[发明专利]一种微机械万向开关

权利要求书

1.一种微机械万向开关，其特征在于，包括：器件层、衬底和封帽，所述器件层上下分别为衬底和封帽，构成三明治结构；

所述器件层包括：质量块、螺旋形弹簧梁和框架；所述质量块通过螺旋形弹簧梁支撑在框架上，质量块的上表面镀有金属作为动电极；

所述封帽包括：径向电极、轴向电极及弧形电极；所述径向电极分布在质量块的四周，所述轴向电极位于质量块的下方，所述弧形电极位于径向电极和轴向电极的弧形连接方向；当质量块受到外界径向加速度时，动电极与径向电极接触，开关闭合；当质量块受到外界轴向加速度时，动电极与轴向电极接触，开关闭合；当质量块受外界加速度方向与轴向和径向各成一定夹角时，动电极与弧形电极接触，开关闭合；

所述衬底包括多孔镂空结构，分布在质量块和螺旋形弹簧梁的上方；

所述的微机械万向开关在受到加速度冲击时，由螺旋形弹簧梁支撑的质量块会相对于框架产生与加速度方向相反的位移；当质量块位移趋向于衬底并与镂空结构发生碰撞时，镂空结构具有较小的刚度从而发生形变，冲击产生的动能转化为弹性势能，从而保护质量块和螺旋形弹簧梁在大冲击下不发生损坏；

当质量块产生向下位移时，质量块上的动电极与封帽上的轴向电极发生碰撞接触，从而形成电路回路，开关闭合；

当质量块产生向周围方向的位移时，质量块上的动电极与封帽上的径向电极发生碰撞接触，形成回路，开关闭合；

通过螺旋形弹簧梁和质量块的结构刚度设计，以及匹配质量块动电极与径向电极、轴向电极之间的间隙距离，可以使微机械万向开关在径向和轴向有相同的闭合加速度阈值；

当质量块与轴向和径向成一定夹角的方向上产生位移时，质量块上的动电极与封帽上径向电极和轴向电极的连接处的弧形电极发生碰撞接触，形成回路，开关闭合；

通过对弧形电极对应的弧形台阶的曲率半径、与质量块动电极的间隙距离参数设计，匹配螺旋形弹簧梁和质量块系统在该方向上的刚度，可使该微机械万向开关在半球面方向上具有相同的闭合加速度阈值，实现万向触发。

2.根据权利要求1所述的微机械万向开关，其特征在于，所述质量块为圆柱形结构。

3.根据权利要求1所述的微机械万向开关，其特征在于，所述螺旋形弹簧梁包括四根相同的螺旋形梁组成，每根螺旋形梁的一端与质量块相连，另外一端与框架相连，每根梁螺旋形之间相隔90度圆周分布。

4.根据权利要求1所述的微机械万向开关，其特征在于，所述径向电极共有四个，相隔90度圆周分布在质量块的四周。

5.根据权利要求2或3所述的微机械万向开关，其特征在于，所述螺旋形弹簧梁的高度与质量块的厚度相同。

6.根据权利要求1所述的微机械万向开关，其特征在于，所述径向电极包括封帽上凸起的四段金属弧形结构组成的圆环状结构，相隔90度圆周分布在质量块的四周，并与质量块保持一定接触间隙。

7.根据权利要求1所述的微机械万向开关，其特征在于，所述轴向电极包括封帽上凸起的金属圆盘状结构，位于质量块的下方并与质量块保持一定接触间隙。

8.根据权利要求1所述的微机械万向开关，其特征在于，所述的径向电极和轴向电极都为固定电极，且所用金属材料相同，径向电极的厚度大于轴向电极，两者连接部分为相同金属材料形成的弧形电极。