ES2249409T3

ES2249409T3 - Rele enganchador micromagnetico de conmutacion electronica y metodo operativo del mismo.

Info

Publication number: ES2249409T3
Application number: ES01905135T
Authority: ES
Inventors: Meichun Ruan; Jun Shen
Original assignee: University of Arizona; Arizona State University Downtown Phoenix campus
Current assignee: University of Arizona; Arizona State University Downtown Phoenix campus
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2006-04-01
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: US6469602B2; KR20030028451A; DE60113233D1; KR100474536B1; DE60113233T2; CN1419702A; US20020050880A1; JP2003522377A; US6469603B1; ATE304218T1; AU2001233046A1; EP1254473A1; DK1254473T3; EP1254473B1; WO2001057899A1

Abstract

Relé enganchador micro-magnético 100 formado por: - un sustrato (104); - un elemento móvil (112), sostenido por dicho sustrato y provisto de eje longitudinal; - un imán fijo inicial (102) que produce un campo magnético (134) inicial que provoca la magnetización de dicho material magnético, con las siguientes características: el antedicho elemento móvil será de material magnético y la mencionada magnetización dispondrá de un vector de magnetización que siga la dirección del antedicho eje longitudinal del antedicho elemento móvil, cuyo campo magnético (134) inicial antedicho sea perpendicular a dicho eje longitudinal, y un conductor (114) formado por una bobina que produce un segundo campo magnético (122, 124) destinado a producir la conmutación de los elementos mencionados entre dos estados estables y en los que una corriente provisional al fluir por dicho conductor produzca el segundo campo magnético mencionado, de modo que un componente del mencionado segundo campo magnético paralelo al antedicho eje longitudinal modifique la dirección del vector de magnetización y como resultado el mencionado elemento móvil 112 efectúe la conmutación entre los dos estados estables mencionados.

Description

Relé enganchador micromagnético de conmutación electrónica y método operativo del mismo.

Ámbito al que pertenece la invención

El presente invento se refiere de modo general a los relés o inversores. De modo más concreto, el presente invento se refiere a los relés enganchadores micromagnéticos de baja capacidad de consumo y a los métodos destinados al desarrollo y funcionamiento de dichos relés micromagnéticos.

Descripción de la invención

Los relés consisten habitualmente en dispositivos de doble fase accionados mediante control electrónico que activan y desactivan contactos eléctricos destinados al funcionamiento de dispositivos en circuitos eléctricos. Descrito de otro modo, los relés funcionan en general como conmutadores que activan o desactivan tramos de dispositivos eléctricos, ópticos o de otro tipo. Los relés se utilizan habitualmente en numerosas aplicaciones que abarcan el ámbito de las telecomunicaciones, las comunicaciones por radio frecuencia (RF), los dispositivos electrónicas portátiles y de consumo, los dispositivos electrónicos industriales y aeroespaciales, así como otros sistemas.

Aunque los primeros relés consistían en dispositivos mecánicos o semiconductores, los últimos desarrollos tecnológicos sobre sistemas mecánico-microeléctricos (MEMS) y microelectrónicos han posibilitado la producción de relés micromagnéticos y microelectrostáticos. Dichos relés micromagnéticos normalmente comprenden un electroimán que excita una armadura para activar o desactivar un contacto eléctrico. Cuando el imán deja de recibir corriente, un resorte u otro dispositivo mecánico devuelve la armadura a la posición de reposo. No obstante, estos relés acostumbran a adolecer de varias desventajas evidentes, ya que en general sólo presentan una salida estable única (por ejemplo, el estado de reposo) y no actúan como enganchadores (no mantienen un flujo de salida constante, ya que se elimina la energía del relé). Además, los resortes que precisan los relés micromagnéticos convencionales se pueden deformar o deteriorar con el paso del tiempo.

En la patente US nº 5.847.631 de Taylor et al. del 8 de diciembre de 1998 se describe otro tipo de relé micromagnético. Este relé comprende un imán fijo y un electroimán destinados a generar un campo magnético que de forma intermitente se oponen al campo generado por el imán fijo. Aunque este relé pretende ser biestable, se requiere en su caso que el electroimán consuma energía para mantener coma mínimo uno de los estados de salida. Además, la cantidad de energía requerida para generar el campo opuesto seria considerable, hecho que invalidaría la utilización de dicho relé en el espacio, en dispositivos electrónicos portátiles y en otras aplicaciones que requieren un consumo de energía bajo.

Por consiguiente, se ha hecho necesario concebir un relé enganchador biestable que no precise energía para mantener los estados. Un relé de este tipo, además, debe ser fiable, con diseño sencillo y bajo coste, y de fabricación simple. En el documento EP-A-1093141 publicado el 18-4-2001, se describe un microrelé enganchador MEMS que incluye activadores magnéticos. En el documento US-A-5475353 se describe un dispositivo enganchador micromagnético de conformidad con el preámbulo que figura en la reivindicación 1.

