EP2041765A1 - Dispositif de commutation incluant une partie ferromagnetique mobile - Google Patents

Dispositif de commutation incluant une partie ferromagnetique mobile

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Publication number
EP2041765A1
EP2041765A1 EP07765758A EP07765758A EP2041765A1 EP 2041765 A1 EP2041765 A1 EP 2041765A1 EP 07765758 A EP07765758 A EP 07765758A EP 07765758 A EP07765758 A EP 07765758A EP 2041765 A1 EP2041765 A1 EP 2041765A1
Authority
EP
European Patent Office
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permanent magnet
ferromagnetic part
microswitch
magnetic
movable
Prior art date
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EP07765758A
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German (de)
English (en)
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EP2041765B1 (fr
Inventor
Laurent Chiesi
Benoît Grappe
Mathias Lamien
Sylvain Paineau
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Publication date
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Publication of EP2041765A1 publication Critical patent/EP2041765A1/fr
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Publication of EP2041765B1 publication Critical patent/EP2041765B1/fr
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • H01H36/0006—Permanent magnet actuating reed switches
    • H01H36/0013—Permanent magnet actuating reed switches characterised by the co-operation between reed switch and permanent magnet; Magnetic circuits
    • H01H36/002—Actuation by moving ferromagnetic material, switch and magnet being fixed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • H01H2036/0093—Micromechanical switches actuated by a change of the magnetic field

Definitions

  • the present invention relates to an electrical switching device comprising a magnetic microswitch with a movable element capable of aligning along the field lines of a magnetic field.
  • the switching device according to the invention may in particular be used in a push button, a sliding button or a rotary knob, in a position switch, a shock or acceleration sensor.
  • a position sensor comprising a magnetic microswitch with a movable element controlled by a magnetic effect by a movable permanent magnet.
  • the permanent magnet can take at least two positions to subject the movable element to both orientations of its field lines. By aligning with the field lines of the permanent magnet, the movable element switches between an open state or a closed state respectively corresponding to the opening or closing of an electric circuit.
  • These magnetic microswitches sensitive to the orientation of the field lines react very accurately to the position of the permanent magnet. They are therefore difficult to adjust when assembling the detector.
  • WO2004 / 066330 and US 5,923,523 disclose position sensors employing "reed" switches that are not very accurate, switched by the movement of a ferromagnetic part near a fixed magnet.
  • the ferromagnetic part is set in motion by a fluid. Its displacement is not calibrated.
  • the object of the invention is to provide an electrical switching device with a magnetic microswitch, whose adjustment during assembly is easy, whose performance is not affected over time, said device being precise and perfectly calibrated to trigger systematically when a force of specific intensity is applied.
  • an electrical switching device comprising: a permanent magnet creating a magnetic field, an electric microswitch equipped with a movable element controlled by magnetic effect between at least two states by aligning following two different orientations of the field lines of the magnetic field of the permanent magnet, characterized in that: the microswitch and the permanent magnet are fixed with respect to each other, - the device comprises a mobile ferromagnetic part set in motion between two positions to act on the orientation of the field lines generated vis-à-vis the movable element by the permanent magnet in order to impose on the movable element one or other of its two states, in initial position, the ferromagnetic part is held by magnetic effect against the permanent magnet.
  • using a permanent magnet and a microswitch fixed relative to one another limits the adjustment constraints of the operating points of the microswitch with respect to the permanent magnet and therefore of to overcome problems of assembly of the permanent magnet / microswitch couple.
  • the permanent magnet thus serves both to retain the ferromagnetic part in the initial position but also to switch the microswitch during a movement of the ferromagnetic part.
  • the movable ferromagnetic piece follows a translation movement.
  • the translational movement is for example perpendicular to a direction of magnetization of the permanent magnet.
  • the microswitch is for example centered with respect to the permanent magnet.
  • the movable element is in a rest state situated between its open state and its closed state.
  • the ferromagnetic part can be symmetrical and act, in each of its positions, symmetrically on the field lines of the permanent magnet.
  • the ferromagnetic part in each of its positions, is maintained by a magnetic attraction effect exerted by the permanent magnet.
  • the ferromagnetic part has a U-shaped shape comprising a central portion and two parallel wings between which the permanent magnet is positioned. In each position of the ferromagnetic part, one of its wings is attracted by the permanent magnet.
  • the architecture of the invention is therefore particularly compact, in particular thanks to the double function of the magnet that allows both to switch the microswitch and maintain the ferromagnetic part in its initial position, and possibly, depending on the configuration, in its final position.
  • the microswitch is for example off-center with respect to the permanent magnet. Without the influence of the ferromagnetic part, the microswitch is thus maintained by magnetic effect in one of its open or closed states.
  • the ferromagnetic part can thus take a first extreme position in which it deflects the field lines to impose on the mobile element the other of its two states and a second far extreme position in which it does not act on the field lines. .
  • the first extreme position is stable, the ferromagnetic part being maintained by magnetic attraction effect exerted by the permanent magnet and the second extreme position of the ferromagnetic part is ephemeral, marked by a stop. In the second extreme position, the ferromagnetic part remains under the magnetic influence of the permanent magnet so as to be recalled by magnetic effect to the first position.
