WO2008062015A1 - Module de commutation electrique avec composants electroniques de type cms - Google Patents

Module de commutation electrique avec composants electroniques de type cms Download PDF

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WO2008062015A1
WO2008062015A1 PCT/EP2007/062641 EP2007062641W WO2008062015A1 WO 2008062015 A1 WO2008062015 A1 WO 2008062015A1 EP 2007062641 W EP2007062641 W EP 2007062641W WO 2008062015 A1 WO2008062015 A1 WO 2008062015A1
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WO
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microswitch
magnetic
module according
cms
permanent magnet
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/062641
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English (en)
Inventor
Dominique Benni
Benoît Grappe
Original Assignee
Schneider Electric Industries Sas
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Publication date
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/02—Details
    • H01H13/12—Movable parts; Contacts mounted thereon
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • H01H36/0006—Permanent magnet actuating reed switches
    • H01H36/004—Permanent magnet actuating reed switches push-button-operated, e.g. for keyboards
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • H01H2036/0093—Micromechanical switches actuated by a change of the magnetic field

Definitions

  • the present invention relates to an electrical switching module.
  • the invention more particularly relates to an electrical switching module including a permanent magnet and which is for example used in an electrical device of the push button type, position switch, switch, combiner, programmer ...
  • the object of the invention is therefore to provide an electrical switching module adaptable directly in an electrical device, having a limited size and a very compact design and can perform one or more functions without substantially changing its structure.
  • an electrical switching module intended to be inserted into an electrical device, comprising: a body, an actuating member movable in translation in the body along a main axis, between a rest position and a working position a movable permanent magnet mounted integral in translation with the actuating member, said movable permanent magnet creating a magnetic field, a first magnetic microswitch controllable between two states under the action of the magnetic field to switch an electric circuit, characterized in that: the module is intended to receive different claddings so as to be able to form different structures of an electrical device, the body comprises a support piece made of synthetic material, the support piece comprises locations determined to accommodate several electronic components of the type CMS in order to be able to realize different versions of the electrical device, the first magnetic microswitch is realized in the form of a CMS-type electronic component and is positioned at a location of the support part, the first magnetic microswitch has an element movable able to switch between its two states to switch an electrical circuit by aligning in the direction of the field
  • the components used in the module are made in the form of CMS components, that is to say that they are directly positioned on the surface of the support piece, at a distance of determined location. It is thus easy to confer different functions to the switching module of the invention without substantially changing its structure.
  • the support piece has a location intended to accommodate a second magnetic microswitch identical to the first magnetic microswitch.
  • the locations of the two magnetic microswitches are formed at different altitudes.
  • the two magnetic microswitches are oriented relative to the mobile permanent magnet so that the mobile element of one of the microswitches is subjected to field lines having a curvature inverted compared to that of the field lines seen by the mobile element of the other microswitch.
  • the first microswitch is oriented with respect to the field lines so as to be normally closed and in that the second microswitch is positioned relative to the field lines so as to be normally open.
  • the first microswitch is positioned at a higher altitude relative to the second microswitch. In this way, during an actuation, the first microswitch is first opened and then the second microswitch is closed.
  • the movable permanent magnet (5) is of toric form.
  • the magnetic microswitches are for example positioned inside the toroidal shape of the moving permanent magnet.
  • the support piece has a location for receiving a light emitting diode.
  • the switching module of the invention can therefore have a light indicator function associated with the normally open and / or normally closed functions exerted by the two microswitches.
  • the diode is positioned at the top of a pad.
  • the movable element is a membrane of ferromagnetic material.
  • each CMS type electronic component is fixed by brazing or gluing on the tinned metal pins.
  • each electrical component of CMS type is keyed on flexible contact blades connected to the metal pins.
  • the support part carries electrical tracks made by 3D MID technology, connected to the metal pins and to which each CMS-type component can be connected.
  • FIGS. 1A and 1B represent, according to two different perspectives, the module electrical switching device according to the invention
  • Figure 2 shows an exploded electrical switching module according to the invention
  • Figures 3A and 3B show in two perpendicular axial sections
  • FIG. 4 represents in axial section the electrical switching module of the invention in working position
  • FIGS. 5A to 5C respectively show in perspective, in plan view and again in perspective, the support piece of the module of the invention.
  • FIG. 6 shows a microswitch employed in the switching module of the invention
  • FIGS. 7 and 8 illustrate ent the operation of the microswitch of Figure 6
  • FIGS 9 and 10 illustrate the operation of the switching module of the invention.
  • the electrical switching module 1 is intended to be inserted into an electrical device to exert a defined function. It can therefore be inserted in a push button, a position switch, a switch, a combiner, a programmer, and more generally in any device or electrical device in which an auxiliary contact function is required.
  • the switching module according to the invention can be dressed in different ways to form different structures of push button or position switch.