Resumen de la invención

De acuerdo con diferentes modelos del invento, un relé adecuadamente constituido deberá disponer de un estado abierto y de un estado cerrado. El funcionamiento del relé se produce mediante una consola sensible a los campos magnéticos, de tal forma que dicha consola presente un estado inicial que corresponda al estado abierto del relé, y un segundo estado que corresponda al estado cerrado del relé. Se podrá producir un campo magnético inicial para provocar un momento magnético en la consola, y ésta podrá conmutar del estado inicial al segundo estado mediante un segundo campo magnético que se podría generar, por ejemplo, mediante un conductor depositado sobre un sustrato del relé.

Descripción breve de los gráficos

Las características y las ventajas mencionadas anteriormente sobre la presente invención se describen a continuación mediante una descripción detallada de los correspondientes modelos ilustrativos a examinar juntamente con los gráficos que se adjuntan, y en los que se utilizan dígitos de referencia iguales para identificar una misma parte o similar de los modelos equivalentes:

La figura 1 muestra la vista lateral del modelo prototipo correspondiente a un relé enganchador.

La figura 1B muestra la vista desde arriba del modelo prototipo de un relé enganchador.

Las figuras 2A-H muestran la vista lateral de un prototipo técnico destinado a la fabricación de un relé enganchador.

La figura 3A muestra la vista lateral de un segundo modelo prototipo de un relé enganchador.

La figura 3B muestra la vista desde arriba de un segundo modelo prototipo de un relé enganchador.

La figura 3C consiste en la vista en perspectiva de una consola prototipo adecuada para ser usada junto con un segundo modelo prototipo de un relé enganchador.

La figura 4A es la vista lateral de un tercer modelo prototipo de un relé enganchador.

La figura 4B es la vista desde arriba de un tercer modelo prototipo de un relé enganchador.

Las figuras 4C y 4D consisten en la vista en perspectiva de una consola prototipo adecuada para ser usada junto con un tercer modelo prototipo de un relé enganchador, y

La figura 5 es una vista lateral de un cuarto modelo prototipo de un relé enganchador.

Descripción detallada de los modelos prototipo

En aras de la brevedad, los dispositivos electrónicos convencionales, su fabricación, las tecnologías MEMS y otros aspectos funcionales de los sistemas (y los componentes de los elementos operativos individuales de los sistemas) no se describen en detalle en el presente documento. Además, a fin de resultar más breves, en esta documentación el invento se describirá como perteneciente a los relés de accionamiento micro y electrónico cuya utilización está destinada a sistemas eléctricos o electrónicos. Conviene señalar que se pueden utilizar numerosas y diferentes técnicas de producción para la fabricación de los relés que se describen en el presente documento, y que las técnicas que en 61 se detallan se pueden utilizar también para relés mecánicos u ópticos, así como para otros dispositivos conmutadores. Además, estas técnicas también pueden ser de utilidad en sistemas eléctricos y ópticos, electrónica de consumo, electrónica industrial, sistemas inalámbricos, aplicaciones espaciales y otros tipos de aplicaciones. Además, deberá sobreentenderse que las descripciones espaciales adjuntas sólo figuran a título ilustrativo y que los relés enganchadores reales en la práctica se pueden ordenar espacialmente siguiendo cualquier otro tipo de orientación o modo. La distribución de los relés también se puede efectuar mediante la conexión adecuada y a los dispositivos convenientes de los relés antedichos.

Relé enganchador

Las figuras 1A y 1B muestran, respectivamente, la vista lateral y la vista desde arriba de un relé enganchador. Con referencia a estas figuras 1A y 1B, un relé enganchador prototipo 100 comprende debidamente un imán 102, un sustrato 104, un revestimiento aislante 106 que protege un conductor 114, un terminal de contacto 108 y una consola 112 colocada encima del sustrato mediante un sustrato de etapa 110.

El imán 102 puede ser cualquier tipo de imán, como un imán permanente, un electroimán o cualquier otro tipo de imán con capacidad para generar un campo magnético H_{0} 134, como se describe a continuación con mayor detalle. En un modelo prototipo, el imán 102 corresponde al modelo de imán nº 59-P09213T001, disponible a través de Dexter Magnetic Technologies Corporation de Freemont, California, aunque, por supuesto, también se puede utilizar cualquier otro tipo de imán. El campo magnético 134 se puede generar de varias maneras y empleando diferentes magnitudes, desde 80 amperios-vueltas/metro (A/m) hasta 800 kA/m (desde 1 Oersted hasta 10^{4} Oersted) o más. En el modelo prototipo que se muestra en la figura 1, el campo eco H_{0} 134 se puede generar de forma paralela al eje Z y con una magnitud del orden de unos 29,6 kA/m (370 Oersted), aunque en otros modelos, para el campo magnético 134 se utilizan variaciones de las orientaciones y de las magnitudes. En varios modelos, un imán único 102 se puede utilizar juntamente con una cantidad determinada de relés 100 que comparten un sustrato común 104.

