螺线管线性驱动器及其制作方法
【专利说明】螺线管线性驱动器及其制作方法
[0001]
[0002]【技术领域】
本发明涉及一种用于开关和继电器的电磁线性驱动器。更具体地，本发明涉及用于自恢复型同轴射频开关的螺线管线性驱动器的方法。
[0003]【【背景技术】】
继电器开关是由电信号控制的机电开关。一个典型的继电器由一个电磁铁和软铁弹片组成。弹片上一般连着可移动的电接触点，弹片本身由弹簧扣住，在通电后，电磁铁会对软铁弹片产生作用力，并使其克服弹簧弹力，从而移动电接触点去关闭或打开一个电回路，当电磁铁断电后，电接触点弹回到原来位置。继电器有各种不同类型，有多接触点型、有密封型、有的内部有延迟电路、有的像早年电话通讯使用的多步多接触点型、还有可锁定型。
同轴射频开关是特殊类型的机电继电器(或开关)，其作用是接通或切断输入端子间的射频(RF)信号。通常一个同轴射频开关利用推杆推动一片内导体，同时接触一对同轴导体头并接接通该同轴导体之间的信号通道。常见的设计是把软磁性摇摇板放在一对电磁铁下推动推杆进行开关操作。一般典型磁保持(双稳态)类型的电磁铁-摇摇板系统设计是对称。要把它做成自恢复(单稳态)型，通常的办法是在摇摇板下添加一个额外的反向恢复弹簧，以确保在切断电磁铁电源后摇摇板返回到预先确定的状态中。在这种自恢复(单稳态)型设计中，电磁铁和摇摇板之间存在强烈的磁性吸引力，因此反向恢复弹簧的强度必须进行适当调整以达到所需的正常开关工作状态，同时要控制“闭合”状态时电磁铁的功耗在合理范围。这种多方面的要求通常很难达到，从而导致功耗的增加。另外反向恢复弹簧也给生产制作将添加复杂性。另一种自恢复类型的设计使用电磁线性驱动器来推动导体连接和断开射频通道。这种电磁线性致动器(图1)包括由缠绕在线圈架21上的线圈22组成的螺线管20。螺线管20通电后将使软磁芯10磁化并使它被吸引到软磁体18和19。软磁芯10向下运动时推动推针15从而推动导体51，导致导体51连接射频端子60和61。这种设计的缺点是需要把软磁性体14插入电磁阀20内部，另外推针15需要用非磁性材料制成，需要与软磁芯10分别制成，在制造和装配中增加了复杂性。另一个缺点是软磁芯10的两个端点和软磁体18和19之间的初始空气间隙相对较大，从而导致不必要的螺线管功耗增加。
[0004]可见非常有必要提供一个制作简单而又低功耗的螺线管线性驱动器。
[0005]本发明的目的正是提供一个新改进的螺线管线性驱动器，以达到制作简单和低功耗低的目的。
[0006]【
【发明内容】
】
以下所述的螺线管线性驱动器起码部分解决了以前的问题并达到上述目标。这种螺线管线性驱动器由一个一体式的软磁芯和一对位于两端的软磁体组成的螺线管构成。其中一体式软磁芯的一端有一个较为狭窄的拉伸体以致它可以穿过下端软磁体的小孔并延伸到软磁性体外部去推动一个推杆达到开关驱动作用。下端软磁体孔部有至少两个台阶，允许一体式的软磁芯有必要的运动行程同时减少一体式软磁芯和软磁体之间的初始空气间隙。以此类推，在顶部的一个环型永磁体可以允许一体式软磁芯上端较窄拉伸体穿过其中心孔并延伸至外部推动一弹片从而达到额外的指示灯功能。
[0007]【【附图说明】】
本发明上述及其它的特性及优点在以下用例子及附图作出详细说明，其中所用相同的标号将指相同的部件。
[0008]图1是现有的电磁线性驱动器组成的自恢复型同轴射频开关的剖视图；
图2A是本发明改进的线性驱动器在切断状态；
图2B是本发明改进的线性驱动器处于通电状态；
图3A是另一范本体现本发明改进的带辅助指示灯功能的线性驱动器在切断状态；
图3B是另一范本体现本发明改进的带辅助指示灯功能的线性驱动器处在通电状态。
[0009]图4是另一范本体现本发明改进的线性驱动器在切断状态.【【具体实施方式】】
本说明书所用的某些实施例，只是本发明的一些例子，而没有任何意图从任何方面限制本发明的范围。为了简明起见，一些普通的电子制造及其它系统方面(制系统零部件)的说明未必详细。而且，本说明书常用电力及电子方面的例子来描述本发明，应被理解，很多其他制造方法可以被用来制作本继电器。而本说明书描述的方法，还可以被应用到机械传动器、光开关、液态控制以及其它开关器件。
[0010]另外这些方法也适合于电系统、光系统、消费电器、工业电子、无线通讯、宇航、液体控制、医疗系统及其他应用。本说明书所用的空间安排及尺寸说明只是为了示意而已，具体的锁定继电器可以有多种空间位置及取向安排，这些继电器还可以适当方式相连并形成阵列。
