專利名稱：包括可移動的鐵磁部件的開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括磁性微型開關(guān)的電開關(guān)裝置，該;茲性微型開關(guān)設(shè)置有能夠根據(jù)磁場的磁力線排列(align)的移動元件。根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)裝置可以具體地用于按鈕、滑動鈕或旋鈕(rotary knob)中以及位置開關(guān)、沖擊探測器'(impact detector)或加速度傳感器中。
背景技術(shù)：
包括磁性微型開關(guān)的位置傳感器從美國專利6633158是已知的，該磁性孩吏型開關(guān)設(shè)置有通過移動的永i茲體^^磁效應(yīng)驅(qū)動的移動元件。該永石茲體可以采取(assume)至少兩個位置使得移動元件順從于它的磁力線(field line)的兩個取向。通過排列在永磁體的磁力線上，移動元件在斷開狀態(tài)和閉合狀態(tài)切換，分別對應(yīng)于電路的斷開或閉合。對磁力線取向敏感的這些磁性微型開關(guān)非常精確地對永磁體的位置作出反應(yīng)。因此在裝配探測器時難以對它們進(jìn)行調(diào)整。
文件WO2004/066330和US 5923523描述了采用不精確的"簧片(reed)"類型開關(guān)的位置傳感器，該開關(guān)通過靠近固定^ 茲體的鐵;茲部件的位移來切換。在第一個文件中，鐵磁部件被流體移動。因此它的位移沒有被校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出了一種設(shè)置有磁性微型開關(guān)的電開關(guān)裝置，在裝配過程中磁性微型開關(guān)容易調(diào)整并且它的性能特性不受時間影響，該裝置被準(zhǔn)確和精確地校準(zhǔn)以在施加確定強(qiáng)度的力時被系統(tǒng)地觸發(fā)。
此目的通過電開關(guān)裝置來實(shí)現(xiàn)，該電開關(guān)裝置包括
- 產(chǎn)生/f茲場的永;茲體，
- 電微型開關(guān)，設(shè)置有移動元件，該移動元件通過根據(jù)永磁體的磁場的；茲力線的兩個不同的耳又向排列而凈皮石茲效應(yīng)驅(qū)動在至少兩個狀態(tài)之間，其特征在于- 微型開關(guān)和永磁體相對于彼此固定，-包括可移動的鐵》茲部件的裝置，該鐵^磁部件在兩個位置之間移動以對由永磁體產(chǎn)生的》茲力線相對于移動元件的取向起作用，從而賦予移動元件其兩個狀態(tài)中的一個或另一個。
-在初始位置，鐵磁部件通過磁效應(yīng)保持為倚著(agsinst)永f茲體。
根據(jù)本發(fā)明，采用相對于彼此固定的永磁體和微型開關(guān)使得可以對調(diào)整微型開關(guān)的相對于永磁體的工作點(diǎn)的約束進(jìn)行限制，因此克服了裝配永磁體/微型開關(guān)對的問題。
根據(jù)本發(fā)明，永磁體因此可以用于將鐵磁部件保持在初始位置中并在鐵磁部件移動時用于切換微型開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的具體的特征，可移動的鐵磁部件遵循平移移動(translationmovement)。平移移動例如垂直于7JC磁體的^^匕方向。
根據(jù)本發(fā)明，微型開關(guān)例如相對于永磁體居中。因此，不受鐵;磁部件影
