JP4302520B2 - 電流性能を向上した可変コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１による電流性能を向上した可変コンデンサ、および請求項１１と１２による使用方法に関する。

可変真空コンデンサは、通常、一方で、金属製ばねベローズと電気的に結合された電極から外部接触位置に電流を通し、他方で、電極の周囲で支配する真空と外部の周囲大気圧との間に機械的に変形可能な隔壁を有する金属製ばねベローズを利用する。長期の寿命を達成するため、すなわち可能な限り多くの動作サイクルを可能にするために、ベローズ材料は、優れた機械的性質を有するように選択しなければならない。他方、ベローズ材料は、電気損失を低減して、機械的な長時間特性に再び悪影響を及ぼすことがある不必要な加熱を回避するために、優れた導電率を有しなければならない。同時に、ベローズの不可欠な折畳み構造によって、長さによる電気抵抗の上昇および直列インダクタンスの増加をもたらす長い電流経路が生じる。

米国特許第３，６１１，０７５号によれば、低い自己共振周波数に優れ、かつ同軸導体用の片側の電気接続部を提供する可変真空コンデンサが公知である。この可変真空コンデンサは特定の用途に指定されるかまたは用途が固定されている。さらに、この可変真空コンデンサは、特に３つの絶縁体部分から構成され、構造的に費用がかかり、同様に不都合である。
米国特許第３，６１１，０７５号

本発明の課題は、従来の実施態様およびその大きさと比較して、従来の公知の寿命期間値の何倍もの増加をもたらす電流性能の際だった向上を可能にする可変コンデンサを提供することである。

本発明のさらなる課題は、既存の用途の定格値を最小の構造費用で簡単に持続的に向上するために既存の実施態様との交換が可能であるように、可変コンデンサの形状を形成することである。

本発明によれば、上記課題は、請求項１に記載の内容による可変コンデンサおよび請求項１１と１２に記載の使用方法によって解決される。

図面を参照して、本発明について以下に記述する。

図１は、電流性能を向上した可変コンデンサの概略断面図を示している。

ハウジング底部１３と、その外側に導電して取り付けられた接続部１４とを有する可変コンデンサ２０は、ハウジング底部１３の内側に、固定電極部の部分である、ハウジング底部と導電結合された内部電極１１を備える。ハウジング底部１３はその外部境界において円筒状ハウジング内に移行し、この円筒状ハウジングに絶縁体リング７の下側が気密固定される。絶縁体リング７の上側に、円筒状ハウジングジャケット５が同様に気密固定され、ハウジングジャケットはその上端において、ハウジングカバーによってその外側に導電して取り付けられた接続部２により閉じられる。ハウジングカバーは、案内装置３を介して可変電極部を移動可能に案内する調整装置１用の開口部を中央に備える。案内装置３はばねベローズ４を介してハウジングカバーの内側と気密結合される。ハウジングジャケット５とばねベローズ４との間に存在する空間は、真空引きまたはガス充填に使用される。内部電極９と、これと直流によりまた機械的に結合された外部電極１０とから構成される可変電極部は、絶縁体６を介して調整装置１と結合される。内部電極９は、コンデンサの中心軸の周りに同心にまたは渦巻状に配置されるある数の電極要素または電極プレートから構成される。調整装置１によって、電極要素および電極プレートが固定電極部の電極内に沈めることが可能である。

ハウジングジャケット５は、絶縁体リング７のハウジングジャケットの固定部の上方で、その内側において、内部ジャケットリング８に導電して継続され、内部ジャケットリングの下端に固定電極部の部分である外部電極１２が固定される。これによって、ハウジングジャケット５は外部電極１２と機械的かつ電気的に結合される。外部電極１２は、コンデンサの中心軸を同心にまたは渦巻状に囲むが固定電極部の内部電極１１から直流的にまた機械的に分離して配置されるある数の電極要素または電極プレートから構成される。

電極要素９、１０、１１、１２は、渦巻状の形状を備えることもできる。

上方接続部２とハウジングジャケット５と内部ジャケットリング８とを介して固定電極部の外部電極１２に給電されることによって、ばねベローズ４は無通電のままであるが、この理由は、絶縁体６が、電極９、１０を有する可変電極部からばねベローズ４を有する案内装置３を直流的に分離するために働くからである。

