專利名稱：搖擺式電磁型微機(jī)電系統(tǒng)繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電氣元件技術(shù)領(lǐng)域的繼電器，具體地說，是一種搖擺式電磁型微機(jī)電系統(tǒng)繼電器。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)機(jī)電繼電器比較，MEMS(即微機(jī)電系統(tǒng))繼電器具有體積小、功耗低、響應(yīng)快、隔離度高、負(fù)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，并且最終可以實(shí)現(xiàn)類似半導(dǎo)體技術(shù)的集成制造，因此受到重視，基于不同驅(qū)動(dòng)原理的多種MEMS繼電器相繼在實(shí)驗(yàn)室研制成功，并展示出預(yù)期的良好特性和誘人的實(shí)用化前景，其中靜電和電磁驅(qū)動(dòng)MEMS繼電器最具代表性。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在《傳感器和執(zhí)行器》，A91(2001)346-350中的《閉鎖式微電磁繼電器》文中，M.Ruan等人指出該MEMS微電磁繼電器設(shè)計(jì)采用軟磁合金材料(鐵鎳)懸臂梁的結(jié)構(gòu)形式，利用嵌入襯底內(nèi)的電磁線圈在通電后產(chǎn)生的電磁力使懸臂梁向襯底運(yùn)動(dòng)；斷電后，通過懸臂梁本身的彈性來使懸臂梁恢復(fù)平衡狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)懸臂梁向面外運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路通斷的控制。但是，當(dāng)懸臂梁與基底(對(duì)電極)之間距離小到一定程度之后，壓膜阻尼將會(huì)使其運(yùn)動(dòng)特性受到顯著制約，大氣環(huán)境下的響應(yīng)速度會(huì)受到極大限制，而真空封裝是眾所周知的技術(shù)難題，所以，簡(jiǎn)單懸臂梁結(jié)構(gòu)的MEMS繼電器面臨挑戰(zhàn)，各種新穎結(jié)構(gòu)形式的微機(jī)械繼電器設(shè)計(jì)不斷被提出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種搖擺式電磁型微繼電器，使其能借助磁性轉(zhuǎn)子在定子平面內(nèi)作往復(fù)扭擺轉(zhuǎn)動(dòng)，操縱機(jī)械觸點(diǎn)接通或斷開電路，使懸臂梁的運(yùn)動(dòng)阻尼由壓膜阻尼變成滑膜阻尼，有效改善大氣環(huán)境下微機(jī)械繼電器的響應(yīng)特性。
本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括轉(zhuǎn)子永磁片、軸、轉(zhuǎn)子軟磁片、定子繞組、懸臂梁、外殼、觸頭、封蓋、開口、定位銷、引線接點(diǎn)、饋電觸點(diǎn)。其中，轉(zhuǎn)子永磁片、軸、轉(zhuǎn)子軟磁片、定子繞組、懸臂梁組成疊層結(jié)構(gòu)電磁微馬達(dá)。在疊層結(jié)構(gòu)電磁微馬達(dá)中，轉(zhuǎn)子軟磁片作為轉(zhuǎn)子永磁片的襯底，轉(zhuǎn)子永磁片和轉(zhuǎn)子軟磁片相疊合，兩者構(gòu)成轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子和定子繞組通過軸相連接，在轉(zhuǎn)子軟磁片的邊緣上設(shè)有懸臂梁。在外殼內(nèi)設(shè)有疊層結(jié)構(gòu)電磁微馬達(dá)，在懸臂梁頂端設(shè)有觸頭，在封蓋的中心部位設(shè)有開口，以供懸臂梁伸出，在開口的兩端分別設(shè)有兩個(gè)定位銷，用于懸臂梁往復(fù)運(yùn)動(dòng)的定位和磁性鎖定，引線接點(diǎn)和饋電觸點(diǎn)分別位于兩個(gè)定位銷的外側(cè)，引線接點(diǎn)與觸頭同時(shí)實(shí)現(xiàn)通斷控制觸點(diǎn)。
所述的轉(zhuǎn)子永磁片是中間有孔的圓片永磁體，均分成若干大于零的偶數(shù)的微形扇區(qū)，磁片按照垂直于圓形表面方向磁化，使相鄰兩個(gè)微形扇區(qū)之間磁場(chǎng)方向相反，或者是分別加工的扇形磁片，按照同樣極性排列方式拼接形成轉(zhuǎn)子永磁片。
所述的轉(zhuǎn)子永磁片的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)子軟磁片相同。