  • the permanent magnet is disk-shaped and the movable ferromagnetic piece has the shape of a rotating ring encircling the permanent magnet and performing a rotational movement around the permanent magnet.
  • the ring has for example a protuberance adapted to take two diametrically opposite positions to act on the field lines on either side of a plane of symmetry.
  • the switching device of the invention is for example used in a push button, a sliding button, a position switch, a shock sensor or an acceleration sensor.
  • FIGS. 1 and 2 show the switching device of the invention, used in a sliding button, respectively in the closed state and in the open state
  • FIGS. 3 and 4 show the influence of the ferromagnetic part on the magnetic field lines generated by the permanent magnet
  • FIG. 5 represents the switching device employed in a rotating knob shown schematically, FIG. viewed from the side
  • FIGS. 7 and 8 show the switching device of the invention used in a shock detector, respectively at rest and in the tripped state
  • FIGS. 10 show the switching device of the invention employed in a shock detector, respectively in the idle state and in the triggered state
  • FIG. 1 and 2 show the switching device of the invention, used in a sliding button, respectively in the closed state and in the open state
  • FIGS. 3 and 4 show the influence of the ferromagnetic part on the magnetic field lines generated by the permanent magnet
  • FIG. 5 represents the switching device employed in a rotating knob shown schematically, FIG. viewed from the side
  • FIG. 11 represents in perspective a magnetic microswitch as used in the switching device. of the invention, Figures 12 and 13 show the microswitch of Figure 11 respectively in the open state and in the closed state according to the orientation of the general field lines es by a permanent magnet.
  • the invention relates to a switching device comprising at least one fixed magnetic microswitch 2, a fixed permanent magnet 4, 40 and a movable ferromagnetic part 5, 50, 500.
  • This switching device can be implemented in a push button, a sliding button or a rotary knob and in a position switch, a shock or acceleration sensor.
  • the microswitch 2 used is of magnetic type, sensitive to the orientation of the field lines L of a magnetic field generated by a permanent magnet 4.
  • This type of microswitch 2 can be switched by a permanent magnet between two states, an open state ( Figure 12) and a closed state ( Figure 13). It is for example manufactured in MEMS technology (for "Micro-Electro-Mechanical System”).
  • FIGS. 11 to 13 An exemplary configuration of a microswitch 2 sensitive to the orientation of the field lines L is shown in FIGS. 11 to 13.
  • a microswitch 2 sensitive to the orientation of the field lines L comprises a deformable ferromagnetic mobile membrane 20 which can be actuated in rotation about an axis of rotation (R) under the influence of the permanent magnet 4.
  • the membrane 20 is for example made of Fer-Nickel.
  • the membrane 20 has a longitudinal axis (A) and is connected, at one of its ends, via connecting arms 22a, 22b, to one or more anchoring studs 23 integral with a substrate 3.
  • the membrane 20 is pivotable relative to the substrate along its axis (R) of rotation perpendicular to its longitudinal axis (A).
  • the linking arms 22a, 22b form an elastic connection between the membrane 20 and the anchor pad 23 and are biased during the pivoting of the membrane 20.
  • the membrane 20 At its distal end relative to its axis of rotation, the membrane 20 carries a movable contact 21.
  • the membrane 20 can take at least two determined states, an open state (FIG. 12) in which two electrical tracks 31, 32 fixed on the substrate are disconnected or a closed state ( Figure 13) in which the two tracks 31, 32 are interconnected by the movable contact 21 carried by the membrane 20.
  • Figure 1 the membrane is at the resting state, in a position parallel to the surface of the substrate 3.
  • FIGS. 12 and 13 The operating principle of such a microswitch 2 is illustrated in FIGS. 12 and 13.
  • One of the operating modes of the membrane 20 of such a microswitch 2 consists in applying a magnetic field created by a permanent magnet. 400.
  • the ferromagnetic membrane 20 moves between its two states in alignment with the field lines L of the magnetic field generated by the permanent magnet 400.
  • the field magnetic field of the permanent magnet 400 has L field lines whose orientation generates a magnetic component BP 0 , BP 1 in a ferromagnetic layer of the membrane 20 along its longitudinal axis (A).
  • This magnetic component BP 0 , BP 1 generated in the membrane 20 generates a magnetic torque imposing on the membrane 20 to take one of its open states ( Figure 12) or closed ( Figure 13).
  • the open or closed state of the membrane depends on the position and the orientation of the microswitch 2 relative to the permanent magnet 400.
  • this principle of actuation of the microswitch 2 is used except that the permanent magnet 4, 40 employed and the microswitch 2 are both fixed.
  • a ferromagnetic part 5, 50, 500 is set in motion between at least two positions near the magnet permanent 4, 40. In moving, this ferromagnetic part 5, 50, 500 has the effect of moving the plane of symmetry of the field lines L of the magnetic field of the permanent magnet 4, 40 and thus to deflect the field lines L of the permanent magnet 4, 40.
  • FIGS. 1 and 2 A sliding button equipped with a switching device according to the invention is shown in FIGS. 1 and 2.
  • This sliding button comprises an actuating member 6 integral with the ferromagnetic part 5 and movable in translation in a housing (not shown) next a direction of translation.
  • the ferromagnetic part 5 is symmetrical with respect to a vertical plane and has for example an inverted U shape composed of two symmetrical parallel side wings 5a, 5b interconnected by a perpendicular central portion 5c.
