FR2880730A1 - Microsystem for use as e.g. switch, has permanent magnet moved by push-button to control, by magnetic effect, movement of membrane of movable unit between two positions, each corresponding to opening or closing of electric circuit - Google Patents
Microsystem for use as e.g. switch, has permanent magnet moved by push-button to control, by magnetic effect, movement of membrane of movable unit between two positions, each corresponding to opening or closing of electric circuit Download PDFInfo
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Abstract
Description
Microsystème utilisant un microactionneur magnétique à aimant permanent.Microsystem using a permanent magnet magnetic microactuator.
La présente invention se rapporte à un microsystème comportant au moins un microactionneur magnétique fonctionnant à l'aide d'un aimant permanent. Un tel microsystème peut être utilisé comme appareil électrique interrupteur, en particulier du type commutateur, bouton poussoir, contacteur ou relais. Ce type de microsystème est particulièrement adapté pour être réalisé en technologie MEMS. The present invention relates to a microsystem comprising at least one magnetic microactuator operating by means of a permanent magnet. Such a microsystem can be used as electrical switch device, in particular of the switch type, push button, contactor or relay. This type of microsystem is particularly adapted to be realized in MEMS technology.
Le document US 6,320,145 décrit un relais magnétostatique. Ce relais fonctionne à l'aide d'une poutre monostable et magnétisable. Sous l'action d'un champ magnétique, cette poutre fléchit pour tendre à s'aligner dans la direction de ce champ magnétique et vient fermer un circuit électrique. La poutre étant fabriquée dans un matériau élastique, elle revient dans sa position initiale simplement par effet mécanique lorsque l'interaction du champ magnétique avec la poutre est nulle. La force de rappel de la poutre vers sa position initiale est donc d'origine purement mécanique et est imposée uniquement par la nature du matériau de fabrication de la poutre et par la géométrie des éléments impliqués. US 6,320,145 discloses a magnetostatic relay. This relay operates using a monostable and magnetisable beam. Under the action of a magnetic field, this beam bends to tend to align in the direction of this magnetic field and closes an electrical circuit. The beam being made of an elastic material, it returns to its initial position simply by mechanical effect when the interaction of the magnetic field with the beam is zero. The restoring force of the beam towards its initial position is therefore of purely mechanical origin and is imposed solely by the nature of the material of manufacture of the beam and by the geometry of the elements involved.
Le brevet US 6,750,745 décrit des micro-relais magnétiques utilisant le mouvement entre deux positions, d'une poutre magnétisable bistable pour commander l'ouverture ou la fermeture d'un circuit électrique. Le mouvement de la poutre est commandé à l'aide d'un électro- aimant. Dans une première position de la poutre, le circuit électrique est ouvert et clans une seconde position de la poutre, le circuit électrique est fermé. La fermeture du circuit est assurée lorsque la poutre est dans sa seconde position par la mise en contact de contacts portés par la poutre avec des contacts fixes disposés sur un substrat. Au repos, la poutre est dans sa première position et le circuit électrique est donc ouvert. Cette position de repos est maintenue grâce au champ magnétique produit sur la poutre magnétisable par un aimant permanent. Lors de la mise sous tension de l'électro-aimant, celui-ci produit un second champ magnétique orienté de manière à provoquer le basculement de la poutre de sa première position vers sa seconde position. Une fois la poutre dans sa seconde position, l'électro-aimant est désactivé et la poutre est maintenue dans cette seconde position sous l'effet du champ magnétique permanent. No. 6,750,745 discloses magnetic micro-relays using the movement between two positions of a bistable magnetizable beam to control the opening or closing of an electrical circuit. The movement of the beam is controlled by an electromagnet. In a first position of the beam, the electric circuit is open and in a second position of the beam, the electric circuit is closed. Closing of the circuit is ensured when the beam is in its second position by contacting contacts carried by the beam with fixed contacts arranged on a substrate. At rest, the beam is in its first position and the electric circuit is open. This rest position is maintained thanks to the magnetic field produced on the magnetizable beam by a permanent magnet. When the electromagnet is energized, it produces a second magnetic field oriented to cause the beam to tilt from its first position to its second position. Once the beam in its second position, the electromagnet is deactivated and the beam is maintained in this second position under the effect of the permanent magnetic field.
Le brevet US 6,469,602 décrit un relais dans lequel une poutre identique à celle décrite ci-dessus peut prendre trois positions distinctes (voir figure 5) grâce à l'action conjuguée d'un aimant permanent et d'un électro-aimant. Dans une première position, la poutre fléchit dans une direction de manière à venir en contact avec un premier contact électrique situé au-dessous. Dans une seconde position, la poutre fléchit dans le sens opposé pour venir en contact avec un deuxième contact électrique situé au-dessus. Dans une position d'équilibre située entre ses deux positions extrêmes et dite de repos, la poutre ne touche aucun des contacts. No. 6,469,602 discloses a relay in which a beam identical to that described above can take three distinct positions (see FIG. 5) thanks to the combined action of a permanent magnet and an electromagnet. In a first position, the beam bends in one direction so as to come into contact with a first electrical contact located below. In a second position, the beam bends in the opposite direction to come into contact with a second electrical contact located above. In a position of equilibrium located between its two extreme positions and said rest, the beam does not touch any of the contacts.