  • the module is for example identical regardless of the push button or the position switch in which it is used. By appropriately dressing the module, it is thus possible to obtain push buttons of different diameters (16 mm or 22 mm) or to realize a push button soldered on a printed circuit and intended to be used in a keyboard.
  • This electrical switching module 1 comprises a body, for example of cylindrical shape.
  • This body is composed in particular of a sleeve 2 of circular section and a support piece 3 made of plastic forming a bottom closing the sleeve 2.
  • a washer 90 is positioned between the support member and lugs 20 of the sleeve 2.
  • the module also comprises an actuating member 4 movably mounted in translation in the sleeve 2, along the main axis (A).
  • the actuating member 4 can assume a high rest position (FIGS. 3A and 3B) and a working position (FIG. 4) in which it is pushed into the sleeve 2.
  • the sleeve 2 and the washer 90 are, for example, made of ferromagnetic material so as to ensure the magnetic shielding of the module vis-à-vis the outside.
  • a mobile permanent magnet 5 in the form of a torus is mounted integral with the actuating member 4 and axially in the sleeve 2.
  • the toroidal shape of the movable permanent magnet 5 has particular advantages in terms of construction and arrangement.
  • the movable permanent magnet 5 In the rest position of the actuating member 4, the movable permanent magnet 5 is for example glued against a ferromagnetic ring 50 which returns to the operator a tactile effect of rupture during a pressure on the actuator member. 4.
  • the return of the actuating member 4 from its working position to its rest position can be achieved by a return device such as for example a return spring 40 interposed between the actuating member 4 and the ferromagnetic ring 50.
  • the support piece 3 is in the form of a disc having a peripheral portion 30 and a central portion 31 forming a support on which are mounted directly CMS type components (Surface Mounted Component).
  • the support piece 3 can for example receive in the form of CMS components, two magnetic microswitches 6a, 6b (referenced 6 generally) arranged on the support piece 3 to form for example a microswitch normally open and a normally closed microswitch, two normally open microswitches or two normally closed microswitches.
  • a magnetic microswitch 6 used in the invention is for example made in MEMS technology (for "Micro-Electro-Mechanical System”). It is enclosed in a hermetic and sealed housing and has on one of its faces two coplanar connection pads on which are connected for example metal pins 9 through the support piece.
  • the microswitch 6 has the particularity of being switchable between two states, an open state and a closed state, in alignment with the direction of the field lines L of a magnetic field generated by a permanent magnet. .
  • FIGS. 6 to 8 An exemplary configuration of a microswitch 6 sensitive to the direction of the field lines L is shown in FIGS. 6 to 8. It comprises a deformable ferromagnetic mobile membrane 60 that can be actuated in rotation around an axis of rotation (R ) under the influence of the permanent magnet.
  • the membrane 60 is for example made of Fer-Nickel.
  • the membrane 60 has a longitudinal axis (X) and is connected, at one of its ends, via connecting arms 62a, 62b, to one or more anchoring studs 63 integral with a substrate 7.
  • the membrane 60 is pivotable relative to the substrate along its axis (R) of rotation perpendicular to its longitudinal axis (X).
  • the linking arms 62a, 62b form an elastic connection between the membrane 60 and the anchor stud 63 and are biased during pivoting of the membrane 60.
  • the membrane 60 At its distal end relative to its axis of rotation, the membrane 60 carries a movable contact 61.
  • the membrane 60 can take at least two determined states, an open state, pivoted upwards (FIG. 7) so that that two fixed electric tracks 71, 72 fixed on the substrate 7 are disconnected or a closed state (FIG. 8), pivoted downwards, in which the two electric tracks 71, 72 are interconnected by the movable contact 61 carried by the membrane 60.
  • FIG. 6 the membrane 60 is in the rest state, in a non-pivoted position, parallel to the surface of the substrate 7.
  • FIGS. 7 and 8 The operating principle of such a microswitch 6 is illustrated in FIGS. 7 and 8.
  • One of the operating modes of the membrane 20 of such a microswitch 6 consists in applying a magnetic field created by a permanent magnet. 500.
  • the ferromagnetic membrane 60 moves between its two states in alignment with the field lines L of the magnetic field generated by the permanent magnet 500.
  • the field magnet of the permanent magnet 500 has L-shaped field lines whose orientation generates a component magnetic (BP 0 , BP 1 ) in a ferromagnetic layer of the membrane 60 along its longitudinal axis (X).
  • This magnetic component (BP 0 , BP 1 ) generated in the membrane 60 generates a magnetic torque imposing on the membrane 60 to take one of its open states ( Figure 7) or closed ( Figure 8).
  • By moving the permanent magnet 500 it is therefore possible to subject the membrane 60 to two different orientations of the field lines L of the magnetic field of the permanent magnet 500 and to tilt the membrane 60 between its two states.
  • the normally open or normally closed configuration of a magnetic microswitch as employed in the invention depends on the position and orientation of its diaphragm 60 relative to the permanent magnet 500. A rotation of the microswitch of 180 ° relative to the permanent magnet 500 makes it possible to switch a microswitch 6 from normally open or normally closed to normally closed or normally open, respectively.
