FR2826499A1 - Actionneur magnetique a efficacite amelioree - Google Patents
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Abstract
Il s'agit d'un actionneur magnétique possédant un circuit magnétique fermé comportant une partie magnétique mobile (22) et une partie magnétique fixe (21) reliées magnétiquement entre elles et définissant au moins un entrefer (26). Ce circuit magnétique est apte à guider un flux magnétique permettant de déplacer la partie magnétique mobile (22) vers la partie magnétique fixe (21). La partie magnétique mobile (22) comporte au moins une zone (31) ayant une section variable transversalement au flux magnétique.
Description
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ACTIONNEUR MAGNETIQUE A EFFICACITE AMELIOREE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention est relative à des actionneurs magnétiques qu'ils soient miniatures ou de taille plus conséquente. On parle de micro-actionneurs lorsqu'ils sont miniatures. La réalisation de tels actionneurs fait appel à des techniques d'usinage de structures mécaniques, de micro-usinage ou des techniques employées en micro-électronique.
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention est relative à des actionneurs magnétiques qu'ils soient miniatures ou de taille plus conséquente. On parle de micro-actionneurs lorsqu'ils sont miniatures. La réalisation de tels actionneurs fait appel à des techniques d'usinage de structures mécaniques, de micro-usinage ou des techniques employées en micro-électronique.
Ces actionneurs sont utilisés notamment pour réaliser des relais électriques, optiques, de puissance, à haute fréquence, des commutateurs, mais également pour réaliser des pompes, des vannes, des moteurs. Par commutateur, on entend un dispositif avec plusieurs contacts qui peuvent se fermer chacun leur tour alors que le relais n'en possède qu'un ou plusieurs qui se ferment en même temps. Ces contacts peuvent être en position ouverte ou fermée.
Les relais électromagnétiques et les
1 commutateurs, miniaturisés ou non, sont largement employés dans de nombreuses applications telles que les télécommunications en émission ou en réception, dans les télécommunications optiques, dans des équipements de tests automatiques, en automobile, en aéronautique et dans les appareils électroniques grand public.
1 commutateurs, miniaturisés ou non, sont largement employés dans de nombreuses applications telles que les télécommunications en émission ou en réception, dans les télécommunications optiques, dans des équipements de tests automatiques, en automobile, en aéronautique et dans les appareils électroniques grand public.
Les pompes, vannes, moteurs peuvent être utilisés dans de larges domaines d'application et notamment la microbiologie, la médecine, l'optique, etc.
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ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les actionneurs de type connu comprennent une partie magnétique fixe 1 et une partie magnétique mobile 2 qui coopèrent. La partie magnétique fixe 1 est reliée magnétiquement à la partie magnétique mobile 2.
Les actionneurs de type connu comprennent une partie magnétique fixe 1 et une partie magnétique mobile 2 qui coopèrent. La partie magnétique fixe 1 est reliée magnétiquement à la partie magnétique mobile 2.
On se réfère aux figures la et Ib qui montrent respectivement en vue de dessus et en coupe longitudinale un actionneur magnétique de type connu.
La partie magnétique fixe 1 et la partie magnétique mobile 2 forment un circuit magnétique 6 fermé sur lui-même apte à guider un flux magnétique. La partie magnétique fixe 1 et la partie magnétique mobile 2 sont empilées l'une sur l'autre. Le circuit magnétique 6 coopère avec des moyens 7 pour générer le flux magnétique. La partie magnétique fixe 1 et la partie magnétique mobile 2 comportent chacune une portion 12,8 respectivement, contribuant à délimiter un entrefer 9 de manière à ce qu'une force puisse s'exercer au niveau de la portion 8 de la partie mobile 2 pour la déplacer sous l'effet du champ magnétique.
Dans l'entrefer 9 le flux magnétique s'établit transversalement à la portion 8. Dans cet exemple, la partie magnétique fixe 1 comprend une base ou culasse 10 qui se prolonge par un premier plot magnétique 11 et par un second plot magnétique 12. Le second plot magnétique 12 contribue à délimiter l'entrefer 9.
La culasse 10 est reliée magnétiquement à la partie magnétique mobile 2 via le premier plot 11.
Il a aussi un rôle de maintien mécanique de la partie magnétique mobile 2 par rapport à la partie magnétique
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fixe 1. La partie magnétique fixe 1 et la partie magnétique mobile 2 s'étendent l'une au-dessus de l'autre, dans des plans sensiblement parallèles lorsque l'actionneur est en position ouverte.
