EP1399938B1 - Magnetic actuator with reduced response time - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to magnetic actuators whether they be miniature or larger size. We talk about micro-actuators when they are miniature. The realization of such actuators uses machining techniques from mechanical structures, micro-machining or techniques used in microelectronics.
- actuators are used in particular to make electrical, optical, power, high frequency, switches, but also to realize pumps, valves, engines.
- switch is meant a device with several contacts that can be closed separately while the relay has only one or more close at the same time. These contacts can be in open or closed position.
- Electromagnetic relays and switches are widely employees in many applications such as telecommunications in transmission or reception, in optical telecommunications, in equipment of automatic tests, in automobile, in aeronautics and in consumer electronics.
- Pumps, valves, motors can be used in broad areas of application and including microbiology, medicine, optics etc.
- Known types of actuators include a fixed magnetic part 1 and a magnetic part mobile 2 who cooperate.
- the fixed magnetic part 1 is magnetically connected to the moving magnetic part.
- FIG. 1 shows a example of magnetic actuator of known type to a single gap.
- the fixed magnetic part 1 and the part movable magnet 2 form a magnetic circuit 6 closed on itself able to guide a magnetic flux.
- the fixed magnetic part 1 and the moving magnetic part 2 are stacked on top of each other.
- the circuit magnetic 6 cooperates with means 7 to generate the magnetic flux.
- the fixed magnetic part and the part mobile magnet 2 each comprise a portion 12, 8 respectively, helping to delimit an air gap 9 so that a force can be exerted at the level of the portion 8 of the movable part 2 to move it under the effect of the magnetic field.
- the fixed magnetic part 1 comprises a base or breech 10 which is extended by a first stud 11 and a second magnetic stud 12.
- second magnetic stud 12 helps delimit the gap 9.
- the cylinder head 10 is connected magnetically to the mobile magnetic part 2 via the first stud 11. It also has a role of mechanical maintenance of the part mobile magnetic 2 with respect to the magnetic part fixed 1.
- the fixed magnetic part 1 and the part mobile magnetic 2 extend one above the other, in substantially parallel planes when the actuator is in the open position.
- the magnetic circuit 6 in closed loop follows each other in one of the direction of circulation of the magnetic flux: the yoke 20, the first magnetic stud 11, the mobile part 2, the gap 9 and the second magnetic pad 12.
- Sa reference 6 schematizes the path traveled by the flow magnetic when crossing the different elements who compose it.
- the mobile magnetic part 2 is in the example shaped arm with a support end 13 connected to the first magnetic stud 11 and another free end that corresponds in the example to the portion 8 helping to delimit the gap 9.
- the end free serves as an electrical contact that the arm is made of electrically conductive material or that the arm is equipped with an electrical contact. No contact electric was not shown.
- Means 7 to generate the flow Magnetic may include one or more coils surrounding one or more pieces of the game fixed magnet 1 and / or mobile magnetic part 2 and / or possibly one or more magnets permanent. When an electric current flows in a coils a magnetic flux is produced. It is materialized by the closed loop with arrows.
- a winding 7 was represented around the first magnetic pad 11.
- Several coils could be used, they could be around breech 10, around the second magnetic stud 12 or even around the part movable magnetic 2.
- Magnetic flux available in the air gap 9 corresponds to the one that is guided by the magnetic circuit 6 on both sides of the air gap 9.
- the maximum magnetic flux that can be guided by a piece of magnetic material is function magnetic material and section of the workpiece.
- the section of the magnetic circuit 6 can be substantially homogeneous throughout its length. In this case the mechanical performance of the actuator is mediocre.
- the section of the game mobile magnet 2 is lower than that of the part fixed magnet 5 for mechanical reasons. Indeed it is sought that the stiffness of the movable part 2 not too important for her to bend easily.
- One of the ways to reduce the stiffness of the moving part is to reduce its section. This reduction of the section of the moving part is done at detriment of the possibility of flow passage magnetic element in the moving magnetic part, which leads to a decrease in the force at the level of the air gap and an increased response time of the part mobile.
- Figure 2 illustrates a micro-relay in view On top. This micro-relay is realized in form planar and no longer in stacked form. He was described in the article: "Fully Batch Fabricated Magnetic Microactuators Using A Two Layer LIGA Process "by B. ROGGE, J. SCHULZ, J. MOHR, A. THOMMES and W. MENZ in TRANDUSCERS '95 - EUROSENSORS IX pages 320 to 323.
- the movable magnetic part 2 corresponds to a free end 17 of a mobile arm 5 whose other end 13 is a bearing end secured to the support 3.
- the arm 5 and the part Magnetic fixed 1 are located next to each other substantially in the same plane, parallel to the plane of the support 3. The movement is in the plane of the arm 5 and the fixed magnetic part 1.
- the free end 17 ends with a mobile electrical contact 16 intended to come against a fixed electrical contact 15 carried by the support 3.
- the fixed magnetic part 1 has in this example a cylinder head 10 secured to one side of a magnetic block 12 which contributes to delimit the gap principal 9 with the mobile magnetic part 2. From the other side, the bolt 10 is integral with a magnetic extension 14, in this example in the form of arm, which comes opposite the magnetic stud 12. This magnetic stud 12 and the magnetic extension 14 delimit an auxiliary air gap 18.
- the magnetic circuit 6 then comprises the cylinder head 10, the first magnetic pad 12, the second air gap 18, magnetic extension 14 and bypass the gap 9 and the mobile magnetic part 2.
- the low rigidity of the arm 5 implies a restoring force weak which slows down the movement in repulsion of the arms.
- the magnetic circuit 6 cooperates with means 7 to generate the flow magnetic. They were represented by a winding around breech 10 and another around his extension 14.
- this relay is of stacked construction.
- the mobile magnetic part 2 is a portion of a larger moving part 5 but this last is only sketched in the figures. It's missing its connection to a fixed element which can be for example a support on which would rest the magnetic part 1. The reason for this absence is that the link to the fixed element plays no magnetic role.
- the fixed magnetic part 1 comprises, in this example, a breech 10 which is prolonged, in a central zone, by a central magnetic block 12 helping to delineate with the magnetic part mobile 2 the main airgap 9. It is assumed that the mobile magnetic part 2 corresponds substantially to the hatched portion of Figure 3A and that it takes the shape of a plate.
- the cylinder head 10 is also integral, on either side of the central block 12, two magnetic extensions 14 that project to the movable magnetic part 2. These extensions 14 are end in opposite, near the party mobile magnet 2, they each contribute to delimit with the moving magnetic part 2 a auxiliary air gap 18.
- the magnetic circuit 6 then comprises, at following each other, breech 10, one of the extensions 14, the auxiliary air gap 18, the part mobile magnet 2, the main air gap 9 and the stud magnetic 12 central.
- the extensions 14 allow only better guidance of the magnetic flux at vicinity of the moving magnetic part 2. This is the only way of guiding the flow and creating a additional air gap. There is no direct way flow guidance.
- the magnetic flux flowing in the magnetic circuit 6 follows two closed loops that get join in the central stud 12. These two loops are symmetrical if the magnetic circuit is symmetrical with respect to a median axis passing through the central stud 12 in the direction of movement.
- the magnetic part mobile 2 is a conductor of electricity, it plays the role of an electrical contact that when it gets closer of the central stud 12 under the effect of the induced force comes close an electrical circuit.
- This circuit electrical ends with two fixed contacts 15 inserted between the central magnetic block 12 and the movable magnetic part 2. These electrical contacts fixtures increase the size of the gap.
- the magnetic circuit 6 cooperates with means 7 to generate the flow magnetic. They were represented by a winding surrounding the central magnetic block 12.
- the flow magnetic in the main air gap 9 is not optimum, because when looking to close the actuator, the magnetic flux in the cylinder head 10 is well guided towards the extensions 14 but all this flow does not pass through the mobile magnetic part 2 towards the main air gap 9, leaks occur significant flow between the extensions 14 and the breech 10, through the central stud 12, without passing neither by the mobile magnetic part 2 nor by the gap principal 9.
- the present invention aims to realize an electromagnetic actuator whose strength applying on the moving part and the speed are increased compared to conventional actuators and which avoids a damping of the magnetic part mobile.
- Such an actuator makes it possible to have a significant displacement force while retaining the moving part a reduced section so that it has compatible mechanical properties with the reduction of the mechanical response time.
- the present invention proposes a magnetic actuator having a circuit closed magnet, able to guide a magnetic flux, this magnetic circuit having a magnetic part fixed with a cylinder head and a moving magnetic part magnetically connected to each other and moreover, at least a main air gap delimited by at least one portion of the moving magnetic part and by the breech and in which the magnetic flux closes in establishing itself substantially across the mobile magnetic.
- the fixed magnetic part comprises more ways of recovering flows that help to delineate with the magnetic part mobile, an auxiliary air gap in which the flow Magnetic is established laterally to the part mobile magnetic field, the magnetic flux being contained in either side of the main air gap on one side the breech and the other jointly by the party mobile magnetic and by means of recovery of flow via the portion contributing to delimit the gap principal, the auxiliary airgap having a dimension in the flow setting direction that is minimum at the level of at least one zone of the portion helping to delimit the main air gap.
- At least a first magnetic stud allows to mechanically and magnetically connect the cylinder head to the moving magnetic part.
- At least one second magnetic pad helps to delimit the main gap, this stud magnetic being from either the breech or the mobile magnetic part.
- this stud magnet is made of a hysteresis material.
- At least one other magnetic pad allows mechanically and magnetically connect the cylinder head to flow recovery means.
- the actuator comprises means for generate the magnetic flux in the magnetic circuit closed, these means for generating the magnetic flux can be made by at least one winding.
- the mobile magnetic part can overall take the form of at least one arm to a or several non-parallel branches, connected between they at the level of the portion contributing to delimit the main air gap.
- the means of recovery of flow can overall take the form of at least one arm to a or more branches.
- the moving magnetic part could take the form of a star with several branches.
- the means flow recovery present, in the direction displacement of the moving magnetic part, a thicker than that presented by the party movable magnetic in the direction of movement, so that the auxiliary air gap is delimited by surfaces that remain opposite when the displacement.
- the main air gap is defined by two surfaces opposite, the first belonging to the portion of the moving magnetic part and the second belonging to the breech, the first surface area is greater than the second surface and exceeds around the second surface.
- the dimension of the auxiliary air gap in the sense of establishing the magnetic flux, which is almost maximal near the portion helping to delimit the main air gap and that it decreases the more one moves away from it.
- the mobile magnetic part may comprise at least one through opening, in the sense of a displacement, in the moving magnetic part of to further reduce the depreciation.
- the actuator can be stacked type, the cylinder head forming a first level and the whole formed by the flow recovery means and by the part mobile magnetic a second level.
- At least one of the levels has a form oblong substantially rounded at both ends.
- At least one of the levels may have at least one central opening therethrough.
- the actuator can be substantially symmetrical with respect to a median plane passing through the substantially movable magnetic part perpendicular to the direction of movement.
- the actuator can be used to close or open an electrical circuit.
- the portion contributing to delimit the main airgap may include at least an electrical contact for contacting at least one other electrical contact when the actuator is closed.
- the mobile magnetic part can end with at least an electrical contact offset from the portion helping to delimit the main air gap, this electrical contact being intended to contact at least another electrical contact when the actuator is closed.
- the electrical contact can be isolated electrically of the moving magnetic part.
- the moving magnetic part can be in magnetic material conducive to electricity.
- the present invention also relates to a relay having a magnetic actuator as well defined.
- the present invention also relates to a switch having at least one actuator magnetic so defined to present several main air gaps.
- the present invention also relates to a pump comprising a magnetic actuator thus defined, in which the mobile magnetic part is secured of a membrane helping to delimit a cavity for circulate a fluid.
- Figures 4A to 4D respectively show in top view, in cross section along the axis BB, in cross section along the axis CC, in view from below a magnetic actuator according to the invention.
- Such an actuator may for example be a micro-relay used in particular in devices portable telephones. It is feasible in micro-technology with stacked layers.
- circuit magnetic closed 26 able to guide a magnetic flux, is shown schematically by the bold arrows. It has a fixed magnetic part 21 and a magnetic part mobile 22 magnetically connected to each other.
- the fixed magnetic part 21 has a substantially flat cylinder head or base 30 which extends on one side by a first magnetic stud 31 for magnetically connect the fixed magnetic part 21 and the moving magnetic part 22. It is extended by the other side by a second magnetic pad 32 which helps delineate a main air gap 29 between the fixed magnetic portion 21 and a portion 28 of the movable magnetic part 22. It furthermore comprises 40 stream recovery means that will be detailed thereafter.
- the moving magnetic part 22 is shaped substantially plane arm having an end 33 of solidarity support of the first magnetic stud 31 and ending with a free end.
- the free end corresponds to the portion 28 that helps to delimit the main air gap 29.
- This portion 28 has a maximum amplitude during a displacement of the mobile magnetic part 22.
- This portion 28 is opposite the second stud magnetic 32, it is on this portion that applies the force generated during the actuation.
- the first magnetic pad 31 also has a role of mechanical anchoring of the magnetic part mobile 22 to the fixed magnetic part 21. This anchoring can be done by embedding or by articulation.
- the first magnetic block can be realized in totality in magnetic material or only in part.
- the second magnetic pad 32 which contributes to delimit the main air gap 29 may have a role of electrical contact in the application of a relay electric.
- the two magnetic studs 31, 32 are located at both ends of the bolt 30.
- the flow magnetic closes by establishing itself transversely in the plane of the moving magnetic part 22.
- the fixed magnetic part 21 comprises means for flux recovery 40, magnetically connected with the cylinder head 30 which delimit with the magnetic part mobile 22 at least one auxiliary air gap 38 lateral wherein the magnetic flux settles laterally to the moving part 22.
- the connection between the cylinder head 30 and the means of stream recovery 40 is done through the first magnetic stud 31.
- the means to generate the magnetic flux 27 can be made by one or more windings placed around the magnetic circuit 26 closed.
- One or several permanent magnets can be provided in supplement or instead of coils.
- FIGS. 4 the means for generating the magnetic flux are not represented, in a for the sake of clarity, but they are visible in the figures 5 described later. They can be placed around of the breech, magnetic studs, means of flux recovery or even the magnetic part mobile, if they do not interfere with the movement.
