CN108630490A - 一种微型万向惯性闭合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型万向惯性闭合器，包括壳体及壳盖，所述壳体和壳盖之间还设有弹簧质量块，所述壳体为凹槽结构，其内设有可容纳所述弹簧质量块的腔体，所述弹簧质量块包括S型平面弹簧、质量块和圆柱体，所述弹簧质量块与壳体之间设有电极部件，所述电极部件包括台阶状圆柱体及若干金属环。本发明的微型万向惯性闭合器，壳体通过壳盖盖合该腔体以形成一体化的微型万向惯性闭合器，弹簧质量块与壳体之间设有电极部件，弹簧质量块与壳盖之间设有若干隔板，且隔板与弹簧质量块与壳体、壳盖之间均间隔一定的间隙，采用弹簧质量块一体的设计，通过调节弹簧参数以及弹簧质量块与电极部件之间的距离等措施，可以实现不同过载阈值条件下的开关转换。

Description

一种微型万向惯性闭合器

技术领域

本发明属于惯性开关技术领域，具体涉及一种微型万向惯性闭合器。

背景技术

惯性开关又称为惯性闭合器或G开关，用于感知加速度信号，是空间飞行体中感受加速度的重要惯性器件，惯性开关在航空航天、汽车电子和弹药等领域有广泛的应用，其基本工作原理是用弹簧(或悬臂梁)连接悬空的质量块作为可动电极，在外加加速度作用下沿其敏感方向快速运动，碰向固定电极，从而实现对外接电路的通断。它需要在感应阈值加速度信号后迅速闭合导通电路，并同时保证开关的闭合时间以及触点接触可靠性。在一些产品中，为了防止意外冲击，在开关闭合后需实现自锁，保证开关的接电连续稳定，以确保电源及负载电路稳定工作。

惯性开关在航空航天、汽车电子和弹药等领域有广泛的应用，现有的惯性开关采用的是弹簧和质量块结构，弹簧和质量作为可动电极，另有与可动电极隔开一定距离的固定电极，当可动电极感受过载时，弹簧伸长，质量块碰撞固定电极，从而实现开关的由断开到导通状态，此类惯性开关在质量块碰撞固定电极后，质量块会被弹开，因此此类惯性开关的闭合时间以及触点接触不可靠。

现有的惯性开关采用的是弹簧和质量块结构，弹簧和质量作为可动电极，另有与可动电极隔开一定距离的固定电极，当可动电极感受过载时，弹簧伸长，质量块碰撞固定电极，从而实现开关的由断开到导通状态。现有的惯性开关存在尺寸大，不利于小型化的发展；产品合格率低，每批筛选的产品合格率不超过40％；结构复杂，耗费大量人力物力进行装配及试验筛选，成本高；抗环境干扰能力差，只能抗量级为11g(总均方根值)的振动环境干扰，无法适应日趋恶劣的环境；而且现有的惯性开关在质量块碰撞固定电极后，质量块会被弹开，存在闭合时间短以及触点接触不可靠等缺陷。

微机电(MEMS)惯性开关是采用微加工技术制造的加速度传感，它利用惯性敏感元件将加速度载荷转换为电极间隙的变化，然后通过电极间接触状态触发相应电信号实现区分加速度信号的功能。由于体积小、重量轻、能耗低、抗高过载能力强、抗电磁干扰能力强、便于与数字电路集成等优点，MEMS惯性开关在工业振动检测、武器弹药、航空航天等环境要求苛刻的领域具有巨大应用潜力。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种微型万向惯性闭合器，其内设有可容纳弹簧质量块的腔体，并通过壳盖盖合该腔体以形成一体化的微型万向惯性闭合器，弹簧质量块与壳体之间设有电极部件，便于其在惯性作用下与所述弹簧质量块碰触实现水平方向的导通，所述弹簧质量块与壳盖之间设有隔板，且隔板与弹簧质量块与壳体、壳盖之间均间隔一定的间隙，所述隔板在惯性作用下与所述金属环碰触实现垂直方向的导通，通过调节弹簧参数以及弹簧质量块与电极部件之间的距离等措施，可以实现不同过载阈值条件下的开关转换。

