专利名称：高压大功率射频开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是应用在高压大功率射频网络中的开关，着重要解决的是电弧和接触磨损问题。
本发明一个重要用途是应用在冷态切换窄的强脉冲射频电流。特别应用于固体劳伦-C转换器及类似产品。在更好的形式下，这种转换器包括一定数量的(8-64个)并联半周发生器，如美国专利4，001，598中描述的那样。这类发生器的输出与一个耦合/输出网络相连。为获得高可靠性，耦合/输出网络是有备份的，从一个到另一个耦合/输出网络的接通/点断就是使用的本发明这种大功率开关。当发生器部件失效时，这样的开关就可以有效地发挥作用了，否则该网络就被旁路。
为防止出现电弧，必须在整个触头面上施加较高的接触压力。以前是通过弹簧在触接表面施加接触压力的。这种作法必然产生强大接触插入力，以至产生很大的接触磨损。当开关处于打开的位置时，需有一个大的气隙来承受高的打开位置时的开关电压。长的接触行程加一大插入力不仅会导致过量的接触磨损，而且相应地会使开关动作减慢。
本发明避免使用接触弹簧施力，而改用一种新的连接/母线压紧装置。已经证明这种装置很好地避免了上述两种问题，并且使电接触达到出色的程度，开关的动作速度也远高于现有技术。
本发明目的在于提供一种新的改进的高压大功率开关，用于大电流射频脉冲电路及类似产品，其不产生接触磨损，且没有已知技术中电弧和开关速度慢等问题。而是提供足够的开关接触压力以便在基本上没有接触面磨损及高速开关状态下消除电弧。
本发明更进一步的目的在于提供一种改进的新型高压大功率射频开关，由新型的滑动连接/母线压紧结构来实现。
其它进一步的目的会在后面所附的权利要求中作更详细的说明。
现结合的附图来对本发明加以说明，
图1是一个简单的轴侧投影图，用来说明本发明中的母线接通结构。
图2a和2b是连接片插入位置图。
图3是本发明开关的连接片/母线压紧系统纵剖面图。
图4是按照图1-3的原理工作的较佳实施例的开关的轴侧图。
图中1、1号连接片2、1号输入母线3、1号输出母线4、2号输入母线5、2号输出母线6、2号连接片7、接触表面8、1号块9、2号块10、3号块11、金属螺纹筒12、间隙
12′、间隙13、扭矩马达14、伞形齿轮组15、止推轴承16、紧急手动杆17、移动拉杆18、滑动支架19、螺纹不锈钢轴20、连接臂本发明涉及一个高压大功率射频开关包括第一对沿轴向延伸的共平面的输入和输出导体母线接片，其相邻的端部不接通;第二对相似的共平面的沿纵向延伸的输入输出母线片也不接通，垂直置于第一对母线下面，且与第一对母线片对齐;第一和第二对连接片侧向水平排列在母线片旁边且位于上下平面内，且该上下平面与相应的上下母线的上下表面间有微小间隙，一个使上、下连接片水平移动横向覆盖在上、下母线相邻端部的装置;和一个向上加压使连接片压紧在所述的第一、第二对母线片的上下表面上，且与之有接通以使开关闭合的装置。
下面详细阐述这种装置的最佳实施例及特征。
母线切换的情况如图一所示。其中有两个垂直分布的插入板和一个平行的导电平板，沿轴向延伸的母线，叫做1号输入母线和2号输入母线。例如，把输入母线与射频发生器输出网络连接起来，可能要求把该网络分别转接到称之为1号输出母线和2号输出母线的共平面母线上。这两对并行排列在一起的共平面母线可以被大略表示为两个可以连接的平板连接片，它们称为1号连接片和2号连接片。若要合上母线开关，1号和2号连接片必须横向插入，然后分别与1号和2号输入、输出母线连通(即物理位置相重叠)，如图一中用虚线表示。但是，要有高的接触压力，以防产生电弧。
母线的典型尺寸一般为7.6厘米(3英寸)宽，0.64厘米(0.25英寸)厚。当开关处于打开位置时，未接触的输入和输出母线端部之间及连接片与母线之间的距离要等于或大于5.1厘米(2英寸)，以承受开关打开时的高电压。为得到这样大的距离和高的接触力，同时还要使开关快速动作，切换过程可以分为二个步骤连接片横向插入相应的轴向延伸的输入输出母线之间，以连接起它们，且垂直地把连接片与相应的母线压在一起并接通。
图2所示为连接片插入过程的顶视图。连接片(如1号连接片)从侧面插入，连接片最好是U形平面板，其与上、下母线的表面有一小间隙。U形两臂和颈部在绝缘材料中构成较长的漏电通路，绝缘材料是用于固定和隔开母线的，这在图3中可以看到。图2a中所示的开关处于打开状态，U形的1号连接片位于水平分开的1号输入母线和1号输出母线旁边;在图2b中，开关处于合上的位置，平板连接片的表面横向覆盖并接通母线的相邻端。
图3所示为图2所示开关处于闭合状态时连接片/母线压紧系统的主视图。该系统由叠在一起的三个绝缘材料块组成，分别为1号块、2号块和3号块，它们由G10或其它合适的或类似的塑料制成。2号块提供上、下两组母线间的装配间隙，且包含着12和12′两个间隙，以供容纳连接片;1号块和3号块则通过扭矩马达13和螺纹不锈钢轴19将母线和插入的连接片压紧在一起。
