Brevet FR2886758A1 — publié le 20061208

Dispositif de commutation d'un circuit électrique utilisant deux aimants en opposition. La présente invention se rapporte à un dispositif de commutation d'un circuit électrique comportant un bouton d'actionnement mobile en translation, agissant par effet magnétique sur un interrupteur pour commuter le circuit électrique. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de commutation pouvant être utilisé comme bouton-poussoir ou interrupteur de position. Il est connu par le brevet US 3,921,108 un ensemble de type boutonpoussoir comportant un organe d'actionnement mobile en translation entre une position de repos et une position de travail et apte à mettre en mouvement un aimant permanent logé dans le bouton-poussoir. L'aimant permanent est monté sur un ressort à lame bombé sur lequel agit l'organe d'actionnement. L'aimant permanent est apte à piloter par effet magnétique un interrupteur pour commuter un circuit électrique. La position de l'aimant permanent par rapport à l'interrupteur permet de venir fermer ou ouvrir le circuit électrique. Lorsque l'organe d'actionnement est au repos, l'aimant permanent est éloigné de l'interrupteur et n'a aucune influence sur celui-ci, le circuit électrique est donc ouvert. Lorsque l'organe d'actionnement est enfoncé, l'aimant permanent est approché de l'interrupteur, entraînant le rapprochement de deux lames de l'interrupteur et donc la fermeture du circuit électrique. Au repos, l'aimant permanent est incliné par rapport à l'axe de l'ensemble et suit un mouvement de rotation lorsque l'organe d'actionnement agit sur le ressort. Un tel ensemble est inapproprié pour commander des interrupteurs de petite taille et sa mise en oeuvre est délicate. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de commutation d'un circuit électrique adapté pour commuter des interrupteurs miniatures et présentant une structure et un fonctionnement simples. Ce but est atteint par un dispositif de commutation d'un circuit électrique comprenant un corps, un bouton d'actionnement mobile en translation dans le corps, suivant un axe principal, entre une position de repos et une position de travail et agissant par effet magnétique sur un élément mobile d'un interrupteur électrique pour commuter le circuit électrique entre deux positions, une position d'ouverture du circuit électrique et une position de fermeture dudit circuit électrique. Le dispositif selon l'invention se caractérise en ce que: deux aimants permanents sont disposés en opposition, un aimant permanent fixe créant un premier champ magnétique et un aimant permanent mobile solidaire en translation du bouton d'actionnement et créant un second champ magnétique, l'interrupteur est disposé entre les deux aimants en opposition de sorte que son élément mobile est maintenu dans une position sous l'influence prépondérante de l'un des champs magnétiques lorsque le bouton d'actionnement est en position de repos et est maintenu dans l'autre position sous l'influence prépondérante de l'autre champ magnétique lorsque le bouton d'actionnement est en position de travail. Selon l'invention, le contact électrique fermé par effet magnétique permet de rendre la résistance de contact ohmique indépendante de la force exercée par l'opérateur. Cette résistance est donc parfaitement reproductible à chaque manipulation. L'utilisation de deux aimants permanents en opposition permet notamment 20 d'éviter l'emploi d'un ressort et de conférer à l'utilisateur un effet tactile particulier lorsque le bouton d'actionnement est enfoncé. Selon une particularité, lorsque le bouton d'actionnement est en position de repos, l'élément mobile est maintenu dans une position sous l'influence 25 prépondérante du premier champ magnétique. Selon une autre particularité, lorsque le bouton d'actionnement est en position de travail, l'élément mobile est maintenu dans une position sous l'influence prépondérante du second champ magnétique. Selon une autre particularité, l'aimant permanent fixe et l'aimant permanent 30 mobile sont montés chacun symétriquement par rapport à l'axe principal et l'élément mobile est décalé par rapport à l'axe principal. Selon une autre particularité, le dispositif de commutation comporte un dispositif de retenue magnétique du bouton d'actionnement nécessitant un effort 10 minimal à exercer sur le bouton d'actionnement pour entamer son mouvement. Le dispositif de retenue selon l'invention permet de s'affranchir de pièces élastiques en déformation et confère également un effet tactile particulier à l'utilisateur puisqu'une force minimale doit être exercée pour décoller les deux pièces ferromagnétiques. Avantageusement, le dispositif de retenue comporte deux pièces ferromagnétiques coopérant lorsque le bouton d'actionnement est en position de repos, une première pièce étant montée sur le bouton d'actionnement et une seconde pièce étant montée sur le corps du dispositif. Selon une particularité, le bouton d'actionnement peut comporter