(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電圧重畳装置（ＩＶＡ）であって、
パルス発生中、波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って配置されたｎ個の個別の電圧源段から成る直列接続回路の電磁界が、トランスにおいて合成され、
各段において各電磁波がそれぞれ一つの同軸伝送線路（２７）に沿って伝播する、
誘導電圧重畳装置において、
各段（１３）の前記電磁波は、一つの入力結合インダクタンス（Ｌ）を形成する複数の個別のコイル（２１）を流れる各パルス電流を用いて、前記同軸伝送線路（２７）に入力結合され、前記個別のコイル（２１）は、該コイル（２１）の磁束が前記波動伝播主軸（ＨＡ）に対し回転対称な円周線に沿って重畳されて加算されるように、磁気的に互いに結合されており、
１つの段（１３）の前記個別のコイル（２１）は、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に対し回転対称に形成された空間的広がり（１７）に沿って、前記同軸伝送線路（２７）の周囲に配置されており、
前記個別のコイル（２１）は、個別の空心コイルとして形成されており、該個別の空心コイルは、前記回転対称に形成された空間的広がり（１７）に沿って配置されている、
ことを特徴とする、
誘導電圧重畳装置。
【請求項２】
前記回転対称に形成された空間的広がり（１７）は、前記波動伝播主軸（ＨＡ）の周囲を円周状に取り囲む横断面として形成されている、
請求項１に記載の誘導電圧重畳装置。
【請求項３】
前記円周状に取り囲む横断面は円形面であり、前記回転対称に形成された空間的広がり（１７）はトーラス（１９）である、
請求項２に記載の誘導電圧重畳装置。
【請求項４】
１つの段（１３）の前記複数の各個別のコイル（２１）は、前記円周状に取り囲む横断面の円周に巻回されている、
請求項２又は３に記載の誘導電圧重畳装置。
【請求項５】
前記複数の各個別のコイル（２１）は、前記横断面の円周に沿って並置されている、
請求項４に記載の誘導電圧重畳装置。
【請求項６】
前記複数の各個別のコイル（２１）はそれぞれ、２つの、互いにバイファイラ巻きにされた巻線を有する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の誘導電圧重畳装置。
【請求項７】
前記複数の各個別のコイル（２１）は、前記同軸伝送線路（２７）に向いた側に、又は半径方向に延びた側に、又は、該半径方向に延びた側の内部に配置されている、
請求項１から６のいずれか１項に記載の誘導電圧重畳装置。
【請求項８】
前記回転対称に形成された空間的広がり（１７）は、強磁性部材によって、少なくとも部分的に充填されている、
請求項１から７のいずれか１項に記載の誘導電圧重畳装置。
【請求項９】
２つの並置された前記個別のコイル間の中間スペースは、強磁性部材によって、少なくとも部分的に充填されている、
請求項１から８のいずれか１項に記載の誘導電圧重畳装置。
【請求項１０】
前記個別のコイル（２１）は、リッツ線、円形断面ワイヤ、又はフラットワイヤによって形成されたワイヤ巻線を有する、
請求項１から９のいずれか１項に記載の誘導電圧重畳装置。
【請求項１１】
前記個別のコイル（２１）は２つの巻線を有しており、該２つの巻線に、電流給電線の外側から対称に電流が供給され、かつ、前記２つの巻線から、電流給電線の中央において空隙の他方の側で対称に電流の取り出しが行われる、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の誘導電圧重畳装置。
【請求項１２】
誘導電圧重畳装置（ＩＶＡ）を用いた、高電圧パルス発生方法であって、
パルス発生中、波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って配置されたｎ個の個別の電圧源段から成る直列接続回路の電磁界を、トランスにおいて合成し、
各段において各電磁波をそれぞれ一つの同軸伝送線路（２７）に沿って伝播させる、
高電圧パルス発生方法において、
各段（１３）の前記電磁波を、一つの入力結合インダクタンス（Ｌ）を形成する複数の個別のコイル（２１）を流れるパルス電流を用いて、前記同軸伝送線路（２７）に入力結合する、前記個別のコイルは、該コイルの磁束が前記波動伝播主軸（ＨＡ）に対し回転対称な円周線に沿って重畳されて加算されるように、磁気的に互いに結合されており、
