetkerne erzeugt werden.

Fig. 6 zeigt eine Beschleunigerzelle als noch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen magnetischen Einrichtung für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung. In Fig. 6 sind ein Anschluß 41a, 41b einer Eingangswicklung ein zylindrischer Koaxialleiter 42, der die Eingangswicklung mit einer Windungszahl gleich 1 bildet und eine Außenwand 42a, eine Innenwand 42b und eine Stirnwand 42c aufweist, die einen Hohlraum begrenzen, ein Masseanschluß 43a, 43b der Eingangswicklung, ein Einlaß 44a, 44b für ein Kühlmittel, ein Auslaß 45a, 45b für ein Kühlmittel, mehrere Magnetkernanordnungen 46, von denen jede aus einer Vielzahl von gewickelten Magnetkernen besteht, die beispielsweise aus einem amorphen Magnetband auf Fe-Basis und einem Isolierband wie beispielsweise einem Polyethylen-Terephthalat-Folienband aufgebaut sind, ein Masseanschluß 51a, 51b einer Ausgangswicklung, ein zylindrischer Koaxialleiter 52, der die Ausgangswicklung mit einer Windungszahl gleich 1 bildet, ein Anschluß 53 der Ausgangswicklung, ein konisches isolierendes Dichtungselement 54, das den Zwischenraum zwischen der Außenwand 42a des zylindrischen Koaxialleiters 42 und dem zylindrischen Koaxialleiter 52 abdichtet, und eine Vielzahl von scheibenförmigen isolierenden Kühlmittelführungselementen 56 dargestellt, von denen jedes eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die zwischen den radialen Zwischenräumen der Magnetkernanordnungen angeordnet sind, um die Stirnflächen der gewickelten Magnetkerne gleichmäßig zu kühlen. Bei diesem Aufbau sind der Masseanschluß 43a, 43b der Eingangswicklung 42 und der Masseanschluß 51a, 51b der Ausgangswicklung 52 miteinander verbunden. Bei dieser Beschleunigerzelle wird ein Kühlmittel wie beispielsweise Kühlöl in den Hohlraum, der durch die Innen- und Außenwände 42a, 42b des zylindrischen Koaxialleiters 42 begrenzt wird, über den Einlaß 44a, 44b eingeführt, wobei das Kühlmittel in diesem Hohlraum entlang eines Weges strömt, der durch einen Pfeil angegeben ist. Während das Kühlmittel die Stirnflächen jedes Magnetkernes 46 gleichmäßig kühlt, wird es über den Auslaß 45a, 45b abgeführt und durch eine nicht dargestellte Pumpe rückgeführt.

Bei einem Silikonöl mit einer Viskosität von 5 mm²/s als Kühlöl wurde die Änderung der Magnetkernverluste gegenüber der Zeit bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Beschleunigerzelle für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung und eine herkömmliche Beschleunigerzelle gemessen, die in Fig. 10 dargestellt ist. Die Magnetkernverluste werden am Anfang im übrigen mit 1.00 ausgedrückt, wobei die Magnetkernverluste nach einer gegebenen Anzahl von Arbeitsphasen durch ein Verhältnis bezogen auf 1.00 ausgedrückt werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben.

Tabelle 4

Magnetkernverluste

Versuchsbedingungen:
Beschleunigerzelle (in Fig. 6 und Fig. 10 jeweils dargestellt)
Magnetband jedes Magnetkerns: amorphes Magnetband auf Fe-Basis
Anzahl der Magnetkerne: 3
Wirkungsquerschnitt jedes Magnetkernes: 1,0×10^-3 m²
Mittlere magnetische Weglänge: 1.57 m
Betriebsmagnetflußdichte: 1,8 T
Volle Breite bei Halbmaxima: 50 µs
Folgefrequenz: 100 Hz
Betriebszeit bei jedem Zyklus: 1 Minute

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wurde eine ausreichend kleine Änderung der Magnetkernverluste gegenüber der Zeit erhalten, so daß die Beschleunigerzelle ausreichende Eigenschaften für ihren Einsatz in der Praxis zeigt. Bei der herkömmlichen Beschleunigerzelle nahmen andererseits die Magnetkernverluste unter dem Einfluß der Hitzeflecken drastisch zu, die hauptsächlich im Inneren der Magnetkerne erzeugt werden.

Wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt, ist ein Beispiel einer Hochspannungsimpulsgeneratorschaltung für einen Excimerlaser als eine Art eines Impulsgenerators in Fig. 7 der zugehörigen Zeichnung dargestellt. Die in Fig. 7 dargestellte Schaltung wird Magnetimpulskompressionsschaltung genannt. Eine Gleichspannung V₁ liegt zwischen den Eingängen 201 und 202 in der dargestellten Polarität, wobei während des Zeitintervalls, über das ein Thyratron 204 sperrt, ein Hauptkondensator 206 auf eine Spannung V₁ von etwa einigen 10 kV in der dargestellten Polarität aufgeladen wird. In dieser Schaltung liegt eine Spannung V₂ zwischen den Anschlüssen eines Kondensators 207, nachdem das Thyratron 204 durchgeschaltet ist, und arbeitet eine Sättigungsdrossel 208 derart, daß sie die Spannung V₂ auf eine Spannung V₀ mit einer Impulsbreite von etwa 100 ns komprimiert, die zum Schwingen des Excimerlasers notwendig ist. In diesem Sinne kann die Sättigungsdrossel 208 als Magnetschalter bezeichnet werden. Die Impulsbreite der Spannung V₂, die an beiden Anschlüssen des Kondensators 207 liegt, hängt im übrigen von einer Zeitkonstanten ab, die durch die Kapazitäten der Kondensatoren 206 und 207 und die Induktivität eines Induktors 205 bestimmt ist. Es sind weiterhin Induktivitäten 203 und 212 zum Aufladen des Hauptkondensators 206 und Elektroden 211 zum Entladen Excimerlasers in Fig. 27 dargestellt.

Da bei dieser Schaltung die Impulskompression durch die Verwendung der Sättigungsdrossel 208 erzielt wird, können Spitzenverluste, die zum Zeitpunkt des Durchschaltens des Thyratrons 204 erzeugt werden, und Verluste infolge eines Nachstromes oder eines Rückstromes unterdrückt werden, was zu einer hohen Folgefrequenz, einer großen Ausgangsleistung und einer langen Lebensdauer des Excimerlasers beiträgt.

Claims

1. Induktivität für eine Hochspannungsimpulsgeneratorvorrichtung mit
wenigstens einem zylindrischen Leiter (2), der einen Hohlraum begrenzt und mit einem Einlaß (4) und einem Auslaß (5) für ein Kühlmittel versehen ist,
wobei mehrere gewickelte Magnetkernanordnungen (6) hintereinander regelmäßig beabstandet gegenüber dem Leiter (2) isoliert im Hohlraum angeordnet sind, und
Kanäle (12) vorgesehen sind, durch die das Kühlmittel im wesentlichen in Axialrichtung strömen kann,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Magnetkernanordnungen (6) jeweils aus mehreren gewickelten Magnetkernen (6a, 6b, 6c) bestehen, die konzentrisch zueinander mit einem gegebenen Zwischenraum (12a, 12b) zwischen einander angeordnet sind, wobei die Magnetkernanordnungen (6) axial voneinander beabstandet hintereinander im Hohlraum angebracht sind, und
mehrere scheibenförmige, isolierende Kühlmittelführungselemente (13) im Zwischenraum zwischen je zwei hintereinanderliegenden Magnetkernanordnungen (6) vorgesehen sind, von denen jedes eine Vielzahl von Öffnungen (20) aufweist, die derartig zwischen den radial benachbarten Zwischenräumen der Magnetkerne (6a, 6b, 6c) angeordnet sind, daß das Kühlmittel in einer radialen Richtung jedes gewickelten Magnetkernes (6a, 6b, 6c) in jedem Zwischenraum zwischen axial benachbarten Magnetkernanordnungen (6) strömt.

2. Induktivität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetband amorph ist.

3. Induktivität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kühlmittelführungselementen (13) im Bereich des Innen- und/oder Außenrandes am Umfang verteilte in Axialrichtung sich erstreckende Abstandhalter (18, 19) angeformt sind.

4. Induktivität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenräumen (12a, 12b) zwischen radial benachbarten Magnetkernen (6a, 6b) Abstandhalter (14) am Umfang verteilt angeordnet sind.