为了实现上述目的，本发明提供一种微型万向惯性闭合器，包括壳体及设于所述壳体顶部的壳盖，所述壳体和壳盖之间还设有弹簧质量块，所述壳体为凹槽结构，其内设有可容纳所述弹簧质量块的腔体，并通过所述壳盖盖合该腔体以形成一体化结构；

所述弹簧质量块包括S型平面弹簧、质量块和圆柱体，所述S型平面弹簧为多个且沿所述质量块对称分布，所述S型平面弹簧的一端与所述质量块连接，另一端与所述立圆柱体连接以形成一体化结构；

所述弹簧质量块与壳体之间设有电极部件，所述电极部件包括台阶状圆柱体及若干金属环，所述台阶状圆柱体上开设有多个凹槽，每个所述金属环嵌于所述台阶状圆柱体的凹槽内，便于其在惯性作用下与所述弹簧质量块碰触实现水平方向的导通，所述弹簧质量块与壳盖之间设有隔板，所述隔板在惯性作用下与所述金属环碰触实现垂直方向的导通，通过调节所述弹簧质量块的弹簧参数或弹簧质量块与电极部件之间的距离以实现不同过载阈值条件下的开关转换。

进一步地，所述弹簧质量块和电极部件为多个，成对设于所述壳体和壳盖之间，且相邻两对所述弹簧质量块和电极部件之间设有所述隔板。

进一步地，所述多金属环的内径与所述台阶状圆柱体的凹槽外径之间具有间隙以使得所述金属环具有容变空间，避免所述弹簧质量块碰到所述金属环反弹。

进一步地，每个所述金属环的缺口部位分别设有导线，通过所述导线与外部电源实现点连接。

进一步地，所述多个平面弹簧的中轴线与所述质量块的中轴线成 30°～60°夹角布置。

进一步地，所述弹簧质量块由多次叠层电镀金属镍的微加工制备而成。

进一步地，所述壳体内部设有方槽，其内部侧面间隔一定距离设有若干凹槽。

进一步地，所述方槽两侧对称设有小盲孔，便于所述弹簧质量块的圆柱体置于所述小盲孔内。

进一步地，所述方槽底部设有大盲孔。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的微型万向惯性闭合器，壳体为凹槽结构，其内设有可容纳弹簧质量块的腔体，并通过壳盖盖合该腔体以形成一体化的微型万向惯性闭合器，弹簧质量块与壳体之间设有电极部件，便于其在惯性作用下与所述弹簧质量块碰触实现水平方向的导通，所述弹簧质量块与壳盖之间设有隔板，且隔板与弹簧质量块与壳体、壳盖之间均间隔一定的间隙，所述隔板在惯性作用下与所述金属环碰触实现垂直方向的导通，通过调节弹簧参数以及弹簧质量块与电极部件之间的距离等措施，可以实现不同过载阈值条件下的开关转换。

(2)本发明的微型万向惯性闭合器，弹簧质量块作为本发明的核心部件，采用多次叠层电镀金属镍(Ni)的微加工工艺方法制作，使得整个机构的体积大为减小，产品质量一致性得到提高。

(3)本发明的微型万向惯性闭合器，采用抽屉状的多层结构这种独特的设计，使得本发明可以实现多路通断，通过对每层的弹簧质量块进行不同的参数设计，可以实现不同阈值的闭合，并充分利用了空间。

(4)本发明的微型万向惯性闭合器，金属环采用铍青铜这种变形较好的材料，并且金属环与安放金属环的凹槽之间具有间隙，在弹簧质量块碰撞到金属环时，金属环有容变空间，避免弹簧质量块碰到金属环反弹，延长弹簧质量块与金属环的接触时间。

