CN201654328U - 微型自锁定单轴光开关 - Google Patents
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Abstract
一种微型自锁定单轴光开关，包括转动部分(1)和底座部分(8)，转动部分的转动轴(4)设置于主载体两侧壁上，反光镜(2)设置在主载体(5)表面上，两块永久磁铁(3)以转动轴(4)为对称轴设置在反光镜(2)下方的主载体(1)底部，底座部分的两块永久磁铁对称设置在底座中，一组通电螺线圈(7)对应设置在两块永久磁铁的上方或下方，转动部分(1)通过转动轴(4)支撑设置在支撑臂(10)上。本实用新型在光开关的驱动电源失效或断开的情况下，能使光开关仍然处于“开”的接通状态从而既能保证通讯的不间断，并能够节省驱动电源。从本实用新型的2×2光开关阵列可以推演出N×N光开关阵列。
Description
技术领域
本实用新型涉及应用于光通讯领域中的微机电系统MEMS(micro electro mechanical systems)光开关。
背景技术
微型光束转向定位器(以下简称光开关)是光通讯领域中最常见、最重要、应用最广泛的元器件之一。光开关的“开与关”状态与驱动电源的接通与断开状态是一一对应的，即：电源的“接通或断开”对应于开关的“开或关”。以光开关为例，图1是常用微型光开关示意图，状态a，b，c表示其工作原理和过程。在微机电系统MEMS(micro electro mechanical systems)光开关中，微型镜子是用来反射光束的。改变反射光的方向是通过对镜子的旋转来实现的，从而使得入射光能够与任何输出通道相连接，此光开关能够使得光信号之间直接转换，而不需要首先将它们转换成电信号，并且能够形成任何尺度的密集低损耗的开关。由此开关制做成的开关列阵能够同时转向定位大量的光信号，所以它能够作为主干线开关来处理大量的信号，例如用于大市区通讯网络的主干线开关。这类常用微型光开关目前主要是通过MEMS技术来生产。其生产技术又有两类：硅微机电系统技术(Si-MEMS Technology)和印刷电路版PCB(Printed Circuits Board)微机电系统技术(PCB-MEMS Technology)。MEMS产品的特点是体积小、功能强、批量生产、造价相对便宜，等等，已经广泛应用于工业、科技、军事国防等各个领域。
但是，在光开关的驱动电源失效或断开的情况下，能否使得光开关仍然处于“开”的接通状态(图1中的状态b)，从而既能保证通讯的不间断，又能够节省驱动电源呢？具备这种特性的光开关可称之为“自锁定”光开关(Self-latched optical switch)。但是，至今为止市场上还没有出现利用硅微机电系统技术(Si-MEMS Technology)和印刷电路版PCB(Printed Circuits Board)微机电系统技术和微注入塑型技术MIMT(Micro Injection Molding Technology)所生产出的具有“自锁定”特性的光开关。中国专利“磁吸附平面反射镜光开关”(03114823.9)虽然也是利用永久磁铁来锁定反射镜，但是其结构、驱动方式、加工生产技术均与本实用新型不同。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种微型自锁定光束转向定位器，即具有自锁定功能的关开关。
本实用新型的实施方案为：一种微型自锁定单轴光开关，包括：
转动部分和底座部分；
转动部分包括反光镜、两块永久磁铁、转动轴以及主载体，转动轴设置于主栽体两侧壁上，反光镜设置在主载体表面上，两块永久磁铁以转动轴为对称轴设置在反光镜下方的主载体底部；
底座部分具有底座和支撑臂，两块永久磁铁对称设置在主载体的底座中，一组通电螺线圈对应设置在永久磁铁上方或下方，转动部分通过转动轴支撑设置在支撑臂上。
所述主载体和转动轴为聚合物制成，主载体和转动轴是一体形成的，两块永久磁铁镶嵌在主载体中。
所述底座部分是为聚合物制成，两块永久磁铁、通电螺线圈镶嵌在底座中。
在底座部分的两支撑臂上对称设置V型槽，V型槽底部设置圆形转轴孔座，圆形转轴孔座的直径稍大于转动轴的直径，V型槽底部挤入处的最小尺寸稍小于转动轴的直径，转动轴经V型槽挤入安装在圆形转轴孔座中。
本实用新型在光开关的驱动电源失效或断开的情况下，能使光开关仍然处于“开”的接通状态从而既能保证通讯的不间断，并能够节省驱动电源。而且其中一些部件是用微注入塑型技术MIMT(Micro Injection Molding Technology)来制造成型的，目前，MIMT已经能够生产出尺寸在1毫米左右的高精度的聚合物(塑料)样品。本专利所设计的V型槽以及它与转动轴的安装方法解决了用MIMT生产的光开关的转动问题。从本实用新型的2×2光开关阵列可以推演出N×N光开关阵列(N为大于2的整数)。
附图说明
图1：普通微型光开关示意图。状态a，b，c表示其工作原理和过程。当开关的驱动电源失效或断开的情况下，开关由状态c回到状态a。
图2：本实用新型转动部分示意图。
图3：本实用新型底座部分中的两块永久磁铁和通电螺线圈示意图。
图4：本实用新型底座部分示意图。
图4-1：本实用新型底座部分中的通电螺线圈分结构图。
图4-2：本实用新型的V型槽和转动轴的挤入(press-fit in)安装图示。
图5：本实用新型三维视图。