Les relais présentés dans les brevets US 6,750,745 et US 6,469,602 sont pilotés à la fois grâce à l'action d'un aimant permanent et d'un électro-aimant. Pour faire fléchir la poutre entre ses positions, ces relais présentent donc l'inconvénient majeur de nécessiter l'utilisation d'une source de courant pour alimenter l'électro-aimant. The relays shown in US Pat. No. 6,750,745 and US Pat. No. 6,469,602 are controlled both by the action of a permanent magnet and an electromagnet. To bend the beam between its positions, these relays therefore have the major disadvantage of requiring the use of a current source to power the electromagnet.
Le but de l'invention est de proposer un microsystème utilisé comme appareil électrique interrupteur comportant au moins un microactionneur magnétique qui soit simple dans sa conception et sa fabrication et qui ne nécessite pas l'utilisation d'une source de courant pour être mis en oeuvre. The object of the invention is to propose a microsystem used as an electrical switch device comprising at least one magnetic microactuator which is simple in its design and manufacture and which does not require the use of a current source to be implemented. .
Ce but est atteint par un microsystème utilisé comme appareil électrique interrupteur et comprenant un substrat supportant au moins un microactionneur magnétique, ledit microactionneur magnétique comportant un élément mobile supporté par ledit substrat et un aimant permanent, ledit microsystème étant caractérisé en ce que ledit aimant permanent est apte à être mis en mouvement, par des moyens d'actionnement, pour piloter par effet magnétique le mouvement de l'élément mobile entre au moins deux positions, chacune des positions pouvant correspondre à l'ouverture ou à la fermeture d'un circuit électrique. This object is achieved by a microsystem used as a switch electrical apparatus and comprising a substrate supporting at least one magnetic microactuator, said magnetic microactuator comprising a movable element supported by said substrate and a permanent magnet, said microsystem being characterized in that said permanent magnet is adapted to be set in motion, by actuating means, for controlling by magnetic effect the movement of the movable element between at least two positions, each of the positions possibly corresponding to the opening or closing of an electrical circuit .
Selon une particularité, l'élément mobile est apte à prendre trois positions distinctes, deux positions extrêmes forcées prises sous l'action du champ magnétique permanent généré par l'aimant permanent et une position de repos intermédiaire, située entre les deux positions extrêmes forcées. Selon l'invention, l'élément mobile est donc "tristable". According to a particularity, the movable element is able to take three distinct positions, two extreme forced positions taken under the action of the permanent magnetic field generated by the permanent magnet and an intermediate rest position, located between the two extreme forced positions. According to the invention, the movable element is therefore "tristable".
Selon une première variante de réalisation, l'élément mobile comporte une membrane montée sur le substrat et apte à pivoter entre ses différentes positions, ladite membrane présentant au moins une couche faite dans un matériau magnétique. Selon l'invention, la membrane est par exemple reliée par l'une de ses extrémités à un plot d'ancrage par l'intermédiaire d'au moins un bras de liaison. Le pivotement de la membrane est obtenu par flexion dudit bras de liaison. Selon une seconde variante de réalisation, l'élément mobile est constitué d'une membrane pivotante reliée par l'intermédiaire de deux bras de liaison solidaires du substrat. Les bras de liaison forment une liaison élastique entre la membrane et leur plot d'ancrage respectif. Dans ce cas, le pivotement de la membrane est obtenu par torsion des bras de liaison. Dans ces différentes configurations, le microsystème est fabriqué selon une technologie planaire de type MEMS. Cette technologie consiste à procéder par dépôt de couches successives puis à façonner chaque couche pour former le produit souhaité. Selon cette technologie, la membrane ainsi que les bras de liaison peuvent être issus d'une même couche, par exemple métallique. Elle peut être dans un matériau magnétique doux comme par exemple un alliage de type FeNi ( permalloy ). According to a first variant embodiment, the mobile element comprises a membrane mounted on the substrate and able to pivot between its different positions, said membrane having at least one layer made of a magnetic material. According to the invention, the membrane is for example connected by one of its ends to an anchor pad via at least one connecting arm. The pivoting of the membrane is obtained by bending of said connecting arm. According to a second variant embodiment, the movable element consists of a pivoting diaphragm connected via two connecting arms integral with the substrate. The connecting arms form an elastic connection between the membrane and their respective anchor pad. In this case, the pivoting of the membrane is obtained by twisting the connecting arms. In these different configurations, the microsystem is manufactured using a MEMS type planar technology. This technology involves proceeding by depositing successive layers and then shaping each layer to form the desired product. According to this technology, the membrane and the connecting arms may be from the same layer, for example metal. It may be in a soft magnetic material such as an FeNi type alloy (permalloy).