连接片和母线相接触的面积的大小与所受压力成正比，而与接触面材料的硬度成反比。因为平板表面显微结构不规则，所以实现接触上的面积只占接触表面积的很小一部分。例如，当给银制平板触头施加21公斤/平方厘米(300磅/平方英寸)的接触压力时，只有大约1%的面积是真正接触上了。因此，为最大限度地增加接触压力，导电平板连接片和母线要用软铜制造，并且在接触区域镀金或其它贵重的金属。
图4为开关的轴侧投影图，1号和2号两个连接片装配在滑动支架18上，滑动支架18跨在移动拉杆17上，支架18通过两个横向由螺线管控制的连接臂20作水平往复运动。虚线位置20′是连接片往前插入的位置。驱使滑动支架18向压紧块(图4右部，用虚线和水平箭头标出)运动使开关闭合，连接片插入位于1号块3号块和2号块之间的间隙12和12′中去，母线亦在处。把输入和输出母线片相邻端部重叠起来。在这个操作过程中，压紧块张开或分开以便连接片能无阻力地顺利插入而不产生任何接触磨损。一旦连接片被插入位于压紧块间隙的12和12′中，扭矩马达13接通，通过伞形齿轮组14驱使1号块和3号块沿垂直方向合在一起，从而使1号和2号连接片臂和相应的母线压紧，而且分别连通1号和2号母线的输入输出对。当压力足够大时，关闭扭矩马达13，压力使开关闭合。
要打开开关，再接通扭矩马达13，使压力轴21反方向转动，使压紧块分离，解除施加在连接片与母线重叠部分的压力。连接片与总线分开后，关闭扭矩马达。众所周知，关闭扭矩马达只要在适当位置安装好微型开关(未示出)即可以解决。控制滑动支架18的螺线管这时被啮合，并带动滑动支架18横向离开压紧块(向左运动)，因而开关又处于打开状态。
因为没有阻力，支架18可以快速往复横向移动。由于压紧块行程很短，故扭矩马达13可以在很短的时间间隔内将连接片压向母线。(在上例中，连接片与母线的距离不足0.64厘米(0.25英寸))这样制造出来的开关在实际应用中，可以在2秒钟内完成打开或者闭合，接触面没有磨损，有足够的间隙保证高电压下操作安全，并且以足够的接触压力防止了电弧的产生。紧急手动杆16可在螺线管失灵时使用。
在这里，水平和垂直、上方和下方、向前和向后等术语只是用来帮助说明问题的，因为开关可以在另一个方位工作。凡本技术领域的熟练人员所做的进一步改进，只要在本发明的精神和范围以内，均属从属权利要求的限定内。
权利要求
1.一种高压大功率射频开关，包括第一对沿轴向延展的共平面输入和输出导体母线片，相邻母线片端部不接触；第二对相似的共平面沿轴向延伸的输入输出母线片也不接通，垂直位于第一对母线下面，而且与第一对母线对齐，以组成上、下母线片对，第一、第二对连接片侧向水平置于相应的母线片旁边，并位于与上、下母线片上下表面有一小间隙的平面内；一个使上、下连接片水平移动横向覆盖在上、下母线片的相邻端部的装置；和一个向上加压使连接片压紧在所述的第一、第二对母线片的上、下表面上，且与之相接通，以使开关闭合的装置。
2.如权利要求1中所述的一种高压大功率射频开关，它的连接片是U形的，在开关闭合的位置以其U形的两臂与母线片端部横向重叠并压紧接触，U形颈部则作为它们之间一个接通片。
3.如权利要求1中所述的高压大功率射频开关，其母线片是由在中间的绝缘块所固定和隔开的，通过启动压力装置使上、下绝缘块压中间绝缘块，以使连接片与母线片之间达到所要求的压力。
4.如权利要求1中所述的一种高压大功率射频开关，它的移动装置用来水平横向从母线片移开连接片，松开压紧装置，以使连接片与母线片分开。
5.如权利要求4中所述的一种高压大功率射频开关，其上、下连接片装在滑动架上，滑动架上装有螺线管控制的连接臂，以便使滑动架向着靠近或远离母线片的方向横向移动。
6.如权利要求5中所述的一种高压大功率射频开关，其压紧装置是由一台扭矩马达通过一个压力轴使连接片垂直移动，使连接片与母线片接通或分开。
7.如权利要求3中所述的一种高压大功率射频开关，其压紧装置由一台扭矩马达通过一根垂直延伸的螺纹不锈钢轴使上、下绝缘块压中间绝缘块或与中间绝缘块分开。
8.如权利要求7中所述的一种高压大功率射频开关，其上、下绝缘块的压紧行程为0.64厘米(0.25英寸)。
9.如权利要求8中所述的一种高压大功率射频开关，其螺线管连接装置和扭矩马达可在2秒内完成此开关的动作。
全文摘要
本发明涉及一种新型的快速启动的高压大功率射频开关，用于冷态切换窄、强的射频脉冲电流，其用于如劳伦-C转换器或类似的产品，即耦合/输出网络之间的切换。该开关包括上、下不相接触的两沿轴向延伸的输入、输出母线片对，靠横向插入平板状连接片使之相接通，而且可迅速将它与不相通的输入、输出母线的相邻端部迅速压紧，且有足够的间隙以保证高压下工作和足够接触压力以消除电弧。
文档编号H01P1/12GK1080088SQ93102100
公开日1993年12月29日 申请日期1993年3月5日 优先权日1992年6月5日
发明者保罗R·约翰尼森 申请人:麦加帕尔斯股份有限公司