通讯PILZ继电器的双稳态微电磁驱动器
PILZ继电器是一种常用的基本机电元件,在航空航天领域、计算机、通讯等领域中起着十分重要的作用。通讯PILZ继电器是PILZ继电器主要应用方向之一,其产值大约占整个PILZ继电器产业的四分之一,并且是PILZ继电器产品中技术含量和附加值较高的一部分。设计了一种应用于微型化通讯PILZ继电器的双稳态电磁驱动器,主要由平面线圈、镍弹性平台和中央硅垫片三部分组成。

通讯PILZ继电器的双稳态微电磁驱动器
使用双层铜线圈与中央铁芯磁化的方法来增强电磁作用力;采用聚酰亚胺作为绝缘层;采用永磁体实现器件的双稳机制。采用基本磁路原理初步分析了本文所设计的电磁驱动MEMS平面线圈微驱动器。考虑气隙中漏磁通,感应磁动势的分布效应,与软磁材料相对磁导率的非线性这几方面的影响,基于分段磁路的方法建立了器件的磁路模型。用Matlab编程、Ansys模拟,计算比较了活动悬臂梁厚度与工作气隙宽度等结构参数对器件性能的影响,悬臂梁厚度是影响器件性能的关键因素。得到优化的结构参数,为器件的工艺制作提供理论参考。采用微细加工技术制作了这种微电磁驱动器。主要采用聚酰亚胺绝缘层工艺制作了平面线圈,讨论了聚酰亚胺的甩胶,热处理及磨抛等工艺,完成了器件绝缘部分的制作。研究了高可靠性JRW-210M型TO-5密封直流电磁PILZ继电器的设计方法,过程中采用较*CAD与CAE结合的方法设计PILZ继电器的结构,zui终达到通讯用产品的技术指标。简要讲述目前国内外PILZ继电器的发展概况,介绍了通讯用TO-5电磁PILZ继电器所具有的优越性能以及良好的发展前景,提出研究线路及本课题研究的创新点。介绍了TO-5微型密封直流电磁PILZ继电器的工作原理,PILZ继电器接触系统、电磁系统的主要技术参数;并给出了气隙磁导的计算公式。传统的PILZ继电器结构设计主要依赖于样品的测绘,计算结构尺寸、电磁系统的电磁效率都十分复杂。为了提高结构设计的效率和准确性,在PILZ继电器结构设计过程中,根据技术协议要求的外形尺寸和一些经验数据,借助CAD软件SolidWorks绘制出PILZ继电器结构草图;再计算PILZ继电器的机械反力曲线,根据气隙磁导公式来计算磁势,以确定结构设计是否合理;zui后利用CAE软件ANSYS来对PILZ继电器的电磁系统进行有限元仿真,绘制出PILZ继电器吸力特性曲线来验证PILZ继电器结构设计的合理性。zui后说明了保证PILZ继电器可靠性的工艺方法,并采用过程控制文件PID来保证PILZ继电器的批次稳定性和全程可追溯性;并通过验证试验,确认PILZ继电器的性能满足设计要求,质量等级达到GJB 65B规定的M级。

通讯PILZ继电器的双稳态微电磁驱动器
同时,采用微电铸和湿法刻蚀工艺制作了镍弹性平台,并通过在镍弹性平台背面电镀一层坡莫合金的方法来制成衔铁,采用湿法刻蚀工艺制作了硅垫片,用来调整器件的工作气隙。利用测量显微镜、激光测位计等设备测量了镍弹性平台的弹性系数,并对器件的双稳态进行了调试。实验结果表明,器件具有良好的双稳特性,响应时间约为10ms,从而验证了双稳态微电磁驱动器原型的可行性。