Selon une autre particularité, l'aimant permanent est apte à être positionné au-dessus de la membrane de manière à ce que l'inclinaison, par rapport au microactionneur, des lignes du champ magnétique généré par l'aimant permanent puisse produire une aimantation dans la membrane dont l'orientation provoque le pivotement de la membrane entre ses différentes positions. According to another feature, the permanent magnet is able to be positioned above the membrane so that the inclination, with respect to the microactuator, of the lines of the magnetic field generated by the permanent magnet can produce a magnetization in the the membrane whose orientation causes the pivoting of the membrane between its different positions.
Selon une autre particularité, la membrane est apte à pivoter sous l'action du champ magnétique permanent de part et d'autre d'une position d'équilibre, dite de repos dans laquelle le couple magnétique existant entre la membrane et le champ magnétique généré par l'aimant permanent est inférieur à la force de rappel mécanique des bras de liaison. Ainsi, la membrane peut prendre deux positions extrêmes forcées par l'action de l'aimant permanent dans laquelle, selon la configuration souhaitée, elle vient fermer ou ouvrir un ou plusieurs circuits électriques. L'espace d'ouverture maximum créé entre les deux positions extrêmes prises par la membrane, est important, de l'ordre de quelques dizaines de microns. Un tel espace permet de pouvoir utiliser un tel microsystème pour des tensions de l'ordre de quelques dizaines à centaines de volts. Ce n'est par exemple pas le cas dans le dispositif présenté dans la demande de brevet EP 0 602 538 (ou CH 688 213) qui décrit un contacteur de type "reed" dans lequel une poutre magnétisable peut être amenée en contact avec une autre poutre par action d'un champ magnétique créé par une bobine. En effet, l'inconvénient d'un tel dispositif est que la position de repos de la poutre est imposée par la géométrie et le procédé d'obtention du dispositif. II est donc difficile d'obtenir des espaces d'ouverture importants. According to another particularity, the membrane is able to pivot under the action of the permanent magnetic field on either side of an equilibrium rest position in which the magnetic torque existing between the membrane and the magnetic field generated by the permanent magnet is less than the mechanical restoring force of the connecting arms. Thus, the membrane can take two extreme positions forced by the action of the permanent magnet in which, in the desired configuration, it comes close or open one or more electrical circuits. The maximum opening space created between the two extreme positions taken by the membrane is important, of the order of a few tens of microns. Such a space makes it possible to use such a microsystem for voltages of the order of a few tens to hundreds of volts. This is, for example, not the case in the device presented in the patent application EP 0 602 538 (or CH 688 213) which describes a "reed" type contactor in which a magnetizable beam can be brought into contact with another beam by action of a magnetic field created by a coil. Indeed, the disadvantage of such a device is that the rest position of the beam is imposed by the geometry and the method of obtaining the device. It is therefore difficult to obtain large opening spaces.
Selon un premier mode de réalisation, l'aimant permanent est apte à effectuer un mouvement de translation au-dessus de la membrane, parallèlement au substrat. According to a first embodiment, the permanent magnet is able to perform a translational movement above the membrane, parallel to the substrate.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, au-dessus de la membrane, l'aimant permanent est apte à effectuer un mouvement de rotation autour d'un axe. According to a second embodiment of the invention, above the membrane, the permanent magnet is able to perform a rotational movement about an axis.
Selon une particularité de ces deux modes de réalisation, les moyens d'actionnement sont de type mécanique. Le microsystème fonctionne donc de manière totalement mécanique et aucune source d'énergie n'est nécessaire pour le faire fonctionner. According to a feature of these two embodiments, the actuating means are of the mechanical type. The microsystem therefore operates completely mechanically and no energy source is needed to make it work.
Selon une autre particularité de ces modes de réalisation, les moyens d'actionnement sont à commande manuellle. Le microsystème selon l'invention est donc particulièrement adapté aux applications de type bouton poussoir où ledit bouton poussoir permet le déplacement en translation ou en rotation de l'aimant permanent. According to another feature of these embodiments, the actuating means are manually controlled. The microsystem according to the invention is therefore particularly suitable for pushbutton-type applications where said pushbutton allows translation or rotation displacement of the permanent magnet.
Selon une autre particularité de ces modes de réalisation, les moyens d'actionnement sont de type électromécanique. According to another particularity of these embodiments, the actuating means are of the electromechanical type.
Selon une autre particularité, le microsystème commande l'ouverture et la fermeture de deux circuits électriques. Selon l'invention, dans chacune de ses positions extrêmes, la membrane vient par exemple fermer un circuit électrique distinct, la position de repos de la membrane correspondant à une position d'ouverture de ces deux circuits. According to another feature, the microsystem controls the opening and closing of two electrical circuits. According to the invention, in each of its extreme positions, the membrane comes for example to close a separate electrical circuit, the rest position of the diaphragm corresponding to an open position of these two circuits.
Selon une autre particularité de l'invention, le microsystème est fabriqué selon une technologie de type MEMS. According to another particularity of the invention, the microsystem is manufactured according to a MEMS type technology.
