專(zhuān)利名稱(chēng)：機(jī)電繼電器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種繼電器，尤其涉及一種機(jī)電繼電器及其制造方法。
背景技術(shù)：
繼電器是由電信號(hào)控制的機(jī)電開(kāi)關(guān)，通過(guò)一個(gè)電路內(nèi)的電流控制另一個(gè)電路內(nèi)的電流。一個(gè)典型的繼電器由一個(gè)電磁鐵及連接在電磁鐵上的軟鐵彈片組成，該軟鐵彈片也叫做電樞。電樞上連著可移動(dòng)的電接觸點(diǎn)，所述電接觸點(diǎn)通過(guò)彈簧保持在正常位置。在對(duì)繼電器進(jìn)行通電后，電磁鐵會(huì)對(duì)電樞產(chǎn)生作用力，并使其克服彈簧彈力，從而移動(dòng)電接觸點(diǎn)去關(guān)閉或打開(kāi)一個(gè)電回路。當(dāng)電磁鐵斷電后，電接觸點(diǎn)彈回到原來(lái)位置。繼電器有各種不同類(lèi)型，有多接觸點(diǎn)型、密封型、具有內(nèi)置延遲電路型、像早期電話通訊電路中使用的多步多接觸型，還有可鎖定型。繼電器還可以根據(jù)其具有的極數(shù)及擲數(shù)來(lái)分類(lèi)。繼電器的磁極是指每一路徑的共同終端。而磁極所能連接的每一位置稱(chēng)為擲。繼電器可以具有η個(gè)磁極及m個(gè)擲。例如，單級(jí)單擲(single-pole-single-throw, SPST)繼電器具有一個(gè)磁極及一個(gè)擲。單級(jí)雙擲(single-pole-double-throw, `SF1DT)繼電器具有一個(gè)磁極及兩個(gè)擲。雙極雙擲(DF1DT)繼電器具有兩個(gè)磁極，每一磁極具有兩個(gè)同時(shí)可控的擲。繼電器還可以根據(jù)其形態(tài)來(lái)分類(lèi)。繼電器形態(tài)的分類(lèi)是根據(jù)繼電器的極和擲的數(shù)目以及繼電器的默認(rèn)位置來(lái)進(jìn)行的。繼電器通常具有三種形態(tài)A、B及C。形態(tài)A是默認(rèn)常開(kāi)狀態(tài)的單極單擲繼電器。形態(tài)B是默認(rèn)常閉狀態(tài)的單極單擲繼電器。形態(tài)C是先斷后接(break-before-make)的單級(jí)雙擲繼電器?？涉i定型繼電器是指在電磁鐵斷電后，可以保持關(guān)閉和打開(kāi)狀態(tài)的一類(lèi)繼電器。開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是由送給電磁鐵短暫的電流脈沖而實(shí)現(xiàn)的?？涉i定型繼電器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是在靜止?fàn)顟B(tài)沒(méi)有任何功耗(事實(shí)上，該種繼電器是不需要電源)。常規(guī)的機(jī)電繼電器通過(guò)傳統(tǒng)的手工或者自動(dòng)化的工序依次組裝。各繼電器通過(guò)裝配線組裝，該種裝配線具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、較高的變換性、及較高的成本。常規(guī)的繼電器與其他電子元件相比具有較大的尺寸。隨著電子元件的封裝密度的持續(xù)增加，尺寸也變得更加受到關(guān)注。多種設(shè)計(jì)及配置被用來(lái)制造可鎖定型機(jī)電繼電器。繼電器工程師手冊(cè)的第3-24頁(yè)，參考I中描述了兩種形成常規(guī)形式的可鎖定型繼電器。永磁鐵的磁通量通過(guò)兩條路徑中的一條以被電樞完成。將電樞及其上的接觸端子從一個(gè)位置變換到另一個(gè)位置需要需要在電磁線圈中通過(guò)正確極性的電流。傳統(tǒng)的可鎖定型繼電器的一個(gè)缺點(diǎn)是需要電磁線圈產(chǎn)生一個(gè)回動(dòng)的磁場(chǎng)以將電樞從一個(gè)位置轉(zhuǎn)換到另一個(gè)位置。這需要在電磁線圈中繞設(shè)有大量的芯線，從而使得電磁線圈的尺寸變大，除了用傳統(tǒng)的繞線方法外不能或者很難制造。1998年10月6日授權(quán)給沈等人的美國(guó)專(zhuān)利公告第5，818，316號(hào)揭示了一種非易失的可編程開(kāi)關(guān)，在此結(jié)合其全部?jī)?nèi)容以供參考。該開(kāi)關(guān)包括第一及第二可磁化的導(dǎo)體，第一及第二可磁化的導(dǎo)體分別設(shè)有第一及第二端，各第一及第二端分別為南磁極或者北磁極。第一及第二端安裝成可在第一及第二位之間移動(dòng)，在第一位置時(shí)，它們相互接觸，在第二位置時(shí)，它們相互絕緣。所述第一可磁化的導(dǎo)體是永磁鐵，所述第二可磁化的導(dǎo)體可根據(jù)作用其的磁場(chǎng)變換。程序元件與第二可磁化的導(dǎo)體相關(guān)聯(lián)以改變第二可磁化的導(dǎo)體的磁性，從而第二端可選擇地變換成南磁極或者北磁極。當(dāng)磁性相吸時(shí)，所述第一及第二端保持于第一位置，當(dāng)磁性相互排斥時(shí)，所述第一及第二端位于第二位置。2002年10月22日授權(quán)給阮(Ruan)等人的美國(guó)專(zhuān)利公告第6，469，602號(hào)(該專(zhuān)利主張1999年9月23日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?0/155，757的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán))揭示了另一個(gè)可鎖定型繼電器，在此結(jié)合其全部?jī)?nèi)容以供參考。該繼電器設(shè)有一個(gè)可動(dòng)的并可感應(yīng)磁場(chǎng)本體，所述可動(dòng)部件對(duì)應(yīng)繼電器的開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)呈第一狀態(tài)，對(duì)應(yīng)繼電器的關(guān)閉狀態(tài)呈第二狀態(tài)。第一磁場(chǎng)，其對(duì)可動(dòng)部件作用有磁矩，第二磁場(chǎng)，例如可由繼電器的基板上的導(dǎo)體形成，第二磁場(chǎng)可使得可動(dòng)部件可在第一狀態(tài)及第二狀態(tài)之間切換。