  • the permanent magnet 4 of the device is for example of parallelepipedal shape and is placed inside the U formed by the ferromagnetic part 5, between the two wings 5a, 5b of the part 5.
  • the magnetization direction (M) of the permanent magnet 4 and the plane of symmetry of the field lines L of the permanent magnet 4 are perpendicular to the direction of translation of the movable ferromagnetic part 5.
  • the translation direction of the ferromagnetic part 5 is for example located in a horizontal plane.
  • the microswitch 2 is placed under the magnetic influence of the permanent magnet 4, centered with respect to the permanent magnet 5, so that without ferromagnetic part 5, the membrane 20 is parallel to the substrate 3 and is at the rest state (as in Figure 1 1).
  • the axis of rotation (R) of the microswitch 2 is horizontal and perpendicular to the direction of translation of the ferromagnetic part 5.
  • the ferromagnetic part 5 is able to move in translation between two extreme positions relative to the fixed permanent magnet 4. In each of its extreme positions, it comes for example abut by each of its wings 5a, 5b against the permanent magnet 4 and is held glued by magnetic attraction against the permanent magnet 4. A minimum effort must be exercised on the actuating member 6 for detaching the ferromagnetic part 5 from the permanent magnet 4 and moving it from one position to the other, thus giving the user a particular tactile effect when the body member is moved. 6.
  • the magnetic attraction effect attenuates between a first wing 5a of the ferromagnetic part 5 and the permanent magnet 4 and increases between the second wing 5b of the ferromagnetic part 5 and the permanent magnet 4.
  • the ferromagnetic part 5 has the effect of displacing the plane of symmetry of the field lines L of the permanent magnet 4. In each end position of the ferromagnetic part 5, L-field lines generated by the permanent magnet 4 are thus deflected. by the ferromagnetic part 5 so as to subject the membrane 20 of the microswitch 2 to a specific orientation and impose one of its open or closed states (see Figures 3 and 4).
  • This configuration of the switching device in a sliding button is perfectly reproducible in a push button or a position switch, only the orientation of the parts to possibly be changed.
  • the switching device according to the invention can also be used in a rotary knob as shown in FIG. 5.
  • the rotary knob comprises, for example, a permanent magnet 40 in the form of a disc placed for example above the microswitch 2.
  • the micro-switch 2 and the permanent magnet 40 are fixed relative to one another so that the membrane 20, without the influence of the ferromagnetic part 50, is at rest (as in FIG. 1 1).
  • the ferromagnetic part 50 consists for example of a ring encircling the permanent magnet 40 and able to rotate about its axis around the permanent magnet 40 when it is actuated by an external actuating member not visible in FIG.
  • the axis of the ring is for example vertical, while the axis of rotation of the membrane of the microswitch 2 is horizontal.
  • the ring comprises an internal protuberance 51 formed in the direction of the permanent magnet 40 and charged as a function of the position of the ring to deflect the field lines of the permanent magnet 40.
  • the protrusion 51 of the ring is able to rotate between at least two diametrically opposed positions (1 and 0 in FIGS. 5 and 6) aligned on the longitudinal axis (A) of the membrane 20 of the microswitch so as to deviate from one side or the other the lines of L-field of the permanent magnet and subject the membrane 20, depending on its position, to one or other of the two orientations of the field lines L.
  • the configuration presented above of the switching device can also be used in a position switch, a shock or acceleration sensor, the actuation is no longer manual but caused by an external phenomenon.
  • the switching device of the invention can also be used in a shock sensor or even an acceleration sensor.
  • the shock sensor has for example a switching device similar to that used in the sliding button described above.
  • the ferromagnetic part 5 is identical and thus has an inverted U shape with two parallel side wings 5a, 5b separated from a central portion 5c perpendicular.
  • the permanent magnet 4 and the microswitch 2 are placed in the U formed by the ferromagnetic part 5.
  • the first wing 5a of the ferromagnetic part in the initial position, the first wing 5a of the ferromagnetic part is held by magnetic effect against the permanent magnet 4 (FIG. 7).
  • the ferromagnetic part 5 can be moved horizontally in one direction towards its second position, starting from a determined tripping threshold.
  • the second wing 5b of the ferromagnetic part 5 is pressed against the permanent magnet 4 by magnetic effect (FIG. 8).
  • the trigger threshold of the impact sensor is in particular a function of the mass of the movable ferromagnetic part 5, the nature of the materials constituting the permanent magnet 4 and the ferromagnetic part 5, the size of the surface of the permanent magnet 4 situated opposite the ferromagnetic part 5 as well as the initial gap distance separating the wing 5a, 5b distant from the ferromagnetic part 5 with respect to the permanent magnet 4.
  • the ferromagnetic part 5 acts on the orientation of the field lines L of the magnetic field of the permanent magnet 4 so as to deflect them and to subject the membrane 20 of the microswitch 2 to a majority orientation
  • the field lines L seen by the membrane 20 of the microswitch 2 impose its open state.
  • the field lines L seen by the membrane 20 have an inverted orientation and impose its closed state.
  • the ferromagnetic part 5 remains in a glued position to the permanent magnet 4 after the actuation of the shock sensor, which makes it possible to endow the sensor with a memory effect.
