何正浩 (中国湖北省武汉市珞瑜路1037号, Hubei 4, 430074, CN)
LIU, Junxiang (No. 1037, Luoyu RoadWuhan, Hubei 4, 430074, CN)
刘俊翔 (中国湖北省武汉市珞瑜路1037号, Hubei 4, 430074, CN)
ZHU, Lu (No. 1037, Luoyu RoadWuhan, Hubei 4, 430074, CN)
华中科技大学 (中国湖北省武汉市珞瑜路1037号, Hubei 4, 430074, CN)
HE, Zhenghao (No. 1037, Luoyu RoadWuhan, Hubei 4, 430074, CN)
何正浩 (中国湖北省武汉市珞瑜路1037号, Hubei 4, 430074, CN)
LIU, Junxiang (No. 1037, Luoyu RoadWuhan, Hubei 4, 430074, CN)
刘俊翔 (中国湖北省武汉市珞瑜路1037号, Hubei 4, 430074, CN)
| 权 利 要 求 书 1. 一种激光触发真空开关， 包括密闭壳体（1)、设于所述密闭壳体（1) 上的第一电极（2)和第二电极（3)、 以及激光照射窗 （4), 其特征在于： 所述第一电极（2)和第二电极（3)分别固定在所述密闭壳体（1)的两端， 所述第二电极（3) 内轴向开设有通孔（33), 所述第一电极（2) 的一端面 上设有与所述通孔（33)相对的靶电极（5), 所述激光照射窗 （4)位于所 述第二电极（3)外端， 且所述激光照射窗 （4)、 所述通孔（33)和所述靶 电极（5)位于同一轴线上。 2. 根据权利要求 1 所述的激光触发真空开关， 其特征在于： 所述密闭 壳体（1 )内还设有屏蔽罩，所述屏蔽罩包括上屏蔽罩（61 )、中部屏蔽罩（62) 和下屏蔽罩（ 63 ), 所述中部屏蔽罩（ 62 )连接在所述密闭壳体（ 1 )的侧壁 上， 所述上屏蔽罩（61)设于所述密闭壳体（1 ) 的一端且位于所述第一电 极（2)外围， 所述下屏蔽罩（63)设于所述密闭壳体（1)的另一端且位于 所述第二电极（3)外围。 3. 根据权利要求 2所述的激光触发真空开关， 其特征在于： 所述上屏 蔽罩（61)、 中部屏蔽罩（62)和下屏蔽罩（63)的外沿均为圓弧导角 （61a、 62a, 63a )。 4. 根据权利要求 1 所述的激光触发真空开关， 其特征在于： 所述第一 电极（ 2 )内设有吸气通道（ 23 ), 所述吸气通道（ 23 )外端设有吸气环（ 24 ) 且内端与所述密闭壳体（1) 内部连通， 所述第一电极（2)外端设有罩设于 所述吸气环（24)上的端盖（25)。 5. 根据权利要求 1 所述的激光触发真空开关， 其特征在于： 所述激光 照射窗 （4)外侧设有光纤接口 （8), 所述光纤接口 （8) 与所述通孔（33) 位于同一轴线上。 6. 根据权利要求 1 所述的激光触发真空开关， 其特征在于： 所述第一 电极（ 2 )和第二电极 ( 3 )之间的间隙为 10mm~15mm。 7. 根据权利要求 1-6任一项所述的激光触发真空开关，其特征在于： 所 述第一电极（2)和第二电极（3)外端开有多个内螺纹孔（26、 34)。 8. 根据权利要求 1-6所述的激光触发真空开关，其特征在于： 所述靶电 极（5) 为钛粉与氯化钾的混合物。 9. 根据权利要求 1-6任一项所述的激光触发真空开关，其特征在于： 所 述第一电极（2)与第二电极（3) 由铜和铬各百分之五十的材料制成。 |
技术领域
本发明涉及电子开关器件， 尤其涉及一种激光触发真空开关。 背景技术