2000年9月26日授權(quán)給畢夏普(Bishop)等人的美國(guó)專(zhuān)利公告第6，124，650號(hào)揭示了另一種非易失的微繼電器，在此結(jié)合其全部?jī)?nèi)容以供參考。該設(shè)備揭示了使用矩形可鎖定磁滯回線材料，其磁化方向可以根據(jù)暴露在外部的磁場(chǎng)改變。所述磁場(chǎng)由導(dǎo)體組件產(chǎn)生。磁極之間的吸引或者排斥力保持開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)或者關(guān)閉狀態(tài)。前述的現(xiàn)有技術(shù)中，雖然提供了相同的方式去制造可鎖定型機(jī)電繼電器，具有一些優(yōu)點(diǎn)，也具有缺點(diǎn)及局限。其中一些需要大電流以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)，其中一些需要各元件之間具有精確的位置關(guān)系。這些缺點(diǎn)及局限使得制造困難及高昂的制造成本，也會(huì)阻礙其在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值。

因此，迫切需要提供一種容易切換的機(jī)電繼電器，并且簡(jiǎn)單、容易制造及使用。本發(fā)明的目的是提供一種新的改進(jìn)的方法來(lái)制造該種機(jī)電繼電器。

發(fā)明內(nèi)容
上述的問(wèn)題及其他至少部分被下述的機(jī)電繼電器解決，上述的目的及其他也在下述的機(jī)電繼電器中實(shí)現(xiàn)。該機(jī)電繼電器包括放置在空腔中的可動(dòng)部件，所述空腔形成在基板上，所述可動(dòng)部件被隔板圍繞，并被覆蓋層密封。所述可動(dòng)部件包括永久磁化的第一磁體，所述第一磁體包括至少一個(gè)第一端。附近的轉(zhuǎn)換磁體，所述轉(zhuǎn)換磁體包括線圈，當(dāng)電流通過(guò)所述線圈時(shí)，將產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，該驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的在大體垂直于前述第一磁體，該驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)對(duì)第一磁體施加一磁矩使得第一磁體及可動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)并關(guān)閉所述第一端的導(dǎo)電路徑。改變通過(guò)所述線圈的電流方向以改變驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的方向，從而作用在第一磁性上的磁矩方向也被改變，因此第一磁體沿相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)并打開(kāi)所述第一端的導(dǎo)電路徑。所述第一磁體可包括多層磁性層與其他的磁性元件形成封閉的磁路。鎖定型及非鎖定型的機(jī)電繼電器可通過(guò)適當(dāng)?shù)厥褂密洝⒂泊朋w作為各種元件形成。


上述本發(fā)明的其他特征及優(yōu)點(diǎn)將以用作說(shuō)明的實(shí)施例結(jié)合相應(yīng)的附圖在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。在類(lèi)似的附圖中參考數(shù)字將被使用表示相同或者類(lèi)似的部分，及
圖1A是機(jī)電繼電器的典型實(shí)施例的前視 圖1B是所述機(jī)電繼電器的俯視圖(其內(nèi)部被揭露)；
圖2A是機(jī)電繼電器的另一典型實(shí)施例的前視 圖2B是所示機(jī)電繼電器的側(cè)視 圖3是機(jī)電繼電器的另一典型實(shí)施例的前視 圖4A是機(jī)電繼電器的另一典型實(shí)施例的前視 圖4B是所述機(jī)電繼電器的俯視圖(軟磁層32未被顯示)；
圖5是機(jī)電繼電器的·另一典型實(shí)施例的前視圖，詳細(xì)顯示了端子13區(qū)域；
圖6是機(jī)電繼電器的另一典型實(shí)施例的前視圖，詳細(xì)顯示了端子13區(qū)域；
圖7A是一組機(jī)電繼電器的另一典型實(shí)施例的俯視 圖7B是所述一組機(jī)電繼電器的側(cè)視 圖8是所述一組機(jī)電繼電器的另一典型實(shí)施例的一個(gè)小方塊的三維視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所描述的某些實(shí)施例，只是用于解釋本發(fā)明機(jī)電繼電器應(yīng)用的例子，而沒(méi)有任何意圖從任何方面限制本發(fā)明的范圍。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，一些普通的電子制造及其它系統(tǒng)方面(系統(tǒng)零部件)的說(shuō)明未必詳盡。而且，為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，本發(fā)明多處提到的電磁式繼電器是用于電力及電子系統(tǒng)中的。然而其應(yīng)被理解為，很多其他制造方法均可以用于制作本發(fā)明機(jī)電繼電器。本發(fā)明中描述的技術(shù)可用于機(jī)械繼電器、光交換、流體控制系統(tǒng)、及其它交換設(shè)備。更進(jìn)一步，該技術(shù)也可應(yīng)用在電器系統(tǒng)、光系統(tǒng)、消費(fèi)性電子、工業(yè)電子、無(wú)線系統(tǒng)、太空應(yīng)用、流體控制系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)、或者其它應(yīng)用。此外，本發(fā)明中所描述的空間安排及尺寸的說(shuō)明僅作為示意，具體的可鎖定型繼電器可以有多種空間位置及取向安排，這些機(jī)電繼電器還可以通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)備以適當(dāng)方式相連形成陣列。