EP2643593A2 - Microsystemes de compression ou de transformation d'une difference de pressions en deplacement - Google Patents

Microsystemes de compression ou de transformation d'une difference de pressions en deplacement

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Publication number
EP2643593A2
EP2643593A2 EP11782169.4A EP11782169A EP2643593A2 EP 2643593 A2 EP2643593 A2 EP 2643593A2 EP 11782169 A EP11782169 A EP 11782169A EP 2643593 A2 EP2643593 A2 EP 2643593A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microsystem
fluid
parts
distal portion
nozzle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11782169.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thierry Hilt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP2643593A2 publication Critical patent/EP2643593A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/023—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where both members are moving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C25/00—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids
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    • F04C2230/10—Manufacture by removing material
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    • F04C2240/401—Linear motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/80—Other components
    • F04C2240/81—Sensor, e.g. electronic sensor for control or monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/15—Resonance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/02—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors

Definitions

  • the invention relates to a microsystem for transforming a pressure difference in a fluid into a mechanical displacement and a microsystem for compressing a fluid.
  • Microsystems are, for example, MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems). These microsystems differ from macroscopic mechanical systems in addition to their manufacturing process. These microsystems are made using the same collective manufacturing processes as those used to make microelectronic chips. For example, microsystems are made from monocrystalline silicon wafer or machined glass by photolithography and etching (for example DRIE (Deep Reactive Ion Etching)) and / or structured by epitaxial growth and deposition of metallic material.
  • MEMS Micro-ElectroMechanical Systems
  • the microsystems are small and generally have machined parts or parts of which at least one of the dimensions is of micrometric order.
  • the micrometric order size is generally less than 200 ⁇ m and, for example, between 1 and 200 ⁇ m.
  • ONERA has developed microturbines to transform a fluid flow into a mechanical displacement.
  • Another microsystem for performing the same function is for example disclosed in the application WO 03 056 691 or in the application WO 2006/095039.
  • microsystems disclosed are capable of transforming a pressure difference into a mechanical displacement. However, they have a number of disadvantages.
  • Some of these microsystems require a rotatably mounted part, generally called a rotor.
  • the rotor rotates relative to another motionless part generally called stator.
  • the rotor is for example a microturbine.
  • Such rotational movement of the rotor causes friction losses which can be significant, which reduces the energy efficiency of the microsystem.
  • Energy efficiency is the ratio between the mechanical energy produced and the energy supplied to the microsystem in the form of a fluid flow or a pressure difference.
  • At least two parts at least one of which is mobile, between which the fluid flows to pass from the inlet nozzle to the outlet nozzle by moving said parts relative to each other, these parts being shaped, for example in spirals or in a circle, and nested one inside the other so that, during their displacement, they define at least one fluid pocket of variable volume which moves away from the inlet nozzle to then join the exit nozzle,
  • each movable part being mounted movable relative to each of the upper and lower planes, each movable part comprising:
  • a cantilever distal portion along which the fluid flows this distal portion forming the shaped portion of the movable portion, and
  • a proximal portion mechanically connected to the lower or upper plane by means of a connection allowing only a displacement in translation of this proximal portion along a longitudinal direction
  • At least one reinforcement on one side, fixed to at least one of the planes and, on the other side, fixed or in sliding contact with the distal portion of the movable part to limit its deformation in a perpendicular transverse direction in the longitudinal direction.
  • the subject of the invention is a microsystem for transforming a pressure difference into a mechanical displacement which comprises:
  • an inlet nozzle for the compressed fluid and an outlet nozzle for the expanded fluid at least two parts, at least one of which is mobile, between which the fluid flows to pass from the inlet nozzle to the nozzle; by moving the parts relative to one another, these parts being shaped and interlocked into one another so that, during their movement, they define at least a fluid pocket that moves away from the inlet nozzle and then rejoins the outlet nozzle while at the same time increasing volume,
  • each movable part being mounted movable relative to each of the upper and lower planes, each movable part comprising:
  • a cantilever distal portion along which the fluid flows this distal portion forming the shaped portion of the movable portion, and
  • a proximal portion mechanically connected to the lower or upper plane by means of a link allowing only a displacement in translation of this proximal portion along a longitudinal direction
  • At least one reinforcement on one side, fixed to at least one of the planes and, on the other side, fixed or in sliding contact with the distal portion of the movable part to limit its deformation in a perpendicular transverse direction in the longitudinal direction.
  • the microsystem comprises at least one transducer capable of converting the mechanical energy produced by the displacement of the moving part into another energy.
  • the invention also relates to a microsystem for compressing a fluid comprising:
  • At least two parts at least one of which is mobile, between which the fluid flows in order to pass from the inlet nozzle to the outlet nozzle by moving the parts relative to each other, these parts being shaped and embedded in each other so that, during their movement, they define at least one fluid pocket which moves away from the inlet nozzle and then rejoins the outlet nozzle while decreasing at the same time volume time,
  • each movable part being mounted movable relative to each of the upper and lower planes, each movable part comprising:
  • a cantilever distal portion along which the fluid flows this distal portion forming the shaped portion of the movable portion, and
  • a proximal portion mechanically connected to the lower or upper plane by means of a connection allowing only a displacement in translation of this proximal portion along a longitudinal direction
  • At least one actuator adapted to move these moving parts, and at least one reinforcement, on one side, fixed to at least one of the planes and, on the other side, fixed or in sliding contact with the distal portion of the movable part to limit its deformation in a perpendicular transverse direction in the longitudinal direction.
  • the microsystem comprises at least one transducer capable of converting an energy outside the microsystem into a mechanical energy allowing the displacement of the moving parts.
  • microsystems above have a good energy efficiency even for very low fluid flow rates.
  • the moving parts define a fluid pocket that moves away from the inlet nozzle during its movement, it is not necessary to provide a non-return valve at the nozzle of the nozzle. 'Entrance.
  • the moving parts define a fluid pocket which is initially remote from the outlet nozzle, it is also not necessary to provide a check valve at the outlet nozzle.
  • each mobile part is movably mounted relative to the lower and upper planes allows to manufacture the two moving parts nested in one another simultaneously. It is therefore no longer necessary to separately manufacture the two moving parts and then come and fit them into one another.
  • the reinforcement allows to limit the deformation of the distal portions under the effect of the pressure exerted by the fluid flowing between these distal portions.
  • the thickness of the distal portions is small.
  • low thickness means a thickness less than 1 mm and, typically, less than 0.5 mm or 250 pm. Because of the small thickness of the distal portions, they can deform significantly under the effect of the pressure exerted by the flowing fluid. If the deformation is too great in the transverse direction, one of the distal portions may block the displacement of the other distal portion by coming into mechanical contact with the latter.
  • the reinforcement limits this transverse deformation and thus prevents the blocking of the microsystem for large pressures.
  • the distal portion of the movable portion has a housing within which the reinforcement is received
  • the reinforcement comprises at least one flexible blade extending mainly in the transverse direction and a proximal end of which is fixed without any degree of freedom to at least one of the upper or lower planes and distal end is fixed without any degree of freedom to the distal portion of the movable portion;
  • the reinforcement comprises at least two flexible blades symmetrical with respect to an axis parallel to the longitudinal direction and inclined on the same side of an axis parallel to the transverse direction to work only in tension during movement of the movable part;
  • the reinforcement comprises at least one guide fixed without any degree of freedom to at least one of the upper or lower planes and extending perpendicularly to this plane, and the distal portion has a plane face perpendicular to the transverse direction and bearing against the guide;
  • the two parts are movable relative to the upper and lower planes along respective non-collinear longitudinal directions;
  • the microsystem comprises a mechanical phase shifter interposed between the two moving parts to introduce a phase shift between the reciprocal movements of these two moving parts;
  • the microsystem comprises at least one link between the parts forming with these parts a system resonating at a resonant frequency, and a unit for controlling the displacement of each moving part programmed to slave the frequency of the back and forth movements of each moving part on the resonance frequency;
  • the link is a spring whose end is mechanically connected to one of the moving parts.
  • housing the reinforcement inside the mobile part makes it possible to limit the size of the microsystem
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a microsystem for transforming a pressure difference in a fluid into a mechanical displacement
  • FIG. 2 is a graph showing the displacement of moving parts of the microsystem of FIG. 1 as a function of time
  • FIG. 3 is a schematic illustration of the operation of the microsystem of FIG. 1,
  • FIG. 4 is a schematic illustration of a possible embodiment of the microsystem of FIG. 1,
  • FIG. 5 is a schematic representation of only one of the moving parts of the microsystem of FIG. 4,
  • FIG. 6 is a flowchart of a method of manufacturing the microsystem of FIG. 1,
  • FIGS. 7 to 9 are diagrammatic and sectional illustrations of various steps of the manufacturing process of the microsystem of FIG. 1,
  • FIG. 10 is a schematic illustration of a pressure difference sensor incorporating the microsystem of FIG. 1,
  • FIG. 11 is an illustration in partial section of a wheel incorporating the sensor of FIG. 10,
  • FIG. 12 is a diagrammatic sectional illustration of a valve of the wheel of FIG. 11,
  • FIG. 13 is a schematic illustration of a fuel cell incorporating a micromotor using the microsystem of FIG. 1;
  • FIG. 14 is a diagrammatic sectional illustration of an electronic chip incorporating a compression microsystem similar to the microsystem of FIG. 1;
  • FIGS. 15 to 21 are diagrammatic illustrations of various possible embodiments of a reinforcement of the microsystem of FIG. 4, and
  • FIG. 22 is a schematic illustration of another possible embodiment for moving parts of a microsystem.
  • FIG. 1 represents a microsystem 2 for transforming a pressure difference in a fluid into a mechanical displacement.
  • the fluid is a compressible fluid.
  • the fluid is a gas.
  • the microsystem 2 comprises a closed chamber 4 fluidically connected to the compressed fluid via an inlet nozzle 6 and fluidically connected to the expanded fluid via an outlet nozzle 8.
  • the enclosure 4 is hermetically sealed so that the fluid expanded in this chamber can not escape through other outlets than the nozzle 8.
  • the nozzle 6 is fluidly connected to a scroll expander 10.
  • the scroll expander is also known as the "Scroll" expander.
  • the expander 10 is formed of two parts 12 and 14 movable relative to each other.
  • the moving parts 12 and 14 are shaped and articulated so that during their displacement under the effect of the fluid admitted by the nozzle 6, they define at least one fluid pocket which moves away from the nozzle 6 to then move closer to the nozzle 8 while increasing volume.
  • each movable portion 12, 14 comprises a distal cantilevered portion, respectively 16, 17, and a proximal portion, respectively 20, 21.
  • the distal portions 16, 17 are spirally shaped and are nested one inside the other. Each spiral has at least one turn or several turns to define several fluid pockets that move at the same time from the nozzle 6 to the nozzle 8. In this embodiment, the number of turns of each spiral is greater than or equal to three. .
  • the proximal portion forms a rectangular beam.
  • the movable portions 12, 14 are housed between a lower plane 22 and a horizontal upper plane 96 ( Figure 9). These planes extend parallel to orthogonal X and Y directions in FIG. These lower and upper planes retain the fluid inside the pockets between the moving parts 12, 14.
  • each of the moving parts 12, 14 moves relative to each of these lower and upper planes.
  • the moving parts 12, 14 are simultaneously in plane support on the lower and upper planes. There is therefore a clearance between the lower and upper planes and the moving parts 12, 14. This clearance is narrow enough to limit fluid leakage through it. Typically, this clearance is less than 10 ⁇ m and preferably less than 1 ⁇ m or 0.1 ⁇ m.
  • Each proximal portion 20, 21 is directly mechanically connected by means of joints or mechanical connections, respectively 24 and 25, to the same lower plane 22.
  • articulation means a mechanical connection allowing two solidary parts to maintain relative to each other a certain faculty of movement. It is not necessarily a pivot link.
  • the links 24 and 25 only allow translational movement of the proximal portions 20, 21 along, respectively, the X and Y directions.
  • the links 24 and 25 are elastic so as to automatically return the corresponding distal portion to a rest position in the absence of external stress.
  • connection 24 comprises two slide links 26A and 26B whose sliding axes 27 are merged.
  • the axis 27 is parallel to the direction X.
  • the slide links 26A and 26B are identical. Thus, only the link 26A is described in more detail.
  • the sliding connection 26A is formed of two flexible blades 28A, 28B arranged symmetrically with respect to the axis 27. In addition, they extend substantially perpendicular to the axis 27. Distal ends of each of the blades 28A, 28B are fixed without any degree of freedom to the proximal portion 20. The proximal ends 29A and 29B of these blades are anchored, without any degree of freedom, on the plane 22. These proximal ends 29A and 29B form dots anchorage.
  • the displacement of the proximal portion 20 along the axis 27 is made possible by the elastic deformation of the blades 28A and 28B.
  • the stiffness K y of the blades 29A, 29B in the Y direction is at least ten times, and preferably a thousand times, greater than the stiffness K x of these blades in the X direction.
