Brevet FR2886759A1 — publié le 20061208

Dispositif de commutation d'un circuit électrique utilisant un aimant torique mobile. 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. Lorsque l'aimant permanent est éloigné de l'interrupteur, l'ouverture du circuit électrique se produit par rappel mécanique des deux lames. 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 compact et un fonctionnement simple. 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 étant caractérisé en ce que: un aimant permanent mobile solidaire en translation du bouton d'actionnement crée un champ magnétique et présente une direction d'aimantation de direction parallèle à l'axe principal, dans la position de repos du bouton d'actionnement, le champ magnétique impose à l'élément mobile de prendre l'une de ses deux positions, dans la position de travail du bouton d'actionnement, le champ magnétique impose à l'élément mobile de prendre l'autre de ses deux positions, selon la position du bouton d'actionnement, l'élément mobile se trouve d'un côté ou de l'autre d'un plan médian de l'aimant permanent perpendiculaire à la direction d'aimantation de l'aimant permanent. Selon l'invention, dans chacune des positions du bouton, on utilise le champ magnétique créé par l'aimant permanent mobile pour imposer à l'élément mobile de prendre une position. Selon l'invention, la fermeture du circuit électrique réalisée 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 du bouton. Selon une particularité, l'aimant permanent est en forme de tore et monté symétriquement par rapport à l'axe principal. L'utilisation d'un aimant torique permet notamment: de pouvoir réaliser une distribution circulaire de plusieurs interrupteurs commutables par un seul moyen d'actionnement; d'améliorer la compacité du dispositif, le ou les interrupteurs pouvant être placées autour de l'axe principal (A), à l'intérieur ou à l'extérieur du tore; - de faciliter la fabrication du dispositif, l'aimant torique étant monté symétriquement par rapport à l'axe principal. Selon une autre particularité, l'élément mobile est décalé par rapport à l'axe principal. Selon une autre particularité, l'interrupteur est disposé autour de l'axe principal, à l'intérieur ou à l'extérieur du tore. Selon une autre particularité, le dispositif comprend un dispositif de rappel du bouton d'actionnement vers sa position de repos. Selon une autre particularité, le dispositif peut comporter un dispositif de retenue magnétique du bouton d'actionnement nécessitant un effort minimal à exercer sur le bouton d'actionnement pour entamer son mouvement. Le dispositif de retenue comporte par exemple 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. 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. Selon une autre particularité, le bouton d'actionnement peut comporter une structure élastique à transformation brusque. Dans un même dispositif d'actionnement, le dispositif de rappel, le dispositif de retenue ainsi que la structure élastique précontrainte peuvent être utilisés dans un même produit. Le dispositif de retenue peut également être associé à la structure élastique précontrainte assurant l'effet ressort ou au dispositif de rappel. Selon l'invention, 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 35 blindage magnétique qui permet de le protéger de l'influence d'un champ magnétique extérieur et de confiner le champ magnétique produit par l'aimant 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 l'invention, le dispositif peut comporter plusieurs interrupteurs décalés par rapport à l'axe principal, par exemple juxtaposés ou disposés symétriquement par rapport à l'axe principal. Selon l'invention, le dispositif de commutation est utilisé comme bouton poussoir ou 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 de l'aimant permanent du dispositif selon l'invention lorsque le bouton d'actionnement est, respectivement, au repos ou enfoncé et l'influence du champ magnétique créé par cet aimant sur l'interrupteur. 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 et logé dans celui-ci. 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 circuit imprimé (PCB pour "Printed Circuit Board") ou "flex" ("Flexible printed circuit board"). Plusieurs interrupteurs 2 identiques peuvent être disposés sur le même substrat 4, par exemple de manière juxtaposés ou 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. Les interrupteurs 2 sont par exemple montés en parallèle dans le circuit électrique. Le circuit imprimé sur lequel est monté l'interrupteur 2 peut recevoir une diode électroluminescente 14. Dans ce cas, le bouton d'actionnement 3 sera par exemple en plastique transparent. 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 3B) et sa position basse de fermeture du circuit électrique (figure 3A). 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 aimant permanent mobile 6, par exemple de forme torique, est monté solidaire du bouton d'actionnement 3 et de manière axiale dans le corps 10 du dispositif de commutation 1. Selon l'invention, l'interrupteur 2 est disposé de manière décalée par rapport à l'axe principal (A) de manière à être sous l'influence d'une demi-portion de l'aimant permanent 5 torique et peut être disposé autour de l'axe principal (A), à l'intérieur du tore (figure 1) ou à l'extérieur du tore (non représenté). Lorsque le dispositif comporte plusieurs interrupteurs 2, ceux-ci sont tous décalés par rapport à l'axe principal (A) et peuvent être distribués circulairement à l'intérieur ou à l'extérieur de l'aimant permanent torique 5. La direction d'aimantation de l'aimant permanent 5 torique suit une direction parallèle à l'axe principal (A) et le vecteur champ magnétique M parallèle à la direction d'aimantation est orienté conventionnellement dans le sens Sud-Nord, par exemple vers le haut sur la figure 1. Ci-après, le champ magnétique créé par l'aimant permanent 5 est désigné M. Lorsque le bouton d'actionnement 3 est au repos (figure 4A) , le champ magnétique M créé par l'aimant permanent 5 présente des lignes L de champ dont la courbure impose à la membrane 20 d'être dans une position, par exemple en position basse (figure 4A), correspondant à la fermeture du circuit électrique. L'aimant permanent 5 comporte un plan médian qui est