Brevet FR3135818A1 — publié le 20231124

Bouton poussoir magnétique La présente invention concerne un bouton poussoir magnétique (10) comprenant un corps fixe et un corps mobile par rapport au corps fixe selon un axe de mouvement (X) ; l’un des corps, dit premier corps (21), comprenant : - un élément magnétique s’étendant selon l’axe de mouvement (X) et définissant une alternance magnétique selon cet axe de mouvement ; l’autre corps, dit deuxième corps (22), comprenant : - une dent de crantage en matériau ferromagnétique ou magnétique disposée en regard de l’élément magnétique pour créer un effort de poussée par coopération magnétique avec l’élément magnétique, lors d’un mouvement du corps mobile (21) selon l’axe de mouvement (X) ; - un détecteur magnétique disposé en regard de l’élément magnétique et configuré pour générer des mesures quantifiant chaque mouvement du corps mobile selon l’axe de mouvement (X). Figure pour l'abrégé : Figure 2 Bouton poussoir magnétique DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne un bouton poussoir magnétique, appelé également commutateur magnétique à poussoir. Plus particulièrement, la présente invention concerne le domaine des commutateurs à poussoir mono-fonction, ou à une fonction redondée ou sécurisée, destinés à l’enclenchement de fonctions critiques. Avantageusement, un tel bouton est utilisable dans le domaine aéronautique, par exemple dans un cockpit de pilotage d’un aéronef. Ce type de commutateurs électriques destinés à l’enclenchement de fonctions critiques, utilisés par exemple sur les planches de bord d’aéronefs, doivent répondre à un certain nombre de contraintes. Notamment, certaines fonctions requièrent que leur mise en opération soit effectuée via une pression sur un commutateur redondé ou sécurisé d’un point de vue électrique, c’est-à-dire établissant simultanément le contact électrique pour au moins deux circuits électriques mettant par exemple en œuvre une fonction unique, les deux circuits électriques ne présentant pas de mode électrique commun. C'est par exemple le cas, dans des aéronefs, pour des commutateurs d'enclenchement d'un dispositif de pilote automatique (PA). Pour de telles applications, il est également préférable que les commutateurs disposés sur la planche de bord soient de structure compacte. En outre, il est souhaitable que la sensation tactile procurée à un utilisateur par le commutateur lors d'une action sur celui-ci soit agréable, et restitue une information en retour permettant à l'utilisateur de confirmer le bon aboutissement de l'action initiée. L’effort de poussée pour un tel commutateur doit être entre de 0,5 à 20 N (typiquement 5 N). Afin de permettre sa certification, le commutateur poussoir doit également pouvoir répondre à des niveaux de sécurité DAL (de l’anglais « Design Assurance Level ») élevés, notamment au niveau DAL A. Dans un tel dispositif, on cherche à générer un agrément de manœuvre (ou sensation tactile) qui a pour fonction principale de garantir que la détection électrique (pour la validation) est assurée après le passage d’un pic d’effort (effort de crantage). Pour une bonne sensation tactile, il est nécessaire que la course du bouton puisse être importante, par exemple supérieure ou égale à 0,3 mm. En particulier, en ce qui concerne la compacité, un commutateur magnétique à poussoir peut présenter les dimensions suivantes : - hauteur (dimension suivant la direction du mouvement) : entre 5 et 20 mm (typiquement : 12 mm) ; - largueur : entre 10 et 38 mm (jusqu’à 70 mm dans certains cas, typiquement : 14 mm) ; - longueur : entre 10 et 38 mm (jusqu’à 70 mm dans certains cas, typiquement : 14 mm). Ces dimensions peuvent par exemple être déterminées selon la norme de type MIL-STD-1472. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Pour répondre aux besoin précités, il existe des solutions électromécaniques à base de dômes (ou équivalent). Ces solutions demeurent toutefois des assemblages complexes constitués de nombreuses pièces de grande précision. Les dômes sont exposés aux risques de fatigue et de corrosion de contact (en anglais « fretting corrosion ») ce qui limite la durée de vie du dispositif. De plus, la course d'un interrupteur à dôme est rarement supérieure à 0,3 mm. Ces commutateurs ne répondent donc pas à toutes les exigences du besoin. On connait également des solutions magnéto-mécaniques qui assurent une détection d’activation par des effets magnétiques et un effort de poussée et/ou de rappel par un élément élastique, tel qu’un ressort. Toutefois, un tel élément élastique présente des risques de fatigue et de blocage ou de décalage ce qui limite également la durée de vie du dispositif. La présente invention a pour but de proposer un bouton poussoir magnétique répondant à l’ensemble des besoins précités, tout en