  • the support piece can also receive in the form of a CMS component, a light source composed for example of a light-emitting diode 8 forming a light indicator.
  • a light source composed for example of a light-emitting diode 8 forming a light indicator.
  • the actuating member 4 is for example made of transparent plastic.
  • microswitches 6a, 6b which can each be normally open or normally closed and a light indicator, it is possible from the same module to make different versions of an electrical device for example of the push button or switch type position.
  • the support piece 3 of the module defines a particular arrangement comprising, for example, several locations each for receiving a CMS-type component (FIGS. 5A to 5C).
  • the support part 3 defines, for example, three separate locations each intended to receive a component of the CMS type.
  • the support piece 3 has on its central portion 31 four peripheral studs 310 arranged symmetrically and a central stud 31 1 whose apex defines a first location receiving the diode 8 in the form of CMS component ( Figure 3A).
  • the support piece 3 comprises two other locations located on either side of the central stud 31 1, made at different altitudes and intended to receive the two microswitches 6a, 6b magnetic.
  • the surface of the support piece 3 is therefore irregular and follows at least two distinct parallel planes, perpendicular to the main axis (A) of the electrical switching module 1.
  • A main axis
  • Each of the magnetic microswitches 6a, 6b is brought against a lateral face of the central stud 31 1 and housed between two peripheral studs 310. According to the invention, the two microswitches 6a, 6b are therefore both arranged in a staggered manner. relative to the main axis (A) of the module (FIG. 3A), inside the torus.
  • the moving permanent magnet 5 comprises a horizontal median plane (P) which is perpendicular to its direction of magnetization, below which the membrane 60 of a microswitch 6a, 6b is in a state and above which the membrane 60 is in its other state.
  • P median plane
  • the magnetic microswitches 6a, 6b are positioned on either side of the central stud 31 1 so as to be each under the influence of a different half-portion of the moving permanent magnet 5 toric.
  • the field lines seen by the membrane 60 of one of the microswitches 6a, 6b have an inverted curvature with respect to the field lines seen by the membrane 60 of the other microswitch. If the two microswitches 6a, 6b are oriented in the same direction, one of the microswitches is then normally closed and the other microswitch is normally open.
  • the support part 3 also incorporates several metal pins 9, 80 connected to the CMS-type components and passing through the support part 3.
  • the pins 9, 80 can be integrated into the support part 3 as a function of the number of components. CMS employed in the module or be definitively integrated to the support part 3 regardless of the number of CMS-type components used. In this case, if for example the electrical device does not have the light indicator function, the corresponding pins 80 are not connected.
  • the metal pins 80, 9 are for example inserted or overmolded in the support part 3.
  • Each CMS-type component comprises, for example, an input metal pin and an output metal pin.
  • the pins 80 connected to the diode 8 pass through the support piece and each comprise a portion inserted into the central stud 31 1 to join the diode 8.
  • a module comprising two magnetic microswitches 6a, 6b stages operates as follows:
  • the magnetization direction of the toroidal permanent magnet follows a direction parallel to the main axis (A) and the magnetic field vector parallel to the magnetization direction is oriented conventionally in the South-North direction, for example upwards in Figures 9 and 10.
  • the two microswitches 6a, 6b are placed below the horizontal median plane (P) of the permanent magnet 5.
  • the magnetic field created by the magnet 5 has L field lines whose direction requires the membrane 60 of the upper microswitch 6a to be in a closed state and the membrane of the lower microswitch 6b to be in an open state ( Figure 9).
  • Depressing the actuating member 4 to its working position therefore causes the vertical moving magnet 5 to change its vertical position so that the two microswitches 6a, 6b pass above the median plane (P) of the moving permanent magnet 5.
  • the direction of magnetic L field lines seen by each of the membranes of the two microswitches 6a, 6b is reversed.
  • the magnetic field M therefore has field lines L, the direction of which forces the membrane of the upper microswitch 6a to switch to its open state and the membrane of the lower microswitch 6b to switch to its closed state.

Abstract

La présente invention concerne un module de commutation électrique destiné à être inséré dans un dispositif électrique par exemple du type bouton-poussoir ou interrupteur de position, comprenant: un organe d'actionnement (4) mobile en translation dans un corps suivant un axe principal (A), entre une position de repos et une position de travail, un aimant permanent mobile (5) monté solidaire en translation de l'organe d'actionnement, un premier micro-interrupteur (6a) magnétique pilotable entre deux états sous l'action du champ magnétique pour commuter un circuit électrique, caractérisé en ce que: le corps comporte une pièce support (3), la pièce support (3) comporte des emplacements déterminés pour accueillir plusieurs composants électroniques de type CMS, le premier micro-interrupteur (6a) magnétique est réalisé sous la forme d'un composant CMS et est positionné à un emplacement de la pièce support (3).