图6：本实用新型通电螺线圈的磁场及永久磁铁的磁极方向。
图7：本实用新型的两种转动情形图示。
图8：本实用新型的2×2光开关阵列三维图。
具体实施方式
本实用新型产品在生产制造技术方面主要是采用微注入塑型技术MIMT(Micro Injection Molding Technology)。在图2中，微型自锁定单轴光开关的转动部分1是由反光镜2、两块永久磁铁3(其中一块未显示)、转动轴4以及聚合物主载体5构成的。转动轴4对称设置在主载体5的两侧壁，反光镜2设置在主载体5的表面，两块永久磁铁3以转动轴4为对称轴设置在主载体5底部两侧，反光镜2、两块永久磁铁3、内转动轴4都是镶嵌在聚合物主载体5中的，其中转动轴4可以是金属栓也可以是聚合物栓，如果是聚合物栓，则转动轴4和聚合物主载体5是同时一体形成的。
结合图3、图4，底座部分8具有底座9和支撑臂10，底座9中对称设置两块永久磁铁6和一组通电螺线圈7，通电螺线圈7的两个线圈分别位于两块永久磁铁6的上方。永久磁铁6和通电螺线圈7都是镶嵌在聚合物底座8中的。
图4-1表明了通电螺线圈7的详细结构，用电磁学中的“右手螺旋法则”可以判断出通电螺线圈的磁场，当电流通过时，通电螺线圈中的两个线圈分别产生的磁场方向是相反的。
图4-2表示的是V型槽11和转动轴4的挤入(press-fit in)安装图示，毫无疑问，这是光开关中最关键的部分之一。图4-2中，支撑臂10上对应设置V型槽11，V型槽11底部为圆形转轴孔座12，转动轴4经V型槽11挤入安装在圆形转轴孔座12中。V型槽11中圆形转轴孔座12的直径应该稍微大于转动轴4的直径，使得转动时的摩擦力尽可能变小。V型槽底部挤入处的最小尺寸稍小于转动轴的直径。
在生产制造过程中，上述各个部件的空间位置的定位是至关重要的，而且此定位应该是在转动部分1和底座部分8的模具中分别形成的，聚合物在其融化的状态下分别进入这三个不同的模具中，待到冷却成型以后，再由转动部分1和底座部分8的组装构成微型自锁定光开关，如图5所示。
关于磁场与永久磁铁的相互作用，图6表明了通电螺线圈7的磁场方向及其永久磁铁3和6的磁极方向的正确组合和安排方式，图中的电流方向决定了转动方向是逆时针方向，反 之亦然。每一对磁组的磁场方向必须是相同的，即它们彼此始终是相互吸引的。参考图6，光开关的两种顺时针或逆时针转动后的最终空间位置由图7显示。光开关中反光镜的旋转角度由反光镜表面至底座上表面的距离、转动部分的相关几何尺寸而决定。
图8是利用V型槽而设计的微型自锁定光开关2×2阵列(图中省略了螺线圈部分)，这种V型槽和挤入安装的方法不但简化了生产安装程序，而且使得利用微注入塑型技术MIMT来批量生产光开关成为可能。第一步是分别生产出转动部分1和底座部分8，然后通过图4-2表示的方法组装成微型自锁定光开关。从上述实用新型的2×2光开关阵列可以推演出N×N光开关阵列(N为大于2的整数)的生产和安装的过程和步骤。
总之，微型自锁定光开关中的“自锁定”功能是通过永久磁铁组的相互吸引来完成的，而通电螺线圈的作用就是产生一个使得反光镜转动的力矩，该力矩来源于永久磁铁的磁场与通电螺线圈的磁场的相互作用，而反光镜的转动完成之后，螺线圈就不需要通电了，即可以将驱动电源断开了。
Claims (3)
1.一种微型自锁定单轴光开关，包括：
转动部分(1)和底座部分(8)；
转动部分(1)包括反光镜(2)、两块永久磁铁(3)、转动轴(4)以及主载体(5)，转动轴(4)设置于主载体(5)两侧壁上，反光镜(2)设置在主载体(5)表面上，两块永久磁铁(3)以转动轴(4)为对称轴设置在反光镜(2)下方的主载体(1)底部；
底座部分(8)具有底座(9)和支撑臂(10)，两块永久磁铁(6)对称设置在底座(9)中，一组通电螺线圈(7)对应设置在两块永久磁铁(6)的上方或下方，转动部分(1)通过转动轴(4)支撑设置在支撑臂(10)上。
2.根据权利要求1所述的微型自锁定单轴光开关，其特征在于，所述主载体(5)和转动轴(4)为聚合物制成，主载体(5)和转动轴(4)是一体形成的，两块永久磁铁(3)镶嵌在主载体中；所述底座部分(8)为聚合物制成，两块永久磁铁(6)、通电螺线圈(7)镶嵌在底座(9)中。
3.根据权利要求1所述的微型自锁定单轴光开关，其特征在于，在底座部分(8)的两支撑臂(10)上对称设置V型槽(11)，V型槽(11)底部设置圆形转轴孔座(12)，圆形转轴孔座(12)的直径稍大于转动轴(4)的直径，V型槽(11)底部挤入处的最小尺寸稍小于转动轴(4)的直径，转动轴(4)经V型槽(11)挤入安装在圆形转轴孔座(12)中。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111262622A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-06-09 | 国家计算机网络与信息安全管理中心 | 光纤线路旁路保护装置和方法 |
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2009
- 2009-12-04 CN CN2009202595726U patent/CN201654328U/zh not_active Expired - Fee Related
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