présentant une fonction de détection, un effort de poussée et éventuellement un effort de rappel sans friction et sans usure, avec un nombre de pièces limité, un montage simplifié et des risques diminués de blocage et de décalage. À cet effet, l’invention concerne un bouton poussoir magnétique comprenant un corps fixe et un corps mobile par rapport au corps fixe selon un axe de mouvement ; L’un des corps, dit premier corps, comprend un élément magnétique s’étendant selon l’axe de mouvement et définissant une alternance magnétique selon cet axe de mouvement. L’autre corps, dit deuxième corps comprend une dent de crantage en matériau ferromagnétique ou magnétique disposée en regard de l’élément magnétique pour créer un effort de poussée par coopération magnétique avec l’élément magnétique, lors d’un mouvement du corps mobile selon l’axe de mouvement et un détecteur magnétique disposé en regard de l’élément magnétique et configuré pour générer des mesures quantifiant chaque mouvement du corps mobile selon l’axe de mouvement. Muni de ces caractéristiques, le bouton poussoir selon l’invention permet en effet de mettre en œuvre une fonction de détection et un effort de poussée qui sont créés par le même effet magnétique entre le corps mobile et le corps fixe. Ainsi, l’arrangement de ces deux corps peut être choisi de sorte à minimiser leur contact mécanique donc l’usure. Par exemple, les éléments détaillés ci-dessus du corps fixe et du corps mobile présentent un contact minimal nécessaire pour assurer le mouvement de l’un des corps par rapport à l’autre. Ainsi, ces éléments fonctionnent sensiblement sans friction et sans usure mécanique prématurée. Cela garantit donc la fiabilité à l’usage du bouton et rallonge considérablement sa durée de vie même lorsque des pièces en plastique sont utilisées. De plus, ces éléments sont en nombre limité ce qui permet de les disposer facilement au sein des corps correspondants. Cela fait alors le montage du bouton particulièrement simple et diminue les risques de blocage et de décalage de différentes pièces entre elles. Selon certains modes de réalisation de l’invention l’élément magnétique définit au moins un cran central et deux crans périphériques et une position stable en translation étant définie lorsque la dent de crantage est disposée en regard du cran central. Grâce à ces caractéristiques, l’élément magnétique a trois alternances magnétiques et la dent de crantage ont préférentiellement une aimantation qui permet une attraction avec le cran central de l’élément magnétique. Cela crée par conséquent une position stable centrée au milieu de la course du bouton poussoir qui dispose intrinsèquement d’un retour à cette position stable par rappel magnétique sans contact. L’intérêt de cet arrangement magnétique est d’éviter l’usure et l’usage, dans les deux sens de translation, de tout élément élastique pour assurer un effort de rappel. Selon certains modes de réalisation de l’invention l’alternance magnétique de l’élément magnétique définit un pas de crantage. Grâce à ces caractéristiques, la position stable est positionnée sur le cran central de et le profil de force du push démarre sensiblement à 0 N sans pré-charge (cible pour un profil de force à sensation tactile améliorée). Selon certains modes de réalisation de l’invention la surface de la dent de crantage présente une étendue inférieure ou égale au pas de crantage de l’élément magnétique. Grâce à ces caractéristiques, l’alternance magnétique de l’élément magnétique correspond à la taille de la dent de crantage et définit la course en translation du bouton poussoir. Cette course en translation est par exemple supérieure ou égale à 0,3 mm. Muni de ces caractéristiques, le nombre de dents peut ainsi être augmenté jusqu’à atteindre le nombre d’alternances magnétiques de 41. Cela permet alors d’optimiser l’effort de crantage ou du push. Selon certains modes de réalisation de l’invention, présentant un profil de détection d’activation du bouton en fonction des mesures générées par le détecteur magnétique ; ledit profil de détection comprenant une détection d’activation du bouton avec un décalage par rapport à un pic de l’effort de poussée créé par coopération magnétique de l’élément magnétique avec la dent de crantage. Ces caractéristiques permettent d’assurer une sensation tactile améliorée. En particulier, dans un tel cas, on cherche à générer une sensation tactile qui a pour fonction principale de garantir que la détection d’activation est assurée après le passage d’un pic d’effort (effort de poussée). Cela correspond à une sensation tactile habituellement ressentie par l’utilisateur lors de l’activation d’un bouton poussoir conventionnel. Selon certains modes de réalisation de l’invention ledit décalage dans le profil de détection est atteint par