Description

Module de commutation électrique avec composants électroniques de type
CMS
La présente invention se rapporte à un module de commutation électrique. L'invention concerne plus particulièrement un module de commutation électrique incluant un aimant permanent et qui est par exemple employé dans un dispositif électrique du type bouton-poussoir, interrupteur de position, commutateur, combinateur, programmateur...
Il est connu par la demande de brevet FR 2 849 954 un dispositif de commutation intégrant une source lumineuse. La source lumineuse est montée sous la forme d'une diode électroluminescente de type CMS (Composant Monté en Surface) sur le boîtier du dispositif. L'emploi d'un composant CMS pour réaliser la source lumineuse permet de gagner en compacité et en encombrement. Cependant, le dispositif obtenu a un usage très limité et ne permet pas de remplir d'autres fonctions que celle de voyant lumineux sans modifier profondément sa structure.
Par ailleurs, il est connu du document US 5,057,807 un bouton poussoir comportant notamment un organe d'actionnement et des interrupteurs de type "reed" comportant chacun deux pattes traversant une pièce support. Ce type de bouton est adapté pour pouvoir être employé dans un clavier et il est difficile de pouvoir lui conférer d'autres fonctions comme celle de voyant lumineux, sans modifier profondément sa structure.
Le but de l'invention est donc de proposer un module de commutation électrique adaptable directement dans un dispositif électrique, ayant un encombrement limité et un design très compact et pouvant remplir une ou plusieurs fonctions sans modifier profondément sa structure.
Ce but est atteint par un module de commutation électrique destiné à être inséré dans un dispositif électrique, comprenant : un corps, un organe d'actionnement mobile en translation dans le corps suivant un axe principal, entre une position de repos et une position de travail, un aimant permanent mobile monté solidaire en translation de l'organe d'actionnement, ledit aimant permanent mobile créant un champ magnétique, un premier micro-interrupteur magnétique pilotable entre deux états sous l'action du champ magnétique pour commuter un circuit électrique, caractérisé en ce que : le module est destiné à recevoir différents habillages de manière à pouvoir former différentes structures d'un dispositif électrique, le corps comporte une pièce support en matériau synthétique, la pièce support comporte des emplacements déterminés pour accueillir plusieurs composants électroniques de type CMS afin de pouvoir réaliser différentes versions du dispositif électrique, le premier micro-interrupteur magnétique est réalisé sous la forme d'un composant électronique de type CMS et est positionné à un emplacement de la pièce support, le premier micro-interrupteur magnétique présente un élément mobile apte à basculer entre ses deux états pour commuter un circuit électrique en s'alignant suivant la direction des lignes de champ du champ magnétique créé par l'aimant permanent, la pièce support est traversée par des broches métalliques connectées aux composants électroniques de type CMS.
Selon l'invention, contrairement à l'art antérieur, les composants employés dans le module sont réalisés sous la forme de composants CMS, c'est-à-dire qu'ils sont directement positionnés sur la surface de la pièce support, à un emplacement déterminé. Il est ainsi aisé de pouvoir conférer différentes fonctions au module de commutation de l'invention sans modifier profondément sa structure.
Selon l'invention, il est aisé de réaliser des dispositifs électriques, du type par exemple bouton poussoir ou interrupteur de position, qui différent entre eux en taille, et/ou en forme et/ou en fonction mais qui emploient le même module de commutation.
Selon une particularité, la pièce support comporte un emplacement prévu pour accueillir un second micro-interrupteur magnétique identique au premier micro-interrupteur magnétique.
Selon une autre particularité, les emplacements des deux micro-interrupteurs magnétiques sont formés à des altitudes différentes.
Selon une autre particularité, les deux micro-interrupteurs magnétiques sont orientés par rapport à l'aimant permanent mobile de manière à ce que l'élément mobile de l'un des micro-interrupteurs soit soumis à des lignes de champ ayant une courbure inversée par rapport à celle des lignes de champs vues par l'élément mobile de l'autre micro-interrupteur.
Selon une autre particularité, le premier micro-interrupteur est orienté par rapport aux lignes de champ de manière à être normalement fermé et en ce que le second microinterrupteur est positionné par rapport aux lignes de champ de manière être normalement ouvert.
Selon une autre particularité, le premier micro-interrupteur est positionné à une altitude plus élevée par rapport au second micro-interrupteur. De cette manière, lors d'un actionnement, le premier micro-interrupteur est d'abord ouvert puis ensuite le second micro-interrupteur est fermé.
Selon une autre particularité, l'aimant permanent mobile (5) est de forme torique. Les micro-interrupteurs magnétiques sont par exemple positionnés à l'intérieur de la forme torique de l'aimant permanent mobile.
Selon une autre particularité, la pièce support présente un emplacement prévu pour recevoir une diode électroluminescente. Le module de commutation de l'invention peut donc présenter une fonction voyant lumineux associée aux fonctions normalement ouvert et/ou normalement fermé exercées par les deux micro-interrupteurs.