perpendiculaire à sa direction d'aimantation et sous lequel la membrane 20 est dans une position, par exemple sa position basse (figures 3B et 4B) , et au-dessus duquel la membrane 20 est dans son autre position, par exemple sa position haute (figures 3A et 4A). L'enfoncement du bouton d'actionnement 3 jusqu'à sa position de travail entraîne donc un changement de position verticale de l'aimant permanent mobile 5, ce qui permet d'inverser la courbure des lignes L de champ magnétique vues par la membrane 20. En référence à la figure 4B, sous l'influence du champ magnétique M, la membrane 20 bascule donc vers sa position haute correspondant par exemple à l'ouverture du circuit électrique. Selon l'invention, Le retour du bouton d'actionnement 3 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 13 monté sur le corps 10 du dispositif 1 et contre lequel vient s'appuyer le bouton d'actionnement 3. Selon l'invention, le dispositif de rappel constitué du ressort 13 peut être complété par un dispositif de retenue magnétique du bouton d'actionnement composé de deux pièces ferromagnétiques 7, 8 accolées lorsque le bouton d'actionnement 3 est au repos (figure 1). Une première pièce ferromagnétique 7 est montée sur le bouton d'actionnement 3 et une seconde pièce ferromagnétique 8 est montée sur le 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 tapissant 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. Au fur et à mesure de la remontée du bouton d'actionnement 3, de sa position de travail vers sa position de repos, l'augmentation de la force d'attraction s'exerçant entre les deux pièces ferromagnétiques 7, 8 contribue au rappel du bouton d'actionnement 3 vers sa position de repos. L'effet tactile rendu par le dispositif de retenue peut être modifié en faisant varier notamment la surface de recouvrement des deux pièces ferromagnétiques 7, 8 lorsque le bouton d'actionnement 3 est en position de repos. Les deux pièces ferromagnétiques 7, 8 ainsi qu'une troisième pièce ferromagnétique 9 placée dans le fond du corps 10 forment un dispositif de blindage magnétique du dispositif 1 pour: confiner le champ magnétique produit l'aimants permanent 5 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 son bon fonctionnement. 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 réalisés dans des matériaux ferromagnétiques. Selon l'invention, le dispositif de retenue peut être remplacé ou complété par une structure élastique 6 précontrainte formant un effet cloquant lors de l'enfoncement du bouton d'actionnement 3. Lorsqu'une force déterminée est exercée sur le bouton 3, la structure élastique 6 subit une transformation brusque entraînant rapidement le bouton d'actionnement 3 en fin de course. 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. La structure élastique 6 peut jouer le rôle de membrane étanche ainsi que le rôle de ressort pour ramener le bouton d'actionnement vers sa position de repos, remplaçant ainsi totalement le ressort de rappel 13 ou complétant l'action du ressort de rappel 13. Selon l'invention, la symétrie radiale de l'aimant permanent 5 torique permet une distribution circulaire de plusieurs interrupteurs 2 dans un même dispositif 1. Les interrupteurs 2 peuvent être juxtaposés ou par exemple disposés symétriquement par rapport à l'axe principal (A). Les interrupteurs 2 sont placés autour de l'axe principal (A), à l'intérieur ou à l'extérieur du tore. Pour que le champ magnétique M créé par l'aimant permanent 5 présente une influence sur l'élément mobile des interrupteurs 2 dans chacune des positions du bouton 3, l'ensemble des interrupteurs 2 doit être décalé par rapport à l'axe principal (A). Selon l'invention, l'orientation de l'interrupteur 2 par rapport au champ magnétique M créé par l'aimant permanent 5 permet de le configurer "normalement ouvert" ou "normalement fermé". Cela signifie que lorsque le bouton d'actionnement 3 est dans sa position de repos, selon son orientation par rapport aux champs magnétiques, la membrane 20 peut être en position haute (figure 3B) ou en position basse (figure 3A). 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: un aimant permanent mobile (5) solidaire en translation du bouton d'actionnement (3) crée un champ magnétique (M) et présente une direction d'aimantation de direction parallèle à l'axe principal (A), dans la position de repos du bouton d'actionnement (3), le champ magnétique (M) impose à l'élément mobile de prendre l'une de ses deux positions, dans la position de travail du bouton d'actionnement (3), le champ magnétique (M) impose à l'élément mobile de prendre l'autre de ses deux positions, selon la position du bouton d'actionnement, l'élément mobile se trouve d'un côté ou de l'autre d'un plan médian de l'aimant permanent (5) perpendiculaire à la direction d'aimantation de l'aimant permanent (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant permanent (5) est en forme de tore et monté symétriquement par rapport à l'axe principal (A). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément mobile est décalé par rapport à l'axe principal (A). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'interrupteur (2) est disposé autour de l'axe principal (A), à l'intérieur ou à l'extérieur du tore. 15 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de rappel du bouton d'actionnement (3) vers sa position de repos. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bouton d'actionnement (3) comporte une structure élastique (6) à transformation brusque. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, 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. 8. Dispositif selon la revendication 7, 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). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, 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. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de blindage magnétique (7, 8, 9). 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs interrupteurs (2) décalés par rapport à l'axe principal (A). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les interrupteurs sont disposés symétriquement par rapport à l'axe principal (A). 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est utilisé comme bouton poussoir ou interrupteur de position.