附图说明

图1为本发明实施例一种微型万向惯性闭合器分解结构示意图；

图2为一种微型万向惯性闭合器装配后(不含壳盖和导电片)的结构示意图；

图3为一种微型万向惯性闭合器可动电极结构示意图；

图4为一种微型万向惯性闭合器的固定电极结构示意图；

图5为一种微型万向惯性闭合器的壳体结构示意图；

图6为本发明另一实施例一种微型万向惯性闭合器分解结构示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为： 1-弹簧质量块、101-平面弹簧、102-质量块、103-圆柱体、104-凸起、2-电极部件、201-圆柱体、202-金属环、203-导线、3-隔板、4-壳体、 401-方槽、402-凹槽、403-小盲孔、404-大盲孔、405-通孔、5-壳盖。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例一种微型万向惯性闭合器分解结构示意图，图2为一种微型万向惯性闭合器装配后(不含壳盖和导电片)的结构示意图。如图1和图2所示，本发明实施例提供一种微型万向惯性闭合器包括若干个弹簧质量块1、两个电极部件2、若干个隔板3、壳体 4及壳盖5。如图1所示，壳体4为凹槽结构，其内设有可容纳弹簧质量块1的腔体，并通过壳盖5盖合该腔体以形成一体化的微型万向惯性闭合器。此外，弹簧质量块1与壳体4之间设有电极部件2，弹簧质量块1与壳盖5之间设有若干隔板3，壳体4的凹槽中配套对应设有隔板3，并间隔一定的间隙，弹簧质量块1设于间隙之中，弹簧质量块1的两端圆柱体分别与壳体4上的左右两个小盲孔相连，壳体 4的方槽内设有大盲孔，隔板上对应的位置设有大小相同的通孔，电极部件2设于通孔之中，并且电极部件2的导线穿过壳体的通孔之中，通过调节弹簧质量块1的弹簧参数以及弹簧质量块1与电极部件 2之间的距离等措施，实现不同过载阈值条件下的开关转换。

作为本发明进一步优选，如图6所示，弹簧质量块1和电极部件 2为多个，成对设于所述壳体4和壳盖5之间，且相邻两对所述弹簧质量块1和电极部件2之间设有所述隔板3。

图3为一种微型万向惯性闭合器可动电极结构示意图。如图3所示，弹簧质量块1包括两个“S”型平面弹簧101、质量块102、圆柱体103和凸起104，两个“S”型平面弹簧101沿质量块102对称分布，并且“S”型平面弹簧101的中轴线与质量块的中轴线成30°～ 60°，优选为倾斜45°，两个“S”型平面弹簧101一端连接质量块 102，另一端连接圆柱体103。采用弹簧质量块一体的设计，通过调节弹簧参数以及弹簧质量块与电极部件之间的距离等措施，可以实现不同过载阈值条件下的开关转换。

作为本发明进一步优选，弹簧质量块1采用多次叠层电镀金属镍 (Ni)的微加工工艺方法制作，弹簧质量块1的主要制作工艺过程如下：

S1：在玻璃基底上溅射Cr/Cu作为种子层后，甩胶、光刻，电镀金属Ni作为两个“S”型平面弹簧101、质量块102和圆柱体103部分；

S2：多次重复此电镀过程，直至弹簧质量块1达到设计的厚度；

S3：去胶、去种子层释放弹簧质量块1。

图4为一种微型万向惯性闭合器的固定电极结构示意图。如图2 和图4所示，电极部件2包括台阶状圆柱体201及若干金属环202构成，台阶状圆柱体上开始有多个凹槽，每个金属环202嵌在台阶状圆柱体201的相应凹槽内，每个金属环202被圆柱体201相互隔开，金属环202的内径与放置金属环202的台阶状圆柱体201的凹槽的外径之间具有间隙，每个金属环202的缺口部位分别焊接一根导线203，圆柱体201为绝缘非金属材料制备而成，金属环202为弹性较好的铍青铜材料制备而成。由于金属环与安放金属环的凹槽之间具有间隙，在弹簧质量块碰撞到金属环时，金属环有容变空间，避免弹簧质量块碰到金属环反弹，延长弹簧质量块与金属环的接触时间。