  • the moment of inertia of this proximal portion is, typically, at least a thousand times greater than the moment of inertia of each blade 28A, 28B.
  • this is achieved by choosing the thickness ei of the blades 28A, 28B in the X direction at least ten times smaller than the thickness e pp of the proximal portion 20 in the Y direction.
  • the thickness ei is less than or equal to 50pm and preferably 20pm while the thickness e pp is greater than 500pm.
  • the length of the proximal portion 20 is typically greater than 500 ⁇ m and preferably 1 mm.
  • slide links 26A and 26B forms what is known as the "double-parallelogram".
  • the movement of the displacement of the proximal portion 20 along the axis 27 is between 20 and 100pm. Here it is around 40pm.
  • the links 24 and 25 are identical except that the sliding axis of the slide links of the link 25 is parallel to the Y direction.
  • the link 25 is not described here in more detail.
  • Each movable part 12, 14 is also mechanically connected to a respective electromechanical transducer 30, 31.
  • Each electromechanical transducer is able to convert the mechanical movement of the moving part into electrical energy.
  • Each of these transducers 30, 31 is connected at the output to a device 34 for storing electrical energy.
  • the device 34 is a capacitor.
  • the transducers 30 and 31 are electromechanical transducers controllable so as to adjust the amount of mechanical energy converted into electrical energy. They therefore also fulfill the function of controllable damper.
  • transducers 30 and 31 are controlled by a control unit 36.
  • the unit 36 is connected to sensors 38 and 39 of a physical quantity. representative of the electric power produced, respectively, by the transducers 30 and 31.
  • the sensors 38 and 39 also make it possible to measure the phase of the electric power produced.
  • a mechanical phase shifter 40 is mechanically connected between the proximal portions 20, 21 of the moving parts 12 and 14.
  • This phase shifter 40 has the function of mechanically helping to achieve a phase shift of ⁇ / 2 radians between the movements of the oscillations (reciprocating) of the moving parts 12 and 14.
  • this phase shifter 40 is formed of a spring 41 mechanically connected to the proximal portions 20, 21.
  • this spring 41 is a spring blade.
  • This spring 41 forms with the two mobile parts 12 and 14 a resonant system for a resonance frequency. The resonance frequency is reached when the phase shift between the oscillating movements of the moving parts 12, 14 is ⁇ / 2 radians. At the resonant frequency, the energy efficiency of the microsystem 2 is maximal.
  • the unit 36 is able to control the transducers 30 and 31 to work at the resonant frequency. For example, on the basis of the information measured by the sensors 38 and 39, the unit 36 calculates the phase shift between the oscillating movements of the moving parts 12 and 14 and slaves this phase shift on the value ⁇ / 2.
  • the unit 36 is itself powered from the electrical energy produced by the transducers 30 and 31.
  • the unit 36 is electrically connected to the device 34 for storing electrical energy.
  • FIG. 2 shows the evolution over time of displacements of the moving parts 12, 14, respectively, along the X and Y directions. More specifically, the curves 44 and 46 represent displacements, respectively, of the moving parts. 14 and 12. These displacements are sinusoidal and out of phase with respect to each other by ⁇ / 2 radians.
  • each moving part In steady state, each moving part describes a movement of oscillations or back and forth between two extreme positions noted X my x and X m in for the mobile part 12 and Y my x and Y m in for the moving part 14 in FIG.
  • Moving the movable portions 12, 14 defines a plurality of fluid pockets that move circularly from the nozzle 6 to the nozzle 8 by increasing volume. Specifically, each fluid pocket moves around and at the same time away from the nozzle 6.
  • FIG. 3 shows in more detail the displacement of a pocket 50 of fluid from the nozzle 6 towards the nozzle 8.
  • the bag 50 is in fluid communication with the nozzle 6.
  • This pocket 50 is filled with compressed fluid.
  • the moving parts 12 and 14 move relative to one another to fluidly isolate this pocket 50 from the nozzle 6.
  • the pocket 50 moves from the nozzle 6 to the nozzle 8 by describing a spiral movement around the nozzle 6. More precisely, after the moving parts 12 and 14 have each carried out a complete back and forth, the pocket 50 has moved from the position shown in the state I to the position 52 represented in the state I. It has therefore performed a complete revolution around of the nozzle 6.
  • the bag 50 performs a complete new revolution. around the nozzle 6 but moving a little further from it. More precisely, after a complete new turn, the pocket 50 occupies the position 54 (state I). Finally, during his last turn, the pocket 50 occupies the position 56 (state I). In the state 56, the bag is in fluid communication with the nozzle 8, allowing the expanded fluid to escape.
  • the movable portions 12 and 14 are shaped to define simultaneously at least two pockets and, preferably at least six pockets, which move at the same time from the nozzle 6 to the nozzle 8 by increasing volume.
  • the movable portions 12 and 14 are shaped to define six fluid pockets that move simultaneously from the nozzle 6 to the nozzle 8.
  • FIG. 4 shows an exemplary implementation of the microsystem 2.
  • the phase-shifter 40 is omitted and the energy storage device 34, the control unit 36 and the sensors 38, 39 are not represented.
  • the moving parts 12, 14 have been hatched in different directions to improve the readability of the figure.
  • the transducers 30, 31 are implemented in the form of capacitors with variable capacitance for transforming the mechanical energy produced by the displacement of the moving parts 12, 14 into electrical energy.
  • the conversion of mechanical energy into electrical energy using variable capacitors is well known. For example, this is used in patent applications WO2007 082 894 and FR2 897 486. Thus, this conversion mechanism will not be described in detail.
  • the transducers 30 and 31 are identical to their location. Thus, only the transducer 30 is described in more detail.
  • the transducer 30 comprises a capacitor made using interdigitated combs. More specifically, a frame 66 of the capacitor is fixed without any degree of freedom to the portion proximal 20. Another armature 68 of this capacitor is fixed without any degree of freedom on the plane 22. Thus, when the proximal portion 20 moves, this modifies the capacity of the capacitor, which is then used to transform the mechanical energy in electrical energy.
  • at least one of the capacitor plates comprises electrets. Indeed, this allows the transducer 30 to begin to produce electrical energy without prior input of electrical energy from a source of external electrical energy.
  • the microsystem 2 also comprises reinforcements for guiding the displacement of each distal portion 16, 17 along its longitudinal direction.
  • the longitudinal directions of the moving parts 12, 14 respectively correspond to the X and Y directions. More specifically, each of these reinforcements limits the deformation of the distal portion in a direction transverse to the longitudinal direction without blocking the degree of freedom in translation of this distal portion. Indeed, since the thickness of the distal portions is small, they are likely to deform under the effect of the pressure exerted by the fluid flowing between the distal portions 16 and 17. More specifically, in the case described here, the fluid pressure between the distal portions 16 and 17 tends to unwind the spirals. If the pressure is large enough, this deformation of the distal portions may cause mechanical blockage of the moving parts 12 and 14. Such blockage occurs if the distal portions 16 and 17 come into mechanical contact with each other under the effect of this deformation.
  • the microsystem 2 comprises four reinforcements 70 to 73.
  • the reinforcements 70, 72 and 71, 73 limit the lateral deformations, respectively, of the distal portions 16 and 17.
  • the reinforcement 70 limits the deformations of the distal portion 16 in the direction opposite to the Y direction while the reinforcement 72 limits this deformation in the Y direction.
  • the reinforcements 70 and 72 are arranged on either side of the orifice 6.
  • the reinforcement 70 is made using a flexible blade 74 (shown by a bold line in the figure), a proximal end 75 is directly anchored without any degree of freedom on the plane 22. A distal end 76 opposed to the proximal end 75 is directly anchored without any degree of freedom to the distal portion 16.
  • the blade 74 extends substantially along the Y direction.
  • This blade 74 is elastically deformable.
  • elastically deformable means here the fact that this blade 74 undergoes no plastic deformation during normal operation of the microsystem 2.
  • the stiffness K y of the blade 74 in the Y direction is at least ten times, and preferably at least one thousand times, greater than the stiffness K x of the blade in the X direction.
  • the stiffness K y is proportional to the thickness of the blade 74 in the X direction and the modulus of Young of the material used to make this blade 74.
  • the thickness of the blade 74 in the X direction is less than 100 ⁇ m and, preferably, less than 50 or 25 ⁇ m.
  • the thickness of the blade 74 is 20 ⁇ m.
  • the Young's modulus of the material used to make the blade 74 is greater than 10 or 50 GPa.
  • the material used is silicon but other materials could of course be suitable.
  • the length of the blade 74 in the Y direction is several tens, and preferably several hundred times greater than its thickness.
  • the length of the blade 74 is greater than 200 or 300 ⁇ m.
  • the moment of inertia of the blade 74 is a hundred times and, preferably, at least a thousand times less than the moment of inertia of the movable portion 12 so as not to hinder the translational movement of this moving part. 12.
  • Such a difference between the moments of inertia of the blade 74 and the movable portion 12 is also obtained by choosing the thickness of the blade 74 at least ten times less than the average thickness of the distal portion 16.
  • L The thickness of the distal portion 16 is measured along a radial direction relative to the center of the spiral. This center is here confused with the center of the orifice 6.
  • the blade 74 is received inside a housing 78 dug in the thickness of the distal portion 16.
  • this housing 78 is a through housing for anchoring the blade 74 directly on the plan 22.
  • the reinforcements 71 and 73 are identical, respectively, to the reinforcements 70 and 72 except that they are offset angularly by 90 ° and received in housing dug in the distal portion 17.
  • FIG. 5 represents a schematic view from above of the moving part 12.
  • the distal portion 16 is represented in the form of a rectilinear bar.
  • the arrows P1 and P2 represent the force exerted by the fluid flowing along the distal portion 16. These forces P1 and P2 tend to unwind the spiral. These forces therefore tend to deform the distal portion in a transverse direction.
  • the reinforcements 70 and 72 are disposed inside the portion 16 so as to oppose these transverse deformations.
  • the blade 74 does not extend almost in the Y direction.
  • the distal end 76 of each blade 74 thus describes an arc of a circle centered on the proximal end 75 when the movable portion 12 moves in translation in the X direction.
  • guidance of the distal portion 16 by the reinforcements 70, 72 remains a linear guide. Indeed, it is considered here that the guidance is linear in the direction X if the amplitude of the displacement of the end 76 in the direction Y is at least a hundred times and, preferably, at least a thousand times less than the amplitude of its displacement in the X direction when the mobile part 12 is displaced in translation along this direction X.
  • a plate comprising a sacrificial intermediate layer 82 is etched.
  • this plate is a SOI (Silicone On Insulator) plate.
  • SOI Silicon On Insulator
  • this plate comprises in addition to the sacrificial layer 82 on one side a silicon layer 84 and on the other side a layer
  • step 80 the moving parts 12, 14, the links 24, 25, the moving armatures 66 of the transducers 24, 25 and the reinforcements 70-73 are simultaneously etched in the same layer 84.
  • the moving parts 12, 14 and the armatures 66 thus engraved are represented in the form of a block 90.
  • the block 90 rests on the layer 82.
  • a step 92 the layer 82 below block 90 is removed.
  • etching is used to remove the sacrificial layer. From this moment, the mobile parts 12, 14 and the armatures 66 can move in translation relative to the plane 22 constituted by the upper face of the layer 86 (see Figure 8).
  • a cover 96 is made and this cover is assembled above the layer 84.
  • This cover 96 constitutes the upper plane intended to confine the fluid between the moving parts 12, 14
  • the cover 96 is made of glass.
  • the nozzles 6 and 8 are made in this cover 96. Only the nozzle 6 has been shown in FIG. 8.
  • Access holes to the layer 84 are also made in the cover 96 to electrically connect the transducers 30 and 31 to the control unit 36 and the energy storage device 34. In Figure 8, only a hole 98 for access to the layer 84 has been shown.
  • the thickness of the layer 82 and the space between the cap 96 and the block 90 have been exaggerated in Figures 7 to 9 to make visible the clearance between the moving parts 12, 14 and, respectively, the lower or upper plane.
  • the thickness of the layer 82 and the space between the cover 96 and the block 90 are sufficiently reduced so that the fluid which expands in the expander 10 remains confined between the moving parts 12 and 14.
  • Microsystem 2 has many possible applications.
  • FIG. 10 represents a pressure difference sensor 100 made from the microsystem 2.
  • the latter is dimensioned so that the difference in pressure between the nozzles 6 and 8 is dependent on the mechanical energy produced by the displacements of the moving parts 12 and 14.
  • 40 since the electrical energy produced by the transducers 30 and 31 is proportional to the mechanical energy received, this electrical energy is also dependent on the pressure difference between the nozzles 6 and 8. It is this property of the microsystem 2 which is used to produce the sensor 100.
  • the sensor 100 comprises the energy storage device 34, the control unit 36 and the microsystem 2. It furthermore comprises a circuit 102 for managing the load and discharging the device 34 and a radio transmitter 104 capable of communicating information representative of the pressure difference between the nozzles 6 and 8 to a remote radio receiver.