une structure élastique à transformation brusque complétant l'action du dispositif de retenue défini ci-dessus. Avantageusement, l'élément mobile est une membrane pivotante montée sur un substrat et portant à l'une de ses extrémités un contact électrique établissant la jonction électrique entre deux contacts fixes disposés sur le substrat lorsque la membrane est dans la position de fermeture du circuit électrique. Avantageusement, le dispositif de commutation comporte un dispositif de blindage magnétique qui permet de le protéger de l'influence d'un champ magnétique extérieur et de confiner le champ magnétique produit par chacun des aimants à l'intérieur du dispositif. Ce dispositif de blindage peut être composé des deux pièces ferromagnétiques ainsi que d'une troisième, les trois pièces recouvrant la paroi interne du corps du dispositif. Selon une particularité, le dispositif peut comporter plusieurs interrupteurs décalés par rapport à l'axe principal. Ils sont par exemple disposés symétriquement par rapport à l'axe principal. Les interrupteurs sont par exemple montés en parallèle dans le circuit électrique. Selon l'invention, le dispositif de commutation peut être utilisé comme bouton poussoir ou comme 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: La figure 1 représente schématiquement le dispositif de commutation selon l'invention utilisé comme bouton poussoir. Sur la partie gauche (G) de la figure 1, le bouton d'actionnement est montré au repos tandis que sur la partie droite (D) le bouton d'actionnement est montré enfoncé. La figure 2 représente un interrupteur selon l'invention dont la membrane est au repos. Les figures 3A et 3B illustrent les positions prises par la membrane sous l'influence d'un champ magnétique. Les figures 4A et 4B représentent la position des aimants permanents du dispositif selon l'invention lorsque le bouton d'actionnement est, respectivement, au repos ou enfoncé et l'influence du champ magnétique créé par chacun des aimants du dispositif de commutation. La figure 5 représente un exemple de diagramme course/effort obtenue avec le dispositif de commutation selon l'invention. Dans la suite de la description, les termes "haut", "bas", supérieur", "inférieur" ou équivalents doivent être compris en prenant comme référence l'axe principal (A) du dispositif de direction verticale. Sur la figure 1, le dispositif de commutation 1 selon l'invention est un bouton-poussoir comportant un corps 10 par exemple cylindrique introduit dans une ouverture formée à travers une paroi P. Un bouton d'actionnement 3 est monté mobile en translation suivant l'axe principal (A) dans ledit corps 10. Le bouton d'actionnement 3 peut prendre une position de repos (figure 1, partie gauche G) et une position de travail (figure 1, partie droite D) dans laquelle il est enfoncé dans le corps 10. Un interrupteur 2 permettant de commuter un circuit électrique est fixé sur un support 11 solidaire du corps 10. Des électrodes 12 du circuit électrique à commuter, solidaires du support 11, s'étendent vers le bas du dispositif 1. L'interrupteur 2 présente un élément mobile monté sur un substrat 4 plan et constitué d'une membrane 20 ferromagnétique miniature dotée d'une partie en matériau ferromagnétique. Il peut être réalisé en technologie planaire de type MEMS (en anglais "Micro ElectroMechanical System") ou en technologie de laminage de type PCB ("Printed Circuit Board") ou "flex" ("Flexible printed circuit board"). Plusieurs interrupteurs 2 identiques peuvent être disposés sur le même substrat 4, par exemple symétriquement par rapport à l'axe principal (A), ou montés sur le support 11 de manière à former une matrice ou une combinaison d'interrupteurs normalement ouvert et normalement fermé. La membrane 20 porte un contact mobile 21 apte à venir relier électriquement deux contacts fixes 41, 42 disposés sur le substrat 4, lorsqu'elle est dans une position basse de fermeture du circuit électrique. La membrane 20 de l'interrupteur 2 peut être pilotée par effet magnétique pour pivoter autour d'un axe de rotation (R) perpendiculaire à l'axe principal (A) entre une position haute d'ouverture du circuit électrique (figure 3A) et sa position basse de fermeture du circuit électrique (figure 3B). Elle est reliée à un plot d'ancrage 23 par exemple par l'intermédiaire de deux bras 22a, 22b sollicités en flexion. Bien entendu, d'autres configurations de l'interrupteur 2 peuvent être envisagées. Un premier aimant permanent fixe 5 par exemple en forme de disque mince est disposé sous le support 11 portant l'interrupteur 2. Un deuxième aimant permanent mobile 6, par exemple en forme de disque mince, est monté solidaire du bouton d'actionnement 3. Les deux aimants permanents 5, 6 sont montés symétriquement et perpendiculairement par rapport à l'axe principal (A) du dispositif 1. Les deux aimants permanents 5, 6 sont placés en opposition, c'est-à-dire que leurs faces discales de même pôle (N pour Nord et S pour Sud) sont placées en vis-à-vis