Le circuit magnétique 6 en boucle fermée comporte à la suite les uns des autres, dans un des sens de circulation du flux magnétique : la culasse 10, le premier plot magnétique 11, la partie mobile 2, l'entrefer 9 et le second plot magnétique 12. Sa référence 6 schématise le chemin parcouru par le flux magnétique lors de sa traversée des différents éléments qui le composent.
La partie magnétique mobile 2 est dans l'exemple en forme de bras avec une extrémité d'appui 13 reliée magnétiquement et mécaniquement au premier plot magnétique 11 et une autre extrémité libre, elle correspond dans l'exemple à la portion 8 contribuant à délimiter l'entrefer 9.
Dans les relais électriques, l'extrémité libre sert de contact électrique que le bras soit réalisé en matériau conducteur électrique ou que le bras soit équipé d'un contact électrique. Aucun contact électrique n'a été représenté.
Les moyens 7 pour générer le flux magnétique peuvent inclure un ou plusieurs bobinages entourant une ou plusieurs pièces de la partie magnétique fixe 1 et/ou de la partie magnétique mobile 2 et/ou un ou plusieurs aimants. Quand un courant électrique circule dans un des bobinages un flux magnétique est produit. Il est matérialisé par la boucle fermée dotée de flèches.
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Dans l'exemple de la figure 1, un bobinage 7 a été représenté autour du premier plot magnétique 11. Plusieurs bobinages pourraient être utilisés, ils pourraient être autour de la culasse 10, autour du second plot magnétique 12 ou même autour de la partie magnétique mobile 2.
Dans un tel circuit magnétique 6, il faut trouver un compromis entre les sections transversales au flux de ses différentes parties : celle de la partie magnétique mobile 2, celle de la partie magnétique fixe 1 et celle de l'entrefer 9.
On cherche à obtenir une valeur d'induction importante au niveau de l'entrefer 9 de manière à ce que la force qui va s'exercer sur la partie magnétique mobile 2, au niveau de la portion 8, soit importante.
Il faut pour cela que le flux magnétique disponible dans l'entrefer 9 soit important. Le flux magnétique disponible dans l'entrefer 9 correspond à celui qui est guidé par le circuit magnétique 6 de part et d'autre de l'entrefer 9 si on néglige les pertes. Le flux magnétique maximum qui peut être guidé par une pièce en matériau magnétique est fonction du matériau magnétique et de la section de la pièce.
La section du circuit magnétique 6, transversalement au flux, peut être sensiblement homogène sur toute sa longueur. Dans ce cas les performances mécaniques de l'actionneur sont restreintes par ce dimensionnement.
Généralement, la section de la partie magnétique mobile 2 est constante. Dans certaines structures, elle est inférieure à celle de la partie
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magnétique fixe 5. En effet on cherche à ce que la raideur de la partie mobile 2 ne soit pas trop importante pour qu'elle puisse se courber aisément. Une des façons de réduire la raideur de la partie magnétique mobile est de diminuer sa section. Cette réduction de la section de la partie magnétique mobile se fait au détriment de la possibilité de passage du flux magnétique dans la partie magnétique mobile, ce qui entraîne une diminution de la force au niveau de l'entrefer et un temps de réponse accru de la partie magnétique mobile.
Dans d'autres cas, la section de la partie magnétique mobile est constante et supérieure ou égale à celle de la partie magnétique fixe. Son épaisseur ou sa largeur est élevée ce qui implique que seule une force importante peut la défléchir pour des raisons mécaniques. La force magnétique créée peut être insuffisante du fait de la perméabilité du matériau employé surtout dans le cas des technologies de la micro-électronique où les matériaux ont des perméabilités plus faibles en couche mince qu'en massif, la saturation est atteinte plus rapidement et lorsque les entrefers sont importants ce qui est le cas lorsqu'on souhaite une bonne isolation entre les contacts à l'état ouvert. De plus, dans le cas d'actionneurs miniatures réalisés avec les techniques de la micro-électronique, la réalisation de la partie magnétique mobile est complexe car elle se fait par dépôt de couche épaisse et ce dépôt est long et contraignant.
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Avec une partie magnétique mobile à section constante et des moyens de génération de flux de type bobinage entourant une portion du circuit magnétique, mais positionnés à distance de l'entrefer pour des raisons technologiques ou des raisons de fonctionnement, le point d'induction maximale se situe dans une région du matériau magnétique entouré par le bobinage. Ceci est dû aux effets de fuite. La région saturant très vite, il est difficile d'augmenter la valeur de l'induction dans l'entrefer. Il faudrait rapprocher les moyens de génération de flux de l'entrefer mais ce n'est pas toujours possible pour des raisons de compatibilité électromagnétique ou pour des raisons technologiques : en effet le circuit ne doit pas perturber le signal.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de réaliser un actionneur magnétique à efficacité améliorée, la force s'appliquant sur la partie mobile et la rapidité sont augmentées par rapport aux actionneurs magnétiques conventionnels. Un tel actionneur permet de disposer d'une force de déplacement importante alors que la partie magnétique mobile conserve des propriétés mécaniques compatibles avec la réduction du temps de réponse mécanique.
