WO2014173553A1 - Induktive isolation von spannungsquellen eines iva mittels einzelner gekoppelter spulen - Google Patents

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WO2014173553A1
WO2014173553A1 PCT/EP2014/052413 EP2014052413W WO2014173553A1 WO 2014173553 A1 WO2014173553 A1 WO 2014173553A1 EP 2014052413 W EP2014052413 W EP 2014052413W WO 2014173553 A1 WO2014173553 A1 WO 2014173553A1
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WO
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discrete
coils
along
transmission line
stage
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PCT/EP2014/052413
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Hartmann
Martin Hergt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
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    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback

Definitions

  • the present invention relates to a device for He ⁇ generation of high voltage pulses according to the preamble of the main claim and a corresponding method.
  • electrical power pulse technique Pulsed Power
  • high-voltage and high ⁇ pulses are used by a few kW to several hundred TW amplitude for scientific and industrial purposes in the field, which are in ⁇ pulse take in the ps to ms range.
  • Pulsge ⁇ generator for example, voltages of
  • 250 kV can generate currents of a few 10 kA with a pulse duration of 1 ys to 2 ys.
  • IVA inductive voltage adder
  • the voltage sources are wired together in parallel in the stationary state, while the pulse phase are decoupled according to the prior art via an inductance and, due to the topology of the IVA to a series ⁇ circuit composed.
  • the value of the inductance is defined by the geometry and the susceptibility of the core material.
  • the Indukti ⁇ tivity must have a sufficiently high reaction up for the momentum to implement a series connection of voltage sources with each other without large losses by other mass- flowing through the inductor currents.
  • the inductance for series connection of the voltage sources substantially determines the volume and cost of the IVA.
  • FIG. 1 shows the conventional principle of an IVA.
  • FIG. 1 shows the basic principle of the IVA using the example of four stages.
  • a serial arrangement of voltage sources which are shown in Figure 1 on the left side, can be impulse lines, as shown on the right side of Figure 1, as
  • Coupling inductances according to the embodiment of an IVA achieve.
  • a compact structure is possible if an inductive power supply is used in the Addi ⁇ tion of impulse lines of individual stages in place of the term.
  • the principle of voltage addition by means of magnetic feed, according to the IVA, is shown in FIG.
  • Figure 2 shows a conventional embodiment of an IVA with magnetic isolation.
  • Figure 2 shows six stages, the are arranged coaxially.
  • Reference numeral 1 denotes a vacuum interface
  • reference numeral 3 denotes a vacuum
  • reference numeral 5 denotes an annular gap
  • reference numeral 7 denotes a magnetic core
  • reference numeral 9 denotes a particle beam gap for generating
  • Electron or ion beams in vacuum and reference numeral 11 denotes oil.
  • the cylindrical cavities form an inner conductor of the IVA and are fed radially by conventional, coaxially arranged voltage sources Ux.
  • each of the individual cavities delivers a pulse of, for example, 0, 1 to 50 ys duration with a voltage amplitude UQ of a few kV, for example in
  • the vector addition of the electromagnetic fields in the transition region to the coaxial transmission line is utilized.
  • the IVA generates a voltage pulse, which is superimposed on the sum of the n (n: number of stages) individual voltage sources.
  • an arrangement according to FIG. 2 generates a sixfold voltage pulse relative to the voltage sources Ux.
  • the positive conductor of one voltage source is connected to the negative one of the following. As a result, a conductive connection between the center electrode and the downstream outer electrode is inevitably produced in each cavity.
  • the impedance of the connection is greatly increased by increasing the relative permeability in this section.
  • a partial volume of the voltage source is filled with toroidal cores made of ferromagnetic material.
  • the duration for which the magnetic core can be considered as being unsaturated ⁇ is given by the cross-section of the toroidal core, as well as the sum of the remanent and saturation inductance.
  • a suitable ferromagnetic material must have a high saturation inductance and a steep hysteresis curve. Since, in the known embodiments, the conductor geometry spans only a single turn, its cross-sectional area A must be sufficiently large in order to produce with the aid of this one turn a sufficiently large inductance having the desired impedance in the considered frequency range.
  • the object is achieved by a device according to the main claim and a method according to the independent claim.
  • a device for generating high-voltage pulses in particular an inductive
  • Voltage adder claimed, wherein during the Pulserzeu ⁇ supply electromagnetic fields of a series n discrete along a Wellenausbreitungshauptachse arranged stages of voltage sources are combined in a transformer, wherein in each stage electromag ⁇ netic waves each propagate along a coaxial transmission line, wherein the electromagnetic waves per stage in the coaxial transmission line by means of pulse ⁇ streams by a Einkopplungsinduktterrorism generating number of discrete inductors, in particular, discrete coils are coupled which are so magnetically administratei ⁇ Nander coupled such that their magnetic fluxes along a plane to the wave propagation major axis rotations ⁇ symmetrical Layer circle and add.
  • a method for generating high-voltage pulses in particular an inductive
  • Voltage adder wherein during the Pulserzeu ⁇ supply electromagnetic fields of a series n discrete along a Wellenausbreitungshauptachse arranged stages of voltage sources are combined in a transformer, wherein in each stage electromagnetic waves propagate along each along a coaxial transmission ⁇ ons ein, wherein the electromagnetic waves per stage in the coaxial transmission line by means of pulse ⁇ currents through a coupling inductance generating Number of discrete inductors, in particular discrete coils are coupled, which are magnetically administratei ⁇ nander coupled to each other, that overlap their magnetic fluxes along a rotationally symmetrical to the wave propagation main axis circular line and add.
  • the object of the invention is that a coupling from ⁇ finally takes place in particular toroidal coils and thereby a conventional external inductance with a large iron core is obsolete.
  • the energy coupling then no longer takes place via radial transmission lines, but exclusively via the coupling of pulse currents in such toroidal coils within a coaxial arrangement.
  • discrete inductors in particular in the form of discrete coils are spatially arranged in such a way that their fluxes are superimposed in egg ⁇ ner circumferential direction of a IVA-arrangement or decode ad- so that even without the use of common, annular iron cores, an arrangement is obtained which effectively minimizes stray magnetic fields which would conventionally lead to severe disturbances.