  • the circuit 100 triggers the sending of a characteristic signal via the transmitter 104 as soon as the load of the device 26 exceeds a predetermined threshold Fi.
  • the time that elapses between two transmissions is proportional to the measured pressure difference. It is therefore possible from the data received to deduce the difference in pressure between the nozzles 6 and 8.
  • the threshold Fi is set to allow the power supply of the transmitter 104 for it to emit the characteristic pulse.
  • the sensor 100 does not need an external power source to operate. Indeed, it uses only as energy source the pressure difference that exists between the nozzles 6 and 8.
  • Figure 1 1 shows a wheel 1 10 equipped with the sensor 100.
  • the wheel 1 10 comprises a tire or tire 1 12 inside which is confined compressed air.
  • This tire 1 12 is mounted on a rim 1 14.
  • the sensor 100 is placed inside the tire 1 12 which serves as a protective envelope.
  • the nozzle 8 To function, the nozzle 8 must be fluidly connected to the outside of the tire 1 12.
  • Figure 12 shows a possible example of mounting the sensor 100 inside the tire 1 12 to achieve this.
  • the tire 1 12 comprises a valve 1 16 through which the wheel 1 10 can be inflated.
  • this valve consists of a barrel 1 18 fixed without any degree of freedom to the tire 1 12 and a movable valve 120.
  • This valve 120 is movable between a rest position in which it hermetically seals the tire and a position active in which it allows the introduction of compressed air inside the tire 1 12.
  • a hole 124 is hollowed through the valve 120 to allow the passage of the nozzle 8 through the valve 120 and thus connect it to the outside air.
  • the sensor 100 is fixed without any degree of freedom to the valve 120.
  • the compressed air leaks through the sensor 100 and the hole 124.
  • the flow rate of the air leak is very low, that is to say less than 1 mL / s.
  • the hole 124 is sized so as to allow an air leak only less than 100 L / s and preferably less than or equal to 10 L / s.
  • the leak achieved through the valve 120 represents for a tire whose air volume is equal to 3.94 ⁇ 10 -2 m 3 a pressure drop of 8 mBar after six months, which is negligible so that the sensor 100 is able to operate for more than six months without forcing the owner of the vehicle to inflate the tire 1 10.
  • FIG. 13 shows a fuel cell 130 equipped with a micromotor incorporating the microsystem 2.
  • the micromotor also incorporates a compression micro-system 132.
  • this microsystem 132 is identical to the microsystem 2 except that it is controlled to compress a relaxed fluid admitted by a nozzle 133. Indeed, the operation of the microsystem 2 is reversible.
  • the transducers 38 and 39 are used to transform electrical energy supplied, for example, from the device 34 into mechanical displacements of the moving parts 12 and 14. also that the reciprocating movements of the moving parts 12 and 14 are out of phase by ⁇ / 2.
  • the expanded fluid is then admitted through the nozzle 133, corresponding to the nozzle 8, and the compressed fluid is expelled by the nozzle 6.
  • the fluid compressed by the microsystem 132 is expelled into a combustion chamber 134 of the micromotor.
  • the compressed fluid is a flammable mixture of fuel and oxidant.
  • this flammable mixture explodes, producing even more compressed exhaust gases.
  • the exhaust gases are then admitted via the nozzle 6 in the microsystem 2 which converts the pressure difference thus created into a mechanical movement and electrical energy.
  • the electrical energy is then used to supply a load connected to the terminals of the fuel cell. This charge has not been represented.
  • the exhaust gases are expelled via the nozzle 8.
  • FIG. 14 represents an electronic chip 140 equipped with microchannels 142 made inside the substrate that supports electronic components 144 such as transistors.
  • the microchannels 142 have an inlet mouth 146 and an outlet mouth 148.
  • a heat transfer fluid 148 flows from the mouth 146 to the mouth 148.
  • a microsystem 150 for compressing the heat transfer fluid is connected between the mouths 146 and 148.
  • This microsystem 150 is for example identical to the microsystem 132.
  • the microchannels 142 form an expansion vessel or expander so that the compressed heat transfer fluid expelled by the microsystem 150 into the mouth 146 is expanded in the microchannels, which allows the components to cool down. e. Then, this heat transfer fluid returns to the microsystem 150 via the mouth 148 to be compressed again.
  • Figures 15 to 21 show different alternative embodiments of a reinforcement for the distal portions 16, 17. To simplify these figures, the same schematic representation as that adopted for Figure 5 is used.
  • the reinforcements 70 and 72 are replaced by a single reinforcement 200. Unlike the reinforcements 70 and 72, this reinforcement 200 is not received inside a housing dug in the distal portion 16 On the contrary, this reinforcement 200 is here directly mechanically connected to the periphery of the distal portion 16.
  • the reinforcement 200 is formed of a blade 204 whose distal end 202 is mechanically connected without any degree of freedom to the distal portion 16 and a proximal end 206 is mechanically connected without any degree of freedom to the plane 22.
  • the reinforcements 70 and 72 are replaced by two reinforcements 210 and 212 received within a same housing 214 dug in the distal portion 16.
  • the reinforcements 210 and 212 are identical to each other except that they are arranged head to tail with respect to each other inside the housing 214.
  • the structure of these reinforcements 210 and 212 is identical to the structure of the reinforcement 70.
  • these reinforcements 210 and 212 are made using flexible blades anchored on one side to the plane 22 and on the other side to the distal portion 16. Such embodiment increases the linearity of the displacement of the distal portion 16 in the X direction.
  • the embodiment of Figure 17 is identical to the embodiment of Figure 15 except that the reinforcement 220 comprises a blade 222 symmetrical with the blade 204 relative to the axis 27 of sliding.
  • the blades 204 and 222 are inclined relative to the Y direction of the same side so that these blades always work in tension during normal operation.
  • the blade 222 is fixed to the plane 22 and the distal portion 16 as the blade 204.
  • the addition of the blade 222 improves the displacement of the distal portion 16 along the direction X.
  • the housing 78 is replaced by a slot 230 oblong extending substantially along the axis of sliding 27.
  • This housing 230 has two parallel faces 232 and 234.
  • the faces 232 and 234 are perpendicular to the plane 22 and parallel to the axis 27 of sliding. They are vis-à-vis each other.
  • a guide is received inside this housing 230 and fixed without any degree of freedom to the plane 22.
  • the guide is embodied by two guide pins 236, 238. These pins 236, 238 project vertically from the plane 22 inside the housing 230.
  • Each of these pins is slidingly supported on both sides 232 and 234.
  • each piece form point links with each of the faces 232, 234 whose normal to the point of contact and perpendicular to the axis 27.
  • the embodiment of Figure 19 is identical to the embodiment of Figure 18 except that the guide is not made by guide pins 236, 238 but by a plate 240 for guiding.
  • the plate 240 projects inside the housing 230.
  • This plate 240 extends substantially parallel to the axis 27 of sliding. More specifically, this plate 240 has two opposite faces 242 and 244 parallel to the axis 27 and perpendicular to the plane 22. These faces are slidingly bearing on the faces 232 and 234 of the housing 230 to guide the distal portion 16 in translation along In this figure, the clearance between the faces 232, 234, 242 and 244 has been exaggerated to increase its readability.
  • FIG. 20 represents an embodiment in which the guide is not received inside a housing hollowed out in the distal portion but located outside this distal portion 16.
  • the guide consists of three guide pins 250 to 252.
  • Each of these guide pins 250 to 252 is in sliding abutment on outer faces of the distal portion 16. These outer faces are perpendicular to the plane 22.
  • each pin of guiding forms at least one point link whose normal to the point of contact is perpendicular to the axis 27 of sliding.
  • the pins 250 to 252 are arranged relative to each other so as to block the degree of freedom in rotation of the distal portion 16 about a vertical axis.
  • the reinforcement is made in a manner similar to that described with reference to FIG. 20 except that the studs 250 to 252 are replaced by guide plates 260 and 262.
  • the plates 260, 262 are situated on either side of the distal portion 16 and slide on the vertical outer faces of this distal portion 16.
  • FIG. 22 represents a microsystem 300 for transforming a pressure difference in a fluid into a mechanical displacement.
  • this microsystem 300 is for example identical to the microsystem 2 except that the moving parts 12 and 14 are replaced by, respectively, the moving parts 302 and 304.
  • the parts 302, 304 differ from the parts 12, 14 only in that their cantilevered distal portions, respectively 306 and 308, are shaped in a circle and not spiral. More specifically, the distal portion 306 is here a hollow circle at its center.
  • the distal portion 308 is a hollow circle at its center and having a vertical slot 310. Thus, the horizontal section of the portion 308 is shaped "C".
  • the distal portion 306 is housed within the central recess of the distal portion 308.
  • the proximal portion 20 of the portion 302 is housed within the slot 310.
  • the fluid inlet and outlet nozzles 6 and 8 are placed, respectively, to the right and to the left of the proximal portion 20 and within the space provided between the outer periphery of the portion 306 and the inner periphery of the portion 308.
  • the parts 302 and 304 move, relative to the upper and lower planes, only in translation along, respectively, directions X and Y.
  • the links 24 and 25 are used.
  • the thickness of the vertical walls of the distal portions 306, 308 is small. Therefore, the distal portion 308 is associated with reinforcements 312 and 314 which limit its deformation in the X direction under the effect of the fluid flowing between the parts 302 and 304 while allowing its translation along the Y direction
  • these reinforcements are disposed on either side of the proximal portion 20.
  • these reinforcements are placed outside the central recess of the portion 308. They are made as described above.
  • they are made as the reinforcement 70.
  • the end of each blade of each reinforcement 312 and 314 is closer to the slot 310 than the proximal portion 21.
  • the distal portion 306 is also associated with a reinforcement 316 which limits its deformation in the Y direction under the effect of the fluid flowing between the parts 302 and 304 while allowing its translation along the
  • this reinforcement 316 is also made as described for the reinforcement 70.
  • it is housed inside the central recess of the portion 306.
  • the outer periphery of the distal portion 306 is in contact, along a vertical bearing line 320, against the inner periphery of the distal portion 308.
  • the parts 302 and 304 are displaced by the fluid that flows from the nozzle 6 to the nozzle 8.
  • the contact line 320 scans the inner periphery of the distal portion 308 by going here in the opposite direction of the clockwise . This circular motion defines a fluid pocket that moves away from the nozzle 6 and approaches the nozzle 8 while increasing volume.
  • the microsystem 300 can also be used to compress a fluid. In this case, it must be provided with actuators able to move the parts 302 and 304. [001] Many other embodiments are possible.
  • the moving parts can be mechanically prestressed so that, whatever the position of these moving parts, there is always at least one elastic connection 24 or 25 which has a non-zero elongation, that is to say that she is not at her rest position.
  • the spiral can be performed differently. It can be a volute, an Archimedean spiral, a square spiral, or a spiral with inverted portions.
  • Each mobile part may comprise one or more spirals.
  • the distal portions 306 and 308 are also not necessarily circles. For example, their horizontal cross-section may be an ellipse.
  • one of the moving parts is fixed without any degree of freedom on the substrate and only the other part is movable and moves so as to move one or more fluid pockets in a manner identical to that which has been described with reference to FIG. 3 or 22.
  • the connection of the mobile part allows translation displacement at a time in the X and Y directions.
  • the fixed part is produced by etching of a layer deposited on the substrate but not on a sacrificial layer as is the case for the mobile part.
  • reinforcements are used to guide the moving part, these reinforcements allow both the translation of the distal portion in the X and Y directions.
  • the links 24 and 25 can be made using a flexible blade, a ball joint, a sliding bearing or others and their combination.
  • the compressed fluid may be from a combustion or not.
  • the compressed fluid may be from a reservoir of compressed fluid.
  • the microsystem 132 and the combustion chamber 134 are replaced by a reservoir of compressed fluid.
  • This produces a battery generating electricity from the expansion of the compressed fluid stored in the reservoir.
  • all the components of the batteries described here are housed in the same housing from which the electrical connection terminals protrude from an external electrical circuit.
  • this housing is removable to allow easy replacement of the battery in the external electrical circuit. These terminals are therefore able to cooperate with corresponding electrical terminals of the external electrical circuit to be electrically connected and, alternatively, disconnected from this circuit.
  • the moving parts it is not necessary for the moving parts to be mounted in translation along perpendicular axes. In fact, it is sufficient that the axes along which moving parts move are non-parallel. If the angle between these axes is different from ⁇ / 2 radians, then the phase shift between the oscillating movements of the moving parts must be adapted accordingly. It is also not necessary for the moving parts to work at the resonant frequency.
  • the mechanical phase shifter 36 may be omitted.
  • the predetermined phase shift between the movements of the moving parts can be provided by an electric actuator such as for example an electromechanical transducer.
  • the mechanical phase shifter can also be achieved without resorting to a spring.
  • it can be achieved using a connecting rod mechanism and crank.
