Brevet FR2363238A1 — publié le 19780324

D'une façon générale, on peut diviser grossièrement les dispositifs coqutateurs en deux types : le type à contact incorporé et :Le type sans contact. Les dispositifs coinutateurs du type à contact incorporé, qui portent différents noms tels que coupe-circuit, comautateur.s mécaniques, etc, suivant le type du ou des éléments servant à réaliser la commutatinn du circuit électrique, posent à l'usage des problèmes difficiles à résoudre, tels que des vibrations, la variation de la résistance de contact, la fusion des contacts, etc. En conséquence, les dispositifs commutateurs sans contact, qui ne présentent pas de tels inconvénients, sont utilisés très largement toutes les fnis que l'on désire une haute fiabilité. Jusqu'ici, les co;Noutateurs sans contact utilisant ce qu'on appelle la conduction par effet HALL, ont été largement utilisés, mais ils posent néanmoins de sérieux problèmes tels que le prix élevé de leur circuit amplificateur intégré comprenant les éléments de HALL, et leur consomnation élevée d'énergie. L'inventinn vise un dispositif commutateur sans contact qui utilise un élément piézo-électrique comre moyen pour transformer un déplacement mécanique en un signal électrique, et un circuit intégré MnS complémentaire pour donner une forme à ce signal électrique et l'amplifier. Un premier objet de l'invention est de simplifier de façon appréciable le mécanisme de commande en utilisant un élément piézo-électrique congre émetteur de signal. Un second objet de l'invention est de permettre )} fa- brication du dispositif a' peu de frais en réduisant le nombre des constituants du dispositif et en utilisant un élément piézo-électrique susceptible d'être fabriqué en grande série. Un troisième objet de l'invention est de réaliser un dispositif comuutateur consommant oins d'énergie par suppression des éléments consommateurs d'énergie. Un quatrième objet de l'invention est d'obtenir une large gamme de fonctionnenent s'étendant en pratique d'environ 1,5 V à 16 V. Sur les dessins annexés : La figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation de l'inventinn. La figure 2 est une coupe verticale montrant un mode de réalisatinn du montage mécanique qui constitue l'essentiel de l'invention. Si l'on se reporte d'abord à la figure 1, on voit qu'une clé de manoeuvre 3 soumise à l'action d'un ressort 2 est montée sur un bloc-support 1. On voit en 4 un élément piézo-électrique ayant des électrodes à ses deux extrémités, et en 5 une résistance de charge pour cet élément piézo-électrique. Un ensemble 6 entouré par une ligne en tirets constitue un circuit équivalent d'un circuit inverseur intégré complémentaire MOS auquel sont reliées une résistance protectrice 7 et une borne de sortie 8. On voit en 9 une résistance protectrice de porte prévue dans le circuit intégré complémentaire MOS précité, en 10 et 11 deux diodes protectrices faisant également partie de ce circuit, en 12 un circuit inverseur, et en VDD une source de courant. Le commutateur sans contact suivant l'invention ayant la construction générale mentionnée ci-dessus fonctionne de la façon suivante Quand la clé de manoeuvre 3 est poussée vers le bas pour exercer -wle pression sur l'élément piézo-électrique 4, une tension se produit entre les deux extrémités de la résistance de charge 5 reliée aux électrodes supérieure et inférieure de cet élément.Cette tension peut être fixée à une valeur suffisamment supérieure à la valeur détectable par le circuit intégré compld- mentaire MOS en choisissant de fagot appropriée l'élément piezo- électrique et la clé de manoeuvre ainsi que son mécanisme de commande de façon que la force nécessaire pour abaisser la clé 3 puisse être faible. n outre, même quand la tension de l'élément piézo-électrique appliquée au circuit intégré complémentaire Moe 6 est trop élevée, il. n'y a aucun risque que la porte du circuit in intégré soit "forcée", car cette porte est "blindée" par la rt tance protectrice 9 et les diodes protectrices 10, il prévues dans-le circuit intégré. Toutefois, pour le cas ot la valeur de la résistance protectrice ne serait pas suffisante pour supporter la tension en excès, on a prévu b l'extdrieur du circuit la résistance protectrice supplémentaire 7 ayant une résistivité ap propriée. Ainsi, la tension produite entre les deux extrémités de la résistance de eharge 5 traverse la résistance protectrice extérieure 7 et est détectée par le circuit intégré 6. Quand cette tension est supérieure à la tension de seuil du circuit intégré, une tension nulle apparat à la borne extérieure 8, mais quand la première est plus faible que la seconde, on obtient à la borne 8 un signal de sortie amplifié et ayant la forme d1un niveau binaire de la tension de la source (par exemple 5 V) du circuit intégré coenplémentaire MOS. Si l'on se reporte maintenant à la figure 2, on y voit