Selon un mode de réalisation très avantageux, le substrat supporte une pluralité de microactionneurs magnétiques identiques apte à être commandée simultanément par ledit aimant permanent. Un même aimant permanent agit donc sur une matrice de microactionneurs. Les microactionneurs sont par exemple des micro-relais reliés par des pistes électriques et arrangés en série pour augmenter la tension d'isolation ou en parallèle pour diviser l'intensité du courant. According to a very advantageous embodiment, the substrate supports a plurality of identical magnetic microactuators able to be controlled simultaneously by said permanent magnet. The same permanent magnet therefore acts on a matrix of microactuators. The microactuators are for example micro-relays connected by electrical tracks and arranged in series to increase the insulation voltage or in parallel to divide the intensity of the current.
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 représente, en perspective, un microsystème selon une première variante de réalisation. Other features and advantages will appear in the detailed description which follows with reference to an embodiment given by way of example and represented by the appended drawings in which: FIG. 1 represents, in perspective, a microsystem according to a first variant embodiment.
- Les figures 2A, 2B et 2C représentent, en vue de côté, le microsystème selon la première variante de réalisation respectivement en position de repos, d'ouverture et de fermeture. - Figures 2A, 2B and 2C show, in side view, the microsystem according to the first embodiment respectively in the rest position, opening and closing.
- La figure 3 représente, en perspective, le microsystème selon une seconde variante de réalisation. - Figure 3 shows, in perspective, the microsystem according to a second embodiment.
- Les figures 4A, 4B et 4C représentent, en vue de côté, le microsystème selon la seconde variante de réalisation, respectivement en position de repos, d'ouverture et de fermeture. - Figures 4A, 4B and 4C show, in side view, the microsystem according to the second embodiment, respectively in the rest position, opening and closing.
- La figure 5 représente le microsystème selon l'invention selon une troisième variante de réalisation. FIG. 5 represents the microsystem according to the invention according to a third variant embodiment.
- La figure 6 représente une variante de réalisation du microactionneur pouvant être utilisé dans le microsystème selon l'invention. FIG. 6 represents an alternative embodiment of the microactuator that can be used in the microsystem according to the invention.
L'invention va à présent être décrite en liaison avec les figures 1 à 6. The invention will now be described with reference to FIGS. 1 to 6.
Comme dans l'art antérieur exposé ci-dessus, le microsystème 1, 1' selon l'invention commande l'ouverture ou la fermeture d'au moins un circuit électrique en utilisant un microactionneur 2 magnétique. As in the prior art described above, the microsystem 1, 1 'according to the invention controls the opening or closing of at least one electrical circuit using a magnetic microactuator 2.
En référence aux figures 1 à 4C, le microsystème 1, 1' selon l'invention comporte un microactionneur 2 supporté par un substrat 3. Le substrat 3 est par exemple fabriqué dans des matériaux comme le silicium, le verre, des céramiques ou sous forme de circuits imprimés. Le substrat 3 présente une surface 30 plane de laquelle est solidaire le microactionneur 2. De manière connue (voir la demande de brevet n US 2002/0140533), le substrat 3 porte par exemple au moins deux électrodes identiques 31, 32 destinées à être reliées électriquement afin d'obtenir la fermeture du circuit électrique. Pour cela, le microactionneur 2 magnétique porte au moins un contact 21 mobile apte à venir relier électriquement les deux électrodes 31, 32 lorsque le microactionneur 2 est activé. With reference to FIGS. 1 to 4C, the microsystem 1, 1 'according to the invention comprises a microactuator 2 supported by a substrate 3. The substrate 3 is for example made of materials such as silicon, glass, ceramics or in the form of printed circuit boards. The substrate 3 has a planar surface 30 of which the microactuator 2 is integral. In a known manner (see the patent application n US 2002/0140533), the substrate 3 carries for example at least two identical electrodes 31, 32 intended to be connected. electrically to obtain the closure of the electrical circuit. For this, the magnetic microactuator 2 carries at least one movable contact 21 adapted to come electrically connect the two electrodes 31, 32 when the microactuator 2 is activated.
En référence aux figures 1 à 4C, un microactionneur 2 tel que celui utilisé dans le microsystème 1, 1' selon l'invention comporte un élément mobile. Cet élément mobile est composé d'une membrane 20 parallélépipédique reliée par une de ses extrémités à un plot 23 d'ancrage solidaire du substrat 3 par l'intermédiaire de deux bras 22a, 22b de liaison prolongeant la membrane 20. Le contact 21 est par exemple formé sur la membrane 20 à proximité de l'extrémité libre de la membrane 20 et fait face à la surface 30 du substrat 3. With reference to FIGS. 1 to 4C, a microactuator 2 such as that used in the microsystem 1, 1 'according to the invention comprises a mobile element. This movable element is composed of a parallelepipedal membrane 20 connected at one of its ends to an anchor stud 23 secured to the substrate 3 via two connecting arms 22a, 22b extending the membrane 20. The contact 21 is example formed on the membrane 20 near the free end of the membrane 20 and faces the surface 30 of the substrate 3.