所述的定子繞組是在一個(gè)環(huán)形襯底上的平面線圈組合，其分區(qū)個(gè)數(shù)與轉(zhuǎn)子的分區(qū)數(shù)相關(guān)，每一個(gè)繞組是單層多線圈繞組，這種單層多線圈的繞阻構(gòu)成定子，其徑向尺寸比轉(zhuǎn)子的大0.1～0.2mm，定子內(nèi)設(shè)有接通驅(qū)動(dòng)電源的接線點(diǎn)，該接線點(diǎn)為方形。
所述的軸上設(shè)有定子的臺(tái)階，以提供定位功能。
所述的轉(zhuǎn)子軟磁片是中間有孔的圓片，其形狀與轉(zhuǎn)子永磁片相同。
所述的懸臂梁，其材料是軟磁材料，懸臂梁可以將轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)延伸到圓片的外部，懸臂梁用于操縱觸頭，接通或者斷開外接電路。
所述的觸頭或者是雙股叉形狀的平直薄膜，為了接觸穩(wěn)定性，觸頭或者是移動(dòng)彎曲的雙股叉形狀，形成剛度與彈性之間的平衡。觸頭的前端在懸臂梁落下時(shí)，與引線接點(diǎn)接觸而形成導(dǎo)通，抬起觸頭則斷開外接電路。
所述的定位銷，其材料是永磁體，對(duì)懸臂梁具有一定吸力，可以實(shí)現(xiàn)懸臂梁的斷電姿態(tài)保持。
給疊層結(jié)構(gòu)電磁微馬達(dá)施加一定的直流電，轉(zhuǎn)子就會(huì)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)懸臂梁向同一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如果顛倒電流的方向，轉(zhuǎn)動(dòng)方向也將改變，當(dāng)疊層結(jié)構(gòu)的電磁微馬達(dá)被封入單體外殼之后，由于開口尺寸的限制，懸臂梁只能夠運(yùn)動(dòng)一定步長，就會(huì)被定位銷固定，反方向亦然，這樣，反復(fù)切換電流方向就會(huì)形成懸臂梁的往復(fù)擺動(dòng)，并且能夠在定位銷處靠永磁吸力實(shí)現(xiàn)斷電姿態(tài)保持。通過操縱觸頭去接通或者斷開外接電路就構(gòu)成了一個(gè)繼電器。
本發(fā)明的有益效果是采用電磁型馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)的方式來控制懸臂梁上的觸頭運(yùn)動(dòng)；并將觸頭制作成具有可移動(dòng)彎曲的薄膜形狀，構(gòu)成剛度與彈性之間的平衡，增大了觸點(diǎn)間接觸的穩(wěn)定性，使懸臂梁的運(yùn)動(dòng)阻尼由壓膜阻尼變成滑膜阻尼，有效改善了大氣環(huán)境下微機(jī)械繼電器的響應(yīng)特性。另外，懸臂梁用軟磁材料制作，單步轉(zhuǎn)動(dòng)后被定位銷固定，并在斷電后靠永磁力吸住，從而實(shí)現(xiàn)懸臂梁的無功耗姿態(tài)保持。


圖1是疊層結(jié)構(gòu)微馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明的剖面圖具體實(shí)施方式
如圖1、2、3所示，本發(fā)明包括轉(zhuǎn)子永磁片1、軸2、轉(zhuǎn)子軟磁片3、定子繞組4、懸臂梁5、外殼6、觸頭7、封蓋8、開口9、定位銷10、引線接點(diǎn)11、饋電觸點(diǎn)12。其中，轉(zhuǎn)子永磁片1、軸2、轉(zhuǎn)子軟磁片3、定子繞組4、懸臂梁5組成疊層結(jié)構(gòu)電磁微馬達(dá)。轉(zhuǎn)子軟磁片3作為轉(zhuǎn)子永磁片1的襯底，轉(zhuǎn)子永磁片1和轉(zhuǎn)子軟磁片3相疊合，兩者構(gòu)成轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子和定子繞組4通過軸2相連接，在轉(zhuǎn)子軟磁片3的邊緣上設(shè)有懸臂梁5。在外殼6內(nèi)設(shè)有疊層結(jié)構(gòu)電磁微馬達(dá)，在懸臂梁5頂端設(shè)有觸頭7，在封蓋8的中心部位設(shè)有開口9，在開口9的兩端分別設(shè)有兩個(gè)定位銷10，引線接點(diǎn)11和饋電觸點(diǎn)12分別位于兩個(gè)定位銷10的外側(cè)。
所述的轉(zhuǎn)子永磁片1是中間有孔的圓片永磁體，均分成若干大于零的偶數(shù)的微型扇區(qū)，磁片按照垂直于圓形表面方向磁化，使相鄰兩個(gè)微型扇區(qū)之間磁場(chǎng)方向相反，或者是分別加工的扇形磁片，按照同樣極性排列方式拼接形成轉(zhuǎn)子永磁片。
所述的轉(zhuǎn)子永磁片1的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)子軟磁片3相同。
所述的定子繞組4是在一個(gè)環(huán)形襯底上的平面線圈組合，其分區(qū)個(gè)數(shù)與轉(zhuǎn)子的分區(qū)數(shù)相關(guān)，每一個(gè)繞組是單層多線圈繞組，這種單層多線圈的繞阻構(gòu)成定子，其徑向尺寸比轉(zhuǎn)子的大0.1～0.2mm，定子內(nèi)設(shè)有接通驅(qū)動(dòng)電源的接線點(diǎn)，該接線點(diǎn)為方形。
