DE69117558T2

DE69117558T2 - C-, S- und T-Schalter, betätigt von Permanentmagneten

Info

Publication number: DE69117558T2
Application number: DE69117558T
Authority: DE
Inventors: Thomson R Glenn; Paul Y Tsoi
Original assignee: Com Dev Ltd
Current assignee: Com Dev Ltd
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1991-03-21
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2011-03-22
Also published as: EP0451974A3; EP0451974B1; CA2014585C; US5065125A; DE69117558D1; CA2014585A1; EP0451974A2

Description

Diese Erfindung betrifft einen Mikrowellenschalter, und insbesondere einen Übertragungsschalter, der ein S-Schalter, ein C-Schalter oder ein T-Schalter oder dergleichen ist und durch Permanentmagneten betätigt wird.
Übertragungsschalter wie C-Schalter, S-Schalter oder T-Schalter sind bekannt und werden in der Weltraumnachrichtentechnik in großem Umfang eingesetzt. Zum Beispiel enthält ein Nachrichtensatellit zahlreiche koaxiale C-Schalter, S-Schalter oder T-Schalter. Bisherige Schalter weisen eine viel größere Masse und ein viel größeres Volumen auf als die Schalter der vorliegenden Erfindung. Weiter sind bisherige Schalter komplexer und teurer herzustellen, und es weisen einige bisherige Schalter eine relativ große Anzahl von bewegten Teilen auf, was sie störanfälliger macht. In bisherigen Schaltern ist das Innere des HF-Hohlraumes immer zum Stellglied hin offen, was zum Austritt elektromagnetischer Energie aus dem Hohlraum führt. Der Schalter der vorliegenden Anmeldung ist eine Verbesserung gegenüber dem in dem U.S. Patent 4.851.801, mit dem Titel "Mikrowellen-C-Schalter und -S-Schalter", das Klaus G. Engel als Erfinder nennt und am 25. Juli 1989 erteilt wurde, beschriebenen Schalter.
Masse und Volumen sind immer kritische Parameter in Raumfahrtanwendungen. Jegliche Einsparungen in Masse und Volumen werden leicht umgewandelt in Kosteneinsparungen, in höhere Übertragungskapazität oder in längere Satellitenlebensdauer oder in eine Kombination dieser Faktoren. Gleichermaßen ist die Zuverlässigkeit von Raumfahrzeugbestandteilen entscheidend für den Erfolg des Satelliten, da es nach dem Start des Satelliten keine Möglichkeit zur Behebung von Funktionsstörungen gibt.
Der vorliegende Mikrowellenschalter weist ein HF- Hohlraumgehäuse, ein Stellglied und ein Kraftmittel zum Neupositionieren des Stellglieds auf, wobei diese folgendermaßen angeordnet sind:
(a) Das Gehäuse weist mindestens zwei Leiterstrecken auf, die mindestens drei Öffnungen miteinander verbinden. In jeder Leiterstrecke ist ein Verbinder angeordnet und erstreckt sich zwischen zwei Öffnungen. Jeder Verbinder weist eine erste Position und eine zweite Position auf, welche voneinander linear versetzt liegen, wobei in einer Position jeder Verbinder eine Leiterstrecke verbindet, in welcher der Verbinder angeordnet ist, während in einer anderen Position jeder Verbinder die Leiterstrecke unterbricht.
Der Schalter entsprechend der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß:
(b) das Stellglied mindestens zwei Permanentmagnete aufweist, wobei zumindest einer der Permanentmagnete von entgegengesetzter Polarität in bezug auf zumindest einen anderen der Permanentmagnete ist;
(c) das Gehäuse zumindest zwei Permanentmagnete derselben Polarität enthält, welche je einen eigenen, darauf angeordneten Verbinder aufweisen. Die Verbindermagnete des Gehäuses und die Permanentmagnete des Stellglieds sind angeordnet, um miteinander in Wechselwirkung zu treten, wenn sich das Stellglied in einer geeigneten Position befindet, so daß ein Magnet des Stellglieds mit einem entsprechenden Verbindermagneten des Gehäuses ausgerichtet ist;
(d) die Magnete des Stellglieds in bezug auf Polarität derart angeordnet sind, daß, wenn das Stellglied durch das Kraftmittel in eine Position bewegt wird, zumindest ein Magnet des Stellglieds einen entsprechenden Verbindermagnet des Gehäuses anzieht und somit den Verbinder veranlaßt, eine Leiterstrecke entweder zu schließen oder zu unterbrechen, während zur gleichen Zeit ein anderer Magnet des Stellglieds einen entsprechenden Verbindermagneten des Gehäuses abstößt und somit den Verbinder veranlaßt, eine andere Leiterstrecke dementsprechend entweder zu schließen oder zu unterbrechen.
Die Bewegung aller Magnete wird so koordiniert, daß geeignete Leiterstrecken gleichzeitig verbunden und unterbrochen werden. Das Stellglied, das Kraftmittel, die Verbindermagnete und die Verbinder sind die einzigen beweglichen Teile des Schalters. Es besteht keine mechanische Verbindung zwischen den Magneten des Stellglieds und den Magneten des Gehäuses.
In den beiliegenden Zeichnungen, in denen die Figuren 3 bis 9 bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen, zeigen:
Figur 1 eine Seitenschnittdarstellung eines koaxialen S-Schalters entsprechend dem Stand der Technik, welcher ein elektromagnetisches Antriebsmittel aufweist, welches Anker bewegt;
Figur 2 eine Ansicht mit voneinander getrennten und aus einandergezogenen Bauteilen des S-Schalters entsprechend dem Stand der Technik aus Figur 1;
Figur 3 eine Seitenschnittdarstellung eines S-Schalters entsprechend der vorliegenden Erfindung, worin ein HF- Hohlraumgehäuse vollständig von einem Stellglied abgeschlossen ist;
Figur 4 eine Ansicht mit voneinander getrennten und aus einandergezogenen Bauteilen eines S-Schalters entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Figur 5 eine Seitenschnittdarstellung eines S-Schalters entsprechend der vorliegenden Erfindung, worin das Gehäuse auf der dem Antriebsmittel zugewandten Seite eine Reihe von Öffnungen aufweist;
Figur 6 eine Ansicht mit voneinander getrennten und auseinandergezogenen Bauteilen eines T-Schalters entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Figur 7 eine Ansicht mit voneinander getrennten und auseinandergezogenen Bauteilen eines C-Schalters, welcher ein von einem Solenoid betätigtes Stellglied aufweist;
Figur 8 eine Ansicht mit voneinander getrennten und aus einandergezogenen Bauteilen eines C-Schalters, welcher ein von einem Motor angetriebenes rotierendes Stellglied aufweist; und
Figur 9 eine Ansicht mit voneinander getrennten und aus einandergezogenen Bauteilen eines C-Schalters, welcher ein von einem Motor angetriebenes zylinderförmiges Stellglied aufweist.
In Figur 1 ist eine Seitenschnittdarstellung eines elektromagnetischen Schalters 16 nach dem Stand der Technik gezeigt, wobei das HF-Hohlraumgehäuse 12 innerhalb eines Gehäuses 11 liegt.
Aus Figur 1 und 2 ist ersichtlich, daß der Schalter 16 Leiterstrecken aufweist, welche innerhalb des HF-Hohlraumgehäuses 12 liegen. Es sind vier bewegliche Verbinder oder Reeds 25, 26, 27, 28 gezeigt, welche an vier Ankern 151,152, 153, 154 befestigt sind. Die Verbinder 25, 26, 27, 28 sind jeweils lang genug, um eine gesamte Leiterstrecke für den Schalter 16 zu umfassen. Die obere und untere magnetische Rückführung 133,134 sind voneinander durch eine Mittelplatte 135 und durch obere und untere Wicklungen, in dieser Reihenfolge, getrennt. Um den magnetischen Kreis zu schließen, sind die magnetischen Rückführungen, Mittelplatte 135, sowie obere und untere Wicklungen 116, 117 mit einem Stift 132 befestigt, der als Eisenkern für den magnetischen Kreis dient. Vier Permanentmagnete 142,143,144, 145 werden von der Mittelplatte 135 gehalten, jeweils einer für jeden der Anker 153, 152, 151, 154, in dieser Reihenfolge. Die Magnete sind so ausgerichtet, daß gegenüberliegende Anker, wie zum Beispiel 152, 154, der gleichen magnetischen Polarität ausgesetzt sind. Die zwei Magnete für die verbleibenden zwei Anker, 151 beziehungsweise 153, sind mit umgekehrtem oder gegensinnigem magnetischem Feld ausgerichtet. In anderen Worten, die Anker 152,154 wirken den Ankern 151,153 entgegen. Ein elektrischer Impuls an eine der Spulenwicklungen 116,117 bewirkt die Anhebung eines der gegensinnigen Ankerpaare 152, 154 und trennt somit den zugehörigen Verbinder von der entsprechenden Leiterstrecke, in der er liegt, und unterbricht diese Strecke. Während der Ausführung desselben elektrischen Impuls es wird das verbleibende Ankerpaar 151, 153 gleichzeitig abgesenkt und bewirkt so eine Schließung der entsprechenden Verbinder und Leiterstrecken. Die Spulenwicklungen könneii so angeordnet werden, daß der Schalter nach zwei Prinzipien funktioniert.
Die Wicklungsrichtung der Spulen 116, 117 kann elektrisch so genutzt werden, daß diese als Serien- oder als Parallelschaltkreis funktionieren. Der Vorteil einer unabhängigen Spule mit dem alternativen parallelen Stromkreis ermöglicht Redundanz für den Fall des Ausfalls einer Spule oder einen zusätzlichen Sicherheitsfaktor der angelegten Spannung gegenüber der Schaltgrenzspannung.
In Figur 3 weist ein die Erfindung zeigender koaxialer S-Schalter 200 ein HF-Hohlraumgebäuse 204 mit einem Deckel 206, ein Stellglied 208 und einen Schrittmotor 210 auf. Der Motor 210 ist über eine Welle 212 mit dem Stellglied 208 verbunden. Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Schalters 200. Im Deckel 206 des Gehäuses 204 befindet sich eine magnetisch durchlässige Wand 213.
Aus Figur 3 und 4 ist ersichtlich, daß der Schalter 200 vier im HF-Hohlraumgehäuse liegende Leiterstrecken aufweist. Vier bewegliche Verbinder oder Reeds 214, 216, 218, 220 sind mit entsprechenden Verbinder- oder Reed-Magneten gekoppelt. Jeder der Verbinder 214, 216, 218, 220 enthält einen Träger 230 für den Reed-Magneten des jeweiligen Verbinders. Jeder Reed-Magnet liegt ungefähr in der Mitte der Längsachse eines jeden Verbinders.