un décalage le long de l’axe de mouvement du détecteur magnétique et de la dent de crantage. Grâce à ces caractéristiques, le décalage entre le pic de l’effort de poussée et la détection de l’activation du bouton peut être atteint de manière particulièrement simple. En effet, le détecteur magnétique peut être simplement légèrement décalé le long de l’axe de mouvement par rapport à la dent de crantage ce qui assure une détection légèrement décalée par rapport au pic de l’effort de poussée. Selon certains modes de réalisation de l’invention le deuxième corps comprend une pluralité de dents de crantage et/ou une pluralité de détecteurs réparties de manière équidistante selon l’axe de mouvement et/ou autour de l’axe de mouvement. Grâce à ces caractéristiques, l’augmentation du nombre de dents de crantage permet d’augmenter l’effort de poussée souhaité. Cette augmentation peut être faite simultanément avec l’augmentation de la superficie en regard de l’élément magnétique ou alors avec l’augmentation du nombre de différentes parties de l’élément magnétique. Selon certains modes de réalisation de l’invention le ou chaque dent de crantage et/ou l’élément magnétique est (sont) monté(e)(s) sur un support magnétique ou ferromagnétique. Ces caractéristiques permettent d’éviter les fuites de champs et les émissions parasites externes, sans augmenter la taille de l’élément correspondant. Par conséquent, ces caractéristiques permettent d’optimiser l’effort de crantage ou du push. Selon certains modes de réalisation, le premier corps est le corps mobile et le deuxième corps est le corps fixe. Dans un tel cas, le détecteur magnétique et la dent de crantage restent fixes. Cela est avantageux dans la mesure où le câble électrique issu notamment du détecteur magnétique reste fixe par rapport au corps du bouton. Cela évite un câblage compliqué qui est généralement coûteux et présente des risques d’usure et de coupure du signal. Selon certains modes de réalisation de l’invention, une butée de course pour chaque fin de course lors du mouvement le long de l’axe de mouvement. Chaque butée peut être de nature mécanique (i.e. contact mécanique) ou alors magnétique. Dans ce dernier cas, une telle butée peut comprendre des aimants en répulsion en fin de course. Selon certains modes de réalisation de l’invention comprenant en outre une surface destinée à être orientée vers un opérateur ; ladite surface comprenant au moins un élément fonctionnel choisi dans la liste comprenant : - un élément de retour visuel ; - un capteur de présence ; - un actionneur haptique. Grâce à ces caractéristiques, il est possible d’assurer un certain nombre de fonctionnalités supplémentaires du bouton. Par exemple, il est possible de mettre en œuvre un retour visuel indiquant par exemple à l’opérateur l’état courant de la fonction associée au bouton (activée ou désactivée) ou toute autre information utile, telle que par exemple la fonction affectée au bouton. Grâce au capteur de présence il est possible par exemple d’activer des fonctions complémentaires du bouton en détectant la position des doigts sur le bouton. Par exemple, les fonctionnalités du bouton peuvent différer en fonction du nombre de doigts posés sur le bouton. Grâce à un actionneur haptique il est possible d’améliorer le ressenti haptique par l’utilisateur. Selon certains modes de réalisation de l’invention comprenant en outre un contrôleur d’effort complémentaire comprenant une bobine électromagnétique solidaire de l’un des corps et configurée pour agir sur la ou chaque dent de crantage et/ou sur l’élément magnétique et/ou sur un support ferromagnétique ou magnétique. Grâce à ces caractéristiques, il est possible d’augmenter l’effort de poussée ressenti par l’opérateur. Selon certains modes de réalisation de l’invention, le bouton comprend en outre un switch électromécanique ou opto-mécanique supplémentaire placé au centre du deuxième corps et configuré pour être activé par une tige solidaire du premier corps. Grâce à ces caractéristiques, il est possible d’augmenter le niveau de sécurité du dispositif grâce au switch formant un détecteur de technologie différente en comparaison avec le détecteur magnétique. Un tel détecteur peut par exemple former un détecteur dit à « contact sec » (i.e. à contact de nature mécanique) ou encore, un détecteur optique. DESCRIPTION DES FIGURES Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d’exemple et non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la est une vue schématique en perspective d’un bouton poussoir selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la est une vue en perspective éclatée du bouton de la ; la présente une vue en coupe selon le plan III de la ; la est une vue en perspective des éléments internes fonctionnels du corps fixe et du corps mobile de