所述的軸2上設(shè)有定子的臺(tái)階。
所述的觸頭6或者是平直的雙股叉形狀，或者是彎曲的雙股叉形狀。
權(quán)利要求
1.一種搖擺式電磁型微繼電器，包括懸臂梁(5)、外殼(6)、觸頭(7)、封蓋(8)、開口(9)、定位銷(10)、引線接點(diǎn)(11)、饋電觸點(diǎn)(12)，其特征在于，還包括轉(zhuǎn)子永磁片(1)、軸(2)、轉(zhuǎn)子軟磁片(3)、定子繞組(4)，轉(zhuǎn)子永磁片(1)、軸(2)、轉(zhuǎn)子軟磁片(3)、定子繞組(4)、懸臂梁(5)組成疊層結(jié)構(gòu)電磁微馬達(dá)，轉(zhuǎn)子軟磁片(3)作為轉(zhuǎn)子永磁片(1)的襯底，轉(zhuǎn)子永磁片(1)和轉(zhuǎn)子軟磁片(3)相疊合，兩者構(gòu)成轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子和定子繞組(4)通過軸(2)相連接，在轉(zhuǎn)子軟磁片(3)的邊緣上設(shè)有懸臂梁(5)，在外殼(6)內(nèi)設(shè)有疊層結(jié)構(gòu)電磁微馬達(dá)，在懸臂梁(5)頂端設(shè)有觸頭(7)，在封蓋(8)的中心部位設(shè)有開口(9)，在開口(9)的兩端分別設(shè)有兩個(gè)定位銷(10)，引線接點(diǎn)(11)和饋電觸點(diǎn)(12)分別位于兩個(gè)定位銷(10)的外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的搖擺式電磁型微繼電器，其特征是，所述的轉(zhuǎn)子永磁片(1)是均分成若干大于零的偶數(shù)的微型扇區(qū)，磁片按照垂直于圓形表面方向磁化，使相鄰兩個(gè)微型扇區(qū)之間磁場(chǎng)方向相反，或者是分別加工的扇形磁片，按照同樣極性排列方式拼接形成轉(zhuǎn)子永磁片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的搖擺式電磁型微繼電器，其特征是，所述的轉(zhuǎn)子永磁片(1)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)子軟磁片(3)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的搖擺式電磁型微繼電器，其特征是，所述的定子繞組(4)是在一個(gè)環(huán)形襯底上的平面線圈組合，其分區(qū)個(gè)數(shù)與轉(zhuǎn)子的分區(qū)數(shù)相關(guān)，每一個(gè)繞組是單層多線圈繞組，這種單層多線圈的繞阻構(gòu)成定子，其徑向尺寸比轉(zhuǎn)子的大0.1～0.2mm，定子內(nèi)設(shè)有接通驅(qū)動(dòng)電源的接線點(diǎn)，該接線點(diǎn)為方形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的搖擺式電磁型微繼電器，其特征是，所述的軸(2)上設(shè)有定子的臺(tái)階。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的搖擺式電磁型微繼電器，其特征是，所述的觸頭(6)或者是平直的雙股叉形狀，或者是彎曲的雙股叉形狀。
全文摘要
一種電氣元件技術(shù)領(lǐng)域的搖擺式電磁型微繼電器，包括轉(zhuǎn)子永磁片、軸、轉(zhuǎn)子軟磁片、定子繞組、懸臂梁、外殼、觸頭、封蓋、開口、定位銷、引線接點(diǎn)、饋電觸點(diǎn)，轉(zhuǎn)子軟磁片作為轉(zhuǎn)子永磁片的襯底，轉(zhuǎn)子永磁片和轉(zhuǎn)子軟磁片相疊合，兩者構(gòu)成轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子和定子繞組通過軸相連接，在外殼內(nèi)設(shè)有疊層結(jié)構(gòu)電磁微馬達(dá)，在懸臂梁頂端設(shè)有觸頭，在封蓋的中心部位設(shè)有開口，在開口的兩端分別設(shè)有兩個(gè)定位銷，引線接點(diǎn)和饋電觸點(diǎn)分別位于兩個(gè)定位銷的外側(cè)。本發(fā)明能借助磁性轉(zhuǎn)子在定子平面內(nèi)作往復(fù)扭擺轉(zhuǎn)動(dòng)，操縱機(jī)械觸點(diǎn)接通或斷開電路，使懸臂梁的運(yùn)動(dòng)阻尼由壓膜阻尼變成滑膜阻尼，有效改善大氣環(huán)境下微機(jī)械繼電器的響應(yīng)特性。
文檔編號(hào)H01H53/015GK1658354SQ20051002378
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日
發(fā)明者丁桂甫, 付世, 孫曉峰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)