１つの段（１３）の前記個別のコイル（２１）を、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に対し回転対称に形成された空間的広がり（１７）に沿って、前記同軸伝送線路（３）の周囲に配置し、
前記個別のコイル（２１）を、個別の空心コイルとして形成し、該個別の空心コイルを、前記回転対称に形成された空間的広がり（１７）に沿って配置する、
ことを特徴とする、
高電圧パルス発生方法。
【請求項１３】
前記回転対称に形成された空間的広がり（１７）を、前記波動伝播主軸（ＨＡ）の周囲を円周状に取り囲む横断面として形成する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記円周状に取り囲む横断面は円形面であり、前記回転対称に形成された空間的広がり（１７）はトーラス（１９）である、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
１つの段（１３）の各個別のコイル（２１）を、前記円周状に取り囲む横断面の円周に巻回する、
請求項１３又は１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記個別のコイル（２１）を、前記横断面の円周に沿って並置する、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記各個別のコイル（２１）はそれぞれ、２つの、互いにバイファイラ巻きにされた巻線を有する、
請求項１２から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記個別のコイル（２１）を、前記同軸伝送線路（２７）に向いた側に、又は半径方向に延びた側に、又は、該半径方向に延びた側の内部に配置する、
請求項１２から１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記回転対称に形成された空間的広がり（１７）を、強磁性部材によって、少なくとも部分的に充填する、
請求項１２から１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
２つの並置された前記個別のコイル間の中間スペースを、強磁性部材によって、少なくとも部分的に充填する、
請求項１２から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記個別のコイル（２１）は、リッツ線、円形断面ワイヤ、又はフラットワイヤによって形成されたワイヤ巻線を有する、
請求項１２から２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記個別のコイル（２１）は２つの巻線を有しており、該２つの巻線に、電流給電線の外側から対称に電流を供給し、かつ、前記２つの巻線から、電流給電線の中央において空隙の他方の側で対称に電流の取り出しを行う、
請求項１２から２１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の高電圧パルス発生装置及びこの装置に対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気工学においてパワーパルス技術（パルスパワー）の分野では、科学技術及び産業上の用途として、数ｋＷ〜数１００ＴＷの振幅の高電圧パルス及び高電力パルスが利用され、この場合、パルス持続時間はｐｓ〜ｍｓの範囲にある。
【０００３】
産業上の用途の一例を挙げると、いわゆるエレクトロポレーションのためには、例えば２５０ｋＶの電圧、数１０ｋＡの電流を、１μｓ〜２μｓのパルス持続時間で発生させることができるようなパルス発生装置が必要とされる。
【０００４】
このようなパルス発生装置を実現するために可能なトポロジーは、いわゆる誘導電圧重畳装置"inductive voltage adder"であり、これはＩＶＡと略される。このような発生装置によって、コンパクトな構造が実現される。その理由は、この発生装置はパルス発生中、ｎ個の個別の電圧源から成る直列接続回路として合成されるからである。
【０００５】
定常状態においては、複数の電圧源が互いに並列に結線されているのに対し、これらの電圧源は従来技術によればパルスフェーズ中、インダクタンスを介して分離され、ＩＶＡのトポロジーに基づき、直列接続回路として組み合わせられる。
【０００６】
