[发明专利]具备高电磁作用力的微电磁执行器

说明书

本发明公开了具备高电磁作用力的微电磁执行器，包括永磁体和微线圈，其特征在于：所述微线圈由若干个相同的矩形铜线圈并排形成平面微线圈，每两个矩形铜线圈之间的间距均相同；所述永磁体由若干磁条拼接而成，每两个相邻磁条的磁化方向均不同。在上述微线圈的设计基础上，可以将永磁体分别设计为：1）面外多极结构；2）面内多极结构；3）基于Halbach构型的结构。相比于传统设计，本发明结构简单，微线圈生长容易，而且能大大提高电磁作用力，方便适用于更多微系统中。

技术领域

本发明是关于微电磁执行器设计的技术领域，具体涉及具备高电磁作用力的微电磁执行器。

背景技术

微电磁执行器主要用于各种微系统中，通常使用块状永磁体和平面微型线圈的设计，该结构中包括永磁体和线圈，常规设计结构中：永磁体为块状永磁体，其磁向从底面单向向上，微线圈位于下方，为绕制成的螺旋形平面铜线圈，微型线圈的线宽一般为0.01~0.2mm，线间距为0.01~0.2mm。上述结构中，永磁体位于微线圈上面，永磁体与微线圈之间的间距为0.01~3mm，微线圈中的电流密度为10~100A/mm²，这种结构的微电磁执行器产生的作用力较小。一般为了提高作用力通常采用增加线圈匝数和设置铁芯，如图1-3所示。但是要制作多匝线圈工艺复杂，容易生长失败。

为提高其作用力，研究者提出使用双层或多层平面微线圈的构型，参见“基于MEMS工艺的高能量密度微电磁驱动器”（《光学精密工程》，2007年6月，15（6）：866-872），该文献中提供的结构，包括：双层铜质微平面线圈和厚度较大的NiFe合金铁芯。是通过在硅片上刻蚀深槽来生长平面线圈。平面线圈制作在硅片的正反两面，上下两层用过线孔连接；在线圈中央刻蚀出深槽及过线孔，然后用微电铸工艺制作大厚度合金磁芯。当平面线圈输入交变电流时，线圈产生交变磁场，磁场作用于磁性薄膜产生电磁力。但是这种结构相对也较为复杂，制备工艺也较上面的结构复杂，因为是两层微线圈，那么在制作过程中也容易生长失败，同时实现的作用力也依然偏小。

所以需要设计一种结构既简单，作用力又能较大提高的微电磁执行器。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供了具备高电磁作用力的微电磁执行器，通过调整微线圈的结构，并匹配设计通过多个不同磁向磁条构成相应的永磁体，从而优化磁场的电磁力，大大提高微电磁执行器的作用力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

具备高电磁作用力的微电磁执行器，包括永磁体和微线圈，其特征在于：所述微线圈由若干个相同的矩形铜线圈并排形成平面微线圈，每两个矩形铜线圈之间的间距均相同；所述永磁体由若干磁条拼接而成，每两个相邻磁条的磁化方向均不同。

在上述微线圈的设计基础上，可以将永磁体分别设计为以下不同的三种结构：

1）面外多极结构：若干磁条拼接形成块状结构，每两个相邻磁条的磁化方向平行于相邻面，且磁性相反；

在该结构中，进一步设计为：所有磁条均为相同的长方体状。

在该结构中，进一步设计为：微线圈的矩形铜线圈个数与永磁体的磁条个数比例为1:1。

在该结构中，每个矩形铜线圈内的电流呈环形流向；同时，相邻两个矩形铜线圈的电流流向相反，一个顺时针方向，另一个逆时针方向。

2）面内多极结构：若干磁条拼接形成块状结构，每两个相邻磁条的磁化方向垂直于相邻面，且磁性相反；

在该结构中，进一步设计为：所有磁条均为相同的长方体状。

在该结构中，进一步设计为：微线圈的矩形铜线圈个数与永磁体的磁条的个数比例为1:2。

在该结构中，每个矩形铜线圈内的电流均呈相同方向的环形流向。