La présente invention a pour but de réaliser un actionneur magnétique à efficacité améliorée, la force s'appliquant sur la partie mobile et la rapidité sont augmentées par rapport aux actionneurs magnétiques conventionnels. Un tel actionneur permet de disposer d'une force de déplacement importante alors que la partie magnétique mobile conserve des propriétés mécaniques compatibles avec la réduction du temps de réponse mécanique.
Pour y parvenir, la présente invention propose un actionneur magnétique possédant un circuit magnétique fermé apte à guider un flux magnétique, ce circuit magnétique comportant une partie magnétique mobile et une partie magnétique fixe reliées
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magnétiquement entre elles et définissant au moins un entrefer, caractérisé en ce que la partie magnétique mobile comporte au moins une zone ayant une section variable transversalement au flux magnétique.
Dans le cas d'une section décroissante en se rapprochant de l'entrefer, on peut alors déplacer le point d'induction maximale au sein de la partie magnétique mobile pour le placer au niveau de l'entrefer, ce qui permet d'obtenir le gain en force recherché. Cette structure favorise un encastrement solide de la partie magnétique mobile.
Dans le cas d'une section croissante en se rapprochant de l'entrefer, on peut obtenir des surfaces d'entrefer plus grandes ce qui permet d'augmenter la force.
La variation de la section transversale peut se faire par variation de l'épaisseur de la partie magnétique mobile et/ou par variation de sa largeur.
La variation de la section transversale peu se faire de manière continue et/ou de manière discrète.
Au moins un plot magnétique contribue à délimiter l'entrefer, ce plot magnétique étant issu soit de la partie magnétique fixe, soit de la partie magnétique mobile. Ce plot magnétique peut être réalisé en matériau à hystérésis.
La partie magnétique mobile peut être dotée de moyens pour éviter un amortissement lors d'un déplacement. Ces moyens peuvent prendre la forme d'au moins une ouverture traversante dans la partie magnétique mobile, dans la direction du déplacement.
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La partie magnétique mobile peut prendre globalement la forme d'un bras à une ou plusieurs branches reliées entre elles à une extrémité.
Dans une autre configuration, la partie magnétique mobile peut prendre la forme d'une étoile à plusieurs branches.
La partie magnétique mobile peut être réalisée en matériau électriquement conducteur.
La partie magnétique mobile peut être dotée d'au moins un contact électrique mobile.
L'actionneur comporte de plus des moyens pour générer le flux magnétique dans le circuit magnétique qui prennent la forme d'au moins un bobinage entourant la partie magnétique mobile, la partie magnétique fixe ou les deux.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un actionneur magnétique. Le procédé comporte les étapes suivantes : - gravure dans un substrat d'un caisson à remplir d'un matériau magnétique pour réaliser une culasse, - dépôt d'une première couche diélectrique sur le substrat avec la culasse, - gravure d'au moins un caisson pour délimiter des moyens de génération d'un flux magnétique, et dépôt desdits moyens, - dépôt d'une seconde couche diélectrique sur la première couche, - gravure de caissons à travers les deux couches atteignant la culasse pour délimiter au moins un premier plot magnétique et au moins un second plot
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magnétique, le second plot contribuant à délimiter au moins un entrefer, - dépôt des premier et second plots magnétiques dans les caissons, - dépôt d'une couche sacrificielle sur la seconde couche diélectrique et gravure de la couche sacrificielle pour dégager le premier plot magnétique, - dépôt sur la couche sacrificielle de matériau magnétique pour réaliser une partie magnétique mobile puis gravure du matériau magnétique pour la délimiter et la doter d'une zone ayant une section variable transversalement au flux magnétique, - élimination de la couche sacrificielle sous la partie magnétique mobile pour la libérer et réaliser l'entrefer.
L'invention concerne également un relais comportant un actionneur magnétique ainsi défini.
L'invention concerne également un commutateur comportant au moins un actionneur magnétique ainsi défini de manière à présenter plusieurs entrefers.
