MICRO-ACTIONNEUR A SOLENOÏDE A RETRACTION MAGNETIQUE

Abstract

 Micro-actionneur (100) magnétique comportant une bobine (6; 61; 62) commandant le déplacement axial d'un coulisseau (30) comportant au moins un aimant permanent (2) jointif ou aligné avec un arbre arrière (42) ferromagnétique ou magnétisé et guidant les lignes de champ du champ magnétique de révolution selon la direction axiale (D) au travers de la bobine (6; 61; 62) dans laquelle circule le coulisseau (30), jusqu'à une extrémité arrière (43) dudit arbre arrière (42) qui tend à coopérer par attraction magnétique avec au moins un premier élément de restauration ferromagnétique (8), situé au voisinage d'une face arrière (25) de la structure (20) du micro-actionneur (100), pour rappeler ledit coulisseau (30) dans une position de fin de course arrière quand aucune bobine (6; 61; 62) n'est alimentée.

Description

Domaine de l'invention

[0001] L'invention concerne un micro-actionneur magnétique comportant au moins une structure renfermant au moins une bobine agencée pour exercer, dans une position alimentée, un effort de poussée axial sur un coulisseau, que comporte ledit micro-actionneur, selon une direction axiale dans un premier sens, jusqu'à une position de fin de course avant correspondant à un appui de butée entre une première surface d'appui de ladite structure et une première surface de butée dudit coulisseau dans laquelle position de fin de course avant un arbre avant, que comporte ledit coulisseau, est saillant hors d'une face avant de ladite structure, et, quand aucune dite bobine n'est alimentée ledit coulisseau est mobile selon ladite direction axiale dans un deuxième sens opposé audit premier sens, et est rappelé par des moyens purement magnétiques vers une position de fin de course arrière correspondant à un appui de butée entre une deuxième surface d'appui de ladite structure et une deuxième surface de butée dudit coulisseau.

[0002] L'invention concerne encore un circuit imprimé comportant au moins un tel micro-actionneur.

[0003] L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel micro-actionneur et/ou au moins un tel circuit imprimé.

[0004] L'invention concerne le domaine des systèmes d'actionnement micro-mécaniques, en particulier pour le domaine de l'horlogerie.

Arrière-plan de l'invention

[0005] Les actionneurs à solénoïde classiques sont souvent mal adaptés à la micro-mécanique, et notamment à la construction horlogère. En effet, ils doivent répondre aux contraintes de temps d'actionnement et de retour, ainsi qu'aux très petites dimensions exigées par les applications notamment horlogères.

[0006] L'emploi de ressorts de rappel pénalise l'encombrement du micro-actionneur, et ne garantit pas une tenue optimale dans la durée.

Résumé de l'invention

[0007] Le but est de développer un micro-actionneur capable d'appliquer une force de freinage mécanique maîtrisée, en particulier pour des applications de micro-mécanique et notamment horlogères.

[0008] Une application particulièrement intéressante concerne le freinage, qui, en micro-mécanique et notamment en horlogerie, nécessite un temps de réaction extrêmement court, ainsi qu'un temps de retour en position de repos extrêmement court également.

[0009] Il s'agit donc de perfectionner un actionneur à solénoïde classique, de façon à répondre aux contraintes de temps d'actionnement et de retour, ainsi qu'aux très petites dimensions exigées par les applications notamment horlogères.

[0010] A cet effet, l'invention concerne un micro-actionneur magnétique selon la revendication 1.

[0011] L'invention concerne encore un circuit imprimé comportant au moins un tel micro-actionneur.

[0012] L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel micro-actionneur et/ou au moins un tel circuit imprimé.

Description sommaire des dessins

[0013] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où :