  • the two wings 5a, 5b of the ferromagnetic part 5 can be dimensioned differently to increase the attraction force between the ferromagnetic part 5 and the permanent magnet 4 when the part 5 is in its second position.
  • the distance between the permanent magnet 4 and the remote wing 5a of the ferromagnetic part 5 after the sensor has been triggered can be adjusted to prevent the return of the ferromagnetic part 5 to the initial position.
  • the ferromagnetic part 500 has, for example, an L configuration with two perpendicular branches 501, 502.
  • the ferromagnetic part 500 is displaceable in translation in one direction, for example horizontal, under the effect of a shock, between a stable initial position ( Figure 9) in which it is electromagnetically pressed against the permanent magnet 4 and a second remote position ( Figure 10).
  • One of the branches 501 of the L-shaped ferromagnetic part 500 is perpendicular to its translation direction and the other branch is parallel to this direction.
  • the second position is marked by a fixed abutment for example consisting of a wall 7 placed in the path of the ferromagnetic part 500.
  • This wall 7 is positioned to maintain the ferromagnetic part 500 under the magnetic influence of the permanent magnet 4 regardless of the intensity of the shock, even when the ferromagnetic part 500 abuts against the wall 7. After an impact, the ferromagnetic part 500 is automatically reduced by magnetic effect against the permanent magnet 4.
  • the microswitch 2 is off-center with respect to the permanent magnet 4 so as to put the membrane 20 in one of its two states, open or closed (closed in FIG. 10) when the ferromagnetic part 500 is in its second position (FIG. 10), that is to say when the ferromagnetic piece 500 is remote and has no effect on the field lines L of the permanent magnet 4.
  • the ferromagnetic part 500 acts on the field lines L of the permanent magnet 4 and deflects them so as to subject the membrane 20 to a defined orientation and to impose the other of its two states, open or closed (open on the Figure 9).

Landscapes

  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Executing Machine-Instructions (AREA)
  • Switches With Compound Operations (AREA)

Description

Dispositif de commutation incluant une partie ferromagnétique mobile
La présente invention se rapporte à un dispositif de commutation électrique comportant un micro-interrupteur magnétique doté d'un élément mobile apte à s'aligner suivant les lignes de champ d'un champ magnétique. Le dispositif de commutation selon l'invention pourra notamment être utilisé dans un bouton-poussoir, un bouton glissant ou un bouton rotatif, dans un interrupteur de position, un capteur de choc ou d'accélération.
II est connu par le brevet US 6,633,158 un capteur de position comportant un micro-interrupteur magnétique doté d'un élément mobile piloté par effet magnétique par un aimant permanent mobile. L'aimant permanent peut prendre au moins deux positions pour soumettre l'élément mobile aux deux orientations de ses lignes de champ. En s'alignant sur les lignes de champ de l'aimant permanent, l'élément mobile bascule entre un état ouvert ou un état fermé correspondant respectivement à l'ouverture ou à la fermeture d'un circuit électrique. Ces micro-interrupteurs magnétiques sensibles à l'orientation des lignes de champ réagissent de manière très précise à la position de l'aimant permanent. Ils sont donc difficiles à régler lors de l'assemblage du détecteur.
Les documents WO2004/066330 et US 5,923,523 décrivent des capteurs de position employant des interrupteurs de type "reed" peu précis, commutés par le déplacement d'une pièce ferromagnétique à proximité d'un aimant fixe. Dans le premier document la pièce ferromagnétique est mise en mouvement par un fluide. Son déplacement n'est donc pas calibré.
Le but de l'invention est de proposer un dispositif de commutation électrique doté d'un micro-interrupteur magnétique, dont le réglage lors de l'assemblage est aisé, dont les performances ne sont pas affectées au cours du temps, ledit dispositif étant précis et parfaitement calibré pour se déclencher systématiquement lorsque une force d'intensité déterminée est appliquée.
Ce but est atteint par un dispositif de commutation électrique comprenant : un aimant permanent créant un champ magnétique, un micro-interrupteur électrique doté d'un élément mobile piloté par effet magnétique entre au moins deux états en s'alignant suivant deux orientations différentes des lignes de champ du champ magnétique de l'aimant permanent, caractérisé en ce que : le micro-interrupteur et l'aimant permanent sont fixes l'un par rapport à l'autre, - le dispositif comporte une pièce ferromagnétique mobile mise en mouvement entre deux positions pour agir sur l'orientation des lignes de champ générées vis-à-vis de l'élément mobile par l'aimant permanent en vue d'imposer à l'élément mobile l'un ou l'autre de ses deux états, en position initiale, la pièce ferromagnétique est maintenue par effet magnétique contre l'aimant permanent.
Selon l'invention, employer un aimant permanent et un micro-interrupteur fixes l'un par rapport à l'autre permet de limiter les contraintes de réglage des points de fonctionnement du micro-interrupteur par rapport à l'aimant permanent et donc de s'affranchir des problèmes d'assemblage du couple aimant permanent/micro- interrupteur.
Selon l'invention, l'aimant permanent sert donc à la fois à retenir la pièce ferromagnétique en position initiale mais également à commuter le micro-interrupteur lors d'un mouvement de la pièce ferromagnétique.