L'invention concerne également une pompe qui comporte un actionneur magnétique ainsi défini dans lequel la partie magnétique mobile est solidaire d'une membrane contribuant à délimiter une cavité pour faire circuler un fluide.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement
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limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1A et 1B (déjà décrites) sont une vue en coupe longitudinale et une vue de dessus respectivement d'un actionneur magnétique de type connu ; - les figures 2A à 2G sont des vues en coupe longitudinales et des vues de dessus d'actionneurs magnétiques selon l'invention ; les figures 3A à 3C sont des vues de dessus et en coupe longitudinale d'actionneurs magnétiques selon l'invention particulièrement stables mécaniquement en torsion ; les figures 4A et 4B sont une vue de dessus et une coupe longitudinale d'un actionneur magnétique selon l'invention équipé de moyens d'échappement visant à éviter des phénomènes d'amortissement ; - les figures 5A à 5F montrent différentes étapes de fabrication d'un actionneur magnétique selon l'invention réalisé en microtechnologie ; - la figure 6 montre un commutateur électrique selon l'invention utilisant un actionneur magnétique ainsi défini ; la figure 7 montre un relais électrique selon l'invention utilisant un actionneur magnétique ainsi défini ; - les figures 8A et 8B montrent une pompe selon l'invention utilisant un actionneur magnétique ainsi défini ;
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- les figures 9A et 9B montrent une autre configuration d'un commutateur selon l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On se réfère aux figures 2A à 2G qui montrent plusieurs exemples d'actionneurs magnétiques selon l'invention. Le circuit magnétique fermé apte à guider un flux magnétique est référencé 20, le flux magnétique est schématisé par la flèche de la figure 2B. Le circuit magnétique 20 comporte une partie magnétique fixe 21 et une partie magnétique mobile 22 reliées magnétiquement entre elles.
On se réfère aux figures 2A à 2G qui montrent plusieurs exemples d'actionneurs magnétiques selon l'invention. Le circuit magnétique fermé apte à guider un flux magnétique est référencé 20, le flux magnétique est schématisé par la flèche de la figure 2B. Le circuit magnétique 20 comporte une partie magnétique fixe 21 et une partie magnétique mobile 22 reliées magnétiquement entre elles.
La partie magnétique fixe 21 comporte une culasse ou base 23 sensiblement plane qui se prolonge d'un côté par au moins un premier plot magnétique 24 destiné à assurer une liaison magnétique entre la partie magnétique mobile 22 et la partie magnétique fixe 21. Dans cet exemple le premier plot magnétique 24 a également un rôle d'ancrage mécanique de la partie magnétique mobile 22 à la partie magnétique fixe 21. Cet ancrage peut se faire, par exemple, par encastrement ou par articulation. Le premier plot magnétique 24 peut être réalisé en totalité en matériau magnétique. Toutefois dans certains cas, pour des raisons technologiques, pour des raisons mécaniques ou autres, il peut n'être qu'en partie en matériau magnétique.
La culasse 23 se prolonge de l'autre côté par un second plot magnétique 25 qui contribue à délimiter un entrefer 26 entre la partie magnétique fixe 21 et une portion 27 de la partie magnétique
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mobile 22. Dans cet exemple, les deux plots magnétiques 24,25 se trouvent aux extrémités de la culasse 23.
Le second plot magnétique 25 peut être réalisé par un matériau à hystérésis. Il peut s'agir d'aimant réalisé par dépôt électrolytique comme un alliage de cobalt. Ce mode de réalisation permet d'obtenir un état stable de l'actionneur.
La partie magnétique mobile 22 est en forme de bras ayant une extrémité d'appui 28 solidaire du premier plot magnétique 24 et une extrémité libre. Dans l'exemple des figures 2A-2E, l'extrémité libre est confondue avec la portion 27 contribuant à délimiter l'entrefer 26. Dans cet exemple, c'est la portion qui contribue à délimiter l'entrefer qui aura une amplitude maximale. C'est sur cette portion que s'applique la force générée lors de l'actionnement. Dans d'autres configurations, pour des raisons de fonctionnement, comme sur la figure 2F, l'extrémité libre du bras peut dépasser au-delà du second plot magnétique 25. Cette extrémité libre peut prendre différentes formes pour faciliter le fonctionnement de l'actionneur. Elle peut par exemple porter un contact électrique ou être solidaire de l'élément mobile d'un piston.
Le second plot magnétique 25 qui contribue à délimiter l'entrefer 26 peut avoir un rôle de contact électrique dans l'application d'un relais électrique.
Dans cet exemple, les deux plots magnétiques 24,25 se trouvent aux extrémités de la culasse 23.
L'actionneur comporte également des moyens 30 pour générer le flux magnétique qui sur les figures
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prennent la forme d'un ou plusieurs bobinages. On aurait pu envisager d'utiliser en plus ou séparément un ou plusieurs aimants.
