CN108574390B - 一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置，其特征在于，包括：开关转子和驱动部分，所述驱动部分包括定子、电机转子和线圈，所述定子位置固定，所述电机转子与定子转动连接，所述定子内部形成有定子齿，所述线圈跨绕在相邻的两个定子齿上，所述电机转子与开关转子固接。本发明通过定子齿和线圈驱动电机转子进而带动开关转子转动，实现了在0°位、45°位、90°位和135°位四个位置状态开关转子的随机切换，使本装置仅需要施加单一指令，即可完成开关在任意两状态间的切换；通过按特定角度配置的上层定位磁铁组和下层定位磁铁组，实现对开关转子的无接触定位。

Description

一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置

技术领域

本发明涉及一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置。

背景技术

作为一种机械式微波开关，波导开关具有电压驻波比低、插入损耗小、功率容量大的优点，是雷达、电子对抗、卫星导航等微波系统中，用于微波通路切换或系统备份的常用器件。随着信息技术不断的发展，微波系统的功能日趋强大，微波系统的通道数目日益增加。为用更少的开关完成多个微波通路的切换或备份，就需要波导开关具有更多的通道和更多的状态。微波信号传输部分包括微波定子和微波转子，微波定子周围设有波导窗；微波转子内部含有波导通道。在电磁驱动装置的驱动下，微波转子在微波定子中旋转，用内部波导通道联通不同的波导窗，进而实现开关位置状态的切换。定位装置负责将开关保持在选定状态。

目前多通道开关中，如四通道开关，电磁驱动与定位装置为大角矩步进电机。基于步进电机的顺序切换波导开关存在2个显著缺点：

1)存在中间停留状态，切换时间长。波导开关仅能在相邻状态间按特定方向逐一位置切换，无法完成对开关的随机切换——施加单一指令，完成任意两状态间的切换。

2)外围驱动电路复杂。切换到某一位置时，对于不同的初始状态施加驱动脉冲的个数不同。这需要外围电路计算，故外围驱动电路复杂。

另外目前多通道波导开关的定位装置为机械式接触定位装置，该种定位装置在工作时存在碰撞或磨损容易产生多余物，且影响产品寿命。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置，解决了现有的波导开关仅能在相邻状态间按特定方向逐一位置切换的问题，解决了现有的波导开关的机械式接触定位装置影响产品寿命的问题。

一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置，其特征在于，包括：开关转子和驱动部分，所述驱动部分包括定子、电机转子和线圈，所述定子位置固定，所述电机转子与定子转动连接，所述定子内部形成有定子齿，所述线圈跨绕在相邻的两个定子齿上，所述电机转子与开关转子固接。

优选的，所述固定套套装于定子外侧，所述固定套与定子固接。

优选的，还包括定位部分，所述定位部分包括上层定位磁铁组和下层定位磁铁组，所述上层定位磁铁组固接于固定套下方，所述下层定位磁铁组固接于开关转子上方。

优选的，所述定子形成有八个定子齿，所述定子齿沿定子圆周均匀分布。

优选的，所述驱动部分包括有8个线圈，所述每个线圈与位置相对的另一个线圈串联为一组线圈组，所述驱动部分包括有4组线圈组。

优选的，定子为软磁材料制成，电机转子为永磁材料制成。

优选的，上层定位磁铁组包括第一上层磁铁、第二上层磁铁、第三上层磁铁和第四上层磁铁，所述第一上层磁铁、第二上层磁铁、第三上层磁铁和第四上层磁铁依次排布在同一个圆周上，所述第一上层磁铁与第二上层磁铁到定子圆心的两条直线的夹角为135°，所述第二上层磁铁和第三上层磁铁到定子圆心的两条直线的夹角为112.5°，所述第三上层磁铁和第四上层磁铁到定子圆心的两条直线的夹角为45°。

优选的，下层定位磁铁组包括第一下层磁铁、第二下层磁铁、第三下层磁铁和第四下层磁铁，所述第一下层磁铁、第二下层磁铁、第三下层磁铁和第四下层磁铁依次排布在同一个圆周上，所述下层定位磁铁组排布的圆周与上层定位磁铁组排布的圆周的直径相同且圆心位于同一条直线上，所述第一下层磁铁和第二下层磁铁到开关转子圆心的两条直线的夹角为90°，所述第二下层磁铁和第三下层磁铁到开关转子圆心的两条直线的夹角为90°，所述第三下层磁铁和第四下层磁铁到开关转子圆心的两条直线的夹角为90°。