- the means of stream recovery 40 are represented such an arm to two branches 41, substantially flat with one end 40.1 magnetically unrelated and a support end 40.2 connected magnetically and mechanically to the cylinder head 30 via the first magnetic stud 31.
- 40 flow recovery means are located substantially in the same plane as the magnetic part mobile 22.
- the two branches 41 are joined to two ends of the arm 40.
- the two branches delimit a space in which the part takes place
- the magnetic mobile magnetic part 22 and the means of 40 flux recovery are integral to the same first magnetic stud 31, but several studs could to be present.
- the means of recovery of flows 40 surround the fixed magnetic part 22 and the gap lateral auxiliary 38, which they help to delimit, borders the mobile magnetic part 22 since its flush mounting end 33 up to portion 28 helping to delimit the main air gap 29.
- the means of recovery of flows 40 cooperate with the moving magnetic part 22. They recover some of the magnetic flux established in the main air gap 29 which, when the part magnetic magnet 22 is in a saturated state, can not be guided by it. This may be the case when the main air gap 29 is low, when the relay is being closed for example, especially for deposited thin-film materials electrolytic for example, for which the value of the saturation induction is weak.
- FIGS. 4 flow circulation magnetic has been shown.
- the magnetic flux that settles in the auxiliary gap 38 is directed substantially transversely to that which is established in the main gap 29 and therefore substantially transversely to the movement.
- the closed magnetic circuit 26 includes a section comprising the means of flux recovery 40 and the moving magnetic part 22 mounted in parallel, this section being in series with another section including the first magnetic block 31, the cylinder head 30, the second magnetic pad 32 and the main air gap 29 mounted in series.
- the means of recovery of flows 40 allow to increase the section of the magnetic circuit in the part corresponding to the magnetic part mobile and therefore to guide a more magnetic flux important that the one that could be guided in the lack of recovery means. These means of 40 stream recovery are used before, during, and after the movement of the moving magnetic part 22.
- the reluctance of the magnetic circuit 26 is decreased by the magnetic elements put in place and the gain of Magnetic flux and force are appreciable.
- the reluctance of a magnetic circuit is the equivalent of the resistance of an electrical circuit.
- the strength gain magnetic drive causes a decrease in the time of mechanical switching.
- the distance between the magnetic part mobile 22 and the flow recovery means 40 characterizes the auxiliary airgap 38. It can be substantially constant as shown in Figure 4A. However, it is best to adjust to adjust the passage of the flow and optimize the force exerted on the maximum amplitude portion 28 and avoid depreciation. It is better that the dimension D1 of the auxiliary air gap 38, in the direction the magnetic flux, which is minimal at level of at least one area of the contributing portion 28 to delimit the main air gap.
- the flow recovery means 40 have, in the direction of movement, a thickness E1 greater than that E2 of the mobile magnetic part 22 so that the surfaces delimiting the air gap auxiliary 38 remain in opposite.
- the main air gap 29 is delimited by the portion 28 of the moving magnetic portion 22 which has a surface S1 and the second stud magnetic 32 of the cylinder head 30 which has a surface S2 facing the surface S1.
- the surface S1 is more large than the S2 surface and that it exceeds around the surface S2.
- the surface S1 exceeds a distance P1 the surface S2.
- the magnetic flux contained in the means recovery 40 then goes more willingly into the portion 28 of the moving magnetic portion 22 that in the second stud 32.
- Figures 5A and 5B are two variants, seen from above, of a magnetic actuator according to the invention. These figures are comparable to Figure 4A with respect to the overall shape of the mobile magnetic part 22 and the magnetic flux recovery means 40.
- FIG. 5A shows the means to generate the magnetic flux 27 in the form of one or several windings 27.1 to 27.3.
- windings 27.1 to 27.3 There are a large number of possibilities to dispose of them and to realize them.
- Windings 27.1 the studs 31, 32 are spiral windings. This guy winding, compatible with micro-technologies, is easy to achieve. Windings 27.2, 27.3 around arm and branches were represented as type solenoid. One or more windings 27.4 of the latter type for example, can be associated with the breech 30 as shown in Figure 6B.
- These means 42.1 may consist in providing along the moving magnetic part 22 one or several first zones Z1 at which the 40 magnetic flux recovery means are more only in one or more Z2 zones.
- the auxiliary air gap 38 has a dimension in the direction of establishment of the magnetic flux that is minimum in at least one area of the 28th helping to delimit the main air gap. is therefore larger in at least one area outside of said portion 28.
- the mobile magnetic part 22 is an arm that ends 28, the latter being enlarged by relative to the width of the arm.
- the distance D2 between the flow recovery means 40 and the part magnetic magnet 22 is near maximum in the vicinity of the 28th portion and it decreases more away from it. At level of the portion 28 the distance D1 is minimal as we saw earlier. In FIGS. 5A, 5B, the minimum dimension D1 exists all around the portion 28.
- auxiliary airgap If the size of the auxiliary airgap is substantially constant, air is likely to remain trapped at the moving magnetic part 22, which dampens his movement.
- These means to promote the exhaust may also consist of providing the magnetic part mobile 22 through apertures 42.2 in the direction of the movement. This configuration is illustrated in Figure 5B in combination with adjusting the distance between the magnetic part mobile 22 and the flux recovery means 40. find a series of openings 42.2 along the arm from the bearing end 33 to the portion 28 and two sets of openings along the portion 28.
- Figures 5C and 5D show two more configurations of the auxiliary air gap 38, they are derived from Figures 5A and 5B.
- the magnetic part mobile 22 may move sideways in the plan of the auxiliary airgap 38 to come to contact the flow recovery means 40, because of a mechanical instability due to magnetic forces between the mobile magnetic part 22 and the flux recovery means 40.
- the magnetic part mobile 22 may come crashing against the means 40. This generates a disfunction and wear of the actuator.
- first magnetic pad 31 and the second magnetic pad 32 are derived from the moving magnetic part 22 instead from the fixed magnetic part 21.
- the 40 stream recovery means are always connected magnetically and mechanically at the breech 30 by the first magnetic stud 31.
- the second magnetic stud 32 is then part of portion 28 of the game movable magnet 22.
- the main air gap is delimited by the second magnetic pad 32 and by the portion of the breech that is opposite with this second stud magnetic.
- the bolt 30 exceeds the entire mobile magnetic part 22-means of stream recovery 40 on much of his periphery. It can also provide at least one through opening on at least one of the levels for reduce the areas facing each other. In the example, the breech 30 is provided with a large opening 43 substantially central. This configuration is not others are possible.
- relay has been made by conventional technologies assembly and machining of mechanical structures by opposition to micro-technologies.
- Such a relay relatively massive is particularly suitable for the high powers.
- This relay is shown in top view in Figure 7A and in section in Figure 7B.
- the fixed magnetic part 21 with the bolt 30 magnetically and electrically connected to the part mobile magnet 22 via the first holding stud 31.
- the second stud 32 which contributes to delimit the main air gap 29 is massive.
- the means for generating the magnetic flux 27 are made by a winding arranged around the second stud 32.
- the mobile magnetic part 22 is an arm with a bearing end 33 connected to the first stud 31 and a free end forming the portion 28 which comes into opposite the second stud 32 to delimit the gap principal 29.
- the flow recovery means 40 are made by a massive arm mechanically connected and magnetically by one of its ends 35 at the cylinder head 30 via a third stud 34. Like the other two studs, this third stud 34 is a protuberance with respect to the breech 30. On could consider that this third stud 34 is issued 40 flow recovery means instead of doing part of the breech.
- the other end 36 of the arm is not connected magnetically, she comes close to the mobile magnetic part 22 and contributes with this the last to delimit the auxiliary airgap 38.
- the mobile magnetic part and the flow recovery means were directed substantially in the same direction while in this configuration their directions are substantially perpendicular. Their magnetic binding points with the breech are distinct.
- the mobile magnetic part 22 and the second stud magnetic 32 are electrically conductive and make part of an electrical circuit that is open when the actuator is open and that is closed when the actuator is closed.
- FIG. 7C illustrates this configuration.
- the magnetic part mobile 22 is now connected by its end 33 supporting a breech with two branches 30.1, 30.2 substantially parallel and this connection is made by first two studs 31.1, 31.2 in the extension one of the other. It is the same for the means of 40 flux recovery. They are magnetically connected each to a branch 30.1, 30.2 of the bolt 30 via two third studs that are not visible on the Figure 7C but which are in the extension one of the other.
- the second magnetic studs 32.1, 32.2 are made of a hysteresis material, one can obtain two stable states of the actuator.
- Figure 7D illustrates a relay having substantially the same structure but realized in micro-technology.
- a substrate 70 for example in silicon.
- An opening 71 is etched in the substrate to realize the means to generate the flow magnetic 27 in the form of a spiral winding.
- a sacrificial layer made of silicon oxide for example, it is engraved at the level of magnetic bonding pads 31, 34.
- a resin is deposited photolithographically at through a mask and developed to create a box in which we will deposit the moving magnetic part 22 and the flux recovery means 40.
- the layer sacrificial is then released under the party mobile magnetic to give him his freedom to movement.
- the sacrificial layer is not shown in Figure 7D but its location is found between the substrate 70 and the magnetic part 22. The latter masks the means of stream recovery.
- the moving magnetic part 22 is prolonged beyond the main air gap 29 to come into screws of the two electrical contacts 75 carried by the 70.
- both electrical contacts 75 are electrically connected via the free end of the movable magnetic part 22.
- the magnetic part mobile or at least its free end is carried out in magnetic material conducive to electricity.
- breech 30 which is supported by a support 80 which can be glass, ceramic or in silicon for example.
- Figure 8B it has a first single stud 31 which ensures both its connection magnetic with the mobile magnetic part 22 and with the flow recovery means 40 and a second plot 32 which helps to delimit the main air gap 29.
- Figure 8C it has a pair of first pads 31.1, 31.2 which ensures both its magnetic connection with the moving magnetic part 22 and with the flow recovery means 40 and a second stud 32 which helps to delimit the main air gap 29.
- the auxiliary air gap has a dimension in the direction of establishment of the flow which is minimal at the level of at least one zone of the portion helping to delimit the gap main.
- the mobile magnetic part 22 is always in the form of substantially plane arms but instead of being massive arm consists of two branches 22.1, 22.2 not parallel. On one side branches 22.1, 22.2 are magnetically and mechanically connected to either the first single stud 31, at one of the studs 31.1, 31.2 of the pair and on the other they come together to form the portion 28 which helps to delimit the gap principal 29.
- the flow recovery means 40 are shaped like a substantially plane arm which is housed between the two branches 22.1, 22.2 of the mobile magnetic part 22 substantially in the same plan.
- the branches 22.1, 22.2 are substantially symmetrical with respect to a longitudinal axis of the arm flow recovery means 40.
- This arm is magnetically and mechanically connected to one side, either to the first single pad 31, or to the pair of first pads 31.1, 31.2, and on the other side is free. he is approaching the portion 28. It delimits with the movable magnet 22 the auxiliary air gap 38.
- the means 27 to generate the flow take the form of a or several windings.
- Figure 8B we have represented a single winding 27 around the first stud 31 single while in Figure 8C is shown a winding 27.1, 27.2 around each of the pads 31.1, 31.2 of the pair. We could have added a winding around the second stud 32.
- the cylinder head is electrolytically deposited.
- the depot is then planarized to keep the breech 30 only in the box 130 ( Figure 13B).
- a dielectric layer is then deposited 81, for example, silicon oxide, and is etched at least one box 132 to delimit the means 27 for generate the flux in the form of winding with their studs electrical control.
- This engraving is preceded a lithography step. It does not reach the the cylinder head 30.
- the conductive tracks of the coils 27, for example copper, are deposited by electrolysis, this step is preceded by the deposition of an underlayer driver and is followed by a planarization step ( Figure 13C).
- a new dielectric layer is deposited 82.
- the two dielectric layers 81, 82 are etched caissons 133 for delimiting the studs 31, 32. This engraving is preceded by a step of lithography.
- the boxes 133 reach the breech 30.
- the magnetic studs 31, 32 are deposited electrolysis, this step is preceded by the deposit of a conductive underlayer and is followed by a step planarization ( Figure 13D).
- a sacrificial layer is then deposited 83 for example in silicon oxide, and it is serious to clear the first magnetic stud 31 and ensure a separation between the moving magnetic part and the fixed magnetic part with recovery means flows that will be deposited ( Figure 13E).
- a layer of material is then deposited magnetic to achieve the fixed magnetic part with the flow recovery means 40 and the part movable magnet 22 and by a lithography step and engraving they are delimited. Finally, the layer sacrificial 83 is removed, for example by etching chemical, under the moving magnetic part 22 for the free ( Figure 13F).
- the electric control pads coils 27 are exposed (not shown).
- the actuator can be covered with a cover of protection (not shown).
- FIG 9A we see in top view an electric relay comparable to that of the figure 4A.
- the yoke 30 is supported by a substrate 90.
- 40 flow recovery means are visible they take the form of an arm with two branches.
- the part movable magnet 22 protrudes beyond the second stud magnetic 32 and its end ends with a mobile electrical contact 91 offset from the main air gap 29.
- the substrate 90 on which rests the cylinder head 30 has a conductive track 92 discontinuous.
- the discontinuity 93 is at the level of movable electrical contact 91. When the actuator is in the closed state, the movable electrical contact 91 comes contact the conductive track 92 on either side of the discontinuity 93 so as to restore continuity.
- the track 92 has a contact zone 94 of material different from that of the track.
- This material can be in gold, for example, to improve the quality of contact.
- the conductive track 92 can be a simple conductive line or a microstrip line by example. It's this last configuration that is represented.
- the movable electrical contact 91 can be disposed at any part of the game mobile magnet and it is dimensioned independently dimensions of it. We have space to adjust the level of the track 91 on the substrate 90. It is an advantageous construction to increase the closing force of the relay.
- a movable electrical contact 97 is attached to the mobile magnetic part 22 at the level of the portion 28 seat of the force generated by the magnetic flux.
- This mobile electrical contact 97 is electrically isolated of the mobile magnetic part 22 by a layer insulation 95.
- This insulating layer 95 can be removed if the mobile magnetic part 22 is electrically conductive and that this property is used. In this case, we can electrically isolate the part movable magnetic 22 of the rest of the actuator magnetic. It can thus serve itself to the transmission of an electrical signal, contact mobile electric coming to close an electric circuit integrating the mobile magnetic part.