Hansjoahim Bluhm著 "Pulsed Power Systems Principles and Applications" Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2006には、特にその第７章第１９２頁〜２０１頁に、ＩＶＡの構造及び動作が開示されている。この場合、インダクタンスの値は、ジオメトリ及びコア材料の磁化率によって規定される。アース側でインダクタンスを介して流れ出る電流によって大きな損失を発生させることなく、複数の電圧源相互間の直列接続を実現する目的で、このインダクタンスは、パルスに対する応答性が十分に高くなければならない。
【０００７】
したがって、例えば０．１〜５０μｓのパルス持続時間に対し、複数の電圧源を直列接続するためのインダクタンスによって、ＩＶＡの体積とコストが実質的に決まる。
【０００８】
ＩＶＡによれば、スイッチオンプロセス中及び定常状態中、反射係数に基づき、波動特性を利用して電流振幅を高めることができる。図１には、従来のＩＶＡの原理が示されている。図１には、具体例として４段のＩＶＡの基本原理が示されている。図１の左側に描かれている複数の電圧源の直列接続配置の場合と同様に、図１の右側に描かれているように、パルス線路を電圧増倍回路として実現することができ、これは１つの線路の正の導体を別の線路の負の導体と接続することによって行われる。このように導体を交互に接続しても短絡が発生しないようにする目的で、パルス持続時間中は接続を絶縁しておかなければならない。このような絶縁は従来技術によればＩＶＡの実施形態に応じて、ケーブルトランスの形態の十分に長い伝送線路によっても達成できるし、あるいは十分に大きい結合インダクタンスによる結合を介して達成できる。伝播遅延時間ではなく個々の段のパルス線路を加えて誘導的な給電を利用すれば、いっそうコンパクトな構造を実現することができる。図２には、ＩＶＡによる磁気的な給電を利用した電圧重畳の原理が示されている。
【０００９】
図２には、磁場絶縁を利用したＩＶＡの従来の実施例が示されている。図２には、同軸に配置された６つの段が示されている。参照符号１は真空インタフェースであり、参照符号３は真空、参照符号５はリング状ギャップ、参照符号７は磁気コア、参照符号９は、真空中で電子ビーム又はイオンビームを発生させるための粒子ビームギャップ、さらに参照符号１１はオイルである。シリンダ状のキャビティによってＩＶＡの内導体が形成されており、このキャビティに対し、同軸に配置された慣用の電圧源Ｕｘから半径方向で給電が行われる。ここで説明している適用事例の場合、個々のキャビティ各々は、例えば０．１〜５０μｓの持続時間のパルスを、例えば３〜１０ｋＶの範囲にある数ｋＶの電圧振幅Ｕ0と、１０ｋＡよりも大きい１０数ｋＡないしは数１０ｋＡの最大電流振幅Ｉ0で供給する。電圧振幅を重畳する目的で、同軸伝送線路への移行領域における電磁界のベクトル加算が利用される。このようにしてＩＶＡは、ｎ個（ｎは段数）の個々の電圧源の合計によって重畳された１つの電圧パルスを発生する。したがって図２による装置は、電圧源Ｕxに対し６倍の電圧パルスを発生する。電圧振幅を重畳する目的で、１つの電圧源の正の導体が次の電圧源の負の導体と接続される。このことから各キャビティにおいて、中央電極と電流の流れる方向で下流にある外電極との間で、必然的に導電接続が形成される。このようにして線路出力端において短絡が発生するの回避するために、この区間において相対的な透磁率を高めることで、接続のインピーダンスが著しく高められる。この目的で、電圧源の容積の一部分が、強磁性材料から成るトロイダルコアによって充填される。
【００１０】
この技術は、上記文献において磁気スイッチとしても知られている。この場合、磁気スイッチの特性は、強磁性コアとパルス持続時間とに依存し、次式が成り立つ。
【００１１】
【数１】
0006257747.tif 000002
【００１２】
磁気コアを非飽和状態とみなせる期間は、特に積Ｖｓ（電圧×時間）は、リングコアの横断面積、及び残留磁気と飽和インクダンスとの和によって定まる。適切な強磁性材料として必要とされるのは、高い飽和インダクタンスと急峻なヒステリシス曲線である。公知の実施形態による導体ジオメトリでは１回だけしか巻回されていないので、導体の横断面積Ａを十分に大きくして、この１回の巻回によって、対象とする周波数レンジで望ましいインピーダンスを有する十分に大きなインダクタンスを発生させなければならない。さらに別の条件として要求されるのは、磁気コアを飽和させないということであり、その理由は、さもないとインダクタンスが急に低い値まで下がってしまうからである。