  • the electrical energy produced from the displacements of the moving parts is not necessarily used to power the unit 36 or other associated electronic components such as the components of the sensor 100.
  • the etching steps can be replaced by deposition steps.
  • the use of a sacrificial layer may be omitted.
  • other steps making it possible to simultaneously manufacture the two nested moving parts one inside the other are implemented.
  • the two moving parts are manufactured by digging in the same substrate through slots defining these moving parts and the space between these moving parts. One end of each movable part is left attached to the substrate. Plates are then hermetically bonded to each side of the substrate to seal the cavity in which the fluid expands between the moving parts or is compressed between the moving parts.
  • the number of reinforcements present in the microsystem 2 is adapted to the situation.
  • the number of reinforcements per distal portion may be one or more than two. This number may be the same or different from one distal portion to another.
  • the reinforcement can be attached to both the plane 22 and the upper plane.
  • the proximal end of this flexible blade can be fixed either to the lower plane 22 or to the upper plane.
  • Reinforcements may be omitted if the pressure exerted on the distal portion is small enough not to cause distortion of this distal portion may lead to mechanical blocking of the microsystem 2.
  • the microsystem 2 can be replaced by a another microsystem for transforming a pressure difference in a fluid into a mechanical displacement or vice versa.
  • the microsystem 2 is replaced by the microsystem 300 or a microsystem comprising a turbine to transform the pressure difference into a mechanical movement.

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Abstract

Ce microsystème de transformation d'une différence de pressions dans un fluide en un déplacement mécanique comporte au moins un renfort (70-73), d'un côté, fixé à au moins un plan et, de l'autre côté, fixé ou en appui glissant avec une portion distale (16, 17) d'une partie mobile (12, 14) pour limiter sa déformation dans une direction transversale perpendiculaire à une direction longitudinale de déplacement.

Description

MICROSYSTEMES DE COMPRESSION OU DE TRANSFORMATION D'UNE DIFFERENCE DE PRESSIONS EN DEPLACEMENT
[ooi] L'invention concerne un microsystème de transformation d'une différence de pressions dans un fluide en un déplacement mécanique et un microsystème de compression d'un fluide.
[002] Les microsystèmes sont, par exemple, des MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems). Ces microsystèmes diffèrent des systèmes mécaniques macroscopiques en outre par leur procédé de fabrication. Ces microsystèmes sont réalisés en utilisant les mêmes procédés de fabrication collectifs que ceux utilisés pour réaliser les puces microélectroniques. Par exemple, les microsystèmes sont réalisés à partir de plaquette en silicium monocristallin ou en verre usinées par photolithographie et gravure (par exemple DRIE (Deep Reactive Ion Etching)) et/ou structurées par croissance épitaxiale et dépôt de matériau métallique.
[003] Grâce à ces procédés de fabrication, les microsystèmes sont petits et présentent généralement des pièces ou parties de pièces usinées dont au moins une des dimensions est d'ordre micrométrique. La dimension d'ordre micrométrique est généralement inférieure à 200 pm et, par exemple, comprise entre 1 et 200 pm.
[004] Par exemple, l'ONERA a développé des microturbines pour transformer un écoulement fluidique en déplacement mécanique. Un autre microsystème pour réaliser la même fonction est par exemple divulgué dans la demande WO 03 056 691 ou dans la demande WO 2006/095039.
[005] Les microsystèmes divulgués sont capables de transformer une différence de pressions en un déplacement mécanique. Toutefois, ils présentent un certain nombre d'inconvénients.
[006] Certains de ces microsystèmes nécessitent une pièce montée à rotation, généralement appelée rotor. Le rotor tourne par rapport à une autre pièce immobile généralement appelée stator. Le rotor est par exemple une microturbine. Un tel mouvement de rotation du rotor entraîne des pertes par frottement qui peuvent être importantes, ce qui réduit le rendement énergétique du microsystème. Par rendement énergétique, on désigne le rapport entre l'énergie mécanique produite et l'énergie apportée au microsystème sous forme d'un débit de fluide ou d'une différence de pressions.
[007] De plus, la réalisation d'un microsystème équipé d'une pièce en rotation est complexe et nécessite souvent l'empilement de nombreuses tranches semi- conductrices ou « Wafer » pour arriver à le fabriquer.
[008] Enfin, les microsystèmes connus atteignent un bon rendement énergétique uniquement pour des débits de fluide élevés. Au contraire, pour des débits faibles ou très faibles de fluide, le rendement est dégradé. [009] De l'état de la technique est également connu de :
- US5 932 940A,
- US 6 368 065B1 ,
- US2004 126254A1 ,
- US2006/057004A1 ,
- WO9641080A1 ,
- US2006/010871 A1 .
[ooi o] Pour remédier à ces inconvénients, le déposant a développé un microsystème de transformation d'une différence de pressions dans un fluide en un déplacement mécanique selon le principe d'un détenteur ou de compression d'un fluide comportant :
- une buse d'entrée du fluide et une buse de sortie du fluide,
- au moins deux parties dont au moins une est mobile entre lesquelles s'écoule le fluide pour passer de la buse d'entrée à la buse de sortie en déplaçant lesdites parties l'une par rapport à l'autre, ces parties étant conformées, par exemple en spirales ou en cercle, et imbriquées l'une dans l'autre de manière à ce que, au cours de leur déplacement, elles définissent au moins une poche de fluide de volume variable qui s'éloigne de la buse d'entrée pour ensuite rejoindre la buse de sortie,
- un plan supérieur et un plan inférieur entre lesquels sont interposées lesdites parties, ces plans confinant entre ces parties le fluide qui s'écoule,
- chaque partie mobile étant montée déplaçable par rapport à chacun des plans supérieur et inférieur, chaque partie mobile comportant :
• une portion distale en porte-à-faux le long de laquelle s'écoule le fluide, cette portion distale formant la portion conformée de la partie mobile, et
· une portion proximale mécaniquement reliée au plan inférieur ou supérieur par l'intermédiaire d'une liaison permettant uniquement un déplacement en translation de cette portion proximale le long d'une direction longitudinale, et
- au moins un renfort, d'un côté, fixé à au moins l'un des plans et, de l'autre côté, fixé ou en appui glissant avec la portion distale de la partie mobile pour limiter sa déformation dans une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale.
[001 1 ] Plus précisément, l'invention a pour objet un microsystème de transformation d'une différence de pressions en un déplacement mécanique qui comporte :
- une buse d'entrée du fluide comprimé et une buse de sortie du fluide détendu, - au moins deux parties, dont au moins une est mobile, entre lesquelles s'écoule le fluide pour passer de la buse d'entrée à la buse de sortie en déplaçant les parties l'une par rapport à l'autre, ces parties étant conformées et imbriquées l'une dans l'autre de manière à ce que, au cours de leur déplacement, elles définissent au moins une poche de fluide qui s'éloigne de la buse d'entrée pour ensuite rejoindre la buse de sortie tout en augmentant en même temps de volume,
- un plan supérieur et un plan inférieur entre lesquels sont interposées les parties mobiles, ces plans confinant entre ces parties le fluide qui s'écoule,
- chaque partie mobile étant montée déplaçable par rapport à chacun des plans supérieur et inférieur, chaque partie mobile comportant :
• une portion distale en porte-à-faux le long de laquelle s'écoule le fluide, cette portion distale formant la portion conformée de la partie mobile, et
• une portion proximale mécaniquement reliée au plan inférieur ou supérieur par l'intermédiaire d'une liaison permettant uniquement un déplacement en translation de cette portion proximale le long d'une direction longitudinale, et
- au moins un renfort, d'un côté, fixé à au moins l'un des plans et, de l'autre côté, fixé ou en appui glissant avec la portion distale de la partie mobile pour limiter sa déformation dans une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale.
[0012] Les modes de réalisation de ce microsystème de transformation peuvent comporter la caractéristique suivante :
• le microsystème comporte au moins un transducteur apte à convertir l'énergie mécanique produite par le déplacement de la partie mobile en une autre énergie.
[0013] L'invention a également pour objet un microsystème de compression d'un fluide comportant :
- une buse d'entrée d'un fluide détendu et une buse de sortie du fluide comprimé,
- au moins deux parties dont au moins une est mobile entre lesquelles s'écoule le fluide pour passer de la buse d'entrée à la buse de sortie en déplaçant les parties l'une par rapport à l'autre, ces parties étant conformées et imbriquées l'une dans l'autre de manière à ce que, au cours de leur déplacement, elles définissent au moins une poche de fluide qui s'éloigne de la buse d'entrée pour ensuite rejoindre la buse de sortie tout en diminuant en même temps de volume,
- un plan supérieur et un plan inférieur entre lesquels sont interposées les parties mobiles, ces plans confinant entre ces parties le fluide qui s'écoule,
- chaque partie mobile étant montée déplaçable par rapport à chacun des plans supérieur et inférieur, chaque partie mobile comportant :
• une portion distale en porte-à-faux le long de laquelle s'écoule le fluide, cette portion distale formant la portion conformée de la partie mobile, et
• une portion proximale mécaniquement reliée au plan inférieur ou supérieur par l'intermédiaire d'une liaison permettant uniquement un déplacement en translation de cette portion proximale le long d'une direction longitudinale,
- au moins un actionneur propre à déplacer ces parties mobiles, et - au moins un renfort, d'un côté, fixé à au moins l'un des plans et, de l'autre côté, fixé ou en appui glissant avec la portion distale de la partie mobile pour limiter sa déformation dans une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale.
[0014] Les modes de réalisation de ce microsystème de compression peuvent comporter la caractéristique suivante :
• le microsystème comporte au moins un transducteur apte à convertir une énergie extérieure au microsystème en une énergie mécanique permettant le déplacement des parties mobiles.
[0015] Les microsystèmes ci-dessus présentent un bon rendement énergétique même pour des débits de fluide très faibles.
[0016] De plus, puisque les parties mobiles définissent une poche de fluide qui s'éloigne de la buse d'entrée au cours de son déplacement, il n'est pas nécessaire de prévoir un clapet anti-retour au niveau de la buse d'entrée.
[0017] De façon similaire, puisque les parties mobiles définissent une poche de fluide qui est initialement éloignée de la buse de sortie, il n'est pas non plus nécessaire de prévoir un clapet anti-retour au niveau de la buse de sortie.
[0018] Le fait que chaque partie mobile soit montée déplaçable par rapport aux plans inférieur et supérieur permet de fabriquer les deux parties mobiles imbriqués l'un dans l'autre simultanément. Il n'est donc plus nécessaire de fabriquer séparément les deux parties mobiles puis de venir les emboîter l'une dans l'autre.
[0019] Enfin, le renfort permet de limiter les déformations des portions distales sous l'effet de la pression exercée par le fluide qui s'écoule entre ces portions distales. En effet, dans un microsystème, l'épaisseur des portions distales est faible. Par épaisseur faible, on désigne une épaisseur inférieure à 1 mm et, typiquement, inférieure à 0,5mm ou 250pm. A cause de cette faible épaisseur des portions distales, elles peuvent se déformer de façon importante sous l'effet de la pression exercée par le fluide qui s'écoule. Si la déformation est trop importante dans la direction transversale, l'une des portions distales peut venir bloquer le déplacement de l'autre portion distale en venant en contact mécanique avec cette dernière. Le renfort limite cette déformation transversale et empêche donc le blocage du microsystéme pour des pressions importantes.
[0020] Les modes de réalisation de ces microsystèmes peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
· la portion distale de la partie mobile présente un logement à l'intérieur duquel est reçu le renfort;
• le renfort comporte au moins une lame flexible s'étendant principalement dans la direction transversale et dont une extrémité proximale est fixée sans aucun degré de liberté à au moins un des plans supérieur ou inférieur et une extrémité distale est fixée sans aucun degré de liberté à la portion distale de la partie mobile;
• le renfort comporte au moins deux lames flexibles symétriques par rapport à un axe parallèle à la direction longitudinale et inclinées du même côté d'un axe parallèle à la direction transverse pour travailler uniquement en traction lors des déplacements de la partie mobile;
• le renfort comporte au moins un guide fixé sans aucun degré de liberté à au moins un des plans supérieur ou inférieur et s'étendant perpendiculairement à ce plan et la portion distale présente une face plane perpendiculaire à la direction transversale et en appui glissant contre le guide;
• les deux parties sont mobiles par rapport aux plans supérieur et inférieur le long de directions longitudinales respectives non-colinéaires;
• le microsystème comporte un déphaseur mécanique interposé entre les deux parties mobiles pour introduire un déphasage entre les déplacements de va-et- vient de ces deux parties mobiles;
• le microsystème comprend au moins une liaison entre les parties formant avec ces parties un système résonant à une fréquence de résonance, et une unité de commande du déplacement de chaque partie mobile programmée pour asservir la fréquence des mouvements de va-et-vient de chaque partie mobile sur la fréquence de résonance;
• la liaison est un ressort dont chaque extrémité est mécaniquement raccordée à une des parties mobiles.