随着脉沖功率技术的发展，对大功率开关器件 的需求大大增加。 大功率 开关器件是脉沖功率电源最重要的组成部分， 它必须可以在高电压、 大电流 的条件下工作， 并且还要求其反应速度快、 可靠性高、 触发稳定、 寿命长。 激光触发真空开关是将激光技术与高功率脉沖 技术结合而成的一种新型开 关器件， 其通过将激光照射在靶电极上面， 从而产生等离子蒸汽， 最后在主 电极电压作用下使得开关导通。 激光触发真空开关相对于其它类型的开关， 具有较宽的工作电压范围和较高的库仑电量导 通特性，并且其触发系统相对 独立， 抗干扰能力好， 触发稳定， 因此受到了越来越多的关注。
专利号为 US4978893的美国专利公开了一种激光触发真空开 关，如图 1 所示， 其包括一个密闭的壳体 30, 该壳体一端设有一通道 50与真空泵相连 以保持壳体 30内的气压， 与其相对的一端设有一激光窗口 34。 壳体 30内 设有一对以一定间隙 8相对设置的电极， 即阳极 20和阴极 10。 阳极 20固 定在电极柱 44一端， 而阴极 10固定在电极柱 40—端。 电极柱 44和 40从 壳体 30侧壁上的通孔伸出壳体 30外以连接到电路的正负端。 阳极 20上对 应所述激光窗口 34开设有一通孔 22以形成激光照射通道，如虚线所示，靶 电极 18设于所述阴极 10上且位于该激光照射通道上。这样，在该激 触发 真空开关工作时， 激光照射在靶电极 18上， 产生等离子蒸汽， 最后在电极 柱 44和 40之间的电压作用下使得开关导通。
然而， 这种激光触发真空开关存在以下几个问题： 第一， 由于阳极 20 和阴极 10分别安装在电极柱 44和 40—端， 不易对齐通孔 22、 靶电极 18 和激光窗口 34, 制造加工困难， 且降低了生产效率。 第二， 在开关导通时， 会产生较大的电动力， 而阳极 20和阴极 10均为片状， 很容易发生形变， 导 致阳极 20和阴极 10之间的间隙 8发生变化，进而引起工作电压变化，影响 工作性能。 第三， 由于电极柱 44和 40距离很近， 因此不能承受太高的工作 电压， 否则会有击穿的可能。
因此， 亟待提供一种改进的激光触发真空开关以克服 上述缺陷。 发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种结构筒 单、触发性能稳定、使用 方便、 使用寿命长且加工方便的激光触发真空开关。
为了解决上述技术问题， 本发明提供了一种激光触发真空开关， 包括密 闭壳体、 设于所述密闭壳体上的第一电极和第二电极、 以及激光照射窗。 所 述第一电极和第二电极分别固定在所述密闭壳 体的两端。所述第二电极内轴 向开设有通孔。所述第一电极的一端面上设有 与所述通孔相对的靶电极，所 述激光照射窗位于所述第二电极外端，且所述 激光照射窗、所述通孔和所述 靶电极位于同一轴线上。
与现有技术相比，本发明的激光触发真空开关 的第一电极和第二电极固 定在密闭壳体的两端，保证了该激光触发真空 开关可以在高电压的条件下工 作， 减少了误动作的可能。 靶电极设于第一电极一端面， 当开关导通时不易 发生形变， 从而可以延长开关的使用寿命。 此外， 所述靶电极、 通孔以及激 光照射窗位于同一轴线上，可以保证在各种外 界条件下激光稳定照射到靶电 极， 使开关在重复频率条件下可长期工作， 并且便于制造， 加工和光路校准 都十分方便， 从而可以提高生产效率。
优选地， 所述激光照射窗外侧设有光纤接口，所述光纤 接口与所述通孔 位于同一轴线上， 以进一步提高光路校准的筒便性与可靠性。