Par l'intermédiaire de ces deux bras 22a, 22b, la membrane 20 est apte à pivoter par rapport au substrat 3 suivant un axe (P) parallèle à l'axe décrit par les points de contact de la membrane 20 avec les électrodes 31, 32. Les bras 22a, 22b de liaison forment une liaison élastique entre la membrane 20 et le plot 23 d'ancrage. Dans une telle configuration, le pivotement de la membrane 20 est donc obtenu par flexion des bras 22a, 22b de liaison.. Through these two arms 22a, 22b, the membrane 20 is pivotable relative to the substrate 3 along an axis (P) parallel to the axis described by the points of contact of the membrane 20 with the electrodes 31, 32. The link arms 22a, 22b form an elastic connection between the membrane 20 and the anchor stud 23. In such a configuration, the pivoting of the membrane 20 is thus obtained by bending the link arms 22a, 22b.
Un autre mode de réalisation de microactionneur 2' utilisable dans un microsystème 1, 1' selon l'invention est décrit ultérieurement en liaison avec la figure 6. La description des microsystèmes 1, 1' faite ci- dessous doit être comprise comme pouvant intégrer le microactionneur 2' décrit en liaison avec la figure 6. Another embodiment of microactuator 2 'that can be used in a microsystem 1, 1' according to the invention is described later with reference to FIG. 6. The description of the microsystems 1, 1 'made below must be understood as being able to integrate the microactuator 2 'described in connection with FIG.
Le microactionneur selon l'invention peut être fabriqué par exemple à l'aide de technologies classiques de circuit imprirné en PCB ou Kapton. The microactuator according to the invention can be manufactured for example using conventional PCB or Kapton printed circuit technologies.
Le microactionneur 2 décrit dans l'invention peut également être réalisé grâce à la technologie MEMS (Micro Electro-Mechanical System). En effet, la réalisation par dépôt de couches successives dans un processus itératif se prête bien à la fabrication de tels objets. Dans ce cas, la membrane 20 ainsi que les bras 22a, 22b pourraient être issus d'une même couche de matériau. Ce matériau devrait alors être sensible aux champs magnétiques pour provoquer le pivotement de la membrane 20 sous l'action d'un champ magnétique. Le contact 21 porté par la membrane 20 peut alors être issu d'une couche inférieure métallique conductrice du courant qui lorsque la membrane 20 est en contact avec les deux électrodes 31, 32 posées sur le substrat 3 assure la liaison électrique entre les deux électrodes. Cependant, dans une autre configuration, les bras 22a, 22b de liaison et une couche inférieure de la membrane 20 peuvent être issus d'une couche métallique. Une couche d'un matériau sensible aux champs magnétiques est déposée sur cette couche métallique pour générer la partie supérieure de la membrane 20. Une telle configuration peut permettre d'optimiser les propriétés mécaniques des bras 22a, 22b en utilisant, pour permettre le pivotement de la membrane 20, un matériau mécaniquement plus adapté que le matériau sensible aux champs magnétiques. De plus la couche métallique peut faire office de contact pour la fermeture d'un circuit électrique. Le matériau sensible aux champs magnétiques est par exemple du type magnétique doux et peut être par exemple un alliage de fer et de nickel ( permalloy Ni8oFe2o). The microactuator 2 described in the invention can also be achieved through MEMS technology (Micro Electro-Mechanical System). Indeed, the realization by deposition of successive layers in an iterative process lends itself well to the manufacture of such objects. In this case, the membrane 20 and the arms 22a, 22b could be from the same layer of material. This material should then be sensitive to magnetic fields to cause the membrane 20 to pivot under the action of a magnetic field. The contact 21 carried by the membrane 20 may then be derived from a metal conductive bottom layer which when the membrane 20 is in contact with the two electrodes 31, 32 placed on the substrate 3 provides the electrical connection between the two electrodes. However, in another configuration, the connecting arms 22a, 22b and a lower layer of the membrane 20 may be derived from a metal layer. A layer of a material sensitive to magnetic fields is deposited on this metal layer to generate the upper part of the membrane 20. Such a configuration can make it possible to optimize the mechanical properties of the arms 22a, 22b by using, to allow the pivoting of the membrane 20, a material that is mechanically more suitable than the material sensitive to magnetic fields. In addition, the metal layer can act as a contact for closing an electrical circuit. The magnetic field-sensitive material is, for example, of the soft magnetic type and may be, for example, an alloy of iron and nickel (permalloy Ni8oFe2o).
Selon l'invention, il est donc possible de faire pivoter la membrane 20 autour de son axe (P) de pivotement. Ce pivotement est réalisé en soumettant la membrane à un champ magnétique produit par un aimant 4, 4' permanent. La membrane 20 est donc apte à prendre deux positions extrêmes distinctes. Dans une première position extrême (figures 2B et 4B), l'extrémité de la membrane 20 portant le contact 21 n'est pas en appui contre les électrodes 31, 32. Le circuit électrique est donc ouvert. Dans sa seconde position extrême (figures 2C et 4C), l'extrémité de la membrane 20 portant le contact 21 est en appui contre les électrodes 31, 32. Dans cette seconde position, le circuit électrique est fermé. Dans une troisième position (figures 2A et 4A), intermédiaire et située entre ses deux positions extrêmes, dite de repos ou d'équilibre, la membrane 20 est parallèle au substrat 3. According to the invention, it is therefore possible to pivot the membrane 20 about its pivot axis (P). This pivoting is performed by subjecting the membrane to a magnetic field produced by a permanent magnet 4, 4 '. The membrane 20 is therefore able to take two distinct extreme positions. In a first extreme position (Figures 2B and 4B), the end of the membrane 20 carrying the contact 21 is not supported against the electrodes 31, 32. The electrical circuit is open. In its second extreme position (Figures 2C and 4C), the end of the membrane 20 carrying the contact 21 bears against the electrodes 31, 32. In this second position, the electrical circuit is closed. In a third position (FIGS. 2A and 4A), intermediate and situated between its two extreme positions, called rest or equilibrium, the membrane 20 is parallel to the substrate 3.