これらの理由から、強磁性材料によって大きな容積を充填しなければならず、このことによって材料コストが著しく嵩むし、構造容積も大きくなり、しかも大きな質量を扱うために構造が極めて複雑になってしまう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Hansjoahim Bluhm著 "Pulsed Power Systems Principles and Applications" Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、高電圧パルスの発生装置及び発生方法において、従来技術よりもコンパクトかつ低コストのパルス発生装置が形成されるようにすることである。また、磁気スイッチ及びＩＶＡの構造にかかる費用を、従来技術よりも小さくしたい。
【００１５】
したがって特に本発明の課題は、従来技術において挙げられている欠点の克服に必要とされるインダクタンスの構成を提供することである。さらに、複数の電圧源を直列接続するための新規の構成も提供したい。また、パルス発生装置をできるかぎりコンパクトかつ低コストで構成することも目的である。本発明において認識された点は、ＩＶＡにおける電磁界の重畳によって構造を最小限に抑えることができる、ということである。さらに認識された点は、これまで知られていたＩＶＡの同軸構造の場合、内導体の内部空間が活用されておらず、つまりは容積最小化のためのかなり大きな可能性が活用されていなかった、ということである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この課題は、独立請求項に記載の装置及び方法により解決される。
【００１７】
第１の観点によれば、本発明は高電圧パルス発生装置、例えば誘導電圧重畳装置に関する。この場合、パルス発生中、波動伝播主軸に沿って配置されたｎ個の個別の電圧源段から成る直列接続回路の電磁界が、トランスにおいて合成され、各段において電磁波がそれぞれ同軸伝送線路に沿って伝播する。本発明によれば、電磁波は各段ごとに、入力結合インダクタンスを成す複数の個別のインダクタンス例えば個別のコイルを流れるパルス電流によって、同軸伝送線路に入力結合され、個別のインダクタンスが、それらの磁束が波動伝播主軸に対し回転対称な円周線に沿って重畳されて加算されるように、磁気的に互いに結合される。
【００１８】
第２の観点によれば、本発明は、例えば誘導電圧重畳装置を用いた、高電圧パルス発生方法に関する。この場合、パルス発生中、波動伝播主軸に沿って配置されたｎ個の個別の電圧源段から成る直列接続回路の電磁界を、トランスにおいて合成し、各段において電磁波をそれぞれ同軸伝送線路に沿って伝播させる。本発明によれば、電磁波を各段ごとに、入力結合インダクタンスを成す複数の個別のインダクタンス例えば個別のコイルを流れるパルス電流によって、同軸伝送線路に入力結合し、個別のインダクタンスを、それらのインダクタンスの磁束が波動伝播主軸に対し回転対称な円周線に沿って重畳されて加算されるように、磁気的に互いに結合する。
【００１９】
本発明によって認識された点は、インダクタンスを個別のコイルの個数というかたちで適切に設計することにより、パルス持続時間、容積及びＩＶＡのコストを効果的に低減できる、ということである。
【００２０】
本発明によれば、もっぱらコイル特にトロイダルコイルを介して入力結合が行われ、それによって大きい鉄製コアを備えた従来の外部インダクタンスが不要となる。この場合、エネルギーの入力結合は、半径方向の伝送線路を介してではなく、同軸の配置構成におけるトロイダルコイルへのパルス電流の入力結合を介してもっぱら行われる。
【００２１】
本発明によれば、電磁波の入力結合のために個別のインダクタンスを特に個別のコイルの形態で用いることができる、という点である。この場合、個別のインダクタンスは、それらの磁束がＩＶＡ装置の円周方向において重畳もしくは加算されるよう、空間的に配置されており、これによって、共通のリング状鉄製コアを用いなくても、従来であれば強い妨害作用を及ぼしていた漂遊磁界を効果的に最小化する配置構成が得られるようになる。特に、ＩＶＡの個々の段の電圧が数ｋＶ〜数１０ｋＶの範囲にある場合に、このことを実現できるので、個別のインダクタンスもしくは個別のコイルを、このような電圧に対し僅かなコストで電気的に絶縁できるようになる。同様にこの電圧範囲において必要とされる空隙を、比較的簡単に電気的に絶縁することもできる。本発明により得られる利点とは、結合された個別のインダクタンスもしくは結合された個別のコイルを用いることによって、鉄製コアの質量が低減されること、より低コストかつコンパクトな構造が得られ、ひいては特に長いパルス持続時間の場合に損失が抑えられること、さらには例えば１μｓ（マイクロ秒）よりも長いパルス持続時間を実現できること、である。