El sustrato 104 está formado por cualquier tipo de material que sea apto para actuar como sustrato, como silicona, arseniuro de galio, vidrio, plástico, metal, o cualquier otro material adecuado como sustrato. En varios modelos, el sustrato 104 se puede recubrir con material aislante (como un óxido) y se puede pulir plano o sólo aplanar. En varios modelos, varios relés enganchadores 100 pueden compartir un mismo sustrato 104. Opcionalmente, en el sustrato 104 se pueden colocar otros dispositivos (como transistores, diodos u otros dispositivos electrónicos) junto con uno o más relés 100 utilizando, por ejemplo, técnicas de fabricación de circuitos integrales convencionales. Opcionalmente, se puede utilizar como sustrato un imán 102 y los componentes adicionales que se especifican más adelante se pueden colocar directamente sobre el imán 102. En tales modelos no se precisará un sustrato separado 104.

El sustrato de aislamiento 106 está constituido por cualquier material, como un óxido o cualquier otro tipo de aislante. En un modelo prototipo, el sustrato de aislamiento está formado por Probimide 7510. El sustrato de aislamiento 106 protege debidamente el conductor 114. En las figuras 1A y 1B se muestra el conductor 114 como un conductor único provisto de dos extremos 126 y 128 dispuestos en forma de bobina. Formas opcionales del modelo del conductor 114 emplean segmentos conductores únicos o múltiples y dispuestos debidamente en forma de meandro, serpentina, aleatoriamente, u otro modo. El conductor 114 está compuesto por un material con capacidad para conducir electricidad, como oro, plata, cobre, aluminio o cualquier otro metal similar. Cuando el conductor 114 transporta electricidad, se genera un campo magnético alrededor del conductor 114, coma se describirá con mayor detalle a continuación.

La consola 112 consiste en una armadura, extensión, afloramiento o elemento provisto de capacidad suficiente para ser afectado por una fuerza magnética. En el modelo que se muestra en la figura 1A, la consola 112 incluye un sustrato magnético 118 y un sustrato conductor 120. El sustrato magnético 118 puede estar formado por permalloy (como una aleación de NiFe) o cualquier otro material que sea magnéticamente sensible. El sustrato conductor 120 puede estar compuesto por oro, plata, cobre, aluminio y cualquier otro metal o material conductor. En varios modelos, la consola 112 se muestra en dos estados que corresponden a si el relé 100 está "abierto" o "cerrado", según se describe con mayor detalle más adelante. En numerosos modelos, el relé 100 se considera "cerrado" cuando un sustrato conductor 120 conecta el sustrato de etapa 110 con el contacto 108. A la inversa, el relé se considera "abierto" cuando la consola 112 carece de contacto eléctrico con el contacto 108. Debido a que la consola 112 se puede despba7ar físicamente dentro y fuera del contacto 108, se pueden flexibilizar varios modelos de la consola 112 a fin de que dicha consola se pueda curvar de la forma conveniente. La flexibilidad se puede conseguir variando el grosor de la consola (o de sus distintas capas de componentes), mediante dibujos, o practicando orificios o cortes en la consola, y también mediante el uso de materiales más flexibles. Opcionalmente, la consola 112 se puede convertir en un dispositivo articulado, como el que se describe a continuación en la figura 3. Aunque, por descontado, las dimensiones de la consola 112 pueden variar en gran medida de una implementación a otra, una consola 112 prototipo adecuada para ser utilizada con un relé micromagnético 100 puede tener una longitud del orden de 10-1.000 micras, un grosor de 1-40 micras y 2-600 micras de ancho. Por ejemplo, una consola prototipo de conformidad con el modelo que se muestra en la figura 1, puede tener unas dimensiones de unas 600 x 10 x 50 micras, o de 1.000 x 600 x 25 micras, o cualquier otra dimensión que resulte conveniente.

