專利名稱：搖擺式電磁型微機電系統(tǒng)繼電器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種電氣元件技術領域的繼電器，具體地說，是一種搖擺式電磁型微機電系統(tǒng)繼電器。
背景技術：
與傳統(tǒng)機電繼電器比較，MEMS(即微機電系統(tǒng))繼電器具有體積小、功耗低、響應快、隔離度高、負載能力強的特點，并且最終可以實現(xiàn)類似半導體技術的集成制造，因此受到重視，基于不同驅(qū)動原理的多種MEMS繼電器相繼在實驗室研制成功，并展示出預期的良好特性和誘人的實用化前景，其中靜電和電磁驅(qū)動MEMS繼電器最具代表性。
經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(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微電磁繼電器設計采用軟磁合金材料(鐵鎳)懸臂梁的結構形式，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動；斷電后，通過懸臂梁本身的彈性來使懸臂梁恢復平衡狀態(tài)來實現(xiàn)懸臂梁向面外運動的狀態(tài)，從而實現(xiàn)對外電路通斷的控制。但是，當懸臂梁與基底(對電極)之間距離小到一定程度之后，壓膜阻尼將會使其運動特性受到顯著制約，大氣環(huán)境下的響應速度會受到極大限制，而真空封裝是眾所周知的技術難題，所以，簡單懸臂梁結構的MEMS繼電器面臨挑戰(zhàn)，各種新穎結構形式的微機械繼電器設計不斷被提出。
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，使其能借助磁性轉子在定子平面內(nèi)作往復扭擺轉動，操縱機械觸點接通或斷開電路，使懸臂梁的運動阻尼由壓膜阻尼變成滑膜阻尼，有效改善大氣環(huán)境下微機械繼電器的響應特性。
本發(fā)明是通過以下的技術方案來實現(xiàn)的，本發(fā)明包括轉子永磁片、軸、轉子軟磁片、定子繞組、懸臂梁、外殼、觸頭、封蓋、開口、定位銷、引線接點、饋電觸點。其中，轉子永磁片、軸、轉子軟磁片、定子繞組、懸臂梁組成疊層結構電磁微馬達。在疊層結構電磁微馬達中，轉子軟磁片作為轉子永磁片的襯底，轉子永磁片和轉子軟磁片相疊合，兩者構成轉子，轉子和定子繞組通過軸相連接，在轉子軟磁片的邊緣上設有懸臂梁。在外殼內(nèi)設有疊層結構電磁微馬達，在懸臂梁頂端設有觸頭，在封蓋的中心部位設有開口，以供懸臂梁伸出，在開口的兩端分別設有兩個定位銷，用于懸臂梁往復運動的定位和磁性鎖定，引線接點和饋電觸點分別位于兩個定位銷的外側，引線接點與觸頭同時實現(xiàn)通斷控制觸點。
所述的轉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，使相鄰兩個微形扇區(qū)之間磁場方向相反，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子永磁片。
所述的轉子永磁片的結構與轉子軟磁片相同。
所述的定子繞組是在一個環(huán)形襯底上的平面線圈組合，其分區(qū)個數(shù)與轉子的分區(qū)數(shù)相關，每一個繞組是單層多線圈繞組，這種單層多線圈的繞阻構成定子，其徑向尺寸比轉子的大0.1～0.2mm，定子內(nèi)設有接通驅(qū)動電源的接線點，該接線點為方形。
所述的軸上設有定子的臺階，以提供定位功能。
所述的轉子軟磁片是中間有孔的圓片，其形狀與轉子永磁片相同。
所述的懸臂梁，其材料是軟磁材料，懸臂梁可以將轉子的運動延伸到圓片的外部，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，與引線接點接觸而形成導通，抬起觸頭則斷開外接電路。
所述的定位銷，其材料是永磁體，對懸臂梁具有一定吸力，可以實現(xiàn)懸臂梁的斷電姿態(tài)保持。
給疊層結構電磁微馬達施加一定的直流電，轉子就會向一個方向旋轉，帶動懸臂梁向同一個方向轉動，如果顛倒電流的方向，轉動方向也將改變，當疊層結構的電磁微馬達被封入單體外殼之后，由于開口尺寸的限制，懸臂梁只能夠運動一定步長，就會被定位銷固定，反方向亦然，這樣，反復切換電流方向就會形成懸臂梁的往復擺動，并且能夠在定位銷處靠永磁吸力實現(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成了一個繼電器。
本發(fā)明的有益效果是采用電磁型馬達的轉動的方式來控制懸臂梁上的觸頭運動；并將觸頭制作成具有可移動彎曲的薄膜形狀，構成剛度與彈性之間的平衡，增大了觸點間接觸的穩(wěn)定性，使懸臂梁的運動阻尼由壓膜阻尼變成滑膜阻尼，有效改善了大氣環(huán)境下微機械繼電器的響應特性。另外，懸臂梁用軟磁材料制作，單步轉動后被定位銷固定，并在斷電后靠永磁力吸住，從而實現(xiàn)懸臂梁的無功耗姿態(tài)保持。