• la figure 1 représente, de façon schématisée et en perspective un micro-actionneur selon l'invention, comportant une structure en bloc, ici composée non limitativement d'un boîtier avant et d'un boîtier arrière, laquelle entoure une bobine formant un stator, dans laquelle est mobile un coulisseau, qui comporte un aimant permanent et un arbre, le micro-actionneur comporte encore un premier élément de restauration ferromagnétique, ici sous la forme particulière d'un anneau ferromagnétique doux, fixé à l'arrière du boîtier arrière, du côté opposé au boîtier avant qui comporte une ouverture par laquelle peut saillir le coulisseau;
• la figure 2 représente, de façon schématisée et en perspective éclatée, le micro-actionneur de la figure 1 ;
• la figure 3 représente, de façon schématisée et en coupe selon le plan P passant par l'axe AA de la figure 1, le micro-actionneur de la figure 1, dans une première variante où le coulisseau comporte un arbre avant et un arbre arrière non magnétiques ou ferromagnétiques doux, et est en position actionnée;
• la figure 4 représente, de façon similaire à la figure 3, une deuxième variante où le coulisseau comporte un arbre monobloc en aimant permanent, et est en position rétractée;
• la figure 5 est un diagramme de champ issu d'une simulation par éléments finis, du champ magnétique pour le micro-actionneur de la figure 3; les lignes de champ de l'aimant permanent sont guidées à travers l'arbre avant et l'arbre arrière du coulisseau; la bobine alimentée en courant entraîne le coulisseau, comportant l'arbre avant, l'arbre arrière, et l'aimant, dans un sens Z positif; quand le courant dans la bobine est coupé, l'élément de restauration ferromagnétique, notamment l'anneau ferromagnétique doux, produit une force en sens inverse, qui agit sur le coulisseau et le ramène à sa position initiale; la course de déplacement est indiquée par des traits interrompus;
• la figure 6 est un diagramme illustrant, pour le micro-actionneur de la figure 3, la variation de la force, représentée en ordonnée, agissant sur le coulisseau lorsqu'il est déplacé le long de l'axe Z, selon la direction AA, en fonction du déplacement D représenté en abscisse; le trait continu illustre la variation de la force positive exercée par la bobine lorsqu'elle est traversée par un courant; le trait discontinu illustre la variation de la force de rappel imposée par l'élément de restauration ferromagnétique;
• la figure 7 est un diagramme illustrant, pour le micro-actionneur de la figure 3, et pour le profil de force illustré par la figure 6, d'une part en trait interrompu la variation du déplacement du coulisseau, le long de l'axe Z, selon la direction AA, en fonction du temps t représenté en abscisse, et d'autre part en trait continu la variation de la vitesse du coulisseau en fonction du temps t;
• la figure 8 est un autre diagramme illustrant, pour le micro-actionneur de la figure 3, et pour le profil de force illustré par la figure 6, d'une part en trait interrompu la variation du déplacement du coulisseau, le long de l'axe Z, selon la direction AA, en fonction du temps t représenté en abscisse, et d'autre part en trait continu la variation de la force en fonction du temps t;
• la figure 9 est, de façon similaire à la figure 5, un diagramme de champ issu d'une simulation par éléments finis, du champ magnétique généré par un aimant toroïdal permanent faisant corps avec l'arbre, lequel comporte à ses extrémités des extensions d'aimant permanent; cette simulation par éléments finis concerne le coulisseau seul, et n'inclut pas la bobine ou l'anneau ferromagnétique arrière;
• la figure 10 représente, de façon schématisée, partielle, et en coupe passant par l'axe du coulisseau, un coulisseau entouré de deux bobines, qui, selon leur alimentation en courant, permettent d'établir autour du coulisseau des champs magnétiques de sens contraire ou de même sens;
• la figure 11 représente, de façon schématisée, partielle, et en coupe passant par l'axe du coulisseau, un coulisseau sur un seul côté duquel sont agencées deux bobines, dans une situation instantanée d'alimentation en courant où ces deux bobines créent des champs magnétiques d'effet complémentaire, et de même sens;
• la figure 12 représente, de façon schématisée, partielle, et en coupe passant par l'axe du coulisseau, de façon analogue à la figure 3, un micro-actionneur comportant un deuxième élément de restauration ferromagnétique, en partie avant de la structure, à l'opposé du premier élément de restauration ferromagnétique, et qui est agencé pour coopérer avec l'extrémité avant de l'arbre avant pour son rappel;
• la figure 13 représente, de façon analogue à la figure 12, un micro-actionneur de construction sensiblement symétrique, comportant une bobine de chaque côté de l'aimant permanent que porte le coulisseau;
• la figure 14 est un détail de la partie arrière d'un micro-actionneur selon l'invention, dans lequel le premier élément de restauration ferromagnétique est un élément plein;
• la figure 15 est un détail de la partie arrière d'un autre micro-actionneur selon l'invention, dans lequel le premier élément de restauration ferromagnétique comporte deux anneaux ferromagnétiques de diamètres différents et sensiblement coplanaires;
• la figure 16 représente, de façon schématisée et en perspective d'un micro-actionneur selon l'invention, comportant une juxtaposition de structures renfermant chacune un coulisseau et la ou les bobines associées, dans un agencement où la saillie de différents coulisseaux correspond à un codage matriciel ;
• la figure 17 est un schéma-blocs représentant un micro-mécanisme, notamment une montre, comportant un premier micro-actionneur selon l'invention, faisant partie d'un circuit imprimé, et dont le coulisseau est agencé pour actionner un composant d'un autre mécanisme tel qu'un mouvement d'horlogerie, et un deuxième micro-actionneur selon l'invention dont le coulisseau est agencé pour stimuler l'épiderme d'un utilisateur en saillant hors du boîtier de ce micro-mécanisme.

Description détaillée des modes de réalisation préférés

[0014] La présente invention décrit un micro-actionneur électromagnétique à solénoïde linéaire, ou micro-actionneur à plongeur, qui utilise un élément magnétique pour rétracter l'armature, dite aussi noyau plongeur, et dénommée ici le coulisseau. Le but est de réaliser un élément de freinage mécanique miniature avec le moins de pièces possible et sans élément de ressort mécanique.

[0015] Les actionneurs à solénoïde sont bien connus dans le domaine de la mécanique générale, notamment pour la commande de mécanismes. La plupart comportent un ressort de rappel du coulisseau, ce qui limite leurs performances en particulier quand à la durée d'un cycle de fonctionnement. Ils sont difficilement miniaturisables, et ne sont pas utilisés pour l'équipement de la personne.

[0016] Le but est de développer un micro-actionneur capable d'appliquer une force de freinage mécanique maîtrisée, en particulier pour des applications de micro-mécanique et notamment horlogères.