优选的，所述第一上层磁铁下方为N极，第二上层磁铁下方为N极，第三上层磁铁下方为S极，第四上层磁铁下方为S极。

优选的，所述第一下层磁铁上方为S极，第二下层磁铁上方为S极，第三下层磁铁上方为S极，第四下层磁铁上方为S极。

本发明具有如下优点：通过定子齿和线圈驱动电机转子进而带动开关转子转动，实现了在0°位、45°位、90°位和135°位四个位置状态开关转子的随机切换，使本装置仅需要施加单一指令，即可完成开关在任意两状态间的切换；通过按特定角度配置的上层定位磁铁组和下层定位磁铁组，实现对开关转子的无接触定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1：本发明的轴测结构示意图；

图2：本发明的定子齿和线圈的结构示意图；

图3：本发明定子和电机转子的结构示意图；

图4：本发明开关转子的结构示意图；

图5：本发明固定套的仰视图结构示意图；

图6：本发明上层定位磁铁组的俯视位置示意图；

图7：本发明下层定位磁铁组的俯视位置示意图；

图8：本发明0°位时上层定位磁铁组和下定位磁铁组的配合关系示意图；

图9：本发明45°位时上层定位磁铁组和下定位磁铁组的配合关系示意图；

图10：本发明90°位时上层定位磁铁组和下定位磁铁组的配合关系示意图；

图11：本发明135°位时上层定位磁铁组和下定位磁铁组的配合关系示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1到图11所示，本实施例提供了一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置，其特征在于，包括：开关转子3和驱动部分，所述驱动部分包括定子1、电机转子2和线圈，所述定子1位置固定，所述电机转子2与定子1转动连接，所述定子1内部形成有定子齿，所述线圈跨绕在相邻的两个定子齿上，所述电机转子2与开关转子3固接。

优选的，所述固定套4套装于定子1外侧，所述固定套4与定子1固接。

优选的，还包括定位部分，所述定位部分包括上层定位磁铁组5和下层定位磁铁组6，所述上层定位磁铁组5固接于固定套4下方，所述下层定位磁铁组6固接于开关转子3上方。

优选的，所述定子1形成有八个定子齿，所述定子齿沿定子1圆周均匀分布。

优选的，所述驱动部分包括有8个线圈，所述每个线圈与位置相对的另一个线圈串联为一组线圈组，所述驱动部分包括有4组线圈组。

优选的，定子1为软磁材料制成，电机转子2为永磁材料制成。

优选的，上层定位磁铁组5包括第一上层磁铁5-1、第二上层磁铁5-2、第三上层磁铁5-3和第四上层磁铁5-4，所述第一上层磁铁5-1、第二上层磁铁5-2、第三上层磁铁5-3和第四上层磁铁5-4依次排布在同一个圆周上，所述第一上层磁铁5-1与第二上层磁铁5-2到定子1圆心的两条直线的夹角为135°，所述第二上层磁铁5-2和第三上层磁铁5-3到定子1圆心的两条直线的夹角为112.5°，所述第三上层磁铁5-3和第四上层磁铁5-4到定子1圆心的两条直线的夹角为45°。

优选的，下层定位磁铁组6包括第一下层磁铁6-1、第二下层磁铁6-2、第三下层磁铁6-3和第四下层磁铁6-4，所述第一下层磁铁6-1、第二下层磁铁6-2、第三下层磁铁6-3和第四下层磁铁6-4依次排布在同一个圆周上，所述下层定位磁铁组6排布的圆周与上层定位磁铁组5排布的圆周的直径相同且圆心位于同一条直线上，所述第一下层磁铁6-1和第二下层磁铁6-2到开关转子3圆心的两条直线的夹角为90°，所述第二下层磁铁6-2和第三下层磁铁6-3到开关转子3圆心的两条直线的夹角为90°，所述第三下层磁铁6-3和第四下层磁铁6-4到开关转子3圆心的两条直线的夹角为90°。

优选的，所述第一上层磁铁5-1下方为N极，第二上层磁铁5-2下方为N极，第三上层磁铁5-3下方为S极，第四上层磁铁5-4下方为S极。

优选的，所述第一下层磁铁6-1上方为S极，第二下层磁铁6-2上方为S极，第三下层磁铁6-3上方为S极，第四下层磁铁6-4上方为S极。

具体工作原理：本发明通过定子1驱动电机转子2转动，从而使开关转子3转动到不同位置。

驱动部分包括定子1、电机转子2和线圈，如图2所示。定子1为软磁材料制成，圆周内均匀分布8个齿；电机转子2为永磁材料，充磁方向沿直径方向，图2中箭头方向为电机转子2的N极。驱动部分含有8个线圈，相对的线圈串联为一组，共4组。每个线圈跨绕在相邻的2个定子齿上。驱动部分的工作原理可作如下表述：

8个定子齿分别为：第一定子齿1-1、第二定子齿1-2、第三定子齿1-3、第四定子齿1-4、第五定子齿1-5、第六定子齿1-6、第七定子齿1-7和第八定子齿1-8。