Selon une particularité de l'invention, la pièce ferromagnétique mobile suit un mouvement de translation. Le mouvement de translation est par exemple perpendiculaire à une direction d'aimantation de l'aimant permanent.
Selon l'invention, le micro-interrupteur est par exemple centré par rapport à l'aimant permanent. Ainsi, sans l'influence de la pièce ferromagnétique, l'élément mobile se trouve dans un état repos situé entre son état ouvert et son état fermé. En centrant le micro-interrupteur par rapport à l'aimant permanent, la pièce ferromagnétique peut être symétrique et agir, dans chacune de ses positions, de manière symétrique sur les lignes de champ de l'aimant permanent.
Selon une autre particularité, dans chacune de ses positions, la pièce ferromagnétique est maintenue par un effet magnétique d'attraction exercé par l'aimant permanent.
Selon une autre particularité, la pièce ferromagnétique présente une forme en U comportant une partie centrale et deux ailes parallèles entre lesquelles est positionné l'aimant permanent. Dans chacune des positions de la pièce ferromagnétique, l'une de ses ailes est attirée par l'aimant permanent. L'architecture de l'invention est donc particulièrement compacte, notamment grâce à la double fonction de l'aimant qui permet à la fois de commuter le micro-interrupteur et de maintenir la pièce ferromagnétique dans sa position initiale, et éventuellement, selon la configuration, dans sa position finale.
Selon l'invention, le micro-interrupteur est par exemple décentré par rapport à l'aimant permanent. Sans l'influence de la pièce ferromagnétique, le microinterrupteur est donc maintenu par effet magnétique dans l'un de ses états ouvert ou fermé. La pièce ferromagnétique peut donc prendre une première position extrême dans laquelle elle dévie les lignes de champ pour imposer à l'élément mobile l'autre de ses deux états et une seconde position extrême éloignée dans laquelle elle n'agit pas sur les lignes de champ. La première position extrême est stable, la pièce ferromagnétique étant maintenue par effet magnétique d'attraction exercé par l'aimant permanent et la seconde position extrême de la pièce ferromagnétique est éphémère, marquée par une butée. Dans la seconde position extrême, la pièce ferromagnétique reste sous l'influence magnétique de l'aimant permanent de manière à être rappelée par effet magnétique vers la première position.
Selon une variante de réalisation du dispositif, l'aimant permanent est en forme de disque et la pièce ferromagnétique mobile a la forme d'une bague tournante encerclant l'aimant permanent et effectuant un mouvement de rotation autour de l'aimant permanent. La bague présente par exemple une protubérance apte à prendre deux positions diamétralement opposées pour agir sur les lignes de champ de part et d'autre d'un plan de symétrie.
Le dispositif de commutation de l'invention est par exemple employé dans un bouton poussoir, un bouton glissant, un interrupteur de position, un capteur de choc ou un capteur d'accélération.
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels : les figures 1 et 2 représentent le dispositif de commutation de l'invention, employé dans un bouton glissant, respectivement à l'état fermé et à l'état ouvert, les figures 3 et 4 montrent l'influence de la pièce ferromagnétique sur les lignes de champ magnétique générées par l'aimant permanent, la figure 5 représente le dispositif de commutation employé dans un bouton tournant montré de manière schématique, - la figure 6 représente, vu de côté, le bouton tournant de la figure 5, les figures 7 et 8 représentent le dispositif de commutation de l'invention employé dans un détecteur de choc, respectivement à l'état repos et à l'état déclenché, les figures 9 et 10 représentent le dispositif de commutation de l'invention employé dans un détecteur de choc, respectivement à l'état repos et à l'état déclenché, la figure 11 représente en perspective un micro-interrupteur magnétique tel qu'employé dans le dispositif de commutation de l'invention, les figures 12 et 13 représentent le micro-interrupteur de la figure 11 respectivement à l'état ouvert et à l'état fermé selon l'orientation des lignes de champ générées par un aimant permanent.
L'invention concerne un dispositif de commutation comprenant au moins un micro-interrupteur 2 magnétique fixe, un aimant permanent 4, 40 fixe et une pièce ferromagnétique 5, 50, 500 mobile.
Ce dispositif de commutation peut être mis en œuvre dans un bouton- poussoir, un bouton glissant ou un bouton tournant ainsi que dans un interrupteur de position, un capteur de choc ou d'accélération.
Le micro-interrupteur 2 employé est de type magnétique, sensible à l'orientation des lignes de champ L d'un champ magnétique généré par un aimant permanent 4.
Ce type de micro-interrupteur 2 peut être commuté par un aimant permanent entre deux états, un état ouvert (figure 12) et un état fermé (figure 13). Il est par exemple fabriqué en technologie MEMS (pour "Micro-Electro-Mechanical System").
Un exemple de configuration d'un micro-interrupteur 2 sensible à l'orientation des lignes de champ L est représenté en figures 11 à 13.
Un micro-interrupteur 2 sensible à l'orientation des lignes de champ L comporte une membrane 20 mobile ferromagnétique déformable pouvant être actionnée en rotation autour d'un axe de rotation (R) sous l'influence de l'aimant permanent 4. La membrane 20 est par exemple en Fer-Nickel.
