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EP3982379A1 - Micro-actuator with magnetically retracting solenoid - Google Patents

Micro-actuator with magnetically retracting solenoid Download PDF

Info

Publication number
EP3982379A1
EP3982379A1 EP20200735.7A EP20200735A EP3982379A1 EP 3982379 A1 EP3982379 A1 EP 3982379A1 EP 20200735 A EP20200735 A EP 20200735A EP 3982379 A1 EP3982379 A1 EP 3982379A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
micro
actuator
slider
shaft
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP20200735.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3982379B1 (en
Inventor
Matthias Imboden
Cédric Nicolas
Nicolas LIVAT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Swatch Group Research and Development SA
Original Assignee
Swatch Group Research and Development SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Swatch Group Research and Development SA filed Critical Swatch Group Research and Development SA
Priority to EP20200735.7A priority Critical patent/EP3982379B1/en
Priority to JP2021155171A priority patent/JP7297023B2/en
Priority to US17/486,398 priority patent/US11651882B2/en
Priority to CN202111170437.6A priority patent/CN114301254B/en
Publication of EP3982379A1 publication Critical patent/EP3982379A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3982379B1 publication Critical patent/EP3982379B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G21/00—Input or output devices integrated in time-pieces
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    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
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    • G04—HOROLOGY
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    • G04C1/00—Winding mechanical clocks electrically
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    • G—PHYSICS
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    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
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    • H01F7/1638—Armatures not entering the winding
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H01F2007/086—Structural details of the armature