【００２２】
各段において波をそれぞれ同軸伝送線路に伝播させることができ、この場合、ＩＶＡのすべての同軸伝送線路が、波動伝播主軸に沿って相前後して配置される。
【００２３】
従属請求項には、本発明のさらに別の有利な実施形態が記載されている。
【００２４】
１つの有利な実施形態によれば、１つの段のインダクタンスを、波動伝播主軸に対し回転対称に形成された空間的広がりに沿って、同軸伝送線路周囲に配置することができる。
【００２５】
さらに別の有利な実施形態によれば、回転対称に形成された空間的広がりを、波動伝播主軸の周囲を円周状に取り囲む横断面として形成することができる。
【００２６】
さらに別の有利な実施形態によれば、円周状に取り囲む横断面を円形面とし、回転対称に形成された空間的広がりをトーラスとすることができる。
【００２７】
さらに別の有利な実施形態によれば、１つの段のインダクタンスを個別コイルとすることができ、この個別コイルが円周状に取り囲む横断面の円周に巻回されるように、もしくは円周を取り囲むようにすることができる。誘導分離をこのような形態で行うことの利点は、巻回数Ｎによって決まるインダクタンス値を、Ｎ2とすることによって著しく高めることができることである。従来であれば、鉄製コアは巻回数Ｎ＝１に対して設計されていた。
【００２８】
さらに別の有利な実施形態によれば、個別のコイルを横断面の円周に沿って並置することができる。
【００２９】
さらに別の有利な実施形態によれば、個別のコイルはそれぞれ、例えば２つの、互いにバイファイラ巻きにされた巻線を有することができる。
【００３０】
さらに別の有利な実施形態によれば、個別のコイルを、同軸伝送線路に向いた側に、又は半径方向に延びた側に、又は、半径方向に延びた側の中に配置することができる。
【００３１】
１つの有利な実施形態によれば、個別のコイルを、回転対称に形成された空間的広がりに沿って配置された空心コイルとして形成することができる。
【００３２】
このようにすれば、特に短いパルスのためであれば、適切な巻回数の空心コイルで十分であり、したがってコア材料の飽和性、限界周波数、渦電流に起因する高周波損失等のような従来の制約を回避することができる。さらにこのようにすることで、鉄心コア及びそれに付随して生じる欠点を、部分的に又は完全に排除することができる。
【００３３】
さらに別の有利な実施形態によれば、回転対称に形成された空間的広がりを、強磁性材料例えば鉄製リング又はフェライトリングによって、少なくとも部分的に充填することができる。
【００３４】
さらに別の有利な実施形態によれば、２つの並置された個別のコイル間の中間スペースを、強磁性材料例えば鉄製リングセグメントによって、少なくとも部分的に充填することができる。
【００３５】
さらに別の有利な実施形態によれば、個別のコイルが、リッツ線、円形断面ワイヤ又はフラットワイヤによって形成されたワイヤ巻線を有することができる。
【００３６】
さらに別の有利な実施形態によれば、個別のコイルは２つの巻線から形成され、、これら２つの巻線に、電流給電線の外側から対称に給電が行われ、電流給電線の中央において２つの巻線から、空隙の他方の側で対称な電流の取り出しが行われる。
【００３７】
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＩＶＡの従来の実施例を示す図
【図２】ＩＶＡの従来の別の実施例を示す図
【図３】本発明による２つのコイルの第１実施例を示す図
【図４】本発明によるコイル装置の第１実施例を示す図
【図５】本発明によるコイル装置の第２実施例を示す図
【図６】本発明による個別コイルのさらに別の実施例を示す図
【図７】ＩＶをコモンモード信号及びプッシュプル信号とともに示す図
【図８】本発明によるコイル装置の第３実施例を示す図
【図９】本発明による方法の実施例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図３には、本発明によるコイル装置の第１実施例が示されている。本発明に従って図３には、ＩＶＡにおける個々の段の誘導絶縁を行う相応の実施形態が示されている。この絶縁は、磁気的に互いに結合された複数の個別のインダクタンスによって実現されている。図３には、結合されたこの種のコイルの概略図が示されている。この場合、図３に描かれているのは、本発明によるコイル装置の一部分である。この部分に示されているように、２つのコイル２１が１つの鉄製リング２３に沿って相前後して配置されている。磁束φ1及びφ2が加算されて、総磁束φGesamtが得られる。これに対応するインダクタンスはφGesamt／ｉGesamtとなる。さらに図３には、個々の入力電流Ｉin及び出力電流Ｉoutが示されている。本発明によればこれら２つのコイル２１は、合成された総磁束が生じるように結合されている。