[0021] Les modes de réalisation de ces microsystèmes présentent en outre les avantages suivants :
- loger le renfort à l'intérieur de la partie mobile permet de limiter l'encombrement du microsystème,
- utiliser des lames flexibles pour former les renforts simplifie la fabrication du microsystème car ces lames peuvent être fabriquées en même temps que les parties mobiles,
- utiliser deux lames flexibles symétriques l'une de l'autre permet d'améliorer le guidage de la portion distale et de faire travailler avantageusement ces lames en traction pour éviter un éventuel flambage.,
- l'utilisation d'un déphaseur mécanique limite la consommation d'énergie du microsystème par rapport au cas où ce déphasage serait uniquement obtenu en commandant des transducteurs électromécaniques,
- le fait de travailler à la fréquence de résonance permet de décroître l'énergie consommée.
[0022] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un microsystème de transformation d'une différence de pressions dans un fluide en un déplacement mécanique,
- la figure 2 est un graphe montrant le déplacement de parties mobiles du microsystème de la figure 1 en fonction du temps,
- la figure 3 est une illustration schématique du fonctionnement du microsystème de la figure 1 ,
- la figure 4 est une illustration schématique d'un mode de réalisation possible du microsystème de la figure 1 ,
- la figure 5 est une représentation schématique d'une seule des parties mobiles du microsystème de la figure 4,
- la figure 6 est un organigramme d'un procédé de fabrication du microsystème de la figure 1 ,
- les figures 7 à 9 sont des illustrations schématiques et en coupe de différentes étapes du procédé de fabrication du microsystème de la figure 1 ,
- la figure 10 est une illustration schématique d'un capteur de différence de pressions incorporant le microsystème de la figure 1 ,
- la figure 1 1 est une illustration en coupe partielle d'une roue incorporant le capteur de la figure 10,
- la figure 12 est une illustration schématique et en coupe d'une valve de la roue de la figure 1 1 ,
- la figure 13 est une illustration schématique d'une pile à combustible incorporant un micromoteur utilisant le microsystème de la figure 1 ,
- la figure 14 est une illustration schématique et en coupe d'une puce électronique incorporant un microsystème de compression similaire au microsystème de la figure 1 ,
- les figures 15 à 21 sont des illustrations schématiques de différents modes de réalisation possibles d'un renfort du microsystème de la figure 4, et
- la figure 22 est une illustration schématique d'un autre mode de réalisation possible pour des parties mobiles d'un microsystème.
[0023] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
[0024] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail.
[0025] La figure 1 représente un microsystème 2 de transformation d'une différence de pressions dans un fluide en un déplacement mécanique. Le fluide est un fluide compressible. Par exemple, le fluide est un gaz.
[0026] Le microsystème 2 comprend une enceinte close 4 fluidiquement raccordée au fluide comprimé par l'intermédiaire d'une buse d'entrée 6 et fluidiquement raccordée au fluide détendu par l'intermédiaire d'une buse de sortie 8. L'enceinte 4 est hermétiquement scellée de manière à ce que le fluide détendu dans cette enceinte ne puisse pas s'échapper par d'autres issues que la buse 8.
[0027] A l'intérieur de l'enceinte 4, la buse 6 est fluidiquement raccordée à un détendeur à spirale 10. Le détendeur à spirale est également connu sous le terme de détendeur « Scroll ».
[0028] Le détendeur 10 est formé de deux parties 12 et 14 mobiles l'une par rapport à l'autre. Les parties mobiles 12 et 14 sont conformées et articulées de manière à ce qu'au cours de leur déplacement sous l'effet du fluide admis par la buse 6, ils définissent au moins une poche de fluide qui s'éloigne de la buse 6 pour ensuite se rapprocher de la buse 8 en augmentant en même temps de volume. Par exemple, chaque partie mobile 12, 14 comporte une portion distale en porte-à-faux, respectivement 16, 17, et une portion proximale, respectivement 20, 21 .
[0029] Les portions distales 16, 17 sont conformées en spirale et sont imbriquées l'une dans l'autre. Chaque spirale comporte au moins un tour voire plusieurs tours pour définir plusieurs poches de fluide qui se déplacent en même temps de la buse 6 vers la buse 8. Dans ce mode de réalisation, le nombre de tour de chaque spirale est supérieur ou égale à trois. Ici, la portion proximale forme une poutre rectangulaire.
[0030] Les parties mobiles 12, 14 sont logées entre un plan inférieur 22 et un plan supérieur 96 (Figure 9) horizontaux. Ces plans s'étendent parallèlement à des directions X et Y orthogonales sur la figure 1 . Ces plans inférieur et supérieur retiennent le fluide à l'intérieur des poches entre les parties mobiles 12, 14. Ici, chacune des parties mobiles 12, 14 se déplace par rapport à chacun de ces plans inférieur et supérieur. A cet effet, les parties mobiles 12, 14 sont simultanément en appui plan sur les plans inférieur et supérieur. Il existe donc un jeu entre les plans inférieur et supérieur et les parties mobiles 12, 14. Ce jeu est suffisamment étroit pour limiter les fuites de fluide par son intermédiaire. Typiquement, ce jeu est inférieur à 10pm et, de préférence, inférieur à 1 pm ou 0, 1 pm.
[0031] Chaque portion proximale 20, 21 est directement mécaniquement raccordée par l'intermédiaire d'articulations ou liaisons mécaniques, respectivement 24 et 25, au même plan inférieur 22. Ici, par « articulation », on désigne une liaison mécanique permettant à deux pièces solidaires de conserver l'une par rapport à l'autre une certaine faculté de mouvement. Il ne s'agit donc pas nécessairement d'une liaison pivot. Au contraire, dans ce mode de réalisation, les liaisons 24 et 25 permettent uniquement un déplacement en translation des portions proximales 20, 21 le long, respectivement, des directions X et Y.
[0032] De préférence, les liaisons 24 et 25 sont élastiques de manière à ramener automatiquement la portion distale correspondante à une position de repos en absence de sollicitation extérieure.
[0033] La liaison 24 comporte deux liaisons glissières 26A et 26B dont les axes 27 de coulissement sont confondus. L'axe 27 est parallèle à la direction X. [0034] De préférence les liaisons glissières 26A et 26B sont identiques. Ainsi, seule la liaison 26A est décrite plus en détail.
[0035] Ici, la liaison glissière 26A est formée de deux lames flexibles 28A, 28B disposées symétriquement par rapport à l'axe 27. De plus, elles s'étendent essentiellement perpendiculairement à l'axe 27. Des extrémités distales de chacune des lames 28A, 28B sont fixées sans aucun degré de liberté à la portion proximale 20. Des extrémités proximales 29A et 29B de ces lames sont ancrées, sans aucun degré de liberté, sur le plan 22. Ces extrémités proximales 29A et 29B forment des points d'ancrage.
[0036] Le déplacement de la portion proximale 20 le long de l'axe 27 est rendu possible par la déformation élastique des lames 28A et 28B. A cet effet, la raideur Ky des lames 29A, 29B dans la direction Y est au moins dix fois, et de préférence mille fois, supérieure à la raideur Kx de ces lames dans la direction X.
[0037] Pour ne pas gêner le déplacement de la portion proximale 20 le long de l'axe 27, le moment d'inertie de cette portion proximale est, typiquement, au moins mille fois supérieur au moment d'inertie de chaque lame 28A, 28B. Par exemple, ceci est obtenu en choisissant l'épaisseur ei des lames 28A, 28B dans la direction X au moins dix fois inférieure à l'épaisseur epp de la portion proximale 20 dans la direction Y. Par exemple, l'épaisseur ei est inférieure ou égale à 50pm et, de préférence, à 20pm tandis que l'épaisseur epp est supérieure à 500pm. La longueur de la portion proximale 20 est typiquement supérieure à 500pm et, de préférence, à 1 mm.
[0038] La combinaison des liaisons glissières 26A et 26B forme ce qui est connu sous le terme de « double-parallèlèlogramme ».
[0039] La course du déplacement de la portion proximale 20 le long de l'axe 27 est comprise entre 20 et 100pm. Ici, elle est de l'ordre de 40pm.
[0040] Par exemple, les liaisons 24 et 25 sont identiques sauf que l'axe de coulissement des liaisons glissières de la liaison 25 est parallèle à la direction Y. La liaison 25 n'est pas décrite ici plus en détail.
[0041] Chaque partie mobile 12, 14 est également mécaniquement raccordée à un transducteur électromécanique respectif 30, 31 . Chaque transducteur électromécanique est apte à convertir le mouvement mécanique de la partie mobile en énergie électrique.
[0042] Chacun de ces transducteurs 30, 31 est raccordé en sortie à un dispositif 34 de stockage d'énergie électrique. Par exemple, le dispositif 34 est un condensateur.
[0043] Ici, les transducteurs 30 et 31 sont des transducteurs électromécaniques commandables de manière à régler la quantité d'énergie mécanique transformée en énergie électrique. Ils remplissent donc également la fonction d'amortisseur commandable.
[0044] Ces transducteurs 30 et 31 sont commandés par une unité de commande 36. L'unité 36 est raccordée à des capteurs 38 et 39 d'une grandeur physique représentative de la puissance électrique produite, respectivement, par les transducteurs 30 et 31 . Les capteurs 38 et 39 permettent aussi de mesurer la phase de la puissance électrique produite.
[0045] Un déphaseur mécanique 40 est mécaniquement raccordé entre les portions proximales 20, 21 des parties mobiles 12 et 14. Ce déphaseur 40 a pour fonction d'aider mécaniquement à la réalisation d'un déphasage de ττ/2 radians entre les mouvements d'oscillations (va-et-vient) des parties mobiles 12 et 14. Ici, ce déphaseur 40 est formé d'un ressort 41 mécaniquement raccordé aux portions proximales 20, 21 . Par exemple, ce ressort 41 est une lame ressort. Ce ressort 41 forme avec les deux parties mobiles 12 et 14 un système résonant pour une fréquence de résonance. La fréquence de résonance est atteinte quand le déphasage entre les mouvements d'oscillations des parties mobiles 12, 14 est de ττ/2 radians. A la fréquence de résonance, le rendement énergétique du microsystème 2 est maximal.
[0046] L'unité 36 est apte à commander les transducteurs 30 et 31 pour travailler à la fréquence de résonance. Par exemple, à partir des informations mesurées par les capteurs 38 et 39, l'unité 36 calcule le déphasage entre les mouvements d'oscillations des parties mobiles 12 et 14 et asservit ce déphasage sur la valeur ττ/2.
[0047] Pour limiter l'énergie consommée par le microsystème 2 lors de son fonctionnement, l'unité 36 est elle-même alimentée à partir de l'énergie électrique produite par les transducteurs 30 et 31 . A cet effet, par exemple, l'unité 36 est électriquement raccordée au dispositif 34 de stockage d'énergie électrique.
[0048] La figure 2 représente l'évolution au cours du temps des déplacements des parties mobiles 12, 14, respectivement, le long des directions X et Y. Plus précisément, les courbes 44 et 46 représentent les déplacements, respectivement, des parties mobiles 14 et 12. Ces déplacements sont sinusoïdaux et déphasés l'un par rapport à l'autre de ττ/2 radians.
[0049] En régime stationnaire, chaque partie mobile décrit un mouvement d'oscillations ou de va-et-vient entre deux positions extrêmes notées Xmax et Xmin pour la partie mobile 12 et Ymax et Ymin pour la partie mobile 14 sur la figure 2.
[0050] Le déplacement des parties mobiles 12, 14 définit plusieurs poches de fluide qui se déplacent circulairement de la buse 6 vers la buse 8 en augmentant de volume. Plus précisément, chaque poche de fluide se déplace en tournant autour de et, en même temps, en s'éloignant de la buse 6.
[0051] La figure 3 représente plus en détail le déplacement d'une poche 50 de fluide de la buse 6 vers la buse 8.
[0052] Initialement (état I), la poche 50 est en communication fluidique avec la buse 6. Cette poche 50 se remplit donc du fluide comprimé. Ensuite (état II), les parties mobiles 12 et 14 se déplacent l'une par rapport à l'autre pour isoler fluidiquement cette poche 50 de la buse 6. [0053] Ensuite, comme l'illustrent les états successifs (état III à état VI), la poche 50 se déplace de la buse 6 vers la buse 8 en décrivant un mouvement de spirale autour de la buse 6. Plus précisément, après que les parties mobiles 12 et 14 aient chacune effectuée un va-et-vient complet, la poche 50 est passée de la position représentée dans l'état I à la position 52 représentée dans l'état I. Elle a donc effectué un tour complet autour de la buse 6.
[0054] Ici, étant donné que les portions distales 16, 17 en forme de spirale sont enroulées plusieurs fois autour de la buse 6, lors du prochain cycle d'oscillations des parties mobiles 12 et 14, la poche 50 effectue un nouveau tour complet autour de la buse 6 mais en s'éloignant un peu plus de celle-ci. Plus précisément, après un nouveau tour complet, la poche 50 occupe la position 54 (état I). Enfin, lors de son dernier tour, la poche 50 occupe la position 56 (état I). Dans l'état 56, la poche est en communication fluidique avec la buse 8, ce qui permet au fluide détendu de s'échapper.
