DE19824261A1 - Electromagnetic microtechnical switching elements - Google Patents

Electromagnetic microtechnical switching elements

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DE19824261A1 DE1998124261 DE19824261A DE19824261A1 DE 19824261 A1 DE19824261 A1 DE 19824261A1 DE 1998124261 DE1998124261 DE 1998124261 DE 19824261 A DE19824261 A DE 19824261A DE 19824261 A1 DE19824261 A1 DE 19824261A1
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00Details of electromagnetic relays
    • H01H50/005Details of electromagnetic relays using micromechanics

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electromagnets (AREA)

Abstract

The unit has a base plate (1) and in parallel with this is an armature (4) that is subjected to a spring loading (7). Located between the base plate and the armature are a series of magnetic core elements (2) and current conductors (3). The conductors are isolated from the base and the armature.The magnetic core elements are in parallel.

Description

Elektromechanische Relais dienen zum Schalten von Laststromkreisen, die galva­ nisch vom Steuersignal getrennt sind. Nach wie vor erfreuen sich Miniaturrelais für Schwachstromanwendungen großer Nachfrage, wenn Schnittstellen auftreten oder niedrige betriebsunabhängige Kontaktwiderstände beziehungsweise die hochohmige Trennung im offenen Zustand gewünscht wird. Bei vielen Anwendungen sind die konventionellen Relais überdimensioniert, so daß eine Miniaturisierung sinnvoll ist. Zur deutlichen Miniaturisierung gegenüber der heutigen Relaistechnik muß nach neuen Technologien und anderen Antriebs- und Aufbaukonzepten gesucht werden. Den derzeitigen Stand der Technik miniaturisierter Relais repräsentieren die Reed- Relais. Die Relais bestehen im wesentlichen aus zwei in einem Glashohlkörper ein­ gegossenen Eisenelementen und einer Erregerspule, welche einen Schalter magne­ tisch betätigt. Relais besitzen große Bedeutung in der Nachrichten- und Meßtechnik insbesondere im Hochfrequenzbereich, wo eine galvanische Trennung der Kontakte erforderlich ist. Relais sind die einzigen elektrisch schaltbaren Bauelemente, welche eine galvanische Trennung elektrischer Kontakte realisieren können.Electromechanical relays are used to switch load circuits, the galva niche are separated from the control signal. Miniature relays continue to enjoy Low power applications of great demand when interfaces occur or low contact resistances independent of operation or the high impedance Separation in the open state is desired. In many applications they are conventional relays oversized, so that miniaturization makes sense. For a clear miniaturization compared to today's relay technology has to new technologies and other drive and body concepts are sought. The current state of the art of miniaturized relays are represented by the reed Relay. The relays consist essentially of one in a hollow glass body cast iron elements and an excitation coil, which magne a switch actuated table. Relays are very important in communications and measurement technology especially in the high frequency range, where the contacts are electrically isolated is required. Relays are the only electrically switchable components which can realize electrical isolation of electrical contacts.

Zur Zeit existieren noch keine Mikrorelais, welche die konventionellen Relais erset­ zen könnten. Als erste miniaturisierte Relais wurden wegen der einfachen Herstel­ lung elektrostatische Mikrorelais aufgebaut. Zu den wesentlichen gehören die in, DE 42 05 340 C1, DE 44 37 261 C1 oder DE 44 37 259 C1 beschriebenen Relais. Durch die hohen Ansteuerspannungen ist ihr Einsatzbereich begrenzt. Werden ge­ ringere Spannungen verwendet werden die benötigten Kontaktkräfte nicht erreicht. Den Vorteil, daß sie die Kontakte des Lastromkreises nahe zu stromlos geschlossen halten können, hat den Nachteil zufolge, daß zum Öffnen der Kontakte der Konden­ sator entladen werden muß. So sind elektrostatische Mikrorelais zu den existieren­ den Makrorelais nur begrenzt kompatibel.At the moment there are no micro relays to replace the conventional relays could. The first miniaturized relays were because of the simple manufacture electrostatic microrelay. The main ones include DE 42 05 340 C1, DE 44 37 261 C1 or DE 44 37 259 C1 relays described. Their area of application is limited by the high control voltages. Are ge If the voltages used are lower, the required contact forces are not achieved. The advantage that they closed the contacts of the load circuit close to de-energized can hold, has the disadvantage that to open the contacts of the condensers sator must be discharged. So electrostatic micro-relays are among the existing ones the macro relays are only compatible to a limited extent.