【００４０】
図４には、本発明によるコイル装置の第２実施例が示されている。図４には、結合されたコイルを備えたＩＶＡの概略が示されている。参照符号２１によって、コイル２１が配置されている様子が表されている。図４の右側には、１つの段１３の磁場絶縁を表す等価回路図が示されている。図４には、ＩＶＡの１区間の概略図が示されており、これにはＩＶＡの周囲方向で磁気的に結合された個別コイル素子つまりコイル２１が示されている。コイル２１は個々の段１３各々において、トロイダル状に配置されている。これらのコイルを、インダクタンス領域Ｌの他方の側に挿入することもできる。別の選択肢としてコイル２１を、同軸伝送線路２７の内導体に面したインダクタンス領域Ｌの端面に挿入してもよい。
【００４１】
図５には、本発明によるコイル装置の第３実施例が示されている。この場合、図５には、複数の個別コイルが結合されたＩＶＡを上から見た図が示されている。これによればＩＶＡの複数の段１３が、波動伝播主軸ＨＡに沿って前後に配置されている。参照符号１５によって、初段が表されている。参照符号１７によって回転対称の空間的広がりが表されており、これはこの実施例ではトーラス１９として形成されている。このトーラスの周囲を取り囲んで、コイル２１が配置されている。これらのコイル２１は、ここでは空心コイルとして形成されている。つまり、回転対称の空間的広がり１７の周囲にこれに沿ってコイル２１が形成されているが、この空間的広がり１７の内部には空気しか含まれておらず、この実施形態によれば、鉄製リング２３は設けられていない。図５には、本発明に従って結合された複数のコイルを備えたＩＶＡが概略的に描かれており、図３に示した電流を給電及び取り出すための端子は、この図には示されていない。
【００４２】
コイル２１を、単純な空心コイルとして形成してもよいし、鉄製コア２３を備えた空心コイル２１として形成してもよい。ここで「空心コイル」とは、周囲空気中に巻線だけが形成されたものを指す。単純な空心コイル２１は、空気を含む空間の周囲のみに巻回されている。漂遊磁界を最小限に抑える目的で、一般的には長いコイルが用いられ、この場合、コイル長がコイル直径よりも著しく長い。ただし短いコイルを用いることもでき、特にその場合には、漂遊磁界を低減するために複数のコイルが組み合わせられる。その際、場合によっては設けられる鉄製コア２３によって、コイル内容積全体を充填する必要はなく、鉄製コア２３がコイル容積の一部しか成さないようにしてもよい。例えば、１つの段におけるコイル全体のコイル内容積は、回転対称の空間的広がりとして形成され、例えばトーラス１９として形成される。特に有利な構成によれば、磁束をコイル横断面に集中させて漂遊磁界を最小化する目的で、ＩＶＡ装置の円周方向における２つのコイル２１間の中間スペースが、完全に又は部分的に鉄で充填される。この場合、各個別モジュール間のごく狭い空間領域に鉄が充填されるので、従来技術に対し鉄の総量が効果的に低減される。コイル２１を、従来技術のように例えばリッツ線、円形断面ワイヤ又はフラットワイヤから成るワイヤコイルとして構成することができる。また、これらのコイル２１として、ストリップ材を巻回した導体も１つの実施形態として考えられる。さらに別の選択肢として、コイル２１をバイファイラ巻きコイル２１として構成してもよい。また、２つのコイルを以下のようにして合成したコイル２１も考えられる。即ちこれら２つのコイルに対し、それぞれ給電線の外側から対称に給電が行われ、空隙の他方の側で給電線の中央から共通に一個所で電流の取り出しが行われるようにするのである。
【００４３】