[0055] Ici, les parties mobiles 12 et 14 sont conformés pour définir simultanément au moins deux poches et, de préférence au moins six poches, qui se déplacent en même temps de la buse 6 vers la buse 8 en augmentant de volume. Dans le cas particulier représenté sur la figure 3, les parties mobiles 12 et 14 sont conformées pour définir six poches de fluide qui se déplacent simultanément de la buse 6 vers la buse 8.
[0056] On comprend donc que lorsque le fluide se détend dans le détendeur 10, l'énergie de cette détente est transformée en un déplacement mécanique des parties mobiles 12 et 14. Dans le cas particulier représenté sur la figure 1 , ce déplacement mécanique est converti par les transducteurs 30 et 31 en énergie électrique.
[0057] La figure 4 représente un exemple d'implémentation du microsystème 2. Dans cet exemple, le déphaseur 40 est omis et le dispositif 34 de stockage d'énergie, l'unité 36 de commande et les capteurs 38, 39 ne sont pas représentés. Les parties mobiles 12, 14 ont été hachurées dans des directions différentes pour améliorer la lisibilité de la figure.
[0058] Dans ce mode de réalisation, les transducteurs 30, 31 sont implémentés sous la forme de condensateurs à capacité variable pour transformer l'énergie mécanique produite par le déplacement des parties mobiles 12, 14 en énergie électrique. La conversion d'énergie mécanique en énergie électrique à l'aide de condensateurs variables est bien connue. Par exemple, celle-ci est utilisée dans les demandes de brevet WO2007 082 894 et FR2 897 486. Ainsi, ce mécanisme de conversion ne sera pas décrit en détail.
[0059] Par exemple, les transducteurs 30 et 31 sont identiques à leur emplacement près. Ainsi, seul le transducteur 30 est décrit plus en détail. Ici, le transducteur 30 comporte un condensateur réalisé à l'aide de peignes interdigités. Plus précisément, une armature 66 du condensateur est fixée sans aucun degré de liberté à la portion proximale 20. Une autre armature 68 de ce condensateur est fixée sans aucun degré de liberté sur le plan 22. Ainsi, lorsque la portion proximale 20 se déplace, cela modifie la capacité du condensateur, ce qui est ensuite exploité pour transformer l'énergie mécanique en énergie électrique. De préférence, au moins l'une des armatures du condensateur comporte des électrets. En effet, cela permet au transducteur 30 de commencer à produire de l'énergie électrique sans apport au préalable d'énergie électrique à partir d'une source d'énergie électrique extérieure.
[0060] Le microsystème 2 comporte également des renforts pour guider le déplacement de chaque portion distale 16, 17 le long de sa direction longitudinale. Les directions longitudinales des parties mobiles 12, 14 correspondent, respectivement, aux directions X et Y. Plus précisément, chacun de ces renforts limite la déformation de la portion distale dans une direction transversale à la direction longitudinale sans bloquer le degré de liberté en translation de cette portion distale. En effet, étant donné que l'épaisseur des portions distales est faible, celles-ci sont susceptibles de se déformer sous l'effet de la pression exercée par le fluide qui s'écoule entre les portions distales 16 et 17. Plus précisément, dans le cas décrit ici, la pression du fluide entre les portions distales 16 et 17 tend à dérouler les spirales. Si la pression est suffisamment importante, cette déformation des portions distales peut entraîner un blocage mécanique des parties mobiles 12 et 14. Un tel blocage se produit si les portions distales 16 et 17 viennent en contact mécanique l'une avec l'autre sous l'effet de cette déformation.
[0061 ] Ici, le microsystème 2 comprend quatre renforts 70 à 73. Les renforts 70, 72 et 71 , 73 limitent les déformations latérales, respectivement, des portions distales 16 et 17.
[0062] Plus précisément, le renfort 70 limite les déformations de la portion distale 16 dans la direction opposée à la direction Y tandis que le renfort 72 limite cette déformation dans la direction Y.
[0063] Dans ce mode de réalisation, les renforts 70 et 72 sont disposés de part et d'autre de l'orifice 6.
[0064] La structure des renforts 70 et 72 étant identique, seule la structure du renfort 70 est maintenant décrite plus en détail.
[0065] Le renfort 70 est réalisé à l'aide d'une lame flexible 74 (représentée par un trait gras sur la figure) dont une extrémité proximale 75 est directement ancrée sans aucun degré de liberté sur le plan 22. Une extrémité distale 76 opposée à l'extrémité proximale 75 est directement ancrée sans aucun degré de liberté à la portion distale 16.
[0066] La lame 74 s'étend essentiellement le long de la direction Y. Cette lame 74 est déformable élastiquement. Par déformable élastiquement, on désigne ici le fait que cette lame 74 ne subit aucune déformation plastique lors du fonctionnement normal du microsystème 2. A cet effet, la raideur Ky de la lame 74 dans la direction Y est au moins dix fois et, de préférence au moins mille fois, supérieure à la raideur Kx de la lame dans la direction X. La raideur Ky est proportionnelle à l'épaisseur de la lame 74 dans la direction X et au module de Young du matériau utilisé pour réaliser cette lame 74. Par exemple, ici, l'épaisseur de la lame 74 dans la direction X est inférieure à 100 pm et, de préférence, inférieure à 50 ou 25 pm. Dans cet exemple, l'épaisseur de la lame 74 est égale à 20 pm. De préférence, le module de Young du matériau utilisé pour réaliser la lame 74 est supérieur à 10 ou 50 GPa. Typiquement, le matériau utilisé est du silicium mais d'autres matériaux pourraient bien entendu convenir.
[0067] La longueur de la lame 74 dans la direction Y est plusieurs dizaines et, de préférence, plusieurs centaines de fois supérieure à son épaisseur. Par exemple, la longueur de la lame 74 est supérieure à 200 ou 300 pm.
[0068] Par ailleurs, le moment d'inertie de la lame 74 est cent fois et, de préférence, au moins mille fois inférieur au moment d'inertie de la partie mobile 12 pour ne pas gêner le déplacement en translation de cette partie mobile 12. Une telle différence entre les moments d'inertie de la lame 74 et de la partie mobile 12 est également obtenue en choisissant l'épaisseur de la lame 74 au moins dix fois inférieure à l'épaisseur moyenne de la portion distale 16. L'épaisseur de la portion distale 16 est mesurée le long d'une direction radiale par rapport au centre de la spirale. Ce centre est ici confondu avec le centre de l'orifice 6.
[0069] Dans ce mode de réalisation, la lame 74 est reçue à l'intérieur d'un logement 78 creusé dans l'épaisseur de la portion distale 16. Typiquement, ce logement 78 est un logement traversant pour ancrer la lame 74 directement sur le plan 22.
[0070] Les renforts 71 et 73 sont identiques, respectivement, aux renforts 70 et 72 sauf qu'ils sont décalés angulairement de 90° et reçus dans des logements creusés dans la portion distale 17.
[0071] Le fonctionnement des renforts va être maintenant décrit plus en détail au regard de la figure 5. La figure 5 représente une vue schématique de dessus de la partie mobile 12. Pour simplifier cette illustration, la portion distale 16 est représentée sous la forme d'un barreau rectiligne. Les flèches P1 et P2 représentent la force exercée par le fluide qui s'écoule le long de cette portion distale 16. Ces forces P1 et P2 tendent à dérouler la spirale. Ces forces tendent donc à déformer la portion distale dans une direction transversale. Les renforts 70 et 72 sont disposés à l'intérieur de la portion 16 de manière à s'opposer à ces déformations transversales.
[0072] Plus précisément, la lame 74 ne s'étire quasiment pas dans la direction Y. L'extrémité distale 76 de chaque lame 74 décrit donc un arc de cercle centré sur l'extrémité proximale 75 lorsque la partie mobile 12 se déplace en translation dans la direction X. Toutefois, un tel guidage de la portion distale 16 par les renforts 70, 72 reste un guidage linéaire. En effet, on considère ici que le guidage est linéaire selon la direction X si l'amplitude du déplacement de l'extrémité 76 dans la direction Y est au moins cent fois et, de préférence, au moins mille fois inférieure à l'amplitude de son déplacement dans la direction X lorsque la partie mobile 12 est déplacée en translation le long de cette direction X.
[0073] Un exemple de procédé de fabrication du microsystème 2 va maintenant être 5 décrit en regard du procédé de la figure 6 et à l'aide des illustrations des figures 7 à 9.
[0074] Initialement, lors d'une étape 80, une plaque comportant une couche intermédiaire sacrificielle 82 est gravée. Typiquement, cette plaque est une plaque SOI (Silicone On Insulator). Ainsi, cette plaque comporte en plus de la couche sacrificielle 82 d'un côté une couche de silicium 84 et de l'autre côté une couche
10 d'isolant 86. Lors de l'étape 80, les parties mobiles 12, 14, les liaisons 24, 25, les armatures mobiles 66 des transducteurs 24, 25 et les renforts 70-73 sont simultanément gravés dans la même couche 84. Sur la figure 6, les parties mobiles 12, 14 et les armatures 66 ainsi gravées sont représentées sous la forme d'un bloc 90. Le bloc 90 repose sur la couche 82.
15 [0075] Ensuite, lors d'une étape 92, on élimine la couche 82 située en dessous du bloc 90. Par exemple, une attaque chimique est utilisée pour éliminer la couche sacrificielle. A partir de ce moment, les parties mobiles 12, 14 et les armatures 66 peuvent se déplacer en translation par rapport au plan 22 constitué par la face supérieure de la couche 86 (voir figure 8).
20 [0076] Ensuite, lors d'une étape 94, on réalise un capot 96 et on assemble ce capot au-dessus de la couche 84. Ce capot 96 constitue le plan supérieur destiné à confiner le fluide entre les parties mobiles 12, 14. Par exemple, le capot 96 est réalisé en verre. Les buses 6 et 8 sont réalisées dans ce capot 96. Seule, la buse 6 a été représentée sur la figure 8.
25 [0077] Des trous d'accès à la couche 84 sont également réalisés dans le capot 96 pour raccorder électriquement les transducteurs 30 et 31 à l'unité de commande 36 et au dispositif 34 de stockage d'énergie. Sur la figure 8, seul un trou 98 d'accès à la couche 84 a été représenté.
[0078] On notera que l'épaisseur de la couche 82 ainsi que l'espace entre le capot 30 96 et le bloc 90 ont été exagérés sur les figures 7 à 9 pour rendre visible le jeu qui existe entre les parties mobiles 12, 14 et, respectivement, le plan inférieur ou supérieur. En pratique, l'épaisseur de la couche 82 et l'espace entre le capot 96 et le bloc 90 sont suffisamment réduits pour que le fluide qui se détend dans le détendeur 10 reste confiné entre les parties mobiles 12 et 14.
35 [0079] Le microsystème 2 a de nombreuses applications possibles.
[0080] Par exemple, la figure 10 représente un capteur 100 de différence de pressions réalisé à partir du microsystème 2. Ce dernier est dimensionné pour que la différence de pressions entre les buses 6 et 8 soit dépendante de l'énergie mécanique produite par les déplacements des parties mobiles 12 et 14. De plus, 40 étant donné que l'énergie électrique produite par les transducteurs 30 et 31 est proportionnelle à l'énergie mécanique reçue, cette énergie électrique est également dépendante de la différence de pressions entre les buses 6 et 8. C'est cette propriété du microsystème 2 qui est utilisée pour réaliser le capteur 100.
[0081] Le capteur 100 comporte le dispositif 34 de stockage d'énergie, l'unité de commande 36 et le microsystème 2. Il comporte de plus un circuit 102 de gestion de la charge et de la décharge du dispositif 34 et un émetteur radio 104 apte à communiquer une information représentative de la différence de pressions entre les buses 6 et 8 à un récepteur radio distant.
[0082] Par exemple, le circuit 100 déclenche l'envoi d'un signal caractéristique par l'intermédiaire de l'émetteur 104 dès que la charge du dispositif 26 dépasse un seuil prédéterminé Fi . Ainsi, le temps qui s'écoule entre deux émissions est proportionnel à la différence de pressions mesurée. Il est donc possible à partir des données reçues d'en déduire la différence de pressions entre les buses 6 et 8.
[0083] Ici, le seuil Fi est fixé de manière à permettre l'alimentation de l'émetteur 104 pour que celui-ci émette l'impulsion caractéristique. Ainsi, dans ce mode de réalisation, le capteur 100 n'a pas besoin de source d'alimentation extérieure pour fonctionner. En effet, il utilise uniquement en tant que source d'énergie la différence de pressions qui existe entre les buses 6 et 8.
