FR3086794A1

FR3086794A1 - Commutateur

Info

Publication number: FR3086794A1
Application number: FR1858856A
Authority: FR
Inventors: Cedric Mora
Original assignee: Apem
Current assignee: Apem
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-04-03
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: DE102019126145A1; FR3086794B1

Abstract

L'invention concerne un commutateur comprenant : - un corps (1) comprenant un circuit imprimé (4), - un actionneur (2) mobile en pivotement autour d'un axe (12) du corps, - un ressort de rappel (3) configuré pour solliciter l'actionneur (2) en rotation vers une position de repos, - un aimant (26) rigidement solidaire de l'actionneur (2), - un capteur rotatif agencé sur le circuit imprimé (4) en regard de l'aimant (26), configuré pour détecter la position angulaire de l'aimant, ledit commutateur étant caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'indexation de l'actionneur (2) comprenant une came (5) métallique solidaire du corps (1) et une bille (51) adaptée pour circuler le long de la came (5), la came (5) étant pourvue de cavités (50) aptes à recevoir temporairement la bille, ladite bille étant sollicitée par un ressort (52) s'étendant radialement à partir de l'actionneur (2).

Description

COMMUTATEUR

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un commutateur, du type commutateur à bascule («rocker» selon la terminologie anglo-saxonne) ou à molette («roller» selon la terminologie anglo-saxonne).

ETAT DE LA TECHNIQUE

Les commutateurs à bascule ou à molette se prêtent à un grand nombre d’applications pour la commande de différentes machines.

Cependant, il reste des améliorations à apporter en termes de précision d’assemblage des différents composants, qui peuvent avoir un impact sur les performances de fonctionnement du commutateur.

Par ailleurs, selon les applications, il peut être intéressant d’intégrer différentes fonctionnalités au commutateur.

Cependant, le nombre de versions différentes d’un même commutateur s’accompagne souvent de la multiplication des composants constitutifs du commutateur, ce qui complique la gestion des stocks et augmente le coût de revient du commutateur.

EXPOSE DE L'INVENTION

Un but de l’invention est de remédier aux problèmes précités.

Selon un premier aspect, l’invention vise à concevoir un commutateur plus performant que dans l’état de la technique.

Selon un second aspect, combiné ou non au premier, l’invention vise à concevoir un commutateur qui puisse intégrer différentes fonctionnalités sans modifier la définition des composants principaux du commutateur.

L’invention propose un commutateur comprenant :

- un corps comprenant un circuit imprimé,

- un actionneur mobile en pivotement autour d’un axe du corps,

- un ressort de rappel configuré pour solliciter l’actionneur en rotation vers une position de repos,

- un aimant rigidement solidaire de l’actionneur,

- un capteur rotatif agencé sur le circuit imprimé en regard de l’aimant, configuré pour détecter la position angulaire de l’aimant, ledit commutateur étant caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif d’indexation de l’actionneur comprenant une came métallique solidaire du corps et une bille adaptée pour circuler le long de la came, la came étant pourvue de cavités aptes à recevoir temporairement la bille, ladite bille étant sollicitée par un ressort s’étendant radialement à partir de l’actionneur.

Selon un mode de réalisation, le ressort de rappel est un ressort de torsion comprenant deux brins d’extrémité rectilignes et parallèles agencés de part et d’autre de plots respectivement solidaires du corps et de l’actionneur, lesdits plots présentant une largeur identique et étant alignés dans la position de repos de telle sorte que, dans la position de repos, chacun des brins du ressort de rappel est en contact avec un côté respectif de chacun desdits plots, la largeur des plots et la longueur des brins étant choisies pour assurer un jeu nul entre les plots et les brins dans la position de repos.

Selon un mode de réalisation, la bille est métallique.

Selon une forme d’exécution particulièrement avantageuse, les cavités de la came sont traversantes et le corps comprend une ou plusieurs ouvertures en regard desdites cavités.