- a discontinuous conducting track 96 is represented next to the mobile contact 97. It is found between the second magnetic pad 32 and the contact In this configuration, we do not have represented from contact areas on the runway for improve the quality of the contact. With such configuration, the main air gap 29 is increased the more we add electrically conductive layers or insulation between the moving magnetic part 22 and the second magnetic pad 32, while the spacing between the electrical contacts is substantially constant. Despite the increase in the air gap, the process to realize the actuator can be more simple.
- the actuator can function as a switch, that the mobile magnetic part 22 is equipped with two movable electrical contacts 97.1, 97.2. These contacts are placed substantially symmetrically with respect to a median plane of the moving magnetic part 22 substantially perpendicular to the direction of the movement. They are each intended to come close a electrical circuit, schematized by a contact zone 96.1, 96.2, these circuits being arranged on the else of the mobile magnetic part 22.
- the mobile magnetic part 22 is move in one direction or in the opposite direction and one of the mobile electrical contacts 97.1 or 97.2 just shut down one of the electrical circuits.
- the contact zone fixed 96.1 is located between the second magnetic pad 32 and the movable electrical contact 97.1.
- the insulating layer between the part movable magnet 22 and the electrical contacts mobiles 97.1, 97.2 is omitted.
- FIGS 11A and 11B illustrate this variant.
- the part movable magnet 22 is in balance with two free ends 37.1, 37.2. It has two portions 28.1, 28.2 which help to delimit each a main air gap 29.1, 29.2 and these portions find on the side of its two free ends 37.1, 37.2.
- the breech 30 is now equipped with a first central magnetic anchor pad 31 and a pair of second pads 32.1, 32.2 which contribute each to delimit one of the main air gaps 29.1, 29.2. It is made of a magnetic material electrically conductive. It is assumed that in this example the first central magnetic pad 31 serves also to magnetically connect the means of recovery of flux 40 at the cylinder head 30. The means of stream recovery 40 are comparable to those represented in FIGS. 6.
- the means for generating the magnetic flux 27 take the form of a pair of windings 27.1, 27.2, each of them surrounding one of the second pads. References 100.1 and 100.2 represent the electrical terminals for the power supply windings.
- terminals 100.1 are electrically connected directly to one end of the driver of a winding 27.1, 27.2 while terminals 100.2 are connected via a 100.3 conductor and via one of the seconds magnetic studs 32.1, 32.2 at the other end of the conductor of a winding 27.1, 27.2.
- the windings 27.1, 27.2 are isolated electrically of the cylinder head 30 by a layer dielectric 101 which also extends between the first magnetic stud 31 and the cylinder head.
- the mobile magnetic part 22 comprises at level of its free ends 37.1, 37.2 a zone 28.1, 28.2 on which the force is exerted during the actuation of the switch.
- This area 28.1, 28.2 is located opposite each of the second pads 32.1, 32.2, it helps to delimit the main air gap 29.1, 29.2.
- the two free ends 37.1, 37.2 are terminate with a contact area, electrical 102.1, 102.1 mobile. It is assumed that the magnetic part mobile 22 is conducting electricity as well as the first magnetic stud 31. The latter is connected to a input conductor E for routing a signal electrical to the mobile magnetic part 22.
- a fixed electrical contact 104.1, 104.2 electrically isolated from the second magnetic pad 32.1, 32.2 by a dielectric layer 101. This contact electrical supply is extended by an output conductor S1, S2.
- the mobile magnetic part comes to contact one fixed electrical contacts 104.1, 104.2, the signal electrical power can be collected on any of the output conductors S1 or S2.
- the windings 27.1, 27.2 are also electrically isolated from output conductors S1, S2.
- windings can be independent or be electrically connected in series, for example opposite windings can be in series in the case use of materials with remanent magnetization or of hysteresis materials.
- FIGS 12A, 12B illustrate now an actuator according to the invention in an application of pump and more particularly micro-pump.
- the center 28 of the star helps to delineate the main air gap 29. It may take the form of a magnetic block bearing the same reference 28.
- the ends of branches 22.1, 22.2, 22.3 are support ends connected magnetically and mechanically at the single breech 30.
- the breech can for example in the form of a disc.
- the breech is with a series of first pads 31.1, 31.2, 31.3 to connect it to the mobile magnetic part 22.
- It also comprises a second central stud 32 which helps delineate the main air gap 29 and a series of third pads 34.1, 34.2, 34.3 for the magnetically and mechanically connect to the means of stream recovery 40.1, 40.2, 40.3.
- These means of stream recovery help to delineate a auxiliary airgap 38.1, 38.2, 38.3 with the part 22. They occupy the space between two contiguous branches remaining spaced branches.
- the membrane 120 helps delimit on one side with the breech 30 a first cavity 121.
- the auxiliary air gaps 38.1, 38.2, 38.3 may serve as contributing orifices to the circulation of the fluid, for its ejection of or its suction in an actuating cavity 122 included between the other side of the membrane 120 and the means of flux recovery 40.
- At least one other orifice 44 also contributing to fluid circulation could cross the crown and lead into the actuating cavity 122.
- a valve system (no represented) would be used for the fluid to circulate appropriately.
- the means to generate the magnetic flux are represented in the form of coils 27 encircling the first magnetic studs 31.1, 31.2, 31.3 and the second magnetic pad 32.
- a layer seal 123 coats the coils 27 between the cylinder head 30 and the magnetic studs 31.1, 31.2, 31.3, 32, 34.1, 34.2, 34.3 so as to isolate them from the cavity 121.
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Description
La présente invention est relative à des actionneurs magnétiques qu'ils soient miniatures ou de taille plus conséquente. On parle de micro-actionneurs lorsqu'ils sont miniatures. La réalisation de tels actionneurs fait appel à des techniques d'usinage de structures mécaniques, de micro-usinage ou des techniques employées en micro-électronique.The present invention relates to magnetic actuators whether they be miniature or larger size. We talk about micro-actuators when they are miniature. The realization of such actuators uses machining techniques from mechanical structures, micro-machining or techniques used in microelectronics.
Ces actionneurs sont utilisés notamment pour réaliser des relais électriques, optiques, de puissance, à haute fréquence, des commutateurs, mais également pour réaliser des pompes, des vannes, des moteurs. Par commutateur, on entend un dispositif avec plusieurs contacts qui peuvent se fermer séparément alors que le relais n'en possède qu'un ou plusieurs qui se ferment en même temps. Ces contacts peuvent être en position ouverte ou fermée.These actuators are used in particular to make electrical, optical, power, high frequency, switches, but also to realize pumps, valves, engines. By switch is meant a device with several contacts that can be closed separately while the relay has only one or more close at the same time. These contacts can be in open or closed position.
Les relais électromagnétiques et les commutateurs, miniaturisés ou non, sont largement employés dans de nombreuses applications telles que les télécommunications en émission ou en réception, dans les télécommunications optiques, dans des équipements de tests automatiques, en automobile, en aéronautique et dans les appareils électroniques grand public.Electromagnetic relays and switches, miniaturized or not, are widely employees in many applications such as telecommunications in transmission or reception, in optical telecommunications, in equipment of automatic tests, in automobile, in aeronautics and in consumer electronics.
Les pompes, vannes, moteurs peuvent être utilisés dans de larges domaines d'application et notamment la microbiologie, la médecine, l'optique etc. Pumps, valves, motors can be used in broad areas of application and including microbiology, medicine, optics etc.
Les actionneurs de types connus comprennent
une partie magnétique fixe 1 et une partie magnétique
mobile 2 qui coopèrent. La partie magnétique fixe 1 est
reliée magnétiquement à la partie magnétique mobile.Known types of actuators include
a fixed
On se réfère à la figure 1 qui montre un exemple d'actionneur magnétique de type connu à un seul entrefer.Referring to Figure 1 which shows a example of magnetic actuator of known type to a single gap.
La partie magnétique fixe 1 et la partie
magnétique mobile 2 forment un circuit magnétique 6
fermé sur lui-même apte à guider un flux magnétique. La
partie magnétique fixe 1 et la partie magnétique mobile
2 sont empilées l'une sur l'autre. Le circuit
magnétique 6 coopère avec des moyens 7 pour générer le
flux magnétique. La partie magnétique fixe et la partie
magnétique mobile 2 comportent chacune une portion 12,
8 respectivement, contribuant à délimiter un entrefer 9
de manière à ce qu'une force puisse s'exercer au niveau
de la portion 8 de la partie mobile 2 pour la déplacer
sous l'effet du champ magnétique.The fixed
Dans l'entrefer 9 le flux magnétique
s'établit transversalement à la portion 8. Dans cet
exemple, la partie magnétique fixe 1 comprend une base
ou culasse 10 qui se prolonge par un premier plot
magnétique 11 et par un second plot magnétique 12. Le
second plot magnétique 12 contribue à délimiter
l'entrefer 9.In the
La culasse 10 est reliée magnétiquement à
la partie magnétique mobile 2 via le premier plot 11.
Il a aussi un rôle de maintien mécanique de la partie
magnétique mobile 2 par rapport à la partie magnétique
fixe 1. La partie magnétique fixe 1 et la partie
magnétique mobile 2 s'étendent l'une au-dessus de
l'autre, dans des plans sensiblement parallèles lorsque
l'actionneur est en position ouverte. The
Le circuit magnétique 6 en boucle fermée
comporte à la suite les uns des autres, dans un des
sens de circulation du flux magnétique : la culasse 20,
le premier plot magnétique 11, la partie mobile 2,
l'entrefer 9 et le second plot magnétique 12. Sa
référence 6 schématise le chemin parcouru par le flux
magnétique lors de sa traversée des différents éléments
qui le composent.The
La partie magnétique mobile 2 est dans
l'exemple en forme de bras avec une extrémité d'appui
13 reliée au premier plot magnétique 11 et une autre
extrémité libre qui correspond dans l'exemple à la
portion 8 contribuant à délimiter l'entrefer 9.The mobile
Dans les relais électriques, l'extrémité libre sert de contact électrique que le bras soit réalisé en matériau conducteur électrique ou que le bras soit équipé d'un contact électrique. Aucun contact électrique n'a été représenté.In the electrical relays, the end free serves as an electrical contact that the arm is made of electrically conductive material or that the arm is equipped with an electrical contact. No contact electric was not shown.
Les moyens 7 pour générer le flux
magnétique peuvent inclure un ou plusieurs bobinages
entourant une ou plusieurs pièces de la partie
magnétique fixe 1 et/ou de la partie magnétique mobile
2 et/ou éventuellement un ou plusieurs aimants
permanents. Quand un courant électrique circule dans un
des bobinages un flux magnétique est produit. Il est
matérialisé par la boucle fermée dotée de flèches.Means 7 to generate the flow
Magnetic may include one or more coils
surrounding one or more pieces of the game
fixed
Dans l'exemple de la figure 1, un bobinage
7 a été représenté autour du premier plot magnétique
11. Plusieurs bobinages pourraient être utilisés, ils
pourraient être autour de la culasse 10, autour du
second plot magnétique 12 ou même autour de la partie
magnétique mobile 2.In the example of Figure 1, a winding
7 was represented around the first
Dans un tel circuit magnétique 6, il faut
trouver un compromis entre les sections transversales
au flux de ses différentes parties : celle de la partie
magnétique mobile 2, celle de la partie magnétique fixe
1 et celle de l'entrefer 9.In such a
On cherche à obtenir une valeur d'induction
importante au niveau de l'entrefer 9 de manière à ce
que la force qui va s'exercer sur la partie magnétique
mobile 2, au niveau de la portion 8, soit importante.
Il faut pour cela que le flux magnétique disponible
dans l'entrefer 9 soit important. Le flux magnétique
disponible dans l'entrefer 9 correspond à celui qui est
guidé par le circuit magnétique 6 de part et d'autre de
l'entrefer 9. Le flux magnétique maximum qui peut être
guidé par une pièce en matériau magnétique est fonction
du matériau magnétique et de la section de la pièce.We seek to obtain an induction value
important at the
En état non saturé du matériau magnétique, plus la section est grande plus les pertes magnétiques sont faibles et en état saturé du matériau magnétique, tout le flux magnétique généré ne peut être contenu et l'excédant de flux magnétique correspond aux pertes, il ne peut être guidé par le matériau magnétique et il contribue que très faiblement à la force.In unsaturated state of the magnetic material, the larger the section, the greater the magnetic losses are weak and in saturated state of the magnetic material, all the magnetic flux generated can not be contained and the excess of magnetic flux corresponds to the losses, it can not be guided by the magnetic material and it contributes only very slightly to the force.
La section du circuit magnétique 6 peut
être sensiblement homogène sur toute sa longueur. Dans
ce cas les performances mécaniques de l'actionneur sont
médiocres.The section of the
Généralement, la section de la partie
magnétique mobile 2 est inférieure à celle de la partie
magnétique fixe 5 pour des raisons mécaniques. En effet
on cherche à ce que la raideur de la partie mobile 2 ne
soit pas trop importante pour qu'elle puisse se courber
aisément. Une des façons de réduire la raideur de la
partie mobile est de réduire sa section. Cette
réduction de la section de la partie mobile se fait au
détriment de la possibilité de passage du flux
magnétique dans la partie magnétique mobile, ce qui
entraíne une diminution de la force au niveau de
l'entrefer et un temps de réponse accru de la partie
mobile.Generally, the section of the game
Il existe d'autres types d'actionneurs magnétiques dans lesquels il y a plusieurs entrefers.There are other types of actuators magnetic in which there are several gaps.
Dans ces types d'actionneur, on va appeler entrefer principal celui qui est délimité par des surfaces transversales au sens du mouvement de la partie magnétique mobile. Il y a dans ces configurations au moins un autre entrefer qui sera qualifié d'auxiliaire.In these types of actuators, we will call main airgap that which is delimited by transversal surfaces in the sense of the movement of the mobile magnetic part. There is in these configurations at least one other gap that will be qualified auxiliary.
La figure 2 illustre un micro-relais en vue de dessus. Ce micro-relais est réalisé sous forme planaire et non plus sous forme empilée. Il a été décrit dans l'article : « Fully Batch Fabricated Magnetic Microactuators Using A Two Layer LIGA Process » par B. ROGGE,J. SCHULZ, J. MOHR, A. THOMMES et W. MENZ dans TRANDUSCERS' 95 - EUROSENSORS IX pages 320 à 323.Figure 2 illustrates a micro-relay in view On top. This micro-relay is realized in form planar and no longer in stacked form. He was described in the article: "Fully Batch Fabricated Magnetic Microactuators Using A Two Layer LIGA Process "by B. ROGGE, J. SCHULZ, J. MOHR, A. THOMMES and W. MENZ in TRANDUSCERS '95 - EUROSENSORS IX pages 320 to 323.