Definitions

  • the invention relates to a magnetic micro-actuator comprising at least one structure containing at least one coil arranged to exert, in a powered position, an axial thrust force on a slider, which said micro-actuator comprises, in an axial direction in a first direction, up to a front end-of-travel position corresponding to abutment support between a first bearing surface of said structure and a first abutment surface of said slider in which front end-of-travel position a front shaft, that comprises said slider, projects out of a front face of said structure, and, when no said coil is energized, said slider is movable in said axial direction in a second direction opposite to said first direction, and is returned by means purely magnetic towards a rear end-of-travel position corresponding to an abutment bearing between a second bearing surface of said structure and a second abutment surface of said slider.
  • the invention also relates to a printed circuit comprising at least one such micro-actuator.
  • the invention also relates to a watch comprising at least one such micro-actuator and/or at least one such printed circuit.
  • the invention relates to the field of micro-mechanical actuation systems, in particular for the field of watchmaking.
  • the aim is to develop a micro-actuator capable of applying a controlled mechanical braking force, in particular for micro-mechanical applications and in particular watchmaking.
  • a particularly interesting application relates to braking, which, in micro-mechanics and in particular in watchmaking, requires an extremely short reaction time, as well as an extremely short return time to the rest position.
  • the invention relates to a magnetic micro-actuator according to claim 1.
  • the invention also relates to a printed circuit comprising at least one such micro-actuator.
  • the invention also relates to a watch comprising at least one such micro-actuator and/or at least one such printed circuit.
  • the present invention describes a linear solenoid electromagnetic microactuator, or plunger microactuator, which uses an element magnetic to retract the armature, also called the plunger core, and referred to here as the slider.
  • the aim is to make a miniature mechanical braking element with as few parts as possible and without a mechanical spring element.
  • Solenoid actuators are well known in the field of general mechanics, in particular for controlling mechanisms. Most have a slider return spring, which limits their performance, particularly when it comes to the duration of an operating cycle. They are difficult to miniaturize, and are not used for personal equipment.
  • the aim is to develop a micro-actuator capable of applying a controlled mechanical braking force, in particular for micro-mechanical applications and in particular watchmaking.
  • a particularly interesting application relates to braking, which, in micro-mechanics and in particular in watchmaking, requires an extremely short reaction time, as well as an extremely short return time to the rest position.
  • the micro-actuator device 100 is illustrated by the figures 1 and 2 . It forms a block structure, here not limited to a front casing 10 and a rear casing 12. This rear casing 12 surrounds a coil 6, which forms the stator, and a slider, which includes at least one permanent magnet 2 and a shaft 4. This shaft 4 can be in one piece, or divided into several aligned parts, for example a front shaft 41 and a rear shaft 42 on either side of the permanent magnet 2 as seen on the picture 3 .
  • a first ferromagnetic restoration element 8, in particular but not limited to a soft ferromagnetic ring, is fixed to the rear of the rear casing 12, on the side opposite the front casing 10.
  • the micro-actuator device assembly 100 is here kept assembled, non-limiting way, by two pins 14.
  • Micro-actuator 100 operates similarly to a solenoid actuator.
  • a force is generated which pushes the magnet 2 back and pushes the shaft 4 forward, in a positive Z direction, towards the front housing 10.
  • the maximum displacement is determined at the end of travel by a limit stop, for example the contact of the magnet 2 with the front case 10. If the current is reversed, the slider is retracted to the initial position defined by the contact point between the slider and the stator (coil 6).
  • the figures 3 and 4 are cross sections of such micro-actuators 100 of different construction, the picture 3 illustrates the deployed (actuated) state of a slider 30 having a front shaft 41 and a rear shaft 42 both ferromagnetic, and the figure 4 illustrates the retracted (stop) position of a slider 30 with a single one-piece shaft 4 uniting the front shaft 41 and the rear shaft 42 and forming a permanent magnet.
  • the rear shaft 42 be ferromagnetic in order to guarantee the necessary actuation and retraction forces.
  • the front shaft 41 can itself be ferromagnetic or non-magnetic.
  • the front shaft 41 is more particularly intended to establish physical contact with a target object, generally placed at less than 0.5 mm from the micro-actuator 100.
  • This target object may consist of an element of a mechanism, in particular of a display mechanism, or of an oscillator, for example a pendulum, or even of the skin of a user for a haptic feedback device , Or other.
  • the range of movement, and thus the position of the target, can of course be adjusted depending on the application. It must be ensured that even with a longer stroke the actuating and restoring forces are correctly adjusted.
  • the shaft 4 and the magnet 2 constitute a one-piece element.
  • the front part forming the front shaft 41 of the shaft 4 can be non-magnetic, but it is advantageous for the rear part forming the rear shaft 42 of the shaft 4 to be made of magnetized material.
  • the figure 5 illustrates the appearance of the magnetic field lines for the variant with a soft ferromagnetic front shaft 41 and rear shaft 42 of the microactuator 100 of the picture 3 , with a cylindrical magnet 2 and a first annular ferromagnetic restoration element 8.
  • This figure 5 is the result of a finite element simulation with radial symmetry.
  • the rear shaft 42 guides the field lines from the magnet 2 to the coil 6 and to the first restoration element 8.
  • the field lines from the permanent magnet 2 are guided through the front shaft 41 and the rear shaft 42.
  • Coil 6 drives slider 30 in the positive Z direction.
  • the first ferromagnetic restoration element 8 in particular a soft ferromagnetic ring, produces a force in the opposite direction, which acts on the slider 30 and brings it back to its initial position.
  • the travel distance ⁇ is indicated by dashed lines; in this example the displacement stroke is 0.5 mm.
  • Finite element simulation is used to obtain the force versus displacement for the cases of coil 6 de-energized (0 V) and coil 6 energized (2.5 V).
  • the calculated forces are illustrated in the graph of the figure 6 .
  • This figure 6 illustrates, for the micro-actuator of the picture 3 , the variation of the force, shown on the ordinate, acting on the slider 30 when it is moved along the axis Z, in the direction AA, as a function of the displacement D shown on the abscissa; the continuous line illustrates the variation of the positive force exerted by coil 6 when a current passes through it; the broken line illustrates the variation of the restoring force imposed by the ferromagnetic ring 8.
  • the force is negative (retraction) and decreases when the slider 30 moves forward. It is important to note that even at maximum extension, the force remains both sufficient to restore and retract slider 30, and in this configuration is on the order of minus 0.1 mN.
  • the force required is defined by the static friction between the slider 30 and the stator, defined by the points of contact between the shafts and the casing as described in detail below, and the force of gravity.
  • the force profile for the walking state according to the solid curve, is positive, close to of 0.5 mN.