图1是现有的自恢复型同轴射频开关的螺线管的线性驱动器的剖视图。如图1所示，现有的螺线管的线性驱动器100包括一个绕在线管21上的线圈22组成的螺线管20，软磁性铁芯10，软磁性体18及19，和一个非磁性推针15。螺线管线性驱动器100由各种结构体41，42，和43来支撑固定；设置其附近的包括推杆51，复位弹簧52，导体片53，及固定同轴导体60和61。
[0011]如图1所示，当线圈22不通电时，复位弹簧52向上推动推杆51并断开同轴导体60和61。当线圈22通电时，软磁芯10被磁化，其顶端11被吸向软磁体19，其底端被吸向软磁体18。该集体吸力使软磁芯10向下运动，向下推压推杆15及导体53直至导体簧片53接触静止导体60和61并使它们连通。
[0012]正如前面提到的，这种设计的缺点是需要把软磁体18插入到电磁阀20内部，推针15必须是非磁性材料并且需要与软磁芯10分别制作，这增加了制造和装配的复杂性在。另一个缺点是软磁芯10和软磁性体18及19之间的初始垂直空气间隙比较大，造成不必要大的线圈功率消耗。
[0013]图2A和2B是本发明改进的螺线管线性驱动器在一个自恢复型同轴射频开关实施示例剖视图。参考图2，一种改进的螺线管线性驱动器200包括一个由上部圆盘211、下端拉伸体212及中部体215组成的一体式软磁芯210、上软磁板32和下软磁板31、软磁性支撑结构33、以及由绕在线管21上的线圈22组成的电磁阀20。软磁芯210底端拉伸体212窄于软磁板31的开口，从而可以使拉伸体212穿过软磁板31的开口而不触及软磁板31并与软磁板31不发生干涉。软磁板31具有下部开口窄于上部开口的台阶结构。这种台阶结构减少了软磁板31和软磁芯210之间的初始垂直空气间隙，同时不妨碍软磁芯210在螺线管20内必要的垂直运动。驱动器200合理设置于推杆51、复位弹簧52、导体簧片53、固定同轴导体60和61的附近。
[0014]线圈22是由多匝导线绕在线圈架21制成的。软磁芯210 (包括中部体213、下端拉伸体212和上部园盘211)以及软磁体31、32和33可以由任何软磁材料组成，其包括纯铁铁、镍铁合金、或任何其他具有高磁导率(从大约100到105以上)并很容易被磁化的软磁材料。在同轴射频开关里软磁体31、32和33还起着支撑固定驱动器200和其他元件的作用。
[0015]推杆51由恢复弹簧52支撑并与导体簧片53连接。推杆51可由任何介质材料组成。恢复弹簧52可用不锈制成。导体簧片53可以用铍铜等导电材料制成并在表面镀金。
[0016]固定导体60和61可以由任何导电材料(如铜、铜合金等)组成，并最好是镀金的。
[0017]框架结构41和42是由刚性材料(如铝、铜等)组成并支持同轴射频开关中的各种组件。限位板43可由任何刚性材料(如金属或塑料器)组成并起着限制软磁芯210向上运动的作用。
[0018]从本发明广义的角度来说，一个螺线管线性驱动器200包括一个由中部体215、上部圆盘211和下端拉伸体212组成的一体式软磁芯210、以及位于线圈20两端的一对软磁体31和32，其特征在于一体式软磁芯210有可穿过下端软磁体31孔的一个较窄的下端拉伸体212。激励线圈22将磁化一体式软磁芯210并使其被吸引至软磁板31和32。磁芯210的向下运动使其下端拉伸体212推动外部推杆51，以致使导体簧片53接触和连接同轴导体60和61 (图2A)。去掉线圈22的激励将消除磁芯210与软磁板31和32之间的磁吸引力，使复位弹簧52向上推起推杆51并断开导体60和61的连接(图2B)。在下部软磁板31的开口处具有一个台阶结构以减少一体式软磁芯210和软磁板31之间的初始垂直空气间隙，同时允许一体式软磁芯210在内螺线管20内的运动。同样，所述台阶结构可以也可以形成在上端软磁板32的开口，以减少一体式软磁芯210上部盘211和上板32之间的初始垂直气隙。
[0019]图3A和3B是本发明改进的螺线管线性驱动器在另一个自恢复型同轴射频开关实施示例剖视图。参考3，一种改进的电磁驱动器300包括一体式软磁芯310 (包括中部体215、上园盘211、上端拉伸体313和下端拉伸体212)、上软磁板32和下端软磁板31、软磁支撑结构33、永磁铁70、软磁板71、和由线圈20绕在线圈架21组成的螺线管线圈、以及一个辅助开关80。
[0020]永磁铁