圖1A及IB是了機(jī)電繼電器的前視及俯視圖。參閱圖1A及1B，符合本發(fā)明的杰出的機(jī)電繼電器100可包括放置在空腔36中的可動(dòng)部件10、線圈20、若干軟磁層31，32、若干接觸端子41，42、及基板33。所述空腔36形成在基板33上，并被隔板35圍繞。所述空腔36被覆蓋層34密封。所述可動(dòng)部件10包括第一磁體11、柔性具有支撐作用的彈簧12、及若干導(dǎo)電端子13，14。所述可動(dòng)部件10進(jìn)一步地被軸15支撐。所述第一磁體11包括永(硬)磁層。當(dāng)?shù)谝淮朋w11放平時(shí)，其大體沿X軸線的正向被永久磁化。只要可以完成本發(fā)明的功能及目的，第一磁體11可被磁化成其他方向。所述可動(dòng)部件10包括第一(右)端及第二(左)端。所述第一(右)端與第一磁體11的第一(右)端及導(dǎo)電端子13相關(guān)聯(lián)。所述第二 (左)端與第一磁體的第二 (左)端及導(dǎo)電端子14相關(guān)聯(lián)。所述永(硬)磁層可以是任何類(lèi)型的硬磁材料，其可以在沒(méi)有外部磁場(chǎng)的情況下保留磁性，且保留的磁性不容易消磁。在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，所述永磁層是釤鈷(SmCo)永磁體，當(dāng)其放平時(shí)，在主體上沿X軸的正向的保留磁性(Br=U0M)大約為I特斯拉(T)。其他的硬磁材料比如可以是釹鐵硼(NdFeB)、鋁鎳鈷合金(AlNiCo)、陶瓷磁體(由鋇(barium)及銀鐵氧體(strontium ferrite)制造而成)、鈷硬磁薄膜鉬磷(CoPtP)合金、及其他，這些材料可保持保留磁性(B^μ 從O. OOlTdO高斯)到IT (IO4 高斯)，磁抗(H。)大概 7. 96 X 102A/m (10 奧斯特)到 7. 96 X 105A/m (IO4 奧斯特)。當(dāng)所述第一磁體11放平時(shí)，第一磁體11具有大體上沿X軸的正向的合成磁矩m。所述彈簧12可以是任何的柔性材料，其一方面起到支撐可動(dòng)部件10的作用，另一方面可動(dòng)部件10能夠移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)。所述彈簧12可由若干金屬層(比如鈹銅、鎳、鎳鐵、不銹鋼等)或者若干非金屬層(比如聚酰亞胺(polyimide)、娃、氮化娃(Si3Ni4)等)制成。所述彈簧12的厚度、寬度、長(zhǎng)度、形狀及彈性可以被調(diào)整。所述軸15進(jìn)一步支撐所述可動(dòng)部件10以維持所述可動(dòng)部件10與所述基板3之間間隙。所述軸15可被放置在所述可動(dòng)部件10的頂部以維持所述可動(dòng)部件10與軟磁層32之間的間隙。所述導(dǎo)電端子13，14可以是任何的導(dǎo)電層，比如金、銀、錯(cuò)(Rh)、釕(Ru)、鈕(Pd)、銀氧化鎬(AgCdO)、鶴(Tungsten)、或者合適的合金。所述導(dǎo)電端子13,14可通過(guò)電鍍、沉積(deposition)、焊接(soldering)、熔結(jié)(welding)、層壓(lamination)、絲網(wǎng)印刷(screen printing)、溶化(melting)、蒸發(fā)(evaporation)、或者其它合適的方法形成在所述可動(dòng)部件10的尖端(末端)。所述彈簧12及所述導(dǎo)電端子13，14可以通過(guò)相同的材料一種工序形成,也可以通過(guò)不同的材料、多層地及多種工序形成。當(dāng)所述可動(dòng)部件10轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其第一端及第二端向上或者向下移動(dòng)，所述導(dǎo)電端子13(或者14)與底部的接觸端子41 (或者42)電連接或者斷開(kāi)。在可選擇的實(shí)施例中，若干絕緣層(未圖示)可放置在所述若干導(dǎo)電層之間以電絕緣信號(hào)。所述線圈20 (轉(zhuǎn)換磁體)是形成在可動(dòng)部件10上的多圈導(dǎo)線。所述導(dǎo)線可以是任何導(dǎo)電的材料，比如銅、鋁、金、銀或者其它材料。所述多圈導(dǎo)線可通過(guò)在繞線筒上繞設(shè)導(dǎo)線、或者電鍍、沉積(deposition)、絲網(wǎng)印刷(screen printing)、蝕刻、激光形成、或者其它電子工業(yè)中的方法(比如半導(dǎo)體集成電路、印刷電路板、多層陶瓷電子原件等)。所述線圈20在機(jī)電繼電器100的目的是，當(dāng)對(duì)所述線圈20通電后，將提供驅(qū)動(dòng)垂直(沿y軸)磁場(chǎng)(Hs)，從而所述可動(dòng)部件10將產(chǎn)生磁力矩(T=yQmXHs)。因?yàn)樗龅谝淮朋w11的磁矩m是固定的，所以力矩的方向及大小取決于通過(guò)所述線圈20的電流的方向及大小。該種設(shè)置可以使得通過(guò)外部電子設(shè)備 來(lái)控制機(jī)電繼電器在不同的狀態(tài)之間切換，接下來(lái)將會(huì)進(jìn)行詳細(xì)描述。所述軟磁層31 (第二磁體)，32可以是任何的具有高導(dǎo)磁能力(比如從100到IO5)及可被外部磁場(chǎng)磁化的磁性材料。這種軟磁材料包括鎳導(dǎo)磁合金(鎳鐵合金)、鐵、硅鋼、鐵鈷合金(FeCo alloys)、軟性鐵氧體(soft ferrites)等。所述軟磁層31, 32的一個(gè)目的是在可動(dòng)部件10區(qū)域形成封閉的磁場(chǎng)及提高線圈的磁通感應(yīng)密度(驅(qū)動(dòng)垂直磁場(chǎng)氏)，另一個(gè)目的是，當(dāng)需要鎖定時(shí)，軟磁層31，32將產(chǎn)生與第一磁體11的磁極相反的磁極以在之間形成吸引力從而保持導(dǎo)電端子13，14與接觸端子41，42之間穩(wěn)定的接觸力。軟磁層31，32的另一個(gè)目的是將磁場(chǎng)限制在軟磁層31，32包覆的空腔36內(nèi)，以減少或者消除相鄰設(shè)備之間的磁干擾。軟磁層31，32與第一磁體11之間的距離可以被調(diào)整以改變第一磁體11的磁極與軟磁層31 (或者32)的磁極之間的吸引力。