Selon une caractéristique de l'invention, en vue d'accroître la force s'appliquant sur la partie magnétique mobile 22 au voisinage de l'entrefer 26, la partie magnétique mobile 22 comporte au moins une zone 31 dans laquelle elle possède une section variable transversalement au flux magnétique. La section peut varier en décroissant ou en croissant plus elle se rapproche de l'entrefer 26.
La variation de la section transversale peut se faire, préférentiellement, par variation de la largeur de la partie magnétique mobile 22 comme sur les figures 2A et 2D pour des raisons technologiques. Il est également possible que la variation touche l'épaisseur de la partie magnétique mobile 22 comme sur la figure 2C ou 2E. Sur la figure 2E la largeur de la partie magnétique mobile 22 est sensiblement constante.
Une combinaison des deux variations est également possible, on suppose que c'est le cas de la figure 2C.
Cette zone 31 peut s'étendre sur toute la longueur de la partie magnétique mobile 22 comme sur les figures 2C ou 2F ou seulement sur une partie comme sur les figures 2A, 2D. Dans ce cas, l'extrémité d'appui 28 et la partie 27 qui contribue à délimiter l'entrefer 26 ne sont pas concernées par cette variation de section.
Les différences entre les figures 2A et 2D se situent au niveau des premiers plots magnétiques 24 et des moyens pour générer le flux 30. Sur la figure
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2A, il n'y a qu'un seul premier plot magnétique 24 et qu'un seul bobinage 30 disposé autour du premier plot magnétique 24, tandis que sur la figure 2D il y a deux premiers plots magnétiques 24-1, 24-2 et deux bobinages 30-1, 30-2, chacun disposé autour d'un des premiers plots magnétiques 24-1, 24-2.
La variation de l'épaisseur et/ou de la largeur peut être continue progressive comme sur les figures 2A, 2D ou bien discrète comme sur les figures 2F, 2G. Sur ces dernières figures la largeur et/ou l'épaisseur de la partie magnétique mobile 22 varient par paliers. La combinaison des deux variations est envisageable.
Sur la figure 2E, les moyens pour générer le flux magnétique au lieu d'être disposés autour du premier plot magnétique 24 sont disposés autour de la culasse 23, référence 30-3, et autour de la partie magnétique mobile 22, référence 30-4.
Les figures 3A à 3C montrent d'autres exemples d'actionneurs magnétiques conformes à l'invention possédant une grande stabilité mécanique en torsion.
La partie magnétique mobile 22 est toujours en forme de bras mais au lieu d'être massive, elle se compose de deux branches 22-1, 22-2. D'un côté, les deux branches 22-1, 22-2 se rejoignent pour former la portion 27 qui contribue à délimiter l'entrefer 26. De l'autre elles sont reliées magnétiquement et mécaniquement à un premier plot magnétique 24, 24-1, 24-2.
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L'une des branches au moins, mais de préférence les deux 22-1, 22-2, possèdent une zone 31- 1, 31-2 respectivement ayant une section variable transversalement au flux magnétique.
Les branches 22-1, 22-2 sont sensiblement symétriques par rapport à un axe XX'qui passe par le milieu du second plot magnétique 25.
Sur la figure 3B, les branches 22-1, 22-2 sont reliées magnétiquement et mécaniquement à un unique premier plot magnétique 24 solidaire de la culasse 23 tandis que sur la figure 3C, il y en a deux 24-1, 24-2 et chacune des branches 22-1, 22-2 est reliée à l'un d'entre eux.
Comme sur les figures 2A et 2D, les moyens pour générer le flux magnétique peuvent être réalisés par un bobinage 30, 30-1, 30-2 entourant l'un des premiers plots magnétiques.
Pour diminuer encore le temps de réponse de l'actionneur selon l'invention, il est préférable de prévoir des moyens 40 pour éviter un amortissement de la partie magnétique mobile 22 lors de son déplacement. Ces moyens 40 favorisent un échappement de l'air se trouvant notamment dans l'entrefer 26 lorsque le déplacement de la partie magnétique mobile 22 a pour effet de le diminuer.
Ces moyens pour favoriser l'échappement peuvent être réalisés par des ouvertures traversantes 40, dans la direction du mouvement, portées par la partie magnétique mobile 22. Cette configuration est illustrée sur les figures 4A et 4B.
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Un tel actionneur est réalisable en micro technologie. On se réfère aux figures 5A à 5F qui montrent des étapes de réalisation d'un actionneur correspondant à celui de la figure 2B.
Sur un substrat 50 en verre, en céramique ou en silicium par exemple, on va réaliser la culasse 30. On dépose une couche de résine, puis on réalise une étape de lithographie. On grave dans le substrat 50 ou dans une couche déposée sur le substrat un caisson 51.
On dépose une sous-couche conductrice 52 au fond du caisson 51 (figure 5A).