El contacto 108 y el sustrato de etapa 110 están situados sobre el sustrato aislante 106. En varios modelos, el sustrato de etapa 110 sirve de soporte a la consola 112 encima del sustrato aislante 106, creando una oquedad 116 en la que se puede practicar el vacío o rellenar con aire u otro gas, o con algún líquido, como aceite. Aunque las dimensiones de la oquedad 116 varían mucho entre diferentes implementaciones, una oquedad prototipo 116 poseer unas dimensiones comprendidas entre 1-100 micras, por ejemplo, unas 20 micras. El contacto 108 puede recibir la consola 112 cuando el relé 100 esté en estado cerrado, como se describe a continuación. El contacto 108 y el sustrato de etapa 110 pueden estar formados por cualquier material conductor, como oro, aleaciones de oro, plata, cobre, aluminio, o cualquier otro metal similar. En varios modelos, el contacto 108 y el sustrato de etapa 110 están formados por materiales conductores similares, y el relé se considera "cerrado" cuando la consola 112 ha completado el circuito entre el sustrato de etapa 110 y el contacto 108. En otros modelos se usan diferentes formulaciones para el contacto 108 y el sustrato de etapa 110, como las que se detallan a continuación, relativas a las figuras 3 y 4. En algunos modelos en los que la consola 112 no conduce electricidad, el sustrato de etapa 110 puede estar formado por un material que no sea conductor, coma Probimide, óxido o cualquier otro material. Además, los modelos alternados quizá no requieran un sustrato de etapa 110 si la consola 112 está sostenida sobre el sustrato aislante 106.

Principios del funcionamiento

Según una representación general del invento, el imán 102 genera un campo magnético H_{0} 134 que produce una magnetización (m) en la consola 112. La magnetización crea oportunamente un par en la consola 112 que obliga a dicha consola 112 a aproximarse al o a alejarse del contacto 108, según la dirección de la matización y de este modo sitúa al relé 100 en estado de abierto o cerrado. La dirección de la magnetización de la consola 112 se puede ajustar mediante un segundo campo magnético generado oportunamente por el conductor 114, como se describe con mayor detalle a continuación.

Siguiendo con las figuras 1A y 1B, el campo magnético H_{0} 134 se puede aplicar mediante un imán 102 inicialmente en dirección paralela al eje Z, de forma que el campo sea perpendicular a las dimensiones iniciales (por ejemplo, a la longitud) de la consola 112. El campo magnético 134 produce oportunamente una magnetización en la consola 112, la cual puede estar compuesta por un material magnético blando. Debido a la geometría de la consola 112, la magnetización de esta consola 112 se alinea oportunamente a lo largo del eje más largo de la consola, el cual corresponde a la longitud de la consola 112 (paralela al eje X) de la figura 1.

La orientación de la magnetización de la consola 112 depende a su vez del ángulo (alfa) entre el campo magnético 134 aplicado y el eje largo de la consola 112. Concretamente, cuando el ángulo (alfa) es menor de 90 grados, el momento magnético (m) de la consola 112 señala desde el extremo 130 de la consola 112 hacia el extremo 132. La interacción entre el momento magnético y el campo magnético H_{0} 134 crea de este modo un par en dirección contraria a las agujas del reloj en el eje 130 de la consola 112 que desplaza debidamente el extremo 132 hacia arriba, y abre de esto modo el circuito entre el sustrato de etapa 110 y cl contacto 108. De modo inverso, cuando el ángulo (alfa) es mayor que 90 grados, el momento magnético (m) de la consola 112 señala desde el extremo 132 hacia el extremo 130, creando así un par en el mismo sentido de las agujas del reloj en el extremo 130. El par que sigue el sentido de las agujas del reloj desplaza el extremo 132 hacia abajo para completar así el circuito entre el sustrato de etapa 110 y el contacto 108. Debido a que la magnetización (m) de la consola. 112 no cambia a menos que cambie el ángulo (alfa) entre el eje largo de la consola 112 y el campo magnético 134 aplicado, el par aplicado se mantendrá hasta que se produzca una alteración externa. Un par elástico de la consola o un obturador (como el contacto) equilibran el par magnético aplicado y el relé 100 ofrece de este modo dos estados estables que corresponden a las posiciones arriba y debajo de la consola 112 (y, por consiguiente, a los estados abierto y cerrado, respectivamente, del relé 100).

La conmutación se logra mediante una técnica de conmutación adecuada. En un modelo prototipo, la conmutación se consigue cuando se genera un segundo campo magnético que tiene un componente a lo largo del eje largo de la consola 112 que sea lo suficientemente potente coma para afectar la magnetización (m) de la consola 112. En el modelo que se muestra en la figura 1, el principal componente del segundo campo magnético es el componente del campo a lo largo del eje X. Debido a que la potencia del segundo campo magnético a lo largo del eje largo de la consola 112 es de interés primordial, la magnitud total del segundo campo magnético es significativamente menor que la magnitud del campo magnético 134 (aunque, por supuesto, se pueden emplear campos de cualquier potencia en los diferentes modelos). Un segundo campo magnético prototipo puede medir del orden de los 1,6 kA/m (20 Oersted), aunque, por descontado, en otros modelos se pueden utilizar campos más potentes o más débiles.