所述軟磁層31，32上可形成若干開(kāi)孔以實(shí)現(xiàn)相同的目的。所述接觸端子41，42可以是任何導(dǎo)電層，比如金、銀、銠(Rh)、釕(Ru)、鈀(Pd)、銀氧化鎬(AgCdO)、鶴(Tungsten)等，或者合適的合金。接觸端子41,42可通過(guò)電鍍、沉積(deposition)、絲網(wǎng)印刷(screen printing)、溶結(jié)(we I ding)、層壓(laminat ion)、溶化(melting)、蒸發(fā)(evaporation)、熔結(jié)(firing)或者其它合適的方法形成在其板33上。在一些可選擇的實(shí)施例中，若干絕緣層(未圖示)可放置在所述若干導(dǎo)電層之間以電絕緣信號(hào)。傳輸線型端子及金屬軌跡也可被設(shè)計(jì)及形成高性能的射頻應(yīng)用中。所述基板33可由任何合適的結(jié)構(gòu)材料(塑膠、陶瓷、半導(dǎo)體、覆蓋薄膜層的金屬、玻璃等)制成。所述隔板35可由任何合適的結(jié)構(gòu)材料(塑膠、陶瓷、半導(dǎo)體、覆蓋薄膜層的金屬、玻璃等)制成。所述隔板35使得空腔36可裝下可動(dòng)部件10。所述隔板35可以如圖中所顯示的與所述線圈20形成在一起的單層，或者是分離的層。在本實(shí)施例中，所述線圈20及隔板35是由多層印刷在絕緣層(例如陶瓷材料)上的金屬路徑層堆疊燒結(jié)形成的。所述相鄰層的金屬路徑首尾相連接，從而使得電流方向一致(全部使順時(shí)針?lè)较蚧蛘呷渴悄鏁r(shí)針?lè)较?。所述覆蓋層34可由任何合適的結(jié)構(gòu)材料(塑膠、陶瓷、半導(dǎo)體、覆蓋薄膜層的金屬、玻璃等)制成。所述覆蓋層34密封所述空腔36用以將可動(dòng)部件10及各種導(dǎo)電的端子與外部環(huán)境隔開(kāi)保護(hù)。在本實(shí)施例中(機(jī)電繼電器100)，所述覆蓋層34與線圈20及隔板
35形成單一的主體。粘結(jié)層70可由任何 合適的材料(膠、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃粉、焊料、液態(tài)金屬、漿糊等)制成，用以將兩種界面連接在一起。所述粘結(jié)層70可以預(yù)先形成在被粘結(jié)的主體上或者放置在兩種界面之間作為單獨(dú)的一層。為了在粘結(jié)時(shí)提升粘性，可對(duì)所述粘結(jié)層70進(jìn)行物理的(加熱、加壓等)或者化學(xué)的(交聯(lián)等)處理。通路53可由任何合適的導(dǎo)電材料(金、銀、銅、IE(Pd)、鉬(Pt)、鶴(Tungsten)、招等)制成。所述通路53形成在穿過(guò)各層(例如基板33、線圈20、覆蓋層34等)的通孔上，以方便不同面上的金屬墊片之間的電性連接。側(cè)路徑60可由任何合適的導(dǎo)電材料(金、銀、銅、IE(Pd)、鉬(Pt)、鶴(Tungsten)、鋁等)制成。所述側(cè)路徑60形成在所述機(jī)電繼電器100的側(cè)邊以便不同層上的金屬的墊片之間的電性連接。墊片50可以由任何合適的導(dǎo)電材料(金、銀、銅、鈕!(Pd)、鉬(Pt)、鶴(Tungsten)、鋁等)制成。所述墊片50形成在所述機(jī)電繼電器100的外表面作為導(dǎo)電的端子。所述墊片50上可形成有合適的焊接材料用以方便焊接到電路板上。對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)720 (基準(zhǔn)標(biāo)記或者對(duì)齊孔)設(shè)置在各層上以便在組裝時(shí)對(duì)準(zhǔn)。從廣義上講，當(dāng)對(duì)線圈20通電后，將產(chǎn)生一垂直于可動(dòng)的第一磁體11的磁化方向的切換磁場(chǎng)，并產(chǎn)生作用在第一磁體11上的磁力矩以使得第一磁體11及可動(dòng)部件10轉(zhuǎn)動(dòng)以關(guān)閉可動(dòng)部件10的一端(例如，第一端)的導(dǎo)電路徑。當(dāng)改變通過(guò)線圈20的電流方向時(shí)，所述切換磁場(chǎng)的方向也將被改變，從而作用在第一磁體11上的磁力矩的方向也將被改變，將導(dǎo)致第一磁體11及可動(dòng)部件20沿相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)、從而打開(kāi)可動(dòng)部件10的一端(例如，第一端)的導(dǎo)電路徑并關(guān)閉另一端(例如，第一端)的導(dǎo)電路徑。請(qǐng)繼續(xù)參考圖1A及1B，所述第一磁體11是被永久地沿水平方向被磁化(沿x軸正向)并具有合成的磁矩m。所述可動(dòng)部件10可處于三個(gè)基本的穩(wěn)定位置(a)所述第一(右)端在下面；(b)所述第二 (左)端在下面 '及(c)中立的(大概是平的)位置(如圖所示)。當(dāng)電流通過(guò)所述線圈20 (轉(zhuǎn)換磁體)如圖1A中所示從紙的左邊進(jìn)去(圓圈內(nèi)有個(gè)叉)，并從紙的右邊出來(lái)(圓圈內(nèi)有個(gè)點(diǎn))，將產(chǎn)生垂直所述第一磁體11生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)(Hs，在本實(shí)施例中具有向下箭頭的實(shí)線)。所述驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)Hs與所述第一磁體11相互作用，并產(chǎn)生一作用在所述第一磁體11上的磁力矩(τ = μ ^XHs),驅(qū)動(dòng)所述第一磁體11及可動(dòng)部件10沿順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)到所述導(dǎo)電端子13接觸到右邊的接觸端子41，從而導(dǎo)電端子13與接觸端子41之間的導(dǎo)電路徑將被關(guān)閉。另一方面，當(dāng)通過(guò)所述線圈20的電流方向與圖1A中顯示的電流方向相反時(shí)，所述作用在所述第一磁體11上的磁力矩(τ )將沿逆時(shí)針?lè)较?，使得所述第一磁體11及可動(dòng)部件10沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)到所述導(dǎo)電端子14接觸到左邊的接觸端子42，從而導(dǎo)電端子14與接觸端子42之間的導(dǎo)電路徑將被關(guān)閉，導(dǎo)電端子13與接觸端子41之間的導(dǎo)電路徑將被打開(kāi)。所述若干軟磁層31，32分別設(shè)置在所述第一磁體11的下面及上面以形成封閉的磁路及提高所述可動(dòng)部件10區(qū)域的線圈產(chǎn)生的磁通量。當(dāng)所述線圈20中沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)，所述可動(dòng)部件10可處于中立的(平的)位置，并通過(guò)所述彈簧12的彈性恢復(fù)力及所述軸15保持在該位置，或者當(dāng)所述第一磁體11與所述軟磁層31，32之間的磁吸引力足夠維持可動(dòng)部件10處于被標(biāo)注的一種狀態(tài)(一端向下)。