l'une de l'autre (par exemple opposition Nord-Nord sur la figure 1), présentant ainsi chacun une direction d'aimantation parallèle à l'axe principal (A). Le vecteur M1, M2 du champ magnétique créé par chacun des aimants 5, 6 suit la direction d'aimantation et est orienté conventionnellement dans le sens Sud-Nord. Ci-après, le champ magnétique produit par chaque aimant est désigné par M1 ou M2. Un dispositif de retenue permet de retenir le bouton d'actionnement 3 dans sa position de repos. Ce dispositif de retenue se compose de deux pièces ferromagnétiques 7,8, une première pièce ferromagnétique 7 étant solidaire du bouton d'actionnement 3 et une seconde pièce ferromagnétique 8 étant solidaire du corps 10 du dispositif 1. Ces deux pièces 7, 8 définissent entre elles un entrefer variable en fonction de la position du bouton d'actionnement 3 dans le corps 10. La première pièce ferromagnétique 7 solidaire du bouton d'actionnement 3 peut être composée par exemple d'une plaque en forme de disque. La deuxième pièce ferromagnétique 8 présente par exemple une forme cylindrique recouvrant la paroi interne latérale du corps 10 et dotée d'une collerette rentrante à son bord supérieur. Lorsque le bouton d'actionnement est au repos (figure 1, partie gauche), la première pièce 7 vient en appui contre la collerette rentrante de la deuxième pièce ferromagnétique 8. Un effort minimal exercé sur le bouton d'actionnement 3 est donc nécessaire pour désolidariser les deux pièces ferromagnétiques 7, 8 et pour décoller le bouton d'actionnement 3 du corps 10 du dispositif 1, conférant ainsi à l'utilisateur un effet tactile particulier lors de l'enfoncement du bouton 3. Les deux pièces ferromagnétiques 7, 8 ainsi qu'une troisième pièce ferromagnétique 9 placée dans le fond du corps 10 assurent le blindage magnétique du dispositif pour: confiner le champ magnétique produit par les aimants permanents 5, 6 à l'intérieur du dispositif, évitant ainsi une pollution magnétique à l'extérieur de celui-ci, protéger l'interrupteur 2 d'un éventuel champ magnétique extérieur qui pourrait perturber le bon fonctionnement de l'interrupteur 2. Selon une variante de réalisation de l'invention, le blindage magnétique est réalisé par le corps 10 et le bouton d'actionnement 3 qui sont alors fabriqués dans des matériaux ferromagnétiques. L'effet tactile conféré par le dispositif de retenue peut être caractérisé par un diagramme course/effort (voir figure 5) qui montre la force ou l'effort exercé sur le bouton d'actionnement 3 en fonction de la course de celui-ci. Lorsque la course est nulle, le bouton d'actionnement 3 est dans sa position de repos. Cet effet tactile peut être modifié en faisant varier différents paramètres comme: tailles et matériaux des aimants, l'espace initial existant entre les deux pièces ferromagnétiques 7, 8, la géométrie du blindage magnétique formé par les trois pièces ferromagnétiques 7, 8, 9. Selon l'invention, l'interrupteur 2 est disposé entre les deux aimants permanents 5, 6 de manière décalée par rapport à l'axe principal (A) de sorte que les champs magnétiques M1, M2 des deux aimants permanents 5, 6 présentent une influence pour maintenir la membrane 20 dans l'une ou l'autre de ses positions. Lorsque le bouton d'actionnement 3 est au repos (figure 4A), la membrane 20 ferromagnétique est sous l'influence prépondérante du champ magnétique M1 créé par l'aimant permanent fixe 5. Le premier champ magnétique M1 créé par l'aimant permanent fixe 5 présente des lignes L1 dont la courbure impose à la membrane 20 d'être dans une position, par exemple en position haute (figure 4A). L'exercice d'une force minimale de direction parallèle à l'axe principal permet de désolidariser les deux pièces ferromagnétiques 7, 8 alors en attraction et de décoller le bouton d'actionnement 3 du corps 10. L'enfoncement du bouton d'actionnement 3 entraîne la translation de l'aimant permanent mobile 6. Lorsque le bouton d'actionnement 3 est en fin de course (figure 1, partie droite et figure 4B), la membrane 20 est alors sous l'influence prépondérante du champ magnétique M2 créé par l'aimant permanent mobile 6, ce qui permet donc d'inverser la courbure des lignes L2 de champs vues par la membrane 20. En référence à la figure 4B, sous l'influence du champ magnétique M2, la membrane 20 bascule donc vers sa position basse correspondant par exemple à la fermeture du circuit électrique. Le retour du bouton d'actionnement 3 dans sa position de repos est réalisé grâce à la force de répulsion s'exerçant entre les deux aimants permanents 5, 6 en opposition ainsi que par la force d'attraction s'exerçant entre les deux pièces ferromagnétiques 7, 8 au fur et à mesure de la remontée du bouton d'actionnement 3. Selon l'invention, l'orientation de l'interrupteur 2 par rapport aux champs magnétiques créés par les deux aimants permanents 5, 6, permet de le configurer "normalement ouvert" ou "normalement fermé". Cela signifie que lorsque le bouton d'actionnement est dans sa position