  • this is made possible when the individual step voltages of the IVA are in the range of a few kV up to a few 10 kV, so that the discrete inductances or the discrete coils can be electrically isolated for these voltages with little effort.
  • the necessary air gap is comparatively easy to electrically insulate.
  • Advantages of the invention are a mass reduction of an iron core through the use of discrete coupled inductors or of discrete coupled coils, a more cost-effective, more compact design and thus a reduction tion of losses, especially at long pulse durations and a feasibility of long pulse durations, for example> 1 ys (microsecond).
  • shafts may each propagate into a coaxial transmission line with all the coaxial transmission lines of the IVA sequentially arranged along a wave propagating main axis. Further advantageous embodiments are claimed in conjunction with the subclaims.
  • Inductors of a stage along a wave extension main axis rotationally symmetric spatial extent to be arranged around the coaxial transmission line around.
  • the rotationally symmetrical spatial extent can be created as a cross-sectional area surrounding the wave propagation main axis.
  • the circumferential cross-sectional area may be a circular area and the rotationally symmetric spatial extent may be a torus.
  • the inductances of a stage can be discrete coils that surround or enclose the circumferential cross-sectional area.
  • the advantages of this form of inductive decoupling are that the value of the inductance can be massively increased due to the number of turns N with ⁇ means N 2 .
  • the discrete coils can be arranged alongside one another along the circulation of the cross-sectional area.
  • the discrete coils can each have, in particular two, mutually bifilar windings.
  • the discrete coils may be arranged on a side facing the coaxial transmission line or on a radially extending side or in this. According to a further advantageous embodiment, the discrete coils can be generated as discrete air coils arranged along the rotationally symmetrical spatial extension.
  • an air coil with a corresponding number of windings can be sufficient, in particular for short pulses, so that conventional restrictions such as saturability of a core material, cut-off frequency, high-frequency losses as a result of eddy currents and the like are avoided.
  • conventional restrictions such as saturability of a core material, cut-off frequency, high-frequency losses as a result of eddy currents and the like are avoided.
  • the rotationally symmetric spatial extent of a ferromagnetic material in particular an iron ring or ferrite ring, at least partially filled.
  • the gap between two adjacent discrete coils of a ferromagnetic material, in particular an iron ring portion at least partially filled.
  • the discrete coils can have wire windings produced by means of stranded wire, round wire or flat wire.
  • the discrete coils may have two windings, in which a symmetrical feed of outer sides of a power supply and from this a symmetrical current drain in ei ⁇ ner center of the feed to be created on another side of an air gap.
  • Figure 1 is a conventional embodiment of an IVA
  • FIG. 2 shows a further conventional exemplary embodiment of an IVA
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of second coils according to the invention
  • Figure 4 shows a first embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESS coil assembly
  • Figure 5 shows a second embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESS coil assembly
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a fiction, modern ⁇ discrete coil
  • FIG. 7 is an illustration of an IVA with DC and mating signals
  • FIG. 8 shows a third exemplary embodiment of a coil arrangement according to the invention.
  • Figure 9 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 3 shows a first embodiment of an OF INVENTION ⁇ to the invention the coil assembly.
  • a corresponding embodiment of an inductive Isolati on of individual stages in an IVA is shown in FIG.
  • the Isola tion is realized by means of discrete inductances, which are magnetically coupled with each other.
  • Figure 3 shows a schematic representation of such coupled coils.
  • FIG. 3 shows a detail of a coil arrangement according to the invention. According to this segment are two coils 21 along ei ⁇ nes iron ring 23 arranged in series.
  • the magneti ⁇ rule flows ⁇ ] _ and ⁇ 2 are added so that a total flow ⁇ ⁇ ⁇ is obtained.
  • a corresponding inductance PG P total / Bacular overall Figure 3 shows respective incoming currents Ij_ n and outgoing currents I Q ut- Di ese two coils 21 are coupled according to the present invention, so that the resulting total magnetic flux results.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a coil arrangement according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an IVA with coupled coils.
  • Reference numeral 21 denotes an arrangement of coils 21.
  • Figure 4 shows a schematic sectional view of a IVA with diskre ⁇ th, magnetically coupled in the circumferential direction of the coil IVA elements or coils 21.
  • the coils 21 are arranged in toroidal each stage. 13
  • the coils Kings be ⁇ nen just inserted on another side of the Indukt foundeds Kunststoffe.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of an OF INVENTION ⁇ to the invention the coil assembly.
  • FIG. 5 shows a plan view of the IVA with coupled discrete coils. Along a wave propagation main axis HA, the steps 13 of the IVA are arranged one behind the other.
  • Reference numeral 15 denotes the first stage.
  • Reference numeral 17 denotes a Rotati ⁇ onssymmetrische space extension which is formed as a torus ⁇ here 19th Around this torus are circumferentially arranged coils 21. net.
  • the coils 21 are formed here as air coils.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an IVA with the coils coupled according to the invention, wherein connections for feeding in and for removing current according to FIG. 3 are not shown.
  • the coils 21 may be formed both as pure air coils, as well as air coils 21 with an iron core 23.
  • Air coils here means that only windings are formed in surrounding air. Pure air-core coils 21 are single wound ⁇ Lich to an air-containing space. In general, long coil in which the coil length is significantly RESIZE ⁇ SSER than the coil diameter to minimize stray fields used.
  • a possibly existing iron core 23 does not fill the entire reel interior volume, but can also represent only a portion of the coil volume.
  • a Spuleninnenvo ⁇ For example, a lumen of the entirety of the coils of one stage is designed as a rotationally symmetrical spatial extension, for example as a torus 19.
  • the coils 21 can be performed according to the prior art, for example, as wire coils ⁇ consisting of strands, round wire or flat wire. Similarly, band wound to coil 21 a possible embodiment. The coils 21 may alternatively be used as bifilar wound coils 21. Likewise, coils 21 are conceivable which consist of two coils in such a way. are set that a symmetrical feed to the two coils takes place respectively from the outer sides of the feed and a common outlet also takes place symmetrically in the middle of the feed on another side of the air gap.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of coils according to the invention.
  • a coil 21 has been realized in the form of a bifilar winding.
  • a bifilar winding utilizes the properties of DC and natural clock signals.
  • the push-pull signals cause Indukti ⁇ tivity L by means of the addition of the magnetic flux lines.