圖2Α及2Β分別是另一種機(jī)電繼電器200的前視及側(cè)視圖。參閱圖2Α及2Β，符合本發(fā)明的一個(gè)樣本機(jī)電繼電器200可包括放置在空腔36中的可動(dòng)部件10、線圈20、若干軟磁層31，32、若干接觸端子41，42、基板33及其它類(lèi)似第一種機(jī)電繼電器100中的元件。所述空腔36形成在基板33上，并被隔板35圍繞。所述空腔36被覆蓋層34密封。在本實(shí)施例中(機(jī)電繼電器200)，基板33、線圈20及隔板35是一起形成的一體的主體以形成所述空腔36。所述可動(dòng)部件10放置在所述空腔36后，所述空腔36被覆蓋層34密封。所述機(jī)電繼電器包括用以安裝彈簧12的臺(tái)階。圖3是另一種機(jī)電繼電器300的前視圖。參閱圖3，符合本發(fā)明的一個(gè)樣本機(jī)電繼電器300可包括放置在空腔36中的可動(dòng)部件10、線圈20、若干軟磁層31，32、若干接觸端子41，42、基板33及其它類(lèi)似第一種的機(jī)電繼電器100中的元件。所述空腔36形成在基板33上，并被隔板35圍繞。所述空腔36被覆蓋層34密封。在本實(shí)施例中(機(jī)電繼電器300)，所述覆蓋層34也是軟磁層32。圖4Α及4Β分別是另一種機(jī)電繼電器400的前視及側(cè)視圖。參閱圖4Α及4Β，符合本發(fā)明的一個(gè)樣本機(jī)電繼電器400可包括放置在空腔36中的可動(dòng)部件10、線圈20、若干軟磁層31，32、若干接觸端子41，42、基板33及其它類(lèi)似第一種機(jī)電繼電器100中的元件。所述空腔36形成在基板33上，并被隔板35圍繞。所述空腔36被覆蓋層34密封。在本實(shí)施例中(機(jī)電繼電器400)，基板33及隔板35是一起形成的一體的主體以形成所述空腔36。所述可動(dòng)部件10放置在所述空腔36后，所述空腔36被覆蓋層34密封。所述機(jī)電繼電器400包括用以纏繞線圈20的凹陷38。所述第一磁體11沿y軸正向被永久磁化并具有合成的磁矩m。當(dāng)電流通過(guò)所述線圈20(轉(zhuǎn)換磁體)時(shí)，將產(chǎn)生主體上垂直所述第一磁體11生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)(Hs)，并產(chǎn)生一作用在所述第一磁體11及可動(dòng)部件10上的磁力矩(τ = μ QmXHS)，驅(qū)動(dòng)所述第一磁體11及可動(dòng)部件10轉(zhuǎn)動(dòng)以關(guān)閉可動(dòng)部件10的一端(例如，第一端)的導(dǎo)電路徑。當(dāng)改變通過(guò)所述線圈20的電流方向時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的方向?qū)⒈桓淖儯瑥亩淖冏饔迷谒龅谝淮朋w11上的磁力矩的方向，使得所述第一磁體11及可動(dòng)部件10沿相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)并打開(kāi)可動(dòng)部件10的前述的一端(例如，第一端)的導(dǎo)電路徑，并關(guān)閉所述可動(dòng)部件10的另一端(例如，第二端)的導(dǎo)電路徑。圖5是另一種機(jī)電繼電器500的前視圖。參閱圖5,符合本發(fā)明的一個(gè)樣本機(jī)電繼電器500可包括放置在空腔36中的可動(dòng)部件10、線圈20、若干軟磁層31，32、若干接觸端子41，42、基板33及其它類(lèi)似第一種的機(jī)電繼電器100中的元件。所述空腔36形成在基板33上，并被隔板35圍繞。所述空腔36被覆蓋層34密封。在本實(shí)施例中(機(jī)電繼電器500)，所述隔板35將作為所述線圈20的框架(或者繞線筒)以將導(dǎo)線繞設(shè)在凹陷38處。所述可動(dòng)部件10放置在所述空腔36后，所述空腔36被覆蓋層34密封。所述軟磁層32也被作為覆蓋層34。在本實(shí)施例中，底部的接觸端子41是裂開(kāi)設(shè)置(在圖5的上方詳細(xì)顯示出具有接觸部41A及接觸部41B)。當(dāng)所述可動(dòng)部件10的第一端(右端)朝基板33移動(dòng)時(shí)，所述頂部的導(dǎo)電端子13與接觸部41A，41B接觸。所述導(dǎo)電端子13包括將金屬導(dǎo)電層13A與彈簧12電絕緣的絕緣層13B (例如，陶瓷層)。粘結(jié)層70將金屬層與絕緣層粘結(jié)在一起。圖6顯不了另一種機(jī)電繼電器600。參閱圖6,符合本發(fā)明的一個(gè)樣本機(jī)電繼電器600可包括放置在空腔36中的可動(dòng)部件10、線圈20、若干軟磁層31，32、若干接觸端子41，
