JPH02170601A

JPH02170601A - マイクロ波ｃ形切換器およびｓ形切換器

Info

Publication number: JPH02170601A
Application number: JP1210009A
Authority: JP
Inventors: Klaus G Engel; クラウス・グンター・エンジェル
Original assignee: Com Dev Ltd
Current assignee: Com Dev Ltd
Priority date: 1988-09-28
Filing date: 1989-08-14
Publication date: 1990-07-02
Also published as: US4851801A; EP0361638A2; CA1283680C; EP0361638A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はマイクロ波切換器、特にＳ形切換器（Ｓスイッ
チ）またはＣ形切換器（Ｃスイッチ）、あるいはこれら
と同様な転送切換１ａｌ（トランスファースイッチ）に
関するものである。

〔従来の技術］Ｓスイッチは本文書において２回路２接点形切換器とも
言われる。ＣスイッチはＳスイッチの一つの変形であり
、１回路２接点形切換器ともいわれる。ＣスイッチやＳ
スイッチ等のトランスファースイッチは今日一般に知ら
れており宇宙通信産業によって広く使用されている。例
えば通信衛生等は数多くの同軸ＣスイッチやＳスイッチ
を搭載している。従来既存の切換器は本発明による切換
器に比べてより多くの質量、容積を有する。更に既存の
切換器は本発明による切換器に比べて多数の可動部品を
有し、より複雑であり、従って製造コストも高くなる。

また既存の切換器は本発明による切換器と同等のＲＦ　
（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）動作特性を達成す
る事ができない。質量及び容積は宇宙技術応用にとって
常に最もｆｆ（要な数量係数である。如何なる質量、容
積の省減し直ちにコスト低減か、または通信容量の増大
か、あるいは人工衛星の寿命の伸長またはその組み合わ
せに換算する事ができる。同様に宇宙飛行体の各コンポ
ーネントの信頼性は人工衛星の成功にとって大変重要な
要素である。何故ならば人工衛星は一度打ち上げられる
と故障を修復する手段が無いからである。

相対的に見て、可動部品のあるコンポーネントが少ない
方が信頼性を高める事ができると考えられる。既存の切
換器は起動のメカニズムとしてソレノイドかまたは電磁
石を持っており、両者共に多くの場合、復帰用スプリン
グ等を用いた複雑な機械的構造を伴っている。更に単一
の電磁駆動可動鉄片（電機子−以下アーマチュアと呼ぶ
）を直線状に動かす直線駆動電磁アクチュエーター（ｌ
ｉｎｅａｒ　ｅｔｃｃｔｒｏｍａｇｎｃｔｔｃ　ａｃｔ
ｕａｔｏｒｓ）は既に知られている。しかしながら、こ
れらのアクチュエーターはマイクロ波スイッチには用い
られておらず、また段数のアーマチュアと共に用いられ
ている事はない。

本発明は複数のアーマチュアを含んでおり、その為、可
動部品を最少限に押さえる事が可能であり、従って信頼
性の向上を図る事ができる。

本マイクロ波スイッチは一個の電磁アクチュエーターと
少なくとも三つの端子間を相互に接続可能な少なくとも
二つの導波経路を収めた収容器をＨする。アクチュエー
ターは複数のアーマチュアとそれらを動かす為の電磁手
段を有する。これらのアーマチュアは当該収容器内に装
置されており、各々のアーマチュアは第一位置と第二位
置を有し、この二つの位置は直線上に離れて配置されて
いる。

各々のアーマチュアは電磁装置と関連して位置付けられ
ており、従って個々のアーマチュアの一つの位置から他
の位置への移動が他のアーマチュアの動きと同時に当該
電磁装置により制御される事が可能となる。各アーマチ
ュアはコネクターを有し、当該スイッチの一つの導波経
路はそのアーマチュアの一つの位置で接続され、また他
の位置で遮断される。全てのアーマチュアの動きが統一
的に３３整されるすｆにより、希望する複数の経路が同
時に接続されたり遮断されたりする。アーマチュアとそ
れに取り付けられたコネクターがこのスイッチの唯一の
可動コンポーネントであり、電磁装置とアーマチュアの
間には如何なる可動の機械的接続も存在せず、電磁装置
は固定されている。