Selon une autre particularité, la diode est positionnée au sommet d'un plot.
Selon une autre particularité, l'élément mobile est une membrane en matériau ferromagnétique.
Selon une première variante de réalisation, chaque composant électronique de type CMS est fixé par brasage ou collage sur les broches métalliques étamées.
Selon une seconde variante de réalisation, chaque composant électrique de type CMS est calé sur des lames de contact souples reliées aux broches métalliques.
Selon une troisième variante de réalisation, la pièce support porte des pistes électriques réalisées par la technologie 3D MID, reliées aux broches métalliques et auxquelles peut être connecté chaque composant de type CMS.
L'invention concerne également un dispositif électrique comprenant un module de commutation électrique tel que défini ci-dessus. Le dispositif électrique peut être constitué par exemple d'un bouton poussoir ou d'un interrupteur de position. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels : les figures 1A et 1 B représentent suivant deux perspectives différentes le module de commutation électrique selon l'invention, la figure 2 représente en éclaté le module de commutation électrique selon l'invention, les figures 3A et 3B représentent suivant deux coupes axiales perpendiculaires, le module de commutation électrique selon l'invention en position de repos, la figure 4 représente en coupe axiale le module de commutation électrique de l'invention en position de travail, les figures 5A à 5C représentent respectivement en perspective, en vue de dessus et de nouveau en perspective, la pièce support du module de l'invention, la figure 6 montre un micro-interrupteur employé dans le module de commutation de l'invention, les figures 7 et 8 illustrent le fonctionnement du micro-interrupteur de la figure 6,
Les figures 9 et 10 illustrent le fonctionnement du module de commutation de l'invention.
Dans la suite de la description, les termes "haut", "bas", "supérieur", "inférieur", "au-dessus", "au-dessous" ou équivalents doivent être compris en prenant comme référence l'axe principal (A) de direction verticale du module. Le terme "altitude" employé dans le texte de la demande de brevet doit également être considéré en se référant à l'axe principal (A) du module.
Selon l'invention, le module de commutation électrique 1 est destiné à être inséré dans un dispositif électrique pour exercer une fonction définie. Il peut donc être inséré dans un bouton poussoir, un interrupteur de position, un commutateur, un combinateur, un programmateur, et plus globalement dans tout appareil ou organe électrique dans lequel une fonction de contact auxiliaire est requise. Par exemple, le module de commutation selon l'invention peut être habillé de différentes façons pour former différentes structures de bouton poussoir ou d'interrupteur de position. Dans ce cas, le module est par exemple identique quel que soit le bouton poussoir ou l'interrupteur de position dans lequel il est employé. En habillant de manière adéquate le module, il est ainsi possible d'obtenir des boutons poussoirs de différents diamètres (16 mm ou 22 mm) ou de réaliser un bouton poussoir soudé sur un circuit imprimé et destiné à être employé dans un clavier.
Ce module de commutation électrique 1 comporte un corps par exemple de forme cylindrique. Ce corps est composé notamment d'un manchon 2 de section circulaire et d'une pièce support 3 en matière plastique formant un fond obturant le manchon 2. Une rondelle 90 est positionnée entre la pièce support et des pattes 20 du manchon 2. Le module comporte également un organe d'actionnement 4 monté mobile en translation dans le manchon 2, suivant l'axe principal (A). L'organe d'actionnement 4 peut prendre une position haute de repos (figures 3A et 3B) et une position de travail (figure 4) dans laquelle il est enfoncé dans le manchon 2. Le manchon 2 et la rondelle 90 sont par exemple en matériau ferromagnétique de manière à assurer le blindage magnétique du module vis-à-vis de l'extérieur.
Un aimant permanent mobile 5 en forme de tore est monté solidaire de l'organe d'actionnement 4 et de manière axiale dans le manchon 2. La forme torique de l'aimant permanent mobile 5 présente notamment des avantages en terme de construction et d'agencement. Dans la position de repos de l'organe d'actionnement 4, l'aimant permanent mobile 5 est par exemple collé contre une bague ferromagnétique 50 qui renvoie à l'opérateur un effet tactile de rupture lors d'une pression sur l'organe d'actionnement 4. Selon l'invention, le retour de l'organe d'actionnement 4 de sa position de travail vers sa position de repos peut être réalisé par un dispositif de rappel tel que par exemple un ressort de rappel 40 interposé entre l'organe d'actionnement 4 et la bague ferromagnétique 50.
La pièce support 3 a la forme d'un disque présentant une partie périphérique 30 et une partie centrale 31 formant un support sur lequel sont montés directement des composants de type CMS (Composant Monté en Surface).
Selon l'invention, la pièce support 3 peut par exemple recevoir sous forme de composants CMS, deux micro-interrupteurs magnétiques 6a, 6b (référencé 6 de manière générale) agencés sur la pièce support 3 pour former par exemple un micro-interrupteur normalement ouvert et un micro-interrupteur normalement fermé, deux micro-interrupteurs normalement ouverts ou deux micro-interrupteurs normalement fermés.