[0084] La figure 1 1 représente une roue 1 10 équipée du capteur 100. La roue 1 10 comporte un pneumatique ou pneu 1 12 à l'intérieur duquel est confiné de l'air comprimé. Ce pneumatique 1 12 est monté sur une jante 1 14. Le capteur 100 est placé à l'intérieur du pneumatique 1 12 qui lui sert d'enveloppe de protection.
[0085] Pour fonctionner, la buse 8 doit être fluidiquement raccordée à l'extérieur du pneumatique 1 12.
[0086] La figure 12 représente un exemple possible de montage du capteur 100 à l'intérieur du pneumatique 1 12 pour réaliser cela. Plus précisément, le pneumatique 1 12 comporte une valve 1 16 par l'intermédiaire de laquelle la roue 1 10 peut être gonflée. Classiquement, cette valve se compose d'un canon 1 18 fixé sans aucun degré de liberté au pneumatique 1 12 et d'une soupape mobile 120. Cette soupape 120 est déplaçable entre une position de repos dans laquelle elle scelle hermétiquement le pneumatique et une position active dans laquelle elle permet l'introduction d'air comprimé à l'intérieur du pneumatique 1 12.
[0087] Ici, un trou 124 est creusé à travers la soupape 120 pour permettre le passage de la buse 8 au travers de cette soupape 120 et ainsi la raccorder à l'air extérieur.
[0088] Dans ce mode de réalisation, le capteur 100 est fixé sans aucun degré de liberté à la soupape 120.
[0089] Ainsi, lorsque la soupape 120 est dans sa position de repos, l'air comprimé fuit par l'intermédiaire du capteur 100 et du trou 124. Le débit de la fuite d'air est très faible, c'est-à-dire inférieur à 1 mL/s. Par exemple, ici, le trou 124 est dimensionné de manière à permettre une fuite d'air uniquement inférieure à 100 L/s et de préférence inférieure ou égale à 10 L/s.
[0090] Avec un tel débit de 100 μί/s, la fuite réalisée au travers de la valve 120 représente pour un pneumatique dont le volume d'air est égal à 3,94 x 10"2 m3 une baisse de pression de 8 mBar au bout de six mois, ce qui est négligeable. Ainsi, le capteur 100 est capable de fonctionner pendant plus de six mois sans pour autant imposer au propriétaire du véhicule de regonfler le pneumatique 1 10.
[0091] La figure 13 représente une pile à combustible 130 équipé d'un micromoteur incorporant le microsystème 2. Le micromoteur incorpore également un microsystème 132 de compression. Par exemple, ce microsystème 132 est identique au microsystème 2 à l'exception qu'il est commandé pour comprimer un fluide détendu admis par une buse 133. En effet, le fonctionnement du microsystème 2 est réversible. En particulier, dans ce mode de fonctionnement, les transducteurs 38 et 39 sont utilisés pour transformer de l'énergie électrique fournie, par exemple, à partir du dispositif 34 en des déplacements mécaniques des parties mobiles 12 et 14. Dans ces conditions, on veille également à ce que les déplacements en va-et-vient des parties mobiles 12 et 14 soient déphasés de ττ/2. Le fluide détendu est alors admis par la buse 133, correspondant à la buse 8, et le fluide comprimé est expulsé par la buse 6.
[0092] Le fluide comprimé par le microsystème 132 est expulsé dans une chambre 134 de combustion du micromoteur. Ici, le fluide comprimé est un mélange inflammable de carburant et de comburant. Dans la chambre 134, ce mélange inflammable explose, ce qui produit des gaz d'échappement encore plus comprimés. Les gaz d'échappement sont alors admis par l'intermédiaire de la buse 6 dans le microsystème 2 qui transforme la différence de pressions ainsi créée en un mouvement mécanique puis en énergie électrique. L'énergie électrique est alors utilisée pour alimenter une charge raccordée aux bornes de la pile à combustible. Cette charge n'a pas été représentée. Les gaz d'échappement détendus sont expulsés par l'intermédiaire de la buse 8.
[0093] La figure 14 représente une puce électronique 140 équipée de microcanaux 142 réalisés à l'intérieur du substrat qui supporte des composants électroniques 144 tels que des transistors. Les microcanaux 142 présentent une bouche d'entrée 146 et une bouche de sortie 148. Un fluide caloporteur 148 circule de la bouche 146 vers la bouche 148.
[0094] Dans ce mode de réalisation, un microsystème 150 de compression du fluide caloporteur est raccordé entre les bouches 146 et 148. Ce microsystème 150 est par exemple identique au microsystème 132.
[0095] Les microcanaux 142 forment un vase d'expansion ou détendeur de sorte que le fluide caloporteur comprimé expulsé par le microsystème 150 dans la bouche 146 se détend dans les microcanaux, ce qui permet de refroidir les composants électroniques. Ensuite, ce fluide caloporteur retourne dans le microsystème 150 par l'intermédiaire de la bouche 148 pour être de nouveau comprimé.
[0096] Ainsi, il est possible de refroidir efficacement et simplement la puce électronique 140.
[0097] Les figures 15 à 21 représentent différents modes de réalisation alternatifs d'un renfort pour les portions distales 16, 17. Pour simplifier ces figures, la même représentation schématique que celle adoptée pour la figure 5 est utilisée.
[0098] Sur la figure 15, les renforts 70 et 72 sont remplacés par un seul renfort 200. Contrairement aux renforts 70 et 72, ce renfort 200 n'est pas reçu à l'intérieur d'un logement creusé dans la portion distale 16. Au contraire, ce renfort 200 est ici directement raccordé mécaniquement à la périphérie de la portion distale 16. Dans ce mode de réalisation, le renfort 200 est formé d'une lame 204 dont l'extrémité distale 202 est mécaniquement raccordée sans aucun degré de liberté à la portion distale 16 et dont une extrémité proximale 206 est raccordée mécaniquement sans aucun degré de liberté au plan 22.
[0099] Dans le mode de réalisation de la figure 16, les renforts 70 et 72 sont remplacés par deux renforts 210 et 212 reçus à l'intérieur d'un même logement 214 creusé dans la portion distale 16. Par exemple, les renforts 210 et 212 sont identiques l'un à l'autre sauf qu'ils sont disposés tête bêche l'un par rapport à l'autre à l'intérieur du logement 214. Par exemple, la structure de ces renforts 210 et 212 est identique à la structure du renfort 70. Ainsi, dans ce mode de réalisation, ces renforts 210 et 212 sont réalisés à l'aide de lames flexibles ancrées d'un côté au plan 22 et de l'autre côté à la portion distale 16. Un tel mode de réalisation accroît la linéarité du déplacement de la portion distale 16 dans la direction X.
[00100] Le mode de réalisation de la figure 17 est identique au mode de réalisation de la figure 15 sauf que le renfort 220 comporte une lame 222 symétrique de la lame 204 par rapport à l'axe 27 de coulissement. Les lames 204 et 222 sont inclinées par rapport à la direction Y du même côté de manière à ce que ces lames travaillent toujours en traction lors d'un fonctionnement normal. La lame 222 est fixée au plan 22 et à la portion distale 16 comme la lame 204. L'ajout de la lame 222 permet d'améliorer le déplacement de la portion distale 16 le long de la direction X.
[00101 ] Dans le mode de réalisation de la figure 18, le logement 78 est remplacé par un logement 230 oblong s' étendant essentiellement le long de l'axe de coulissement 27. Ce logement 230 présente deux faces parallèles 232 et 234. Les faces 232 et 234 sont perpendiculaires au plan 22 et parallèles à l'axe 27 de coulissement. Elles sont en vis-à-vis l'une de l'autre. Un guide est reçu à l'intérieur de ce logement 230 et fixé sans aucun degré de liberté au plan 22. Dans ce mode de réalisation, le guide se matérialise par deux pions 236, 238 de guidage. Ces pions 236, 238 font saillis verticalement à partir du plan 22 à l'intérieur du logement 230. Chacun de ces pions est en appui glissant de part et d'autre sur les faces 232 et 234. Ainsi, chaque pion forme des liaisons ponctuelles avec chacune des faces 232, 234 dont la normale au point de contact et perpendiculaire à l'axe 27.
[00102] Le mode de réalisation de la figure 19 est identique au mode de réalisation de la figure 18 sauf que le guide est non plus réalisé par des pions de guidage 236, 238 mais par une plaque 240 de guidage. La plaque 240 fait saillie à l'intérieur du logement 230. Cette plaque 240 s'étend essentiellement parallèlement à l'axe 27 de coulissement. Plus précisément, cette plaque 240 présente deux faces opposées 242 et 244 parallèles à l'axe 27 et perpendiculaires au plan 22. Ces faces sont en appui glissant sur les faces 232 et 234 du logement 230 pour guider la portion distale 16 en translation le long de la direction X. Sur cette figure, le jeu existant entre les faces 232, 234, 242 et 244 a été exagéré pour augmenter sa lisibilité.
[00103] La figure 20 représente un mode de réalisation dans lequel le guide est non pas reçu à l'intérieur d'un logement creusé dans la portion distale mais situé à l'extérieur de cette portion distale 16. Dans ce mode de réalisation, le guide est constitué de trois pions de guidage 250 à 252. Chacun de ces pions de guidage 250 à 252 est en appui glissant sur des faces extérieures de la portion distale 16. Ces faces extérieures sont perpendiculaires au plan 22. Ainsi, chaque pion de guidage forme au moins une liaison ponctuelle dont la normale au point de contact est perpendiculaire à l'axe 27 de coulissement.
[00104] Les pions 250 à 252 sont disposés les uns par rapport à aux autres de manière à bloquer le degré de liberté en rotation de la portion distale 16 autour d'un axe vertical.
[00105] Dans le mode de réalisation, de la figure 21 , le renfort est réalisé de façon similaire à ce qui a été décrit en référence à la figure 20 sauf que les pions 250 à 252 sont remplacés par des plaques de guidage 260 et 262. Les plaques 260, 262 sont situées de part et d'autre de la portion distale 16 et en appui glissant sur les faces extérieures verticales de cette portion distale 16.
[00106] La figure 22 représente un microsystème 300 de transformation d'une différence de pressions dans un fluide en un déplacement mécanique. A cet effet, ce microsystème 300 est par exemple identique au microsystème 2 sauf que les parties mobiles 12 et 14 sont remplacées par, respectivement, des parties mobiles 302 et 304. Les parties 302, 304 diffèrent des parties 12, 14 uniquement en ce que leurs portions distales en porte-à-faux, respectivement 306 et 308, sont conformées en cercle et non pas en spirale. Plus précisément, la portion distale 306 est ici un cercle évidé en son centre. La portion distale 308 est un cercle évidé en son centre et présentant une fente verticale 310. Ainsi, la section horizontale de la portion 308 est en forme de « C ». La portion distale 306 est logée à l'intérieur de l'évidement central de la portion distale 308. La portion proximale 20 de la partie 302 est logée à l'intérieur de la fente 310. [00107] Les buses 6 et 8 d'entrée et de sortie du fluide sont placées, respectivement, à droite et à gauche de la portion proximale 20 et à l'intérieur de l'espace ménagé entre la périphérie extérieure de la portion 306 et la périphérie intérieure de la portion 308.
[00108] Les parties 302 et 304 se déplacent, par rapport aux plans supérieur et inférieur, uniquement en translation le long, respectivement, des directions X et Y. A cet effet, les liaisons 24 et 25 sont utilisées.
[00109] L'épaisseur des parois verticales des portions distales 306, 308 est faible. Dès lors, la portion distale 308 est associée à des renforts 312 et 314 qui limitent sa déformation dans la direction X sous l'effet du fluide qui s'écoule entre les parties 302 et 304 tout en autorisant sa translation le long de la direction Y. Par exemple, ces renforts sont disposés de part et d'autre de la portion proximale 20. Ici, ces renforts sont placés à l'extérieur de l'évidement central de la portion 308. Ils sont réalisés comme décrit précédemment. Ici, ils sont réalisés comme le renfort 70. De préférence, l'extrémité de chaque lame de chaque renfort 312 et 314 se trouve plus prêt de la fente 310 que de la portion proximale 21 .
[001 10] Éventuellement, la portion distale 306 est également associée à un renfort 316 qui limite sa déformation dans la direction Y sous l'effet du fluide qui s'écoule entre les parties 302 et 304 tout en autorisant sa translation le long de la direction X. Par exemple, ce renfort 316 est aussi réalisé comme décrit pour le renfort 70. Ici, il est logé à l'intérieur de l'évidement central de la portion 306.
[001 1 1 ] Par exemple, les autres éléments nécessaires au fonctionnement du microsystème 300 sont identiques à ceux déjà décrits en référence au microsystème 2. Pour simplifier la figure 22, ils n'ont pas été représentés.
[001 12] Lors du fonctionnement du microsystème 300, la périphérie extérieure de la portion distale 306 est en contact, le long d'une ligne verticale d'appui 320, contre la périphérie intérieure de la portion distale 308. Les parties 302 et 304 sont déplacées par le fluide qui s'écoule de la buse 6 vers la buse 8. Lors de ces déplacements, la ligne de contact 320 balaye la périphérie intérieure de la portion distale 308 en allant ici dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ce mouvement circulaire définit une poche de fluide qui s'éloigne de la buse 6 et se rapproche de la buse 8 tout en augmentant de volume.