Selon l'invention, l'aimant 4, 4' permanent est disposé au-dessus du substrat 3 et présente au repos (figures 1 et 3) une face 40, 40' plane parallèle à la surface 30 du substrat 3 portant le microactionneur 2. L'invention consiste donc à utiliser l'inclinaison des lignes L du champ magnétique généré par un aimant 4, 4' permanent pour produire une aimantation dans la membrane 20 qui va permettre son pivotement autour de son axe (P) de pivotement (voir figures 2A à 2C et 4A à 4C). Ce pivotement est permis grâce au couple magnétique existant entre l'aimantation de la membrane 20 et le champ magnétique créé par l'aimant 4, 4' permanent. Le sens de pivotement de la membrane 20 résulte du positionnement de l'aimant 4, 4' permanent au-dessus de la membrane 20. According to the invention, the permanent magnet 4, 4 'is disposed above the substrate 3 and has at rest (FIGS. 1 and 3) a planar face 40, 40' parallel to the surface 30 of the substrate 3 carrying the microactuator 2 The invention therefore consists in using the inclination of the lines L of the magnetic field generated by a permanent magnet 4, 4 'to produce a magnetization in the membrane 20 which will allow it to pivot about its pivot axis (P) (see FIG. FIGS. 2A to 2C and 4A to 4C). This pivoting is allowed thanks to the magnetic torque existing between the magnetization of the membrane 20 and the magnetic field created by the permanent magnet 4, 4 '. The pivoting direction of the membrane 20 results from the positioning of the permanent magnet 4, 4 'above the membrane 20.
Selon une première variante de réalisation représentée en figures 1, 2A à 2C, pour faire pivoter la membrane 20 entre ses positions, l'aimant 4 permanent est animé d'un mouvement de translation parallèlement à la surface 30 du substrat 3. Comme représenté en figure 2A, le champ magnétique créé par l'aimant 4 permanent a une influence nulle sur la membrane 20, la membrane 20 est donc dans une position d'équilibre, dite de repos, dans laquelle elle est parallèle à la surface 30 du substrat 3. Comme représenté en figure 2B, l'aimant 4 permanent prend une position au-dessus de la membrane 20 selon laquelle, du fait de l'inclinaison de ses lignes L de champ, le champ magnétique de l'aimant 4 permanent crée une aimantation de la membrane 20 dont la composante BP0 est dirigée le long de la membrane, suivant l'axe (A) perpendiculaire à l'axe (P) de pivotement de la membrane 20, de l'extrémité de la membrane 20 portant le contact 21 à son extrémité sans contact. Le couple magnétique existant entre la membrane 20 et le champ de l'aimant 4 permanent provoque alors le mouvement de la membrane 20 vers sa première position comme représenté en figure 2B. According to a first variant embodiment shown in FIGS. 1, 2A to 2C, for pivoting the membrane 20 between its positions, the permanent magnet 4 is driven in a translation movement parallel to the surface 30 of the substrate 3. 2A, the magnetic field created by the permanent magnet 4 has no influence on the membrane 20, the membrane 20 is therefore in a position of equilibrium, called rest, in which it is parallel to the surface 30 of the substrate 3 As shown in FIG. 2B, the permanent magnet 4 takes a position above the membrane 20 according to which, because of the inclination of its lines L of field, the magnetic field of the permanent magnet 4 creates a magnetization of the membrane 20 whose component BP0 is directed along the membrane, along the axis (A) perpendicular to the axis (P) of pivoting of the membrane 20, the end of the membrane 20 carrying the contact 21 at its end without contact. The magnetic torque existing between the membrane 20 and the field of the permanent magnet 4 then causes the membrane 20 to move towards its first position as shown in FIG. 2B.
L'aimant 4 permanent est ensuite translaté vers une position dans laquelle le champ magnétique, suivant l'inclinaison de ses lignes L de champ, crée une aimantation de la membrane 20 suivant une composante BPI opposée à la composante BP0 (figure 2C). Cette composante BP1 est donc dirigée selon l'axe (A) de la membrane 20, de son extrémité sans contact vers son extrémité à contact. Le couple magnétique existant alors entre la composante BPI dans la membrane 20 et le champ de l'aimant 4 permanent provoque le pivotement de la membrane 20 de sa première position vers sa seconde position comme représenté en figure 2C. Une fois que la membrane 20 a pivoté dans sa seconde position, le contact 21 porté par la membrane 20 vient relier électriquement les deux électrodes 31, 32 présentes sur le substrat 3. Le circuit électrique est alors fermé. The permanent magnet 4 is then translated to a position in which the magnetic field, following the inclination of its lines L of field, creates a magnetization of the membrane 20 according to an BPI component opposite to the BP0 component (FIG. 2C). This component BP1 is therefore directed along the axis (A) of the membrane 20, from its non-contact end to its contact end. The magnetic torque then existing between the BPI component in the membrane 20 and the field of the permanent magnet 4 causes the diaphragm 20 to pivot from its first position to its second position as represented in FIG. 2C. Once the membrane 20 has pivoted in its second position, the contact 21 carried by the membrane 20 is electrically connect the two electrodes 31, 32 present on the substrate 3. The electrical circuit is then closed.
