专利名称：旋转电弧脉冲功率开关的制作方法
技术领域：
本发明属于一种大电流脉冲功率闭合开关，特别涉及一种轴向磁场 控制的旋转电弧脉冲功率开关。
背景技术：
在脉冲功率系统中，开关元件具有举足轻重的作用，这是因为开关元 件的参数和特性对脉冲的上升时间、幅值等产生最直接、最敏感的影响。 脉冲功率开关一般在高电压、大电流下工作，条件十分恶劣，开关中的 击穿现象和开关电极上的放电物理过程十分复杂，开关电极材料在击穿 时的烧蚀将会直接影响到开关的性能和寿命。为此，具有耐受高电压强 电流、击穿时延短而分散性小、电感和电阻小、电极烧蚀轻微以及能高 重复频率工作的各种开关元件的研制，是当前脉冲功率技术中十分重要 的研究课题。
目前高功率脉冲大电流闭合开关主要有触发真空开关TVS(Triggered Vacuum Switch)、赝火花开关PSS(Pseudo-spark Switch)、两电极和三电极 的气体火花开关、大功率超高速半导体开关等。Rim G H和Cho C H提 出了一种横向磁场控制的旋转电弧开关，见《Design and testing of a rotary arc gap-switch for pulsed power》，IEEE Transactions on Plasma Science, 2000， 28(5) :1491-1496，如图1所示，该旋转电弧开关包括两个被绝缘 体支撑、上下放置的上环形电极13和下环形电极14，每个电极中有一个 缺口 15，这些缺口彼此错开180"放置，电极的联接电线接线端16也被彼 此错开180度放置，缺口是为了使电弧可以在电极之间持续的作旋转运 动。开关导通后，放电电流感应产生磁场，电极间隙中的电弧在磁场的洛仑兹力的驱动下，会沿环形电极移动。这种旋转电弧开关虽然可以实 现电弧的旋转，但是由于驱动电弧旋转的磁场较弱，导致电弧运动的速 度不快，没有很好的起到减小电极烧蚀的作用，而且此开关不能工作在 大电流情况下，因此，有必要对这种开关进行改进。
发明内容
本发明提出一种旋转电弧脉冲功率开关，目的在于使得电弧在轴向 磁场的控制下高速旋转，减小电极烧蚀，延长开关寿命，以适于大电流工作。
本发明的旋转电弧脉冲功率开关，包括内电极、外电极，上、下线 圈和上、下盖板，其特征在于所述两个电极分别为内电极和外电极， 内电极为横截面王字形的圆柱体；外电极为两个半圆盘，套于内电极之 外构成同轴圆柱结构；内电极的上下两端分别与上、下线圈机械及电气 相连；所述上、下线圈的绕向保证电流流过线圈时，电流的旋转方向相 同；所述上、下盖板分别通过绝缘材料将内、外电极以及上、下线圈固 定。
所述的旋转电弧脉冲功率开关，其特征在于所述内、外电极相对 面的边缘均进行倒角处理；构成所述外电极的两个半圆盘之间距离为l 2腿；所述上、下线圈由紫铜带材绕制，分别为3 7匝。
本发明的开关触发导通后，传导电流分别由上、下两组线圈引入， 经过内电极、电弧和外电极传出；传导电流流过上、下线圈时，上、下 线圈在开关电极中产生轴向控制磁场，驱动电弧在内、外电极表面高速 旋转，从而减小开关电极的烧蚀，延长开关的寿命。
本实用新型为气体开关，工作气体为一个大气压的空气，无须对开 关进行特殊的密封；内电极和外电极为同轴圆柱结构，电极间电场分布 均匀，且倒角部分的电场小于未倒角的中间平板部分；电流流过内电极 时分流，使得电弧在流过电极的电流的作用下受力平衡；外电极的两个 半圆盘之间间隔一段距离，防止产生涡流；上、下线圈产生的合成磁场 为轴向，且磁场较强，磁场位形为磁镜结构；电弧在轴向磁场的作用下 绕着电极作高速运动，电极烧蚀轻微，可以在大电流情况下工作且寿命 较普通气体火花开关长。
