一种新型顺序切换波导开关的制作方法

本发明涉及一种波导开关。

背景技术：

波导开关主要用于卫星通讯系统微波信号的传输和传输通道的切换，其主要功能是通过射频通道的切换来实现链路传输通道的选择，从而大幅度提升链路系统的可靠性。

随着航天技术发展，宇航空间资源日益紧张，系统向集成化、小型化发展已成为发展趋势。波导开关作为通讯系统的关键部件，其小型化、轻量化程度对整个系统的发展有着重要影响。

现有顺序切换波导开关主要是通过复杂的磁路传动机构实现。其结构复杂、控制模块多，导致了装配调试难度大、故障率高，降低了产品可靠性，难以满足小型化、轻量化和复杂空间环境的使用要求。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种新型顺序切换波导开关，其控制电路简单，减少了驱动接口的数量，产品结构紧凑，有利于实现产品的小型化、轻量化设计要求。

本发明的技术解决方案是：一种新型顺序切换波导开关，包括d-sub连接器、上壳体、电路板组、位置反馈组件、驱动定子组、转子组、轴承座组件、导行转子组和导行定子组；d-sub连接器安装在上壳体组一侧，接收外部控制信号；上壳体组固定在驱动定子组上方，位置反馈组件安装在电路板组底部，电路板组安装在上壳体中；导行转子组下部装配在导行定子组中，上部通过轴与轴承座组件配合；驱动定子组安装在转子组上方，转子组安装在轴承座组件上方并与导行转子组的轴配合。

所述电路板组包括电路板、导线，电路板安装在上壳体组中，电路板上焊接导线，导线一端连接d-sub连接器连接，另一端与驱动定子组中的激励线圈连接。

所述导行转子组包括压套、棘轮、四个下锁止磁钢和导行转子；导行转子包括安装轴、中轴、圆柱段、三条导行腔；安装轴、中轴、圆柱段三者同轴，安装轴直径比中轴小；圆柱段上开有三条导行腔，其中第一条导行腔沿圆柱段直径，贯穿圆柱段侧壁，另两条导行腔呈圆弧状且关于第一条导行腔对称，圆弧的中心角为90°；压套套在安装轴上部；棘轮上设置8个轮齿，呈45°均布，固定在中轴上；四个下锁止磁钢固定在圆柱段上端面边缘沿周向均匀设置的安装孔内。

所述位置反馈组件包括紧固螺钉、磁钢和托板，托板通过紧固螺钉安装在导行转子组的导行转子的安装轴顶部，随导行转子一同旋转；四个磁钢固定在托板四角的安装孔内。

所述驱动定子组包括定子、中部壳体和绕在定子驱动极靴上的激励线圈；定子沿周向分布有两个驱动极靴和两个回复极靴，两个驱动极靴在定子的一条直径上，两个回复极靴在定子的另一条直径上，两条直径间夹角为45°；中部壳体沿中心轴开有安装孔，定子固定在安装孔内，中部壳体固定在轴承座组件的上方。

所述转子组包括转子磁钢、转子轴、棘爪、轴承ⅰ和卡簧ⅰ，转子轴通过轴承ⅰ套在导行转子的安装轴上；转子磁钢固定在转子轴中轴处设置的磁钢安装座上，采用垂直于转轴方向平行充磁；棘爪安装在转子轴底部的内部，一端固定在转子轴下部边缘设置的安装槽内，与安装在导行转子的中轴上的棘轮配合形成棘轮传动机构；轴承ⅰ安装在转子轴底面的第一中心孔中，第一中心孔端口边缘设置固定槽ⅰ，轴承ⅰ通过安装在固定槽ⅰ内的卡簧ⅰ固定。

所述轴承座组件包括轴承座、四个上锁止磁钢、轴承ⅱ和卡簧ⅱ；轴承座为环形的圆盘结构，圆盘结构底部设置环形凸起，沿环形凸起端面的周向设置磁钢安装孔，四个上锁止磁钢固定在磁钢安装孔内；轴承座通过轴承ⅱ套在导行转子的中轴上，棘轮位于轴承座上方，压套穿过轴承座的第二中心孔，轴承ⅱ安装在第二中心孔中，第二中心孔端口边缘设置固定槽ⅱ，轴承ⅱ通过安装在固定槽ⅱ内的卡簧ⅱ固定。

