具有永久磁铁松驰对准要求的微磁闩锁开关制造技术

一种微磁闩锁开关。该装置包括：基底，上面有支承的活动单元。活动单元（悬臂）有长轴和磁性材料。该装置还有产生第一磁场的第一磁铁和第二磁铁，第一磁场在磁性材料中诱发磁化强度。磁化强度的特征是，磁化强度矢量指向沿活动单元的长轴方向，其中第一磁场大致垂直于长轴的主中央部分。该装置还有产生第二磁场的线圈，第二磁场使活动单元在两个稳态之间转换，其中仅仅要求瞬间加上第二磁场以改变磁化强度的矢量方向，从而使活动单元在两个稳态之间转换。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子开关和光开关。本专利技术具体涉及具有永久磁铁松弛对准要求的微磁闩锁开关。
技术介绍
开关通常是电路控制的二态装置，断开和关闭触点以实现电路或光路中装置的运行。例如，继电器的典型功能是作为激励或去激励电装置，光装置或其他装置中各个部分的开关。继电器通常用在包括电信，射频(RF)通信，便携式电子器件，家用和工业用电子器件，宇航空间，和其他系统的许多应用中。最近以来，光开关(也称之为“光中继”或“中继”)已用于从一条路径转换光信号(例如，光通信系统中的信号)到另一条路径。虽然早期的中继是机械装置或固态装置，但是微型机电系统(MEMS)技术和微电子制造技术的最新发展已使微静电和微磁性中继成为现实。这种微磁性中继通常包含激励电枢的电磁铁，以便接通或断开电触点。当去激励电磁铁时，弹簧或其他的机械力通常使电枢恢复到静态位置。然而，这种中继通常有若干显著的缺点，它们一般仅产生单个稳定输出(即，静态)，且它们不能闩锁(即，在去掉中继电源时，不保留恒定的输出)。此外，常规的微磁性中继所需的弹簧随时间而退化或破损。1998年12月8日授权给Taylor等人的美国专利No.5,847,631(′631专利)中描述另一种微磁性中继，全文合并在此供参考。这个专利中公开的中继包括永久磁铁和电磁铁，电磁铁产生的磁场间歇地反抗永久磁铁产生的磁场。该中继必须消耗电磁铁中的功率以保持至少一种输出状态。此外，产生反抗磁场所需的功率是很大的，因此在宇航空间，便携式电子器件，和要求低功耗的其他应用中很少使用这种中继。微磁闩锁开关的基本单元包括永久磁铁，基底，线圈，和至少部分是由软磁材料制成的悬臂。在它的最佳配置中，永久磁铁产生大致垂直于悬臂水平面的静磁场。然而，具有典型规则形状(圆盘，正方，等等)的永久磁铁产生的磁力线未必垂直于平面，尤其是在磁铁的边缘。所以，永久磁铁磁场的水平分量可以消除双稳态中的一个稳态，或大大增加使悬臂从一个稳态转换到另一个稳态所需的电流。永久磁铁相对于悬臂的仔细对准是为了使悬臂定位在永久磁铁磁场的正确位置(通常是在中心附近)，这就可以形成双稳态并使转换所需电流减至最小。然而，若对准容错很小，则批量生产这种开关是十分困难和高成本的。我们需要的是一种永久磁铁松弛对准要求的双稳闩锁开关。这种开关还应当是可靠的，设计简单，低成本和容易制造，以及可以在光学和/或电学环境中得到应用。
技术实现思路
本专利技术的微磁闩锁开关可应用于多种产品，包括家用电器和工业电器，消费者电子设备，军事硬件，医疗装置和各种类型车辆，仅仅举出一些宽广分类的产品例子。本专利技术的微磁闩锁开关有小型化和制造简单的优点以及在高频下有良好的性能，使它在诸多RF应用中有许多新型用途。本专利技术的目的是一种微磁闩锁装置。该装置或开关包括上面支承活动单元的基底。活动单元或悬臂有长轴和磁性材料。该装置还有产生第一磁场的第一磁体和第二磁铁，第一磁场在磁性材料中诱发磁化强度。磁化强度的特征是，磁化强度矢量指向沿活动单元长轴的方向，其中第一磁场大致垂直于长轴的主中央部分。该装置还有产生第二磁场的线圈，用于在两个稳态之间转换活动单元，其中仅仅要求瞬间加上第二磁场以改变磁化强度矢量的方向，从而使活动单元在两个稳态之间转换。在一个实施例中，第一磁铁是基本平面和基本平行于基底的永久磁铁。在另一个实施例中，第一磁铁和第二磁铁是基本平面和基本平行于基底的永久磁铁。在这个实施例中，活动单元和基底位于第一磁铁与第二磁铁之间。在另一个实施例中，第二磁铁是基本平面和基本平行于基底的坡莫合金层。在另一个实施例中，坡莫合金层位于基底与活动单元之间。在另一个实施例中，坡莫合金层位于支承活动单元的基底一侧相对的基底另一侧。