Il comporte maintenant sur un support
commun 3 la partie magnétique fixe 1 et la partie
magnétique mobile 2. La partie magnétique mobile 2
correspond à une extrémité libre 17 d'un bras mobile 5
dont l'autre extrémité 13 est une extrémité d'appui
solidaire du support 3. Le bras 5 et la partie
magnétique fixe 1 sont situés l'un à côté de l'autre
sensiblement dans un même plan, parallèle au plan du
support 3. Le mouvement se fait dans le plan du bras 5
et de la partie magnétique fixe 1.It now has on a support
common 3 the fixed
L'extrémité libre 17 se termine par un
contact électrique mobile 16 destiné à venir contre un
contact électrique fixe 15 porté par le support 3.The
La partie magnétique fixe 1 comporte dans
cet exemple une culasse 10 solidaire d'un côté d'un
plot magnétique 12 qui contribue à délimiter l'entrefer
principal 9 avec la partie magnétique mobile 2. De
l'autre côté, la culasse 10 est solidaire d'une
extension magnétique 14, dans cet exemple en forme de
bras, qui vient en regard avec le plot magnétique 12.
Ce plot magnétique 12 et l'extension magnétique 14
délimitent un entrefer auxiliaire 18.The fixed
Le circuit magnétique 6 comporte alors la
culasse 10, le premier plot magnétique 12, le second
entrefer 18, l'extension magnétique 14 et en dérivation
l'entrefer 9 et la partie magnétique mobile 2. La
faible rigidité du bras 5 implique une force de rappel
faible qui ralentit donc le mouvement en répulsion du
bras.The
On comprend bien que le fonctionnement de ce micro-relais n'est pas optimum, la force qui s'exerce sur la partie mobile est très limitée.We understand that the functioning of this micro-relay is not optimum, the force that is exercised on the mobile part is very limited.
Comme précédemment, le circuit magnétique 6
coopère avec des moyens 7 pour générer le flux
magnétique. Ils ont été représentés par un bobinage
autour de la culasse 10 et un autre autour de son
extension 14.As before, the
On connaít également par la demande de brevet WO-97/39468 un relais électrique tel que représenté sur les figures 3A et 3B. Ces deux figures ne sont pas à la même échelle.We also know by the request of patent WO-97/39468 an electrical relay such as shown in Figures 3A and 3B. These two figures are not on the same scale.
Au lieu d'être de construction planaire, ce
relais est de construction empilée. On retrouve la
partie magnétique fixe 1 et la partie magnétique mobile
2 qui coopèrent. La partie magnétique mobile 2 est une
portion d'une partie mobile 5 plus grande, mais cette
dernière n'est qu'ébauchée sur les figures. Il manque
sa liaison à un élément fixe qui peut être par exemple
un support sur lequel reposerait la partie magnétique
fixe 1. La raison de cette absence est que la liaison à
l'élément fixe ne joue aucun rôle magnétique.Instead of being of planar construction, this
relay is of stacked construction. We find the
fixed
La partie magnétique fixe 1 comporte, dans
cet exemple, une culasse 10 qui se prolonge, dans une
zone centrale, par un plot magnétique 12 central
contribuant à délimiter avec la partie magnétique
mobile 2 l'entrefer principal 9. On suppose que la
partie magnétique mobile 2 correspond sensiblement à la
partie hachurée de la figure 3A et qu'elle prend la
forme d'une plaque. La culasse 10 est aussi solidaire,
de part et d'autre du plot central 12, de deux
extensions magnétiques 14 qui se projettent vers la
partie magnétique mobile 2. Ces extensions 14 se
terminent en vis à vis, à proximité de la partie
magnétique mobile 2, elles contribuent chacune à
délimiter avec la partie magnétique mobile 2 un
entrefer auxiliaire 18.The fixed
Le circuit magnétique 6 comporte alors, à
la suite les uns des autres, la culasse 10, l'une des
extensions 14, l'entrefer auxiliaire 18, la partie
magnétique mobile 2, l'entrefer principal 9 et le plot
magnétique 12 central. Les extensions 14 permettent
seulement un meilleur guidage du flux magnétique au
voisinage de la partie magnétique mobile 2. C'est le
seul moyen de guidage du flux et il y a création d'un
entrefer supplémentaire. Il n'y a pas de moyen direct
de guidage de flux.The
Le flux magnétique qui circule dans le
circuit magnétique 6 suit deux boucles fermées qui se
rejoignent dans le plot central 12. Ces deux boucles
sont symétriques si le circuit magnétique est
symétrique par rapport à un axe médian passant par le
plot central 12 dans la direction du mouvement.The magnetic flux flowing in the
Dans cet exemple, la partie magnétique
mobile 2 est conductrice de l'électricité, elle joue le
rôle d'un contact électrique qui lorsqu'il se rapproche
du plot central 12 sous l'effet de la force induite
vient fermer un circuit électrique. Ce circuit
électrique se termine par deux contacts fixes 15
insérés entre le plot magnétique central 12 et la
partie magnétique mobile 2. Ces contacts électriques
fixes augmentent la dimension de l'entrefer.In this example, the
Comme précédemment, le circuit magnétique 6
coopère avec des moyens 7 pour générer le flux
magnétique. Ils ont été représentés par un bobinage
entourant le plot magnétique central 12.As before, the
Dans cette configuration, le flux
magnétique dans l'entrefer principal 9 n'est pas
optimum, car lorsqu'on cherche à fermer l'actionneur,
le flux magnétique se trouvant dans la culasse 10 est
bien guidé vers les extensions 14, mais tout ce flux ne
passe pas au travers de la partie magnétique mobile 2
vers l'entrefer principal 9, il se produit des fuites
importantes de flux entre les extensions 14 et la
culasse 10, à travers le plot central 12, sans passer
ni par la partie magnétique mobile 2 ni par l'entrefer
principal 9.In this configuration, the flow
magnetic in the
La présente invention a pour but de réaliser un actionneur électromagnétique dont la force s'appliquant sur la partie mobile et la rapidité sont augmentées par rapport aux actionneurs conventionnels et qui évite un amortissement de la partie magnétique mobile. Un tel actionneur permet de disposer d'une force de déplacement importante tout en conservant à la partie mobile une section réduite de manière à ce qu'elle possède des propriétés mécaniques compatibles avec la réduction du temps de réponse mécanique.The present invention aims to realize an electromagnetic actuator whose strength applying on the moving part and the speed are increased compared to conventional actuators and which avoids a damping of the magnetic part mobile. Such an actuator makes it possible to have a significant displacement force while retaining the moving part a reduced section so that it has compatible mechanical properties with the reduction of the mechanical response time.
Pour y parvenir, la présente invention propose un actionneur magnétique possédant un circuit magnétique fermé, apte à guider un flux magnétique, ce circuit magnétique comportant une partie magnétique fixe avec une culasse et une partie magnétique mobile reliées magnétiquement entre elles et de plus, au moins un entrefer principal délimité par au moins une portion de la partie magnétique mobile et par la culasse et dans lequel le flux magnétique se referme en s'établissant sensiblement transversalement à la partie magnétique mobile. La partie magnétique fixe comporte de plus des moyens de récupération de flux qui contribuent à délimiter avec la partie magnétique mobile, un entrefer auxiliaire dans lequel le flux magnétique s'établit latéralement à la partie magnétique mobile, le flux magnétique étant contenu de part et d'autre de l'entrefer principal d'un côté par la culasse et de l'autre conjointement par la partie magnétique mobile et par les moyens de récupération de flux via la portion contribuant à délimiter l'entrefer principal, l'entrefer auxiliaire possédant une dimension dans le sens d'établissement du flux qui est minimale au niveau d'au moins une zone de la portion contribuant à délimiter l'entrefer principal.To achieve this, the present invention proposes a magnetic actuator having a circuit closed magnet, able to guide a magnetic flux, this magnetic circuit having a magnetic part fixed with a cylinder head and a moving magnetic part magnetically connected to each other and moreover, at least a main air gap delimited by at least one portion of the moving magnetic part and by the breech and in which the magnetic flux closes in establishing itself substantially across the mobile magnetic. The fixed magnetic part comprises more ways of recovering flows that help to delineate with the magnetic part mobile, an auxiliary air gap in which the flow Magnetic is established laterally to the part mobile magnetic field, the magnetic flux being contained in either side of the main air gap on one side the breech and the other jointly by the party mobile magnetic and by means of recovery of flow via the portion contributing to delimit the gap principal, the auxiliary airgap having a dimension in the flow setting direction that is minimum at the level of at least one zone of the portion helping to delimit the main air gap.
Au moins un premier plot magnétique permet de relier mécaniquement et magnétiquement la culasse à la partie magnétique mobile.At least a first magnetic stud allows to mechanically and magnetically connect the cylinder head to the moving magnetic part.
Au moins un second plot magnétique contribue à délimiter l'entrefer principal, ce plot magnétique étant issu soit de la culasse, soit de la partie magnétique mobile. Avantageusement ce plot magnétique est réalisé dans un matériau à hystérésis.At least one second magnetic pad helps to delimit the main gap, this stud magnetic being from either the breech or the mobile magnetic part. Advantageously this stud magnet is made of a hysteresis material.
Au moins un autre plot magnétique permet de relier mécaniquement et magnétiquement la culasse aux moyens de récupération de flux.At least one other magnetic pad allows mechanically and magnetically connect the cylinder head to flow recovery means.
L'actionneur comporte des moyens pour générer le flux magnétique dans le circuit magnétique fermé, ces moyens pour générer le flux magnétique pouvant être réalisés par au moins un bobinage.The actuator comprises means for generate the magnetic flux in the magnetic circuit closed, these means for generating the magnetic flux can be made by at least one winding.
Pour éviter des déplacements latéraux non souhaités de la partie magnétique mobile, elle peut prendre globalement la forme d'au moins un bras à une ou plusieurs branches non parallèles, reliées entre elles au niveau de la portion contribuant à délimiter l'entrefer principal.To avoid lateral displacements no desired from the mobile magnetic part, it can overall take the form of at least one arm to a or several non-parallel branches, connected between they at the level of the portion contributing to delimit the main air gap.
Les moyens de récupération de flux peuvent prendre globalement la forme d'au moins un bras à une ou plusieurs branches.The means of recovery of flow can overall take the form of at least one arm to a or more branches.
La partie magnétique mobile pourrait prendre la forme d'une étoile avec plusieurs branches.The moving magnetic part could take the form of a star with several branches.
Pour éviter l'apparition de forces parasites sur la portion qui contribue à délimiter l'entrefer principal, il est préférable que les moyens de récupération de flux présentent, dans la direction d'un déplacement de la partie magnétique mobile, une épaisseur supérieure à celle présentée par la partie magnétique mobile dans la direction du déplacement, de manière à ce que l'entrefer auxiliaire soit délimité par des surfaces qui restent en vis à vis lors du déplacement.To avoid the appearance of forces parasites on the helping portion to delineate the main air gap, it is better that the means flow recovery present, in the direction displacement of the moving magnetic part, a thicker than that presented by the party movable magnetic in the direction of movement, so that the auxiliary air gap is delimited by surfaces that remain opposite when the displacement.
Pour limiter le flux de fuite directe entre les moyens de récupération de flux et les autres parties fixes du circuit magnétique fermé, il est préférable que, sachant que l'entrefer principal est défini par deux surfaces en vis à vis, la première appartenant à la portion de la partie magnétique mobile et la seconde appartenant à la culasse, la première surface soit supérieurs à la seconde surface et dépasse autour de la seconde surface.To limit the direct leakage flow between flow recovery means and the others fixed parts of the closed magnetic circuit, it is preferable that, knowing that the main air gap is defined by two surfaces opposite, the first belonging to the portion of the moving magnetic part and the second belonging to the breech, the first surface area is greater than the second surface and exceeds around the second surface.
Pour que l'amortissement soit évité efficacement, il est possible que la dimension de l'entrefer auxiliaire, dans le sens d'établissement du flux magnétique, soit quasiment maximale à proximité de la portion contribuant à délimiter l'entrefer principal et qu'elle décroisse plus on s'en éloigne.For depreciation to be avoided effectively, it is possible that the dimension of the auxiliary air gap, in the sense of establishing the magnetic flux, which is almost maximal near the portion helping to delimit the main air gap and that it decreases the more one moves away from it.
La partie magnétique mobile peut comporter au moins une ouverture traversante, dans le sens d'un déplacement, dans la partie magnétique mobile de manière à réduire encore l'amortissement.The mobile magnetic part may comprise at least one through opening, in the sense of a displacement, in the moving magnetic part of to further reduce the depreciation.
L'actionneur peut être de type empilé, la culasse formant un premier niveau et l'ensemble formé par les moyens de récupération de flux et par la partie magnétique mobile un second niveau.The actuator can be stacked type, the cylinder head forming a first level and the whole formed by the flow recovery means and by the part mobile magnetic a second level.
Pour limiter les fuites de flux, il est préférable qu'au moins un des niveaux ait une forme oblongue sensiblement arrondie à ses deux extrémités.To limit flow leaks, it is preferable that at least one of the levels has a form oblong substantially rounded at both ends.
Dans le même but, il est préférable que les deux niveaux se chevauchent. Au moins un des niveaux peut comporter au moins une ouverture centrale traversante.For the same purpose, it is preferable that two levels overlap. At least one of the levels may have at least one central opening therethrough.
L'actionneur peut être sensiblement symétrique par rapport à un plan médian passant par la partie magnétique mobile sensiblement perpendiculairement à la direction du mouvement.The actuator can be substantially symmetrical with respect to a median plane passing through the substantially movable magnetic part perpendicular to the direction of movement.
L'actionneur peut servir pour fermer ou ouvrir un circuit électrique. La portion contribuant à délimiter l'entrefer principal peut comporter au moins un contact électrique destiné à contacter au moins un autre contact électrique lorsque l'actionneur est fermé.The actuator can be used to close or open an electrical circuit. The portion contributing to delimit the main airgap may include at least an electrical contact for contacting at least one other electrical contact when the actuator is closed.