Auf der anderen Seiten lassen sich konventionelle elektromagnetische Schaltele­ mente mit konventionellen Techniken nicht beliebig verkleinern. Mit Hilfe der Mikro­ technik lassen sich zwar extrem feine Strukturen bis in den Mikrometerbereich reali­ sieren, aber der Komplexität der Strukturen sind in Abhängigkeit vom Aufwand enge Grenzen gesetzt. So sind Magnetkreise in Kombination mit elektromagnetischer Er­ regung nur unter großem Aufwand herstellen. Für optimierte Magnetkreise ist wegen der dreidimensionalen Verkopplung der drei Vektoren Strom, Fluß und Kraft ein drei­ dimensionaler Aufbau notwendig. Besondere Schwierigkeiten bereitet es Strompfade mehrmals um einen Eisenkern zu legen. Hier sind mindestens vier verschiedene Ebenen und mindestens ebenso viele Fertigungsschritte notwendig. Der technologi­ sche Aufwand ist derart groß, daß mikrotechnisch hergestellte Relais konventionelle nicht ablösen konnten.On the other hand, conventional electromagnetic switching elements can be used do not reduce the size of the elements with conventional techniques. With the help of the micro technology, extremely fine structures down to the micrometer range can be realized sieren, but the complexity of the structures are narrow depending on the effort  Set limits. So are magnetic circuits in combination with electromagnetic Er produce excitation only with great effort. For optimized magnetic circuits is because the three-dimensional coupling of the three vectors current, flow and force one three dimensional structure necessary. Current paths are particularly difficult several times to lay an iron core. Here are at least four different ones Levels and at least as many manufacturing steps are necessary. The technology cal effort is so great that microfabricated relays conventional could not replace.

Ein weiteres Problem liegt in dem planaren Aufbau der Mikrostrukturen. Für makro­ technische Elektromagneten ist der Luftspalt im Vergleich zum Weg der Flußlinien im Eisen vergleichsweise klein, so daß der magnetische Widerstand des Luftspalts und des Eisens die gleiche Größenordnung haben. Soll bei einem planaren Magneten mit einer Strukturhöhe von ca. 100 µm und einer Ankerbewegung senkrecht zum Substrat, ein Luftspalt von ca. 50 µm, wie er für Relaisanwendungen gefordert wird, realisiert werden, ergibt sich eine sehr schlechtes Verhältnis aus den beiden Wider­ ständen.Another problem is the planar structure of the microstructures. For macro technical electromagnet is the air gap compared to the path of the river lines in the Iron comparatively small, so that the magnetic resistance of the air gap and of iron are of the same order of magnitude. Should be with a planar magnet with a structure height of approx. 100 µm and an anchor movement perpendicular to Substrate, an air gap of approx. 50 µm, as required for relay applications, realized, there is a very bad relationship between the two contradictions stands.