在另一个实施例中，活动单元位于坡莫合金层与基底之间，而永久磁铁位于支承活动单元的基底一侧相对的基底另一侧。在另一个实施例中，永久磁铁位于支承活动单元的基底一侧相对的基底另一侧。在另一个实施例中，该装置还包括第二坡莫合金层，第二坡莫合金层位于支承活动单元的基底一侧相对的基底另一侧。在另一个实施例中，活动单元位于坡莫合金层与永久磁铁之间。在另一个实施例中，活动单元位于基底与永久磁铁之间。在另一个实施例中，该装置还包括位于永久磁铁与活动单元之间的第二坡莫合金层。在另一个实施例中，该装置还包括位于永久磁铁外侧的第二坡莫合金层。在另一个实施例中，该基底包括支承活动单元的凸起结构。在另一个实施例中，该装置还包括把活动单元夹在中间的一对接地面。在另一个实施例中，坡莫合金层包括交替独立的软磁材料段和非磁材料段，其中交替各段沿长轴排列。在另一个实施例中，第二坡莫合金层包括交替独立的软磁材料段和非磁材料段，其中交替各段沿长轴排列。在另一个实施例中，该装置还包括基底支承的多个活动单元。在另一个实施例中，该装置还包括基底支承的多个活动单元。在另一个实施例中，该装置还包括基底支承的多个活动单元，且其中坡莫合金层包括多个横向分隔段，横向分隔段中的各段是与多个活动单元中对应一个活动单元松弛对准。在另一个实施例中，该装置还包括基底支承的多个活动单元，且其中永久磁铁包括多个横向分隔段，多个横向分隔段中每各段是与多个活动单元中对应一个活动单元对准。在另一个实施例中，该装置还包括基底支承的多个活动单元，且其中永久磁铁包括多个横向分隔第一段，多个第一段中的各段是与多个活动单元中对应一个活动单元对准，且其中永久磁铁包括多个横向分隔第二段，多个第二段中各段是与多个活动单元中对应一个活动单元松弛对准。在另一个实施例中，该装置还包括基底支承的多个活动单元。在另一个实施例中，该装置还包括基底支承的多个活动单元，且其中坡莫合金层包括多个横向分隔段，多个横向分隔段中的各段是与多个活动单元中对应一个活动单元松弛对准。在另一个实施例中，该装置还包括基底支承的多个活动单元，且其中永久磁铁包括多个横向分隔段，多个横向分隔段中的各段是与多个活动单元中对应一个活动单元松弛对准。在另一个实施例中，该装置还包括基底支承的多个活动单元，且其中永久磁铁包括多个横向分隔第一段，多个第一段中的各段是与多个活动单元中对应一个活动单元松弛对准，且其中永久磁铁包括多个横向分隔第二段，多个第二段中的各段是与多个活动单元中对应一个活动单元松弛对准。在另一个实施例中，线圈包括“S形”结构。或者，该线圈包括单个线圈线。在另一个实施例中，磁性材料包括坡莫合金。此外，坡莫合金可以包括活动单元上的多条窄带，且对准平行于长轴。在另一个实施例中，第一磁铁和第二磁铁是位于基底上的永久磁铁，且活动单元位于第一永久磁铁与第二永久磁铁之间，第一永久磁铁和第二永久磁铁中的每个永久磁铁有各自平行于活动单元长轴的长轴，其中两个稳态之间的转换使活动单元在基本平行于基底的平面上运动。在另一个实施例中，线圈位于基底支承的活动单元一侧相对的活动单元另一侧。在另一个实施例中，该装置还包括坡莫合金层，坡莫合金层垂直于基底并与活动单元横向隔开。在另一个实施例中，该装置还包括位于坡莫合金层与基底之间的缓冲层。在另一个实施例中，磁性材料包括上面有反射层的坡莫合金，其中该装置在光入射到反射层时的功能是光开关，因此，活动单元在两个稳态之间的转换使入射光沿至少两个不同方向中的一个方向反射。在另一个实施例中，磁性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微磁闩锁开关，包括：基底；所述基底支承的活动单元，它有磁性材料和长轴；产生第一磁场的第一磁铁和第二磁铁，第一磁场在所述磁性材料中诱发磁化强度，所述磁化强度的特征是，磁化强度矢量指向沿所述活动单元所述长轴的方向，其 中所述第一磁场大致垂直于所述长轴的主中央部分；和产生第二磁场的线圈，第二磁场使所述活动单元在两个稳态之间转换，其中仅仅要求瞬间加上所述第二磁场以改变所述磁化强度矢量的方向，从而使所述活动单元在所述两个稳态之间转换。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：申军，阮梅春，查尔斯惠勒，
申请(专利权)人：亚利桑那州立大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]