Selon un autre mode de réalisation, la partie magnétique mobile peut se terminer par au moins un contact électrique décalé par rapport à la portion contribuant à délimiter l'entrefer principal, ce contact électrique étant destiné à contacter au moins un autre contact électrique lorsque l'actionneur est fermé.According to another embodiment, the mobile magnetic part can end with at least an electrical contact offset from the portion helping to delimit the main air gap, this electrical contact being intended to contact at least another electrical contact when the actuator is closed.
Le contact électrique peut être isolé électriquement de la partie magnétique mobile.The electrical contact can be isolated electrically of the moving magnetic part.
La partie magnétique mobile peut être en matériau magnétique conducteur de l'électricité. The moving magnetic part can be in magnetic material conducive to electricity.
La présente invention concerne aussi un procédé de réalisation d'un actionneur magnétique. Il comporte les étapes suivantes :
- gravure dans un substrat d'un caisson à remplir d'un matériau magnétique pour réaliser une culasse d'une partie magnétique fixe,
- dépôt d'une première couche diélectrique sur le substrat avec la culasse,
- gravure d'au moins un caisson pour délimiter des moyens de génération d'un flux magnétique, et dépôt desdits moyens,
- dépôt d'une seconde couche diélectrique sur la première couche,
- gravure de caissons à travers les deux couches atteignant la culasse pour délimiter au moins un premier plot magnétique et au moins un second plot magnétique, le second plot contribuant à délimiter au moins un entrefer principal,
- dépôt des premier et second plots magnétiques dans les caissons,
- dépôt d'une couche sacrificielle sur la seconde couche diélectrique et gravure de la couche sacrificielle pour dégager le premier plot magnétique et assurer une séparation entre une partie magnétique mobile et des moyens de récupération de flux de la partie magnétique fixe déposés ultérieurement,
- dépôt sur la couche sacrificielle de matériau magnétique pour réaliser la partie magnétique mobile et les moyens de récupération de flux, puis gravure du matériau magnétique pour les délimiter,
- élimination de la couche sacrificielle sous la partie magnétique mobile pour la libérer et réaliser l'entrefer principal.
- etching in a substrate of a box to be filled with a magnetic material to make a cylinder head of a fixed magnetic part,
- depositing a first dielectric layer on the substrate with the cylinder head,
- etching at least one box to define means for generating a magnetic flux, and depositing said means,
- depositing a second dielectric layer on the first layer,
- etching of boxes through the two layers reaching the cylinder head to delimit at least a first magnetic pad and at least a second magnetic pad, the second stud helping to define at least one main gap,
- deposition of the first and second magnetic studs in the boxes,
- depositing a sacrificial layer on the second dielectric layer and etching the sacrificial layer to disengage the first magnetic pad and provide separation between a movable magnetic part and flux recovery means of the fixed magnetic part subsequently deposited,
- depositing on the sacrificial layer of magnetic material to produce the mobile magnetic part and the flux recovery means, then etching the magnetic material to delimit them,
- removing the sacrificial layer under the moving magnetic part to release it and realize the main air gap.
La présente invention concerne aussi un relais comportant un actionneur magnétique ainsi défini.The present invention also relates to a relay having a magnetic actuator as well defined.
La présente invention concerne aussi un commutateur comportant au moins un actionneur magnétique ainsi défini de manière à présenter plusieurs entrefers principaux.The present invention also relates to a switch having at least one actuator magnetic so defined to present several main air gaps.
La présente invention concerne aussi une pompe comportant un actionneur magnétique ainsi défini, dans lequel la partie magnétique mobile est solidaire d'une membrane contribuant à délimiter une cavité pour faire circuler un fluide.The present invention also relates to a pump comprising a magnetic actuator thus defined, in which the mobile magnetic part is secured of a membrane helping to delimit a cavity for circulate a fluid.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaítront à la lecture de la description
qui suit, illustrée par les figures jointes.
Les figures 4A à 4D montrent respectivement en vue de dessus, en coupe transversale le long de l'axe BB, en coupe transversale le long de l'axe CC, en vue de dessous un actionneur magnétique selon l'invention. Un tel actionneur peut par exemple être un micro-relais utilisable notamment dans des appareils téléphoniques portables. Il est réalisable en micro-technologie avec des couches empilées.Figures 4A to 4D respectively show in top view, in cross section along the axis BB, in cross section along the axis CC, in view from below a magnetic actuator according to the invention. Such an actuator may for example be a micro-relay used in particular in devices portable telephones. It is feasible in micro-technology with stacked layers.
Dans cette configuration le circuit
magnétique fermé 26, apte à guider un flux magnétique,
est schématisé par les flèches en gras. Il comporte une
partie magnétique fixe 21 et une partie magnétique
mobile 22 reliées magnétiquement entre elles.In this configuration the circuit
magnetic closed 26, able to guide a magnetic flux,
is shown schematically by the bold arrows. It has a
fixed
La partie magnétique fixe 21 comporte une
culasse ou base 30 sensiblement plane qui se prolonge
d'un côté par un premier plot magnétique 31 destiné à
relier magnétiquement la partie magnétique fixe 21 et
la partie magnétique mobile 22. Elle se prolonge de
l'autre côté par un second plot magnétique 32 qui
contribue à délimiter un entrefer principal 29 entre la
partie magnétique fixe 21 et une portion 28 de la
partie magnétique mobile 22. Elle comporte de plus des
moyens de récupération de flux 40 qui seront détaillés
par la suite.The fixed
La partie magnétique mobile 22 est en forme
de bras sensiblement plan ayant une extrémité 33
d'appui solidaire du premier plot magnétique 31 et se
terminant par une extrémité libre. Dans cet exemple
l'extrémité libre correspond à la portion 28 qui
contribue à délimiter l'entrefer principal 29. Cette
portion 28 possède une amplitude maximale lors d'un
déplacement de la partie magnétique mobile 22. Cette
portion 28 se trouve en vis à vis du second plot
magnétique 32, c'est sur cette portion que s'applique
la force générée lors de l'actionnement.The moving
Le premier plot magnétique 31 a également
un rôle d'ancrage mécanique de la partie magnétique
mobile 22 à la partie magnétique fixe 21. Cet ancrage
peut se faire par encastrement ou par articulation. Le
premier plot magnétique peut être réalisé en totalité
en matériau magnétique ou seulement en partie.The first
Le second plot magnétique 32 qui contribue
à délimiter l'entrefer principal 29 peut avoir un rôle
de contact électrique dans l'application d'un relais
électrique.The second
Il est possible de réaliser le second plot magnétique dans un matériau à hystérésis par exemple il peut être réalisé par un dépôt électrolytique d'un alliage de cobalt. Ce mode réalisation permet d'obtenir un état stable de l'actionneur.It is possible to realize the second plot magnetic in a hysteresis material for example it can be achieved by electrolytic deposition of a cobalt alloy. This realization mode makes it possible to obtain a stable state of the actuator.
Les deux plots magnétiques 31, 32 se
trouvent aux deux extrémités de la culasse 30.The two
Dans l'entrefer principal 29 le flux
magnétique se referme en s'établissant transversalement
au plan de la partie magnétique mobile 22.In the
Selon une caractéristique de l'invention,
la partie magnétique fixe 21 comporte des moyens de
récupération de flux 40, reliés magnétiquement avec la
culasse 30 qui délimitent avec la partie magnétique
mobile 22 au moins un entrefer auxiliaire 38 latéral
dans lequel le flux magnétique s'établit latéralement à
la partie mobile 22. Dans cet exemple, la liaison
magnétique entre la culasse 30 et les moyens de
récupération de flux 40 se fait par l'intermédiaire du
premier plot magnétique 31.According to one characteristic of the invention,
the fixed
Les moyens pour générer le flux magnétique
27 peuvent être réalisés par un ou plusieurs bobinages
placés autour du circuit magnétique 26 fermé. Un ou
plusieurs aimants permanents peuvent être prévus en
supplément ou à la place des bobinages.The means to generate the
Sur les figures 4, les moyens pour générer le flux magnétique ne sont pas représentés, dans un souci de clarté, mais ils sont visibles sur les figures 5 décrites ultérieurement. Ils peuvent se placer autour de la culasse, des plots magnétiques, des moyens de récupération de flux ou même de la partie magnétique mobile, s'ils ne gênent pas le mouvement.In FIGS. 4, the means for generating the magnetic flux are not represented, in a for the sake of clarity, but they are visible in the figures 5 described later. They can be placed around of the breech, magnetic studs, means of flux recovery or even the magnetic part mobile, if they do not interfere with the movement.
Dans l'exemple des figures 4, les moyens de
récupération de flux 40 sont représentés tel un bras à
deux branches 41, sensiblement plat avec une extrémité
40.1 non reliée magnétiquement et une extrémité d'appui
40.2 reliée magnétiquement et mécaniquement à la
culasse 30 via le premier plot magnétique 31. Les
moyens de récupération de flux 40 sont situés
sensiblement dans le même plan que la partie magnétique
mobile 22.In the example of FIGS. 4, the means of
Les deux branches 41 sont jointives aux
deux extrémités du bras 40. Les deux branches
délimitent un espace dans lequel prend place la partie
magnétique mobile 22. En fait dans cet exemple, la
partie magnétique mobile 22 et les moyens de
récupération de flux 40 sont solidaires du même premier
plot magnétique 31, mais plusieurs plots pourraient
être présents. Les moyens de récupération de flux 40
entourent la partie magnétique fixe 22 et l'entrefer
auxiliaire latéral 38, qu'ils contribuent à délimiter,
borde la partie magnétique mobile 22 depuis son
extrémité d'appui encastrée 33 jusqu'à la portion 28
contribuant à délimiter l'entrefer principal 29.The two
Les moyens de récupération de flux 40
coopèrent avec la partie magnétique mobile 22. Ils
récupèrent une partie du flux magnétique établie dans
l'entrefer principal 29 qui, lorsque la partie
magnétique mobile 22 est dans un état saturé, ne peut
être guidée par cette dernière. Cela peut être le cas
lorsque l'entrefer principal 29 est faible, lorsque le
relais est en train d'être fermé par exemple, notamment
pour des matériaux en couche mince déposés par voie
électrolytique par exemple, pour lesquels la valeur de
l'induction à saturation est faible.The means of recovery of
Sur les figures 4 la circulation du flux
magnétique a été représentée. Le flux magnétique qui
s'établit dans l'entrefer auxiliaire 38 est dirigé
sensiblement transversalement à celui qui s'établit
dans l'entrefer principal 29 et donc sensiblement
transversalement au mouvement.In FIGS. 4 flow circulation
magnetic has been shown. The magnetic flux that
settles in the
En faisant une analogie avec un circuit
électrique, le circuit magnétique 26 fermé ainsi
réalisé comporte un tronçon comprenant les moyens de
récupération de flux 40 et la partie magnétique mobile
22 montés en parallèle, ce tronçon étant en série avec
un autre tronçon comprenant le premier plot magnétique
31, la culasse 30, le second plot magnétique 32 et
l'entrefer principal 29 montés en série.By making an analogy with a circuit
electric, the closed
Les moyens de récupération de flux 40
permettent d'augmenter la section du circuit magnétique
dans la partie correspondant à la partie magnétique
mobile et donc de guider un flux magnétique plus
important que celui qui pourrait être guidé en
l'absence des moyens de récupération. Ces moyens de
récupération de flux 40 sont utilisés avant, pendant et
après le mouvement de la partie magnétique mobile 22.The means of recovery of
Il est alors possible de donner à la partie
mobile magnétique 22 une section adaptée aux
contraintes mécaniques souhaitées sans craindre qu'elle
ne sature, car la saturation n'est plus synonyme de
force réduite s'exerçant sur la portion 28 contribuant
à délimiter l'entrefer principal 29 et de temps de
réponse long. It is then possible to give the game
magnetic mobile 22 a section adapted to
mechanical constraints desired without fearing that she
saturates, because saturation is no longer synonymous with
reduced force acting on the contributing
Grâce à la présence des moyens de
récupération de flux 40, pour un faible entrefer
principal 29, le flux magnétique qui s'y établit peut
être accru et la force qui s'exerce également. Il y a
moins de flux magnétique qui ne peut être guidé à cause
de la saturation.Thanks to the presence of the means of
Pour un entrefer principal plus grand, la
réluctance du circuit magnétique 26 est diminuée par
les éléments magnétiques mis en place et le gain de
flux magnétique et de force sont appréciables. On
rappelle que la réluctance d'un circuit magnétique est
l'équivalent de la résistance d'un circuit électrique.For a larger main air gap, the
reluctance of the
Dans tous les cas, le gain de force magnétique entraíne une diminution du temps de commutation mécanique.In any case, the strength gain magnetic drive causes a decrease in the time of mechanical switching.
L'éloignement entre la partie magnétique
mobile 22 et les moyens de récupération de flux 40
caractérise l'entrefer auxiliaire 38. Il peut être
sensiblement constant comme le montre la figure 4A.