较佳地， 所述密闭壳体内还设有屏蔽罩， 所述屏蔽罩包括上屏蔽罩、 中 部屏蔽罩和下屏蔽罩， 所述中部屏蔽罩连接在所述密闭壳体的侧壁上 ， 所述 上屏蔽罩设于所述密闭壳体的一端且位于所述 第一电极外围，所述下屏蔽罩 设于所述密闭壳体的另一端且位于所述第二电 极外围。该屏蔽罩用于限制电 弧燃烧区域， 防止燃弧时金属蒸汽沉积在绝缘外壳上，从而 保证绝缘外壳不 被高温电弧烧蚀。此外， 该屏蔽罩还可以使电弧燃烧电极之后产生的金 属蒸 汽附着在其上面， 从而维护开关本体内的电场稳定和较高的真空 度。
进一步地，所述上屏蔽罩、中部屏蔽罩和下屏 蔽罩的外沿均为圓弧导角， 以避免产生电场畸变。
较佳地， 所述第一电极内设有吸气通道， 所述吸气通道外端设有吸气环 且内端与所述密闭壳体内部连通，所述第一电 极外端设有罩设于所述吸气环 上的端盖。
优选地， 所述第一电极和第二电极之间的间隙为 10mm~15mm。
所述第一电极与第二电极由铜和铬各百分之五 十的材料制成，该材料耐 真空电弧能力强， 可以保证多次使用之后烧蚀情况良好。。 优选地， 所述靶电极为钛粉与氯化钾的混合物，使得该 激发触发真空开 关在对单次电荷转移量要求很高或者激光器性 能不是很好的条件下，即小激 光功率下能够稳定触发，所需触发激光能量低 ，导通时承受的电荷库伦量比 较大， 并且进一步延长开关的使用寿命。
通过以下的描述并结合附图， 本发明将变得更加清晰，这些附图用于解 释本发明的实施例。 附图说明
图 1为现有的激光触发真空开关的结构示意图。
图 2为本发明激光触发真空开关的一实施例的结 示意图。
图 3为本发明激光触发真空开关的另一实施例的 构示意图。 具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类 似的元件标号代表类似的 元件。 如上所述， 本发明提供了一种激光触发真空开关， 该开关结构筒单、 触发性能稳定、 使用寿命长且加工方便。
下面将结合附图详细阐述本发明实施例的技术 方案。如图 2所示， 本实 施例的激光触发真空开关包括密闭壳体 1、设于所述密闭壳体 1上的第一电 极 2和第二电极 3、 以及激光照射窗 4。 所述第一电极 2和第二电极 3分别 固定在所述密闭壳体 1的两端。
具体地，所述密闭壳体 1包括绝缘外壳 11、上端法兰 12和下端法兰 13, 所述上端法兰 12和下端法兰 13分别固定在所述绝缘外壳 11两端以形成一 个封闭的空间。所述第一电极 2通过上端法兰 12固定在所述密闭壳体 1上， 所述第二电极 3通过下端法兰 13固定在所述密闭壳体 1上。
进一步地， 所述第一电极 1包括第一电极柱 21和安装其上的第一电极 头 22, 第二电极 3包括第二电极柱 31和安装其上的第二电极头 32,所述第 一电极头 22和第二电极头 32均使用圓弧导角， 形成倒圓台形电极平台。所 述第一电极 2和第二电极 3为同轴结构。所述第二电极 3内轴向开设有通孔 33 , 所述第一电极 1一端面上设有与所述通孔 33相对的靶电极 5。 具体的， 所述第一电极头 22面对所述第二电极头 32的端面中部开设有凹槽，所述靶 电极 5设于所述凹槽内。所述激光照射窗 4位于所述第二电极 3外端且所述 激光照射窗 4、 所述通孔 33和所述靶电极 5位于同一轴线上， 从而形成激 光照射通道， 使激光可以射入开关内部照到所述靶电极 5上。 所述靶电极 5 可以为圓盘形， 所述通孔 33可以为圓形通孔。 所述第一电极 2外端开设有 4个供螺釘固定的内螺纹孔 26,所述第二电极 3外端开设有 4个供螺釘固定 的内螺纹孔 34, 便于该激光触发真空开关与外电路的电气与机 械连接。