  • Reference numeral 23 denotes an iron ring around which are formed two mutually bifilar windings for generating a coil 21.
  • Figure 7 shows a further inventivestrasbei ⁇ play a IVA.
  • the coils 21 are formed with respective bifilar windings. Accordingly, Figure 7 shows a schematic representation of an IVA with distributed
  • Reference numeral 13 denotes a respective stage of the IVA, and a stage 13 may also be referred to as a cavity.
  • the stages 13 are equipped with created 25 which are formed axially symmetrically about a coaxial transmission line 27.
  • Figure 7 shows the respective directions of the respective currents I, which as
  • ⁇ Push-pull can be created.
  • the constant ⁇ clock signal represents the pulse current, which is added over the n steps.
  • the push-pull signal is the current that flows through the jewei ⁇ lige inductance L.
  • Figure 7 shows the corresponding distribution of the DC and push-pull signals.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of an OF INVENTION ⁇ to the invention the coil assembly.
  • a respective coil 21 is formed as a bifilar coil 21.
  • FIG. 8 shows the steps 13 which are arranged along a wave propagation main axis HA.
  • On the left half lines 25 are shown, which extend along the coaxial transmission line 27.
  • On the right side of Figure 8 is shown an equivalent circuit diagram for describing the magnetic ⁇ insulation of a respective stage 13.
  • Fi gure 8 is a schematic representation of a corresponding ⁇ IVA with the location of the discrete bifHaren coil 21.
  • the discrete coils 21 are arranged in a line 25th
  • the bifilar coil 21 are according to the invention distributed in each single toroidal ⁇ NEN stage 13, generally, there is a stage of a parallel arrangement of several submodules.
  • Submodules conventionally mean the sum of all active electrical components or the voltage sources of a stage 13.
  • the submodules for pulse generation are arranged in a plane of the IVA in a circle around the inner coaxial conductor, which provides the coaxial transmission line 27.
  • the arrangement of the bifilar Spu ⁇ len 21 has the advantage that the respective inductances L are substantially less for the current pulse, or for shorter pulse durations.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • high-voltage pulses are generated , in particular by means of an inductive voltage adder IVA generated.
  • a first step S1 electromagnetic fields of a series circuit of a number n of discrete stages of voltage sources arranged along a wave propagation main axis in a transformer are combined during pulse generation.
  • a second step S2 are Einkopplungsinduktterrorismen per stage as a number of discrete inductors, in particular, discrete coils are formed which are so magnetically coupled to each other such that their magnetic fluxes are superimposed along a rotationally symmetric circular line around the wave propagation main ⁇ axis and add.
  • the Wellenausbreitungsmaschine ⁇ axis corresponds to the axis of symmetry of the coaxial
  • the direction of the wave propagation main axis HA is the direction in which the electromagnetic waves mainly propagate from the first step to the last step.
  • the present invention relates to a device and a method for generating high-voltage pulses, in particular by means of an inductive voltage adder IVA, wherein a decoupling inductance L per stage 13 as a number of discrete inductors, in particular discrete coils 21 is formed, the magnetic thus coupled to each other are that the magnetic fluxes are superimposed along a major axis to a wave propagation HA rotationssymmetri ⁇ rule circular line and / or add.

Landscapes

  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, insbesondere mittels eines induktiven Spannungsaddierers IVA, wobei eine Einkopplungsinduktivität (L) je Stufe (13) als eine Anzahl von diskreten Induktivitäten, insbesondere diskreten Spulen (21), ausgebildet ist, die derart magnetisch untereinander gekoppelt sind, dass sich die magnetischen Flüsse entlang einer zu einer Wellenausbreitungshauptachse (HA) rotationssymmetrischen Kreislinie überlagern und addieren.

Description

Beschreibung
Induktive Isolation von Spannungsquellen eines IVA mittels einzelner gekoppelter Spulen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Er¬ zeugung von Hochspannungsimpulsen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein entsprechendes Verfahren. In der Elektrotechnik werden auf dem Gebiet der Leistungsimpulstechnik (Pulsed Power) Hochspannungs- und Hochleistungs¬ pulse von einigen kW bis zu mehreren Hundert TW Amplitude für wissenschaftliche und industrielle Zwecke genutzt, wobei Im¬ pulsdauern im ps- bis ms-Bereich liegen.
Für die sogenannte Elektroporation, die hier als ein Beispiel für eine industrielle Anwendung genannt ist, ist ein Pulsge¬ nerator erforderlich, der beispielsweise Spannungen von
250 kV, Ströme von einigen 10 kA mit einer Pulsdauer von 1 ys bis 2 ys erzeugen kann.
Eine mögliche Topologie zur Realisierung eines derartigen Pulsgenerators ist ein sogenannter „inductive voltage adder" der mit IVA abgekürzt wird. Ein derartiger Generator ermög- licht einen kompakten Aufbau, da dieser sich während einer Pulsgenerierung als eine Serienschaltung von n diskreten Spannungsquellen zusammensetzt.
Die Spannungsquellen sind im stationären Zustand miteinander parallel verdrahtet, während der Impulsphase werden diese nach dem Stand der Technik über eine Induktivität entkoppelt und, bedingt durch die Topologie des IVA zu einer Reihen¬ schaltung zusammengesetzt. „Pulsed Power Systems Principles and Applications", Hansjoa¬ chim Bluhm, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2006 offenbart insbesondere in Kapitel 7, S. 192-201, Aufbau und Wirkungs¬ weisen von IVAs . Dabei wird der Wert der Induktivität über die Geometrie und die Suszeptibilität des Kernmaterials definiert. Die Indukti¬ vität muss für den Impuls eine ausreichend hohe Reaktion auf- weisen, um eine Serienschaltung von Spannungsquellen untereinander zu realisieren, ohne dass große Verluste durch masse- seitig über die Induktivitäten abfließende Ströme auftreten.
Daher bestimmt für Impulsdauern beispielsweise von 0,1 bis 50 ys die Induktivität zur Serienschaltung der Spannungsquellen im Wesentlichen das Volumen und die Kosten des IVA.