Toutefois, il est préférable de l'ajuster pour régler
le passage du flux et optimiser la force s'exerçant sur
la portion à amplitude maximale 28 et éviter
l'amortissement. Il est préférable que la dimension D1
de l'entrefer auxiliaire 38, dans la direction
d'établissement du flux magnétique, soit minimale au
niveau d'au moins une zone de la portion 28 contribuant
à délimiter l'entrefer principal.The distance between the
Toujours dans le but d'optimiser la valeur
de la force qui s'exerce sur la partie magnétique
mobile 22, il est préférable de limiter l'apparition de
forces parasites entre les moyens de récupération de
flux 40 et la partie magnétique mobile 22.Always with the aim of optimizing the value
the force exerted on the magnetic part
mobile 22, it is preferable to limit the appearance of
parasitic forces between the recovery means of
Lors de l'établissement d'un flux
magnétique dans deux éléments magnétiques, des forces
liées aux effets réluctants tendent à aligner les deux
éléments magnétiques dans la direction de l'induction
magnétique. Si les moyens de récupération de flux 40 et
la partie magnétique mobile 22 ont la même dimension
dans le sens du mouvement, lors de l'actionnement, il
se produit un décalage entre eux, ce décalage peut
conduire à ce que les surfaces délimitant l'entrefer
auxiliaire 38 ne soient plus en vis à vis. La partie
magnétique mobile 22 subit alors une force de Lorentz
qui s'oppose à son déplacement et qui peut perturber le
fonctionnement de l'actionneur.When establishing a flow
magnetic in two magnetic elements, forces
reluctant effects tend to align the two
magnetic elements in the direction of induction
magnetic. If the flow recovery means 40 and
the mobile
Pour éviter ce phénomène, il est préférable
que les moyens de récupération de flux 40 présentent,
dans la direction du mouvement, une épaisseur E1
supérieure à celle E2 de la partie magnétique mobile 22
de manière à ce que les surfaces délimitant l'entrefer
auxiliaire 38 restent en vis à vis.To avoid this phenomenon, it is preferable
that the flow recovery means 40 have,
in the direction of movement, a thickness E1
greater than that E2 of the mobile
Il est aussi préférable de limiter le flux
de fuite directe entre les moyens de récupération de
flux 40 et les autres parties fixes du circuit
magnétique fermé 26, notamment le second plot
magnétique 32.It is also better to limit the flow
of direct leakage between the recovery means of
L'entrefer principal 29 est délimité par la
portion 28 de la partie magnétique mobile 22 qui
présente une surface S1 et par le second plot
magnétique 32 de la culasse 30 qui présente une surface
S2 en vis à vis de la surface S1. Pour limiter le flux
de fuite, il est possible que la surface S1 soit plus
grande que la surface S2 et qu'elle dépasse autour de
la surface S2. La surface S1 dépasse d'une distance P1
la surface S2.The
Le flux magnétique contenu dans les moyens
de récupération 40 passe alors plus volontiers dans la
portion 28 de la partie magnétique mobile 22 que dans
le second plot 32.The magnetic flux contained in the
On s'intéresse maintenant aux figures 5A et
5B qui sont deux variantes, en vue de dessus, d'un
actionneur magnétique selon l'invention. Ces figures
sont comparables à la figure 4A en ce qui concerne la
forme globale de la partie magnétique mobile 22 et des
moyens de récupération de flux magnétique 40.We are now interested in Figures 5A and
5B which are two variants, seen from above, of a
magnetic actuator according to the invention. These figures
are comparable to Figure 4A with respect to the
overall shape of the mobile
On a représenté sur la figure 5A les moyens
pour générer le flux magnétique 27 sous forme d'un ou
plusieurs bobinages 27.1 à 27.3. Il y un grand nombre
de possibilités pour les disposer et pour les réaliser.
On trouve dans cet exemple, un bobinage 27.1 autour de
chacun des plots 31, 32, un bobinage 27.2 autour du
bras formant la partie magnétique mobile 22 et un
bobinage 27.3 autour de chacune des branches 41 des
moyens de récupération de flux 40.FIG. 5A shows the means
to generate the
On suppose que les bobinages 27.1 associés
aux plots 31, 32 sont des bobinages spiralés. Ce type
de bobinage, compatible avec les micro-technologies,
est facile à réaliser. Les bobinages 27.2, 27.3 autour
du bras et des branches ont été représentés de type
solénoïde. Un ou plusieurs bobinages 27.4 de ce dernier
type par exemple, peut être associé avec la culasse 30
comme l'illustre la figure 6B.It is assumed that the associated windings 27.1
the
Pour diminuer encore le temps de réponse de
l'actionneur selon l'invention, il est préférable de
prévoir des moyens pour éviter un amortissement de la
partie magnétique mobile 22 lors de son déplacement.
Ces moyens favorisent un échappement de l'air se
trouvant dans l'entrefer principal 29 lorsque le
déplacement de la partie magnétique mobile 22 a pour
effet de diminuer l'entrefer principal 29.To further reduce the response time of
the actuator according to the invention, it is preferable to
provide means to avoid amortization of the
mobile
Ces moyens 42.1 peuvent consister à prévoir
le long de la partie magnétique mobile 22 une ou
plusieurs premières zones Z1 au niveau desquelles les
moyens de récupération de flux magnétique 40 sont plus
éloignés que dans une ou plusieurs secondes zones Z2.These means 42.1 may consist in providing
along the moving
Pour optimiser la force s'exerçant sur la
portion 28 qui délimite l'entrefer principal 29 et
éviter l'amortissement de la partie magnétique mobile
22, l'entrefer auxiliaire 38 possède une dimension dans
le sens d'établissement du flux magnétique qui est
minimale au niveau d'au moins une zone de la portion 28
contribuant à délimiter l'entrefer principal 29. Elle
est donc plus grande dans au moins une zone en dehors
de ladite portion 28.To optimize the force exerted on the
Dans l'exemple des figures 5A et 5B, la
partie magnétique mobile 22 est un bras qui se termine
par la portion 28, cette dernière étant élargie par
rapport à la largeur du bras. L'éloignement D2 entre
les moyens de récupération de flux 40 et la partie
magnétique mobile 22 est quasiment maximal à proximité
de la portion 28 et il décroít plus on s'en éloigne. Au
niveau de la portion 28 l'éloignement D1 est minimal
comme on l'a vu précédemment. Sur les figures 5A, 5B,
la dimension minimale D1 existe tout autour de la
portion 28.In the example of FIGS. 5A and 5B, the
mobile
Si la dimension de l'entrefer auxiliaire
est sensiblement constante, de l'air risque de rester
emprisonné au niveau de la partie magnétique mobile 22,
ce qui amortit son mouvement.If the size of the auxiliary airgap
is substantially constant, air is likely to remain
trapped at the moving
Ces moyens pour favoriser l'échappement
peuvent aussi consister à doter la partie magnétique
mobile 22 d'ouvertures traversantes 42.2 dans la
direction du mouvement. Cette configuration est
illustrée sur la figure 5B en combinaison avec
l'ajustement de la distance entre la partie magnétique
mobile 22 et les moyens de récupération de flux 40. On
trouve une série d'ouvertures 42.2 le long du bras
depuis l'extrémité d'appui 33 vers la portion 28 et
deux séries d'ouvertures le long de la portion 28.These means to promote the exhaust
may also consist of providing the magnetic part
mobile 22 through apertures 42.2 in the
direction of the movement. This configuration is
illustrated in Figure 5B in combination with
adjusting the distance between the
Les figures 5C et 5D montrent deux autres
configurations de l'entrefer auxiliaire 38, elles sont
dérivées des figures 5A et 5B.Figures 5C and 5D show two more
configurations of the
On s'aperçoit que la partie magnétique
mobile 22 risque de se déplacer latéralement dans le
plan de l'entrefer auxiliaire 38 pour venir contacter
les moyens de récupération de flux 40, à cause d'une
instabilité mécanique due à des forces magnétiques
existantes entre la partie magnétique mobile 22 et les
moyens de récupération de flux 40. La partie magnétique
mobile 22 risque de venir se bloquer contre les moyens
de récupération de flux 40. Cela engendre un
disfonctionement et une usure de l'actionneur.We notice that the magnetic part
mobile 22 may move sideways in the
plan of the
Il est possible, pour éviter cet
inconvénient d'augmenter la dimension D3 de l'entrefer
auxiliaire 38, de part et d'autre de la partie
magnétique mobile 22, au niveau de la portion 28
contribuant à délimiter l'entrefer principal 29. Par
contre, à l'extrémité de la partie magnétique mobile
22, en bout de bras, la dimension D4 de l'entrefer
auxiliaire, dans le sens d'établissement du flux
magnétique, reste minimale.It is possible, to avoid this
disadvantage of increasing the dimension D3 of the
Sur ces figures 5, on suppose que le
premier plot magnétique 31 et le second plot magnétique
32 sont issus de la partie magnétique mobile 22 au lieu
d'être issus de la partie magnétique fixe 21. Les
moyens de récupération de flux 40 sont toujours reliés
magnétiquement et mécaniquement à la culasse 30 par le
premier plot magnétique 31. Le second plot magnétique
32 fait alors partie de la portion 28 de la partie
magnétique mobile 22. L'entrefer principal est délimité
par le second plot magnétique 32 et par la portion de
la culasse qui est en vis à vis avec ce second plot
magnétique.In these figures 5, it is assumed that the
first
Toujours dans l'optique d'optimiser la
force s'exerçant sur la portion 28, on cherche à
limiter les fuites de flux dans le circuit magnétique
26 notamment entre ses différents niveaux empilés. Les
fuites de flux sont dues à la longueur du circuit
magnétique, à la section du matériau magnétique et aux
effets de forme du circuit. Dans les matériaux en
couches minces, les fuites sont plus importantes que
dans les matériaux massifs.Always in the optics of optimizing
force exerted on the
Il est toutefois possible, pour limiter
l'effet de forme, de donner à la culasse 30 (qui
correspond à un premier niveau de l'actionneur) et/ou à
l'ensemble formé par la partie magnétique mobile 22 et
les moyens de récupération de flux 40 (qui correspond à
un second niveau de l'actionneur) une forme oblongue
sensiblement arrondie à ses deux extrémités. Les
figures 6A et 6B sont des vues de dessus et de dessous
respectivement d'un actionneur selon l'invention.It is possible, however, to limit
the effect of form, to give the breech 30 (which
corresponds to a first level of the actuator) and / or
the assembly formed by the mobile
Il est aussi possible, toujours dans le
même but, de faire se chevaucher les deux niveaux. Dans
l'exemple des figures 6, la culasse 30 dépasse
l'ensemble partie magnétique mobile 22-moyens de
récupération de flux 40 sur une grande partie de son
pourtour. On peut également prévoir au moins une
ouverture traversante sur moins un des niveaux pour
réduire les surfaces en regard. Dans l'exemple, la
culasse 30 est pourvue d'une grande ouverture 43
sensiblement centrale. Cette configuration n'est pas
limitative, d'autres sont envisageables.It is also possible, always in the
same purpose, to overlap the two levels. In
the example of FIG. 6, the
On va voir maintenant un autre exemple de relais selon l'invention. On suppose que le relais a été réalisé par des technologies conventionnelles d'assemblage et d'usinage de structures mécaniques par opposition aux micro-technologies. Un tel relais relativement massif convient particulièrement bien pour les puissances élevées.We will now see another example of relay according to the invention. It is assumed that the relay has been made by conventional technologies assembly and machining of mechanical structures by opposition to micro-technologies. Such a relay relatively massive is particularly suitable for the high powers.
Ce relais est représenté en vue de dessus
sur la figure 7A et en coupe sur la figure 7B. On
retrouve la partie magnétique fixe 21 avec la culasse
30 reliée magnétiquement et électriquement à la partie
magnétique mobile 22 par l'intermédiaire du premier
plot de maintien 31. Le second plot 32 qui contribue à
délimiter l'entrefer principal 29 est massif. Les
moyens pour générer le flux magnétique 27 sont réalisés
par un bobinage disposé autour du second plot 32. La
partie magnétique mobile 22 est un bras avec une
extrémité d'appui 33 reliée au premier plot 31 et une
extrémité libre formant la portion 28 qui vient en vis
à vis du second plot 32 pour délimiter l'entrefer
principal 29.This relay is shown in top view
in Figure 7A and in section in Figure 7B. We
finds the fixed
Les moyens de récupération de flux 40 sont
réalisés par un bras massif relié mécaniquement et
magnétiquement par une de ses extrémités 35 à la
culasse 30 par l'intermédiaire d'un troisième plot 34.
Comme les deux autres plots, ce troisième plot 34 est
une protubérance par rapport à la culasse 30. On
pourrait envisager que ce troisième plot 34 soit issu
des moyens de récupération de flux 40 au lieu de faire
partie de la culasse.The flow recovery means 40 are
made by a massive arm mechanically connected and
magnetically by one of its
L'autre extrémité 36 du bras est n'est pas
reliée magnétiquement, elle vient à proximité de la
partie magnétique mobile 22 et contribue avec cette
dernière à délimiter l'entrefer auxiliaire 38. Dans les
configurations précédentes, la partie magnétique mobile
et les moyens de récupération de flux étaient dirigés
sensiblement dans la même direction tandis que dans
cette configuration leurs directions sont sensiblement
perpendiculaires. Leurs points de liaison magnétique
avec la culasse sont distincts.The
On suppose que dans cette configuration la
partie magnétique mobile 22 et le second plot
magnétique 32 sont conducteurs de l'électricité et font
partie d'un circuit électrique qui est ouvert lorsque
l'actionneur est ouvert et qui est fermé lorsque
l'actionneur est fermé.It is assumed that in this configuration the
mobile
On peut symétriser l'actionneur selon
l'invention par rapport à un plan P médian passant par
la partie magnétique mobile 22 sensiblement
perpendiculaire à la direction du mouvement
(matérialisée par une flèche à doubles pointes). On
peut ainsi réaliser un commutateur. La figure 7C
illustre cette configuration. La partie magnétique
mobile 22 est maintenant reliée par son extrémité
d'appui 33 à une culasse à deux branches 30.1, 30.2
sensiblement parallèles et cette liaison se fait par
deux premiers plots 31.1, 31.2 dans le prolongement
l'un de l'autre. Il est de même pour les moyens de
récupération de flux 40. Ils sont reliés magnétiquement
chacun à une branche 30.1, 30.2 de la culasse 30 via
deux troisièmes plots qui ne sont pas visibles sur la
figure 7C mais qui sont dans le prolongement l'un de
l'autre.We can symmetrize the actuator according to
the invention with respect to a median plane P passing through
the mobile
On trouve également une paire de seconds
plots 32.1, 32.2 dans le prolongement l'un de l'autre,
en vis à vis, chacun d'entre eux contribuant à
délimiter un entrefer principal 29.1, 29.2 avec la
partie magnétique mobile 22. Ces entrefers sont
disposés dans le prolongement l'un de l'autre, de part
et d'autre de la partie magnétique mobile 22. La
portion 28 de la partie magnétique mobile 22 est le
siège d'une force qui s'exerce dans un sens ou dans
l'autre, de manière à déplacer la partie magnétique
mobile 22 vers un des seconds plots 32.1 ou vers
l'autre 32.2. On a représenté les moyens pour générer
le flux magnétique sous la forme de deux bobinages
27.1, 27.1, l'un 27.1 permettant au flux de s'établir
dans l'un 28.1 des entrefers principaux et l'autre 27.2
permettant au flux de s'établir dans l'autre entrefer
principal 28.2. Les bobinages 27.1, 27.2 encerclent
chacun un des seconds plots 32.1, 32.2.There is also a pair of seconds
pads 32.1, 32.2 in the extension of one another,
facing each other, each of them contributing to
delimit a main air gap 29.1, 29.2 with the
mobile
Si les seconds plots magnétiques 32.1, 32.2 sont réalisés dans un matériau à hystérésis, on peut obtenir deux états stables de l'actionneur.If the second magnetic studs 32.1, 32.2 are made of a hysteresis material, one can obtain two stable states of the actuator.