El segundo campo magnético se puede generar, por ejemplo, mediante un imán del tipo electroimán controlado electrónicamente. Opcionalmente, el segundo campo magnético se puede generar haciendo circular corriente a través del conductor 114. Mientras la corriente recorre el conductor 114, se produce un campo magnético de conformidad con la regla de la "mano derecha". Por ejemplo, la corriente que se produzca entre el punto 126 y el punto 128 del conductor 114 (figura 1B) genera un campo magnético "dentro" del centro de la bobina según se muestra, y que corresponde a las flechas del campo 122 de la figura 1A. De modo inverso, la corriente que fluya desde el punto 128 hasta el punto 126 de la figura 1, genera un campo magnético que fluye "fuera" del centro de la bobina que se muestra, y que corresponde a las flechas en trazos del campo 124 de la figura 1A El campo magnético puede formar un bucle alrededor del conductor 114, en el modo que también se muestra en la figura 1A, aplicando un componente horizontal (X) del campo magnético a la consola 112.

Cuando se varia la dirección de la corriente o de los impulsos eléctricos que fluyen en el conductor 114, se puede alterar a voluntad la dirección del segundo campo magnético. Al modificar la dirección del segundo campo magnético, la. magnetización de la consola 112 se puede ver afectada y el relé 100 se puede conmutar oportunamente a abierto o cerrado. Cuando el segundo campo magnético sigue la dirección de las flechas de campo 122, por ejemplo, la magnetización de la consola 112 señala hacia el extremo 130. Esta magnetización crea un par que sigue el sentido de las agujas del reloj en el extremo 130 y que sitúa la consola 112 en estado "abajo" cerrando oportunamente el relé 100. De manera inversa, cuando el segundo campo magnético sigue la dirección de las flechas en trazos de campo 124, la magnetización de la consola 112 señala hacia el extremo 132, y se produce un par en el sentido contrario a las agujas del reloj que sitúa a la consola 112 en un estado "arriba" que abre oportunamente el relé 100. Por consiguiente, el estado "arriba" o "abajo" de la consola 112 (y, por tanto, el estado "abierto" y "cerrado" del relé 100) se pueden ajustar controlando la corriente que fluye a través del conductor 114. Además, debido a que la magnetización de la consola 112 permanece constante sin recibir alteraciones externas, el segundo campo magnético se puede aplicar en "pulsaciones", o bien intermitentemente, según se requiera, para efectuar la conmutación del relé. Cuando el relé no requiera un cambia de estado, la energía aplicada al conductor 114 se puede eliminar, creando de este modo un relé enganchador 100 biestable que no requiere consumo de energía en los estados de reposo. Este tipo de relé resulta muy adecuado para aplicaciones en el espacio, aeronáuticas, de electrónica portátil y similares.

Fabricación de un relé enganchador

En la figura 2 se incluyen varias vistas laterales que muestran una técnica prototipo para la fabricación de un relé enganchador 100. Se da por entendido que el proceso que aquí se detalla sólo figura a modo ilustrativo de una de las numerosas técnicas que se pueden utilizar para crear un relé enganchador 100.

Un proceso de fabricación prototipo adecuado comienza con la colocación de un sustrato 102, el cual puede requerir un estrato aislante opcional. Como se ha indicado anteriormente, para fabricar un relé enganchador 100 se puede utilizar cualquier material de sustrato, de modo que no será necesaria una capa aislante si, por ejemplo, se emplea un sustrato aislante. En aquellos modelos que incluyan una capa aislante, ésta puede ser una capa de dióxido de silicio (SiO_{2}) o cualquier otro material aislante cuyo grosor sea de 100 nm (1.000 angstroms). El material elegido como material aislante y el grosor de la capa pueden variar en función de cada tipo de implementación.

Con referencia a la figura 2A, el conductor 114 está debidamente situado sobre un sustrato 104. El conductor 114 se puede obtener usando una técnica como la deposición (deposición de haz de electrones, por ejemplo), la evaporación, la galvanización o deposición catalítica de metales, o similar. En varios modelos, el conductor 114 presenta la forma de una bobina similar a la que se muestra en la figura 1. Opcionalmente, el conductor 114 presenta la forma de una línea, serpentina, circunferencia, meandro, aleatoria u otra forma. Una capa aislante 106 se puede enrollar o en todo caso, aplicar, al sustrato 104 y al conductor 114, tal y como muestra la figura 2B. Se puede aplicar una capa aislante 106, como una capa de material fotorresistente, dióxido de silicio, Probimide-7510, o cualquier otro material aislante con capacidad para aislar eléctricamente los dispositivos superiores. En varios modelos, la superficie del material aislante ha sido planarizada (pulida en plano) mediante alguna técnica de tipo mecánico-químico (CMP).