state )。通過微型開關(guān)相對于永磁體居中，鐵^磁部件可以在它的每個位置是對稱的并對稱地作用于永;茲體的磁力線。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個具體的特征，鐵磁部件被由永磁體施加的磁吸引效應(yīng)保持在它的每個位置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個具體的特征，鐵磁部件具有包括中心部件和兩個平行翼狀物(wing)的U形，永;茲體置于兩個平行翼狀物之間。在鐵^茲部件的每個位置中，它的翼狀物中的一個被永磁體吸引。因此本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特別緊湊，具體地歸功于磁體的雙重功能，其使得可以切換微型開關(guān)又可以將鐵磁部件保持在初始位置和適宜的位置(取決于構(gòu)造)以及在最終位置。
根據(jù)本發(fā)明，微型開關(guān)例如相對于7la茲體偏離中心。不受鐵磁部件的影響時，微型開關(guān)因此被磁效應(yīng)保持在它的斷開或閉合狀態(tài)中的一個。因此鐵磁部件可以采取第 一極限位置(first extreme position)(在該位置它4吏磁力線偏轉(zhuǎn)以賦予移動元件其兩個狀態(tài)的另一個)和第二遠(yuǎn)離^l限位置(在該位置它對磁力線不起作用)。第一極限位置是穩(wěn)定的，鐵^茲部件被由永-磁體施加的磁吸引效應(yīng)保持，鐵磁部件的第二極限位置是暫時的(ephemeral),由擋板(end-stop)標(biāo)記。在第二極限位置中，鐵磁部件保留在永磁體的磁影響下從而被石茲效應(yīng)返回到第 一位置。根據(jù)裝置的一實(shí)施例變型，永磁體是圓盤的形狀，可移動的鐵i茲部件具
有旋轉(zhuǎn)圓環(huán)(rotating ring )的形狀，該圓環(huán)圍繞著永磁體并繞永磁體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。例如，圓環(huán)有凸起物(protuberance),該凸起物能采耳又兩個直徑上(diametrically )相對的位置以作用于對稱面的任一側(cè)的》茲力線。
例如，本發(fā)明的開關(guān)裝置用于按鈕、滑動鈕、位置開關(guān)、沖擊傳感器或加速度傳感器中。


參照以示例方式給出并由附圖示出的實(shí)施例，其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面詳細(xì)的描述變得明顯，附圖中
圖1和2分別示出了處于閉合狀態(tài)和斷開狀態(tài)的在滑動鈕中使用的本發(fā)明的開關(guān)裝置，
圖3和4示出了鐵磁部件對由永磁體產(chǎn)生的;茲力線的影響，圖5示出了概略示出的旋鈕中采用的開關(guān)裝置，圖6示出從側(cè)面觀察時圖5的旋鈕，
圖7和8分別示出處于靜止?fàn)顟B(tài)和觸發(fā)狀態(tài)(triggered state )的在沖擊探測器中使用的本發(fā)明的開關(guān)裝置，
圖9和IO分別示出處于靜止?fàn)顟B(tài)和觸發(fā)狀態(tài)的在沖擊探測器中使用的本發(fā)明的開關(guān)裝置，
圖11示出了在本發(fā)明的開關(guān)裝置中所使用的磁性微型開關(guān)的透視圖。
圖12和13示出了根據(jù)由永磁體產(chǎn)生的磁力線的取向的分別處于斷路狀態(tài)和閉合狀態(tài)的圖11中的微型開關(guān)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置包括至少一個固定的磁性微型開關(guān)2、固定的永磁體4、 40和移動的纟失磁部件5、 50、 500。
此開關(guān)裝置可以在按鈕、滑動鈕或旋鈕中以及在位置開關(guān)、沖擊或加速度傳感器中實(shí)施。
所采用的微型開關(guān)2是磁型的，對由永磁體4產(chǎn)生的磁場的磁力線L的
取向敏感。
此類型的微型開關(guān)2可以通過永磁體在兩種狀態(tài)(斷路狀態(tài)(圖12)和閉合狀態(tài)(圖13 ))之間切換。例如，它可以在微機(jī)電系統(tǒng)