8个线圈分别为：第一线圈21、第二线圈22、第三线圈23、第四线圈24、第五线圈25、第六线圈26、第七线圈27和第八线圈28。其中，第二线圈22和第六线圈26串联为一组线圈组、第三线圈23和第七线圈27串联为一组线圈组、第四线圈24和第八线圈28串联为一组线圈组、第一线圈21和第五线圈25串联为一组线圈组。

初始状态(0°位)，如图2所示，电机转子2的N极方向对准第八定子齿1-8和第一定子齿1-1的中心位置。此时如果第二线圈22和第六线圈26通电，使得第一定子齿1-1、第二定子齿1-2呈现S极特性，第五定子齿1-5、第六定子齿1-6呈现N极特性，此时电机转子2将顺时针转动，并停留在N极方向对准第一定子齿1-1、第二定子齿1-2的中心位置，实现0°位到45°位转换；

如第三线圈23和第七线圈27通电，使得第二定子齿1-2、第三定子齿1-3呈现S极特性，第六定子齿1-6、第七定子齿1-7呈现N极特性，此时电机转子2将顺时针转动，电机转子2的N极方向对准第二定子齿1-2、第三定子齿1-3中心位置并停留，实现0°位到90°位转换；

如第四线圈24和第八线圈28通电，使得第三定子齿1-3、第四定子齿1-4呈现S极特性，第七定子齿1-7、第八定子齿1-8呈现N极特性，此时电机转子2将顺时针转动，并停留在电机转子2的N极方向对准第三定子齿1-3、第四定子齿1-4中心位置，实现0°位到135°位转换。同理，可完成0°位、45°位、90°位和135°位，任意两位置间的转换。

当位于135°位置时，如第一线圈21和第五线圈25通电，使得第一定子齿1-1和第八定子齿1-8呈现S极特性，第四定子齿1-4、第五定子齿1-5呈现N极特性，此时电机转子2将逆时针转动，并停留在N极方向对准第一定子齿1-1和第八定子齿1-8的中心位置，实现135°位到0°位的转换。

由以上描述可知，0°位、45°位、90°位和135°位任意两状态之间均可一次切换，具有相同的原理。

定位部分由上、下两个定位磁铁组构成，每组包含4个柱状磁铁。使用时上层定位磁铁组5固定在固定套4上。下层定位磁铁组6固定在开关转子3上，随电机转子2转动。开关转子3形成有连接轴3-1，电机转子2套装于连接轴3-1外侧并与连接轴3-1固接。

上、下定位磁铁分布在直径相同的圆周上，上层定位磁铁组5的角度分布和磁极方向如图6所示，下层定位磁铁组6的角度分布和磁极方向如图7所示。

上层定位磁铁组5俯视时，第一上层磁铁5-1在圆周的最右端，沿逆时针方向依次排布有第二上层磁铁5-2、第三上层磁铁5-3和第四上层磁铁5-4，第一上层磁铁5-1与第二上层磁铁5-2到定子1圆心的两条直线的夹角为135°，第二上层磁铁5-2和第三上层磁铁5-3到定子1圆心的两条直线的夹角为112.5°，第三上层磁铁5-3和第四上层磁铁5-4到定子1圆心的两条直线的夹角为45°。

0°位时，下层定位磁铁组6俯视时，第一下层磁铁6-1在圆周的最右端，沿逆时针方向依次排布有第二下层磁铁6-2、第三下层磁铁6-3和第四下层磁铁6-4，相邻两个下层磁铁到圆心的直线的夹角为90°。

定位部分的工作原理可作如下表述：

初始状态(0°位)，上、下定位磁铁组的配合关系如图8所示。此时，第一上层磁铁5-1磁铁和第一下层磁铁6-1角度重合，二者相互吸引；第四下层磁铁6-4位于第三上层磁铁5-3和第四上层磁铁5-4之间，并受二者排斥。当开关转子3因振动等原因偏离0°位时，第一下层磁铁6-1受到第一上层磁铁5-1的吸引力，第四下层磁铁6-4将受到第三上层磁铁5-3和第四上层磁铁5-4的排斥力，产生回复力矩，使其回到0°位。起到对开关转子3定位的作用。

45°位时，上、下定位磁铁组的配合关系如图9所示。此时，第二上层磁铁5-2磁铁和第三下层磁铁6-3角度重合，二者相互吸引；第三上层磁铁5-3、第四上层磁铁5-4位于第四下层磁铁6-4和第一下层磁铁6-1之间，并受到排斥。当开关转子3因振动等原因偏离45°位时，第三下层磁铁6-3受到第二上层磁铁5-2的吸引力，第四下层磁铁6-4或第一下层磁铁6-1将受到第三上层磁铁5-3或第四上层磁铁5-4的排斥力，产生回复力矩，使其回到45°位。起到对开关转子3定位的作用。