On dépose la culasse 23 électrolytiquement.
Le dépôt est ensuite planarisé pour ne conserver la culasse 23 que dans le caisson 51 (figure 5B).
On dépose ensuite une couche diélectrique 53, par exemple en oxyde de silicium, et on y grave au moins un caisson 54 pour délimiter les moyens pour générer le flux 30 sous forme de bobinage avec leurs plots de commande électrique. Cette gravure est précédée d'une étape de lithographie. Elle n'atteint pas la culasse 23. Les pistes conductrices du ou des bobinages 30, par exemple en cuivre, sont déposées par électrolyse, cette étape est précédée du dépôt d'une sous-couche conductrice et est suivie d'une étape de planarisation (figure 5C).
On dépose une nouvelle couche diélectrique 55. On grave dans les deux couches diélectriques 53,55 des caissons 56 destinés à délimiter au moins un premier plot magnétique 24 et au moins un second plot magnétique 25. Cette gravure est précédée d'une étape de lithographie. Les caissons 56 atteignent la culasse
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23. Les plots magnétiques 24,25 sont déposés par électrolyse, cette étape est précédée du dépôt d'une sous-couche conductrice et est suivie d'une étape de planarisation (figure 5D).
On dépose ensuite une couche sacrificielle 57 par exemple en oxyde de silicium, et on la grave pour dégager le premier plot magnétique 24 (figure 5E).
On dépose ensuite une couche de matériau magnétique pour réaliser la partie magnétique mobile 22 et par une étape de lithographie et de gravure on la délimite en prévoyant la zone qui possède une section transversale au flux magnétique variable. Cette caractéristique ne se voit pas sur la figure 5F.
Enfin, la couche sacrificielle 57 est ôtée, par exemple par gravure chimique, au moins sous la partie magnétique mobile 22 pour la libérer et former l'entrefer 26 (figure 5F).
Les plots de commande électrique des bobinages 27 sont mis à nu (non représentés).
L'actionneur peut être recouvert d'un couvercle de protection (non représenté).
Un tel actionneur magnétique peut être utilisé par exemple en tant que relais ou commutateur.
On suppose que la figure 2C représente un relais électrique. Dans cette configuration, la partie magnétique mobile 22 et le second plot magnétique 25 sont conducteurs de l'électricité et font partie d'un circuit électrique qui est ouvert lorsque l'actionneur est ouvert et qui est fermé lorsque l'actionneur est fermé.
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Dans un relais optique, un système optique pourrait être inclus dans la partie magnétique mobile.
On peut symétriser l'actionneur des figures 2A, 2B par exemple par rapport à un plan P passant par la partie magnétique mobile 22, sensiblement perpendiculaire à la direction du mouvement matérialisée par une flèche à doubles pointes et obtenir un commutateur. Cette variante est représentée à la figure 6. La partie magnétique mobile 22 est maintenant reliée à une culasse à deux branches 23-1, 23-2 sensiblement parallèles et cette liaison se fait par deux premiers plots 24-5,24-6 dans le prolongement l'un de l'autre.
On trouve également, coopérant avec la culasse 23-1,23-2 deux seconds plots 25-1,25-2 dans le prolongement l'un de l'autre. Ils contribuent à délimiter chacun un entrefer 26-1,26-2 avec la partie magnétique mobile 22. On suppose que dans cet exemple la partie magnétique mobile 22 et les deux seconds plots 25-1,25-2 sont conducteurs de l'électricité et font partie d'un circuit électrique. Si les deux seconds plots 25-1,25-2 sont réalisés dans un matériau à hystérésis, l'actionneur aura deux états stables.
On suppose également que la partie magnétique mobile 22 comporte au moins une zone 31 dans laquelle sa section transversale au flux magnétique décroît en se rapprochant des entrefers 26-1,26-2.
Selon le sens d'établissement du flux magnétique dans la partie magnétique mobile et selon la branche de la culasse concernée, la partie magnétique mobile est le siège d'une force qui s'exerce dans un
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sens ou dans l'autre et qui lui permet de venir en contact électrique soit avec l'un des seconds plots 25- 1 soit avec l'autre 25-2. Ainsi il est possible de se passer de la force mécanique de rappel dans la partie magnétique mobile pour commuter d'une position à une autre.
Les moyens pour générer le flux magnétique ont été représentés par un bobinage 30-3,30-4 entourant chacun l'un de premiers plots 24-5,24-6.
De manière comparable, les figures 9A et 9B illustrent en vue de dessus et en coupe longitudinale une variante d'un commutateur conforme à l'invention.