ばねベローズ４の外側のパスに電流線を案内することによって、純粋に機械的な観点に従ってばねベローズ用の材料を最適化することができる。次に、高周波電流に関しなお有利な金属経路に電流を流すことができる。このことによる位相幾何学的な帰結として、電極パケットは、ばねベローズ４を含む電極９、１０を有する可変電極部用の調整要素が無通電のままであるように設計される。これによって、ばねベローズは加熱を受けず、材料節約が行われる。このことは、可変電極部または調整可能な電極が、コンデンサの容量調整のために固定電極部の部分である直流的に互いに分離された２つの別の電極内に多少深く沈められる電気的なブリッジ機能を引き受けることによって達成することができる。次に、最後に挙げた両方の電極１１、１２は、コンデンサの接続点または接続部との機械的に剛性の電気結合部と結合することができる。コンデンサの両方の接続部２、１４によって、コンデンサが周知の構造と同一または同様の構造形態で１００％の交換可能性を有するように、コンデンサを形成することができる。このことは後付け作業の際に特に有利である。

電極の形態には、大きな限界が設定される。したがって、例えば、固定電極部の電極１１の電極要素は互いに異なる高さを有することができ、これによって、本明細書に詳述しない調整範囲内の新規な容量特性が得られる。しかし、電極要素は同一の高さであることが好ましい。

電極１１について記述したような異なる高さの電極要素を有する構造は、他の電極９、１０と１２、またはそれらの部分にも適用される。本発明によれば、同時に寿命を５倍に高めつつ電流負荷の増加は２０〜３０％になり、すなわち、最高５倍までサイクルを実施することができる。

このような可変コンデンサの記述した構造は、真空コンデンサに適用されることが好ましいが、ガス充填されたコンデンサにも原則として有効である。

図２は接続互換性の可変真空コンデンサの第１の実施例を示している。

図示した可変真空コンデンサは、図１によるコンデンサの構造に本質的に一致し、また次に述べる違いを有する。絶縁体リング７は、コンデンサの全高が１３０ｍｍの場合、直径９０ｍｍ、断面２０ｘ７ｍｍを有し、またハウジング底部１３の上方に僅かな間隔を空けて存在する。ハウジングジャケット５はより長く形成され、内部ジャケットリングは省略され、また固定電極部の外部電極１２はハウジングジャケット５の絶縁体リング７の上方にほぼ垂直に固定される。容量は５００ｐＦ、許容電圧は１０ｋＶｐｔである（ピーク試験）。

電極１２と１１用の接続部２と１４は、外径７０ｍｍまたは３５ｍｍでリング状に製造され、この結果、前記接続部は、全高１３０ｍｍの既存の可変真空コンデンサの接続形状を備え、既存の可変真空コンデンサに代えて簡単に交換することができ、すなわち接続互換性を有する。

図３は、大きな下方接続リングを有する可変真空コンデンサの第２の実施例を示している。

図示した可変真空コンデンサは、図２によるコンデンサの構造に本質的に一致する。可変真空コンデンサは次に述べる違いを有する。絶縁体リング７は寸法８０ｘ１５ｍｍのセラミックリングである。絶縁体６は外径４０ｍｍ、断面１５ｘ５ｍｍのセラミックリングである。全高は１２０ｍｍである。容量は８００ｐＦ、許容電圧は５ｋＶｐｔである（ピーク試験）。電極１２用の接続部１４は外径７０ｍｍでリング状に製造され、この結果、前記接続部は、全高１２０ｍｍの既存の真空コンデンサの接続形状の条件も満たし、この既存の真空コンデンサと完全に接続互換性を有する。

図４は、ハウジング底部の部分として絶縁体を有するガス充填された可変コンデンサの第３の実施例を示している。

図示したガス充填された可変コンデンサは、図２によるコンデンサの構造に本質的に一致する。可変コンデンサは次に述べる違いを有する。絶縁体リング７は円盤状に形成され、ハウジング底部１３の構成部分である。絶縁体リングは外径８０ｍｍ、断面５ｘ１５ｍｍを有する。コンデンサの全高は１２０ｍｍである。容量は１０００ｐＦ、許容電圧は５ｋＶｐｔである（ピーク試験）。電極１１用の接続部１４はリング状であり、外径は５２ｍｍ、断面は１．５ｘ１３ｍｍである。ばねベローズ４とハウジングジャケット５との間の空間には、通常のガス充填部がある。

本発明による可変コンデンサの利点は、同時に数倍の寿命を有しつつ電流負荷が高くなることである。電気的要件と機械的要件との間の従来の妥協的解決方法は不必要となる。

さらに、製造は同一の構造で行うことができ、すなわち、同一のまたは少なくとも非常に類似したハウジングを提供し、これによって、既存の機器構造のＨＦ電流の増大、ＨＦ出力の増大および寿命の延長に関して簡単な「アップグレード」が可能になる。