Selon un mode de réalisation, la came présente à chaque extrémité une fourche à deux dents, la came étant adaptée pour être sertie sur le corps par déformation desdites dents.

Selon un mode de réalisation, la came est en appui sur un siège du corps présentant une courbure identique à celle de la came.

Selon un mode de réalisation, le circuit imprimé présente un orifice traversant et est maintenu dans le corps par un pion de positionnement s’étendant au travers dudit orifice et d’un orifice agencé dans le corps.

Selon un mode de réalisation, lequel l’actionneur est formé d’un matériau translucide recouvert d’une couche de peinture opaque, présentant un motif sélectivement formé dans la couche de peinture de sorte à exposer le matériau translucide, et le circuit imprimé supporte au moins une diode électroluminescente agencée en regard de l’actionneur de sorte à procurer un rétroéclairage dudit motif.

Selon un mode de réalisation, le commutateur comprend en outre un couvercle rigidement solidaire de l’actionneur, l’aimant étant surmoulé dans ledit couvercle.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une vue éclatée d’un commutateur selon un mode de réalisation,

- la figure 2 est une vue en perspective du couvercle du commutateur de la figure 1,

- la figure 3 est une vue en perspective de l’actionneur du commutateur de la figure 1,

- la figure 4 est une vue en coupe du commutateur de la figure 1 à l’état assemblé,

- la figure 5 est une vue en coupe du commutateur présentant le fonctionnement du ressort de rappel,

- la figure 6 est une vue en coupe du commutateur présentant le principe d’indexation à bille,

- les figures 7A et 7B sont des vues en perspective du commutateur respectivement pendant et après l’assemblage du circuit imprimé.

Les signes de référence identiques d’une figure à l’autre désignent des éléments identiques ou remplissant une même fonction.

DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION

D’une manière générale, le commutateur comprend un corps qui supporte les différents composants. En particulier, le corps comprend un axe sur lequel un actionneur est monté en pivotement. L’actionneur est adapté pour être entraîné en pivotement par un opérateur afin d’activer le commutateur. Le pivotement de l’actionneur est détecté par un capteur agencé sur un circuit imprimé qui produit un signal de sortie. Un ressort de rappel est agencé entre le corps et l’actionneur pour rappeler l’actionneur vers une position de repos.

Le commutateur peut être à bascule ou à molette. Dans le cas d’un commutateur à molette, le débattement angulaire de l’actionneur est typiquement de ± 30° ; dans le cas d’un commutateur à bascule, le débattement angulaire est typiquement de ± 15°.

Comme cela sera décrit en détail plus bas, le ressort de rappel est avantageusement conçu pour minimiser le jeu entre le corps et l’actionneur lorsque le produit est relâché, garantissant un meilleur positionnement dans le temps.

Selon un mode de réalisation, le commutateur peut comprendre en outre un dispositif d’indexation de l’actionneur. Ce dispositif d’indexation, qui comprend une came et une bille circulant sur la came par entraînement par l’actionneur, définit une ou plusieurs positions angulaires privilégiées de l’actionneur.

Selon un mode de réalisation, le commutateur peut comprendre un dispositif de fixation du circuit imprimé dans le corps, qui procure un positionnement précis et constant du circuit imprimé par rapport au corps.

Selon un mode de réalisation, l’actionneur peut comprendre un motif rétroéclairé au moyen de diodes électroluminescentes agencées dans le corps.

La figure 1 est une vue éclatée d’un commutateur selon une forme d’exécution de l’invention, et la figure 4 est une vue en coupe dudit commutateur à l’état assemblé. Le commutateur illustré intègre tous les modes de réalisation susmentionnés, mais il va de soi qu’il pourrait ne comprendre qu’une partie de ces fonctionnalités, selon l’application visée. Chaque fonctionnalité peut donc être envisagée indépendamment des autres et n’affecte pas la conception des autres composants du commutateur.