Der im Patentanspruch 1 bis 13 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde einen einfache neutralen Magnetkreis mit elektrischer Erregung aufzubauen, welcher für miniaturisierte Relais zu verwenden ist. Mit dieser Anordnung kann ein zu den existierenden Makrorelais, oder Reedrelais kompatibles, kostengünstiges miniaturi­ siertes Relais aufgebaut werden.The invention specified in claims 1 to 13 is based on the problem to build a simple neutral magnetic circuit with electrical excitation, which to be used for miniaturized relays. With this arrangement one can existing macro relay, or reed relay compatible, inexpensive miniaturi based relay.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Mikro­ relais zu den existierenden Makrorelais funktionskompatibel sind, dies heißt, sie än­ dern ihren Schaltzustand bei Unterbrechung der Stromzufuhr. Durch die erreichten hohen Kontaktkräfte sind die Kontaktwiderstände mit den Makrorelais vergleichbar. Den größte Vorteil bringt die Miniaturisierung, wodurch der Platzbedarf und der Energieverbrauch minimiert wird. Sie Erreichen durch aufgrund der hohen Energie­ dichten im magnetischen Feld höhere Kontaktkräfte als gleich große elektrostati­ schen Relais und sind aufgrund ihres einfachen Aufbaus kostengünstig herzustellen.The advantages achieved by the invention are in particular that the micro relays are functionally compatible with the existing macro relays, that is, they change change their switching state when the power supply is interrupted. By the achieved high contact forces, the contact resistances are comparable to the macro relays. Miniaturization brings the greatest advantage, which means that the space required and the Energy consumption is minimized. You reach through due to the high energy seal higher contact forces in the magnetic field than electrostatics of the same size relays and are inexpensive to manufacture due to their simple structure.

Diese Probleme werden durch die in den Patentansprüchen 1 bis 13 aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch, daß Spulen mit mehr als einer Windung um einen Eisen­ kern nur unter großem Aufwand herzustellen sind wird der Eisenkern mit einer "Spule" mit nur einer Windung versehen. Der Magnetkreis wird so dimensioniert, daß der Eisenkreis infolge des Erregerstroms bis zur Sättigung erregt wird. Da Relais in der Regel mit einer Steuerspannung von 3 Volt bis 24 Volt betrieben werden muß der Erregerstrom über den Widerstand der Spule eingestellt werden. Spulen mit nur einer Windung, bei gleicher Erregung weisen einen sehr geringen Innenwiderstand auf, so daß bei vorgegebener Eingangsspannung von 3 bis 24 Volt ein zu hoher Strom fließt. Da die Windungen nicht erhöht werden sollen, wird eine hohe Anzahl entsprechend kleinerer Elemente bestehend aus Eisenkern und einer Windung ver­ wendet. Um den Innenwiderstand entsprechend zu erhöhen, werden alle Windungen in Reihe geschaltet, die Wirkung der Magnete ist parallel gerichtet.These problems are solved by those listed in claims 1 to 13 Features resolved. By having coils with more than one turn around an iron  The iron core can only be produced with great effort with one Provide "coil" with only one turn. The magnetic circuit is dimensioned so that the iron circuit is excited to saturation as a result of the excitation current. Because relays in usually must be operated with a control voltage of 3 volts to 24 volts the excitation current can be set via the resistance of the coil. Coils with only one turn, with the same excitation have a very low internal resistance on, so that a given input voltage of 3 to 24 volts is too high Electricity flows. Since the turns should not be increased, there will be a large number correspondingly smaller elements consisting of iron core and one turn ver turns. To increase the internal resistance accordingly, all turns connected in series, the effect of the magnets is directed in parallel.