各図面を詳細に調べると、第４ａ図及び第４ｂ図によれ
ば同軸Ｓスイッチは一つの端子から他の二つの隣接する
端子のどちらにも接続可能な事がわかる。図面に示され
た如く、第４ａ図と第４ｂ図は回路図のみが示されてお
り、実際の接続端子は点線１２の囲いによって示された
ＲＦキャビティ（ＲＦ空胴）の外側に広がった外囲の実
線によって示された収容器（ｈｏｕｓｉｎｇ）　１１内
に在り、当該収容器の端子１，２．３．４を表す。第４
ａ図においてはＳスイッチはその第一位置Ａの位置にあ
りスイッチの導波経路３１によって端子２と４が接続さ
れ又導波経路３３によって端子１と３が接続されている
。二つの導波経路３１及び３３はスイッチ接点２１及び
２３により閉じられている。

池に二つの残りの経路３２と３４があるが、これらはス
イッチ接点２２と２４が継っていないために不通になっ
ている。第４ｂ図にはＳスイッチの第二位置が示されて
おり導波経路３２は端子１と２を接続し導波経路３４は
端子３と４を接続している。経路３１と３３はスイッチ
接点２１と２３が解放されているので遮断されている。

このように第４ａ図及び第４ｂ図に示されたＳスイッチ
は如何な時点においても常に二つの導波経路が接続され
、二つの導波経路が遮断されている事がわかる。

第４ｃ図には、従来技術の同軸Ｃスイッチの回路図が示
されている。Ｃスイッチは一つの入力端子１と二つの出
力端子２，３を持っているので、第４ａ図及び第４ｂ図
に示されているＳスイッチとはその原理が異なる。第４
ａ図及び第４ｂ図と同様のコンポーネントを説明するた
めにｍＪｃ図及び第４ｄ図においても同じ参照番号が用
いられている。Ｃスイッチは二つの導波経路３１．３２
を持ち、各経路は切換装置２１．２２を含んでいる事が
わかる。如何なる時点においても経路３１と３２のどち
らかが接続されており、残りの経路が遮断されている事
がわかる。第４ｃ図に示されている様に、位置Ａでは経
路３１が接続され経路３２が遮断されている。その反対
に第４ｄ図に示されている様に位＠Ｂでは経路３２が接
続され、経路３１が遮断されている。

第５ａ図及び第５ｂ図では従来技術の同軸Ｃスイッチ１
０の側面図が示されており、電磁石４１゜４２が収容器
１１内に取り付けられている（スイッチの一部のみが示
されている。）。第５ａ図ではスイッチが第一位置にあ
る場合が示されており、電磁石４２に電流が供給された
事によりそれに相応した電磁力によって直線運動を促し
、揺り軸（ｒｏｃｋｅｒ）の腕（ａｒｍ）　５１　（Ｏ
ツカ−アーム）をその旋回軸の廻りに移動させその結果
、環状の棒６３　（ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｒｏｄ）を直線
方向に動かし、導体７１と結合せしめる。電磁石４２の
代わりに電磁石４１に電流を供給する事により、更に直
線運動を促して第５ｂ図に示された如くロッカーアーム
５１をその第２の位置に移動させる。ロッカーアーム５
１の移動は環状枠６１の垂直下方の動きを促し、これは
更にリード（ｒｅａｄ）　８１の直線的移動となって導
体７１と７２の間に電気的接続を形成する。このロッカ
ーアーム５１の動きと同時に先に圧縮されていた第５ａ
図に示されている復帰スプリング６４に生じる機械的反
力が第５ｂ図に示された如くロッド６３の垂直上方の移
動を促し、その結果、導体７１との接触が離れる事にな
る。

この様に第５ａ図や第５ｂ図に示された如き電気機械的
なスイッチは多くの複雑な可動部品で構成される事によ
り一つの入力端子と二つの出力端子の操作を行っている
事が容易に判断出来る。スイッチ１０は引き続き、第５
ｂ図に示された第２の位置から第５ａ図に示された第１
の位置に復帰し、復帰スプリング６２がロッド６１をし
てリード８１を動かしめ、導体７１と７２との接触を断
つ。