[0017] Une application particulièrement intéressante concerne le freinage, qui, en micro-mécanique et notamment en horlogerie, nécessite un temps de réaction extrêmement court, ainsi qu'un temps de retour en position de repos extrêmement court également.

[0018] Il s'agit donc de perfectionner un actionneur à solénoïde classique, de façon à répondre aux contraintes de temps d'actionnement et de retour, ainsi qu'aux très petites dimensions exigées par les applications notamment horlogères.

[0019] Le dispositif micro-actionneur 100 selon l'invention est illustré par les figures 1 et 2. Il forme une structure en bloc, ici non limitativement composée d'un boîtier avant 10 et d'un boîtier arrière 12. Ce boîtier arrière 12 entoure une bobine 6, qui forme le stator, et un coulisseau, qui comporte au moins un aimant permanent 2 et un arbre 4. Cet arbre 4 peut être monobloc, ou divisé en plusieurs parties alignées, par exemple un arbre avant 41 et un arbre arrière 42 de part et d'autre de l'aimant permanent 2 tel que visible sur la figure 3. Un premier élément de restauration ferromagnétique 8, notamment mais non limitativement un anneau ferromagnétique doux, est fixé à l'arrière du boîtier arrière 12, du côté opposé au boîtier avant 10. L'ensemble dispositif micro-actionneur 100 est ici maintenu assemblé, de façon non limitative, par deux goupilles 14.

[0020] Le micro-actionneur 100 fonctionne de manière similaire à un actionneur à solénoïde. Lorsqu'un courant électrique est appliqué à la bobine 6, une force est générée qui repousse l'aimant 2 et pousse l'arbre 4 vers l'avant, dans un sens Z positif, vers le boîtier avant 10. Le déplacement maximal est déterminé en fin de course par une butée de fin de course, par exemple le contact de l'aimant 2 avec le boîtier avant 10. Si le courant est inversé, le coulisseau est rétracté à la position initiale définie par le point de contact entre le coulisseau et le stator (bobine 6).

[0021] Dans certaines applications, il est avantageux d'appliquer un courant dans un seul sens (entraînement unipolaire). Dans ce cas, deux options pour le retour du coulisseau peuvent être envisagées : pour le cas général où le micro-actionneur 100 est destiné à fonctionner dans plusieurs orientations, comme dans le cas d'une montre, on peut utiliser un au moins un premier élément ferromagnétique 8, représenté par un anneau sur les figures 1 à 4; cet élément ferromagnétique 8 peut également être un bloc ou un disque. Dans un cas très particulier, notamment statique, où le micro-actionneur 100 est positionné de telle sorte que le coulisseau 30 se déplace toujours vers le haut selon une direction verticale, la force de rappel nécessaire peut être fournie par le poids du coulisseau 30 qui est rappelé vers le bas par le champ de gravité. Cette disposition n'est guère utilisable que pour des installations statiques, comme des horloges. Dans le cas général, un effort de rappel doit être généré pour assurer le recul du coulisseau vers une position de repos.

[0022] Les figures 3 et 4 sont des coupes transversales de tels micro-actionneurs 100 de constitution différente, la figure 3 illustre l'état déployé (actionné) d'un coulisseau 30 comportant un arbre avant 41 et un arbre arrière 42 tous deux ferromagnétiques, et la figure 4 illustre la position rétractée (arrêt) d'un coulisseau 30 avec un arbre unique 4 monobloc unissant l'arbre avant 41 et l'arbre arrière 42 et formant un aimant permanent.

[0023] Dans une variante telle que la figure 3 avec un arbre avant 41 et un arbre arrière 42, il est essentiel que l'arbre arrière 42 soit ferromagnétique afin de garantir les forces d'actionnement et de rétraction nécessaires. L'arbre avant 41 peut quant à lui être ferromagnétique ou non magnétique. L'arbre avant 41 est plus particulièrement destiné à établir un contact physique avec un objet-cible, généralement placé à moins de 0,5 mm du micro-actionneur 100.

[0024] Cet objet-cible peut consister en un élément d'un mécanisme, notamment d'un mécanisme d'affichage, ou d'un oscillateur, par exemple un balancier, ou bien en l'épiderme d'un utilisateur pour un dispositif de rétroaction haptique, ou autre.

[0025] La plage de déplacement, et donc la position de la cible, peut naturellement être ajustée en fonction de l'application. Il faut veiller à ce que, même avec une course plus longue, les forces d'actionnement et de rappel soient correctement ajustées.

[0026] Dans une variante comme celle de la figure 4, l'arbre 4 et l'aimant 2 constituent un élément monobloc. Là encore, la partie avant formant l'arbre avant 41 de l'arbre 4 peut être amagnétique, mais il est avantageux que la partie arrière formant l'arbre arrière 42 de l'arbre 4 soit constituée du matériau magnétisé.