圖1是疊層結構微馬達的結構示意2是本發(fā)明結構示意3是本發(fā)明的剖面圖具體實施方式
如圖1、2、3所示，本發(fā)明包括轉子永磁片1、軸2、轉子軟磁片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11、饋電觸點12。其中，轉子永磁片1、軸2、轉子軟磁片3、定子繞組4、懸臂梁5組成疊層結構電磁微馬達。轉子軟磁片3作為轉子永磁片1的襯底，轉子永磁片1和轉子軟磁片3相疊合，兩者構成轉子，轉子和定子繞組4通過軸2相連接，在轉子軟磁片3的邊緣上設有懸臂梁5。在外殼6內(nèi)設有疊層結構電磁微馬達，在懸臂梁5頂端設有觸頭7，在封蓋8的中心部位設有開口9，在開口9的兩端分別設有兩個定位銷10，引線接點11和饋電觸點12分別位于兩個定位銷10的外側。
所述的轉子永磁片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，使相鄰兩個微型扇區(qū)之間磁場方向相反，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子永磁片。
所述的轉子永磁片1的結構與轉子軟磁片3相同。
所述的定子繞組4是在一個環(huán)形襯底上的平面線圈組合，其分區(qū)個數(shù)與轉子的分區(qū)數(shù)相關，每一個繞組是單層多線圈繞組，這種單層多線圈的繞阻構成定子，其徑向尺寸比轉子的大0.1～0.2mm，定子內(nèi)設有接通驅(qū)動電源的接線點，該接線點為方形。
所述的軸2上設有定子的臺階。
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(11)、饋電觸點(12)，其特征在于，還包括轉子永磁片(1)、軸(2)、轉子軟磁片(3)、定子繞組(4)，轉子永磁片(1)、軸(2)、轉子軟磁片(3)、定子繞組(4)、懸臂梁(5)組成疊層結構電磁微馬達，轉子軟磁片(3)作為轉子永磁片(1)的襯底，轉子永磁片(1)和轉子軟磁片(3)相疊合，兩者構成轉子，轉子和定子繞組(4)通過軸(2)相連接，在轉子軟磁片(3)的邊緣上設有懸臂梁(5)，在外殼(6)內(nèi)設有疊層結構電磁微馬達，在懸臂梁(5)頂端設有觸頭(7)，在封蓋(8)的中心部位設有開口(9)，在開口(9)的兩端分別設有兩個定位銷(10)，引線接點(11)和饋電觸點(12)分別位于兩個定位銷(10)的外側。
2.根據(jù)權利要求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，使相鄰兩個微型扇區(qū)之間磁場方向相反，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子永磁片。
3.根據(jù)權利要求1或者2所述的搖擺式電磁型微繼電器，其特征是，所述的轉子永磁片(1)的結構與轉子軟磁片(3)相同。
4.根據(jù)權利要求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)是在一個環(huán)形襯底上的平面線圈組合，其分區(qū)個數(shù)與轉子的分區(qū)數(shù)相關，每一個繞組是單層多線圈繞組，這種單層多線圈的繞阻構成定子，其徑向尺寸比轉子的大0.1～0.2mm，定子內(nèi)設有接通驅(qū)動電源的接線點，該接線點為方形。
5.根據(jù)權利要求1所述的搖擺式電磁型微繼電器，其特征是，所述的軸(2)上設有定子的臺階。
6.根據(jù)權利要求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
一種電氣元件技術領域的搖擺式電磁型微繼電器，包括轉子永磁片、軸、轉子軟磁片、定子繞組、懸臂梁、外殼、觸頭、封蓋、開口、定位銷、引線接點、饋電觸點，轉子軟磁片作為轉子永磁片的襯底，轉子永磁片和轉子軟磁片相疊合，兩者構成轉子，轉子和定子繞組通過軸相連接，在外殼內(nèi)設有疊層結構電磁微馬達，在懸臂梁頂端設有觸頭，在封蓋的中心部位設有開口，在開口的兩端分別設有兩個定位銷，引線接點和饋電觸點分別位于兩個定位銷的外側。本發(fā)明能借助磁性轉子在定子平面內(nèi)作往復扭擺轉動，操縱機械觸點接通或斷開電路，使懸臂梁的運動阻尼由壓膜阻尼變成滑膜阻尼，有效改善大氣環(huán)境下微機械繼電器的響應特性。
文檔編號H01H53/015GK1658354SQ20051002378
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權日2005年2月3日
發(fā)明者丁桂甫, 付世, 孫曉峰 申請人:上海交通大學