Das Gehäuse 204 enthält vier Öffnungen 1, 2, 3, 4 (von denen in Figur 3 nur zwei und in Figur 4 nur drei gezeigt sind). Die Öffnungen sind einer quadratischen Konfiguration angeordnet. Der Deckel 206 kann am Gehäuse 204 mit einem Gewindebolzen 232 in einer hermetisch dichten Verbindung angebracht werden. Der Deckel 206 enthält vier zylinderförmige Fortsätze 234, wobei die Fortsätze so relativ zueinander angeordnet sind, daß, wie in Figur 3 gezeigt, wenn der Deckel auf dem Gehäuse 204 sitzt, jeder Träger 230 zumindest teilweise in jeweils einem Fortsatz 234 liegt. Das Stellglied 208 weist eine kreisrunde Form auf, und enthält vier Magnete 236, 238, 240, 242, von denen je einer in jeder der Öffnungen 244 des Stellglieds befestigt ist. Die Reed-Magnete sind in einer im allgemeinen quadratischen Konfiguration angeordnet, und die Magnete des Stellglieds weisen dieselbe, im allgemeinen quadratische Konfiguration wie die Reed-Magnete auf. Benachbarte Magnete des Stellgliedes weisen dem Gehäuse gegenüber verschiedene Polaritäten auf. Die Magnete 236, 240 weisen dem Gehäusedeckel 206 gegenüber nördliche Polarität auf, und die Magnete 238, 242 weisen dem Gehäusedekkel 206 gegenüber südliche Polarität auf. Da die Reed-Magneten alle die gleiche Polarität aufweisen, werden in jeder Position des Stellglieds jeweils zwei der Verbinder abgestoßen und zwei der Verbinder angezogen. Das Stellglied weist zwei unterschiedliche Positionen auf. In einer ersten Stellung werden ein erster und ein dritter Reed-Magnet angezogen und ein zweiter und ein vierter Reed-Magnet abgestoßen. In einer zweiten Position werden ein zweiter und vierter Reed-Magnet angezogen und ein erster und dritter Reed-Magnet abgestoßen.
Wenn zum Beispiel die Reed-Magnete 222, 224, 226, 228 alle nördliche Polarität aufweisen, dann könnten zwei Magnete des Stellglieds, Magnete 236, 240 ebenfalls nördliche Polarität gegenüber dem Gehäuse 204 aufweisen. Die Magnete 238, 242 könnten dann eine südliche Polarität aufweisen. Der Schalter ist so ausgelegt, daß eine Leiterstrecke verbunden wird, wenn ein Reed-Magnet für diese Strecke von einem entsprechenden Magneten des Stellglieds abgestoßen wird. Man sagt, ein Magnet des Stellglieds ist an einem Magneten des Gehäuses ausgerichtet, wenn die beiden Magnete in gerader Linie zueinander stehen. Die Wand 213 bildet eine Wand des Gehäuses und trennt jeden der Reed-Magnete 224 vom Stellglied 208, wobei das Gehäuse gegenüber dem Stellglied völlig abgeschlossen ist. Der Schrittmotor 210 positioniert das Stellglied neu, indem er es um jeweils 90º dreht. Der Motor kann sich, nach Wunsch, bei jedem Schritt in die gleiche Richtung oder vor und zurück bewegen.
Mit genauerem Bezug auf Figur 5 handelt es sich um einen koaxialen S-Schalter 246, der praktisch identisch mit dem Schalter 200 ist, außer daß die magnetisch transparente Wand entfernt wurde. In Figur 5 werden die gleichen Bezugszahlen zur Identifizierung der Bauteile verwendet, die ähnlich oder identisch mit denen aus Figur 3 sind. Am oberen Ende jedes der zylindrischen Fortsätze 234 befindet sich eine Öffnung 248 zwischen jedem der Reed-Magnete 224, 228 und dem Stellglied 208. Während in Figur 5 nur zwei der Reed-Magnete gezeigt werden, sollen sich die Öffnungen 248 vorzugsweise an den oberen Enden aller zylindrischer Fortsätze 234 über allen vier Reed-Magneten befinden. Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform wird dort nützlich sein, wo der Verlust elektromagnetischer Energie durch die Öffnungen unwichtig ist, und das Fehlen der Wand 213 (in Figur 3 dargestellt) eine größere Anziehung und Abstoßung zwischen den Reed-Magneten des Gehäuses und den Magneten des Stellglieds ermöglichen.
In Figur 6 ist ein T-Schalter 250 gezeigt, der einen Motor 252, ein Stellglied 254, einen Deckel 256 und ein Gehäuse 258 aufweist. Der Motor weist eine Welle 260 auf. Wie dargestellt, weist das Gehäuse 258, das den Deckel 256 einschließt, sechs Leiterstrecken auf, drei entlang des Rand es und drei, die radial von der Mitte des Gehäuses ausgehen. Der Schalter 250 weist vier Öffnungen 262 auf, von denen nur eine gezeigt wird. Es gibt drei kurze Verbinder 264 mit Trägern 230 und Reed-Magneten 266, von denen nur einer gezeigt wird. Die kurzen Verbinder 264 sind dafür bestimmt, daß sie in die radialen Verbindungsstrecken eingesetzt werden. Es gibt auch drei lange Verbinder 268, ebenfalls mit Trägern 230 und Reed-Magneten 266, von denen nur einer gezeigt wird. Die langen Verbinder 268 sind dafür bestimmt, daß sie in die langen Leiterstrecken entlang des Randes des Gehäuses 258 eingesetzt werden. Wie bei Schalter 200 weist der Deckel 256 einen zylinderförmigen Fortsatz 234 zur Aufnahme jedes der Reed-Magnete und der Träger 230 auf. Das Stellglied 254 enthält insgesamt sechs Magnete, 270, 272, 274, 276, 278, 280, die jeweils in einer Öffnung 244 angebracht sind.