Un micro-interrupteur magnétique 6 employé dans l'invention est par exemple réalisé en technologie MEMS (pour "Micro-Electro-Mechanical System"). Il est enfermé dans un boîtier hermétique et étanche et présente sur l'une de ses faces deux plages de connexion coplanaires sur lesquelles sont par exemple connectées des broches 9 métalliques traversant la pièce support.
Le micro-interrupteur 6 selon l'invention présente la particularité d'être commutable entre deux états, un état ouvert et un état fermé, en s'alignant sur la direction des lignes de champ L d'un champ magnétique généré par un aimant permanent.
Un exemple de configuration d'un micro-interrupteur 6 sensible à la direction des lignes de champ L est représenté en figures 6 à 8. Il comporte une membrane 60 mobile ferromagnétique déformable pouvant être actionnée en rotation autour d'un axe de rotation (R) sous l'influence de l'aimant permanent. La membrane 60 est par exemple en Fer-Nickel.
La membrane 60 présente un axe longitudinal (X) et est reliée, à l'une de ses extrémités, par l'intermédiaire de bras de liaison 62a, 62b, à un ou plusieurs plots 63 d'ancrage solidaires d'un substrat 7. La membrane 60 est apte à pivoter par rapport au substrat suivant son axe (R) de rotation perpendiculaire à son axe longitudinal (X). Les bras 62a, 62b de liaison forment une liaison élastique entre la membrane 60 et le plot 63 d'ancrage et sont sollicités en flexion lors du pivotement de la membrane 60.
A son extrémité distale par rapport à son axe de rotation, la membrane 60 porte un contact mobile 61. En pivotant, la membrane 60 peut prendre au moins deux états déterminés, un état ouvert, pivoté vers le haut, (figure 7) de sorte que deux pistes électriques 71 , 72 fixes déposées sur le substrat 7 sont déconnectées ou un état fermé (figure 8), pivoté vers le bas, dans lequel les deux pistes électriques 71 , 72 sont reliées entre elles par le contact mobile 61 porté par la membrane 60. Sur la figure 6, la membrane 60 est à l'état repos, dans une position non pivotée, parallèle à la surface du substrat 7.
Le principe de fonctionnement d'un tel micro-interrupteur 6 est illustré sur les figures 7 et 8. L'un des modes d'actionnement de la membrane 20 d'un tel microinterrupteur 6 consiste à appliquer un champ magnétique créé par un aimant permanent 500. Selon ce mode d'actionnement, la membrane 60 ferromagnétique se déplace entre ses deux états en s'alignant sur les lignes de champ L du champ magnétique généré par l'aimant permanent 500. En référence aux figures 7 et 8, le champ magnétique de l'aimant permanent 500 présente des lignes de champ L dont l'orientation génère une composante magnétique (BP0, BP1) dans une couche ferromagnétique de la membrane 60 suivant son axe longitudinal (X). Cette composante magnétique (BP0, BP1) générée dans la membrane 60 engendre un couple magnétique imposant à la membrane 60 de prendre l'un de ses états ouvert (figure 7) ou fermé (figure 8). En déplaçant l'aimant permanent 500, il est donc possible de soumettre la membrane 60 à deux orientations différentes des lignes de champ L du champ magnétique de l'aimant permanent 500 et de faire basculer la membrane 60 entre ses deux états.
La configuration normalement ouvert ou normalement fermé d'un microinterrupteur 6 magnétique tel qu'employé dans l'invention dépend de la position et de l'orientation de sa membrane 60 par rapport à l'aimant permanent 500. Une rotation du micro-interrupteur de 180° par rapport à l'aimant permanent 500 permet de faire passer un micro-interrupteur 6 de normalement ouvert ou normalement fermé à respectivement normalement fermé ou normalement ouvert.
La pièce support peut également recevoir sous la forme d'un composant CMS, une source lumineuse composée par exemple d'une diode électroluminescente 8 formant un voyant lumineux. Pour réaliser la fonction voyant lumineux, l'organe d'actionnement 4 est par exemple réalisé en plastique transparent.
A partir de deux micro-interrupteurs 6a, 6b pouvant être chacun normalement ouvert ou normalement fermé et d'un voyant lumineux, il est possible à partir du même module de réaliser différentes versions d'un dispositif électrique par exemple du type bouton poussoir ou interrupteur de position.
Afin de remplir les différentes fonctions prévues, la pièce support 3 du module définit un agencement particulier comportant par exemple plusieurs emplacements destinés à recevoir chacun un composant de type CMS (figures 5A à 5C). La pièce support 3 définit par exemple trois emplacements distincts destinés chacun à recevoir un composant de type CMS.
La pièce support 3 présente sur sa partie centrale 31 quatre plots périphériques 310 disposés symétriquement et un plot central 31 1 dont le sommet définit un premier emplacement recevant la diode 8 sous forme de composant CMS (figure 3A).