Le corps 1 comprend un axe 12 sur lequel l’actionneur est destiné à être monté en pivotement. L’axe 12 comprend une surface externe cylindrique de révolution, adaptée pour recevoir un ressort de rappel 3 de l’actionneur, et une surface interne cylindrique présentant également une géométrie de révolution, adaptée pour recevoir un axe cylindrique de l’actionneur. Le ressort de rappel tend à rappeler l’actionneur vers une position de repos du commutateur. La force de rappel doit être vaincue par l’opérateur pour activer le commutateur.

Le ressort de rappel 3 est un ressort de torsion présentant au moins deux spires circulaires et deux brins d’extrémité 30, 31 rectilignes et parallèles. En vue dans un plan perpendiculaire à l’axe d’enroulement des spires, les brins sont écartés l’un de l’autre d’une distance contrôlée. Comme on le verra plus bas en référence à la figure 5, cet écartement D, qui est maîtrisé sur une longueur L des brins 30, 31 qui est augmentée par rapport aux commutateurs connus, permet de contrôler le jeu au niveau de la position de repos.

L’actionneur 2 est monté d’un côté de l’axe 12 du corps et est refermé par un couvercle 22 agencé de l’autre côté de l’axe 12. L’actionneur 2 et le couvercle 22 forment donc un ensemble rigide qui définit un volume intérieur entourant une partie du corps 1, le ressort de rappel 3 et les composants électroniques du commutateur. Cet ensemble comprend un axe adapté pour être reçu dans l’axe 12 du corps ; la partie dudit axe s’étendant à partir du couvercle est désigné sur la figure 2 par le repère 23 ; bien que cela ne soit pas visible sur les figures 1 ou 3, l’actionneur comprend également une partie d’axe adaptée pour être reçue dans l’axe 12.

Lesdits composants électroniques sont montés sur un circuit imprimé 4 ; leur nature et leur fonction dépendent de l’application du commutateur et ne seront pas décrits en détail dans le présent texte.

Le circuit imprimé 4 est agencé dans un logement du corps 1, dont il est rigidement solidaire par exemple au moyen de colle 14. Des fils électriques 40 s’étendent à partir du circuit imprimé hors du corps 1 pour permettre sa connexion à une machine.

La sortie analogique du commutateur est réalisée par un capteur rotatif à effet Hall associé à un aimant cylindrique. Le capteur rotatif 41 est monté sur le circuit imprimé 4 et est donc solidaire du corps 1, tandis que l’aimant 26 est solidaire du couvercle 22 et donc de l’actionneur 2. Le capteur permet de détecter une rotation de l’aimant 26 engendrée par une action exercée sur l’actionneur.

L’actionneur 2 présente sur sa surface extérieure une zone de préhension 21 pour sa manipulation par un opérateur. De manière avantageuse, la zone de préhension est matérialisée par un bossage qui permet une prise plus aisée par un doigt de l’opérateur. Naturellement, la zone de préhension pourrait présenter toute autre forme ou état de surface.

Comme on le voit mieux sur la figure 2, l’aimant 26 est un aimant cylindrique dont les pôles s’étendent chacun selon l’axe du cylindre, de part et d’autre d’un plan qui contient ledit axe. L’aimant 26 est solidaire du couvercle 22, l’axe du cylindre étant coaxial avec l’axe de rotation de l’ensemble actionneur-couvercle. La solidarisation de l’aimant vis-à-vis du couvercle peut être réalisée par surmoulage, collage, ou tout autre moyen approprié.

Lorsque le commutateur est assemblé, la distance entre la face de l’aimant en regard du capteur et le capteur est de l’ordre de 1 mm à quelques mm.