[0027] La figure 5 illustre l'aspect des lignes de champ magnétique pour la variante avec un arbre avant 41 et un arbre arrière 42 ferromagnétiques doux du micro-actionneur 100 de la figure 3, avec un aimant 2 cylindrique et un premier élément de restauration ferromagnétique 8 annulaire. Cette figure 5 est le résultat d'une simulation par éléments finis avec symétrie radiale. L'arbre arrière 42 guide les lignes de champ de l'aimant 2 vers la bobine 6 et vers le premier élément de restauration 8. Les lignes de champ de l'aimant permanent 2 sont guidées à travers l'arbre avant 41 et l'arbre arrière 42. La bobine 6 entraîne le coulisseau 30 dans le sens Z positif. Si le courant dans la bobine est coupé, le premier élément de restauration ferromagnétique 8, notamment un anneau ferromagnétique doux, produit une force en sens inverse, qui agit sur le coulisseau 30 et le ramène à sa position initiale. La course de déplacement δ est indiquée par des traits interrompus ; dans cet exemple la course de déplacement est de 0,5 mm.

[0028] La simulation par éléments finis est utilisée pour obtenir la force en fonction du déplacement pour les cas de bobine 6 hors tension (0 V) et de bobine 6 sous tension (2,5 V). Les forces calculées sont illustrées dans le graphique de la figure 6. Cette figure 6 illustre, pour le micro-actionneur de la figure 3, la variation de la force, représentée en ordonnée, agissant sur le coulisseau 30 lorsqu'il est déplacé le long de l'axe Z, selon la direction AA, en fonction du déplacement D représenté en abscisse; le trait continu illustre la variation de la force positive exercée par la bobine 6 lorsqu'elle est traversée par un courant; le trait discontinu illustre la variation de la force de rappel imposée par l'anneau ferromagnétique 8.

[0029] Lorsque le courant est coupé, selon la courbe en trait interrompu, la force est négative (rétraction) et diminue lorsque le coulisseau 30 s'avance. Il est important de noter que même à l'extension maximale, la force reste à la fois suffisante pour restaurer et rétracter le coulisseau 30, et dans cette configuration est de l'ordre de moins 0,1 mN. La force nécessaire est définie par le frottement statique entre le coulisseau 30 et le stator, défini par les points de contact entre les arbres et l'enveloppe tels qu'ils sont décrits en détail ci-dessous, et la force de gravitation. Le profil de force pour l'état de marche, selon la courbe en trait plein, est positif, voisin de 0,5 mN. La force de mise en marche reste élevée et augmente même de plus de 20 % lorsque le coulisseau 30 glisse vers l'avant. C'est le résultat de la présence, à l'arrière, de l'arbre arrière 42 ferromagnétique doux, qui assure qu'un champ important et un gradient de champ important, générés par l'aimant 2, se combinent avec la bobine 6.

[0030] Pour obtenir la dynamique à partir des forces calculées, l'équation différentielle d'un tel système est intégrée sur l'échelle de temps désirée. Les résultats sont illustrés dans les figures 7 et 8.

[0031] Les tracés sont générés pour un coulisseau 30 de masse 0,015 g et une impulsion d'actionnement de 2,5 V durant 4 ms, et correspondent au profil de force illustré par la figure 6 commentée plus haut. Le déplacement maximal est fixé à 0,3 mm. Cela correspond à un impact avec un objet par l'arbre avant 41, car le dispositif lui-même a un déplacement maximal possible de δ=0,5 mm. Tel que visible sur la figure 7, lors de l'impact, il y a un rebondissement après une petite indentation. Les graphiques indiquent que l'arbre 4 atteint sa cible après environ 5 ms à une vitesse de 120 mm/s. La vitesse d'impact et la masse du mobile définissent la force de contact, et le rebond définit une quantité de mouvement. Lorsque l'alimentation de la bobine 6 est arrêtée, même avant l'impact, le coulisseau 30 revient en position de repos en 5 ms. Le retour est assuré par l'anneau ferromagnétique 8, mais aussi par le rebond, qui peut se produire lors du contact. Le rebond est bénéfique car il évite le frottement statique, qui pourrait empêcher le retour du coulisseau 30.

[0032] La figure 8 illustre le déplacement et la force en fonction du temps. Il est clairement visible qu'une fois le courant d'actionnement de la bobine 6 coupé, le coulisseau 30 commence à ralentir car la force est négative. Cependant, le point d'impact est toujours atteint. Comme il y a une force de rappel, le coulisseau 30 revient à sa position de départ et rebondit éventuellement plusieurs fois en fonction de l'amortissement au point de contact. Il est important qu'une fois à l'arrêt, le coulisseau 30 soit toujours fermement maintenu en place par la force de maintien exercée entre le premier élément de restauration ferromagnétique 8 et le coulisseau 30. Dans cet exemple, la force de maintien est d'environ 0,5 mN, ce qui est suffisant pour maintenir une position de repos stable même en cas de petites vibrations et de chocs.

[0033] La figure 9 illustre le champ magnétique généré par un coulisseau 30 entièrement constitué d'un aimant permanent, qui comporte des extensions d'aimant permanent aux deux extrémités de l'arbre. Dans cette configuration, les arbres et l'aimant sont d'une seule pièce. L'ombrage illustre les zones B_z positives (blanc) et négatives (gris). Les lignes de champ sont très similaires à celles obtenues avec le coulisseau 30 composite aimant-arbre ferromagnétique.

