專利名稱：高壓大功率射頻開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是應(yīng)用在高壓大功率射頻網(wǎng)絡(luò)中的開關(guān)，著重要解決的是電弧和接觸磨損問題。
本發(fā)明一個重要用途是應(yīng)用在冷態(tài)切換窄的強脈沖射頻電流。特別應(yīng)用于固體勞倫-C轉(zhuǎn)換器及類似產(chǎn)品。在更好的形式下，這種轉(zhuǎn)換器包括一定數(shù)量的(8-64個)并聯(lián)半周發(fā)生器，如美國專利4，001，598中描述的那樣。這類發(fā)生器的輸出與一個耦合/輸出網(wǎng)絡(luò)相連。為獲得高可靠性，耦合/輸出網(wǎng)絡(luò)是有備份的，從一個到另一個耦合/輸出網(wǎng)絡(luò)的接通/點斷就是使用的本發(fā)明這種大功率開關(guān)。當發(fā)生器部件失效時，這樣的開關(guān)就可以有效地發(fā)揮作用了，否則該網(wǎng)絡(luò)就被旁路。
為防止出現(xiàn)電弧，必須在整個觸頭面上施加較高的接觸壓力。以前是通過彈簧在觸接表面施加接觸壓力的。這種作法必然產(chǎn)生強大接觸插入力，以至產(chǎn)生很大的接觸磨損。當開關(guān)處于打開的位置時，需有一個大的氣隙來承受高的打開位置時的開關(guān)電壓。長的接觸行程加一大插入力不僅會導(dǎo)致過量的接觸磨損，而且相應(yīng)地會使開關(guān)動作減慢。
本發(fā)明避免使用接觸彈簧施力，而改用一種新的連接/母線壓緊裝置。已經(jīng)證明這種裝置很好地避免了上述兩種問題，并且使電接觸達到出色的程度，開關(guān)的動作速度也遠高于現(xiàn)有技術(shù)。
本發(fā)明目的在于提供一種新的改進的高壓大功率開關(guān)，用于大電流射頻脈沖電路及類似產(chǎn)品，其不產(chǎn)生接觸磨損，且沒有已知技術(shù)中電弧和開關(guān)速度慢等問題。而是提供足夠的開關(guān)接觸壓力以便在基本上沒有接觸面磨損及高速開關(guān)狀態(tài)下消除電弧。
本發(fā)明更進一步的目的在于提供一種改進的新型高壓大功率射頻開關(guān)，由新型的滑動連接/母線壓緊結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。
其它進一步的目的會在后面所附的權(quán)利要求中作更詳細的說明。
現(xiàn)結(jié)合的附圖來對本發(fā)明加以說明，
圖1是一個簡單的軸側(cè)投影圖，用來說明本發(fā)明中的母線接通結(jié)構(gòu)。
圖2a和2b是連接片插入位置圖。
圖3是本發(fā)明開關(guān)的連接片/母線壓緊系統(tǒng)縱剖面圖。
圖4是按照圖1-3的原理工作的較佳實施例的開關(guān)的軸側(cè)圖。
圖中1、1號連接片2、1號輸入母線3、1號輸出母線4、2號輸入母線5、2號輸出母線6、2號連接片7、接觸表面8、1號塊9、2號塊10、3號塊11、金屬螺紋筒12、間隙
12′、間隙13、扭矩馬達14、傘形齒輪組15、止推軸承16、緊急手動桿17、移動拉桿18、滑動支架19、螺紋不銹鋼軸20、連接臂本發(fā)明涉及一個高壓大功率射頻開關(guān)包括第一對沿軸向延伸的共平面的輸入和輸出導(dǎo)體母線接片，其相鄰的端部不接通;第二對相似的共平面的沿縱向延伸的輸入輸出母線片也不接通，垂直置于第一對母線下面，且與第一對母線片對齊;第一和第二對連接片側(cè)向水平排列在母線片旁邊且位于上下平面內(nèi)，且該上下平面與相應(yīng)的上下母線的上下表面間有微小間隙，一個使上、下連接片水平移動橫向覆蓋在上、下母線相鄰端部的裝置;和一個向上加壓使連接片壓緊在所述的第一、第二對母線片的上下表面上，且與之有接通以使開關(guān)閉合的裝置。
下面詳細闡述這種裝置的最佳實施例及特征。