この様なスイッチ１０の作動を達成するのに部品の重複
を伴ううえに第５ａ図及び第５ｂ図に示された如き二つ
の組部品を必要とする。Ｓ形スイッチはＣ形スイッチに
比べより多くの質量、容積を持つ事は明らかである。こ
のスイッチの作動に係わる圧縮力を持つ復帰スプリング
はアクチュエーターの持つ押し出す力の数分の−にしか
相当しない。これは即ち、スイッチが時には接触から離
れないという弱点を意味しスイッチの信頼性の問題とな
る。

第６ａ、６ｂ、６ｃ図には従来技術になる、機械的レバ
ー駆動機構を有する電磁スイッチ１５が示されている。

スイッチ１５は双極電磁コイル１１１．１１２を持ち、
ＲＦ空胴アッセンブリー１３と共に一次容器１４に収納
されている。スイッチ１５は従来技術であるのでこれら
には特に説明に必要な部分のみが詳述されている。スイ
ッチアクチュエーターを作動させるのに巻線１１１か又
は１１２に電流を供給する。これによって生じた電界は
磁界の形式を促し、従って反対の磁極に磁化されたクラ
ッパ−アーム１２１を引き付ける。

このスイッチは巻線１１１に電流を供給する事により駆
動する事ができる。タラツバ−アッセンブリーの極１３
２を引き付け、この極１３２がアクチュエーターアッセ
ンブリーストップ１１３の上に止まるまでクラブパーア
ーム１２１を時計方向に回転せしめる。第６ｂ図にはロ
ッカーアーム５２のこれに相当した回転運動がプランジ
ャー６５の直線運動を促し、これは更にリード８２をコ
ネクターの接点７３．７４と接触せしめ、その結果とし
て端子１と端子２とが接続される様子が示されている。

反対に巻線１１２に電流が供給されるクラッパ−の磁極
１３１は反転された磁極をもつ磁気ストップ１１３に引
き付けられクラッパ−アッセンブリーを反時計方向に回
転せしめる。この回転運動はロッカーアーム５２をして
プランジャー６６に直線運動を与えしめリード８３がコ
ネクターの接点７４と７５に接触し、その結果端子１と
端子３が接続される。第６ｂ図に示された第一の位置に
ある時の復帰スプリング６７の圧縮力がリード８２をコ
ネクターの接点７３．７４から離し、従って端子２が端
子１から遮断される。一般の電磁作動同軸スイッチはソ
レノイド形スイッチに比べて歩容量である。この種のス
イッチ機構は初期の接続から他の接続に移行するのに多
くのコンポーネントを必要とする。第６ａ、６ｂ、６ｃ
図に示されたスイッチ１５は部品数が多いという問題を
持つ上に大変混入った部品の誤差や機械工作の精度や表
面処理の要求があり、これが充分でないと、クラッパ−
アッセンブリー　ロッカーアーム、スイッチリードや押
し棒の端等の主要な位置に機ｈｉ、摩耗が生じるのであ
る。

第７図に基本的には本発明の作動原理を満たす所の従来
技術になる電磁直線駆動装置が容器１８内で（一部のみ
示されている）部分的側面図として示されている。アー
マチュアはシリンダー状の棒１５０であり、軟磁性材料
でできており、固定の磁気回路によって引き付けられる
。この固定磁気回路は永久磁石１４１、付属鉄心１６０
に巻きつけられた二つの電気コイル１１４，１１５によ
って構成されており、これは上部復帰路（磁束の）１３
３と下部復帰路１３４の空隙を持つ誘導的磁気抵抗回路
（ｍａｇｎｅｔｉｃ−ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ　ｃＩｒｃ
ｕｌｔ）を形成する。永久磁石１４１によって生じた磁
束はアーマチュア１５０に入り、上部又は下部復帰路を
通って磁石に復帰する。アーマチュア１５０と復帰路の
間の空隙は誘導的磁気抵抗となりその値はアーマチュア
の垂直位置によって変化する。アーマチュア１５０は誘
導的磁気抵抗値が最少となる位置に向かって機械的力を
受ける。アーマチュアを８望する位置に止めるのはこう
して達成される。