このようなコンデンサが使用される新しい構造は、寸法それ自体を大きくすることなく、より高いＨＦ電流およびＨＦ出力のために設計することができる。

電気的出力損失の低減によって電気経路の抵抗が減少し、全体効率の向上をもたらす。電気回路の短縮は直列インダクタンスの低減ももたらし、これにより、真空コンデンサの適用範囲が超短波の範囲（＞１５０ＭＨｚ）まで拡大される。

可変電極部の１つのみの第２の絶縁体によって、ばねベローズが無通電保持されることが特に有利であることが実証されている。

このような可変コンデンサは、高周波発生器および工業用ＨＦ利用のためのマッチボックスと適合ネットワークにおいて、ＨＦ出力電子回路内および送信システムの出力部内の調整可能なフィルタとして使用される。

本発明で重要なことは、本発明によるコンデンサが、電極の特別な配列によって周知の構造よりも明らかに高い電流を許容すること、本発明によるコンデンサが同時に予測寿命の延長に優れていること、および本発明によるコンデンサが接続互換性を有することである。

電流性能を向上した本発明による可変コンデンサの概略断面図である。 接続互換性の可変真空コンデンサの第１の実施例の図面である。 小さな下方接続リングを有する可変真空コンデンサの第２の実施例の図面である。 ハウジング底部の部分として絶縁体を有するガス充填された可変コンデンサの第３の実施例の図面である。

Claims (12)

1. 固定電極部および可変電極部と、ハウジング底部（１３）と、絶縁体リング（７）と、ハウジングジャケット（５）と、ばねベローズ（４）と、調整装置（１）とを含む可変コンデンサにおいて、前記固定電極部が、内部電極（１１）と、該内部電極によって直流的に分離された外部電極（１２）とから構成されることと、前記可変電極部が、内部電極（９）と、該内部電極と直流結合された外部電極（１０）とから構成されることと、前記可変電極部が絶縁体（６）を介して調整装置（１）と結合され、かつ前記調整装置がばねベローズ（４）を介してハウジングジャケット（５）と気密結合されることと、ハウジングジャケット（５）がハウジング底部（１３）から絶縁体リング（７）によって分離されることと、また前記可変電極部の内部および外部電極（９、１０）が案内装置（３）を介して調整装置（１）によって移動可能であり、かつ前記固定電極部の内部および外部電極（１１、１２）内に沈め可能に配置され、ばねベローズ（４）が無通電であることとを特徴とする可変コンデンサ。
2. 前記固定電極部の外部電極（１２）がハウジングジャケット（５）と電気的に結合され、前記ハウジングジャケットがその上側に一方の電流供給が行われる外部電極（１２）の接続部（２）を備え、また前記固定電極部の内部電極（１１）が他方の電流供給が行われる下方接続部（１４）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の可変コンデンサ。
3. 前記固定電極部の外部電極（１２）が内側ジャケットリング（８）によってハウジングジャケット（５）と電気的に結合されることを特徴とする、請求項１または２に記載の可変コンデンサ。
4. 前記可変コンデンサが、既存の可変コンデンサと外部構造が同一の形状を備え、したがって、前記既存の可変コンデンサと交換可能または接続互換性を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変コンデンサ。
5. 電極（９、１０、１１、１２）の電極要素が、同心に配置された個別電極から構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変コンデンサ。
6. 電極（９、１０、１１、１２）が同心に互いに配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の可変コンデンサ。
7. 電極（９、１０、１１、１２）が、渦巻状に配置された電極要素からまたは個別電極から構成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の可変コンデンサ。
8. 電極（９、１０、１１、１２）が同心に互いに配置されることを特徴とする、請求項７に記載の可変コンデンサ。
9. 外部電極（１０、１２）が、内部電極（９、１１）に対して異なる電極高さを有するが、好ましくは同一の高さであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の可変コンデンサ。
10. 電極（９、１０、１１、１２）の電極要素が互いに異なる高さを有するが、好ましくは同一の高さであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の可変コンデンサ。
11. 高周波発生器におけるおよび工業用ＨＦ利用のためのマッチボックスと適合ネットワークにおける、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の可変コンデンサの使用方法。
12. ＨＦ出力電子回路内および送信システムの出力部内の調整可能なフィルタにおける、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の可変コンデンサの使用方法。

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