42、基板33、限位件81、及其它類(lèi)似第一種的機(jī)電繼電器100中的元件。所述空腔36形成在基板33上，并被隔板35圍繞。所述空腔36被覆蓋層34密封。在本實(shí)施例中(機(jī)電繼電器600)，所述軟磁層32還作為覆蓋層34。所述可動(dòng)部件10包括第一磁體11及若干導(dǎo)電端子13，14。所述第一磁體11包括永(硬)磁層Ilc及軟磁層11b，當(dāng)所述第一磁體11平放時(shí)，其沿y軸正向被永久磁化。所述若干導(dǎo)電端子13，14相電連接。所述可動(dòng)部件10包括與導(dǎo)電端子13及接觸端子41相對(duì)應(yīng)的第一電端(右端)、與導(dǎo)電端子14及接觸端子42相對(duì)應(yīng)的第二電端(左端)?？蓜?dòng)部件10的第一端的軟磁層31與第一磁體11之間強(qiáng)大的吸引力使得所述導(dǎo)電端子13與接觸端子41 一直處于接觸狀態(tài)。當(dāng)所述可動(dòng)部件10沿位于第一端(右端)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述可動(dòng)部件10的第二端(左端)可上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)所述可動(dòng)部件10的第二端向下移動(dòng)時(shí)， 所述導(dǎo)電端子14與所述接觸端子42連接，因此一個(gè)關(guān)閉的導(dǎo)電路徑形成在接觸端子41及接觸端子42爭(zhēng)取到的導(dǎo)電端子13及導(dǎo)電端子14之間。當(dāng)所述可動(dòng)部件10的第二端向上移動(dòng)，所述接觸端子41與接觸端子42之間的導(dǎo)電路徑將被打開(kāi)。當(dāng)電流通過(guò)所述線圈20時(shí)，將產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)(Hs)從而產(chǎn)生作用在第一磁體11上的力矩(τ )使得第一磁體11及可動(dòng)部件10轉(zhuǎn)動(dòng)。改變通過(guò)所述線圈的電流方向?qū)⒏淖兞氐姆较颍瑥亩沟每蓜?dòng)部件10沿順時(shí)針或者逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而打開(kāi)或者關(guān)閉接觸端子41與接觸端子42之間的導(dǎo)電路徑。所述限位件81可以為非磁化層，其一方面防止可動(dòng)部件10的第一端隨意地向上運(yùn)動(dòng)，另一方面保持第一磁體11與軟磁層32之間的最小間隔。所述軟磁層31靠近可動(dòng)部件10的任何一端，所述軟磁層31并具有“U”形的形狀(詳細(xì)顯示在橫截面圖上)以實(shí)現(xiàn)第一磁體11與軟磁層31相應(yīng)得一端的靠近的距離。所述軟磁層31的一步分可以放置在空腔36的側(cè)壁以使得第一磁體11的一端保持在合適的位置?？蛇x擇地，所述第一磁體11的第一端可被放置在靠近軟磁層32并被軟磁層32保持在合適的位置。圖7Α及7Β分別是一組機(jī)電繼電器700的前視及側(cè)視圖。參閱圖7，一組機(jī)電繼電器700包括若干機(jī)電繼電器710放置在一單一基板33上。各機(jī)電繼電器710包括在空腔
36中的可動(dòng)部件10、線圈20、若干軟磁層31，32、若干接觸端子41，42及其它類(lèi)似第一種機(jī)電繼電器I00中的元件。機(jī)電繼電器710可包括在前面提到的具體實(shí)施例中提到的元件及特征。對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)720 (例如基準(zhǔn)標(biāo)記或者對(duì)齊孔等)設(shè)置在各層上以便在組裝時(shí)對(duì)準(zhǔn)。若干層彈簧12、軟磁層32，32放置在各結(jié)構(gòu)層(基板33、臺(tái)階37、隔板35、及覆蓋層34)之間并通過(guò)粘結(jié)層70以便粘結(jié)。圖8顯不了一組機(jī)電繼電器800的三維視圖。參閱圖8, —組機(jī)電繼電器800的一個(gè)小方塊800包括在一基板33上的若干機(jī)電繼電器組700。側(cè)路徑60可電連接不同層上的導(dǎo)電的端子及墊片50。多種方法可以用來(lái)制造前面提到的機(jī)電繼電器100-800。一些方法在下面提供。例1:參閱圖2A及2B，基板33、線圈20、隔板35、臺(tái)階37、若干接觸端子41，42、墊片50、及通路53通過(guò)典型的陶瓷多層燒結(jié)方法形成一個(gè)整體陶瓷主體。所述線圈20及其他的金屬端子及路徑可通過(guò)絲網(wǎng)印刷(screen printing)形成在陶瓷層上。所述線圈可在若干陶瓷層上印刷有流通的導(dǎo)電路徑，并將相鄰的陶瓷層上的流通的導(dǎo)電路徑的首尾連接，從而所述線圈20中的電流方向?qū)⑾嗤？涨?6及臺(tái)階37可通過(guò)切除相應(yīng)陶瓷層的合適區(qū)域形成。陶瓷層堆疊對(duì)齊并擠壓在一起，接著結(jié)成堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)。在空腔36的底部放置一軟磁層31。所述第一磁體11被附加(熔結(jié)(welding)或者用膠)在彈簧12上以形成可動(dòng)部件10，所述可動(dòng)部件10的兩端形成有合適的端子。所述可動(dòng)部件10放置在空腔36中，其彈簧12粘結(jié)在臺(tái)階37上。接著所述空腔36被覆蓋層34通過(guò)粘結(jié)層70密封。所述軟磁層32粘結(jié)到覆蓋層34上。接著所述第一磁體11被磁化成規(guī)定的方向及強(qiáng)度。例2 :參閱圖5，所述臺(tái)階37、若干接觸端子41，42、墊片50、及通路53通過(guò)典型的陶瓷多層燒結(jié)方法形成在基板33上。所述線圈20是通過(guò)在絕緣的隔板層35上繞設(shè)導(dǎo)線形成，接著將線圈20粘結(jié)在基板33上。所述軟磁層31被附加在空腔36的底部。所述第一磁體11被附加(熔結(jié)(welding)或者用膠)在彈簧12上以形成可動(dòng)部件10，所述可動(dòng)部件10的兩端形成有合適的端子。所述可動(dòng)部件10放置在空腔36中，其彈簧12粘結(jié)在臺(tái)階37上。接著所述空腔36 被覆蓋層34通過(guò)粘結(jié)層70密封。在本實(shí)施例中，所述覆蓋層34是由軟磁材料制成的。接著所述第一磁體11被磁化成規(guī)定的方向及強(qiáng)度。例3 :參閱圖7A及7B，所述臺(tái)階37、接觸端子41，42、墊片50及通路53通過(guò)典型的陶瓷多層燒結(jié)方法形成在基板33上。所述軟磁層31粘結(jié)在基板33上。彈簧12 (具有預(yù)先附加的第一磁體11)粘結(jié)在臺(tái)階37上。