Mit einem IVA können die Welleneigenschaften, bedingt durch die Reflexionsfaktoren, während des Einschaltvorgangs und im stationären Zustand zur Erhöhung der Stromamplitude verwendet werden. Figur 1 zeigt das herkömmliche Prinzip eines IVA. Figur 1 zeigt das Grundprinzip des IVA am Beispiel von vier Stufen. Ähnlich wie bei einer seriellen Anordnung von Spannungsquellen, die in Figur 1 auf der linken Seite dargestellt sind, lassen sich Impulsleitungen, wie sie auf der rechten Seite der Figur 1 dargestellt sind, als
Spannungsvervielfacherschaltungen realisieren, indem man den positiven Leiter der einen Leitung mit dem negativen Leiter der anderen verbindet. Damit bei dieser alternierenden Ver- bindung der Leiter kein Kurzschluss entsteht, muss die Ver¬ bindung für die Dauer des Impulses isoliert sein. Dies lässt sich herkömmlicher Weise mit Hilfe von ausreichend langen Übertragungsleitungen, in Form eines Kabeltransformators, oder über die Kopplung mit hinreichend hohen
Koppelinduktivitäten, entsprechend der Ausführungsform eines IVA, erreichen. Ein kompakterer Aufbau ist möglich, wenn an Stelle der Laufzeit eine induktive Einspeisung bei der Addi¬ tion der Impulsleitungen einzelner Stufen verwendet wird. Das Prinzip der Spannungsaddition mittels magnetischer Einspei- sung, gemäß dem IVA, ist in Figur 2 dargestellt.
Figur 2 zeigt ein herkömmliches Ausführungsbeispiel eines IVA mit magnetischer Isolation. Figur 2 zeigt sechs Stufen, die koaxial angeordnet sind. Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Vakuumschnittstelle, Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Vakuum, Bezugszeichen 5 bezeichnet eine ringförmige Lücke, Bezugszeichen 7 bezeichnet einen magnetischen Kern, Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Teilchenstrahl-Spalt zur Erzeugung von
Elektronen- oder Ionenstrahlen in Vakuum und Bezugszeichen 11 bezeichnet Öl. Die zylindrischen Kavitäten bilden einen inneren Leiter des IVA und werden radial von herkömmlichen, koaxial angeordneten Spannungsquellen Ux gespeist. Im Falle der beschriebenen Anwendungen liefert jede der einzelnen Kavitäten einen Impuls von beispielsweise 0, 1 bis 50 ys Dauer mit einer Spannungsamplitude UQ von einigen kV, beispielsweise im
Bereich von 3 bis 10 kV, und einer maximalen Stromamplitude IQ von einigen kA bis > 10 kA. Um die Addition der Spannungs- amplituden zu bewirken, wird die Vektoraddition der elektromagnetischen Felder im Übergangsbereich zur koaxialen Transmissionsleitung ausgenutzt. Damit generiert der IVA einen Spannungsimpuls, der sich aus der Summe der n (n: Anzahl der Stufen) einzelnen Spannungsquellen überlagert. Entsprechend erzeugt eine Anordnung gemäß Figur 2 einen sechsfachen Spannungsimpuls bezogen auf die Spannungsquellen Ux . Um die Addition der Spannungsamplituden zu bewirken, wird der positive Leiter der einen Spannungsquelle mit der negativen der Folgenden verbunden. Dadurch wird in jeder Kavität zwangsläufig eine leitende Verbindung zwischen Mittelelektrode und der stromabgelegenen Außenelektrode hergestellt. Um zu verhindern, dass auf diese Weise ein Kurzschluss im Ausgang der Leitung entsteht, wird die Impedanz der Verbindung durch Erhöhung der relativen Permeabilität in diesem Abschnitt stark vergrößert. Dazu wird ein Teilvolumen der Spannungsquelle mit Ringbandkernen aus ferromagnetischem Material gefüllt.
Diese Technik ist in der Literatur auch als magnetische
Schalter bekannt. Dabei sind die Eigenschaften des magneti- sehen Schalters von dem ferromagnetischen Kern und der Impulsdauer abhängig. Es gelten folgende Formeln: άφϊ) dB(t)
u(t) = A
dt dt
Figure imgf000005_0001
Die Dauer, für die der magnetische Kern als ungesättigt ange¬ sehen werden kann, insbesondere ein Vs (Volt*Sekunden) - Produkt, ist durch den Querschnitt des Ringkernes sowie die Summe von remanenter und Sättigungsinduktivität gegeben. Ein geeignetes ferromagnetisches Material muss eine hohe Sätti- gungsinduktivität sowie eine steile Hysteresekurve besitzen. Da in den bekannten Ausführungsformen die Leitergeometrie nur eine einzige Windung aufspannt, muss deren Querschnittsfläche A ausreichend groß sein, um mit Hilfe dieser einen Windung eine ausreichend große Induktivität zu erzeugen, die die ge- wünschte Impedanz im betrachteten Frequenzbereich aufweist. Als weitere Bedingung wird gefordert, dass der magnetische Kern nicht in Sättigung geht, da ansonsten die Induktivität schlagartig auf niedrige Werte absinken würde. Aus diesen Gründen ergibt sich, dass große Volumina mit ferromagneti- schem Material zu füllen sind, das zu erheblichen Material¬ kosten, großen Bauvolumen und großkonstruktivem Aufwand zur Beherrschung der großen Massen führt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen zu schaffen, bei denen ein zum Stand der Technik kompakterer und kostengünstigerer Pulsgenerator erzeugt wird. Ein konstruktiver Aufwand für magnetischen Schalter und IVA soll zum Stand der Technik verkleinert sein.