Maintenant la partie magnétique mobile 22 comporte une zone dans laquelle sa section transversale au flux magnétique croît en se rapprochant des entrefers 26-1, 26-2. La variation se fait par variation de la largeur de la partie magnétique mobile 22. Cette configuration permet de disposer d'une grande surface au niveau de l'entrefer et au-delà. Une grande surface au niveau de l'entrefer permet d'augmenter la valeur de la force d'actionnement. On peut également positionner un contact électrique plus grand à l'extrémité de la partie magnétique mobile.
Maintenant également les moyens pour générer le flux magnétique prennent la forme de bobinages 30-5,30-6, ils entourent chacun l'un des seconds plots 25-1,25-2.
Cette configuration avec les bobinages 30- 5,30-6 autour des seconds plots magnétiques 25-1 et 25-2 permet d'éviter la saturation magnétique, il est
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en effet préférable que les moyens de génération de flux soient autour d'une zone à grande section.
Il est possible que le second plot magnétique 25 ne participe pas au contact électrique et qu'au moins un contact électrique fixe se trouve dans son voisinage.
On se réfère à la figure 7. L'actionneur représenté est de même type que celui de la figure 2C. La culasse 23 est supportée par un substrat 60. La partie magnétique mobile 22 se prolonge au-delà du second plot magnétique 25 et se termine par un contact électrique mobile 62 décalé par rapport à l'entrefer 26. La partie magnétique mobile 22 peut être isolée électriquement du contact électrique mobile 62.
Le substrat 60 sur lequel repose la culasse 30 comporte au moins un contact électrique fixe 63 destiné à venir en contact avec contact électrique mobile 62 lorsque l'actionneur est fermé. Lorsqu'il y a deux contacts électriques fixes ils sont destinés à être reliés électriquement via le contact électrique mobile 62 lorsque l'actionneur est fermé. Sur la figure 6 un seul est visible mais dans la configuration où il y en a deux ils sont l'un derrière l'autre dans le plan de la feuille et un seul serait visible.
Les deux contacts électriques fixes peuvent correspondre à deux extrémités en vis à vis d'une piste conductrice discontinue 64 et lors de la fermeture de l'actionneur, le contact électrique mobile 62 vient contacter la piste 64 et rétablir la continuité.
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Les figures 8A et 8B illustrent maintenant un actionneur selon l'invention dans une application de pompe et plus particulièrement de micro-pompe.
On retrouve la partie magnétique mobile 22 formée de plusieurs branches 22-1, 22-2, 22-3 en étoile. Le centre 22-4 de l'étoile contribue à délimiter l'entrefer 26. Il est préférable qu'il prenne la forme d'un plot magnétique. Les extrémités des branches 22-1, 22-2, 22-3 sont des extrémités d'appui reliées magnétiquement et mécaniquement à la culasse 23 unique. Ce sont les branches 22-1, 22-2, 22-3 qui possèdent une section transversale variable. La culasse 23 peut être par exemple en forme de disque. La culasse est dotée d'une série de premiers plots 24-1, 24-2, 24- 3 pour la relier à la partie magnétique mobile 22 au niveau de chacune de ses branches. Elle comporte également un second plot magnétique central 25 qui contribue à délimiter l'entrefer 26 avec le plot 22-4.
Dans cette configuration de pompe, on suppose que les premiers plots 24-1, 24-2, 24-3 sont inclus dans une couronne périphérique 32 à la culasse 30 qui sert d'ancrage à une membrane 34. Cette membrane 34 est également solidaire de la partie magnétique mobile 22 et du plot 22-4 s'il existe. Cette membrane 34 se déplace au rythme des déplacements de la partie magnétique mobile 22. Elle sert à actionner la circulation d'un fluide. Elle est réalisée dans un matériau compatible avec le fluide à pomper ou est protégée par un traitement de surface. Elle peut avoir un effet de compression, d'aspiration ou d'éjection sur le fluide.
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Dans l'exemple représenté aux figures 8A, 8B, la membrane 34 contribue à délimiter d'un côté, avec la culasse 30 et la couronne 32, une première cavité 35 sans fluide. La partie magnétique mobile 22 et la membrane 34 sont coiffées d'un capot 36 muni de deux orifices de circulation de fluide 37-1, 37-2 (éjection ou aspiration). Le capot 36 est solidaire de la couronne 32 qui borde la culasse 30. L'autre côté de la membrane 34 et le capot 36 contribuent à délimiter une cavité d'actionnement 38. Le fluide pénètre par un orifice 37-1 dans la cavité d'actionnement 38 et est éjecté par l'autre orifice 37-2. Un système de vannes (non représenté sur la figure 8B) serait utilisé pour faire circuler le fluide. D'autres configurations sont possibles notamment le fluide pourrait se trouver dans un réservoir inclus dans la pompe et il y aurait au moins un orifice pour l'éjecter.