Bei gängigen Elektromagneten beträgt der optimale Luftspalt ca. 1-2% des Eisen­ weges, bezogen auf einen planaren Magneten mit einer Strukturhöhe von ca. 100 µm ist der entsprechende Luftspalt für die Anwendung als Relais zu gering. Bei einem größerem Luftspalt würde die Magnetkraft nicht ausreichen um den Anker zu bewegen. Dieses Problem kann durch einen nicht konstanten Luftspaltes über alle Einzelmagnete gelöst werden. Günstig ist ein keilförmiger Luftspalt mit einer linearen oder exponentiellen Steigung. Der Luftspalt des ersten Einzelmagneten entspricht den beschriebenen optimalen Verhältnissen. Der Luftspalt der folgenden Einzelma­ gnet ist entsprechend der Steigung des Keils größer. Beim Einschalten der Elektro­ magnete wird der Anker von allen Einzelmagneten entsprechend der Größe des Luftspaltes angezogen. Der Luftspalt verkleinert sich und der Luftspalt des nächste Einzelmagnet erreicht optimale Werte. So wandert der Anfang des Keils bis zum letzten Einzelmagneten, der Anker ist nun vollständig angezogen. Hierdurch kann die Magnetkraft optimal genutzt und ein großer Stellweg realisiert werden. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den folgenden Zeichnungen darge­ stellt und werden im folgenden näher beschrieben.With common electromagnets, the optimal air gap is approx. 1-2% of the iron path, based on a planar magnet with a structure height of approx. 100 µm the corresponding air gap is too small for use as a relay. At a larger air gap, the magnetic force would not be sufficient to close the armature move. This problem can be caused by a non-constant air gap over all Individual magnets can be released. A wedge-shaped air gap with a linear one is favorable or exponential slope. The air gap of the first single magnet corresponds the described optimal conditions. The air gap of the following single measure gnet is larger according to the slope of the wedge. When you turn on the electric magnets will be the anchor of all individual magnets according to the size of the Air gap tightened. The air gap narrows and the air gap of the next one Single magnet achieves optimal values. So the beginning of the wedge moves to last single magnet, the armature is now fully tightened. This can the magnetic force is used optimally and a large travel range can be realized. The embodiments of the invention are shown in the following drawings represents and are described in more detail below.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1: Prinzipdarstellung des Magnetkreises. Fig. 1: Schematic diagram of the magnetic circuit.

Fig. 2: Draufsicht des Schaltelementes. Fig. 2: top view of the switching element.

Fig. 3: Vorderansicht im Schnitt. Fig. 3: Front view in section.