母線切換的情況如圖一所示。其中有兩個垂直分布的插入板和一個平行的導(dǎo)電平板，沿軸向延伸的母線，叫做1號輸入母線和2號輸入母線。例如，把輸入母線與射頻發(fā)生器輸出網(wǎng)絡(luò)連接起來，可能要求把該網(wǎng)絡(luò)分別轉(zhuǎn)接到稱之為1號輸出母線和2號輸出母線的共平面母線上。這兩對并行排列在一起的共平面母線可以被大略表示為兩個可以連接的平板連接片，它們稱為1號連接片和2號連接片。若要合上母線開關(guān)，1號和2號連接片必須橫向插入，然后分別與1號和2號輸入、輸出母線連通(即物理位置相重疊)，如圖一中用虛線表示。但是，要有高的接觸壓力，以防產(chǎn)生電弧。
母線的典型尺寸一般為7.6厘米(3英寸)寬，0.64厘米(0.25英寸)厚。當開關(guān)處于打開位置時，未接觸的輸入和輸出母線端部之間及連接片與母線之間的距離要等于或大于5.1厘米(2英寸)，以承受開關(guān)打開時的高電壓。為得到這樣大的距離和高的接觸力，同時還要使開關(guān)快速動作，切換過程可以分為二個步驟連接片橫向插入相應(yīng)的軸向延伸的輸入輸出母線之間，以連接起它們，且垂直地把連接片與相應(yīng)的母線壓在一起并接通。
圖2所示為連接片插入過程的頂視圖。連接片(如1號連接片)從側(cè)面插入，連接片最好是U形平面板，其與上、下母線的表面有一小間隙。U形兩臂和頸部在絕緣材料中構(gòu)成較長的漏電通路，絕緣材料是用于固定和隔開母線的，這在圖3中可以看到。圖2a中所示的開關(guān)處于打開狀態(tài)，U形的1號連接片位于水平分開的1號輸入母線和1號輸出母線旁邊;在圖2b中，開關(guān)處于合上的位置，平板連接片的表面橫向覆蓋并接通母線的相鄰端。
圖3所示為圖2所示開關(guān)處于閉合狀態(tài)時連接片/母線壓緊系統(tǒng)的主視圖。該系統(tǒng)由疊在一起的三個絕緣材料塊組成，分別為1號塊、2號塊和3號塊，它們由G10或其它合適的或類似的塑料制成。2號塊提供上、下兩組母線間的裝配間隙，且包含著12和12′兩個間隙，以供容納連接片;1號塊和3號塊則通過扭矩馬達13和螺紋不銹鋼軸19將母線和插入的連接片壓緊在一起。
連接片和母線相接觸的面積的大小與所受壓力成正比，而與接觸面材料的硬度成反比。因為平板表面顯微結(jié)構(gòu)不規(guī)則，所以實現(xiàn)接觸上的面積只占接觸表面積的很小一部分。例如，當給銀制平板觸頭施加21公斤/平方厘米(300磅/平方英寸)的接觸壓力時，只有大約1%的面積是真正接觸上了。因此，為最大限度地增加接觸壓力，導(dǎo)電平板連接片和母線要用軟銅制造，并且在接觸區(qū)域鍍金或其它貴重的金屬。
圖4為開關(guān)的軸側(cè)投影圖，1號和2號兩個連接片裝配在滑動支架18上，滑動支架18跨在移動拉桿17上，支架18通過兩個橫向由螺線管控制的連接臂20作水平往復(fù)運動。虛線位置20′是連接片往前插入的位置。驅(qū)使滑動支架18向壓緊塊(圖4右部，用虛線和水平箭頭標出)運動使開關(guān)閉合，連接片插入位于1號塊3號塊和2號塊之間的間隙12和12′中去，母線亦在處。把輸入和輸出母線片相鄰端部重疊起來。在這個操作過程中，壓緊塊張開或分開以便連接片能無阻力地順利插入而不產(chǎn)生任何接觸磨損。一旦連接片被插入位于壓緊塊間隙的12和12′中，扭矩馬達13接通，通過傘形齒輪組14驅(qū)使1號塊和3號塊沿垂直方向合在一起，從而使1號和2號連接片臂和相應(yīng)的母線壓緊，而且分別連通1號和2號母線的輸入輸出對。當壓力足夠大時，關(guān)閉扭矩馬達13，壓力使開關(guān)閉合。
要打開開關(guān)，再接通扭矩馬達13，使壓力軸21反方向轉(zhuǎn)動，使壓緊塊分離，解除施加在連接片與母線重疊部分的壓力。連接片與總線分開后，關(guān)閉扭矩馬達。眾所周知，關(guān)閉扭矩馬達只要在適當位置安裝好微型開關(guān)(未示出)即可以解決?？刂苹瑒又Ъ?8的螺線管這時被嚙合，并帶動滑動支架18橫向離開壓緊塊(向左運動)，因而開關(guān)又處于打開狀態(tài)。