la , lesdits éléments comprenant notamment un élément magnétique ; la est un diagramme de rayonnement magnétique selon différents exemples d’arrangement interne de l’élément magnétique de la ; la est une vue analogue à celle de la , le bouton poussoir étant selon un autre exemple de réalisation ; la est une vue de dessus du bouton poussoir de la . la est une vue analogue à celle de la , le bouton poussoir étant selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue en coupe longitudinale du bouton poussoir de la et en coupe transversale selon les flèches E-E sur cette même figure ; et la est une vue en coupe d’un bouton poussoir selon le deuxième mode de réalisation de l’invention selon un exemple différent de celui de la . Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) comprenant un corps fixe et un corps mobile par rapport au corps fixe selon un axe de mouvement (X) ; l’un des corps, dit premier corps (21), comprenant : - un élément magnétique (41) s’étendant selon l’axe de mouvement (X) et définissant une alternance magnétique selon cet axe de mouvement ; l’autre corps, dit deuxième corps (22), comprenant : - une dent de crantage (42 ; 142A, 142B) en matériau ferromagnétique ou magnétique disposée en regard de l’élément magnétique (41) pour créer un effort de poussée par coopération magnétique avec l’élément magnétique (41), lors d’un mouvement du corps mobile (21) selon l’axe de mouvement (X) ; - un détecteur magnétique (43 ; 143C, 143D) disposé en regard de l’élément magnétique (41) et configuré pour générer des mesures quantifiant chaque mouvement du corps mobile selon l’axe de mouvement (X). Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) selon la revendication 1, dans lequel : - l’élément magnétique (41) définit au moins un cran central et deux crans périphériques ; - une position stable en translation étant définie lorsque la dent de crantage (42 ; 142A, 142B) est disposée en regard du cran central. Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’alternance magnétique de l’élément magnétique (41) définit un pas de crantage. Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) selon la revendication 3, dans laquelle la surface de la dent de crantage (42 ; 142A, 142B) présente une étendue inférieure ou égale au pas de crantage de l’élément magnétique (41). Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) selon l’une quelconque des revendications précédentes, présentant un profil de détection d’activation du bouton en fonction des mesures générées par le détecteur magnétique (43 ; 143C, 143D) ; ledit profil de détection comprenant une détection d’activation du bouton avec un décalage par rapport à un pic de l’effort de poussée créé par coopération magnétique de l’élément magnétique (41) avec la dent de crantage (42 ; 142A, 142B). Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) selon la revendication 5, dans lequel ledit décalage dans le profil de détection est atteint par un décalage le long de l’axe de mouvement (X) du détecteur magnétique (43 ; 143C, 143D) et de la dent de crantage (42). Bouton poussoir magnétique (110) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième corps (22) comprend une pluralité de dents de crantage (142A, 142B) et/ou une pluralité de détecteurs magnétiques (143C, 143D) réparties de manière équidistante selon l’axe de mouvement (X) et/ou autour de l’axe de mouvement (X). Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou chaque dent de crantage (42 ; 142A, 142B) et/ou l’élément magnétique (41) est (sont) monté(e)(s) sur un support (36, 37 ; 136, 137) magnétique ou ferromagnétique. Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier corps (21) est le corps mobile et le deuxième corps (22) est le corps fixe. Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une butée de course pour chaque fin de course lors du mouvement le long de l’axe de mouvement (X). Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une surface (35) destinée à être orientée vers un opérateur ; ladite surface (35) comprenant au moins un élément fonctionnel (90) choisi dans la liste comprenant : - un élément de retour visuel ; - un capteur de présence ; - un actionneur haptique. Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un contrôleur d’effort (60) complémentaire comprenant une bobine électromagnétique (62) solidaire de l’un des corps (21, 22) et configurée pour agir sur la ou chaque dent de crantage (42) et/ou sur l’élément magnétique (41) et/ou sur un support ferromagnétique ou magnétique (36, 37). Bouton poussoir magnétique (10 ; 110) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un switch (194) électromécanique ou opto-mécanique supplémentaire placé au centre du deuxième corps (22) et configuré pour être activé par une tige (195) solidaire du premier corps (21).