[發明專利]具有電磁控制的微系統

無效

• 申請號: 200680007685.6
• 申請日: 2006-01-06
• 公開（公告）號: CN101138060A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 西爾萬·佩紐;卡羅琳·庫蒂爾;阿瑪莉亞·加尼爾;貝努瓦·格雷普;勞倫特·奇西
• 申請（專利權）人: 施耐德電器工業公司
• 主分類號: H01H50/00
• 分類號: H01H50/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 王景剛;王冉

技術領域

本發明涉及一種包括借助外部激勵線圈致動的至少一個磁性微致動器的微系統。這種微系統可用作電中斷器，尤其是開關、接觸器或繼電器類型。這種類型的微系統尤其適于在MEMs技術中生產。

背景技術

文件US?6?320?145記載一種靜電繼電器。該繼電器借助可磁化的和單穩態桿進行操作。在磁場的作用下，該桿彎曲，從而趨向于沿該磁場方向對齊以及閉通電路。由于該桿采用彈性材料制成，所以當不存在磁場/桿相互作用時該桿僅通過機械作用返回到其初始位置。該桿上的將其恢復至初始位置的恢復力因此屬于純機械來源并且僅僅通過用于制造該桿的材料的本質以及相關元件的幾何結構產生。

專利US?6?469?602和US?6?750?745記載一種使用雙穩態可磁化桿在斷開或閉通電路的兩個位置之間的移動的磁性微繼電器。該桿的移動借助電磁體致動。當該桿處于第一位置時，電路斷開，當該桿處于第二位置時，電路閉通。當該桿處于其第二位置時，電路通過由該桿提供的與位于基板上的固定觸頭接觸的觸頭而閉通。在停止位置，該桿處于其第一位置，電路因此斷開。通過永磁體產生的可磁化桿上的磁場對該停止位置進行保持。當電磁體被激勵時，其產生第二磁場，該磁場的導向使得該桿從其第一位置轉換到第二位置。一旦該桿處于其第二位置，那么電磁體不活動，并且該桿在永磁場的作用下被保持在該第二位置。

在專利US?6?750?745中，可將若干相同的微致動器設置在一個和相同的基板上并且因此可通過電磁體瞬間致動。在該專利中，線圈是扁平線圈并且集成入該基板中。微致動器設置在扁平線圈的各個面上。雖然這種裝置可使若干致動器通過單一線圈瞬時致動，但是其具有許多缺點。這些缺點如下：

-使用集成入基板的平面線圈增加了每個微致動器所需的平均基板面積，由此產生了對應于每個微致動器的額外成本；

-將線圈集成入基板增加了平面制造過程的步驟，由此減小了生產效率并且產生了對應于每個微致動器的額外成本；以及

-集成入基板的線圈的電阻通過焦耳作用將用于激活微致動器的一些能量轉換為熱量，該熱量在基板中和電極中消散。這一產生熱量的后果是降低用作開關、接觸器或繼電器的微致動器的電性能。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種消除上述缺點的微系統，該系統設計簡單、成本適中并且必要時可包括大量的微致動器。

這一目的通過下述微系統實現，該微系統包括：

-磁性微致動器，具有活動元件，該活動元件由基板支承并且受到磁效應的控制，能夠在第一位置和第二位置之間移動從而開關至少一個電路；

-永磁體或電磁體，使該活動元件經受第一磁場的作用從而將其保持在第一位置；以及

-在基板外部的激勵線圈，所述激勵線圈能夠在通電時使活動元件經受第二磁場的作用，從而使活動元件從第一位置移動到第二位置，

其特征在于：

-激勵線圈是螺線管類型的并且其環繞支承該活動元件的基板。

根據本發明，微致動器因此位于螺線管線圈的中心。與上述專利的教導相反，根據本發明，線圈位于基板外部，也就是說，不是集成入其中的。這可消除上述一些缺點。通過印刷電路技術、通過纏繞銅線或者任何其他的三維封裝方案制造外部線圈不具有集成線圈的缺點，并且這些技術的生產效率是受到很好的控制的。

根據一項特征，該活動元件包括安裝在基板上的隔膜，其具有縱向軸線并且能夠沿著垂直于縱向軸線的軸線在各種位置之間樞轉，所述隔膜具有至少一層由磁性材料制成的層。

在現有技術中，借助例如粘和至基板的永磁體產生磁場。在現有技術的微系統的組裝期間，一個步驟包括相對于微致動器正確地定位永磁體，使得由磁體產生的磁場對于微致動器的活動元件產生所需的作用。根據本發明，間隙間的第一產生磁場是均勻的，使用這一間隙可免除組裝期間的這一步驟。

如公知的那樣，該間隙中產生的第一磁場是均勻的并且其定向為垂直于支承微致動器的基板的表面。該第一磁場沿其軸線在隔膜中產生磁分量。由該磁場和隔膜中的磁分量產生的磁力矩使得后者保持在一個位置。由激勵線圈產生的第二磁場垂直于第一磁場的方向。該第二磁場在與由磁場產生的第一分量相對的軸線上在隔膜中產生磁分量。如果該新磁分量具有更大的幅值，那么隔膜樞轉至其另一位置。

根據另一特征，螺線管類型的激勵線圈延其長度具有可變密度的匝數。

根據另一特征，激勵線圈的每一端具有更大量的匝數。這使得在螺線管中產生的第二軸向磁場均勻，因此增加螺線管的有用容積。

根據另一特征，用于產生第一磁場的磁路的磁源是永磁體或電磁線圈。