(Micro-Electro-Mechanical-System, MEMS )技術(shù)中制造。
對磁力線L的取向敏感的微型開關(guān)2的示范性構(gòu)造在圖11到13中示出。對磁力線L的取向敏感的微型開關(guān)2包括可變形的移動鐵磁膜20，可變形的移動鐵磁膜20可以在永》茲體4的影響下驅(qū)動為圍繞旋轉(zhuǎn)軸(R)旋轉(zhuǎn)(rotation-wise )。膜20例如由鐵-鎳制成。
膜20給出縱軸(A)并在其末端之一處經(jīng)由連桿臂(link arm) 22a、 22b連接到附著于基板3的一個或幾個錨柱(anchoring post) 23。膜20可以根據(jù)垂直于它的縱軸(A)的旋轉(zhuǎn)軸(R)相對于基板旋轉(zhuǎn)。連桿臂22a、 22b形成膜20與錨柱23之間的彈性鏈接(elastic link )， 并受壓而在膜20的繞軸旋轉(zhuǎn)(pivoting)上彎曲。
在它的相對于旋轉(zhuǎn)軸的末端，膜20支撐可移動的觸點(diǎn)(contact) 21。通過繞軸旋轉(zhuǎn)，膜20可以采取至少兩個確定的狀態(tài)斷開狀態(tài)(圖12)或閉合狀態(tài)(圖13)，在斷開狀態(tài)中沉積在基板上的兩個固定的電導(dǎo)軌(electricaltrack) 31、 32被斷開，在閉合狀態(tài)中兩個電導(dǎo)軌31、 32通過由膜20支撐的可移動的觸點(diǎn)21相互連接。在圖ll中，膜處于靜止?fàn)顟B(tài)，在平行于基板3的表面的位置。
此微型開關(guān)2的工作原理在圖12和13中示出。此孩i型開關(guān)2的膜20的致動模式(actuation mode )之一在于施加由永^磁體400產(chǎn)生的磁場。根據(jù)此致動模式，鐵磁膜20通過排列在由永磁體400產(chǎn)生的》茲場的磁力線L上而在它的兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移。參照圖12和13,永i茲體400的^茲場給出^茲力線L,磁力線L的取向根據(jù)膜20的縱軸(A)在膜20的鐵磁層中產(chǎn)生磁場分量(magnetic component) BP。、 BP卜在膜20中產(chǎn)生的該磁場分量BP0、BP!產(chǎn)生磁矩，該磁矩使膜20采取它的斷開(圖12)或閉合(圖13)狀態(tài)中的一個。通過將永^t體400平行于膜20的縱軸(A)平行的轉(zhuǎn)移，由此可以使膜20順從于永磁體400的磁場的磁力線L的兩個不同的取向并且使膜20在它的兩個狀態(tài)之間切換。膜的斷開或閉合狀態(tài)取決于微型開關(guān)2相對于永/磁體400的位置和耳又向。
在本發(fā)明的開關(guān)裝置中，除了采用的永磁體4、 40和微型開關(guān)2都被固定之外，微型開關(guān)2的該致動原理被采用。為了使微型開關(guān)2的膜20能夠順從于由永磁體4、 40產(chǎn)生的磁場的磁力線的兩個取向，鐵磁部件5、 50、500在靠近永^茲體4、 40的至少兩個位置之間移動。通過^皮移動，此鐵磁部 件5、 50、 500具有使永磁體4、 40的磁場的磁力線L的對稱面移動并因此 使永磁體4、 40的磁力線L偏轉(zhuǎn)的作用。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置有開關(guān)裝置的滑動鈕在圖1和2中示出。此滑動鈕包 括附著于鐵磁部件5的致動單元(actuation unit) 6并且按照平移方向在外殼 (casing)(未示出)中平移地移動。鐵磁部件5相對于垂直面是對稱的并且 例如具有翻轉(zhuǎn)的U形，該U形由通過垂直中心部件5c相互連接的兩個對稱 且平行的側(cè)翼狀物5a、 5b組成。例如，裝置的永磁體4是平行六面體的形 狀并置于由鐵一磁部件5形成的該U形中，在部件5的兩個翼狀物5a、 5b之 間。永磁體4的磁化方向(M)和永磁體4的磁力線L的對稱面垂直于可移 動的《失》茲部件5的平移方向。在附圖中，鐵-磁部件5的平移方向例如位于水 平面上。