Die Polarität aller Reed-Magnete ist identisch. Wenn die Reed-Magnete 266 des Schalters 250 eine nördliche Polarität aufweisen, können die Magnete 270, 276 ebenfalls nördliche Polarität gegenüber dem Gehäuse 258 aufweisen. Die übrigen Magnete 272, 274, 278, 280 des Stellglieds können dann südliche Polarität aufweisen.
Der T-Schalter 250 weist drei unterschiedliche Positionen auf. Befindet sich das Stellglied in einer ersten Stellung, stoßen die Magnete 272, 276 den Reed-Magneten eines ersten langen Verbinders und den Reed-Magneten eines ersten dazu senkrechten kurzen Verbinders 264 ab, und schließen so die Verbindung in den Leiterstrecken, in welchen die Verbinder liegen. Öffnungen 1, 2 und Öffnungen 3, 4 sind in dieser Position verbunden. Die übrigen Reed-Magnete und Verbinder werden von den übrigen Magneten angezogen, und die Leiterstrecken, in welchen diese Verbinder liegen, sind unterbrochen. In einer zweiten Position des Stellglieds werden ein zweiter langer Verbinder und ein zweiter dazu senkrechter kurzer Verbinder abgestoßen, und die übrigen Verbinder werden angezogen. In dieser Position sind Öffnungen 2, 3 verbunden und Öffnungen 1, 4 verbunden. Ähnlich werden in einer dritten Position des Stellglieds 254 ein dritter langer Verbinder 268 und ein dritter dazu senkrechter kurzer Verbinder 264 abgestoßen, und die übrigen Verbinder werden angezogen. In dieser Position sind Öffnungen 3, 1 verbunden und Öffnungen 2, 4 verbunden. In allen drei Positionen bewirken dieselben Magnete 270, 276, daß die entsprechenden Reed-Magnete abgestoßen und somit die Leiterstrecken geschlossen werden.
Es wurde festgestellt, daß in einem T-Schalter die drei Reed-Magnete für die langen Verbinder auf einem Kreis liegen. Gleichermaßen liegen die Reed-Magnete für die kürzeren Verbinder auf einem etwas kleineren Kreis. Indem die Magnete des Stellglieds 254 ausreichend vergrößert werden, ist ein äußerer Teil jedes Magneten in der Lage mit dem größeren Kreis von Reed-Magneten in Wechselwirkung zu treten, und ein innerer Teil jedes Magneten ist in der Lage, mit dem kleineren Kreis von Reed-Magneten in Wechselwirkung zu treten.
Während die Magnete des Stellglieds der Schalter 200, 250 mit bestimmten Polaritäten beschrieben wurden, sind mehrere verschiedene Polaritäten und auch verschiedene Muster oder Anordnungen der Magnete möglich, je nachdem, in welcher Weise der bestimmte Schalter betrieben werden soll. Die Verbinder wurden so beschrieben, daß die Leiterstrecke, in der sie liegen, geschlossen ist, wenn der Reed-Magnet vom entsprechenden Magnet des Stellglieds abgestoßen wird. In einigen Situationen kann es günstig sein, die Leiterstrecke durch Anziehung der Magnete schließen zu lassen, anstatt durch Abstoßung.
Figur 7 zeigt eine Ansicht mit voneinander getrennten und auseinandergezogenen Bauteilen eines C-Schalters 282, der von einem Solenoid 284 mit Windungen 286 betätigt wird. Ein Stellglied 288 ist hin und her verschiebbar, und weist zwei unterschiedliche Positionen auf. Ein HF-Hohlraumgehäuse 290 weist drei Öffnungen und zwei Leiterstrecken auf. Ein Verbinder 292 weist einen Träger 230 und einen Reed-Magneten 292 auf und liegt in der Leiterstrecke zwischen Öffnung 1 und Öffnung 3. Ein identischer Verbinder, Träger und Reed-Magnet, welcher die gleiche Polarität aufweist, liegen in der Leiterstrecke zwischen Öffnung 1 und Öffnung 2. Das Gehäuse 290 schließt einen Deckel 294 ein, welcher zylinderförmige Fortsätze 234 zur Aufnahme des Reed-Magneten und Trägers jedes einzelnen Verbinders aufweist. Auf der Grundlage, daß die beiden Reed-Magnete 232 (von denen in Figur 7 nur einer gezeigt ist) nördliche Polarität gegenüber dem Stellglied aufweisen, weist das Stellglied 288 drei Magnete 296, 298, 300 auf. Der Magnet 296 des Stellglieds weist gegenüber dem Gehäuse 290 eine nördliche Polarität auf. Die übrige zwei Magnete 298, 300 weisen gegenüber clem Gehäuse 290 eine südliche Polarität auf. Der Schalter 282 ist so ausgelegt, daß die Leiterstrecken geschlossen sind, wenn die Reed-Magnete 232 abgestoßen werden, und unterbrochen sind, wenn die Reed-Magnete 232 von den Magneten des Stellglieds angezogen werden.