Selon l'invention, la pièce support 3 comporte deux autres emplacements situés de part et d'autre du plot central 31 1 , réalisés à des altitudes différentes et destinés à recevoir les deux micro-interrupteurs 6a, 6b magnétiques. La surface de la pièce support 3 est donc irrégulière et suit au moins deux plans parallèles distincts, perpendiculaires à l'axe principal (A) du module de commutation électrique 1. En effet, si on souhaite réaliser un dispositif électrique du type bouton poussoir ou interrupteur de position comportant un micro-interrupteur normalement ouvert et un micro-interrupteur normalement fermé, il est nécessaire de garantir que le micro-interrupteur normalement fermé soit ouvert avant la fermeture du micro-interrupteur normalement ouvert. Pour cela, le micro-interrupteur normalement fermé est placé à une altitude plus élevée que le micro-interrupteur normalement ouvert.
Chacun des micro-interrupteurs magnétiques 6a, 6b est amené contre une face latérale du plot central 31 1 et logé entre deux plots périphériques 310. Selon l'invention, les deux micro-interrupteurs 6a, 6b sont donc tous deux disposés de manière décalée par rapport à l'axe principal (A) du module (figure 3A), à l'intérieur du tore.
L'aimant permanent mobile 5 comporte un plan médian (P) horizontal qui est perpendiculaire à sa direction d'aimantation, au-dessous duquel la membrane 60 d'un micro-interrupteur 6a, 6b est dans un état et au-dessus duquel la membrane 60 est dans son autre état. Lorsque l'organe d'actionnement 4 est en position de repos (figures 3A et 3B), les micro-interrupteurs magnétiques 6a, 6b sont au-dessous du plan médian (P) de l'aimant et lorsque l'organe d'actionnement est en position de travail (figure 4), les microinterrupteurs magnétiques 6a, 6b sont au-dessus du plan médian (P) de l'aimant.
Les micro-interrupteurs magnétiques 6a, 6b sont positionnés de part et d'autre du plot central 31 1 de manière à être chacun sous l'influence d'une demi-portion différente de l'aimant permanent mobile 5 torique. Ainsi les lignes de champ vues par la membrane 60 de l'un des micro-interrupteurs 6a, 6b ont une courbure inversée par rapport aux lignes de champs vues par la membrane 60 de l'autre micro-interrupteur. Si les deux microinterrupteurs 6a, 6b sont orientés dans le même sens, l'un des micro-interrupteurs est alors normalement fermé et l'autre micro-interrupteur est normalement ouvert.
La pièce support 3 intègre également plusieurs broches 9, 80 métalliques connectées aux composants de type CMS et traversant la pièce support 3. Selon différentes variantes de réalisation, les broches 9, 80 peuvent être intégrées à la pièce support 3 en fonction du nombre de composants CMS employés dans le module ou être intégrées définitivement à la pièce support 3 indépendamment du nombre de composants de type CMS employé. Dans ce cas, si par exemple le dispositif électrique ne dispose pas de la fonction voyant lumineux, les broches correspondantes 80 ne sont pas connectées. Les broches métalliques 80, 9 sont par exemple insérées ou surmoulées dans la pièce support 3. Chaque composant de type CMS comporte par exemple une broche métallique d'entrée et une broche métallique de sortie. Les broches 80 connectées sur la diode 8 traversent la pièce support et comportent chacune une partie insérée dans le plot central 31 1 pour rejoindre la diode 8.
Il existe plusieurs techniques pour réaliser l'assemblage et la connectique d'un composant de type CMS sur ses broches : la technologie connue appelée "Moulded Interconnected Devices" (3D MID) qui permet notamment de créer des pistes électriques sur une pièce plastique quel que soit le relief de la pièce, les broches métalliques ainsi que les composants de type CMS venant se connecter sur les pistes électriques ainsi formées, le brasage ou collage des composants de type CMS directement sur des broches métalliques étamées, le calage des composants de type CMS sur des lames de contacts souples reliées aux broches métalliques d'entrée/sortie.
Ces technologies d'assemblage et de connectique présentent les avantages de permettre : d'interconnecter des composants dans l'espace (avec la technologie 3D MID) en réalisant par exemple un circuit de pistes électriques sur la pièce support 3, de minimiser le nombre de pièces à assembler, d'occuper un volume très limité, de gérer avec précision les différentes altitudes entre les deux microinterrupteurs magnétiques afin de garantir leur activation dans un ordre donné lors du déplacement de l'aimant.
En référence aux figures 9 et 10, un module comportant deux micro-interrupteurs magnétiques 6a, 6b étages fonctionne de la manière suivante :
La direction d'aimantation de l'aimant permanent mobile 5 torique suit une direction parallèle à l'axe principal (A) et le vecteur champ magnétique parallèle à la direction d'aimantation est orienté conventionnellement dans le sens Sud-Nord, par exemple vers le haut sur les figures 9 et 10.