所述線圈20是通過(guò)在若干陶瓷帶上絲網(wǎng)印刷(screen printing)有導(dǎo)電路徑、將絲網(wǎng)印刷(screen printing)有導(dǎo)電路徑的若干陶瓷帶堆疊、對(duì)齊、擠壓在一起后燒結(jié)形成。所述線圈20粘結(jié)到彈簧12上。覆蓋層34粘結(jié)到線圈20上。軟磁層32粘結(jié)到覆蓋層34上。各層之間使用粘結(jié)層70以便粘結(jié)。特別需要指出的是，各種方法可以被用來(lái)制造本發(fā)明的機(jī)電繼電器。這些方法包括，但不限于，半導(dǎo)體集成電路制造方法、印刷電路板制造方法、微細(xì)加工方法(micro-machining methods)、陶瓷燒結(jié)法(co-fired ceramic processed)等等。方法包括，例如圖案限定的光刻技術(shù)(photo lithography for pattern definition)、沉積(deposition)、電鍍(plating)、絲網(wǎng)印刷(screen printing)、蝕刻(etching)、層壓(lamination)、鑄造(molding)、溶結(jié)(welding)、粘結(jié)(adhering)、結(jié)合(bonding)等等。為了簡(jiǎn)潔，各種可能的制造方法的詳細(xì)描述在此省略。特別需要指出的是，各種其它的實(shí)施例及不同的材料選擇及排布仍然包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。類(lèi)似地，各種構(gòu)型及幾圖案可通過(guò)各種元件及布置構(gòu)想出。權(quán)利要求中的所有元件相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作及其等同傾向于任何結(jié)構(gòu)、材料或者動(dòng)作用以完成功能及與特定權(quán)利要求的元件的組合。此外在任何方法權(quán)利要求中列舉的步驟可以按照任意的順序執(zhí)行。本發(fā)明的范圍應(yīng)該為權(quán)利要求及其法定的等同而不是上述的實(shí)施例。參考
[I]繼電器工程師手冊(cè)(Engineers’ Relay Handbook),第5版,繼電器制造商協(xié)會(huì)出版(published by National Association of Relay Manufacturers),1996。[2]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 5，818，316，沈(shen)等。[3]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 6，469，602 B2，魯安(Ruan)及沈(shen)。[4]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 6，124,650，畢夏普(Bishop)等。[5]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 6，469，603 BI，魯安(Ruan)及沈(shen)。[6]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 5，398，011，木村(Kimura)等。[7]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 5，847，631，泰勒(Taylor)及艾倫(Allen)。[8]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 6，094，116，戴(Tai)等。[9]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 6，084，281，菲蘭(Fullin)等。[10]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 5，4`75，353，里森(Roshen)等。[11]美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5，703，550，帕夫拉克(Pawlak)等。[12]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 5，945，898，朱迪(Judy)等。[13]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 6，143,997，馮(Feng)等。[14]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 6，794，965 B2，沈(Shen)等。[15]美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 7，482，899 B2。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)電繼電器,其包括 基板，所述基板包括第一靜端子； 空腔，所述空腔形成在基板上； 可動(dòng)部件，所述可動(dòng)部件放置在前述的空腔中，所述可動(dòng)部件具有旋轉(zhuǎn)軸，所述可動(dòng)部件包括第一端及與第一端對(duì)應(yīng)的第一可動(dòng)端子，所述可動(dòng)部件進(jìn)一步包括第一磁體，所述第一磁體具有永久磁矩； 轉(zhuǎn)換磁體，所述轉(zhuǎn)換磁體包括線圈，當(dāng)電流通過(guò)所述線圈時(shí)，將產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，該驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的主要部分在驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)穿過(guò)所述第一磁體的區(qū)域垂直于前述永久磁矩，所述驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)與所述永久磁矩的向量叉積產(chǎn)生一作用在第一磁體上的扭矩，使得可動(dòng)部件圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)； 其中，所述轉(zhuǎn)換磁體可控制地使得所述可動(dòng)部件相對(duì)于基板處于穩(wěn)定的狀態(tài)，所述穩(wěn)定的狀態(tài)可選擇為 a)所述第一可動(dòng)端子與所述第一靜端子接觸；或者 b)所述第一可動(dòng)端子與所述第一靜端子分離。