Es ist daher insbesondere Aufgabe der Erfindung, eine Gestal¬ tung der notwendigen Induktivität anzugeben, welche die im Stand der Technik genannten Nachteile überwindet. Es soll ei¬ ne neuartige Ausführung zur Serienschaltung der Spannungsquellen bereitgestellt werden. Ziel ist es, ein Pulsgenerator so kompakt und kostengünstig wie möglich zu gestalten. Erfin- dungsgemäß ist erkannt worden, dass durch Addition der elekt¬ romagnetischen Felder in IVA die Bauform minimiert werden kann. Es ist weiterhin erkannt worden, dass bei der bisher bekannten koaxialen Bauform eines IVA der Innenraum des In- nenleiters und somit ein erhebliches Potential an Bauvolumen- minimierung nicht genutzt wird.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und einem Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, insbesondere ein induktiver
Spannungsaddierer, beansprucht, wobei während der Pulserzeu¬ gung elektromagnetische Felder einer Serienschaltung einer Anzahl n diskreter entlang einer Wellenausbreitungshauptachse angeordneter Stufen von Spannungsquellen in einem Transformator kombiniert werden, wobei in jeder Stufe sich elektromag¬ netische Wellen jeweils entlang einer koaxialen Transmissionsleitung ausbreiten, wobei die elektromagnetischen Wellen je Stufe in die koaxiale Transmissionsleitung mittels Impuls¬ ströme durch eine eine Einkopplungsinduktivität erzeugende Anzahl von diskreten Induktivitäten, insbesondere diskreten Spulen, eingekoppelt werden, die derart magnetisch unterei¬ nander gekoppelt sind, dass sich deren magnetische Flüsse entlang einer zu der Wellenausbreitungshauptachse rotations¬ symmetrischen Kreislinie überlagern und addieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, insbesondere ein induktiver
Spannungsaddierer, beansprucht, wobei während der Pulserzeu¬ gung elektromagnetische Felder einer Serienschaltung einer Anzahl n diskreter entlang einer Wellenausbreitungshauptachse angeordneter Stufen von Spannungsquellen in einem Transformator kombiniert werden, wobei in jeder Stufe sich elektromag- netische Wellen jeweils entlang einer koaxialen Transmissi¬ onsleitung ausbreiten, wobei die elektromagnetischen Wellen je Stufe in die koaxiale Transmissionsleitung mittels Impuls¬ ströme durch eine eine Einkopplungsinduktivität erzeugenden Anzahl von diskreten Induktivitäten, insbesondere diskreten Spulen, eingekoppelt werden, die derart magnetisch unterei¬ nander gekoppelt sind, dass sich deren magnetische Flüsse entlang einer zu der Wellenausbreitungshauptachse rotations- symmetrischen Kreislinie überlagern und addieren.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass ein geeignetes De¬ sign der Induktivität in Form einer Anzahl von diskreten Spulen Pulsdauer, Volumen und Kosten des IVA wirksam verringern kann.
Gegenstand der Erfindung ist, dass eine Einkopplung aus¬ schließlich über insbesondere toroidale Spulen erfolgt und dadurch eine herkömmliche externe Induktivität mit einem gro- ßen Eisenkern hinfällig wird. Die Energieeinkopplung erfolgt dann nicht mehr über radiale Transmissionsleitungen, sondern ausschließlich über die Einkopplung von Impulsströmen in derartige toroidale Spulen innerhalb einer koaxialen Anordnung. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass zur Einkopplung der elektromagnetischen Wellen diskrete Induktivitäten, insbesondere in Form von diskreten Spulen, eingesetzt werden können, die räumlich so angeordnet sind, dass sich ihre Flüsse in ei¬ ner Umfangsrichtung einer IVA-Anordnung überlagern bzw. ad- dieren, so dass auch ohne die Verwendung von gemeinsamen, ringförmigen Eisenkernen eine Anordnung erhalten wird, die die magnetische Streufelder wirksam minimiert, die herkömmlicher Weise zu starken Störungen führen würden. Insbesondere wird dies dann ermöglicht, wenn die einzelnen Stufenspannun- gen des IVA im Bereich einiger kV bis zu wenigen 10 kV liegen, so dass die diskreten Induktivitäten bzw. die diskreten Spulen mit geringem Aufwand elektrisch für diese Spannungen zu isolieren sind. Ebenso ist in diesem Spannungsbereich der notwendige Luftspalt vergleichsweise einfach elektrisch zu isolieren. Erfindungsgemäße Vorteile sind eine Massereduktion eines Eisenkerns durch den Einsatz von diskreten gekoppelten Induktivitäten bzw. von diskreten gekoppelten Spulen, eine kostengünstigere, kompaktere Bauform und somit eine Verringe- rung der Verluste, insbesondere bei langen Impulsdauern sowie eine Realisierbarkeit langer Impulsdauern beispielsweise > 1 ys (Mikrosekunde) . In jeder Stufe können sich Wellen jeweils in eine koaxiale Transmissionsleitung ausbreiten, wobei alle koaxialen Transmissionsleitungen des IVA entlang einer Wellenausbreitungshauptachse aufeinanderfolgend angeordnet sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die
Induktivitäten einer Stufe entlang einer zur Wellenausbrei- tungshauptachse rotationssymmetrischen Raumerstreckung um die koaxiale Transmissionsleitung herum angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die rotationssymmetrische Raumerstreckung als eine die Wellenaus- breitungshauptachse umlaufende Querschnittsfläche geschaffen sein .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die umlaufende Querschnittsfläche eine Kreisfläche und die rota- tionssymmetrische Raumerstreckung ein Torus sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Induktivitäten einer Stufe diskrete Spulen sein, die die umlaufende Querschnittsfläche umwinden bzw. umfassen. Die Vor- teile dieser Form der induktiven Entkopplung sind, dass der Wert der Induktivität bedingt durch die Wicklungszahl N mit¬ tels N2 massiv erhöht werden kann. Herkömmlicher Weise wird ein Eisenkern für eine Wicklungszahl N= 1 ausgelegt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die diskreten Spulen entlang des Umlaufs der Querschnittsfläche nebeneinander angeordnet sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die diskreten Spulen jeweils, insbesondere zwei, zueinander bifi- lare Wicklungen aufweisen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die diskreten Spulen an einer der koaxialen Transmissionsleitung zugewandten Seite oder an einer radial verlaufenden Seite oder in dieser angeordnet sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die diskreten Spulen als diskrete entlang der rotationssymmetrischen Raumerstreckung angeordnete Luftspulen erzeugt sein.