Die Fig. 1 zeigt das Prinzip und den Aufbau des Magnetkreises. Auf der Grundplatte 1 befinden sich befinden sich die weichmagnetischen Kerne 2. Zwischen den Kernen 2 sind die Strompfade 3 angeordnet. Die Grundplatte 1, die Kerne 2 und die Strompfade 3 bilden den Elektromagneten. Die Strompfade 3 sind gegenüber der Grundplatte 1, den Kernen 2 und dem Anker 4 elektrisch isoliert. Er hat die Form vieler nebeneinander liegender U-Flachankermagnete. Über den Kernen 2 befindet sich der Anker 4, welcher infolge des Stromflusses vom Elektromagneten angezogen wird. Der Anker 4 wird durch eine Feder 6 geführt. Die Feder 6 ist so ausgelegt, daß sie im stromlosen Zustand den Anker 4 von den Polen 8 lösen kann und bei Strom­ fluß entgegen ihrer Federkraft dem Elektromagneten ermöglicht den Anker 4 anzu­ ziehen und so den Luftspalt 9 zu minimieren. Die Position 5 zeigt den vom Elektro­ magneten angezogenen Anker 4, die Position 7 zeigt die gedehnte Feder 6 infolge der Magnetkraft. Die Grundplatte 1, die Kerne 2 und der Anker 4 bestehen aus ei­ nem weichmagnetischem Material und bilden den neutrale Magnetkreis. Die Kerne 2 und die Strompfade sind so angeordnet, daß ein Strompfad immer den magneti­ schen Fluß in zwei Kernen erzeugt, die Stromrichtung 3.1 ist zwischen zwei benach­ barten Strompfaden 3 entgegengesetzt gerichtet, um einen mäanderförmigen zusam­ menhängenden Strompfad zu verwenden, wie er in der Fig. 3 gezeigt wird. Hier­ durch ergibt sich ein antiparalleler Verlauf der Flußrichtung 10 in nebeneinander lie­ genden Kernen. Durch die quadratische Abhängigkeit der Magnetkraft von der ma­ gnetischen Induktion ist dies für die Summe aller zwischen Anker und Polen er­ zeugten Kräfte nicht von Bedeutung, es entstehen also keine anstoßenden Kräfte. Die Querschnittsfläche der Kerne 2, der Grundplatte 1 und des Ankers 4 ist so di­ mensioniert, daß infolge des Stromflusses die gleiche magnetische Induktion erzeugt wird wie in einem Elektromagneten mit vielen Windungen und gleicher Stromdichte in den Stromdichte in den Strompfaden oder das weichmagnetische Material durch den Stromfluß bis in die Sättigung erregt wird. Fig. 1 shows the principle and structure of the magnetic circuit. The soft magnetic cores 2 are located on the base plate 1 . The current paths 3 are arranged between the cores 2 . The base plate 1 , the cores 2 and the current paths 3 form the electromagnet. The current paths 3 are electrically insulated from the base plate 1 , the cores 2 and the armature 4 . It has the shape of many U-shaped anchor magnets lying side by side. The armature 4 , which is attracted by the electromagnet as a result of the current flow, is located above the cores 2 . The armature 4 is guided by a spring 6 . The spring 6 is designed so that it can release the armature 4 from the poles 8 in the de-energized state and when the current flows against its spring force, the electromagnet enables the armature 4 to be pulled, thus minimizing the air gap 9 . The position 5 shows the armature 4 attracted by the electric magnet, the position 7 shows the stretched spring 6 due to the magnetic force. The base plate 1 , the cores 2 and the armature 4 consist of egg nem soft magnetic material and form the neutral magnetic circuit. The cores 2 and the current paths are arranged such that a current path always generates the magnetic flux in two cores, the current direction 3.1 is opposite between two neighboring current paths 3 to use a meandering coherent current path, as shown in FIG . 3 is shown. This results in an antiparallel course of the flow direction 10 in adjacent lying cores. Due to the quadratic dependence of the magnetic force on the magnetic induction, this is not important for the sum of all forces generated between the armature and the pole, so there are no abrupt forces. The cross-sectional area of the cores 2 , the base plate 1 and the armature 4 is dimensioned such that the same magnetic induction is generated as a result of the current flow as in an electromagnet with many turns and the same current density in the current density in the current paths or the soft magnetic material by the Current flow is excited to saturation.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau eines elektromagnetischen Schaltelementes im Schnitt. Auf der Grundplatte 13 befinden sich die von der Grundplatte elektrisch isolierten Strompfade 12. Zwischen den Strompfaden befinden sich die streifenförmigen Kerne 15, an welchen sich die Pole ausbilden. Über den Polen befindet sich der federgela­ gerte Anker 16. Der Anker ist am Lager 17 befestigt, der Anstand zwischen den Ker­ nen und dem Anker ändert sich nach einer exponentiellen Funktion und ist somit nicht konstant. Werden die Kerne ausgehend vom Lager 17 (I, II, III, IV, V, VI, VII) numeriert, so wächst der Luftspalt mit steigender Nummer. Der Kern mit der kleinsten Nummer hat einen Luftspalt von nahe Null. Die magnetischen Widerstände vom Luftspalt und vom Eisenteilkreis sind nahezu gleich und sind entsprechend der obi­ gen Aussage optimal. Bei Bestromung wird hier die größte Kraft erzeugt und der An­ ker legt sich auf den ersten Pol. Hiernach herrschen am nächsten Einzelmagneten optimale Bedingungen und der Anker legt sich auf den nächsten Pol bis der Anker seine Endlage erreicht. Die Endlage wird durch den Anschlag 18 begrenzt. Der An­ schlag 18 und das Lager 17 sind über die Isolierschicht 13.1 gegeneinander und ge­ gen die Grundplatte elektrisch isoliert. Durch die Isolierschicht 13.1 ist zwar keine elektrische Verbindung zwischen den Kernen 12 und der Grundplatte 13 vorhanden, dies spielt aber für die Größe es magnetischen Widerstandes der Anordnung keine Rolle, da die Isolierschicht 13.1 entsprechend dünn ist. Fig. 2 shows the structure of an electromagnetic switching element in section. The current paths 12 , which are electrically insulated from the base plate, are located on the base plate 13 . The strip-shaped cores 15 , on which the poles form, are located between the current paths. The spring-loaded anchor 16 is located above the poles. The armature is attached to the bearing 17 , the distance between the core and the armature changes after an exponential function and is therefore not constant. If the cores are numbered from bearing 17 (I, II, III, IV, V, VI, VII), the air gap increases with an increasing number. The core with the smallest number has an air gap close to zero. The magnetic resistances from the air gap and from the iron pitch circle are almost the same and are optimal in accordance with the above statement. When energized, the greatest force is generated here and the anchor lies on the first pole. After this, the next individual magnet has optimal conditions and the armature lies on the next pole until the armature reaches its end position. The end position is limited by the stop 18 . At the stroke 18 and the bearing 17 are electrically isolated from each other via the insulating layer 13.1 and against the base plate. Due to the insulating layer 13.1 there is no electrical connection between the cores 12 and the base plate 13 , but this does not matter for the size of the magnetic resistance of the arrangement, since the insulating layer 13.1 is correspondingly thin.