本实施例的激光触发真空开关的第一电极 2和第二电极 3固定在密闭壳 体 1的两端，保证了该激光触发真空开关可以在 电压下工作，减少了误动 作的可能。 靶电极 5嵌设于第一电极 2中部， 当开关导通时不易发生形变， 从而可以延长开关的使用寿命。 此外， 所述靶电极、 通孔 33以及激光照射 窗 4位于同一轴线上使得开关便于制造，加工和 路校准都十分方便，从而 可以提高生产效率。
进一步地， 所述激光照射窗 4作为激光入口， 可以由石英玻璃、 刚玉、 蓝宝石等材料制成。 如图所示， 在所述第二电极 3的外端接有金属套管 35 , 所述金属套管正对所述通孔 33 , 所述激光照射窗 4嵌在所述金属套管 35内 并将其密封，从而所述形成激光照射通道，保 证激光能够正常入射并照射到 靶电极， 以及加工、 试验的通用性。
优选地， 所述第一电极 2和第二电极 3之间的间隙为 10mm~15mm, 该 间隙距离适中， 既可以保证该间隙的绝缘性能，使真空触发开 关能在电极两 端施加几十千伏的直流电压时仍然保持良好的 绝缘性能，又可以避免因间距 过大而导致真空电弧长度增加， 减小电极表面烧蚀的可能。 所述靶电极 5 为钛粉与氯化钾的混合物，使得该激发触发真 空开关在对单次电荷转移量要 求很高或者激光器性能不是很好的条件下， 即小激光功率下能够稳定触发， 所需触发激光能量低，导通时承受的电荷库伦 量比较大， 并且可以进一步延 长开关的使用寿命。 其重频特性好， 具有很好的抗干扰信号能力， 可满足脉 沖功率装置中大功率闭合开关的应用要求。 所述第一电极 2 与第二电极 3 由铜和铬各百分之五十的材料制成， 该材料耐真空电弧能力强，可以保证多 次使用之后烧蚀情况良好。
优选地， 所述密闭壳体 1内还设有屏蔽罩。 作为本发明的优选实施例， 该屏蔽罩包括上屏蔽罩 61、 中部屏蔽罩 62和下屏蔽罩 63。 所述上屏蔽罩 61 固定的上端法兰 61 内侧且位于所述第一电极 2外围， 所述下屏蔽罩 63 固定在所述下端法兰 13内侧且位于所述第二电极 3外围， 所述中部屏蔽罩 2通过连接件 64固定在所述绝缘外壳 11上。 该屏蔽罩用于限制电弧燃烧区 域， 防止燃弧时金属蒸汽沉积在绝缘外壳 11上， 从而保证绝缘外壳 11不被 高温电弧烧蚀。此外， 该屏蔽罩还可以使电弧燃烧电极之后产生的金 属蒸汽 附着在其上面，从而维护开关本体内的电场稳 定和较高的真空度。所述上屏 蔽罩 1、 中部屏蔽罩 2和下屏蔽罩 3在外延处均采用圓弧导角， 避免产生电 场畸变。
所述第一电极 2内设有吸气通道 23 , 所述吸气通道 23外端设有吸气环 24且内端与所述密闭壳体 1 内部连通， 所述第一电极 2外端设有罩设于所 述吸气环 24上的端盖 25。 具体地， 所述第一电极 2从外端轴向开设有埋孔 23a, 所述埋孔 23a通过横向通孔 23b与所述密闭壳体 1内部连通， 所述埋 孔 23a和横向通孔 23b形成所述吸气通道 23。 所述埋孔 23a外端设有吸气 环 24, 所述端盖 25罩设于所述吸气环 24上， 这样便于将密闭壳体 1内抽 成真空， 将其内部压力维持住。
图 3显示了本发明激光触发真空开关的另一实施 。本实施例与上一实 施例的不同之处在于，本实施例的激光触发真 空开关的激光照射窗 4外侧还 设有光纤接口 8, 所述光纤接口 8位于与所述激光照射窗 4、 所述通孔 33 同轴的位置上，入射激光从空气传播改为光纤 传播，可以进一步提高光路校 准的可靠性和便捷度。 具体地， 可以将所述金属套管 35的外端弯折形成直 径较小的接口， 供光纤接入， 也可以独立制造安装在金属套管 35上。
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