その原理がアーマチュアの位置を開または閉とする同じ
大きさの力を生せしめており、これは磁気回路を精密に
設計する事により容易に且つ（ｌｉ１時でも実現する事
ができる。巻線コイル１１３，１１４に電流を通じる事
により補足的な磁気回路が鉄心１６０．上部復帰路１３
３．アーマチュア１５０の全長、そして下部復帰路１３
４を通って形成される。磁性とコイル巻線の方向如何に
よって、一つの磁束回帰路における永久磁石による磁界
を補足し、且つまたプラスとマイナスの法則に従ってそ
れと反対の回帰路における永久磁石による磁界と補足磁
界との和を減少したりする。この磁界の差は最少誘導磁
気抵抗を生ぜしめる方向にアクチュエーターを動かす機
械力を発生せしめる。かくの如き磁気回路の特性はスイ
ッチの動きの最終位置における前進力に比較して大きな
初期始動前進力を生ぜしめ従ってスイッチ動作の信頼性
が最大に高められる。

［実施例］第１図には本発明になる電磁スイッチ１６が容器１１に
納められたＲ　Ｆ空胴容器１２と共にその側面図として
示されている。アクチュエーターの容量はスイッチ全体
の容量の４０％から５０％を占めるため、アクチュエー
ターの容量を減少する・ｌｉはＲＦ２胴や容器の容量を
減少するのと同様に重要な事である。第１図に示された
スイッチ１６はスイッチ容器内に納められる必要な部品
の数や容積を減少する。幸せな事に磁気回路の容量の減
少は直ちにアクチュエーターの容量の減少につながるの
である。何故ならばアクチュエーターの大きさと容量は
アーマチュアの直線移動に必要な前進駆動力によって決
定されるからである。

第１図及び第２図により、スイッチ１６はＲＦ空胴容器
１２にある導波路を持っている事がわかる。四つの可動
コネクター２５．２６．２７．２８が四つアーマチュア
１５１，１５２，１５３゜１５４に定着されているのが
わかる。コネクター２５．２６，２７．２８は十分な長
さを持っているので、スイッチ１６にとって一つの完結
した導波路を形成している。上部及び下部の磁気回帰路
１．３３，１３４は中央の板１３５と上下の巻線１１６
．１１７によりそれぞれ分離されている。磁気回路を完
結（閉じる）する為に磁気回帰路、中央板１３５、それ
に上下巻線１１６，１１７はこの磁気回路にとって鉄心
の役目をしている所のピン１３２に取り付けられている
。４つの永久磁石Ｉ４２，１４３，１４４，１４５はア
ーマチュア１５３．１５２，１５１，１５４の一つ一つ
に対応して中央板１３５上に取り付けられている。これ
らの永久磁石はそれぞれに対応するアーマチュアたとえ
ば１５２，１５４が同じ磁極を有する方向に向けられて
いる。残りの二つのアーマチュア１５１．１５３に対応
した二つの永久磁石はそれぞれ反対の磁極を有する方向
に向けられている。

つまりアーマチュア１５２，１５４はアーマチュア１５
１，１５３に反発する。コイル巻線１１６゜１１７の何
れかに電気的パルスを送る事により、アーマチュア１５
２，１５４は反発力を生せしめ一つの導波路に接続して
いたコネクターを切り離し、その導波路を遮断する。こ
の同じ電気パルスにより、残りの二つのアーマチュア１
５１，１５３は同時に下方に一ドがりそれに対応した導
波路とコネクターを接続せしめる。コイル巻線は二つの
１１：を理を満たす様にスイッチを動作させるべく構成
する事ができる。