[001 13] Sur la figure 22, les dimensions de l'espace entre les portions distales 306 et 308 ont été exagérées pour rendre cette figure plus lisible. Toutefois, dans la réalité cette espace est bien plus réduit de sorte que la largeur dans la direction X de la fente 310 est bien plus réduite. Le fait de réduire la largeur de la fente 310 limite les éventuelles fuites de fluide à travers cette fente.
[001 14] Le microsystème 300 peut également être utilisé pour comprimer un fluide. Dans ce cas, il doit être pourvu d'actionneurs aptes à déplacer les parties 302 et 304. [001 15] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, les parties mobiles peuvent être précontraintes mécaniquement pour que, quelle que soit la position de ces parties mobiles, il existe toujours au moins une liaison élastique 24 ou 25 qui a une élongation non nulle, c'est-à-dire qu'elle n'est pas à sa position de repos.
[001 16] De nombreuses autres formes sont possibles pour les portions distales des parties mobiles. Par exemple, la spirale peut être réalisée différemment. Il peut s'agir d'une volute, d'une spirale d'Archimède, d'une spirale carrée, ou encore une spirale avec des portions inversées. Chaque partie mobile peut comporter une ou plusieurs spirales. Les portions distales 306 et 308 ne sont pas non plus nécessairement des cercles. Par exemple, leur section transversale horizontale peut être une ellipse.
[001 17] En variante, l'une des parties mobiles est fixée sans aucun degré de liberté sur le substrat et seule l'autre partie est mobile et se déplace de manière à déplacer une ou plusieurs poches de fluides de façon identique à ce qui a été décrit en regard de la figure 3 ou 22. Dans ce mode de réalisation, la liaison de la partie mobile permet un déplacement en translation à la fois selon les directions X et Y. Par exemple, la partie fixe est réalisée par gravure d'une couche déposée sur le substrat mais pas sur une couche sacrificielle comme c'est le cas pour la partie mobile. Dans ce cas, si des renforts sont utilisés pour guider la partie mobile, ces renforts permettent à la fois la translation de la portion distale dans les directions X et Y.
[001 18] D'autres modes de réalisation sont possibles pour les liaisons 24 et 25. Par exemple, les liaisons 24 et 25 peuvent être réalisées à l'aide d'une lame flexible, d'une rotule, d'un palier glissant ou autres et leur combinaison.
[001 19] Le fluide comprimé peut être issu d'une combustion ou non. Dans ce dernier cas, le fluide comprimé peut être issu d'un réservoir de fluide comprimé. Par exemple, dans le mode de réalisation de la figure 13, le microsystème 132 et la chambre de combustion 134 sont remplacés par un réservoir de fluide comprimé. On obtient ainsi une pile générant de l'électricité à partir de la détente du fluide comprimé stocké dans le réservoir. De préférence, l'ensemble des composants des piles décrites ici sont logés dans un même boîtier à partir duquel font saillies les bornes de raccordement électrique à un circuit électrique extérieur. Typiquement, ce boîtier est amovible pour permettre un remplacement aisé de la pile dans le circuit électrique extérieur. Ces bornes sont donc aptes à coopérer avec des bornes électriques correspondantes du circuit électrique extérieur pour être électriquement connectées et, en alternance, déconnectées de ce circuit.
[00120] Il n'est pas nécessaire que les parties mobiles soient montées en translation le long d'axes perpendiculaires. En fait, il suffit que les axes le long desquels se déplacent les parties mobiles soient non parallèles. Si l'angle entre ces axes est différent de ττ/2 radians, alors le déphasage entre les mouvements d'oscillations des parties mobiles doit être adapté en conséquence. [00121 ] Il n'est pas non plus nécessaire que les parties mobiles travaillent à la fréquence de résonance.
[00122] Dans un mode de réalisation simplifié, le déphaseur mécanique 36 peut être omis. Dans ce cas-là, le déphasage prédéterminé entre les mouvements des parties mobiles peut être assuré par un actionneur électrique tel que par exemple un transducteur électromécanique.
[00123] Le déphaseur mécanique peut également être réalisé sans avoir recours à un ressort. Par exemple, il peut être réalisé à l'aide d'un mécanisme de bielle et de manivelle.
[00124] Pour la transformation d'une différence de pressions en un déplacement mécanique, la conversion de l'énergie mécanique ainsi produite en énergie électrique est facultative. En effet, pour que le système 2 fonctionne, il suffit de disposer d'amortisseurs commandables permettant d'asservir les déplacements des parties mobiles pour maintenir le déphasage approprié.
[00125] L'énergie électrique produite à partir des déplacements des parties mobiles n'est pas nécessairement utilisée pour alimenter l'unité 36 ou d'autres composants électroniques associés tels que les composants du capteur 100.
[00126] De nombreux autres modes de fabrication du microsystème 2 sont possibles. En particulier, les étapes de gravure peuvent être remplacées par des étapes de dépôt. De même, l'utilisation d'une couche sacrificielle peut être omise. Dans ce cas, d'autres étapes permettant de fabriquer simultanément les deux parties mobiles imbriquées l'une dans l'autre sont mises en œuvre. Par exemple, les deux parties mobiles sont fabriquées en creusant dans un même substrat des fentes traversantes définissant ces parties mobiles et l'espace entre ces parties mobiles. Une extrémité de chaque partie mobile est laissée fixée sur le substrat. Des plaques sont alors hermétiquement collées sur chaque face du substrat pour sceller la cavité dans laquelle le fluide se détend entre les parties mobiles ou est comprimé entre les parties mobiles.
[00127] Le nombre de renforts présents dans le microsystème 2 est adapté à la situation. Par exemple, le nombre de renforts par portion distale peut être égal à un ou strictement supérieur à deux. Ce nombre peut être le même ou différent d'une portion distale à l'autre.
[00128] Le renfort peut être fixé à la fois au plan 22 et au plan supérieur.
[00129] Lorsque le renfort est réalisé à partir d'une lame flexible, l'extrémité proximale de cette lame flexible peut être fixée soit au plan inférieur 22 soit au plan supérieur.
[00130] Les renforts peuvent être omis si la pression qui s'exerce sur la portion distale est suffisamment faible pour ne pas provoquer de déformation de cette portion distale susceptible de conduire à un blocage mécanique du microsystème 2.
[00131 ] Enfin, dans les modes de réalisation des capteurs, puces électroniques, micromoteurs et piles décrits ci-dessus, le microsystème 2 peut être remplacé par un autre microsystème de transformation d'une différence de pressions dans un fluide en un déplacement mécanique ou vice-versa. Par exemple, le microsystème 2 est remplacé par le microsystème 300 ou un microsystème comportant une turbine pour transformer la différence de pression en un déplacement mécanique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Microsystème de transformation d'une différence de pressions dans un fluide en un déplacement mécanique selon le principe d'un détendeur, caractérisé en ce que ce microsytème comporte :
- une buse (6) d'entrée du fluide comprimé et une buse (8) de sortie du fluide détendu,
- au moins deux parties (12, 14) dont au moins une est mobile, entre lesquelles s'écoule le fluide pour passer de la buse d'entrée à la buse de sortie en déplaçant les parties (12, 14) l'une par rapport à l'autre, ces parties (12, 14) étant conformées et imbriquées l'une dans l'autre de manière à ce que, au cours de leur déplacement, elles définissent au moins une poche (50) de fluide qui s'éloigne de la buse d'entrée pour ensuite rejoindre la buse de sortie tout en augmentant en même temps de volume,
- un plan supérieur et un plan inférieur (22) entre lesquels sont interposées les parties mobiles (12, 14), ces plans confinant entre ces parties (12, 14) le fluide qui s'écoule, - chaque partie mobile (12, 14) étant montée déplaçable par rapport à chacun des plans supérieur et inférieur, chaque partie mobile comportant :
• une portion distale (16, 17) en porte-à-faux le long de laquelle s'écoule le fluide, cette portion distale formant la portion conformée de la partie mobile, et
• une portion proximale (20, 21 ) mécaniquement reliée au plan inférieur (22) ou supérieur par l'intermédiaire d'une liaison permettant uniquement un déplacement en translation de cette portion proximale le long d'une direction longitudinale, et
- au moins un renfort (70-73), d'un côté, fixé à au moins l'un des plans et, de l'autre côté, fixé ou en appui glissant avec la portion distale de la partie mobile pour limiter sa déformation dans une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale.
2. Microsystème selon la revendication 1 , dans lequel le microsystème comporte au moins un transducteur (30, 31 ) apte à convertir l'énergie mécanique produite par le déplacement des parties mobiles en une autre énergie.
3. Microsystème de compression d'un fluide, caractérisé en ce que ce microsystème comporte : - une buse (8) d'entrée d'un fluide détendu et une buse (6) de sortie du fluide comprimé,
- au moins deux parties (12) dont au moins une est mobile, entre lesquelles s'écoule le fluide pour passer de la buse d'entrée à la buse de sortie en déplaçant les parties
5 (12, 14) l'une par rapport à l'autre, ces parties (12, 14) étant conformées et imbriquées l'une dans l'autre de manière à ce que, au cours de leur déplacement, elles définissent au moins une poche (50) de fluide qui s'éloigne de la buse d'entrée pour ensuite rejoindre la buse de sortie tout en diminuant en même temps de volume,
- un plan supérieur et un plan inférieur (20) entre lesquels sont interposées les parties 10 mobiles (12, 14), ces plans confinant entre ces parties (12, 14) le fluide qui s'écoule,
- chaque partie mobile (12, 14) étant montée déplaçable par rapport à chacun des plans supérieur et inférieur, chaque partie mobile comportant :
• une portion distale (16, 17) en porte-à-faux le long de laquelle s'écoule le fluide, cette portion distale formant la portion conformée de la partie mobile, et 15 · une portion proximale (20, 21 ) mécaniquement reliée au plan inférieur (22) ou supérieur par l'intermédiaire d'une liaison permettant uniquement un déplacement en translation de cette portion proximale le long d'une direction longitudinale,
- au moins un actionneur (30, 31 ) propre à déplacer ces parties mobiles, et
20 - au moins un renfort (70-73), d'un côté, fixé à au moins l'un des plans et, de l'autre côté, fixé ou en appui glissant avec la portion distale de la partie mobile pour limiter sa déformation dans une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale.
25 4. Microsystème selon la revendication 3, dans lequel le microsystème comporte au moins un transducteur apte à convertir une énergie extérieure au microsystème en une énergie mécanique permettant le déplacement des parties mobiles.
5. Microsystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 30 lequel la portion distale (16, 17) de la partie mobile présente un logement (78; 214;
230) à l'intérieur duquel est reçu le renfort.
6. Microsystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le renfort (70-73; 200; 210, 212; 220) comporte au moins une lame flexible (74;
35 204) s'étendant principalement dans la direction transversale et dont une extrémité proximale (75; 206) est fixée sans aucun degré de liberté à au moins un des plans supérieur ou inférieur (22) et une extrémité distale (76; 202) est fixée sans aucun degré de liberté à la portion distale de la partie mobile.
7. Microsystème selon la revendication 6, dans lequel le renfort (220) comporte au moins deux lames flexibles symétriques par rapport à un axe parallèle à la direction longitudinale et inclinées du même côté d'un axe parallèle à la direction transverse pour travailler uniquement en traction lors des déplacements de la partie mobile.
5
8. Microsysteme selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le renfort comporte au moins un guide (236, 238; 240; 250-252; 260, 262) fixé sans aucun degré de liberté à au moins un des plans supérieur ou inférieur (22) et s'étendant perpendiculairement à ce plan et la portion distale présente une face plane
10 (232, 234) perpendiculaire à la direction transversale et en appui glissant contre le guide.
9. Microsystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les deux parties (12, 14) sont mobiles par rapport aux plans supérieur et
15 inférieur le long de directions longitudinales respectives non-colinéaires.
10. Microsystème selon la revendication 9, dans lequel le microsystème comporte un déphaseur mécanique (40) interposé entre les deux parties mobiles (12, 14) pour introduire un déphasage entre les déplacements de va-et-vient de ces deux parties
20 mobiles.
11. Microsystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le microsystème comprend :
- au moins une liaison (41 ) entre les parties (12, 14) formant avec ces parties un 25 système résonant à une fréquence de résonance, et
- une unité (36) de commande du déplacement de chaque partie mobile programmée pour asservir la fréquence des mouvements de va-et-vient de chaque partie mobile sur la fréquence de résonance.
30 12. Microsystème selon la revendication 1 1 , dans lequel la liaison (41 ) est un ressort dont chaque extrémité est mécaniquement raccordée à une des parties mobiles.
13. Microsystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque portion distale (16, 17) est conformée en spirale ou en cercle.
35
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