Les moyens pour générer le flux magnétique sont représentés sous la forme de bobinages 30-1, 30-2, 30-3, 30-4 encerclant les premiers plots magnétiques 24-1, 24-2, 24-3 et le second plot magnétique 25. Une couche d'étanchéité 39 enrobe les bobinages entre la culasse 23 et les plots magnétiques 24-1, 24-2, 24-3, 25 de manière à fermer la cavité 35.
Une telle pompe peut être utilisée comme éjecteur de gouttes pour dispenser un liquide tel un parfum, un médicament par exemple.
En supprimant la membrane une telle structure pourrait être utilisée comme un relais électrique, un contact électrique pourrait se trouver
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sur chacune des branches ou bien être solidaire du centre de l'étoile.
Claims (17)
1. Actionneur magnétique possédant un circuit magnétique (20) fermé comportant une partie magnétique mobile (22) et une partie magnétique fixe (21) reliées magnétiquement entre elles et définissant au moins un entrefer (26), ce circuit magnétique (20) étant apte à guider un flux magnétique permettant de déplacer la partie magnétique mobile (22) vers la partie magnétique fixe (21), caractérisé en ce que la partie magnétique mobile (22) comporte au moins une zone (31) ayant une section variable transversalement au flux magnétique.
2. Actionneur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation de la section transversale se fait par variation de l'épaisseur de la partie magnétique mobile (22).
3. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la variation de la section transversale se fait par variation de la largeur de la partie magnétique mobile (22).
4. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la variation de la section transversale est continue.
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5. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la variation de la section transversale est discrète.
6. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins un plot magnétique (25) contribue à délimiter l'entrefer (26), ce plot magnétique étant issu soit de la partie magnétique fixe (23) soit de la partie magnétique mobile (22).
7. Actionneur magnétique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le plot magnétique (25) est réalisé en matériau à hystérésis.
S. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la partie magnétique mobile est dotée de moyens (40) pour éviter un amortissement lors d'un déplacement.
9. Actionneur magnétique selon la revendication 8, caractérisé en ce que ces moyens sont au moins une ouverture (40) traversante au sein de la partie magnétique mobile (22), dans la direction du déplacement.
10. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la partie magnétique mobile (22) prend globalement la forme d'un bras à une ou plusieurs branches (22-1,22-2) reliées entre elles à une extrémité.
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11. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la partie magnétique mobile (22) prend la forme d'une étoile à plusieurs branches.
12. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la partie magnétique mobile (22) est en matériau électriquement conducteur.
13. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la partie magnétique mobile (22) est dotée d'au moins un contact électrique mobile (62).
14. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( (30) pour générer le flux magnétique dans le circuit magnétique, ils prennent la forme d'au moins un bobinage entourant la partie magnétique fixe (23), la partie magnétique mobile (22) ou les deux.
15. Procédé de réalisation d'un actionneur magnétique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- gravure dans un substrat (50) d'un caisson (51) à remplir d'un matériau magnétique pour réaliser une culasse (23), - dépôt d'une première couche diélectrique (53) sur le substrat (50) avec la culasse (23),
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- gravure d'au moins un caisson (54) pour délimiter des moyens de génération d'un flux magnétique (30), et dépôt des dits moyens (30), - dépôt d'une seconde couche diélectrique (55) sur la première couche (53), - gravure de caissons (56) à travers les deux couches (53,55) atteignant la culasse (23) pour délimiter au moins un premier plot magnétique (24) et au moins un second plot magnétique (25), le second plot (25) contribuant à délimiter au moins un entrefer (26), - dépôt des premier et second plots magnétiques (24,25) dans les caissons (56), - dépôt d'une couche sacrificielle (57) sur la seconde couche diélectrique (55) et gravure de la couche sacrificielle (57) pour dégager le premier plot magnétique (24), - dépôt sur la couche sacrificielle (57) de matériau magnétique pour réaliser une partie magnétique mobile (22), puis gravure du matériau magnétique pour la délimiter et la doter d'une zone ayant une section variable transversalement au flux magnétique, - élimination de la couche sacrificielle (57) sous la partie magnétique mobile (22) pour la libérer et réaliser l'entrefer (26).
16. Relais, caractérisé en ce qu'il comporte un actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 14.
17. Commutateur, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un actionneur magnétique selon l'une
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des revendications 1 à 14 de manière à présenter plusieurs entrefers (26-1,26-2).
18. Pompe caractérisée en ce qu'elle comporte un actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel la partie magnétique mobile (22) est solidaire d'une membrane (34) contribuant à délimiter une cavité (38) pour faire circuler un fluide.
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