La figure 7D illustre un relais ayant
sensiblement la même structure mais réalisé en micro-technologie.
On part d'un substrat 70 par exemple en
silicium. On grave dans le substrat une ouverture 71
pour réaliser les moyens pour générer le flux
magnétique 27 sous forme d'un bobinage spiralé. On la
remplit de matériau conducteur. On dépose sur une des
faces du substrat 70 une couche isolante électriquement
72 au niveau du bobinage spiralé. On perce au moins une
paire de trous 73 au travers du substrat 70, on les
remplit de matériau conducteur pour réaliser deux
contacts électriques 75 destinés à être reliés
électriquement lorsque l'actionneur magnétique est
fermé.Figure 7D illustrates a relay having
substantially the same structure but realized in micro-technology.
We start from a
On perce d'autres trous 74 au travers du
substrat 70 et de la couche isolante 72 pour réaliser
les plots 31, 32, 34. On les remplit de matériau
magnétique. On a pris soin de placer le second plot 32
qui contribue à délimiter l'entrefer principal 29 dans
la zone centrale du bobinage. Le troisième plot 34
n'est pas visible mais il est comparable à celui de la
figure 7A.
On dépose aussi, sur la face portant la
couche isolante 72 la culasse 30 reliée aux plots 31,
32, 34. Sur l'autre face du substrat 70, on dépose une
couche sacrificielle, en oxyde de silicium par exemple,
on la grave au niveau des plots de liaison magnétique
31, 34. Une résine est déposée photolithographiée à
travers un masque et développée pour créer un caisson
dans lequel on va déposer la partie magnétique mobile
22 et les moyens de récupération de flux 40. La couche
sacrificielle est ensuite dégagée sous la partie
magnétique mobile pour lui donner sa liberté de
mouvement. La couche sacrificielle n'est pas
représentée sur la figure 7D mais son emplacement se
trouve entre le substrat 70 et la partie magnétique
mobile 22. Cette dernière masque les moyens de
récupération de flux. We also deposit, on the face bearing the
insulating
La partie magnétique mobile 22 se prolonge
au-delà de l'entrefer principal 29 pour venir en vis à
vis des deux contacts électriques 75 portés par le
substrat 70. Lorsque l'actionneur est fermé, les deux
contacts électriques 75 sont reliés électriquement via
l'extrémité libre de la partie magnétique mobile 22. On
suppose que dans cet exemple, la partie magnétique
mobile ou du moins son extrémité libre est réalisée en
matériau magnétique conducteur de l'électricité.The moving
On va décrire maintenant une autre variante d'un actionneur magnétique selon l'invention, ce dernier possédant une grande stabilité mécanique en torsion. On se réfère aux figures 8A à 8C.We will now describe another variant of a magnetic actuator according to the invention, this last having a high mechanical stability in torsion. Referring to Figs. 8A-8C.
On retrouve la culasse 30 qui est supportée
par un support 80 qui peut être en verre, en céramique
ou en silicium par exemple.We find the breech 30 which is supported
by a
Sur la figure 8B, elle est dotée d'un
premier plot 31 unique qui assure à la fois sa liaison
magnétique avec la partie magnétique mobile 22 et avec
les moyens de récupération de flux 40 et d'un second
plot 32 qui contribue à délimiter l'entrefer principal
29.In Figure 8B, it has a
first
Sur la figure 8C, elle est dotée d'une
paire de premiers plots 31.1, 31.2 qui assure à la fois
sa liaison magnétique avec la partie magnétique mobile
22 et avec les moyens de récupération de flux 40 et
d'un second plot 32 qui contribue à délimiter
l'entrefer principal 29.In Figure 8C, it has a
pair of first pads 31.1, 31.2 which ensures both
its magnetic connection with the moving
Sur la figure 8D, l'entrefer auxiliaire possède une dimension dans le sens d'établissement du flux qui est minimale au niveau d'au moins une zone de la portion contribuant à délimiter l'entrefer principal.In FIG. 8D, the auxiliary air gap has a dimension in the direction of establishment of the flow which is minimal at the level of at least one zone of the portion helping to delimit the gap main.
La partie magnétique mobile 22 est toujours
en forme de bras sensiblement plan mais au lieu d'être
massif le bras se compose de deux branches 22.1, 22.2
non parallèles. D'un côté les branches 22.1, 22.2 sont
reliées magnétiquement et mécaniquement soit au premier
plot 31 unique, soit à l'un des plots 31.1, 31.2 de la
paire et de l'autre elles se rejoignent pour former la
portion 28 qui contribue à délimiter l'entrefer
principal 29.The mobile
Les moyens de récupération de flux 40, dans
cet exemple, sont en forme d'un bras sensiblement plan
qui est logé entre les deux branches 22.1, 22.2 de la
partie magnétique mobile 22 sensiblement dans le même
plan.The flow recovery means 40, in
this example, are shaped like a substantially plane arm
which is housed between the two branches 22.1, 22.2 of the
mobile
Les branches 22.1, 22.2 sont sensiblement
symétriques par rapport à un axe longitudinal du bras
des moyens de récupération de flux 40. Ce bras est
relié magnétiquement et mécaniquement d'un côté, soit
au premier plot 31 unique, soit à la paire de premiers
plots 31.1, 31.2, et de l'autre côté est libre. Il
s'approche de la portion 28. Il délimite avec la partie
magnétique mobile 22 l'entrefer auxiliaire 38. Les
moyens 27 pour générer le flux prennent la forme d'un
ou plusieurs bobinages. Sur la figure 8B, on a
représenté un seul bobinage 27 autour du premier plot
31 unique tandis que sur la figure 8C on a représenté
un bobinage 27.1, 27.2 autour de chacun des plots 31.1,
31.2 de la paire. On aurait pu ajouter un bobinage
autour du second plot 32.The branches 22.1, 22.2 are substantially
symmetrical with respect to a longitudinal axis of the arm
flow recovery means 40. This arm is
magnetically and mechanically connected to one side, either
to the first
La réalisation d'un actionneur en micro-technologie similaire à celui de la figure 8A peut se faire comme suit en se référant aux figures 13A à 13F.The realization of a micro-technology actuator similar to that of Figure 8A can be do as follows with reference to Figs. 13A to 13F.
Sur le substrat 80, on va réaliser la
culasse 30. On dépose une couche de résine, puis on
réalise une étape de lithographie. On grave dans le
substrat 80 ou dans une couche déposée sur le substrat
un caisson 130. On dépose une sous-couche conductrice
131 au fond du caisson 130 (figure 13A). On the
On dépose la culasse 30 électrolytiquement. Le dépôt est ensuite planarisé pour ne conserver la culasse 30 que dans le caisson 130 (figure 13B).The cylinder head is electrolytically deposited. The depot is then planarized to keep the breech 30 only in the box 130 (Figure 13B).
On dépose ensuite une couche diélectrique
81, par exemple en oxyde de silicium, et on y grave au
moins un caisson 132 pour délimiter les moyens 27 pour
générer le flux sous forme de bobinage avec leurs plots
de commande électrique. Cette gravure est précédée
d'une étape de lithographie. Elle n'atteint pas la
culasse 30. Les pistes conductrices des bobinages 27,
par exemple en cuivre, sont déposées par électrolyse,
cette étape est précédée du dépôt d'une sous-couche
conductrice et est suivie d'une étape de planarisation
(figure 13C).A dielectric layer is then deposited
81, for example, silicon oxide, and is etched at
least one
On dépose une nouvelle couche diélectrique
82. On grave dans les deux couches diélectriques 81, 82
des caissons 133 destinés à délimiter les plots
magnétiques 31, 32. Cette gravure est précédée d'une
étape de lithographie. Les caissons 133 atteignent la
culasse 30. Les plots magnétiques 31, 32 sont déposés
par électrolyse, cette étape est précédée du dépôt
d'une sous-couche conductrice et est suivie d'une étape
de planarisation (figure 13D).A new dielectric layer is deposited
82. The two
On dépose ensuite une couche sacrificielle
83 par exemple en oxyde de silicium, et on la grave
pour dégager le premier plot magnétique 31 et assurer
une séparation entre la partie magnétique mobile et la
partie magnétique fixe avec les moyens de récupération
de flux qui vont être déposées(figure 13E).A sacrificial layer is then deposited
83 for example in silicon oxide, and it is serious
to clear the first
On dépose ensuite une couche de matériau
magnétique pour réaliser la partie magnétique fixe avec
les moyens de récupération de flux 40 et la partie
magnétique mobile 22 et par une étape de lithographie
et de gravure on les délimite. Enfin, la couche
sacrificielle 83 est ôtée, par exemple par gravure
chimique, sous la partie magnétique mobile 22 pour la
libérer (figure 13F).A layer of material is then deposited
magnetic to achieve the fixed magnetic part with
the flow recovery means 40 and the part
Les plots de commande électrique des bobinages 27 sont mis à nu (non représentés). L'actionneur peut être recouvert d'un couvercle de protection (non représenté).The electric control pads coils 27 are exposed (not shown). The actuator can be covered with a cover of protection (not shown).
On va voir maintenant des exemples de relais et de commutateurs électriques en détaillant plus particulièrement leurs contacts électriques.We will now see examples of relays and electrical switches by detailing more particularly their electrical contacts.
Sur la figure 9A, on voit en vue de dessus
un relais électrique comparable à celui de la figure
4A. La culasse 30 est supportée par un substrat 90. Les
moyens de récupération de flux 40 sont visibles, ils
prennent la forme d'un bras à deux branches. La partie
magnétique mobile 22 dépasse au-delà du second plot
magnétique 32 et son extrémité se termine par un
contact électrique mobile 91 décalé par rapport à
l'entrefer principal 29. Le substrat 90 sur lequel
repose la culasse 30 comporte une piste conductrice 92
discontinue. La discontinuité 93 se trouve au niveau du
contact électrique mobile 91. Lorsque l'actionneur est
à l'état fermé, le contact électrique mobile 91 vient
contacter la piste conductrice 92 de chaque côté de la
discontinuité 93 de manière à rétablir la continuité.
On suppose que, de chaque côté de la discontinuité 93,
la piste 92 comporte une zone de contact 94 en matériau
différent de celui de la piste. Ce matériau peut être
en or par exemple, pour améliorer la qualité du
contact. La piste conductrice 92 peut être une simple
ligne conductrice ou une ligne à microruban par
exemple. C'est cette dernière configuration qui est
représentée.In Figure 9A, we see in top view
an electric relay comparable to that of the figure
4A. The
La portion 28 sur laquelle s'applique la
force et le contact électrique mobile 91 ont été
décalés l'un par rapport à l'autre le long de la partie
magnétique mobile 22, mais ils restent dans le même
plan. Ils peuvent être réalisés par la même étape
technologique. On peut ainsi conserver un entrefer
principal 29 le plus faible possible, par rapport au
cas où la distance entre les contacts électriques est
incluse dans l'entrefer principal, lorsque l'actionneur
est à l'état ouvert et une distance entre le contact
électrique mobile 91 et la piste 92 la plus grande
possible. Le contact électrique mobile 91 peut être
disposé en un endroit quelconque de la partie
magnétique mobile et il est dimensionné indépendamment
des dimensions de celle-ci. On a de l'espace pour
ajuster le niveau de la piste 91 sur le substrat 90.
C'est une construction avantageuse pour augmenter la
force de fermeture du relais.
On peut envisager de réaliser le contact
électrique au niveau de l'entrefer principal 29. C'est
cette variante qu'illustrent les figures 10A, 10B, 10C.We can consider making contact
at the
Un contact électrique mobile 97 est fixé à
la partie magnétique mobile 22 au niveau de la portion
28 siège de la force générée par le flux magnétique. Ce
contact électrique mobile 97 est isolé électriquement
de la partie magnétique mobile 22 par une couche
isolante 95. Cette couche isolante 95 peut être ôtée si
la partie magnétique mobile 22 est électriquement
conductrice et qu'on utilise cette propriété. Dans ce
cas, on pourra isoler électriquement la partie
magnétique mobile 22 du reste de l'actionneur
magnétique. Elle peut ainsi servir elle-même à la
transmission d'un signal électrique, le contact
électrique mobile venant fermer un circuit électrique
intégrant la partie magnétique mobile.A movable
On peut envisager que le contact électrique soit réalisé par le matériau magnétique lui-même comme l'illustrent les figures 11.We can consider that the electrical contact be realized by the magnetic material itself as illustrate it in figures 11.