Lorsque l'organe d'actionnement 4 est au repos (figure 9), les deux microinterrupteurs 6a, 6b sont placés au-dessous du plan médian (P) horizontal de l'aimant permanent 5. Le champ magnétique créé par l'aimant 5 présente des lignes de champ L dont la direction impose à la membrane 60 du micro-interrupteur 6a supérieur d'être dans un état fermé et à la membrane du micro-interrupteur inférieur 6b d'être dans un état ouvert (figure 9).
L'enfoncement de l'organe d'actionnement 4 jusqu'à sa position de travail (figure 10) entraîne donc un changement de position verticale de l'aimant permanent mobile 5 de sorte que les deux micro-interrupteurs 6a, 6b passent au-dessus du plan médian (P) de l'aimant permanent mobile 5. Ainsi, la direction des lignes de champ L magnétique vues par chacune des membranes des deux micro-interrupteurs 6a, 6b est inversée. En référence à la figure 10, le champ magnétique M présente donc des lignes de champ L dont la direction impose à la membrane du micro-interrupteur supérieur 6a de basculer vers son état ouvert et à la membrane du micro-interrupteur inférieur 6b de basculer vers son état fermé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module de commutation électrique destiné à être inséré dans un dispositif électrique, comprenant : un corps, un organe d'actionnement (4) mobile en translation dans le corps suivant un axe principal (A), entre une position de repos et une position de travail, un aimant permanent mobile (5) monté solidaire en translation de l'organe d'actionnement, ledit aimant permanent mobile (5) créant un champ magnétique, un premier micro-interrupteur (6a) magnétique pilotable entre deux états sous l'action du champ magnétique pour commuter un circuit électrique, caractérisé en ce que : le module est destiné à recevoir différents habillages de manière à pouvoir former différentes structures d'un dispositif électrique, le corps comporte une pièce support (3) en matériau synthétique, la pièce support (3) comporte des emplacements déterminés pour accueillir plusieurs composants électroniques de type CMS afin de pouvoir réaliser différentes versions du dispositif électrique, le premier micro-interrupteur (6a) magnétique est réalisé sous la forme d'un composant électronique de type CMS et est positionné à un emplacement de la pièce support (3), le premier micro-interrupteur (6a) magnétique présente un élément mobile apte à basculer entre ses deux états pour commuter un circuit électrique en s'alignant suivant la direction des lignes de champ (L) du champ magnétique créé par l'aimant permanent (5), la pièce support (3) est traversée par des broches métalliques (80, 9) connectées aux composants électroniques de type CMS.
2. Module selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la pièce support (3) comporte un emplacement prévu pour accueillir un second micro-interrupteur (6b) magnétique identique au premier micro-interrupteur (6a) magnétique.
3. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que les emplacements des deux micro-interrupteurs (6a, 6b) magnétiques sont formés à des altitudes différentes.
4. Module selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux microinterrupteurs (6a, 6b) magnétiques sont orientés par rapport à l'aimant permanent mobile (5) de manière à ce que l'élément mobile de l'un des micro-interrupteurs soit soumis à des lignes de champ ayant une courbure inversée par rapport à celle des lignes de champs vues par l'élément mobile de l'autre micro-interrupteur.
5. Module selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le premier micro-interrupteur (6a) est orienté par rapport aux lignes de champ (L) de manière à être normalement fermé et en ce que le second micro-interrupteur (6b) est positionné par rapport aux lignes de champ (L) de manière être normalement ouvert.
6. Module selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier microinterrupteur (6a) est positionné à une altitude plus élevée par rapport au second micro-interrupteur (6b).
7. Module selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'aimant permanent mobile (5) est de forme torique.
8. Module selon la revendication 7, caractérisé en ce que les micro-interrupteurs (6a, 6b) magnétiques sont positionnés à l'intérieur de la forme torique de l'aimant permanent mobile (5).
9. Module selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pièce support (3) présente un emplacement prévu pour recevoir une diode (8) électroluminescente.
10. Module selon la revendication 9, caractérisé en ce que la diode (8) est positionnée au sommet d'un plot (311 ).
1 1. Module selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'élément mobile est une membrane (60) en matériau ferromagnétique.
12. Module selon l'une des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que chaque composant électronique de type CMS est fixé par brasage ou collage sur les broches métalliques étamées.
13. Module selon la revendication 1 à 1 1 , caractérisé en ce que chaque composant électrique de type CMS est calé sur des lames de contact souples reliées aux broches métalliques.
14. Module selon la revendication 1 à 1 1 , caractérisé en ce que la pièce support porte des pistes électriques réalisées par la technologie 3D MID, reliées aux broches métalliques et auxquelles peut être connecté chaque composant de type CMS.
15. Dispositif électrique caractérisé en ce qu'il comprend un module de commutation électrique tel que défini dans l'une des revendications 1 à 14.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un bouton poussoir ou d'un interrupteur de position.
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