En la capa aislante 106, las zonas terminales de contacto 108 y 110 se pueden obtener mediante una técnica del tipo proceso fotolitográfico y grabado químico o similar (figura 2C). Los terminales 108 y 110 se pueden obtener depositando una o más capas de material conductor sobre la capa aislante 106 y seguidamente dando textura a los terminales mediante grabado químico, por ejemplo. En un modelo prototipo, los terminales 108 y 110 incluyen debidamente una primera capa de cromo (a fin de mejorar la adherencia a la capa aislante 106) y una segunda capa de oro, plata, cobre, aluminio o cualquier otro metal conductor. A los contactos se pueden añadir capas complementarias de metal utilizando métodos de electrodeposición o galvanotecnia para mejorar así la fiabilidad del contacto y disminuir la resistencia.

En cuanto a la figura 2D, los terminales de contacto 108 y 110 se pueden cubrir con una capa adecuada de material fotorresistente, aluminio, cobre u otro material, para formar la capa de protección 202. Se puede crear una obertura 206 en la capa de protección 202 sobre las zorras de la base de la consola 112 empleando procesos fotolitográficos, de grabado u otros procesos similares. La consola 112 se puede entonces obtener mediante deposición, erosión superficial u otra técnica, depositando una o más capas de material sobre la capa de protecci6n 202 y extendiéndola sobre la obertura 206, tal como muestra la figura 2E. Para mejorar la adherencia, en un modelo prototipo se puede depositar sobre la capa de protección 202 una capa de base 204 de cromo o cualquier otro metal, y también se pueden obtener una o más capas conductoras 120. Las capas 204 y 120 se pueden obtener, por ejemplo, mediante deposición seguida de grabado químico o mecánico. El grosor de la capa 120 se puede aumentar si se añade otra capa conductora (como oro, aleación de oro, etc.), empleando métodos de electrodeposición o de grabado. La consola 112 se obtiene, además, mediante electrodeposición, o bien depositando una capa 118 de permalloy (como permalloy NiFe) sobre la capa conductora 120, tal como muestra la figura 2F. El grosor de la capa de permalloy 118 se puede controlar variando la corriente de placa y el tiempo de electrodeposición. La electrodeposición a 0,02 amperios por centímetro cuadrado durante un período de 60 minutos, por ejemplo, puede producir un grosor de la capa de permalloy prototipo de unas 20 micras. En varios modelos, una capa adicional de permalloy 306 (como muestra la figura 3) se puede galvanizar encima de la consola 112 a fin de incrementar el rendimiento de dicha consola 112 ante el campo magnético.

En cuanto a la figura 2G, la capa de protección 202 se puede eliminar mediante, por ejemplo, separación en húmedo o seco (coma plasma de oxígeno) para así producir una obertura 116 entre la consola 112 y la capa aislante 106. En varios modelos, para obtener el relé 100 (figura 2H), la capa de adherencia 204 se puede eliminar perfectamente mediante grabado micro-mecánico u otra técnica. El relé 100 se puede entonces cortar y empaquetar con el imán 102 (según muestra la figura 1), o bien se puede procesar de la forma adecuada. Se da por entendido que el imán permanente 102 también se puede preparar directamente sobre el sustrato, colocado encima de la consola, o bien la bobina y la consola se pueden preparar directamente sobre un sustrato magnético permanente.

Modelos opcionales de relés enganchadores

En las figuras 3 y 4 se muestran modelos opcionales de un relé enganchador 100. Las figuras 3A y 3B muestra la vista lateral y la vista desde arriba, respectivamente, de un modelo opcional de un relé enganchador provisto de consola articulada 112. La vista en perspectiva de las figuras 3A y 3B ha experimentado una rotación de 90 grados en el plano X-Y a partir de la figura 1A y 1B, a fin de que se pueda apreciar en detalle la consola articulada. En cuanto a las figuras 3A y 3B, una consola articulada 112 incluye oportunamente uno o más resortes 302 y 304 que soportan un elemento magnéticamente sensible 306 sobre la capa aislante 106. El elemento 306 puede ser bastante grueso (unas 50 micras), en comparación con los resortes 302 y 304, que pueden estar hechos de material conductor. Como en los relés 100 detallados anteriormente de la figura 1, los relés 100 con consolas articuladas pueden tener capacidad de respuesta ante campos magnéticos, como los que generan el imán 102 y el conductor 114. En varios modelos, cuando el relé está en estado "cerrado", uno o ambos resortes 302 y 304 están en contacto con el terminal de contacto 108. Por supuesto, se puede emplear un número indeterminado de resortes. Por ejemplo, un resorte único se podría montar en cualquier parte del elemento 306. Aunque en la figura 3 se muestran los resortes 302 y 304 situados cerca del centro del elemento 306, los resortes también se pueden disponer cerca del extremo del elemento 306 en dirección al contacto 108, a fin de incrementar el par producido por el imán 102, por ejemplo.