微型開關(guān)2置于永磁體4的磁影響下，相對于永磁體5居中，從而在沒 有鐵磁部件5時，膜20平行于基板3并且處于靜止?fàn)顟B(tài)(如圖11中)。微 型開關(guān)2的旋轉(zhuǎn)軸(R)是水平的并垂直于鐵;茲部件5的平移方向。
根據(jù)本發(fā)明，鐵一磁部件5能夠相對于固定的永一磁體4在兩個極限位置之 間平移地移動。在它的每個極限位置中，例如它在翼狀物5a、 5b中的任意 一個倚著永磁體4上時停止并通過磁吸引效應(yīng)保持為粘附倚著永磁體4。因 此最小的作用力必須被施加在致動單元6上以將鐵磁部件5與永磁體4分開 并將它從一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置，從而在致動單元6的移動上給予使用 者特別的觸覺效果。當(dāng)鐵磁部件5從一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置時，磁吸引 效應(yīng)在鐵磁部件5的第一翼狀物5a與永磁體4之間削弱而在鐵磁部件5的 第二翼狀物5b與永石茲體4之間增強(qiáng)。
鐵磁部件5的作用是使永磁體4的磁力線L的對稱面轉(zhuǎn)移。在鐵磁部件 5的每個極限位置中，由永磁體4產(chǎn)生的磁力線L由此被鐵磁部件5偏轉(zhuǎn)， 從而使微型開關(guān)2的膜20順從于確定的取向并且使它處于它的斷開或閉合 狀態(tài)中的一個(見圖3和4)。
滑動鈕中的開關(guān)裝置的此構(gòu)造在按鈕或位置開關(guān)中是完全可復(fù)制的，只 是部件的取向可能需要修改。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)裝置還可以使用在如圖5所示的旋鈕中。旋鈕包括， 例如呈圓盤形狀的永;茲體40 (放置在例如微型開關(guān)2上)。微型開關(guān)2和永磁體40相對于彼此固定，從而膜20在不受鐵磁部件50的影響時處于靜止 狀態(tài)(如圖11)。鐵^t部件50包括例如圓環(huán)，該圓環(huán)環(huán)繞永/磁體40并且在 被外部致動單元(在圖5中未示出)致動時能關(guān)于其軸繞永磁體40旋轉(zhuǎn)。 該圓環(huán)的軸例如是垂直的，而微型開關(guān)2的膜的旋轉(zhuǎn)軸是水平的。該圓環(huán)包 括內(nèi)部凸起物51 ，凸起物51在永磁體40的方向形成并負(fù)責(zé)根據(jù)圓環(huán)的位置 使永磁體40的磁力線偏轉(zhuǎn)。圓環(huán)的凸起物51能夠在排列于微型開關(guān)的膜20 的縱軸(A)上的至少兩個直徑上相對的位置(圖5和6中的1和0)之間 旋轉(zhuǎn)，從而使永磁體的磁力線L向任意一側(cè)偏轉(zhuǎn)，并使膜20(根據(jù)它的位 置)順從于磁力線L的兩個取向中的一個或另一個。微型開關(guān)的上文所述的 構(gòu)造還可以用于位置開關(guān)、沖擊或加速度傳感器中，致動不再是手動的而是 由外部現(xiàn)象引起。
本發(fā)明的開關(guān)裝置還可以用于沖擊傳感器以至加速度傳感器中。
在圖7和8中示出的第一構(gòu)造中，沖擊傳感器具有例如類似于上文中描 述的滑動鈕中采用的相似的開關(guān)裝置。鐵^茲部件5是相同的，因此具有帶有 兩個被垂直中心部件5c分開的平行側(cè)翼狀物5a、 5b的翻轉(zhuǎn)的U形。如前， 永f茲體4和微型開關(guān)2置于由鐵萬茲部件5形成的U中。