La membrane 20 présente un axe longitudinal (A) et est reliée, à l'une de ses extrémités, par l'intermédiaire de bras de liaison 22a, 22b, à un ou plusieurs plots 23 d'ancrage solidaires d'un substrat 3. La membrane 20 est apte à pivoter par rapport au substrat suivant son axe (R) de rotation perpendiculaire à son axe longitudinal (A).
Les bras 22a, 22b de liaison forment une liaison élastique entre la membrane 20 et le plot 23 d'ancrage et sont sollicités en flexion lors du pivotement de la membrane 20.
A son extrémité distale par rapport à son axe de rotation, la membrane 20 porte un contact mobile 21. En pivotant, la membrane 20 peut prendre au moins deux états déterminés, un état ouvert (figure 12) dans lequel deux pistes électriques 31 , 32 fixes déposées sur le substrat sont déconnectées ou un état fermé (figure 13) dans lequel les deux pistes 31 , 32 sont reliées entre elles par le contact mobile 21 porté par la membrane 20. Sur la figure 1 1 , la membrane est à l'état repos, dans une position parallèle à la surface du substrat 3.
Le principe de fonctionnement d'un tel micro-interrupteur 2 est illustré sur les figures 12 et 13. L'un des modes d'actionnement de la membrane 20 d'un tel microinterrupteur 2 consiste à appliquer un champ magnétique créé par un aimant permanent 400. Selon ce mode d'actionnement, la membrane 20 ferromagnétique se déplace entre ses deux états en s'alignant sur les lignes de champ L du champ magnétique généré par l'aimant permanent 400. En référence aux figures 12 et 13, le champ magnétique de l'aimant permanent 400 présente des lignes de champ L dont l'orientation génère une composante magnétique BP0, BP1 dans une couche ferromagnétique de la membrane 20 suivant son axe longitudinal (A). Cette composante magnétique BP0, BP1 générée dans la membrane 20 engendre un couple magnétique imposant à la membrane 20 de prendre l'un de ses états ouvert (figure 12) ou fermé (figure 13). En déplaçant l'aimant permanent 400 en translation parallèlement à l'axe longitudinal (A) de la membrane 20, il est donc possible de soumettre la membrane 20 à deux orientations différentes des lignes de champ L du champ magnétique de l'aimant permanent 400 et de faire basculer la membrane 20 entre ses deux états. L'état ouvert ou fermé de la membrane dépend de la position et de l'orientation du micro-interrupteur 2 par rapport à l'aimant permanent 400.
Dans le dispositif de commutation de l'invention, on utilise ce principe d'actionnement du micro-interrupteur 2 sauf que l'aimant permanent 4, 40 employé et le micro-interrupteur 2 sont tous les deux fixes. Afin de pouvoir soumettre la membrane 20 du micro-interrupteur 2 aux deux orientations des lignes de champ du champ magnétique généré par l'aimant permanent 4, 40, une pièce ferromagnétique 5, 50, 500 est mise en mouvement entre au moins deux positions à proximité de l'aimant permanent 4, 40. En se déplaçant, cette pièce ferromagnétique 5, 50, 500 a pour effet de déplacer le plan de symétrie des lignes de champ L du champ magnétique de l'aimant permanent 4, 40 et donc à dévier les lignes de champ L de l'aimant permanent 4, 40.
Un bouton glissant doté d'un dispositif de commutation selon l'invention est représenté en figures 1 et 2. Ce bouton glissant comporte un organe d'actionnement 6 solidaire de la pièce ferromagnétique 5 et mobile en translation dans un boîtier (non représenté) suivant une direction de translation. La pièce ferromagnétique 5 est symétrique par rapport à un plan vertical et présente par exemple une forme en U renversé composée de deux ailes latérales 5a, 5b parallèles symétriques reliées entre elles par une partie centrale perpendiculaire 5c. L'aimant permanent 4 du dispositif est par exemple de forme parallélépipédique et est placé à l'intérieur du U formé par la pièce ferromagnétique 5, entre les deux ailes 5a, 5b de la pièce 5. La direction d'aimantation (M) de l'aimant permanent 4 et le plan de symétrie des lignes de champ L de l'aimant permanent 4 sont perpendiculaires à la direction de translation de la pièce ferromagnétique 5 mobile. Sur les figures annexées, la direction de translation de la pièce ferromagnétique 5 est par exemple située dans un plan horizontal.
Le micro-interrupteur 2 est placé sous l'influence magnétique de l'aimant permanent 4, centré par rapport à l'aimant permanent 5, de sorte que sans pièce ferromagnétique 5, la membrane 20 est parallèle au substrat 3 et est à l'état repos (comme sur la figure 1 1 ). L'axe de rotation (R) du micro-interrupteur 2 est horizontal et perpendiculaire à la direction de translation de la pièce ferromagnétique 5.
Selon l'invention, la pièce ferromagnétique 5 est apte à se déplacer en translation entre deux positions extrêmes par rapport à l'aimant permanent 4 fixe. Dans chacune de ses positions extrêmes, elle vient par exemple buter par chacune de ses ailes 5a, 5b contre l'aimant permanent 4 et est maintenue collée par effet magnétique d'attraction contre l'aimant permanent 4. Un effort minimal doit donc être exercé sur l'organe d'actionnement 6 pour décoller la pièce ferromagnétique 5 de l'aimant permanent 4 et la déplacer d'une position à l'autre, conférant ainsi à l'utilisateur un effet tactile particulier lors du déplacement de l'organe d'actionnement 6. Au fur et à mesure du déplacement de la pièce ferromagnétique 5 d'une position vers l'autre, l'effet magnétique d'attraction s'atténue entre une première aile 5a de la pièce ferromagnétique 5 et l'aimant permanent 4 et augmente entre la deuxième aile 5b de la pièce ferromagnétique 5 et l'aimant permanent 4.