Selon une seconde variante de réalisation de l'invention représentée aux figures 3 et 4A à 4C, un aimant 4' permanent est animé d'un mouvement de rotation, au-dessus du substrat 3 et du microactionneur 2, autour d'un axe (R) parallèle à l'axe (P) de pivotement de la membrane 20. Sur la figure 4A, l'aimant 4' permanent a sa face 40 inférieure parallèle au substrat 3. Dans cette configuration, la membrane 20 est en position stable de repos, le champ magnétique généré par l'aimant 4' permanent ayant une influence nulle sur la membrane 20. Selon la figure 4B, lorsque l'aimant 4' permanent effectue une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre (suivant la flèche représentée sur la figure.4B), suivant l'inclinaison de ses lignes L' de champ, le champ magnétique généré par l'aimant 4' permanent crée une composante magnétique BP2 dans la membrane 20, suivant son axe (A), dirigée de l'extrémité sans contact vers l'extrémité à contact de la membrane 20. Le couple magnétique résultant du champ permanent et de cette composante magnétique BP2 impose à la membrane 20 de prendre sa première position dans laquelle le circuit électrique est ouvert. En référence à la figure 4B, lorsque l'aimant 4' permanent effectue une rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (suivant le sens de la flèche représentée en figure 4C), l'inclinaison des lignes L' du champ magnétique de l'aimant 4' permanent est utilisée pour créer une nouvelle composante magnétique BP3 opposée à BP2. Le nouveau couple magnétique résultant provoque le pivotement de la membrane 20 de sa première position vers sa seconde position dans laquelle le circuit électrique est fermé. According to a second variant embodiment of the invention shown in FIGS. 3 and 4A to 4C, a permanent magnet 4 'is driven in a rotational movement, above the substrate 3 and the microactuator 2, about an axis ( R) parallel to the pivot axis (P) of the diaphragm 20. In FIG. 4A, the permanent magnet 4 'has its lower face 40 parallel to the substrate 3. In this configuration, the membrane 20 is in a stable position of rest, the magnetic field generated by the permanent magnet 4 'having a zero influence on the diaphragm 20. According to FIG. 4B, when the permanent magnet 4' rotates in the direction of clockwise (according to the arrow represented in FIG. 4B), according to the inclination of its lines L 'of field, the magnetic field generated by the permanent magnet 4' creates a magnetic component BP2 in the membrane 20, along its axis (A), directed from the non-contact end towards the contact end of the membrane 20. The blow the magnetic field resulting from the permanent field and this magnetic component BP2 requires the membrane 20 to take its first position in which the electrical circuit is open. With reference to FIG. 4B, when the permanent magnet 4 'rotates counterclockwise (in the direction of the arrow shown in FIG. 4C), the inclination of the lines L' of the magnetic field permanent magnet 4 'is used to create a new magnetic component BP3 opposite to BP2. The resulting new magnetic torque causes the diaphragm 20 to pivot from its first position to its second position in which the electrical circuit is closed.
Selon l'invention, la translation ou la rotation de l'aimant 4, 4' permanent peut être obtenue par pression d'un bouton poussoir. Par conséquent, le fonctionnement du microsystème 1, 1' selon l'invention est donc entièrement mécanique et ne nécessite pas l'apport d'une source de courant externe. Dans une autre configuration, la translation ou la rotation de l'aimant 4, 4' permanent peut être réalisée à partir d'une consigne électrique. According to the invention, the translation or rotation of the permanent magnet 4, 4 'can be obtained by pressing a push button. Therefore, the operation of the microsystem 1, 1 'according to the invention is therefore entirely mechanical and does not require the provision of an external current source. In another configuration, the translation or rotation of the permanent magnet 4, 4 'can be performed from an electrical setpoint.
Selon une variante de réalisation représentée en figure 5, un microsystème 1, 1' selon l'invention est utilisé pour la commande de deux circuits électriques distincts. According to an alternative embodiment shown in FIG. 5, a microsystem 1, 1 'according to the invention is used for the control of two separate electrical circuits.