所述导行定子组包括轴承ⅲ和导行定子；导行定子中部开有圆柱形内腔，内腔底部端面中心设置安装孔，导行转子组安装在内腔内，内腔内壁沿周向均匀设置四个波导口p1-p4，轴承ⅲ安装在导行定子底部的安装孔内。

所述的一种新型顺序切换波导开关，通过导行转子的转动使三个导行腔与导行定子上的四个波导口配合形成四个稳定状态：状态1：波导口p1与波导口p2导通、波导口p3与波导口p4导通；状态2：波导口p1与波导口p3导通；状态3：波导口p1与波导口p4导通、波导口p2与波导口p3导通；状态4：波导口p2与波导口p4导通。

所述的一种新型顺序切换波导开关，驱动定子组与转子组上固定的转子磁钢配合形成单稳态电机，当驱动定子组中的激励线圈通电时，产生激励电流，激励电流产生的磁场与转子磁钢的磁场相反，对转子磁钢产生吸力，吸引转子组相对驱动定子组转动45°，到达与驱动极靴对准的位置；同时，棘爪推动棘轮旋转，带动导行转子组相对导行定子转动45°，当导行转子组转动到上锁止磁钢、下锁止磁钢对齐时停止转动，并锁定在该位置保持不动，与导行转子固定的位置反馈组件也跟着转动45°，并通过磁钢产生的磁场将所处位置反馈给电路板组上的磁敏感器件；

当激励线圈断电时，激励电流消失，产生的磁场消失，驱动极靴失去对转子磁钢的吸力，回复极靴吸引转子组相对驱动定子组反向旋转45°，带动棘爪沿棘轮齿背反向滑动进入相邻的轮齿齿槽内，而导行转子组由于上锁止磁钢、下锁止磁钢的锁定稳定在该位置，至此，波导开关完成一个状态的切换；激励线圈通断电四次，完成波导开关四个状态间的顺序切换。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明由于采用了单稳态电机，由两组极靴和一组激励线圈构成驱动控制，降低了控制电路的复杂程度；

(2)本发明由于采用了棘轮传动机构，将单稳态电机的45°往复运动转换为导行转子的45°定向转动，利用锁止磁钢进行位置锁止，实现了开关的顺序切换，减少了开关的零部件数量，提高了产品的可靠性。

附图说明

图1是本发明的外形图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是图2的分解示意图；

图4是本发明电路板组安装示意图；

图5是本发明位置反馈组件的结构图；

图6是本发明驱动定子组的结构图；

图7是本发明转子组的结构图；

图8是本发明轴承座组件的结构图；

图9是本发明导行转子组的结构图；

图10是本发明导行定子组的结构图；

图11是本发明的微波通路状态示意图。

图12是本发明控制电路示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明进行说明。

如图1、图2、图3所示，本发明顺序切换波导开关，包括上壳体4、电路板组6、位置反馈组件7、驱动定子组8、转子组9、轴承座组件10、导行转子组11和导行定子组12。上壳体4通过安装螺钉1固定在中部壳体5上方；电路板组6位于位置反馈组件7上方，d-sub连接器3通过紧固螺钉2与上壳体4紧固；驱动定子组8固定在转子组9上方；轴承座组件10与导行定子组11固定在一起；导行转子组11装配在导行定子组12中。

如图4所示，电路板组6通过紧固螺钉15安装在上壳体2中，电路板14上焊接的导线13一端与d-sub连接器3连接，另一端接激励线圈21，d-sub连接器3负责接收外部控制信号。

如图5所示，位置反馈组件7由紧固螺钉16、磁钢17和托板18组成，并通过紧固螺钉16安装在导行转子48的顶部，随导行转子48一同旋转。四个磁钢17固定在托板18的安装孔19内。