[0034] Les frictions sont un facteur limitant. Le frottement est une préoccupation et la conception doit garantir que le glissement de l'arbre soit efficace. Il convient de de minimiser le frottement avec un arbre avant 41 et un arbre arrière 42 parfaitement alignés, maintenus en position par les ouvertures de guidage ménagées dans les boîtiers 10 et 12. Le frottement entre les matériaux composant l'arbre et l'enveloppe doit être minimal en assortissant des matériaux à faible coefficient de frottement ou en ajoutant des revêtements de lubrification. Une autre solution plus coûteuse, conforme aux traditions horlogères, consiste à faire correspondre des pierres (rubis) avec un arbre métallique ou céramique. Un jeu suffisant entre le diamètre extérieur de l'arbre et le diamètre intérieur de la bobine permet d'assurer qu'aucun contact ne soit établi entre l'arbre et la bobine. Il en est de même en ce qui concerne le jeu entre l'arbre et la structure 20 du micro-actionneur, et entre le diamètre extérieur de l'aimant 2 et la cavité de la structure 20, de sorte que l'aimant 2 ne touche pas cette structure 20. Naturellement le calcul de chaque jeu tient compte de la plage totale des températures de service de l'appareil.

[0035] La communication d'informations à un utilisateur fait généralement appel aux sens de la vue et de l'ouïe. Les autres sens classiques, odorat, goût, et toucher sont en revanche peu utilisés. La rétroaction haptique est actuellement un domaine de recherche actif, avec de nombreuses variantes.

[0036] Ainsi un tel micro-actionneur est utilisable pour d'autres applications, notamment dans le domaine de l'haptique de rétroaction comme un affichage en braille, pour une lecture à tact. Des codages de texte à l'usage des aveugles par des caractères en relief saillant ou rentrant ont été développés dès le XIVème siècle, par Zayn Ud Dîn AI Alidî, puis au XVIIème siècle par Francesco Lana de Terzi, et au XVIIIème siècle par Valentin Haüy, fondateur de la première école destinée aux aveugles. Les codes de lecture ont été perfectionnés au XIXème siècle par Charles Barbier de la Serre, pour une application militaire d'écriture ou lecture nocturne, puis par Louis Braille, dont le code est devenu universel. Abraham-Louis Breguet a réalisé, également au XVIIIème siècle, des montres à tact, comportant des picots saillants, pour permettre la lecture de l'heure dans l'obscurité.

[0037] L'utilisation du sens du toucher est actuellement un domaine de recherche actif avec de nombreuses variantes. En particulier on tend à distinguer la perception cutanée au niveau de l'épiderme, et la perception dite haptique qui s'intéresse à la combinaison des informations fournies par le système nerveux et musculaire de l'individu avec les informations propres à cette perception cutanée locale, et qui permet de définir plus largement un objet, ses mouvements, ou ses déformations. Cette perception haptique peut aussi être combinée avec des informations fournies par d'autres sens de l'individu, comme la perception de la température par exemple.

[0038] Le micro-actionneur selon l'invention permet de faciliter la lecture à tact, en raison de ses petites dimensions. Il permet, en particulier, de répéter un même signal avec une fréquence particulière, en effet certaines fréquences augmentent la stimulation pour des applications tactiles, ce qui permet aussi de réduire la force d'impact nécessaire.

[0039] Ce micro-actionneur est encore utilisable dans l'électronique portable, notamment pour l'équipement de la personne, comme système de signalisation mécanique, par exemple pour exercer une pression ou une percussion sur un membre pour indiquer une notification, une alarme, un appel téléphonique ou l'arrivée d'un message, le franchissement d'un seuil particulier d'une grandeur physique comme un taux de radio-activité, ou autre.

[0040] De façon plus particulière, et tel qu'illustré par les figures, l'invention concerne ainsi un micro-actionneur 100 magnétique comportant au moins une structure 20 renfermant au moins une bobine 6, 61, 62.

[0041] Cette bobine 6, 61, 62, est agencée pour exercer, dans une position alimentée, un effort de poussée axial sur un coulisseau 30, que comporte le micro-actionneur 100, selon une direction axiale D dans un premier sens, jusqu'à une position de fin de course avant correspondant à un appui de butée entre une première surface d'appui 21 de la structure 20 et une première surface de butée 31 du coulisseau 30.

[0042] Dans cette position de fin de course avant, un arbre avant 41, que comporte le coulisseau 30, est saillant hors d'une face avant 24 de la structure 20.

[0043] Et, quand aucune bobine 6, 61, 62, n'est alimentée le coulisseau 30 est mobile selon la direction axiale D dans un deuxième sens opposé au premier sens, et est rappelé par des moyens purement magnétiques vers une position de fin de course arrière correspondant à un appui de butée entre une deuxième surface d'appui 22 de la structure 20 et une deuxième surface de butée 32 du coulisseau 30.

[0044] Selon l'invention, le coulisseau 30 comporte au moins un aimant permanent 2 jointif avec un arbre arrière 42 aligné avec l'arbre avant 41, ou constituant au moins une partie de l'arbre arrière 42. Cet au moins un aimant permanent 2 génère un champ magnétique de révolution autour de la direction axiale D.