de repos, selon son orientation par rapport aux champs magnétiques, la membrane 20 peut être en position haute (figure 3A) ou en position basse (figure 3B). Selon une variante de réalisation de l'invention, l'aimant permanent mobile 6 et la première pièce ferromagnétique 7 sont constitués d'un seul et même aimant permanent, par exemple en forme de disque. Selon l'invention, la symétrie radiale des aimants permanents 7, 8 permet une distribution circulaire de plusieurs interrupteurs 2 dans un même dispositif. Les interrupteurs peuvent donc être actionnées par un même bouton d'actionnement 3. Selon une variante de réalisation (non représentée), le dispositif de retenue peut être remplacé ou complété par une structure élastique précontrainte formant un effet cloquant lors de l'enfoncement du bouton d'actionnement. Selon cette variante, la structure élastique subit une transformation brusque entraînant rapidement le bouton d'actionnement en fin de course lorsqu'une force déterminée est exercée sur le bouton. Lors de la transformation brusque, la force ressentie par l'utilisateur diminue fortement. La transformation brusque confère à l'utilisateur une impression tactile particulière et garantit l'exercice d'une force minimale pour commuter le circuit électrique. Selon cette dernière variante de réalisation, la structure élastique peut jouer le rôle de ressort pour ramener le bouton d'actionnement vers sa position de repos 5 ainsi que le rôle de membrane étanche. Il 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. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) de commutation d'un circuit électrique comprenant un corps (10), un bouton d'actionnement (3) mobile en translation dans le corps (10), suivant un axe principal (A), entre une position de repos et une position de travail et agissant par effet magnétique sur un élément mobile d'un interrupteur (2) électrique pour commuter le circuit électrique entre deux positions, une position d'ouverture du circuit électrique et une position de fermeture dudit circuit électrique, le dispositif étant caractérisé en ce que: deux aimants permanents (5, 6) sont disposés en opposition, un aimant permanent fixe (5) créant un premier champ magnétique (Ml) et un aimant permanent mobile (6) solidaire en translation du bouton d'actionnement (3) et créant un second champ magnétique (M2), l'interrupteur (2) est disposé entre les deux aimants (5, 6) en opposition de sorte que son élément mobile est maintenu dans une position sous l'influence prépondérante de l'un des champs magnétiques lorsque le bouton d'actionnement (3) est en position de repos et est maintenu dans l'autre position sous l'influence prépondérante de l'autre champ magnétique lorsque le bouton d'actionnement (3) est en position de travail. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque le bouton d'actionnement (3) est en position de repos, l'élément mobile est maintenu dans une position sous l'influence prépondérante du premier champ magnétique (Ml). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, lorsque le bouton d'actionnement (3) est en position de travail, l'élément mobile est maintenu dans une position sous l'influence prépondérante du second champ magnétique (M2). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'aimant permanent fixe (5) et l'aimant permanent mobile (6) sont disposés 20 symétriquement dans le dispositif (1) par rapport à l'axe principal (A) et en ce que l'élément mobile est décalé par rapport à l'axe principal (A). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de retenue magnétique du bouton d'actionnement (3) nécessitant un effort minimal à exercer sur le bouton d'actionnement (3) pour entamer son mouvement. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de retenue comporte deux pièces ferromagnétiques (7, 8) coopérant lorsque le bouton d'actionnement (3) est en position de repos, une première pièce (7) étant montée sur le bouton d'actionnement (3) et une seconde pièce (8) étant montée sur le corps (10) du dispositif (1). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bouton d'actionnement (3) comporte une structure élastique à transformation brusque. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément mobile est une membrane (20) pivotante montée sur un substrat (4) et portant à l'une de ses extrémités un contact électrique (21) établissant la jonction électrique entre deux contacts fixes (41, 42) disposés sur le substrat (4) lorsque la membrane (20) est dans la position de fermeture du circuit électrique. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de blindage magnétique (7, 8, 9). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs interrupteurs (2) décalés par rapport à l'axe principal (A). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les interrupteurs (2) sont disposés symétriquement par rapport à l'axe principal (A). 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est utilisé comme bouton poussoir ou interrupteur de position.