Auf diese Weise kann eine Luftspule mit entsprechender Wick- lungszahl insbesondere für kurze Impulse ausreichend sein, so dass herkömmliche Einschränkungen wie Sättigbarkeit eines Kernmaterials, Grenzfrequenz, Hochfrequenzverluste in Folge von Wirbelströmen und dergleichen vermieden werden. Auf diese Weise kann auf einen Eisenkern und die damit verbundenen Nachteile teilweise oder vollständig verzichtet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die rotationssymmetrische Raumerstreckung von einem ferromagneti- schen Material, insbesondere einem Eisenring oder Ferritring, zumindest teilweise aufgefüllt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Zwischenraum zwischen zwei nebeneinander angeordneten diskreten Spulen von einem ferromagnetischen Material, insbesondere einem Eisenringabschnitt, zumindest teilweise aufgefüllt sein .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die diskreten Spulen mittels Litze, Runddraht oder Flachdraht er- zeugte Drahtwicklungen aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die diskreten Spulen zwei Wicklungen aufweisen, wobei in diese eine symmetrische Einspeisung von Außenseiten einer Stromzuführung und aus diesen eine symmetrische Stromentnahme in ei¬ ner Mitte der Zuführung auf einer anderen Seite eines Luftspalts geschaffen sein.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein herkömmliches Ausführungsbeispiel eines IVA;
Figur 2 ein weiteres herkömmliches Ausführungsbeispiel ei¬ nes IVA;
Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel zweiter erfindungs- gemäßer Spulen;
Figur 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge¬ mäßen Spulenanordnung; Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsge¬ mäßen Spulenanordnung;
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs¬ gemäßen diskreten Spule;
Figur 7 eine Darstellung eines IVA mit Gleich- und Gegen- taktsignalen;
Figur 8 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge- mäßen Spulenanordnung;
Figur 9 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines
Verfahrens .
Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Spulenanordnung. Erfindungsgemäß wird gemäß Figur 3 eine entsprechende Ausführung einer induktiven Isolati on von einzelnen Stufen in einem IVA dargestellt. Die Isola- tion ist mittels diskreter Induktivitäten realisiert, die magnetisch untereinander gekoppelt sind. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung derartig gekoppelter Spulen. Figur 3 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Spulenanord- nung. Gemäß diesem Ausschnitt sind zwei Spulen 21 entlang ei¬ nes Eisenringes 23 hintereinander angeordnet. Die magneti¬ schen Flüsse φ]_ und Φ2 werden aufaddiert, sodass ein Gesamt- fluss ΦθθεβιτΛ erhalten wird. Eine entsprechende Induktivität = ^PGesamt / ^Gesamt- Figur 3 zeigt jeweilige eingehende Ströme Ij_n sowie ausgehende Ströme IQut- Diese zwei Spulen 21 sind gemäß der vorliegenden Erfindung gekoppelt, sodass sich der resultierende magnetische Gesamtfluss ergibt.
Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Spulenanordnung. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines IVA mit gekoppelten Spulen. Bezugszeichen 21 kennzeichnet eine Anordnung von Spulen 21. Auf der rechten Seite der Figur 4 ist ein Ersatzschaltbild zur Beschreibung der magnetischen Isolation einer Stufe 13 dargestellt. Figur 4 zeigt ein schematisches Schnittbild eines IVA mit diskre¬ ten, in Umfangsrichtung des IVA magnetisch gekoppelten Spulenelementen beziehungsweise Spulen 21. Die Spulen 21 sind in jeder einzelnen Stufe 13 toroidal angeordnet. Die Spulen kön¬ nen ebenso auf einer anderen Seite des Induktivitätsbereichs L eingefügt sein. Alternativ können die Spulen 21 auf einer dem Innenleiter der koaxialen Transmissionsleitung 27 zugewandten Stirnseite des Induktivitätsbereichs L eingefügt sein . Figur 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Spulenanordnung. Dabei zeigt Figur 5 eine Draufsicht auf den IVA mit gekoppelten diskreten Spulen. Entlang einer Wellenausbreitungshauptachse HA sind die Stufen 13 des IVA hintereinander angeordnet. Bezugszeichen 15 kennzeichnet die erste Stufe. Bezugszeichen 17 kennzeichnet eine rotati¬ onssymmetrische Raumerstreckung, die hier als Torus 19 ausge¬ bildet ist. Um diesen Torus sind umlaufend Spulen 21 angeord- net. Die Spulen 21 sind hier als Luftspulen ausgebildet. Das heißt die rotationssymmetrische Raumerstreckung 17 um und entlang der die Spulen 21 ausgebildet sind, enthalten lediglich Luft. Gemäß dieser Ausführungsform ist kein Eisenring 23 geschaffen. Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines IVA mit den erfindungsgemäß gekoppelten Spulen, wobei Anschlüsse zur Einspeisung und zur Entnahme von Strom gemäß Figur 3 nicht dargestellt sind. Die Spulen 21 können sowohl als reine Luftspulen, als auch als Luftspulen 21 mit einem Eisenkern 23 ausgebildet sein. „Luftspulen" bedeutet hier, dass lediglich Wicklungen in Umgebungsluft ausgebildet sind. Reine Luftspulen 21 sind ledig¬ lich um einen luftaufweisenden Raum gewickelt. Im Allgemeinen werden lange Spulen, bei denen die Spulenlänge deutlich grö¬ ßer ist als der Spulendurchmesser, zur Minimierung der Streufelder eingesetzt. Es können aber ebenso kurze Spulen verwendet werden, insbesondere in Kombination von mehreren Spulen zur Reduzieren von Streufeldern. Dabei muss ein eventuell vorhandener Eisenkern 23 nicht das gesamte Spuleninnenvolumen ausfüllen, sondern kann ebenso lediglich einen Teil des Spulenvolumens darstellen. Beispielsweise ist ein Spuleninnenvo¬ lumen der Gesamtheit der Spulen einer Stufe als rotationssymmetrische Raumerstreckung, beispielsweise als ein Torus 19 ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der ein Zwischenraum zwischen zwei Spulen 21 in Umfangs- richtung der IVA-Anordnung ganz oder teilweise mit Eisen gefüllt wird, um den Fluss auf den Spulenquerschnitt zu kon¬ zentrieren und damit Streufelder zu minimieren. Da hierbei nur kleine räumliche Bereiche zwischen den Einzelmodulen mit Eisen gefüllt werden, ist die Gesamteisenmenge gegenüber dem Stand der Technik wirksam verringert. Die Spulen 21 können entsprechend dem Stand der Technik beispielsweise als Draht¬ spulen bestehend aus Litzen, Runddraht oder Flachdraht ausge- führt werden. Ebenso sind zu Spulen 21 gewickelte Bandleiter eine mögliche Ausführungsform. Die Spulen 21 können alternativ als bifilar gewickelte Spulen 21 eingesetzt werden. Ebenso sind Spulen 21 denkbar, die aus zwei Spulen derart zusam- mengesetzt sind, dass eine symmetrische Einspeisung zu den beiden Spulen jeweils von den Außenseiten der Zuführung erfolgt und ein gemeinsamer Abgang ebenfalls symmetrisch in der Mitte der Zuführung auf einer anderen Seite des Luftspaltes erfolgt.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform erfindungsgemäßer Spulen. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Spule 21 in Form einer bifilaren Wicklung realisiert worden. Dabei nutzt eine bifilare Wicklung die Eigenschaften von Gleich- und Ge- gentaktsignalen . Die Gegentaktsignale bewirken eine Indukti¬ vität L mittels der Addition der magnetischen Flusslinien. Bei Gleichtaktsignalen heben sich im idealen Fall die magnetischen Flusslinien in der Summe auf, sodass die zugehörige Induktivität L = 0 ist. Dies ist in Abbildung 6 schematisch dargestellt. Bezugszeichen 23 kennzeichnet einen Eisenring um den zur Erzeugung einer Spule 21 zwei zueinander bifilare Wicklungen ausgebildet sind. In Figur 6 oben ist der resul¬ tierende magnetische Fluss für Gegentaktsignale dargestellt, wobei sich die Einzelflüsse zu einem ΦθθεβιτΛ aufaddieren und die sich ergebende Induktivität L = < Gesamt / ^Gesamt ergibt. Figur 6 stellt unten die bifilare Spule 21 bei Ein¬ gang von Gleichtaktsignalen dar. Der resultierende magnetische Fluss ΦθθεβιτΛ ^ur Gleichtaktsignale ergibt sich aus der Differenz der Einzelflüsse, sodass bei gleichen Wicklungen der Gesamtfluss < Gesamt au^ 0 verkleinert wird. Entsprechend ist die Gesamtinduktivität L = 0 x H. In Figur 6 sind die eingehenden Ströme mit Ij_n und die ausgehenden Ströme mit
-'-out und den entsprechenden Pfeilrichtungen dargestellt.
Figur 7 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbei¬ spiel eines IVA. Hierbei sind die Spulen 21 mit jeweiligen bifilaren Wicklungen ausgebildet. Entsprechend zeigt Figur 7 eine schematische Darstellung eines IVA mit verteilten
Gleich- und Gegentaktsignalen . Bezugszeichen 13 bezeichnet eine jeweilige Stufe des IVA, wobei eine Stufe 13 ebenso als Kavität bezeichnet werden kann. Die Stufen 13 sind mit Lei- tungen 25 geschaffen, die achsensymmetrisch um eine koaxiale Transmissionsleitung 27 ausgebildet sind. Figur 7 zeigt die jeweiligen Richtungen der jeweiligen Ströme I, die als
Gleichtaktstrom iGleichtakt oder als Gegentaktstrom
^Gegentakt geschaffen sein können. Dabei stellt das Gleich¬ taktsignal den Pulsstrom dar, der über die n Stufen addiert wird. Das Gegentaktsignal ist der Strom, der über die jewei¬ lige Induktivität L fließt. Figur 7 zeigt die entsprechende Verteilung der Gleich- und Gegentaktsignale .
Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Spulenanordnung. Gemäß dieser Anordnung ist eine jeweilige Spule 21 als bifilare Spule 21 ausgebildet. Figur 8 zeigt die Stufen 13, die entlang einer Wellenausbreitungs- hauptachse HA angeordnet sind. Auf der linken Hälfte sind Leitungen 25 dargestellt, die sich entlang der koaxialen Transmissionsleitung 27 erstrecken. Auf der rechten Seite der Figur 8 ist ein Ersatzschaltbild zur Beschreibung der magne¬ tischen Isolation einer jeweiligen Stufe 13 dargestellt. Fi- gur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines entsprechen¬ den IVA mit dem Ort der diskreten bifHaren Spulen 21. Dabei sind die diskreten Spulen 21 in einer Leitung 25 angeordnet. Die bifilaren Spulen 21 sind erfindungsgemäß in jeder einzel¬ nen Stufe 13 toroidal verteilt, wobei im Allgemeinen eine Stufe aus einer parallelen Anordnung mehrerer Submodule besteht. Unter Submodulen versteht man herkömmlicherweise die Summe aller aktiven elektrischen Bauteile beziehungsweise die Spannungsquellen einer Stufe 13. Die Submodule zur Impulserzeugung sind dabei in einer Ebene des IVA kreisförmig um den inneren Koaxialleiter, der die koaxiale Transmissionsleitung 27 bereitstellt, angeordnet. Die Anordnung der bifilaren Spu¬ len 21 hat den Vorteil, dass die jeweiligen Induktivitäten L für den Stromimpuls wesentlich geringer beziehungsweise für kürzere Impulsdauern geeignet sind.
Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß diesem Verfahren werden Hochspannungsimpul¬ se, insbesondere mittels eines induktiven Spannungsaddierers IVA erzeugt. Mit einem ersten Schritt Sl werden während der Pulserzeugung elektromagnetische Felder einer Serien- Schaltung einer Anzahl n diskreter entlang einer Wellenausbreitungshauptachse angeordneter Stufen von Spannungsquellen in einem Transformator kombiniert. Mit einem zweiten Schritt S2 sind Einkopplungsinduktivitäten je Stufe als eine Anzahl von diskreten Induktivitäten, insbesondere diskreten Spulen, ausgebildet, die derart magnetisch untereinander gekoppelt sind, dass sich deren magnetische Flüsse entlang einer rota- tionssymmetrischen Kreislinie um die Wellenausbreitungshaupt¬ achse überlagern und addieren. Die Wellenausbreitungshaupt¬ achse entspricht dabei der Symmetrieachse der koaxialen
Transmissionsleitung 27 beziehungsweise der Symmetrieachse deren Innenleiters. Die Richtung der Wellenausbreitungshaupt- achse HA ist die Richtung in der sich die elektromagnetischen Wellen beginnend von der ersten Stufe bis zu letzten Stufe hauptsächlich ausbreiten.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, insbesondere mittels eines induktiven Spannungsaddierers IVA, wobei eine Entkopplungsinduktivität L je Stufe 13 als eine Anzahl von diskreten Induktivitäten, insbesondere diskreten Spulen 21, ausgebildet ist, die derart magnetisch untereinander ge- koppelt sind, dass sich die magnetischen Flüsse entlang einer zu einer Wellenausbreitungshauptachse HA rotationssymmetri¬ schen Kreislinie überlagern und/oder addieren.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, insbesondere ein induktiver Spannungsaddierer (IVA), wobei wäh- rend der Pulserzeugung elektromagnetische Felder einer Serienschaltung einer Anzahl n diskreter entlang einer Wellenausbreitungshauptachse (HA) angeordneter Stufen von Spannungsquellen in einem Transformator kombiniert werden, wobei in jeder Stufe sich elektromagnetische Wellen jeweils entlang einer koaxialen Transmissionsleitung (27) ausbreiten, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen je Stufe (13) in die koaxiale Transmissionsleitung (27) mittels Impulsströme durch eine eine Einkopplungsinduktivität (L) er¬ zeugenden Anzahl von diskreten Induktivitäten, insbesondere diskreten Spulen (21), eingekoppelt werden, die derart magne¬ tisch untereinander gekoppelt sind, dass sich deren magnetische Flüsse entlang einer zu der Wellenausbreitungshauptachse (HA) rotationssymmetrischen Kreislinie überlagern und addieren .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Induktivitäten einer Stufe (13) entlang einer zur Wellenausbreitungshauptachse (HA) rotationssymmetrischen Raumerstreckung (17) um die koaxiale Transmissionsleitung (3) herum angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationssymmetrische Raumerstreckung (17) als eine die Wellenausbreitungshauptachse (HA) umlaufende Querschnittflä- che geschaffen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Querschnittsfläche eine Kreisfläche und die rotationssymmetrische Raumerstreckung (17) ein Torus (19) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Induktivitäten einer Stufe (13) dis- krete Spulen (21) sind, die die umlaufende Querschnittsfläche umwinden .
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) entlang des Umlaufs der
Querschnittsfläche nebeneinander angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) jeweils, insbesondere zwei, zueinander bifilare Wicklungen aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) an einer der koaxialen Transmissionsleitung (27) zugewandten Seite oder an einer radial verlaufenden Seite oder in dieser angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) als dis- krete Luftspulen erzeugt sind, die insbesondere entlang der rotationssymmetrischen Raumerstreckung angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationssymmetrische Raumerstreckung (17) von einem ferromagnetischen Material, insbesondere einem Eisenring (23) , zumindest teilweise aufge¬ füllt ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Zwischenraum zwischen zwei nebeneinander angeordneten diskreten Spulen von einem ferromagnetischen Material, insbesondere einem Eisenringabschnitt, zumindest teilweise aufgefüllt ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) mittels Litze, Runddraht oder Flachdraht erzeugte Drahtwicklungen aufweisen .
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) zwei Wicklungen aufweisen, wobei in diese eine symmetrische Ein- Speisung von Außenseiten einer Stromzuführung und aus diesen eine symmetrische Stromentnahme in einer Mitte der Stromzu¬ führung auf einer anderen Seite eines Luftspalts geschaffen ist .
14. Verfahren zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, insbesondere ein induktiver Spannungsaddierer (IVA), wobei während der Pulserzeugung elektromagnetische Felder einer Serienschaltung einer Anzahl n diskreter entlang einer Wellenausbreitungshauptachse (HA) angeordneter Stufen von Spannungs- quellen in einem Transformator kombiniert werden, wobei in jeder Stufe sich elektromagnetische Wellen jeweils entlang einer koaxialen Transmissionsleitung (27) ausbreiten, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen je Stufe (13) in die koaxiale Transmissionsleitung (27) mittels Im- pulsströme durch eine eine Einkopplungsinduktivität (L) er¬ zeugenden Anzahl von diskreten Induktivitäten, insbesondere diskreten Spulen (21), eingekoppelt werden, die derart magne¬ tisch untereinander gekoppelt sind, dass sich deren magnetische Flüsse entlang einer zu der Wellenausbreitungshauptachse (HA) rotationssymmetrischen Kreislinie überlagern und addieren .
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten einer Stufe (13) entlang einer zur Wellen- ausbreitungshauptachse (HA) rotationssymmetrischen Raumer- streckung (17) um die koaxiale Transmissionsleitung (3) herum angeordnet sind.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationssymmetrische Raumerstreckung (17) als eine die
Wellenausbreitungshauptachse (HA) umlaufende Querschnittflä¬ che geschaffen ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Querschnittsfläche eine Kreisfläche und die rotationssymmetrische Raumerstreckung (17) ein Torus (19) ist .
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten einer Stufe (13) diskrete Spulen (21) sind, die insbesondere die umlaufende Querschnittsfläche umwinden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) entlang des Umlaufs der
Querschnittsfläche nebeneinander angeordnet sind.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis
19, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) jeweils, insbesondere zwei, zueinander bifilare Wicklungen aufweisen .
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis
20, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) an einer der koaxialen Transmissionsleitung (27) zugewandten Seite oder an einer radial verlaufenden Seite oder in dieser angeordnet sind.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis
21, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) als diskrete Luftspulen erzeugt sind, die insbesondere ent¬ lang der rotationssymmetrischen Raumerstreckung angeordnet sind.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis
22, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationssymmetrische Raumerstreckung (17) von einem ferromagnetischen Material, insbesondere einem Eisenring (23) , zumindest teilweise aufge¬ füllt ist.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis
23, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume zwischen zwei nebeneinander angeordneten diskreten Spulen von einem ferromagnetischen Material, insbesondere einem Eisenringab¬ schnitt, zumindest teilweise aufgefüllt sind.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis
24, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) mittels Litze, Runddraht oder Flachdraht erzeugte Drahtwick¬ lungen aufweisen.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis
25, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Spulen (21) zwei Wicklungen aufweisen, wobei in diese eine symmetrische Einspeisung von Außenseiten einer Stromzuführung und aus die ser eine symmetrische Stromentnahme und in einer Mitte der Stromzuführung auf einer anderen Seite eines Luftspalts ge¬ schaffen ist.
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