图5为一种微型万向惯性闭合器的壳体结构示意图。如图5所示，壳体4包括方槽401、凹槽402、小盲孔403、大盲孔404以及通孔405。壳体4为非导电绝缘材料构成的圆柱形结构，壳体4内部具有方槽401，壳体4内部侧面间隔一定的距离设有若干的凹槽402，隔板3配套放置于凹槽402内。方槽401左右两侧分别对称分布着两个小盲孔403，弹簧质量块1上的两个圆柱体103分别配套设置于两个对称的小盲孔403内，方槽401底部具有两个大盲孔404。壳体的凹槽中配套对应设有隔板，采用抽屉状的多层结构这种独特的设计，使得本发明可以实现多路通断，通过对每层的弹簧质量块进行不同的参数设计，可以实现不同阈值的闭合，并充分利用了空间。

本发明的工作原理如下：平时，所述两个电极部件2相互隔开，并与所述弹簧质量块1保持一定距离，开关处于断开状态；

当每一层的弹簧质量块1感受到过载后，每一层的弹簧质量块1 克服本身的弹簧101抗力运动，直至质量块102与该层上两个电极部件2中的金属环202接触，此时，两个电极部件2由断开变成导通。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微型万向惯性闭合器，包括壳体及设于所述壳体顶部的壳盖，其特征在于，所述壳体和壳盖之间还设有弹簧质量块，所述壳体为凹槽结构，其内设有可容纳所述弹簧质量块的腔体，并通过所述壳盖盖合该腔体以形成一体化结构；

所述弹簧质量块包括S型平面弹簧、质量块和圆柱体，所述S型平面弹簧为多个且沿所述质量块对称分布，所述S型平面弹簧的一端与所述质量块连接，另一端与所述立圆柱体连接以形成一体化结构；

所述弹簧质量块与壳体之间设有电极部件，所述电极部件包括台阶状圆柱体及若干金属环，所述台阶状圆柱体上开设有多个凹槽，每个所述金属环嵌于所述台阶状圆柱体的凹槽内，便于其在惯性作用下与所述弹簧质量块碰触实现水平方向的导通，所述弹簧质量块与壳盖之间设有隔板，所述隔板在惯性作用下与所述金属环碰触实现垂直方向的导通，通过调节所述弹簧质量块的弹簧参数或弹簧质量块与电极部件之间的距离以实现不同过载阈值条件下的开关转换。

2.根据权利要求1所述的一种微型万向惯性闭合器，其特征在于，所述弹簧质量块和电极部件为多个，成对设于所述壳体和壳盖之间，且相邻两对所述弹簧质量块和电极部件之间设有所述隔板。

3.根据权利要求1所述的一种微型万向惯性闭合器，其特征在于，所述多金属环的内径与所述台阶状圆柱体的凹槽外径之间具有间隙以使得所述金属环具有容变空间，避免所述弹簧质量块碰到所述金属环反弹。

4.根据权利要求1所述的一种微型万向惯性闭合器，其特征在于，每个所述金属环的缺口部位分别设有导线，通过所述导线与外部电源实现点连接。

5.根据权利要求1所述的一种微型万向惯性闭合器，其特征在于，所述多个平面弹簧的中轴线与所述质量块的中轴线成30°～60°夹角布置。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种微型万向惯性闭合器，其特征在于，所述弹簧质量块由多次叠层电镀金属镍的微加工制备而成。

7.根据权利要求1所述的一种微型万向惯性闭合器，其特征在于，所述壳体内部设有方槽，其内部侧面间隔一定距离设有若干凹槽。

8.根据权利要求7所述的一种微型万向惯性闭合器，其特征在于，所述方槽两侧对称设有小盲孔，便于所述弹簧质量块的圆柱体置于所述小盲孔内。

9.根据权利要求7或8所述的一种微型万向惯性闭合器，其特征在于，所述方槽底部设有大盲孔。