In einer ersten, in Figur 7 gezeigten Position stößt der Magnet 296 den entsprechenden Magneten 232 ab, und daher schließt der Verbinder 292 die Leiterstrecke zwischen Öffnung 1 und Öffnung 3. Gleichzeitig zieht der Magnet 298 den entsprechenden Magneten 232 an, und daher unterbricht der (in Figur 7 nicht gezeigte) Verbinder 292 die Leiterstrecke zwischen Öffnung 1 und Öffnung 2. Wenn das Solenoid aktiviert wird, um das Stellglied aus der in Figur 7 gezeigten Position linear nach links zu verschieben, dann steht in einer zweiten Position des Stellglieds der Magnet 296 dem in Figur 7 nicht gezeigten Reed-Magneten 232 gegenüber und stößt diesen und den (in Figur 7 ebenfalls nicht gezeigten) Verbinder 292 somit ab, und die Leiterstrecke zwischen Öffnung 1 und Öffnung 2 wird geschlossen. Gleichzeitig steht der Magnet 300 dem Reed-Magneten 232 des Verbinders 292 zwischen Öffnung 1 und Öffnung 3 gegenüber und unterbricht somit diese Leiterstrecke. Wein das Solenoid ein weiteres Mal aktiviert wird, wird das Stellglied in die erste Position zurückgeschoben.
Figur 8 und 9 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von C-Schaltern. Die Bauteile von Figur 8 und 9, die identisch mit Bauteilen von Figur 7 sind> werden mit gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Die in Figur 8 und 9 gezeigten C-Schalter unterscheiden sich in bezug auf die Stellglieder.
In Figur 8 weist ein C-Schalter 302 ein kreisförmiges, drehbares Stellglied 304 auf, welches durch einen Schrittmotor 306 mit einer Welle 308 aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegt wird. Jedes Mal, weiin der Schrittmotor das Stellglied bewegt, dreht sich das Stellglied um 180º. Wie in Figur 7 gibt es einen zweiten Verbinder 292, Träger 230 und Magneten 232, die in der Leiterstrecke zwischen Öffnung eins und Öffnung zwei liegen und in Figur 8 nicht gezeigt werden. Die Magnete 310, 312 des Stellglieds 304 weisen gegenüber dem Gehäuse 290 unterschiedliche Polarität auf. Da die beiden Reed-Magnete 232 (von denen nur einer gezeigt ist) dieselbe Polarität aufweisen, ist es leicht zu verstehen, daß, wenn der Magnet 310 gegenüber dem Gehäuse 290 eine nördliche Polarität aufweist und die Reed- Magnete gegenüber dem Stellglied 304 ebenfalls eine nördliche Polarität aufweisen, der Schalter 302 durch eine erste und zweite Position in genau der gleichen Weise funktioniert, wie bereits für den Schalter 282 beschrieben.
In Figur 9 weist ein C-Schalter 313 ein Stellglied 314 mit zylindrischer Form auf. Das Stellglied 314 wird durch einen Schrittmotor 316 aktiviert, welcher eine Welle 318 aufweist, die mit dem Stellglied 314 verbunden ist. Magnete 320, 322 sind in geeigneten Öffnungen 324 im Stellglied 314 angebracht. Die Magnete 320, 322 weisen gegenüber einer Außenfläche des Stellglieds 314 unterschiedliche Polarität auf. Die Öffnungen 324 können sich ganz durch das Stellglied 314 erstrecken, und die Magnete 322 können lang genug sein, so daß für einen Magneten die nördliche Polarität auf einer Seite des Stellglieds liegt und die südliche Polarität auf der gegenüberliegenden Seite des Stellglieds liegt, während der andere Magnet in umgekehrter Position angebracht ist.
Andernfalls könnten die Magnete 320, 322 kürzer sein, sodaß sie sich nur teilweise durch das Stellglied 314 erstrecken, und ein zweiter Satz Magnete entgegengesetzter Polarität könnte auf der gegenüberliegenden Seite (in Figur 9 nicht gezeigt) des Stellglieds angebracht werden. In einer weiteren Variation des Stellglieds 314 könnte mindestens einer der Magnete auf einer Seite näher an der Oberfläche des Stellglieds liegen als auf der anderen, um die Kraft auf den entsprechenden Reed-Magneten von einer Position des Stellglieds zur anderen zu variieren.
Genau wie die Schalter 282 und 303 weist der Schalter 313 einen zweiten Verbinder 292, einen Träger 230 und einen Reed-Magneten 232 auf, welche in der in Figur 9 nicht gezeigten Leiterstrecke zwischen Öffnung eins und zwei liegen. Jede Aktivierung des Schrittmotors 316 dreht das zylindrische Stellglied 314 um 1800. Wenn in der in Figur 9 gezeigten Position die zwei Reed-Magnete 232 des Gehäuses 290 gegenüber dem Stellglied 314 nördliche Polarität aufweisen und der Magnet 320 nördliche Polarität gegenüber dem Gehäuse 290 aufweist, dann weist der Magnet 324 südliche Polarität gegenüber dem Gehäuse 290 auf. Wenn der Schrittmotor 316 aktiviert wird, um das Stellglied 314 um 180º zu drehen, dann arbeitet der Schalter 313 genau gleich wie der Schalter 282.
Es wurde festgestellt, daß, wenn ein T-Schalter oder C-Schalter entsprechend der vorliegenden Erfindung gebaut wird, der Schalter klein genug gemacht werden kann, daß er normal zur Bewegungsachse der Reed-Magnete eine Querschnittsfläche von im wesentlichen 0,95 Quadratzoll (6,13 Quadratzentimeter) aufweist. In einigen Bauweisen kann der Schalter einen kleineren Motor aufweisen, da ein Teil der Sperrkraft, die benötigt wird, um das Stellglied in einer Position zu halten, von der magnetischen Kraft zwischen den Magneten des Stellglieds und des Gehäuses aufgebracht werden kann.
Die Verbinder können aus unterschiedlichen geeigneten Materialien gefertigt sein, darunter, ohne Beschränkung, ein leitfähiger Plastikwerkstoff.