Le couvercle 22 présente en outre une ou plusieurs pattes de fixation 24 (au nombre de trois dans le mode de réalisation illustré) configurées pour s’encliqueter sur des clips 25 agencés dans l’actionneur. Naturellement, ce mode d’assemblage n’est donné qu’à titre d’illustration et l’homme du métier pourrait choisir tout autre moyen de solidarisation du couvercle vis-à-vis de l’actionneur, par exemple par encliquetage, collage, soudure, vissage, etc.

Le positionnement angulaire de l’actionneur par rapport au couvercle est assuré par deux plots 29 du couvercle 22 coopérant avec des formes complémentaires de l’actionneur.

Le couvercle 22 présente également, au voisinage de sa circonférence, un plot 28 destiné à être interposé entre les deux brins d’extrémité 30, 31 du ressort de rappel 3. La largeur du plot est égale à la distance D entre les deux brins 30, 31 au repos.

Selon un mode de réalisation, le commutateur comprend une ou plusieurs diodes électroluminescentes (LEDs) assurant un rétroéclairage de l’actionneur. L’actionneur est quant à lui orné d’un motif 20 (logo, texte ou autre marquage) au moins partiellement transparent à la lumière émise par les LEDs. Par exemple, l’actionneur peut être fabriqué en un matériau translucide, recouvert d’une couche de peinture opaque sur sa surface extérieure, puis le motif 20 est gravé par laser afin de retirer localement la peinture et exposer le matériau translucide.

Les diodes électroluminescentes 13 sont agencées sur le circuit imprimé 4. Un matériau d’encapsulation 17 translucide, tel que du silicone, est agencé entre le corps et la partie du circuit imprimé comprenant lesdites diodes.

Le corps, l’actionneur et le couvercle sont avantageusement fabriqués par injection d’un matériau plastique.

La figure 5 est une vue en coupe du commutateur selon un premier plan perpendiculaire à l’axe de pivotement de l’actionneur, le ressort s’étendant dans ce premier plan.

Le ressort de rappel 3 est agencé autour de l’axe 12 de pivotement de l’actionneur, et est maintenu en position sur le corps 1 par un plot 10 du corps et sur le couvercle par le plot 28 décrit plus haut.

Le plot 10 présente la même largeur D que le plot 28, qui correspond à la distance entre les brins 30, 31 au repos.

Dans la position de repos du commutateur, qui est celle représentée sur la figure 5, les plots 10 et 28 sont alignés.

Les brins 30 et 31 du ressort de rappel 3 sont agencés de part et d’autre de ces deux plots. La largeur D des plots 30, 31 étant égale à la distance entre les brins 30, 31, chaque brin est en contact avec un côté respectif de chacun de ces deux plots.

Par rapport aux commutateurs de l’état de la technique, la largeur D des plots et la longueur L des brins ont été choisies pour assurer une absence de jeu du ressort vis-à-vis des plots dans la position de repos, et par conséquent un centrage plus précis de l’actionneur vis-à-vis du corps.

En particulier, le choix de ces deux dimensions résulte d’un compromis dans la conception du commutateur.

S’agissant de la longueur L des brins, elle a été augmentée par rapport aux ressorts utilisés conventionnellement. En effet, le procédé de fabrication du ressort souffre de grandes dispersions en termes d’orientation des brins par rapport aux spires et de parallélisme des brins entre eux lorsque les brins sont relativement courts. L’allongement de la longueur des brins permet de contrôler beaucoup plus précisément l’orientation des brins et leur parallélisme. En contrepartie, l’allongement des brins implique de ménager un espace suffisant dans le corps et l’actionneur pour loger lesdits brins.

S’agissant de la largeur D des plots, elle est optimisée entre une valeur seuil endessous de laquelle un jeu avec le ressort sera difficile à éviter (les plots n’étant pas suffisamment larges pour appliquer une précontrainte entre les deux brins du ressort) et une valeur plafond au-dessus de laquelle l’angle de débattement de l’actionneur devient trop faible par rapport aux spécifications.