如图6所示，驱动定子组8由四个安装螺钉20、定子24和绕在定子驱动极靴22上的激励线圈21以及中部壳体5组成。定子24上分布有两组共四个极靴：一组驱动极靴22和一组回复极靴23，驱动极靴22与回复极靴23呈45°分布，定子14固定在中部壳体5的安装孔25内，中部壳体5通过四个安装螺钉20固定在轴承座组件10的上方。

如图7所示，转子组9由转子磁钢26、转子轴28、棘爪32、轴承ⅰ33和卡簧ⅰ34组成，并通过轴承ⅰ33套在导行转子48的安装轴45上。转子磁钢26固定在转子轴28中部的磁钢安装座27上，采用垂直于转轴方向平行充磁。棘爪32固定在转子轴28的安装槽29内，轴承ⅰ33安装在转子轴28的第一中心孔30中，通过安装在固定槽ⅰ31内的卡簧ⅰ固定。

如图8所示，轴承座组件10由轴承座35、四个上锁止磁钢39、轴承ⅱ40和卡簧ⅱ41组成，并通过轴承ⅱ40套在导行转子48的中轴46上。四个上锁止磁钢39固定在轴承座安装孔38内，轴承ⅱ40安装在轴承座35的第二中心孔36中，通过安装在固定槽ⅱ37内的卡簧ⅱ41固定。

如图9所示，导行转子组11由压套42、棘轮43、四个下锁止磁钢44和导行转子48组成。压套42套在导行转子48的安装轴45上部，棘轮43上设置8个轮齿，呈45°均布，固定在导行转子48的中轴46上，四个下锁止磁钢44固定在导行转子48的安装孔47内。

如图10所示，导行定子组12由轴承ⅲ50和导行定子51组成。轴承ⅲ50安装在导行定子51底部的安装孔54内。

如图9、图10、图11所示，导行转子组11安装在导行定子51的内腔52内，可通过轴承ⅰ33、轴承ⅱ40、轴承ⅲ50相对导行定子51定向转动。通过导行转子48的转动使导行转子48上的三个导行腔49与导行定子51上的四个波导口53配合形成四个稳定状态：状态1，波导口p1-p2与p3-p4同时导通；状态2，波导口p1-p3导通；状态3，波导口p1-p4与p2-p3同时导通；状态4，波导口p2-p4导通。

如图12所示，本发明波导开关只有一组激励线圈，绕在定子的驱动极靴上。在激励线圈两端并联二极管实现线圈续流，在线圈断开时，将反向电压通过线圈和二极管组成的回路进行泄放，实现瞬态抑制功能。通过在激励线圈前端串联防反向二极管实现反向保护功能。激励线圈每通断电一次，开关切换一次状态，依次实现四个状态的顺序切换。

本发明的工作过程：驱动定子组8与转子组9配合形成单稳态电机，当驱动定子组8中的激励线圈21通电时，产生激励电流，激励电流产生的磁场与转子组9上转子磁钢26的磁场相反，对转子磁钢26产生吸力，吸引转子组9相对驱动定子组8转动45°，到达与驱动极靴22对准的位置。同时，转子组9上固定的棘爪32推动棘轮43旋转，带动导行转子组11相对导行定子51转动45°，当导行转子组11转动到上锁止磁钢39、下锁止磁钢44对齐时停止转动，并锁定在该位置保持不动，与导行转子48固定的位置反馈组件7也跟着转动45°，并通过托板18上固定的磁钢17产生的磁场将所处位置反馈给电路板组6上的磁敏感器件；当激励线圈21断电时，激励电流消失，产生的磁场也随之消失，驱动极靴22失去对转子磁钢26的吸力，由于回复极靴23与转子磁钢26间隙相对驱动极靴22与转子磁钢26间隙更小，产生的磁通量更大，该磁通量会产生更大的吸力，吸引转子组9相对驱动定子组8反向旋转45°，带动棘爪32沿棘轮43齿背反向滑动进入相邻的轮齿齿槽内，而导行转子组11由于上锁止磁钢39、下锁止磁钢44的锁定稳定在该位置。至此，开关完成一个状态的切换。波导开关激励端加载四次激励，激励线圈21通断电四次，即可完成开关四个状态间的顺序切换。

以上是对本发明专利的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明专利精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。