[0045] L'arbre arrière 42 est ferromagnétique ou magnétisé, et est agencé pour guider les lignes de champ du champ magnétique de révolution sensiblement selon la direction axiale D au travers de cette au moins une bobine 6, 61, 62, dans laquelle circule le coulisseau 30, jusqu'à une extrémité arrière 43 de l'arbre arrière 42 qui tend à coopérer par attraction magnétique avec au moins un premier élément de restauration ferromagnétique 8.

[0046] Ce premier élément de restauration ferromagnétique 8 est situé au voisinage d'une face arrière 25 de la structure 20, à l'opposé de la face avant 24, et est agencé pour coopérer avec le champ magnétique créé par l'aimant permanent 2, pour rappeler le coulisseau 30 dans sa position de fin de course arrière quand aucune bobine 6, 61, 62, n'est alimentée.

[0047] Plus particulièrement, cet au moins un aimant permanent 2 est intercalé entre l'arbre avant 41 et un arbre arrière 42 aligné avec l'arbre avant 41.

[0048] Plus particulièrement, cet au moins un aimant permanent 2 est monobloc avec l'arbre avant 41 et/ou avec l'arbre arrière 42.

[0049] Plus particulièrement, cet au moins un aimant permanent 2 comporte la première surface de butée 31 du coulisseau 30 et/ou la deuxième surface de butée 32 du coulisseau 30. Plus particulièrement encore, cet au moins un aimant permanent 2 est saillant radialement par rapport au arbre avant 41 et/ou au arbre arrière 42, et forme une collerette portant la première surface de butée 31 et/ou la deuxième surface de butée 32 du coulisseau 30.

[0050] Plus particulièrement, au moins un premier élément de restauration ferromagnétique 8 est de révolution autour de la direction axiale D, et agencé pour entourer sans contact l'arbre arrière 42 lors de son recul en position de fin de course arrière.

[0051] Plus particulièrement, au moins un premier élément de restauration ferromagnétique 8 est de révolution autour de la direction axiale D, et comporte une surface de butée frontale, qui est agencée pour coopérer en appui de butée avec l'arbre arrière 42 lors de son recul en position de fin de course arrière.

[0052] Plus particulièrement, au moins un aimant permanent 2 est jointif avec l'arbre avant 41, ou constitue au moins une partie de l'arbre avant 41, cet au moins un aimant permanent 2 générant un champ magnétique de révolution autour de la direction axiale D ; cet arbre avant 41 est ferromagnétique ou magnétisé, et est agencé pour guider les lignes de champ du champ magnétique de révolution sensiblement selon la direction axiale D jusqu'à une extrémité avant 45 de l'arbre avant 41, qui tend à coopérer par attraction magnétique avec au moins un deuxième élément de restauration ferromagnétique 9, situé au voisinage de la face avant 24 de la structure 20, pour rappeler le coulisseau 30 dans sa position de fin de course arrière quand aucune bobine 6, 61, 62, n'est alimentée.

[0053] Plus particulièrement, la structure 20 comporte au moins une bobine 6, 61, 62, reliée à une alimentation de courant bidirectionnelle.

[0054] Plus particulièrement, la structure 20 renferme une pluralité de bobines 6, 61, 62. Le mode d'alimentation en courant de ces bobines peut permettre de créer des champs magnétiques de même sens selon la direction axiale D, ou bien de créer des champs magnétiques de sens contraires. C'est donc la polarisation de l'alimentation qui détermine le mode de fonctionnement.

[0055] Plus particulièrement, au moins deux bobines 6, 61, 62, sont de part et d'autre de cet au moins un aimant permanent 2 du coulisseau 30.

[0056] Plus particulièrement, au moins deux bobines 6, 61, 62, sont de part et d'autre de tous les aimants permanents 2 que comporte le coulisseau 30.

[0057] Plus particulièrement, le micro-actionneur 100 comporte une pluralité de structures 20, qui sont jointives par des faces latérales et forment ensemble un bloc 200 avec une matrice de coulisseaux 30 agencés pour saillir d'au moins un premier côté du bloc 200.

[0058] La course du coulisseau 30 dépend évidemment du dimensionnement du micro-actionneur 100. Pour des applications horlogères une course de l'ordre du millimètre, notamment inférieure ou égale à 1.0 mm, ou encore d'une fraction de millimètre, est compatible avec de nombreuses applications.

[0059] Plus particulièrement, dans une exécution non limitative, correspondant à une réalisation illustrée par les diagrammes des figures, le micro-actionneur 100 est un composant de montre et comporte au moins un coulisseau 30 avec une course inférieure ou égale à 0.5 mm, et qui est agencé pour donner une impulsion d'arrêt ou de réglage à un autre composant que comporte un résonateur, ou un mécanisme d'échappement, ou un mécanisme d'affichage, d'une montre. Parmi les applications horlogères avantageuses on peut citer le stop-secondes, le déclenchement ou l'arrêt d'un chronographe, le réglage de mise à l'heure, le réglage du calendrier, la percussion d'un timbre ou d'un gong dans un mécanisme de sonnerie, ou autre.