Die Fig. 3 zeigt den Aufbau eines elektromagnetischen Schaltelementes in der Draufsicht. Auf der Grundplatte 13 befinden sich der von der Grundplatte elektrisch isolierte mäanderförmige Strompfad 12 mit den beiden Anschlüssen 11 und 14. Der Mäander besteht im wesentlichen aus einer Aneinanderreihung von "U-förmigen" Elementen. Zwischen den langen Schenkeln dieser Elemente befinden sich die streifenförmigen Kerne 15 an welchen sich die Pole ausbilden. Über den Polen be­ findet sich der federgelagerte Anker 16. Wird das Element als Schalter verwendet so ist es möglich die Anschlüsse 19 und 20 zu verwenden. Im offenen Zustand sind der Anschlag 18 und der Anker 16 durch einen Luftspalt getrennt, der Kontakt ist offen. Im eingeschalteten Zustand berührt der Anker 16 den Anschlag 18, der Kontakt ist geschlossen und der Laststrom kann über den ersten Anschuß 19, den Anschlag 18, den Anker 16, das Lager 17 zum zweiten Anschluß 20 fließen. Fig. 3 shows the structure of an electromagnetic switching member in the plan view. The meandering current path 12 with the two connections 11 and 14, which is electrically insulated from the base plate, is located on the base plate 13 . The meander essentially consists of a series of "U-shaped" elements. Between the long legs of these elements are the strip-shaped cores 15 on which the poles are formed. The spring-loaded anchor 16 is located above the poles. If the element is used as a switch, it is possible to use connections 19 and 20 . In the open state, the stop 18 and the armature 16 are separated by an air gap, the contact is open. In the switched-on state, the armature 16 touches the stop 18 , the contact is closed and the load current can flow via the first connection 19 , the stop 18 , the armature 16 , the bearing 17 to the second connection 20 .

BezugszeichenlisteReference list

11

Grundplatte
Base plate

22nd

Weichmagnetischer Kern
Soft magnetic core

33rd

Strompfad
Rung

3.13.1

Stromrichtung
Current direction

44th

Anker
anchor

55

Vom Magneten angezogener Anker
Anchor attracted by the magnet

66

Feder
feather

77

Feder in ausgelenkter Position
Spring in the deflected position

88th

Magnetpol
Magnetic pole

99

Luftspalt
Air gap

1010th

Richtung des magnetischen Flusses
Direction of magnetic flux

1111

Anschluß Kontaktierungsstelle des Strompfades
Connection of the contact point of the current path

1212th

Strompfad des Mäanders
Meander's current path

1313

Grundplatte
Base plate

1414

Anschluß Kontaktierungsstelle des Strompfades
Connection of the contact point of the current path