在此第一構(gòu)造中，在初始位置，鐵磁部件的第一翼狀物5a被^1效應(yīng)保 持為倚著永磁體4 (圖7)。在沖擊時，鐵磁部件5可以從確定的觸發(fā)閾值 (triggeringthreshold)起向著它的第二個位置的方向水平地移動。在它的第 二位置，鐵^磁部件5的第二翼狀物5b凈皮磁效應(yīng)擠壓而倚著永磁體4 (圖8 )。 沖擊傳感器的觸發(fā)閾值具體地取決于可移動的鐵磁部件5的重量、形成永磁 體4和鐵/磁部件5的材料的特性、處于面向鐵磁部件5的永磁體4的表面的 尺寸以及將鐵/磁部件5的遠(yuǎn)離的翼狀物5a、 5b相對于永/磁體4分開的初始 空氣間隙(air-gap)距離。
在鐵磁部件5的兩個位置中的每個，鐵磁部件5對永》茲體4的磁場的磁 力線L的取向起作用，從而使它們偏轉(zhuǎn)并使微型開關(guān)2的膜20順從于磁力 線L的主要取向。在鐵磁部件5的初始位置，被微型開關(guān)2的膜20遇到的 磁力線L迫使它處于斷開狀態(tài)。在鐵磁部件5的第二位置，被膜20遇到的 磁力線L呈現(xiàn)相反的取向并迫使它處于閉合狀態(tài)。
在此第一構(gòu)造中，鐵磁部件5在沖擊傳感器致動后停留在與永磁體4粘 附的位置，這可以向傳感器提供記憶效應(yīng)。為了促進(jìn)此記憶效應(yīng)，鐵磁部件5的兩個翼狀物5a、 5b可以在尺寸上不同以當(dāng)部件5在它的第二位置時增大 鐵磁部件5與永磁體4之間的吸引力。類似地，當(dāng)傳感器已被觸發(fā)后，永磁 體4與鐵磁部件5的遠(yuǎn)離的翼狀物5a之間的距離可以-坡調(diào)整以避免鐵》茲部 件5返回到初始位置。
在圖9和10中示出的沖擊傳感器的第二構(gòu)造中，鐵^磁部件500呈現(xiàn)例 如具有兩個垂直分支501、 502的L構(gòu)造。鐵i茲部件500可以在沖擊作用下 根據(jù)方向(例如水平的)在穩(wěn)定的初始位置(圖9)與第二遠(yuǎn)離位置(圖10) 之間平移地移動，初始位置中鐵/磁部件500 ^皮磁效應(yīng)壓向永磁體4。 L型鐵 磁部件500的一個分支501垂直于它的平移方向，另 一個分支平行于此方向。 第二位置由固定的擋板標(biāo)記，例如包括置于鐵^磁部件500的軌道上的壁 (wall) 7。此壁7設(shè)置為將鐵磁部件500保持在永磁體4的磁效應(yīng)下而不管 沖擊的強(qiáng)度，即使當(dāng)鐵磁部件500倚著壁7停止時。因此在沖擊后，鐵磁部 件500被磁效應(yīng)自動地帶到倚著永磁體4。
在此第二構(gòu)造中，微型開關(guān)2相對于永》茲體4偏離中心，從而當(dāng)鐵/f茲部 件500處于它的第二個位置時(圖10)，也就是說，當(dāng)鐵^f茲體500是遠(yuǎn)離的 并且對永磁體4的磁力線L不再具有作用時，使膜20處于它的兩個狀態(tài)之 一，斷開或閉合(圖10中為閉合)。在初始位置，鐵磁部件500對永磁體4 的磁力線L起作用并使它們偏轉(zhuǎn)，從而使膜20處于限定的取向并使它處于 它的兩個狀態(tài)中的另一個，斷開或閉合(圖9中為斷開)。
顯然可以假設(shè)其它的變型和細(xì)節(jié)的改進(jìn)以及類似地考慮等效途徑的使 用，而不背離本發(fā)明的框架。
權(quán)利要求
1. 一種電開關(guān)裝置，包括產(chǎn)生磁場的永磁體(4，40)，微型開關(guān)(2)，設(shè)置有移動元件，該移動元件通過根據(jù)永磁體(4，40)的磁場的磁力線(L)的兩個不同的取向排列而被磁效應(yīng)驅(qū)動在至少兩個狀態(tài)之間，其特征在于微型開關(guān)(2)和永磁體(4，40)相對于彼此固定，所述裝置包括可移動的鐵磁部件(5，50，500)，該鐵磁部件在兩個位置之間移動以對由所述永磁體(4，40)產(chǎn)生的磁力線(L)相對于所述移動元件的取向起作用，從而賦予所述移動元件其兩個狀態(tài)中的一個或另一個，在初始位置，所述鐵磁部件(5，50，500)被磁效應(yīng)保持為倚著永磁體(4，40)。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述可移動的鐵^磁部件(5, 500)遵循平移移動。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述平移移動在垂直于永磁 體(4)的磁化方向(M)的方向進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于所述平移移動在垂直于 所述移動元件的旋轉(zhuǎn)軸(R)的方向進(jìn)行。