[0060] Plus particulièrement, le micro-actionneur 100 est un composant d'un appareil portable en contact avec la peau d'un utilisateur, et comporte au moins un coulisseau 30 qui est agencé pour donner au moins une impulsion par tact pour donner un signal d'avertissement à un utilisateur, et/ou pour transmettre au utilisateur une série d'impulsions codées.

[0061] Plus particulièrement, le micro-actionneur 100 comporte une pluralité de coulisseaux 30 agencés pour transmettre à l'utilisateur une série d'impulsions géométriquement distantes les unes des autres.

[0062] L'invention concerne encore un circuit imprimé 400 comportant au moins un tel micro-actionneur 100, sous forme d'un composant CMS brasé sur la plaque du circuit imprimé 400.

[0063] Plus particulièrement, le circuit imprimé 400 comporte au moins un circuit d'alimentation d'une bobine 6, 61, 62, d'un micro-actionneur 100. Plus particulièrement encore, le circuit imprimé 400 comporte un circuit d'alimentation pour chaque bobine 6, 61, 62, que comporte chaque micro-actionneur 100 que porte le circuit imprimé 400.

[0064] L'invention concerne encore une montre 1000 comportant au moins un tel micro-actionneur 100, et/ou au moins un tel circuit imprimé 400, et au moins une source d'énergie 600 pour alimenter en courant au moins une bobine 6, 61, 62, d'un micro-actionneur 100, et/ou au moins un mouvement 500 comportant au moins une source d'énergie 600 pour alimenter en courant au moins une bobine 6, 61, 62, d'un micro-actionneur 100.

[0065] En somme, l'invention décrit un actuateur électromagnétique qui peut être utilisé pour appliquer une force de freinage ou une rétroaction haptique. Il peut être mis en mouvement par une source de tension unipolaire puisque la force de rappel est assurée grâce à un premier élément de restauration ferromagnétique 8, tel que notamment un anneau en matériau ferromagnétique doux.

[0066] Le micro-actionneur selon l'invention présente ainsi plusieurs avantages.

[0067] En l'absence d'actionnement, la position rétractée est stable et bien définie. Cela garantit que le freinage n'est appliqué que pendant l'état "marche", même en cas de perturbation mécanique telle que des vibrations ou des chocs.

[0068] L'invention est avantageuse dans toute configuration nécessitant un retour extrêmement rapide du coulisseau plongeur.

[0069] Il n'est pas nécessaire d'appliquer une puissance pour maintenir la position rétractée.

[0070] La géométrie proposée est également intrinsèquement résistante aux chocs car le coulisseau 30 est fortement contraint avec une seule dimension de liberté.

[0071] Le dispositif proposé est très compact et ne comporte qu'un seul composant mobile. Aucun ressort est nécessaire.

[0072] Le micro-actionneur 100 peut être fabriqué comme un composant CMS pour une intégration facile sur un circuit imprimé standard, ce qui garantit une grande facilité d'implantation et un coût modéré.

Revendications

1. Micro-actionneur (100) magnétique comportant au moins une structure (20) renfermant au moins une bobine (6; 61; 62) agencée pour exercer, dans une position alimentée, un effort de poussée axial sur un coulisseau (30), que comporte ledit micro-actionneur (100), selon une direction axiale (D) dans un premier sens, jusqu'à une position de fin de course avant correspondant à un appui de butée entre une première surface d'appui (21) de ladite structure (20) et une première surface de butée (31) dudit coulisseau (30) dans laquelle position de fin de course avant un arbre avant (41), que comporte ledit coulisseau (30), est saillant hors d'une face avant (24) de ladite structure (20), et, quand aucune dite bobine (6; 61; 62) n'est alimentée ledit coulisseau (30) est mobile selon ladite direction axiale (D) dans un deuxième sens opposé audit premier sens, et est rappelé par des moyens purement magnétiques vers une position de fin de course arrière correspondant à un appui de butée entre une deuxième surface d'appui (22) de ladite structure (20) et une deuxième surface de butée (32) dudit coulisseau (30), caractérisé en ce que ledit coulisseau (30) comporte au moins un aimant permanent (2) jointif avec un arbre arrière (42) aligné avec ledit arbre avant (41), ou constituant au moins une partie dudit arbre arrière (42), ledit au moins un aimant permanent (2) générant un champ magnétique de révolution autour de ladite direction axiale (D), lequel arbre arrière (42) est ferromagnétique ou magnétisé et est agencé pour guider les lignes de champ dudit champ magnétique de révolution sensiblement selon ladite direction axiale (D) au travers de ladite au moins une bobine (6; 61; 62) dans laquelle circule ledit coulisseau (30), jusqu'à une extrémité arrière (43) dudit arbre arrière (42) qui tend à coopérer par attraction magnétique avec au moins un premier élément de restauration ferromagnétique (8), situé au voisinage d'une face arrière (25) de ladite structure (20), à l'opposé de ladite face avant (24), pour rappeler ledit coulisseau (30) dans sa dite position de fin de course arrière quand aucune dite bobine (6; 61; 62) n'est alimentée.

2. Micro-actionneur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un aimant permanent (2) est intercalé entre ledit arbre avant (41) et un arbre arrière (42) aligné avec ledit arbre avant (41).