1515

Weichmagnetischer Kern
Soft magnetic core

1616

Anker
anchor

1717th

Lager
camp

1818th

Anschlag
attack

1919th

Elektrischer Kontakt zum Anschlag
Electrical contact to the stop

2020th

Elektrischer Kontakt zum Anker
Electrical contact to the anchor

Claims (13)

1. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement, dadurch gekennzeich­ net, daß das Antriebselement zur Bewegung des Schalters aus einer Vielzahl par­ allel wirkender Elektromagneten besteht, welche dadurch gekennzeichnet sind,
  • 1. daß sie im wesentlichen nur aus einem weichmagnetischem Kern und einem Strompfad, welcher sich mit nur einer Windung um den Kern legt und elektrisch von diesem isoliert ist bestehen,
  • 2. daß sie alle auf einer gemeinsamen weichmagnetischen Grundplatte angeordnet sind und einen gemeinsamen Anker verwenden,
  • 3. daß die erzeugten magnetischen Kräfte der Einzelelektromagneten parallel ge­ richtet sind,
  • 4. daß die Strompfade, die Windung aller Einzelelektromagneten in Reihe geschaltet sind und sich diese Strompfade nicht kreuzen oder schneiden.
1. Electromagnetic micromechanical switching element, characterized in that the drive element for moving the switch consists of a plurality of par allelic electromagnets, which are characterized in that
  • 1. that they consist essentially of only a soft magnetic core and a current path, which wraps around the core with only one turn and is electrically insulated from it,
  • 2. that they are all arranged on a common soft magnetic base plate and use a common anchor,
  • 3. that the generated magnetic forces of the individual electromagnets are aligned in parallel,
  • 4. that the current paths, the turns of all individual electromagnets are connected in series and that these current paths do not cross or intersect.
2. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhängenden oder in Reihe angeord­ neten Strompfade die Form eines Mäanders oder die Form einer ebenen Spirale ha­ ben, wobei die Spirale aus zwei nebeneinander liegenden Strompfaden, welche im Zentrum der Spirale in einander über gehen, der Art aufgebaut ist, daß der erste Strompfad von außen nach innen läuft und der zweite ohne den ersten zu kreuzen wieder nach außen läuft und der Strom auf dem ersten Strompfad in die Spirale fließt und auf dem zweiten wieder heraus fließt und sich die weichmagnetischen Kerne jeweils zwischen zwei benachbarten Strompfaden befinden, wobei sich bei einem spiralförmigen Strompfad nur ein zusammenhängender spiralförmiger Kern ergibt.2. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1, characterized in that the contiguous or arranged in series current paths have the shape of a meander or the shape of a flat spiral ben, the spiral consisting of two adjacent current paths, which in the Center of the spiral merging into one another, the kind that is built up the first Current path runs from the outside in and the second without crossing the first runs outwards again and the current flows into the spiral on the first current path and on the second flows out again and the soft magnetic cores are each between two adjacent current paths, with one spiral current path results in only one coherent spiral core. 3. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise eine ebene gemeinsame weichmagnetische Grundplatte verwendet wird, welche flächendeckend mit einer dünne Isolierschicht versehen ist, so daß die Strompfade elektrisch gegen über der Grundplatte isoliert sind und die weichmagnetischen Kerne ebenfalls keine elektri­ sche Verbindung zur Grundplatte haben aber die Isolierschicht so dünn ist, daß ihr Einfluß auf den magnetische Widerstand zu vernachlässigen ist. 3. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1 and 2, characterized in that preferably a flat common soft magnetic base plate is used, which covers a whole area thin insulating layer is provided, so that the current paths are electrically opposite to the Base plate are insulated and the soft magnetic cores also no electri cal connection to the base plate but the insulating layer is so thin that you Influence on the magnetic resistance is negligible.   4. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Strompfade und der weichmagnetischen Kerne rechteckförmig ist, wobei der Querschnitt vorzugsweise mit der größten Ausdehnung senkrecht auf der Grundplatte steht.4. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1 to 3, characterized in that the cross section of the current paths and the soft magnetic cores is rectangular, the cross section preferably with the largest dimension is perpendicular to the base plate. 5. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetische Grundplatte, der Kern und der Anker so dimensioniert sind, daß sie infolge des Erregungsstromflusses bis nahe der Sättigung erregt werden und das Material magnetisch möglichst gut ge­ nutzt wird.5. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1 to 4, characterized in that the soft magnetic base plate, the core and the armature are dimensioned such that they are up to due to the excitation current flow be excited near saturation and the material magnetically as good as possible is used. 6. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über den Einzelmagneten oder über der um­ randeten Fläche der weichmagnetischen Kerne ein gemeinsamer Anker angeordnet ist, welcher infolge des Stromflusses durch die Strompfade von den Einzelmagneten angezogen wird.6. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1 to 5, characterized in that over the single magnet or over the order bordered surface of the soft magnetic cores arranged a common anchor which is due to the current flow through the current paths from the individual magnets is attracted. 7. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt welcher sich zwischen den Ker­ nen oder dem Kern und dem Anker ausbildet konstant oder keilförmig sein kann.7. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1 to 6, characterized in that the air gap between the Ker NEN or the core and the anchor forms constant or wedge-shaped. 8. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der keilförmige Luftspalt einen linearen oder exponentiellen Höhenverlauf hat.8. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1 to 7, characterized in that the wedge-shaped air gap has a linear or has an exponential course of altitude. 9. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker als Blattfeder ausgeformt ist und in Höhe der Kerne gestellfest auf der Grundplatte gelagert ist und die Blattfeder derart gekrümmt ist, daß sich ein keilförmiger Luftspalt ausbildet, welcher mit zunehmen­ dem Abstand von der Lagerstelle linear oder exponentiell ansteigt.9. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1 to 8, characterized in that the armature is formed as a leaf spring and in Height of the cores is fixed to the frame on the base plate and the leaf spring in such a way is curved that a wedge-shaped air gap forms, which increase with the distance from the bearing point increases linearly or exponentially. 10. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß infolge des Stromflusses durch die Strompfa­ de sich der Anker auf die weichmagnetischen Kerne so zu bewegt, daß der keilför­ mige Luftspalt von der Lagerstelle des Anker weg wandert und die Federsteifigkeit der Blattfeder so dimensioniert ist, daß die Magnetkraft den Anker anziehen kann und sich der Anker im stromlosen Zustand infolge der Rückstellkraft wieder lösen kann.10. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1 to 9, characterized in that due to the current flow through the current case  de the armature moves towards the soft magnetic cores so that the wedge-shaped air gap moves away from the bearing of the anchor and the spring stiffness the leaf spring is dimensioned so that the magnetic force can attract the armature and the armature is released again when de-energized due to the restoring force can. 11. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Ankers durch einen An­ schlag begrenzt wird.11. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1 to 10, characterized in that the movement of the armature by an impact is limited. 12. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Anschlag und Anker keine weitere elektrische Verbindung besteht als über die Kontaktstelle betätigten Zustand.12. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1 to 11, characterized in that no further between stop and anchor electrical connection exists as a state actuated via the contact point. 13. Elektromagnetisches mikromechanisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag und der Anker eine elektrisch schaltbaren Kontakt bilden und der als solcher verwendet wird, wobei der Steuer­ strom durch die beschriebenen Strompfade fließt und der zu schaltende Laststrom über den Anschlag und den Anker fließt.13. Electromagnetic micromechanical switching element according to claim 1 to 12, characterized in that the stop and the armature are electrically form switchable contact and which is used as such, the control current flows through the current paths described and the load current to be switched flows over the stop and the anchor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115691338A (en) * 2022-11-10 2023-02-03 业成科技(成都)有限公司 Display panel and display device

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