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電繼電器，其特征在于，所述第一磁體為永磁材料。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電繼電器，其特征在于，所述第一磁體為軟磁材料。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電繼電器，其特征在于，提供靠近第一磁體的第二磁體。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電繼電器，其特征在于，所述線圈包括多層平面的、流通的導(dǎo)電路徑層及將各層導(dǎo)電路徑隔開(kāi)的電絕緣薄膜。
6.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電繼電器，其特征在于，所述線圈為被絕緣材料涂覆的導(dǎo)線構(gòu)成的多重繞組。
7.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電繼電器，其特征在于，所述空腔是堆疊的多層絕緣材料的共同開(kāi)口。
8.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電繼電器，其特征在于，提供阻止部以限制所述可動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。
9.一種機(jī)電繼電器的制造方法,包括 提供一基板，所述基板包括第一靜端子； 提供一空腔，所述空腔設(shè)置在基板上，所述空腔是堆疊的多層絕緣材料的共同開(kāi)口 ； 放置一可動(dòng)部件在所述空腔中，其中，所述可動(dòng)部件具有旋轉(zhuǎn)軸、第一端及與第一端對(duì)應(yīng)的第一可動(dòng)端子，以及第一磁體，所述第一磁體具有永久磁矩； 提供一具有線圈的轉(zhuǎn)換磁體，其中，當(dāng)電流通過(guò)所述線圈時(shí)，將產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，該驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的主要部分在驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)穿過(guò)所述第一磁體的區(qū)域垂直于前述永久磁矩，所述驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)與所述永久磁矩的向量叉積產(chǎn)生一作用在第一磁體上的扭矩，使得可動(dòng)部件沿所述旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述轉(zhuǎn)換磁體可控制地使得所述可動(dòng)部件相對(duì)于基板處于穩(wěn)定的狀態(tài)，所述穩(wěn)定的狀態(tài)可選擇為 a)所述第一可動(dòng)端子與所述第一靜端子接觸；或者 b)所述第一可動(dòng)端子與所述第一靜端子分離。
10.如權(quán)利要求9所述的機(jī)電繼電器的制造方法，其特征在于，所述線圈是通過(guò)在多層的絕緣材料上分別形成平面的、流通的導(dǎo)電路徑，并將相鄰層導(dǎo)電路徑的首尾相連使得電流沿相同方向流動(dòng)。
11.如權(quán)利要求9所述的機(jī)電繼電器的制造方法，其特征在于，提供軟磁材料層以封閉空腔。
12.若干依照權(quán)利要求9所述的機(jī)電繼電器的制造方法制造的機(jī)電繼電器。
13.若干堆疊的、依照權(quán)利要求9所述的機(jī)電繼電器的制造方法制造的機(jī)電繼電器。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于一種機(jī)電繼電器，其包括放置在空腔內(nèi)的可動(dòng)部件與基板。所述空腔形成在基板上并被隔板圍繞及覆蓋層密封。所述可動(dòng)部件包括被永久磁化的第一磁體，所述第一磁體包括至少一個(gè)第一端。設(shè)置在附近的轉(zhuǎn)換磁體，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，將產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，所述驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)大體上垂直于第一磁體的磁化方向，并產(chǎn)生一作用在第一磁體上的磁力矩，所述力矩驅(qū)動(dòng)第一磁體及可動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)及關(guān)閉所述第一端的導(dǎo)電路徑。改變通過(guò)所述轉(zhuǎn)換磁體的電流方向從而改變驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的方向及改變作用在第一磁體上的磁力矩的方向，因此，第一磁體及可動(dòng)部件將沿相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)并打開(kāi)第一段的導(dǎo)電路徑。所述第一磁體可包括多層的磁化層并與其它磁性元件形成封閉的磁路。鎖定型及非鎖定型的機(jī)電繼電器可通過(guò)適當(dāng)?shù)厥褂密洝⒂泊朋w作為各種元件而形成。
文檔編號(hào)H01H50/00GK103035446SQ20111030207
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
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