une coupe schématique montrant un mode de réalisation du montage mécanique du dispositif suivant l'invention. La clé de manoeuvre 13 possède à son sommet une poignée 14 et à sa base un aimant permanent tel qu'un aimant annulaire 15. Au-dessous de l'aimant annulaire 15 se trouve un dispositif tel qu'un ressort 16 pour ramener la clé 13 à sa position de départ. L'aimant 15 peut être fixé à l'extrémité inférieure de la clé 13, c'est-à-dire du caté opposé à la poignée 14, ou peut être simplement placé sur le ressort 16. Le boiter 17 possède une chambre 18 disposée à peu près parallèlement aux mouvements de la clé 13, et un aimant flottant permanent 19 est logé de façon mobile dans la chambre ia. On voit aussi un élément piézo-électrique 20 placé à l'extrémité de la chambre 18 de façon à l'obturer et à empêcher l'aimant flottant 19 de sortir de cette chambre pendant son mouve rimant à l'intérieur de celle-ci. L'élément piézo-électrique 20 possède également à son extérieur des conducteurs 21. Lors du fonctionnement du dispositif suivant l'invention, quand l'utilisateur appuie sur la clé 13, l'aimant 15 qui se déplace le long de cette clé pénètre dans une région d'interférence mutuelle dans laquelle il interfère avec l'aimant permanent 19 contenu dans la chambre 18 du boiter 17, et il en résulte que l'aimant mobile 19 est sollicité de façon b se déplacer rapidement en direction de l'élément piézo-électrique 20 situé à une extrémité de la chambre 18, par exemple en raison de la répulsion engendrée par l'approche des deux extrémités de même polarité des deux aimants, et frappe l'élément piézo-électrique 20. Cette vites se de frappe est toujours sensiblement constante quelle que soit la vitesse à laquelle la clé 13 est abaissée. Le signal (tension) produit entre les extrémités de la résistance de charge 5 de la figure 1, qui est reliée à l'élément piézo-électrique 20, par le choc de l'aimant permanent 19, est conformé et amplifie par le circuit intégré complémentaire MOS 6 afin d'obtenir un signal de sortie voulu. Bien qu'on ait utilisa un circuit inverseur dans le circuit intégré complémentaire MOS suivant le mode de réalisation de l'invention représenté, il est possible d'utiliser d'autres moyens tels qu'un multivibrat-ur monostable cu des flip-flops qui produisent pratiqument le même effet que les éléments décrits précédemment. Le commutateur suivant l'invention dont on vient de décrire un mode de réalisation présente les avantages mentionnés précédemment . out d'abord, en raison de l'utilisation d'un élé- ment piézo-électrique comme producteur de signal, la clé de manoeuvre et le mécanisme environnant sont extrEmement simplifiés. En second lieu, les frais de fabrication du dispositif sont réduits en rais on -du nombre réduit de constituants et de la possibilité de produire en grande série 11 élément piézo-électrique utilisé. En troisième -lieu, le dispositif consomme peu d'énergie, par élimination des organes consommateurs d'énergie. En quatrib- me lieu, on obtient une large gamme de tensions de fonctionnement qui, bien que dépendant de celle du circuit intégré complémentaire MOS, est d'habitude de 1,5 VB 16V. Comme indiqué précédemment, l'invention réalise un commutateur sans contact dont le prix de revient et la consommation en énergie sont extremement faibles grâce à la combinaison d'un élément piézo-électrique et d'un circuit intégré complémentaire MOS. REVENDICATIONS 1 - Dispositif commutateur sans contact, caractérisé en ce qu'il comprend une clé de manoeuvre, un élément piézo-électrique pour transformer le déplacement mécanique de cette clé en un signal électrique, et un circuit intégra complémentaire MOS pour conformer et amplifier le signal électrique produit par l élément piézo-électrique. 2 - Dispositif commutateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un aimant permanent mobile le long de la clé de manoeuvre et avec elle, et un aimant permanent flottant mobile en réponse au premier aimant permanent précite et capable de frapper ;'élément piézo-électrique pour produire le signal électrique précité. 3 - Dispositif commutateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'aimant permanent flottant est déplacé par la répulsion produite par l'approche des deux aimants permanents ayant la même polarité. 4 - Dispositif commutateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ltélémellt piézo-électrique occupe une position supdrreure tandis que l'aimant permanent flottant occupe une position inférieure, et en ce que l'aimant permanent flottant est disposé de façon à se déplacer rapidement sous l'action de l'aimant permanent pour frapper L'élément piézo-électrique. 5 - Dispositif commutateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'aimant permanent est de forme annulaire et que l'aimant permanent flottant est disposé à l'intérieur de llai- mant permanent annulaire.