Une piste conductrice 96 discontinue est
représentée en regard du contact mobile 97. Elle se
trouve entre le second plot magnétique 32 et le contact
mobile 97. Dans cette configuration, on n'a pas
représenté de zones de contact sur la piste pour
améliorer la qualité du contact. Avec une telle
configuration, l'entrefer principal 29 est augmenté
plus on ajoute de couches électriquement conductrice ou
isolante entre la partie magnétique mobile 22 et le
second plot magnétique 32, tandis que l'espacement
entre les contacts électriques est sensiblement
constante. Malgré l'augmentation de l'entrefer, le
procédé pour réaliser l'actionneur peut être plus
simple.A
On peut envisager pour que l'actionneur
puisse fonctionner en tant que commutateur, que la
partie magnétique mobile 22 soit équipée de deux
contacts électriques mobiles 97.1, 97.2. Ces contacts
sont placés sensiblement symétriquement par rapport à
un plan médian de la partie magnétique mobile 22
sensiblement perpendiculaire à la direction du
mouvement. Ils sont destinés chacun à venir fermer un
circuit électrique, schématisé par une zone de contact
96.1, 96.2, ces circuits étant disposés de part et
d'autre de la partie magnétique mobile 22. En générant
un flux magnétique dans l'entrefer principal 29 dans un
sens ou dans l'autre, la partie magnétique mobile 22 se
déplace dans une direction ou dans la direction opposée
et l'un des contacts électriques mobiles 97.1 ou 97.2
vient fermer l'un des circuits électriques.It can be considered for the actuator
can function as a switch, that the
mobile
Comme sur la figure 10A, la zone de contact
fixe 96.1 est située entre le second plot magnétique 32
et le contact électrique mobile 97.1. Dans cette
représentation la couche isolante entre la partie
magnétique mobile 22 et les contacts électriques
mobiles 97.1, 97.2 est omise.As in FIG. 10A, the contact zone
fixed 96.1 is located between the second
Pour réaliser un commutateur, il est
également possible de placer l'ancrage de la partie
magnétique mobile 22 dans sa partie centrale au lieu de
le placer à l'une de ses extrémités. Les figures 11A et
11B illustrent cette variante. Maintenant la partie
magnétique mobile 22 est en balancier avec deux
extrémités libres 37.1, 37.2. Elle comporte deux
portions 28.1, 28.2 qui contribuent à délimiter chacune
un entrefer principal 29.1, 29.2 et ces portions se
trouvent du côté de ses deux extrémités libres 37.1,
37.2.To make a switch, it is
also possible to place the anchor of the party
La culasse 30 est dotée maintenant d'un
premier plot magnétique d'ancrage 31 central et d'une
paire de seconds plots 32.1, 32.2 qui contribuent
chacun à délimiter l'un des entrefers principaux 29.1,
29.2. Elle est réalisée dans un matériau magnétique
conducteur électriquement. On suppose que dans cet
exemple le premier plot magnétique central 31 sert
aussi pour relier magnétiquement les moyens de
récupération de flux 40 à la culasse 30. Les moyens de
récupération de flux 40 sont comparables à ceux
représentés sur les figures 6. Les moyens pour générer
le flux magnétique 27 prennent la forme d'une paire de
bobinages 27.1, 27.2, chacun d'eux entourant l'un des
seconds plots. Les références 100.1 et 100.2
représentent les bornes électriques pour l'alimentation
des bobinages. Les bornes 100.1 sont électriquement
reliées directement à une extrémité du conducteur d'un
bobinage 27.1, 27.2 tandis que les bornes 100.2 sont
reliées via un conducteur 100.3 et via un des seconds
plots magnétiques 32.1, 32.2 à l'autre extrémité du
conducteur d'un bobinage 27.1, 27.2.The breech 30 is now equipped with a
first central
Les bobinages 27.1, 27.2 sont isolés
électriquement de la culasse 30 par une couche
diélectrique 101 qui s'étend aussi entre le premier
plot magnétique 31 et la culasse.The windings 27.1, 27.2 are isolated
electrically of the
La partie magnétique mobile 22 comporte au
niveau de ses extrémités libres 37.1, 37.2 une zone
28.1, 28.2 sur laquelle s'exerce la force lors de
l'actionnement du commutateur. Cette zone 28.1, 28.2 se
trouve en vis à vis de chacun des seconds plots 32.1,
32.2, elle contribue à délimiter l'entrefer principal
29.1, 29.2.The mobile
Les deux extrémités libres 37.1, 37.2 se
terminent par une zone de contact, électrique 102.1,
102.1 mobile. On suppose que la partie magnétique
mobile 22 est conductrice de l'électricité ainsi que le
premier plot magnétique 31. Ce dernier est relié à un
conducteur d'entrée E permettant d'acheminer un signal
électrique vers la partie magnétique mobile 22. En vis
à vis de chacune des zones de contact électrique 102.1,
102.2 se trouve un contact électrique fixe 104.1, 104.2
isolé électriquement du second plot magnétique 32.1,
32.2 par une couche diélectrique 101. Ce contact
électrique se prolonge par un conducteur de sortie S1,
S2. La partie magnétique mobile vient contacter l'un
des contacts électriques fixes 104.1, 104.2, le signal
électrique peut être recueilli sur l'un ou l'autre des
conducteurs de sortie S1 ou S2. Les bobinages 27.1,
27.2 sont également isolés électriquement des
conducteurs de sortie S1, S2.The two free ends 37.1, 37.2 are
terminate with a contact area, electrical 102.1,
102.1 mobile. It is assumed that the magnetic part
mobile 22 is conducting electricity as well as the
first
Le passage des signaux électriques et le passage du flux magnétique sont schématisés sur la partie droite de la figure 11B. Dans cet exemple le signal électrique passe par la partie magnétique mobile mais ni par le second plot magnétique ni par la culasse. On aurait pu imaginer qu'il passe par ces parties du circuit magnétique.The passage of electrical signals and the passage of the magnetic flux are schematized on the right part of Figure 11B. In this example the electrical signal goes through the moving magnetic part but neither by the second magnetic pad nor by the cylinder head. We could have imagined that he goes through these parts of the magnetic circuit.
Les bobinages peuvent être indépendants ou être reliés électriquement en série, par exemple des bobinages opposés peuvent être en série dans le cas d'utilisation de matériaux à aimantation rémanente ou de matériaux à hystérésis. The windings can be independent or be electrically connected in series, for example opposite windings can be in series in the case use of materials with remanent magnetization or of hysteresis materials.
Les figures 12A, 12B illustrent maintenant un actionneur selon l'invention dans une application de pompe et plus particulièrement de micro-pompe.Figures 12A, 12B illustrate now an actuator according to the invention in an application of pump and more particularly micro-pump.
On retrouve la partie magnétique mobile 22
formée de plusieurs branches 22.1, 22.2, 22.3 en
étoile. Le centre 28 de l'étoile contribue à délimiter
l'entrefer principal 29. Il peut prendre la forme d'un
plot magnétique portant la même référence 28. Les
extrémités des branches 22.1, 22.2, 22.3 sont des
extrémités d'appui reliées magnétiquement et
mécaniquement à la culasse 30 unique. La culasse peut
être par exemple en forme de disque. La culasse est
dotée d'une série de premiers plots 31.1, 31.2, 31.3
pour la relier à la partie magnétique mobile 22. Elle
comporte également un second plot central 32 qui
contribue à délimiter l'entrefer principal 29 et une
série de troisièmes plots 34.1, 34.2, 34.3 pour la
relier magnétiquement et mécaniquement aux moyens de
récupération de flux 40.1, 40.2, 40.3. Ces moyens de
récupération de flux contribuent à délimiter un
entrefer auxiliaire 38.1, 38.2, 38.3 avec la partie
magnétique mobile 22. Ils occupent l'espace entre deux
branches contiguës en restant espacés des branches.We find the mobile
Dans cette configuration de pompe, on
suppose que les premiers plots et les troisièmes plots
sont jointifs dans leur partie supérieure de manière à
former une couronne périphérique à la culasse 30 sur
laquelle est fixée une membrane 120. Cette membrane 120
est également solidaire de la partie magnétique mobile
22 et du plot 28 mais pas des moyens de récupération de
flux 40. Cette membrane se déplace au rythme des
déplacements de la partie magnétique mobile 22. Elle
sert à actionner la circulation d'un fluide. Elle peut
avoir un effet de compression, d'aspiration ou
d'éjection sur le fluide. Elle est réalisée dans un
matériau compatible avec le fluide à pomper ou est
protégée par un traitement de surface.In this pump configuration, one
suppose the first studs and the third studs
are joined in their upper part so as to
form a peripheral ring at the
Dans l'exemple des figures 12, la membrane
120 contribue à délimiter d'un côté avec la culasse 30
une première cavité 121. Les entrefers auxiliaires
38.1, 38.2, 38.3 peuvent servir d'orifices contribuant
à la circulation du fluide, pour son éjection de ou son
aspiration dans une cavité d'actionnement 122 comprise
entre l'autre côté de la membrane 120 et les moyens de
récupération de flux 40. Au moins un autre orifice 44
contribuant également à la circulation du fluide
pourrait traverser la couronne et déboucher dans la
cavité d'actionnement 122. Un système de vannes (non
représenté) serait utilisé pour que le fluide puisse
circuler de manière appropriée.In the example of FIG. 12, the
Les moyens pour générer le flux magnétique
sont représentés sous la forme de bobinages 27
encerclant les premiers plots magnétiques 31.1, 31.2,
31.3 et le second plot magnétique 32. Une couche
d'étanchéité 123 enrobe les bobinages 27 entre la
culasse 30 et les plots magnétiques 31.1, 31.2, 31.3,
32, 34.1, 34.2, 34.3 de manière à les isoler de la
cavité 121.The means to generate the magnetic flux
are represented in the form of
D'autres configurations sont possibles, notamment le fluide pourrait se trouver dans un réservoir inclus dans la pompe et il y aurait au moins un orifice pour l'éjecter.Other configurations are possible, especially the fluid could be in a tank included in the pump and there would be at least an orifice to eject it.
En supprimant la membrane une telle structure pourrait être utilisée comme un relais.By removing the membrane such structure could be used as a relay.
Claims (24)
- Magnetic actuator having a closed magnetic circuit (26) capable of guiding a magnetic flux, this magnetic circuit (26) comprising a fixed magnetic part (30, 31, 32) with a yoke (30) and a mobile magnetic part (22), magnetically connected to each other and also at least one main air gap (29), delimited by at least one portion (28) of the mobile magnetic part (22) and by the yoke (30), in which the magnetic flux is closed by being set up approximately transverse to the mobile magnetic part (22), in the movement direction of said part (22), characterized in that the fixed magnetic part (30, 31, 32) comprises flux recuperation means (40) that contribute with the mobile part (22) to delimiting an auxiliary air gap (38) in which the magnetic flux is set up laterally to the mobile part (22) and consequently substantially transversely to the movement of the mobile part (22), the magnetic flux being contained on each side of the main air gap (29), on one side by the yoke (30), and on the other side jointly by the mobile part (22) and the flux recuperation means (40) through a portion (28) of the mobile magnetic part (22) contributing to delimiting the main air gap (29), the dimension of the auxiliary air gap (38) in the direction in which magnetic flux is set up being a minimum in at least one area of the portion (28) contributing to delimiting the main air gap (29).
- Magnetic actuator according to claim 1, characterized in that at least one first magnetic stud (31) is used to connect the yoke (30) mechanically and magnetically to the mobile magnetic part (22).
- Magnetic actuator according to either of claims 1 or 2, characterised in that at least one second magnetic stud (32) contributes to delimiting the main air gap (29), and this magnetic stud (32) is made from a material with hysteresis.
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 3, characterised in that at least one other magnetic stud (34) is used to mechanically and magnetically connect the yoke (30) to the flux recuperation means (40).
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 4, characterised in that it comprises means (27) for generating the magnetic flux in the closed magnetic circuit (26), these means for generating the magnetic flux being made by at least one winding.
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 5, characterised in that the mobile magnetic part (22) is globally in the form of at least one arm with one or several non-parallel branches connected to each other at the portion contributing to delimiting the main air gap (29).
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 6, characterised in that the mobile magnetic part (22) is in the form of a star with several branches (22.1, 22.2, 22.3).
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 7, characterised in that the thickness (E1) of the flux recuperation means (40) in the direction of movement of the mobile magnetic part (22) is more than the thickness (E2) of the mobile magnetic part (22) in the displacement direction, so that the auxiliary air gap (38) is delimited by surfaces that remain facing each other during the movement of the mobile magnetic part (22).
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 8, characterised in that the main air gap (29) is defined by two facing surfaces (S1, S2), the first surface (S1) forming part of the portion (28) of the mobile magnetic part (22) and the second surface (S2) forming part of the yoke (30), the first surface (S1) being larger than the second surface (S2) and projecting all around the second surface (S2).
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 9, characterised in that the dimension (D2) of the auxiliary air gap (38) in the direction in which the magnetic flux is set up is practically maximum close to the portion (28) contributing to delimiting the main air gap (29), and decreases as the distance from this portion increases.
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 10, characterised in that the mobile magnetic part (22) comprises at least one through opening (42.2) in the direction of displacement.
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 11, characterised in that the yoke (30) forms a first level of the actuator and the assembly formed by the flux recuperation means (4) and by the mobile magnetic part (22) forms a second level, the two levels being stacked.
- Magnetic actuator according to claim 12, characterised in that at least one of the levels has an oblong shape approximately rounded at its two ends.
- Magnetic actuator according to either of claims 12 or 13, characterised in that the two levels overlap.
- Magnetic actuator according to one of claims 12 to 14, characterised in that at least one of the levels comprises a central through opening (43).
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 15, characterised in that it is approximately symmetric about a median plane (P) passing through the mobile magnetic part (22) approximately perpendicular to the movement direction.
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 16, characterised in that the portion (28) contributing to delimiting the main air gap (29) comprises at least one electrical contact (97) that will contact at least one other electrical contact (96) when the actuator is closed.
- Magnetic actuator according to one of claims 1 to 16, characterised in that the mobile magnetic part (22) is terminated by at least one electrical contact (91) offset from the portion (28) contributing to delimiting the main air gap (29), this electrical contact being designed to contact at least one other electrical contact when the actuator is closed.
- Magnetic actuator according to either of claims 17 or 18, characterised in that the electrical contact (97) is electrically isolated from the mobile magnetic part (22).
- Magnetic actuator according to one of claims 17 to 19, characterised in that the mobile magnetic part (22) is made of an electrically conducting magnetic material and acts as an electrical contact.
- Method for making a magnetic actuator according to one of claims 1 to 20, characterised in that it comprises the following steps:etch a caisson (130) in a substrate (80) to be filled with a magnetic material to make a yoke (30) from a fixed magnetic part (30, 31, 32),deposit a first dielectric layer (81) on the substrate (80) with the yoke (30),etch at least one caisson (132) to delimit the means (27) of generating a magnetic flux and deposit the said means (27),deposit a second dielectric layer (82) on the first layer (81),etch caissons (133) through the two layers (81, 82) reaching the yoke (30) to delimit at least one first magnetic stud (31) and at least one second magnetic stud (32), the second stud (32) contributing to delimiting at least one main air gap (29),deposit first and second magnetic studs (31, 32) in the caissons (133),deposit a sacrificial layer (83) on the second dielectric layer (82) and etch the sacrificial layer (83) to expose the first magnetic stud (31) and to make a separation between a mobile magnetic part (22) and flux recuperation means (40) of the fixed magnetic part, deposited later,deposit magnetic material on the sacrificial layer (83) to make the mobile magnetic part (22) and flux recuperation means (27), then etch the magnetic material to delimit them,eliminate the sacrificial layer (83) under the mobile magnetic part (22) to expose it and make the main air gap (29).
- Relay characterised in that it comprises a magnetic actuator according to one of claims 1 to 20.
- Selector switch characterised in that it comprises at least one magnetic actuator according to one of claims 1 to 20, so as to have several main air gaps (29.1, 29.2).
- Pump characterised in that it comprises a magnetic actuator according to one of claims 1 to 16, in which the mobile magnetic part (22) is fixed to a membrane (120) that contributes to delimiting a cavity (122) in which a fluid can be circulated.
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