Lorsqu’un effort est appliqué sur la zone de préhension 21 de l’actionneur, l’actionneur et le couvercle sont entraînés ensemble en rotation, ce qui a pour effet de faire pivoter le plot 28 par rapport au plot 10 à l’encontre de la sollicitation du ressort de rappel 3, entraînant ainsi l’un des brins du ressort de rappel. Lorsque l’effort exercé sur la zone de préhension est relâché, le ressort de rappel 3 tend à ramener le plot 28 dans sa position d’alignement vis-à-vis du plot 10.

La figure 6 est une vue en coupe du commutateur selon un second plan perpendiculaire à l’axe de pivotement de l’actionneur, illustrant un mode de réalisation d’un dispositif d’indexation de l’actionneur.

L’actionneur 2 est pourvu d’un logement borgne 27 ouvert vers l’extérieur, dans lequel est agencé un ressort de compression 52 qui sollicite une bille 51 radialement vers l’extérieur.

La bille 51 est adaptée pour circuler le long d’une came 5 dont le profil est en forme d’un arc de cercle parallèle à la circonférence de l’actionneur. La came 5 est avantageusement en appui sur un siège 15 formé sur le corps avec une courbure identique à celle de la came, ce qui a pour effet de rigidifier la came lors de la circulation de la bille.

La came 5 est pourvue d’une ou plusieurs cavités 50 de diamètre légèrement inférieur au diamètre de la bille, chaque cavité étant susceptible de retenir temporairement la bille sous l’effet de la pression exercée par le ressort 52. Les différentes cavités 50 définissent donc autant de positions indexées de l’actionneur. La force du ressort peut être vaincue par l’exercice d’un effort sur la zone de préhension de l’actionneur par un opérateur, ce qui permet de faire passer l’actionneur d’une position indexée à une autre.

De manière avantageuse, les cavités 50 de la came sont traversantes et sont agencées en regard d’ouvertures respectives 16 prévues dans le siège 15. Ainsi, d’éventuelles poussières présentes dans le corps ne s’accumulent pas dans les cavités (ce qui pourrait les obstruer et dégrader la fonction d’indexation), mais sont évacuées au travers des ouvertures 16.

De manière particulièrement avantageuse, la bille 51 et la came 5 sont métalliques, de sorte qu’elles présentent une très bonne résistance à l’usure.

La came 5 peut être fabriquée très facilement, par découpe d’une feuille métallique, perçage des cavités 50 et cambrage pour lui conférer le rayon de courbure souhaité.

De manière particulièrement avantageuse, la came 5 présente à chacune de ses extrémités une fourche formée de deux dents 53. Après assemblage de la came sur le corps, les dents 53 peuvent être déformées par un outil adéquat, de sorte que la came 5 est sertie sur le corps de manière non réversible.

Un avantage particulier de ce dispositif d’indexation est qu’il peut être intégré ou non au commutateur, selon le besoin du client, sans affecter la conception et la fabrication du reste du commutateur. En effet, l’intégration du dispositif d’indexation implique simplement l’assemblage de la came 5 sur le corps, du ressort 52 dans le logement 27 de l’actionneur et la mise en place de la bille 51 entre le ressort 52 et la came 5.

Les figures 7A et 7B représentent un mode de réalisation du commutateur dans lequel le circuit imprimé est positionné dans le corps à l’aide d’un pion de fixation. Par rapport aux commutateurs de l’état de la technique, dans lesquels le circuit imprimé est simplement inséré et collé dans le corps, le présent mode de réalisation permet d’assurer un positionnement précis du circuit imprimé par rapport au corps, ce qui permet de garantir un bon centrage du capteur par rapport à l’aimant cylindrique.

A cet effet, le circuit imprimé 4 est pourvu d’un orifice traversant 42, et le corps 1 présente également un orifice de passage 11 destiné à être coaxial avec l’orifice 42 du circuit imprimé lorsque celui-ci est inséré dans le corps. De manière avantageuse, pour des raisons d’encombrement, l’orifice 11 est situé au voisinage du passage des fils 40.