5. 如權(quán)利要求1到4中的任一項所述的裝置，其特征在于所述微型開 關(guān)(2)相對于所述永^t體(4)居中。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，在第二位置，所述鐵^磁部 件(5， 500)被由所述永不茲體(4)施加的i茲吸引效應(yīng)保持。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，所述鐵磁部件(5)具 有U形，該U形包括中心部分(5c)和兩個平行翼狀物(5a, 5b),所述永 磁體(4)置于兩個平行翼狀物(5a, 5b)之間。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，在所迷4失磁部件的每個位 置，它的翼狀物(5a，5b)中的一個被所述永;茲體(4)吸引。
9. 如權(quán)利要求1到4中的任一項所述的裝置，其特征在于所述微型開 關(guān)(2)相對于所述永石茲體(4)偏離中心。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述鐵磁部件(500)能夠在 兩個極限位置之間移動，兩個極限位置為穩(wěn)定位置和暫時擋板位置，在穩(wěn)定 位置它被由所述永磁體(4)施加的磁吸引效應(yīng)保持，在暫時擋板位置鐵磁 部件(500)保留在所述永^磁體(4)的磁影響下。
11. 如權(quán)利要求l到IO中的任一項所述的裝置，其特征在于它用于按鈕、 滑動#_、位置開關(guān)、沖擊傳感器或加速度傳感器中。
12. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述永^茲體(40)為圓盤的 形狀，所述可移動的4^磁部件(50)具有旋轉(zhuǎn)圓環(huán)的形狀，該圓環(huán)圍繞所述 永磁體(40)形成并繞所述永磁體(40)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述圓環(huán)有凸起物(51), 該凸起物(51)能采取兩個直徑上相對的位置。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的裝置，其特征在于它用于旋鈕、位置開 關(guān)、沖擊傳感器或加速度傳感器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于滑動鈕、旋鈕、位置開關(guān)或沖擊傳感器中的電開關(guān)裝置。該裝置包括產(chǎn)生磁場的永磁體(4)；微型開關(guān)(2)，通過沿永磁體(4)的磁場的磁力線(L)的兩個不同的取向排列，微型開關(guān)(2)控制在至少兩個狀態(tài)之間，其特征在于微型開關(guān)(2)和永磁體(4)相對于彼此固定，可移動的鐵磁部件(5)在兩個位置之間移動，從而對由永磁體(4)產(chǎn)生的磁力線(L)的取向起作用，從而賦予微型開關(guān)其兩個狀態(tài)中的一個或另一個。
文檔編號H01H36/00GK101490783SQ200780026338
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者勞倫特·奇西, 西爾萬·佩尼奧, 貝努瓦·格拉普, 馬賽厄斯·拉米恩 申請人:施耐德電器工業(yè)公司