コイル１１６と１１７の巻線方向を電気的に直列あるい
は並列に作動する様利用する事ができる。

一つの単独コイルの特長はそれを別の並列回路に比較す
る時、一つのコイルが故障した場合とか定格電圧以上の
電圧が加えられた時に余分のマージンを与える所にある
。この方法によれば限界駆動電流の最大６倍の切換マー
ジンを与える。

Ｓスイッチ１６は略等置火に製図されており、スイッチ
１６は従来技術になるＳスイッチ１０゜１５に比べて少
ない可動部分を持ち従って高信頼性を提供する事が容易
にゎがる。スイッチ１６はスイッチ１０．１５に比べて
小形であり容量績の軽減になっている一ｊＩがゎがる。

通信衛晶には多数のＣスイッチやＳスイッチが使用され
ているので、如何なるスイッチの容量績の軽減は全体の
人工衛昆にとって相当な軽減となるのである。本発明に
なるスイッチはより少ない可動部分を有するので従来技
術になるスイッチに比べて故障が軽減されると思われる
。

第３図には本発明になる同軸Ｃスイッチ１７の展開図が
示されている。この具体例ではＲＦ空胴容器１２は三つ
の端子を持っている。一つのアクチュエーターには二つ
のアーマチュア１５５，１５６か取り付けられている。

永久磁石１４６，１４７は中央板１３８上の磁極性に対
して磁極が反対の方向に向けられている。磁気回路は上
部磁気回帰路１３６．中央鉄心１３２．そして下部磁気
回帰路１３７によって形成されている。コイル１１６．
１１７に電気的パルスを与える事によりアマチュア１５
５が上昇し、それに対応したＲＦｌ路を遮断する。他の
アーマチュア１５６は同時に下降し、それに対応したＲ
Ｆ回路を接続する。

電流パルスの極性を反転する事により、この二つのアー
マチュアの動作を逆転しＣスイッチとしての機能を実現
している。如何なる時点においても一つの導波路が閉じ
られ、他の経路が開放されている。

ここに示された発明の請求の範囲内において多数の変形
が当該技術に精通する者によって容易に考察する事がで
きるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる複数のアーマチュアの駆動用の電
磁装置をａする同軸Ｓスイッチの側断面図、第２図は第
１図に示されている同軸Ｓスイッチの展開図、第３図は
本発明になる同軸Ｃスイッチの展開図である。第４ａ図
は従来技術の同軸Ｓスイッチの位置Ａの回路図、第４ｂ
図は従来技術の同軸Ｓスイッチの位置Ｂの回路図、第４
ｃ図は従来技術の同軸Ｃスイッチの位置Ａの回路図、第
路図である０第５ａ図は従来技術のＳスイッチの側断面
図であり、このＳスイッチは電磁装置とクラツバ−（ｃ
ｌａｐｐｅｒ−拍子木）との組み合わせがら成り、位置
Ａに示された経路を接続している。第５ｂ図は従ｆｆｉ
技術の第５ａ図に示されているＳスイッチの位置Ｂにお
ける側断面図である◎第６ａ図は従来技術の電磁機械的
レバーメカニズムにより二つの隣接経路間の継続、遮断
を行う機構の展開図、第６ｂ図は第６ａ図に示されてい
る従来技術のスイッチの部分的平断面図、第６ｃ図は第
６ａ図に示された従来技術のスイッチの部分的側断面図
である。第７図は従来技術の電磁直線駆動装置（山＋ｅ
ａｒ　ａｃｔｕａｔｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ）の単相また
は一ステップの側断面図である。１〜４・・・端子、１０．１５・・・Ｓスイッチ、１１
・・・容器、１２・・・ＲＦ空胴容器、１６中電磁スイ
ツチ（Ｓスイッチ）、２５〜２８・・・可動コネクター
３１．３３・・・導波路、３２．３４・・・導波回路、
１１６．１１７・・・コイル巻線（上限巻線）　、１３
２・・・中央鉄心、１３３，１３４・・・磁気回帰路、
１３５・・・中央板、１３６・・・上部磁気回帰路、１
３７・・・下部磁気回帰路、１４２〜１４７・・・永久
磁石、１５１〜１５６・・・アーマチュア。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦凶呻〜寝寸望＄凶＄