因為沒有阻力，支架18可以快速往復(fù)橫向移動。由于壓緊塊行程很短，故扭矩馬達13可以在很短的時間間隔內(nèi)將連接片壓向母線。(在上例中，連接片與母線的距離不足0.64厘米(0.25英寸))這樣制造出來的開關(guān)在實際應(yīng)用中，可以在2秒鐘內(nèi)完成打開或者閉合，接觸面沒有磨損，有足夠的間隙保證高電壓下操作安全，并且以足夠的接觸壓力防止了電弧的產(chǎn)生。緊急手動桿16可在螺線管失靈時使用。
在這里，水平和垂直、上方和下方、向前和向后等術(shù)語只是用來幫助說明問題的，因為開關(guān)可以在另一個方位工作。凡本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員所做的進一步改進，只要在本發(fā)明的精神和范圍以內(nèi)，均屬從屬權(quán)利要求的限定內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高壓大功率射頻開關(guān)，包括第一對沿軸向延展的共平面輸入和輸出導(dǎo)體母線片，相鄰母線片端部不接觸；第二對相似的共平面沿軸向延伸的輸入輸出母線片也不接通，垂直位于第一對母線下面，而且與第一對母線對齊，以組成上、下母線片對，第一、第二對連接片側(cè)向水平置于相應(yīng)的母線片旁邊，并位于與上、下母線片上下表面有一小間隙的平面內(nèi)；一個使上、下連接片水平移動橫向覆蓋在上、下母線片的相鄰端部的裝置；和一個向上加壓使連接片壓緊在所述的第一、第二對母線片的上、下表面上，且與之相接通，以使開關(guān)閉合的裝置。
2.如權(quán)利要求1中所述的一種高壓大功率射頻開關(guān)，它的連接片是U形的，在開關(guān)閉合的位置以其U形的兩臂與母線片端部橫向重疊并壓緊接觸，U形頸部則作為它們之間一個接通片。
3.如權(quán)利要求1中所述的高壓大功率射頻開關(guān)，其母線片是由在中間的絕緣塊所固定和隔開的，通過啟動壓力裝置使上、下絕緣塊壓中間絕緣塊，以使連接片與母線片之間達到所要求的壓力。
4.如權(quán)利要求1中所述的一種高壓大功率射頻開關(guān)，它的移動裝置用來水平橫向從母線片移開連接片，松開壓緊裝置，以使連接片與母線片分開。
5.如權(quán)利要求4中所述的一種高壓大功率射頻開關(guān)，其上、下連接片裝在滑動架上，滑動架上裝有螺線管控制的連接臂，以便使滑動架向著靠近或遠離母線片的方向橫向移動。
6.如權(quán)利要求5中所述的一種高壓大功率射頻開關(guān)，其壓緊裝置是由一臺扭矩馬達通過一個壓力軸使連接片垂直移動，使連接片與母線片接通或分開。
7.如權(quán)利要求3中所述的一種高壓大功率射頻開關(guān)，其壓緊裝置由一臺扭矩馬達通過一根垂直延伸的螺紋不銹鋼軸使上、下絕緣塊壓中間絕緣塊或與中間絕緣塊分開。
8.如權(quán)利要求7中所述的一種高壓大功率射頻開關(guān)，其上、下絕緣塊的壓緊行程為0.64厘米(0.25英寸)。
9.如權(quán)利要求8中所述的一種高壓大功率射頻開關(guān)，其螺線管連接裝置和扭矩馬達可在2秒內(nèi)完成此開關(guān)的動作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的快速啟動的高壓大功率射頻開關(guān)，用于冷態(tài)切換窄、強的射頻脈沖電流，其用于如勞倫-C轉(zhuǎn)換器或類似的產(chǎn)品，即耦合/輸出網(wǎng)絡(luò)之間的切換。該開關(guān)包括上、下不相接觸的兩沿軸向延伸的輸入、輸出母線片對，靠橫向插入平板狀連接片使之相接通，而且可迅速將它與不相通的輸入、輸出母線的相鄰端部迅速壓緊，且有足夠的間隙以保證高壓下工作和足夠接觸壓力以消除電弧。
文檔編號H01P1/12GK1080088SQ93102100
公開日1993年12月29日 申請日期1993年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月5日
發(fā)明者保羅R·約翰尼森 申請人:麥加帕爾斯股份有限公司