Un pion 43 est inséré au travers des orifices 11 et 42.

De manière avantageuse, le pion 43 comprend une tige et une tête dont le diamètre est supérieur à celui de la tige. L’orifice 11 comprend alors avantageusement une portion d’entrée dont le diamètre est suffisamment grand pour recevoir la tête du pion, et une portion de passage de diamètre inférieur adapté au passage de la tige du pion. Ainsi, comme on le voit sur la figure 7B, le pion ne dépasse pas du corps une fois que la tige a été insérée au travers du circuit imprimé.

Le pion peut être en un matériau thermoplastique.

Après mise en place du pion, de la colle peut être injectée dans le logement afin de bloquer le circuit imprimé et le pion 43 dans la position ainsi définie.

Claims

REVENDICATIONS

1. Commutateur comprenant :

- un corps (1) comprenant un circuit imprimé (4),

- un actionneur (2) mobile en pivotement autour d’un axe (12) du corps,

- un ressort de rappel (3) configuré pour solliciter l’actionneur (2) en rotation vers une position de repos,

- un aimant (26) rigidement solidaire de l’actionneur (2),

- un capteur rotatif (41) agencé sur le circuit imprimé (4) en regard de l’aimant (26), configuré pour détecter la position angulaire de l’aimant, ledit commutateur étant caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif d’indexation de l’actionneur (2) comprenant une came (5) métallique solidaire du corps (1) et une bille (51) adaptée pour circuler le long de la came (5), la came (5) étant pourvue de cavités (50) aptes à recevoir temporairement la bille, ladite bille étant sollicitée par un ressort (52) s’étendant radialement à partir de l’actionneur (2).
2. Commutateur selon la revendication 1, dans lequel le ressort de rappel (3) est un ressort de torsion comprenant deux brins d’extrémité (30, 31) rectilignes et parallèles agencés de part et d’autre de plots (10, 28) respectivement solidaires du corps (1) et de l’actionneur (2), lesdits plots (10, 28) présentant une largeur (D) identique et étant alignés dans la position de repos de telle sorte que, dans la position de repos, chacun des brins (30, 31) du ressort de rappel est en contact avec un côté respectif de chacun desdits plots (10, 28), la largeur (D) des plots (10, 28) et la longueur (L) des brins (30, 31) étant choisies pour assurer un jeu nul entre les plots (10, 28) et les brins (30, 31) dans la position de repos.
3. Commutateur selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la bille (51) est métallique.
4. Commutateur selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les cavités (50) de la came sont traversantes et le corps (1) comprend une ou plusieurs ouvertures (16) en regard desdites cavités (50).
5. Commutateur selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la came (5) présente à chaque extrémité une fourche à deux dents (53), la came (5) étant adaptée pour être sertie sur le corps (1) par déformation desdites dents (53).
6. Commutateur selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la came (5) est en appui sur un siège (15) du corps présentant une courbure identique à celle de la came.
7. Commutateur selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le circuit imprimé (4) présente un orifice traversant (42) et est maintenu dans le corps (1) par un pion de positionnement (43) s’étendant au travers dudit orifice (42) et d’un orifice (11) agencé dans le corps (1).
8. Commutateur selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel l’actionneur (2) est formé d’un matériau translucide recouvert d’une couche de peinture opaque, présentant un motif (20) sélectivement formé dans la couche de peinture de sorte à exposer le matériau translucide, et le circuit imprimé (4) supporte au moins une diode électroluminescente (13) agencée en regard de l’actionneur (2) de sorte à procurer un rétroéclairage dudit motif.
9. Commutateur selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant en outre un couvercle (22) rigidement solidaire de l’actionneur (2), l’aimant (26) étant surmoulé dans ledit couvercle (22).