Claims

1. Mikrowellenschalter mit einem HF-Hohlraumgehäuse (204), einem Stellglied (208) und einem Kraftmittel (210) zum Neupositionieren des Stellglieds, welche wie folgt angeordnet sind:

(a) wobei das Gehäuse mindestens zwei Leiterstrecken aufweist, welche mindestens drei Öffnungen (1, 2, 3) miteinander verbinden, wobei in jeder Leiterstrecke ein Verbinder angeordnet ist und sich zwischen zwei Öffnungen erstreckt, wobei jeder Verbinder eine erste Position und eine zweite Position aufweist, welche voneinander linear versetzt liegen, wobei in einer Position jeder Verbinder eine Leiterstrecke verbindet, in welcher der Verbinder angeordnet ist, während in einer anderen Position jeder Verbinder die Leiterstrecke unterbricht;

wobei der Schalter dadurch gekennzeichnet ist, daß

(b) das Stellglied mindestens zwei Permanentmagnete (236, 238) aufweist, wobei zumindest einer der Permanentmagnete von entgegengesetzter Polarität in bezug auf zumindest einen anderen der Permanentmagnete ist;

(c) das Gehäuse zumindest zwei Permanentmagnete (222, 224) derselben Polarität enthält, welche je einen eigenen, darauf angeordneten Verbinder (214, 216) aufweisen, wobei die Verbindermagnete (222, 224) des Gehäuses und die Permanentmagnete des Stellglieds angeordnet sind, um miteinander in Wechselwirkung zu treten, wenn sich das Stellglied in einer geeigneten Position befindet, so daß ein Magnet des Stellglieds mit einem entsprechenden Verbindermagneten des Gehäuses ausgerichtet ist;

(d) die Magnete des Stellglieds in bezug auf Polarität derart angeordnet sind, daß, wenn das Stellglied durch das Kraftmittel in eine Position bewegt wird, zumindest ein Magnet (236) des Stellglieds einen entsprechenden Verbindermagneten (222) des Gehäuses anzieht und somit den Verbinder (214) veranlaßt, eine Leiterstrecke entweder zu schließen oder zu unterbrechen, während zur gleichen Zeit ein anderer Magnet (238) des Stellglieds einen entsprechenden Verbindermagneten (222) des Gehäuses abstößt und somit den Verbinder (216) veranlaßt, eine andere Leiterstrecke dementsprechend entweder zu schließen oder zu unterbrechen;

wobei die Bewegung aller Magnete koordiniert wird, so daß geeignete Leiterstrecken gleichzeitig verbunden und unterbrochen werden, wobei das Stellglied, das Kraftmittel, die Verbindermagnete und die Verbinder die einzigen beweglichen Teile des Schalters sind, wobei keine mechanische Verbindung zwischen den Magneten des Stellglieds und den Verbindermagneten des Gehäuses besteht.

2. Mikrowellenschalter nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse eine Reihe von Öffnungen (248) zwischen jedem der Verbindermagnete und dem Stellglied aufweist.

3. Mikrowellenschalter nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse eine magnetisch transparente Wand (213) aufweist, welche eine Wand des Gehäuses bildet und jeden der Verbindermagnete vom Stellglied trennt, wobei das Gehäuse vom Stellglied vollständig abgeschlossen ist.

4. Mikrowellenschalter nach Anspruch 1, wobei das Stellglied eine kreisförmige Gestalt aufweist und das Kraftmittel ein Motor ist, wobei der Motor das Stellglied durch Drehen des Stellglieds neupositioniert.

5. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, wobei der Schalter ein S-Schalter (246) ist und das Gehäuse vier Leiterstrecken, vier Öffnungen (1, 2, 3, 4), vier Verbindermagnete (222, 224, 226, 228) und vier Verbinder (214, 216, 218, 220) umfaßt, wobei die Verbinder und die Verbindermagnete in einer im allgemeinen quadratischen Konfiguration angeordnet sind, wobei jeder Verbindermagnet mit einem eigenen Verbinder verbunden ist, wobei das Stellglied vier Magnete (236, 238, 240, 242) umfaßt, welche in derselben im allgemeinen quadratischen Konfiguration wie die Verbindermagnete angeordnet sind, wobei die Magnete des Stellglieds dem Gehäuse gegenüber verschiedene Polaritäten aufweisen, so daß zwei der Magneten (236, 240) eine nördliche Polarität und zwei der Magneten (238, 242) eine südliche Polarität aufweisen, wobei das Stellglied zwei unterschiedliche Positionen aufweist, wobei bei jeder der beiden Positionen zwei der Verbindermagnete von den Permanentmagneten des Stellglieds angezogen und gleichzeitig zwei der Verbindermagnete abgestoßen werden.

6. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, wobei der Schalter ein S-Schalter ist und das Gehäuse vier Leiterstrecken, vier Öffnungen, vier Verbindermagnete und vier Verbinder umfaßt, wobei die Verbinder und die Verbindermagnete in einer im allgemeinen quadratischen Konfiguration angeordnet sind, wobei das Stellglied vier Magnete umfaßt, welche in derselben im allgemeinen quadratischen Konfiguration wie die Verbindermagnete angeordnet sind, wobei benachbarte Magnete des Stellglieds dem Gehäuse gegenüber verschiedene Polaritäten aufweisen, so daß jeder zweite Magnet (236, 240) des Stellglieds eine nördliche Polarität aufweist und ein Magnet mit einer südlichen Polarität zwischen den Magneten mit nördlicher Polarität angeordnet ist, wobei das Stellglied zwei unterschiedliche Positionen aufweist, wobei bei jeder der beiden Positionen zwei der Verbindermagnete von den Permanentmagneten des Stellglieds angezogen und gleichzeitig zwei der Verbindermagnete abgestoßen werden, wobei in einer ersten Position ein erster und ein dritter Verbindermagnet (222, 226) abgestoßen werden und in einer zweiten Position ein zweiter und ein vierter Verbindermagnet (224, 228) abgestoßen werden.

7. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 2, 3, 4, wobei der Schalter ein C-Schalter (282) ist und das Gehäuse (290) zwei Leiterstrecken, drei Öffnungen (1, 2, 3), zwei Verbindermagnete (232) und zwei Verbinder (292) umfaßt, wobei jeder Verbindermagnet mit einem eigenen Verbinder verbunden ist, wobei ein Verbinder die Öffnungen Eins und Zwei und der andere Verbinder die Öffnungen Zwei und Drei verbindet, wobei auch das Stellglied (288) drei Permanentmagnete (296, 298, 300) umfaßt, welche derart angeordnet sind, daß in jeder Position jeweils zwei Permanentmagnete den Verbindermagneten entsprechen, wobei die Magnete des Stellglieds entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, so daß zumindest ein Magnet (298, 300) eine südliche Polarität aufweist und der andere Magnet (296) eine nördliche Polarität aufweist, wobei das Stellglied zwei unterschiedliche Positionen aufweist, wobei in einer ersten Position ein erster Verbindermagnet angezogen und zugleich ein zweiter Verbindermagnet abgestoßen wird und in einer zweiten Position ein zweiter Verbindermagnet angezogen wird und ein erster Verbindermagnet abgestoßen wird.

8. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 2, 3, 4, wobei der Schalter ein T-Schalter (250) ist und das Gehäuse (258) sechs Leiterstrecken, vier Öffnungen (1, 2, 3, 4), sechs Verbindermagnete (266) und sechs Verbinder (264, 268) umfaßt, wobei jeder Verbindermagnet (266) mit einem eigenen Verbinder verbunden ist, wobei ein Verbinder die Öffnungen Eins und Zwei, ein Verbinder die Öffnungen Zwei und Drei, ein Verbinder die Öffnungen Eins und Drei, ein Verbinder die Öffnungen Eins und Vier, ein Verbinder die Öffnungen Zwei und Vier sowie ein Verbinder die Öffnungen Drei und Vier verbindet, wobei das Stellglied (254) ebenfalls sechs Permanentmagnete (270, 272, 274, 276, 278, 280) umfaßt, welche derart angeordnet sind, daß sie den Verbindermagneten entsprechen, wobei zumindest einer der Magnete des Stellglieds eine zu anderen Magneten des Stellglieds entgegengesetzte Polarität aufweist, wobei das Stellglied zumindest drei unterschiedliche Positionen aufweist, wobei in jeder der Positionen ein oder mehrere Verbindermagnete angezogen und ein oder mehrere Verbindermagnete abgestoßen werden.

9. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, wobei der Schalter ein T-Schalter ist und das Gehäuse sechs Leiterstrecken, vier Öffnungen, sechs Verbindermagnete und sechs Verbinder umfaßt, wobei jeder Verbindermagnet mit einem eigenen Verbinder verbunden ist, wobei ein Verbinder die Öffnungen Eins und Zwei, ein Verbinder die Öffnungen Zwei und Drei, ein Verbinder die Öffnungen Eins und Drei, ein Verbinder die Öffnungen Eins und Vier, ein Verbinder die Öffnungen Zwei und Vier sowie ein Verbinder die Öffnungen Drei und Vier verbindet, wobei das Stellglied ebenfalls sechs Permanentmagnete umfaßt, welche derart angeordnet sind, daß sie den Verbindermagneten entsprechen, wobei die Magnete des Stellglieds unterschiedliche Polaritäten aufweisen, wobei ein erster und ein zweiter Magnet (270, 272) und ein vierter und ein fünfter Magnet (276, 278) des Stellglieds dem Gehäuse gegenüber eine Polarität aufweisen und ein dritter und ein sechster Magnet (274, 280) des Stellglieds dem Gehäuse gegenüber eine andere Polarität aufweisen, wobei das Stellglied drei unterschiedliche Positionen aufweist, wobei in einer ersten Position der erste und der vierte Verbindermagnet abgestoßen und die übrigen Verbindermagnete angezogen werden, in einer zweiten Position der zweite und der fünfte Verbindermagnet abgestoßen und die übrigen Magnete angezogen werden, in einer dritten Position der dritte und der sechste Verbindermagnet abgestoßen und die übrigen Verbindermagnete angezogen werden.

10. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei der Schalter ein C-Schalter ist und das Gehäuse zwei Leiterstrecken, drei Öffnungen, zwei Verbindermagnete und zwei Verbinder umfaßt, wobei jeder Verbindermagnet mit einem eigenen Verbinder verbunden ist, wobei ein Verbinder die Öffnungen Eins und Zwei und ein Verbinder die Öffnungen Eins und Drei verbindet, wobei das Stellglied drei Permanentmagnete umfaßt, wobei die Magnete des Stellglieds in einer geraden Linie angeordnet und von einander beabstandet sind, derart, daß, wenn sich das Stellglied in Längsrichtung von einer ersten Position zu einer zweiten Position bewegt, zwei der drei Magnete des Stellglieds den Verbindermagneten des Gehäuses entsprechen, wobei ein mittlerer Magnet des Stellglieds dieselbe Polarität wie die Verbindermagnete aufweist, um die Verbindermagnete abzustoßen, und die übrigen Magnete des Stellglieds eine den Verbindermagneten entgegengesetzte Polarität aufweisen, um die Verbindermagnete anzuziehen, wobei das Stellglied zwei unterschiedliche Positionen aufweist, wobei in einer ersten Position der erste Verbindermagnet abgestoßen und der zweite Verbindermagnet angezogen wird, in einer zweiten Position der erste Verbindermagnet angezogen und der zweite Verbindermagnet abgestoßen wird.

11. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei der Schalter ein C-Schalter (302) ist und das Gehäuse (290) zwei Leiterstrecken, drei Öffnungen (1, 2, 3), zwei Verbindermagnete (232) und zwei Verbinder (292) umfaßt, wobei jeder Verbindermagnet (232) mit einem eigenen Verbinder verbunden ist, wobei ein Verbinder die Öffnungen Eins und Zwei und ein Verbinder die Öffnungen Eins und Drei verbindet, wobei das Stellglied (304) drehbar ist und zwei Permanentmagnete (310, 312) umfaßt, wobei die Magnete derart dimensioniert und angeordnet sind, um den Verbindermagneten zu entsprechen, wobei das Stellglied (304) zwei Positionen aufweist, wobei in einer ersten Position der erste Verbindermagnet abgestoßen und der zweite Verbindermagnet angezogen wird, in einer zweiten Position, wobei die zweite Position die Drehung des Stellglieds um 180º darstellt, der erste Verbindermagnet angezogen und der zweite Verbindermagnet abgestoßen wird.

12. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei der Schalter ein C-Schalter (313) ist und das Gehäuse (290) zwei Leiterstrecken, drei Öffnungen (1, 2, 3), zwei Verbindermagnete (232) und zwei Verbinder (292) umfaßt, wobei jeder Verbindermagnet (232) mit einem eigenen Verbinder verbunden ist, wobei ein Verbinder die Öffnungen Eins und Zwei und ein Verbinder die Öffnungen Eins und Drei verbindet, wobei das Stellglied (314) eine zylindrische Gestalt besitzt und an entgegengesetzten Seiten einer seiner Außenflächen Magnete (320, 322) aufweist, wobei zwei Magnete (320, 322) auf einer Seite des zylindrischen Stellglieds und zwei Magnete (320, 322) auf der anderen Seite des zylindrischen Stellglieds (314) angeordnet sind, wobei die Magnete (320, 322) auf derselben Seite des Stellglieds unterschiedliche Polarität besitzen, sowie Mittel (316) zum Drehen des zylindrischen Stellglieds um seine Längsachse aufweist, wobei die Magnete (320, 322) des Stellglieds (314) dimensioniert und angeordnet sind, um den Verbindermagneten (232) zu entsprechen, wobei das Stellglied zwei unterschiedliche Positionen aufweist, wobei in einer ersten Position der erste Verbindermagnet abgestoßen und der zweite Verbindermagnet angezogen wird und in einer zweiten Position,, wobei die zweite Position durch Drehen des Stellglieds um seine Längsachse um 180º erreicht wird, der erste Verbindermagnet angezogen und der zweite Verbindermagnet abgestoßen wird.

13. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, wobei der Schalter aus der Gruppe von C-Schaltern oder T-Schaltern ausgewählt ist und eine zu einer Bewegungsachse der Verbindermagnete normal stehende Querschnittsfläche von im wesentlichen 0,95 Quadratzoll (6,13 cm²) aufweist.

14. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, wobei eine Leiterstrecke verbunden ist, wenn der Verbindermagnet für den Verbinder für diese Strecke abgestoßen ist, und unterbrochen ist, wenn der Verbindermagnet (224) für diese Strecke angezogen ist.

15. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 2, 3, 4, wobei eine magnetische Kraft zwischen Magneten des Stellglieds und des Gehäuses, welche zueinander angezogen werden, zumindest für eine gewisse Arretierungskraft sorgt, welche erforderlich ist, um den Schalter in einer bestimmten Position zu halten.

16. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, wobei jeder der Verbindermagnete und Träger ungefähr in einer longitudinalen Mitte jedes Verbinders (216) angeordnet ist.