La figura 3C consiste en la vista en perspectiva de una consola prototipo 112 adecuada para un uso conjunto con los modelos que se muestran en las figuras 3A y 3B. La consola 112 incluye un elemento 306 acoplado a la capa conductora 120. Los orificios 310 y/o 312 se pueden practicar en la capa conductora 120 a fin de mejorar la flexibilidad de la consola 112, y unos contactos de tetón 308 opcionales se pueden montar en la superficie de la capa conductora 120 para que permitan el contacto con el terminal de contacto 108. Los resortes 302 y 304 (que no aparecen en la figura 3C) se pueden fijar o instalar en cualquier punto de la consola 112 (como en el centro de la capa conductora 120 o en cada extremo de la capa conductora 120, según resulte más adecuado). Opcionalmente, los resortes pueden estar compuestos por material no conductor y la consola 112 puede proporcionar una vía conductora entre dos conductores separados en contacto simultáneo con la consola en estado cerrado, como se detalla seguidamente.

Las figuras 4A y 4B consisten en vistas laterales y vistas desde arriba, respectivamente de un modelo opcional de un recé enganchador 100. Como se muestra en la figura, varios modelos de la consola 112 pueden no conducir directamente electricidad desde la capa de etapa 110 al contacto 108. En estos modelos, un elemento conductor 402 se puede incorporar a la consola 112 para que proporcione el debido contacto eléctrico entre los contactos 108 y 408 cuando el relé 100 esté en estado "cerrado". Las figuras 4C y 4D consisten en vistas en perspectiva de un modelo prototipo opcional de la consola 112. En dichos modelos, la consola 112 puede incluir un tramo 118 magnéticamente sensible separado del tramo conductor 402 por una capa aislante 410, que puede consistir en un aislante dieléctrico, por ejemplo. Tal como se indica, en los tramos conductores 402 también se pueden incluir contactos de tetón 308. Cuando la consola 112 esté en el estado correspondiente al estado "cerrado" del relé 100, la corriente seguirá el sentido que indican las flechas 412 situadas entre los terminales de contacto 108 y 408 según corresponda.

la figura 5 consiste en la vista lateral de un modelo prototipo opcional del relé 100. En lo que se refiere a la figura 5, un relé 100 puede incluir un imán 102, una sustrato 104 y una consola 112 como se ha descrito anteriormente (por ejemplo, en relación con la figura 1). En lugar del (o adicionalmente al) conductor 114 instalado en el sustrato 104, no obstante, se puede colocar un conductor 114 en un segundo sustrato 504, como se índica. El segundo sustrato puede consistir en un sustrato de cualquier tipo, como plástico, vidrio, silicona o similar. Igual que en los modelos descritos anteriormente, el conductor 114 se puede revestir con una capa aislante 506, según corresponda. Para preparar un relé 100, los diferentes componentes se deben montar en los sustratos 104 y 504 y seguidamente los sustratos se alinearán y se colocarán del modo conveniente. Los dos sustratos 104 y 504 (y los diferentes elementos situados en ellos) se pueden distanciar entre sí mediante espaciadores, como los espaciadores 510 y 512 de la figura 5, que puede estar hechos de cualquier material.

Siguiendo con la figura 5, el contacto 108 se puede montar sobre la capa aislante 106, como se ha descrito antes. Opcionalmente, el contacto 508 se puede montar sobre el segundo sustrato 504 de la figura 5 (por supuesto, la consola 112 se puede reacondicionar, de modo que el tramo conductor de la consola 112 entre en contacto con el terminal 508). En otros modelos, ambos contactos 108 y 508 se puede preparar de forma que el relé 100 esté en estado inicial cuando la consola 112 esté en contacto con el terminal 108, en un segundo estado cuando la consola 112 esté en contacto con el terminal 508, y/o un tercer estado cuando la consola 112 no esté en contacto ni con el terminal 108 ni con el terminal 508. Por supuesto, para crear nuevos modelos del rolé 100, la disposición general del relé 100 que se muestra en la figura 5 se puede combinar con cualquiera de las técnicas y disposiciones que se describen antes.