图1为传统的横向磁场控制的旋转电弧开关；
图2为本实用新型的开关结构示意图3a为本实用新型内电极示意图3b为本实用新型外电极示意图4a为本实用新型上线圈示意图4b为本实用新型下线圈示意图。
图中标记上盖板l，上线圈绝缘板2，上线圈3，上密封筒4，外 电极5，输出端子6，内电极7，下密封筒8，下线圈绝缘板9，下线圈 10，下盖板ll,输入端子12。
具体实施方式
图2所示为本实用新型的开关结构示意图，本实用新型包括内电极7 和外电极5,内电极7为横截面王字形的圆柱体；外电极5为两个半圆盘， 套于内电极7之外构成同轴圆柱结构；内电极7的上下两端分别与上线 圈3、下线圈IO机械及电气相连；上线圈3各匝之间具有上线圈绝缘板 2，通过螺杆压紧固定；下线圈10各匝之间具有下线圈绝缘板9，通过螺
杆压紧固定；上线圈3、下线圈IO分别通过输入端子12与外电路的一相
电流连接。外电极5的两个半圆盘分别通过输出端子6与外电路的同一 相电流连接。固定在上盖板1和外电极5之间的上密封筒4、固定在下盖 板11和外电极5之间的下密封筒8用来减小开关导通时的声音，并不起 密封气体的作用。上盖板l、下盖板11分别通过绝缘材料和螺杆、螺帽 将内、外电极以及上、下线圈固定。
图3a为本实用新型内电极示意图，图3b为本实用新型外电极示意 图；内、外电极采用紫铜材料，在装配时构成同轴圆柱结构。电弧为径 向电弧，内、外电极相对面的边缘均进行倒角处理，使得开关间隙的电 场尽量均匀，且倒角部分的电场小于未倒角的中间平板部分。外电极由 两个半圆盘组成，间距为lmm，以防止产生涡流。
图4a为本实用新型上线圈示意图，图4b为本实用新型下线圈示意 图；上、下线圈放置在开关的上下两端，上、下线圈分别为5匝，均由 紫铜带材绕制，使得线圈的合成磁场为轴向，且磁场位形为磁镜结构。
权利要求1.一种旋转电弧脉冲功率开关，包括内电极、外电极，上、下线圈和上、下盖板，其特征在于所述两个电极分别为内电极和外电极，内电极为横截面王字形的圆柱体；外电极为两个半圆盘，套于内电极之外构成同轴圆柱结构；内电极的上下两端分别与上、下线圈机械及电气相连；所述上、下线圈的绕向保证电流流过线圈时，电流的旋转方向相同；所述上、下盖板分别通过绝缘材料将内、外电极以及上、下线圈固定。
2. 如权利要求l所述的旋转电弧脉冲功率开关，其特征在于所述 内、外电极相对面的边缘均进行倒角处理；构成所述外电极的两个半圆 盘之间距离为1 2mm;所述上、下线圈由紫铜带材绕制，分别为3 7匝。
专利摘要旋转电弧脉冲功率开关，属于一种大电流脉冲功率闭合开关，目的在于使得电弧在轴向磁场的控制下高速旋转，减小电极烧蚀，延长开关寿命，以适于大电流工作。本实用新型包括内电极、外电极，上、下线圈和上、下盖板，所述内电极为横截面王字形的圆柱体；外电极为两个半圆盘，套于内电极之外构成同轴圆柱结构；内电极的上下两端分别与上、下线圈机械及电气相连；所述上、下线圈的绕向保证电流流过线圈时，电流的旋转方向相同；所述上、下盖板分别通过绝缘材料将内、外电极以及上、下线圈固定。本实用新型工作气体为一个大气压的空气，不需特殊密封；开关导通时，电弧在轴向磁场的控制下绕着内电极高速旋转，从而减小开关电极的烧蚀，延长开关的寿命。
文档编号H01H33/70GK201075356SQ20072008515
公开日2008年6月18日 申请日期2007年6月8日 优先权日2007年6月8日
发明者何俊佳, 何孟兵, 垣 潘, 王清玲, 锐 郭 申请人:华中科技大学