図６には、本発明によるコイルのさらに別の実施形態が示されている。この実施形態によれば、コイル２１はバイファイラ巻きにされた巻線として実現されている。この場合、バイファイラ巻きにされた巻線は、コモンモード信号とプッシュプル信号の特性を利用している。コモンモード信号は、磁束線の重畳によってインダクタンスＬを発生させる。プッシュプル信号の場合、理想的なケースでは、磁束線が合算されて打ち消し合い、この場合にはインダクタンスＬ＝０となる。図６には、この状態が概略的に描かれている。参照符号２３によって鉄製リングが表されており、この鉄製リングの周囲に１つのコイル２１を形成するために、２つの巻線が互いにバイファイラ巻きにされている。図６の上方には、プッシュプル信号の場合に結果として生じる磁束が示されており、この場合、個々の磁束が重畳されてφGesamtが発生し、これにより生じたインダクタンスＬは、Ｌ＝φGesamt／ｉGesamtになる。図６の下方には、コモンモード信号が入力されたときのバイファイラ巻きコイル２１が示されている。コモンモード信号の場合に結果として生じる磁束φGesamtは、個々の磁束の差から発生し、したがって同じ巻回数であれば総磁束φGesamtは減少して０になる。したがって総インダクタンスＬはＬ＝０×Ｈとなる。図６の場合、入力電流はＩinによって、出力電流はＩoutによって、それぞれ対応する矢印とともに表されている。
【００４４】
図７には、本発明によるＩＶＡのさらに別の実施例が示されている。この場合、コイル２１はそれぞれバイファイラ巻きにされた巻線として形成されている。これに対応して図７には、分配されたコモンモード信号とプッシュプル信号とともにＩＶＡが概略的に示されている。参照符号１３によってＩＶＡの個々の段が示されており、この場合、段１３はキャビティと呼ばれる場合もある。段１３はそれぞれ、同軸伝送線路２７の周囲に軸対称に形成された線路２５によって実現されている。図７には、個々の電流Ｉの方向がそれぞれ示されており、それらの電流をコモンモード電流ＩGleichtaktとして、又はプッシュプル電流ＩGegentaktとして、実現することができる。この場合、コモンモード信号は、ｎ個の段を介して加算されるパルス電流である。プッシュプル信号は、個々のインダクタンスＬを介して流れる電流である。図７には、コモンモード信号とプッシュプル信号が相応に分配されている様子が示されている。
【００４５】
図８には、本発明によるコイル装置のさらに別の実施例が示されている。この装置によれば個々のコイル２１は、バイファイラ巻きコイル２１として形成されている。図８には、波動伝播主軸ＨＡに沿って配置された段１３が示されている。この図の左半分には、同軸伝送線路２７に沿って延在する線路２５が示されている。図８の右側には、個々の段１３の磁気的な絶縁を表す等価回路図が示されている。さらに図８には、対応するＩＶＡがバイファイラ巻きコイル２１の場所とともに示されている。この場合、１つの線路２５に個別のコイル２１が配置されている。バイファイラ巻きコイル２１は、本発明によれば個々の段１３各々にトロイダル状に分配されており、この場合、一般に１つの段は、並列に配置された複数のサブモジュールによって構成されている。なお、サブモジュールとは通常、あらゆる能動的な電気部品全体、もしくは１つの段１３の複数の電圧源のことである。この場合、パルスを発生させるためのサブモジュールは、ＩＶＡの１つの平面において、同軸伝送線路２７を成す内側の同軸導体の周囲に配置されている。バイファイラ巻きコイル２１を配置することによって得られる利点とは、個々のインダクタンスＬが電流パルスに対し著しく小さくなることであり、もしくはいっそう短いパルス持続時間のために適している、ということである。
【００４６】
図９には、本発明による方法の１つの実施例が示されている。この方法によれば高電圧パルスが、例えば誘導電圧重畳装置ＩＶＡによって発生させられる。第１のステップＳ１において、パルス発生中、波動伝播主軸に沿って配置されたｎ個の個別の電圧源段から成る直列接続回路の電磁界が、トランスにおいて合成される。第２のステップＳ２において、各段ごとに入力結合インダクタンスが、複数の個別インダクタンス例えば複数の個別コイルとして構成されており、これらの個別インダクタンスは、その磁束が回転対称の円周線に沿って波動伝播主軸の周囲で重畳されて加算されるように、磁気的に結合されている。この場合、波動伝播主軸は、同軸伝送線路２７の対称軸もしくはその内導体の対称軸と一致している。波動伝播主軸ＨＡの方向は、初段から出発して最終段まで電磁波が主として伝播する方向である。
【００４７】
本発明は、例えば誘導電圧重畳装置ＩＶＡを用いた高電圧パルス発生装置及び高電圧パルス発生方法に関する。この場合、各段１３ごとに分離インダクタンスＬが、複数の個別インダクタンス例えば個別コイル２１として形成されており、これらのインダクタンスは、波動伝播主軸ＨＡに対し回転対称の円周線に沿って磁界が重畳及び／又は加算されるように、磁気的に互いに結合されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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