90°位时，上、下定位磁铁组的配合关系如图10所示。此时，第一上层磁铁5-1磁铁和第二下层磁铁6-2角度重合，二者相互吸引；第一下层磁铁6-1位于第三上层磁铁5-3和第四上层磁铁5-4之间，并受到排斥。当开关转子3因振动等原因偏离90°位时，第二下层磁铁6-2受到第一上层磁铁5-1的吸引力，第一下层磁铁6-1受到第三上层磁铁5-3或第四上层磁铁5-4的排斥力，产生回复力矩，使其回到90°位。起到对开关转子3定位的作用。

135°位时，上、下定位磁铁组的配合关系如图11所示。此时，第二上层磁铁5-2磁铁和第四下层磁铁6-4角度重合，二者相互吸引；第三上层磁铁5-3、第四上层磁铁5-4位于第一下层磁铁6-1和第二下层磁铁6-2之间，并受到排斥。当开关转子3因振动等原因偏离135°位时，第四下层磁铁6-4受到第二上层磁铁5-2的吸引力，第一下层磁铁6-1或第二下层磁铁6-2将受到第三上层磁铁5-3或第四上层磁铁5-4的排斥力，产生回复力矩，使其回到135°位。起到对开关转子3定位的作用。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置，其特征在于，包括：开关转子(3)和驱动部分，所述驱动部分包括定子(1)、电机转子(2)和线圈，所述定子(1)位置固定，所述电机转子(2)与定子(1)转动连接，所述定子(1)内部形成有定子齿，所述线圈跨绕在相邻的两个定子齿上，所述电机转子(2)与开关转子(3)固接；

还包括定位部分，所述定位部分包括上层定位磁铁组(5)和下层定位磁铁组(6)，所述上层定位磁铁组(5)固接于固定套(4)下方，所述下层定位磁铁组(6)固接于开关转子(3)上方；

上层定位磁铁组(5)包括第一上层磁铁(5-1)、第二上层磁铁(5-2)、第三上层磁铁(5-3)和第四上层磁铁(5-4)，所述第一上层磁铁(5-1)、第二上层磁铁(5-2)、第三上层磁铁(5-3)和第四上层磁铁(5-4)依次排布在同一个圆周上，所述第一上层磁铁(5-1)与第二上层磁铁(5-2)到定子(1)圆心的两条直线的夹角为135°，所述第二上层磁铁(5-2)和第三上层磁铁(5-3)到定子(1)圆心的两条直线的夹角为112.5°，所述第三上层磁铁(5-3)和第四上层磁铁(5-4)到定子(1)圆心的两条直线的夹角为45°；

下层定位磁铁组(6)包括第一下层磁铁(6-1)、第二下层磁铁(6-2)、第三下层磁铁(6-3)和第四下层磁铁(6-4)，所述第一下层磁铁(6-1)、第二下层磁铁(6-2)、第三下层磁铁(6-3)和第四下层磁铁(6-4)依次排布在同一个圆周上，所述下层定位磁铁组(6)排布的圆周与上层定位磁铁组(5)排布的圆周的直径相同且圆心位于同一条直线上，所述第一下层磁铁(6-1)和第二下层磁铁(6-2)到开关转子(3)圆心的两条直线的夹角为90°，所述第二下层磁铁(6-2)和第三下层磁铁(6-3)到开关转子(3)圆心的两条直线的夹角为90°，所述第三下层磁铁(6-3)和第四下层磁铁(6-4)到开关转子(3)圆心的两条直线的夹角为90°；

所述第一上层磁铁(5-1)下方为N极，第二上层磁铁(5-2)下方为N极，第三上层磁铁(5-3)下方为S极，第四上层磁铁(5-4)下方为S极；

所述第一下层磁铁(6-1)上方为S极，第二下层磁铁(6-2)上方为S极，第三下层磁铁(6-3)上方为S极，第四下层磁铁(6-4)上方为S极。

2.根据权利要求1所述的一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置，其特征在于：所述固定套(4)套装于定子(1)外侧，所述固定套(4)与定子(1)固接。

3.根据权利要求1所述的一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置，其特征在于：所述定子(1)形成有八个定子齿，所述定子齿沿定子(1)圆周均匀分布。

4.根据权利要求1所述的一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置，其特征在于：所述驱动部分包括有8个线圈，所述每个线圈与位置相对的另一个线圈串联为一组线圈组，所述驱动部分包括有4组线圈组。

5.根据权利要求1所述的一种随机式四状态波导开关用电磁驱动与定位装置，其特征在于：定子(1)为软磁材料制成，电机转子(2)为永磁材料制成。

Images