Se sobrentiende que se pueden preparar otros modelos sin apartarse del ámbito de competencia del presente invento. Por ejemplo, se puede montar un relé de doble hilo incorporando un contacto adicional 108 que entre en contacto con la consola 112 cuando dicha consola esté en estado abierto. De modo similar, se pueden preparar distintas topografías y geografías del relé 100 variando la disposición de los diferentes elementos (como los terminales 108 y 110 y la consola 112).

El ámbito del presente invento se deberá determinar mediante las reivindicaciones adjuntas y no de los ejemplos aportados anteriormente.

Claims

1. Relé enganchador micro-magnético 100 formado por:

-: un sustrato (104);

-: un elemento móvil (112), sostenido por dicho sustrato y provisto de eje longitudinal;

-: un imán fijo inicial (102) que produce un campo magnético (134) inicial que provoca la magnetización de dicho material magnético, con las siguientes características:

: el antedicho elemento móvil será de material magnético y la mencionada magnetización dispondrá de un vector de magnetización que siga la dirección del antedicho eje longitudinal del antedicho elemento móvil, cuyo campo magnético (134) inicial antedicho sea perpendicular a dicho eje longitudinal, y

: un conductor (114) formado por una bobina que produce un segundo campo magnético (122, 124) destinado a producir la conmutación de los elementos mencionados entre dos estados estables y en los que una corriente provisional al fluir por dicho conductor produzca el segundo campo magnético mencionado, de modo que un componente del mencionado segundo campo magnético paralelo al antedicho eje longitudinal modifique la dirección del vector de magnetización y como resultado el mencionado elemento móvil 112 efectúe la conmutación entre los dos estados estables mencionados.

2. El dispositivo de la reivindicación 1, donde dicho elemento móvil 112 esté sostenido por una capa de estado (110) soportado por dicho sustrato (104).

3. El dispositivo de la reivindicación 1, donde dicho elemento móvil 112 esté sostenido por una articulación soportada por dicho sustrato.

4. El dispositivo de la reivindicación 1, donde el conductor (114) incluya un electroimán.

5. El dispositivo de la reivindicación 4, donde el electroimán incluye una bobina.

6. El dispositivo de la reivindicación 5, donde dicha bobina está situada sobre un sustrato.

7. El dispositivo de la reivindicación 1, donde el antedicho elemento móvil (112) incluya una consola soportada por una articulación sobre el mencionado sustrato (104).

8. El dispositivo de la reivindicación 7, donde la articulación soporta dicha consola por su centro a lo largo del eje longitudinal.

9. El dispositivo de la reivindicación 1, donde el mencionado elemento móvil (112) está situado en el primer lateral de dicho sustrato (104) y dicho imán inicial (102) esté situado en el segundo lateral de dicho sustrato.

10. El dispositivo de la reivindicación 1, donde el antedicho material magnético comprende un material de permeabilidad elevada.

11. El dispositivo de la reivindicación 10, donde dicho material de permeabilidad elevada incluye permalloy.

12. Un método de funcionamiento del dispositivo enganchador micro-magnético (100), cuyo funcionamiento comprende las fases de:

-: proporcionar un elemento móvil 112, soportado por un sustrato (104) provisto de material magnético y eje longitudinal.

-: producir un campo magnético inicial (134) con un imán fijo inicial (102) que produce la magnetización del material magnético, magnetización que se caracteriza porque el vector de magnetización suela en dirección al eje longitudinal del elemento móvil, siendo el campo magnético inicial (134) perpendicular al eje longitudinal, y

-: producir un segundo campo magnético (122, 124) en un conductor (114) que comprende una bobina para conmutar cl elemento móvil (112) entre dos estados estables, en los cuales sólo se precisa la aplicación temporal del segundo campo magnético para modificar la dirección del vector de magnetización, originando de este modo que el elemento móvil (112) pueda conmutar entre los dos estados estables.

13. El dispositivo de la reivindicación 12, donde el segundo campo magnético (122, 124) se produce mediante un electroimán.

14. El dispositivo de la reivindicación 13, donde el electroimán es una bobina.

15. El dispositivo de la reivindicación 14, que contiene adicionalmente la fase de colocación de la bobina sobre el sustrato (104).

16. El dispositivo de la reivindicación 12, donde el elemento móvil (112) es una consola soportada por una articulación.

17. El dispositivo de la reivindicación 16, donde la consola es soportada por una articulación situada en su centro a lo largo del eje longitudinal.

18. El dispositivo de la reivindicación 12, que contiene adicionalmente la fase de situar el elemento móvil (112) en el primer lateral del sustrato y el primer imán (102) en el segundo lateral del sustrato (104).

19. El dispositivo de la reivindicación 12, donde el campo magnético está formado por un material de permeabilidad elevada.

20. El dispositivo de la reivindicación 19, donde el material de permeabilidad elevada es permalloy.