3. Micro-actionneur (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit au moins un aimant permanent (2) est monobloc avec ledit arbre avant (41) et/ou avec ledit arbre arrière (42).

4. Micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit au moins un aimant permanent (2) comporte ladite première surface de butée (31) dudit coulisseau (30) et/ou ladite deuxième surface de butée (32) dudit coulisseau (30).

5. Micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit au moins un aimant permanent (2) est saillant radialement par rapport audit arbre avant (41) et/ou audit arbre arrière (42), et forme une collerette portant ladite première surface de butée (31) et/ou ladite deuxième surface de butée (32) dudit coulisseau (30).

6. Micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que au moins un premier élément de restauration ferromagnétique (8) est de révolution autour de ladite direction axiale (D), et agencé pour entourer sans contact ledit arbre arrière (42) lors de son recul en position de fin de course arrière.

7. Micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que au moins un premier élément de restauration ferromagnétique (8) est de révolution autour de ladite direction axiale (D), et comporte une surface de butée frontale agencée pour coopérer en appui de butée avec ledit arbre arrière (42) lors de son recul en position de fin de course arrière.

8. Micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que au moins un dit aimant permanent (2) est jointif avec ledit arbre avant (41), ou constitue au moins une partie dudit arbre avant (41), ledit au moins un aimant permanent (2) générant un champ magnétique de révolution autour de ladite direction axiale (D), lequel arbre avant (41) est ferromagnétique ou magnétisé et est agencé pour guider les lignes de champ dudit champ magnétique de révolution sensiblement selon ladite direction axiale (D) jusqu'à une extrémité avant (45) dudit arbre avant (41), qui tend à coopérer par attraction magnétique avec au moins un deuxième élément de restauration ferromagnétique (9), situé au voisinage de ladite face avant (24) de ladite structure (20), pour rappeler ledit coulisseau (30) dans sa dite position de fin de course arrière quand aucune dite bobine (6; 61; 62) n'est alimentée.

9. Micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite structure (20) comporte au moins une dite bobine (6; 61; 62) reliée à une alimentation de courant bidirectionnelle.

10. Micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite structure (20) renferme une pluralité de dites bobines (6; 61; 62) agencées pour créer des champs magnétiques de même sens selon la direction axiale (D).

11. Micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite structure (20) renferme une pluralité de dites bobines (6; 61; 62) dont au moins deux sont agencées pour créer des champs magnétiques de sens contraires selon la direction axiale (D).

12. Micro-actionneur (100) selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que au moins deux dites bobines (6; 61; 62) sont de part et d'autre dudit au moins un aimant permanent (2) dudit coulisseau (30).

13. Micro-actionneur (100) selon la revendication 12, caractérisé en ce que au moins deux dites bobines (6; 61; 62) sont de part et d'autre de tous les dits aimants permanents (2) que comporte ledit coulisseau (30).

14. Micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit micro-actionneur (100) comporte une pluralité de dites structures (20) jointives par des faces latérales et formant ensemble un bloc (200) avec une matrice de dits coulisseaux (30) agencés pour saillir d'au moins un premier côté dudit bloc (200).

15. Micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit micro-actionneur (100) est un composant de montre et comporte au moins un dit coulisseau (30) avec une course inférieure ou égale à 1.0 mm, agencé pour donner une impulsion d'arrêt ou de réglage à un autre composant que comporte un résonateur, ou un mécanisme d'échappement, ou un mécanisme d'affichage, d'une dite montre.

16. Micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit micro-actionneur (100) est un composant d'un appareil portable en contact avec la peau d'un utilisateur et comporte au moins un dit coulisseau (30) agencé pour donner au moins une impulsion par tact pour donner un signal d'avertissement à un utilisateur, et/ou pour transmettre audit utilisateur une série d'impulsions codées.

17. Micro-actionneur (100) selon les revendications 14 et 16, caractérisé en ce que ledit micro-actionneur (100) comporte une pluralité de dits coulisseaux (30) agencés pour transmettre audit utilisateur une série d'impulsions géométriquement distantes les unes des autres.

18. Circuit imprimé (400) comportant au moins un dit micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 17, sous forme de composant CMS brasé sur la plaque dudit circuit imprimé (400).

19. Circuit imprimé (400) selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit circuit imprimé (400) comporte au moins un circuit d'alimentation d'une dite bobine (6; 61; 62) d'un dit micro-actionneur (100).

20. Circuit imprimé (400) selon la revendication 19, caractérisé en ce que ledit circuit imprimé (400) comporte un circuit d'alimentation pour chaque dite bobine (6; 61; 62) que comporte chaque dit micro-actionneur (100) que porte ledit circuit imprimé (400).

21. Montre (1000) comportant au moins un dit micro-actionneur (100) selon l'une des revendications 1 à 15 et/ou au moins un circuit imprimé (400) selon une des revendications 18 à 20, et au moins une source d'énergie (600) pour alimenter en courant au moins une dite bobine (6; 61; 62) d'un dit micro-actionneur (100), et/ou au moins un mouvement (500) comportant au moins une source d'énergie (600) pour alimenter en courant au moins une dite bobine (6; 61; 62) d'un dit micro-actionneur (100).

Dessins