La pièce ferromagnétique 5 a pour effet de déplacer le plan de symétrie des lignes de champ L de l'aimant permanent 4. Dans chaque position extrême de la pièce ferromagnétique 5, des lignes de champ L générées par l'aimant permanent 4 sont ainsi déviées par la pièce ferromagnétique 5 de manière à soumettre la membrane 20 du micro-interrupteur 2 à une orientation déterminée et lui imposer l'un de ses états ouvert ou fermé (voir figures 3 et 4). Cette configuration du dispositif de commutation dans un bouton glissant est parfaitement reproductible dans un bouton poussoir ou un interrupteur de position, seule l'orientation des pièces devant éventuellement être modifiée.
Le dispositif de commutation selon l'invention peut également être employé dans un bouton tournant tel que représenté en figure 5. Le bouton tournant comporte par exemple un aimant permanent 40 en forme de disque placé par exemple au- dessus du micro-interrupteur 2. Le micro-interrupteur 2 et l'aimant permanent 40 sont fixes l'un par rapport à l'autre de sorte que la membrane 20, sans l'influence de la pièce ferromagnétique 50, est à l'état repos (comme sur la figure 1 1 ). La pièce ferromagnétique 50 est par exemple constituée d'une bague encerclant l'aimant permanent 40 et apte à tourner sur son axe autour de l'aimant permanent 40 lorsqu'elle est actionnée par un organe d'actionnement externe non visible sur la figure 5. L'axe de la bague est par exemple vertical, tandis que l'axe de rotation de la membrane du micro-interrupteur 2 est horizontal. La bague comporte une protubérance 51 interne formée en direction de l'aimant permanent 40 et chargée en fonction de la position de la bague de dévier les lignes de champ de l'aimant permanent 40. La protubérance 51 de la bague est apte à tourner entre au moins deux positions diamétralement opposées (1 et 0 sur les figures 5 et 6) alignées sur l'axe longitudinal (A) de la membrane 20 du micro-interrupteur de manière à dévier d'un côté ou de l'autre les lignes de champ L de l'aimant permanent et soumettre la membrane 20, selon sa position, à l'une ou l'autre des deux orientations des lignes de champ L. La configuration présentée ci-dessus du dispositif de commutation peut également être employée dans un interrupteur de position, un capteur de choc ou d'accélération, l'actionnement n'étant plus manuel mais causée par un phénomène extérieure. Le dispositif de commutation de l'invention peut également être employé dans un capteur de choc ou même un capteur d'accélération.
Dans une première configuration représentée en figures 7 et 8, le capteur de choc dispose par exemple d'un dispositif de commutation semblable à celui employé dans le bouton glissant décrit ci-dessus. La pièce ferromagnétique 5 est identique et présente ainsi une forme en U renversé dotée de deux ailes latérales 5a, 5b parallèles séparées d'une partie centrale 5c perpendiculaire. Comme précédemment, l'aimant permanent 4 ainsi que le micro-interrupteur 2 sont placés dans le U formé par la pièce ferromagnétique 5.
Dans cette première configuration, en position initiale, la première aile 5a de la pièce ferromagnétique est maintenue par effet magnétique contre l'aimant permanent 4 (figure 7). Lors d'un choc, la pièce ferromagnétique 5 peut être déplacée horizontalement dans un sens vers sa seconde position, à partir d'un seuil de déclenchement déterminé. Dans sa seconde position, la seconde aile 5b de la pièce ferromagnétique 5 vient se plaquer par effet magnétique contre l'aimant permanent 4 (figure 8). Le seuil de déclenchement du capteur de choc est notamment fonction de la masse de la pièce ferromagnétique 5 mobile, de la nature des matériaux constituant l'aimant permanent 4 et la pièce ferromagnétique 5, de la taille de la surface de l'aimant permanent 4 situé en vis-à-vis de la pièce ferromagnétique 5 ainsi que de la distance initiale d'entrefer séparant l'aile 5a, 5b distante de la pièce ferromagnétique 5 par rapport à l'aimant permanent 4.
Dans chacune de ses deux positions, la pièce ferromagnétique 5 agit sur l'orientation des lignes de champ L du champ magnétique de l'aimant permanent 4 de manière à les dévier et à soumettre la membrane 20 du micro-interrupteur 2 à une orientation majoritaire des lignes de champ L. Dans la position initiale de la pièce ferromagnétique 5, les lignes de champ L vues par la membrane 20 du microinterrupteur 2 lui imposent son état ouvert. Dans la seconde position de la pièce ferromagnétique 5, les lignes de champ L vues par la membrane 20 présentent une orientation inversée et lui imposent son état fermé.