Selon cette variante, un premier substrat 3a porte les électrodes 31a d'un premier circuit électrique et un second substrat 3b, par exemple disposé au-dessus, parallèlement au premier substrat 3a, porte les électrodes 31b d'un second circuit électrique. Les électrodes 31a, 31b sont disposées symétriquement par rapport à l'axe (A) de la membrane 20 d'un microactionneur selon l'invention. Les deux substrats sont par exemples reliés par des éléments 5 de liaison. Le microactionneur 2 selon l'invention est solidaire d'au moins l'un des substrats 3a, 3b. La membrane 20 pivotante peut donc pivoter entre ses trois positions. Dans sa position d'équilibre (en trait plein sur la figure 5), les deux circuits électriques sont ouverts et la membrane 20 est parallèle aux deux substrats. Dans une première position extrême (en pointillés sur la figure 5), la membrane 20 vient en contact avec la première électrode 31a pour fermer le premier circuit électrique tandis que dans sa seconde position extrême opposée (en pointillés sur la figure 5), la membrane 20 vient en contact avec la seconde électrode 31b pour fermer le second circuit électrique. According to this variant, a first substrate 3a carries the electrodes 31a of a first electrical circuit and a second substrate 3b, for example disposed above, parallel to the first substrate 3a, carries the electrodes 31b of a second electrical circuit. The electrodes 31a, 31b are arranged symmetrically with respect to the axis (A) of the membrane 20 of a microactuator according to the invention. The two substrates are for example connected by connecting elements. The microactuator 2 according to the invention is integral with at least one of the substrates 3a, 3b. The pivoting membrane 20 can therefore pivot between its three positions. In its equilibrium position (solid line in FIG. 5), the two electrical circuits are open and the membrane 20 is parallel to the two substrates. In a first extreme position (in dashed lines in FIG. 5), the membrane 20 comes into contact with the first electrode 31a to close the first electrical circuit while in its second opposite extreme position (in dashed lines in FIG. 20 comes into contact with the second electrode 31b to close the second electrical circuit.
Selon une variante de réalisation représentée en figure 6, un microactionneur 2' selon l'invention comporte une membrane 20' pivotante autour d'un axe (P') parallèle à l'axe décrit par les points de contact de la membrane 20' avec les électrodes 31, 32. La membrane 20' est reliée à deux plots 23a', 23b' d'ancrage situées de part et d'autre de son axe (A') perpendiculaire à (P') et solidaires du substrat 3, par l'intermédiaire de deux bras 22a', 22b' de liaison. Préférentiellement, l'axe (P') de pivotement de la membrane 20' est décalé par rapport à l'axe médian parallèle ce qui permet de définir sur la membrane 20', de part et d'autre de son axe (P') de pivotement, deux parties distinctes, de volumes différents, une partie portant un contact permettant la fermeture d'un circuit électrique, et une partie sans contact, c'est-à- dire ne portant aucun contact électrique. Sur la figure 6, la partie à contact est par exemple celle de plus grande taille alors que la partie sans contact est celle de plus petite taille. La description réalisée ci- dessus en liaison avec les figures 1 à 5 est valable pour le microactionneur 2' représenté en figure 6 et décrit dans ce paragraphe. La membrane 20' de ce microactionneur 2' pourra donc parfaitement remplacer la membrane 20 du microactionneur 2 représenté aux figures 1 à 5. According to an alternative embodiment shown in FIG. 6, a microactuator 2 'according to the invention comprises a membrane 20' pivoting about an axis (P ') parallel to the axis described by the contact points of the membrane 20' with the electrodes 31, 32. The membrane 20 'is connected to two anchoring studs 23a', 23b 'situated on either side of its axis (A') perpendicular to (P ') and integral with the substrate 3, by via two connecting arms 22a ', 22b'. Preferably, the axis (P ') of pivoting of the diaphragm 20' is offset with respect to the median axis parallel, which makes it possible to define on the diaphragm 20 ', on either side of its axis (P') pivoting, two separate parts, different volumes, a part carrying a contact for closing an electrical circuit, and a non-contact portion, that is to say not carrying any electrical contact. In Figure 6, the contact portion is for example that of larger size while the non-contact portion is the smaller one. The description made above in connection with Figures 1 to 5 is valid for the microactuator 2 'shown in Figure 6 and described in this paragraph. The membrane 20 'of this microactuator 2' can therefore perfectly replace the membrane 20 of the microactuator 2 shown in FIGS. 1 to 5.
Selon l'invention, un microsystème peut comporter une pluralité de microactionneurs 2, 2' identiques tels que décrits ci-dessus. Ces microactionneurs 2, 2' sont par exemple organisés en matrice suivant plusieurs lignes parallèles. Ainsi, selon l'influence du champ magnétique de l'aimant 4, 4' permanent, tous les microactionneurs 2, 2' d'une ligne ou de plusieurs lignes peuvent être actionnés simultanément par translation ou rotation de l'aimant 4, 4' permanent. According to the invention, a microsystem may comprise a plurality of identical microactuators 2, 2 'as described above. These microactuators 2, 2 'are for example organized in a matrix along several parallel lines. Thus, according to the influence of the magnetic field of the permanent magnet 4, 4 ', all the microactuators 2, 2' of a line or of several lines can be actuated simultaneously by translation or rotation of the magnet 4, 4 ' permanent.
II est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. It is understood that one can, without departing from the scope of the invention, imagine other variants and refinements of detail and even consider the use of equivalent means.
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