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一個の電磁アクチュエーター（駆動装置）、最低
三個の端子を相互に接続する所の最低二個の導波路を内
蔵する容器に特徴づけられたマイクロ波スイッチであり
、当該アクチュエーターは複数個のアーマチュアとこれ
らのアーマチュアを動かす電磁的手段を有し、当該アー
マチュアは当該容器内に配置されており、各々のアーマ
チュアは互いに直線上に隔たった第一の位置と第二の位
置を持ち、また各々のアーマチュアは電磁的手段の位置
に関連した位置に置かれ、そのため各々のアーマチュア
はその各々の位置づけが当該電磁手段によって他のアー
マチュアの動きと同時に制御される。各々のアーマチュ
アはコネクターを持ち当該スイッチにおける一つの導波
路がアーマチュアの一つの位置によって接続されまたも
う一方の位置で遮断され、全てのアーマチュアの動きが
統一されており、その結果、同時に所要の回路が接続さ
れたり遮断されたりされ、アーマチュアとそれに装着さ
れたコネクターのみがスイッチの唯一の可動部分であり
、電磁的手段とアーマチュアとの間に如何なる可動な機
械的接続も存在せず、且つ電磁的手段は固定されている
。
（２）請求範囲１記載のスイッチで次の特徴を有するも
の、電磁的手段は一つの永久磁石がそれぞれ一個のアー
マチュアに付属し、また最低一個のコイル巻線とこの巻
線に直流の電気を通ずる手段とを有するもの。
（３）請求範囲２に記載のスイッチにおいて次の特徴を
有するもの、どのアーマチュア用永久磁石でもそれが同
一方向に動く目的を持つ場合はアーマチュアの磁極と同
じ磁極の方向に設置され、その反対に逆方向に動く目的
の場合は次の磁極を有する方向に設置され当該アーマチ
ュアは少なくとも幾分とも軟磁性体材料でできている。
（４）請求範囲１，２，３のいずれかの請求範囲に記載
のスイッチで次の特徴を有するもので、スイッチに一個
のコイル巻線と極性反転可能な電源を有し、アーマチュ
アが一つの方向に電流を流した場合、第一の位置から第
二の位置に移動し、逆の方向に電流を巻線に流した場合
は第二の位置から第一の位置に移動するもの。
（５）請求範囲１，２，３のいずれかの請求範囲に記載
のスイッチで次の特徴を有するもので、スイッチには二
個のコイル巻線があり、各々の巻線は逆方向に巻かれて
おり、二つの巻線のいずれかに電流を流す切換装置を持
ち、その一つの巻線に電流を流すとアーマチュアは第一
の位置から第二の位置に移動し、もう一つの巻線に電流
を切換えるとアーマチュアは逆の方向に移動するもの。
（６）請求範囲１，２，３のいずれかに記載のスイッチ
で次の特徴をもつもの、極性反転可能の電源に並列に接
続された二つのコイル巻線を持ち、もし一つの巻線が破
損された時はもう一つの巻線がスイッチの作動を継続せ
しめるもの。
（７）請求範囲３に記載のスイッチで次の特徴をもつも
の、四つの端子と四つの導波回路を持った四つのアーマ
チュアとを有し、一つの導波路は端子１と２の間につな
がり、一つの導波路は端子２と４との間につながり、一
つの導波路は端子１と３の１間につながり、もう一つの
導波路は端子３と４の間につながるもので、当該スイッ
チはＳ形スイッチであるもの。
（８）請求範囲８に記載のスイッチで二つのコイル巻線
を持つ特徴を有するもの。
（９）請求範囲８に記載のスイッチでアクチュエーター
のコイル巻線に平行な断面積が１．９平方インチより小
さいという特徴を持つもの。
（１０）請求範囲３に記載のスイッチで次の特徴を持つ
もの、スイッチは三つの端子と二つのアーマチュアを持
ち、二つの導波路を有し、一つの導波路３１は端子１と
２の間につながり、他の導波路は端子１と３の間につな
がるもので当該スイッチはＣ形スイッチであるもの。