Dans cette première configuration, la pièce ferromagnétique 5 reste en position collée à l'aimant permanent 4 après l'actionnement du capteur de choc ce qui permet de doter le capteur d'un effet mémoire. Afin de favoriser cet effet mémoire, les deux ailes 5a, 5b de la pièce ferromagnétique 5 peuvent être dimensionnées différemment pour augmenter la force d'attraction entre la pièce ferromagnétique 5 et l'aimant permanent 4 lorsque la pièce 5 est dans sa seconde position. De même, la distance entre l'aimant permanent 4 et l'aile distante 5a de la pièce ferromagnétique 5 après que le capteur a été déclenché peut être ajustée pour éviter le retour de la pièce ferromagnétique 5 en position initiale.
Dans une seconde configuration du capteur de choc représentée en figures 9 et 10, la pièce ferromagnétique 500 présente par exemple une configuration en L à deux branches perpendiculaires 501 , 502. La pièce ferromagnétique 500 est déplaçable en translation suivant une direction, par exemple horizontale, sous l'effet d'un choc, entre une position initiale (figure 9) stable dans laquelle elle est plaquée par effet magnétique contre l'aimant permanent 4 et une seconde position éloignée (figure 10). L'une des branches 501 de la pièce ferromagnétique 500 en L est perpendiculaire à sa direction de translation et l'autre branche est parallèle à cette direction. La seconde position est marquée par une butée fixe par exemple constituée d'une paroi 7 placée sur le chemin de la pièce ferromagnétique 500. Cette paroi 7 est positionnée de manière à maintenir la pièce ferromagnétique 500 sous l'influence magnétique de l'aimant permanent 4 quelle que soit l'intensité du choc, même lorsque la pièce ferromagnétique 500 vient en butée contre la paroi 7. Après un choc, la pièce ferromagnétique 500 est donc ramenée automatiquement par effet magnétique contre l'aimant permanent 4.
Dans cette seconde configuration, le micro-interrupteur 2 est décentré par rapport à l'aimant permanent 4 de manière à mettre la membrane 20 dans l'un de ses deux états, ouvert ou fermé (fermé sur la figure 10) lorsque la pièce ferromagnétique 500 est dans sa seconde position (figure 10), c'est-à-dire lorsque la pièce ferromagnétique 500 est éloigné et n'a plus d'effet sur les lignes de champ L de l'aimant permanent 4. En position initiale, la pièce ferromagnétique 500 agit sur les lignes de champ L de l'aimant permanent 4 et les dévie de manière à soumettre la membrane 20 à une orientation définie et à lui imposer l'autre de ses deux états, ouvert ou fermé (ouvert sur la figure 9).
II est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de commutation électrique comprenant : un aimant permanent (4, 40) créant un champ magnétique, un micro-interrupteur (2) doté d'un élément mobile piloté par effet magnétique entre au moins deux états en s'alignant suivant deux orientations différentes des lignes de champ (L) du champ magnétique de l'aimant permanent (4, 40), caractérisé en ce que : le micro-interrupteur (2) et l'aimant permanent (4, 40) sont fixes l'un par rapport à l'autre, le dispositif comporte une pièce ferromagnétique (5, 50, 500) mobile mise en mouvement entre deux positions pour agir sur l'orientation des lignes de champ (L) générées vis-à-vis de l'élément mobile par l'aimant permanent (4,
40) en vue d'imposer à l'élément mobile l'un ou l'autre de ses deux états, dans une position initiale, la pièce ferromagnétique (5, 50, 500) est maintenue par effet magnétique contre l'aimant permanent (4, 40).
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la pièce ferromagnétique (5, 500) mobile suit un mouvement de translation.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mouvement de translation est réalisé suivant une direction perpendiculaire à une direction d'aimantation (M) de l'aimant permanent (4).
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le mouvement de translation est réalisé suivant une direction perpendiculaire à un axe de rotation (R) de l'élément mobile.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le microinterrupteur (2) est centré par rapport à l'aimant permanent (4).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans une seconde position, la pièce ferromagnétique (5, 500) est maintenue par un effet magnétique d'attraction exercé par l'aimant permanent (4).
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la pièce ferromagnétique (5) présente une forme en U comportant une partie centrale (5c) et deux ailes (5a, 5b) parallèles entre lesquelles est positionné l'aimant permanent (4).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans chacune des positions de la pièce ferromagnétique, l'une de ses ailes (5a, 5b) est attirée par l'aimant permanent (4).
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le microinterrupteur (2) est décentré par rapport à l'aimant permanent (4).
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pièce ferromagnétique (500) est déplaçable entre deux positions extrêmes, une position initiale stable dans laquelle elle est maintenue par effet magnétique d'attraction exercé par l'aimant permanent (4) et une position éphémère de butée dans laquelle la pièce ferromagnétique (500) reste sous l'influence magnétique de l'aimant permanent (4).
1 1. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est employé dans un bouton poussoir, un bouton glissant, un interrupteur de position, un capteur de choc ou un capteur d'accélération.
12. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'aimant permanent (40) est en forme de disque et en ce que la pièce ferromagnétique (50) mobile a la forme d'une bague tournante formée autour de l'aimant permanent (40) et effectuant un mouvement de rotation autour de l'aimant permanent (40).
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la bague présente une protubérance (51 ) apte à prendre deux positions diamétralement opposées.
14. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il est employé dans un bouton tournant, un interrupteur de position, un capteur de choc ou un capteur d'accélération.
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