[发明专利]双稳态微机电继电器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有状态保持功能的微型化机电继电器，主要应用于电源管理、仪器仪表、自动控制和宽带通讯等系统。

背景技术

微小型继电器作为一种基本的机电元件在电源管理、仪器仪表、自动控制和通讯系统中有着广泛的应用。典型的应用宽带宽(DC-10GHz)、宽负载(DC10mV10mA-2A50V)线路交换，低插入损耗、高隔离度的射频通讯，低能耗、响应快的机电控制以及机电继电器用量多或要求微型化、阵列化的地方，如通讯上的交换机和备用线路切换系统，汽车上的控制系统等。这些应用对微小型继电器的性能提出了更高的要求。

机电继电器的工作原理是通过金属电极的吸合与断开实现电路的开关或切换。这种继电器有着优异的电气开关性能，即闭合时导通阻抗小，而关断时隔离度很高，同时这些性能在很宽频率范围和负载范围均有效。但是，因为继电器需要机械接触，其响应速度较慢，工作寿命较短。市场现有小型信号继电器的响应时间大于0.005秒，工作寿命仅100万次，如OmronLG6H-2和NaisLATQ209继电器。

现有小型机电继电器由于采用枢轴、扭转梁或凸点支撑型倾转结构，机械和电气性能都受到一定限制，如枢轴不易微型化且存在轴向滑动；扭转梁受支撑强度和疲劳寿命的限制，转动灵敏度较低，并易受内应力、热应力和蠕变等影响；而凸点支撑型倾转结构因为单点接触，易造成尖端磨损和滑动，使定位精度和寿命受到限制，且高精度微小凸点对材料和加工技术要求很高。此外，上述转轴结构使可动部件的转动灵敏度较低，迫使继电器采用更大的驱动力，这又降低了继电器的能量效率，而且使可动部件的碰撞磨损和振荡时间增加，影响继电器的响应时间和工作寿命。

提高机电继电器性能的主要途径就是微型化和集成化，即减小运动部件的尺寸和质量，从而减小运动惯量和碰撞冲击力，同时通过集成技术使内部电路一体化，减少接头和连接距离，提高均匀性和可靠性。现有的微机电继电器通常采用以多层膜技术和牺牲层技术为基础的片上集成技术，该技术存在很大的局限性，如高效率线圈和永磁铁的制作较困难，接触电极的结构尺寸和和悬空高度小，一般在微米量级，表面粘附效应比较突出等，使微机电继电器的性能和价格不能满足市场需求。

US4223290，“Electromagnetic Device of The Flat Package Tape”(扁平封装型电磁器件)提出了一种可用于电磁继电器的扁平封装类型电磁装置，该装置使用两个平行放置的永磁体实现双稳态驱动。

US6492887B1，“Miniaturized flat spool relay”(微型化扁平绕组继电器)提出了一种微型化扁平绕组继电器，该继电器采用两段相向极化的永磁体和一个扁平线圈绕组构成，利用对称双环静磁场和反对称双环电磁场实现双稳态电磁驱动。

US6608539B2，“Electromagnetic driving apparatus and electromagnetic relay”(电磁驱动器与电磁继电器)提出了一个利用永磁铁非对称设置实现单稳态驱动的电磁驱动装置和继电器。

中国发明专利申请公开号CN1452202，其发明创造名称为“双稳态电磁型微驱动器及其制备方法”，该驱动器利用平面螺线管线圈进行电磁驱动，采用扭转梁作为动片的倾转轴。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双稳态微机电继电器，使该继电器微型化和集成化，实现双稳态电磁驱动和状态锁定，使该继电器的能量效率和时间效率得到改善，从而在显著提高该继电器的响应速度和工作寿命的同时，降低驱动能耗和工作损耗，并确保长时间工作的稳定性。

为了实现上述发明目的，其技术方案是：