  • the starting force remains high and even increases by more than 20% when the slider 30 slides forward. This is the result of the presence, at the rear, of the soft ferromagnetic rear shaft 42, which ensures that a large field and a large field gradient, generated by the magnet 2, combine with the coil 6 .
  • the plots are generated for a slider 30 of mass 0.015 g and an actuation pulse of 2.5 V lasting 4 ms, and correspond to the force profile illustrated by the figure 6 commented above.
  • upon impact there is a rebound after a small indentation.
  • the graphs indicate that shaft 4 reaches its target after about 5 ms at a speed of 120 mm/s.
  • the impact velocity and the mass of the mobile define the contact force, and the rebound defines a momentum.
  • slider 30 returns to the rest position in 5 ms. The return is ensured by the ferromagnetic ring 8, but also by the rebound, which can occur during contact.
  • the rebound is beneficial because it avoids static friction, which could prevent slider 30 from returning.
  • the figure 8 illustrates displacement and force as a function of time. It is clearly visible that once the actuating current of the coil 6 is cut off, the slider 30 begins to slow down because the force is negative. However, the point of impact is still reached. Since there is a restoring force, the slider 30 returns to its starting position and possibly bounces several times depending on the damping at the point of contact. It is important that once stopped, the slider 30 is still firmly held in place by the holding force exerted between the first ferromagnetic restoration element 8 and the slider 30. In this example, the holding force is d 'about 0.5 mN, which is sufficient to maintain a stable rest position even in the event of small vibrations and shocks.
  • the figure 9 illustrates the magnetic field generated by a slider 30 made entirely of a permanent magnet, which has magnet extensions permanent at both ends of the shaft. In this configuration, the shafts and the magnet are one piece.
  • the shading illustrates the positive (white) and negative (gray) B z areas.
  • the field lines are very similar to those obtained with the composite magnet-ferromagnetic shaft slider.
  • Friction is a limiting factor. Friction is a concern and the design must ensure that the shaft slip is effective. Friction should be minimized with a front shaft 41 and a rear shaft 42 perfectly aligned, held in position by the guide openings made in the housings 10 and 12. The friction between the materials making up the shaft and the casing must be minimized by matching low friction materials or adding lubricating coatings. Another more expensive solution, in keeping with watchmaking traditions, is to match stones (rubies) with a metal or ceramic shaft. Sufficient clearance between the outside diameter of the shaft and the inside diameter of the coil ensures that no contact is made between the shaft and the coil.
  • Communicating information to a user generally involves the senses of sight and hearing.
  • Haptic feedback is currently an active area of research, with many variations.
  • Such a micro-actuator can be used for other applications, in particular in the field of feedback haptics such as a Braille display, for tact reading.
  • Text coding for the use of the blind by characters in protruding or reentrant relief were developed from the 14th century, by Zayn Ud Dros AI Alidî, then in the 17th century by Francesco Lana de Terzi, and in the 18th century by Valentin Haüy , founder of the first school for the blind.
  • the reading codes were perfected in the 19th century by Charles Barbier de la Serre, for a military application of writing or night reading, then by Louis Braille, whose code became universal.
  • Abraham-Louis Breguet made, also in the 18th century, tact watches, with protruding pins, to allow the time to be read in the dark.
  • haptic perception which is concerned with the combination of information provided by the nervous and muscular system of the individual with information specific to this local cutaneous perception. , and which makes it possible to more broadly define an object, its movements, or its deformations.
  • This haptic perception can also be combined with information provided by other senses of the individual, such as the perception of temperature for example.
  • the micro-actuator according to the invention facilitates tact reading, due to its small dimensions. It allows, in particular, to repeat the same signal with a particular frequency, indeed certain frequencies increase the stimulation for tactile applications, which also makes it possible to reduce the force of impact necessary.
  • This micro-actuator can still be used in portable electronics, in particular for personal equipment, as a mechanical signaling system, for example to exert pressure or percussion on a limb to indicate a notification, an alarm, a call telephone or the arrival of a message, the crossing of a particular threshold of a physical quantity such as a level of radioactivity, or other.
  • the invention thus relates to a magnetic micro-actuator 100 comprising at least one structure 20 containing at least one coil 6, 61, 62.
  • This coil 6, 61, 62 is arranged to exert, in a powered position, an axial thrust force on a slider 30, which the micro-actuator 100 comprises, in an axial direction D in a first direction, up to a forward limit position corresponding to an abutment bearing between a first bearing surface 21 of the structure 20 and a first abutment surface 31 of the slider 30.
  • a front shaft 41 which the slider 30 comprises, projects out of a front face 24 of the structure 20.
  • the slider 30 is movable in the axial direction D in a second direction opposite to the first direction, and is returned by purely magnetic means to a rear limit position. corresponding to an abutment bearing between a second surface support 22 of structure 20 and a second abutment surface 32 of slider 30.
  • the slider 30 comprises at least one permanent magnet 2 contiguous with a rear shaft 42 aligned with the front shaft 41, or constituting at least a part of the rear shaft 42.
  • This at least one permanent magnet 2 generates a magnetic field of revolution around the axial direction D.
  • the rear shaft 42 is ferromagnetic or magnetized, and is arranged to guide the field lines of the magnetic field of revolution substantially in the axial direction D through this at least one coil 6, 61, 62, in which the slider 30 circulates. , to a rear end 43 of the rear shaft 42 which tends to cooperate by magnetic attraction with at least a first ferromagnetic restoration element 8.
  • This first ferromagnetic restoration element 8 is located in the vicinity of a rear face 25 of the structure 20, opposite the front face 24, and is arranged to cooperate with the magnetic field created by the permanent magnet 2, to recall slider 30 to its rear limit position when no coil 6, 61, 62 is energized.
  • this at least one permanent magnet 2 is inserted between the front shaft 41 and a rear shaft 42 aligned with the front shaft 41.
  • this at least one permanent magnet 2 is integral with the front shaft 41 and/or with the rear shaft 42.
  • this at least one permanent magnet 2 comprises the first abutment surface 31 of the slider 30 and/or the second abutment surface 32 of the slider 30. More particularly still, this at least one permanent magnet 2 projects radially with respect to the front shaft 41 and/or the rear shaft 42, and forms a flange bearing the first abutment surface 31 and/or the second abutment surface 32 of the slider 30.
  • At least one first ferromagnetic restoration element 8 is of revolution around the axial direction D, and arranged to surround the rear shaft 42 without contact when it moves back into the rear end-of-travel position.
  • At least one first ferromagnetic restoration element 8 is of revolution around the axial direction D, and comprises a front abutment surface, which is arranged to cooperate in abutment support with the rear shaft 42 when it moves back into the rear end-of-travel position.
  • At least one permanent magnet 2 is contiguous with the front shaft 41, or constitutes at least a part of the front shaft 41, this at least one permanent magnet 2 generating a magnetic field of revolution around the axial direction D ;
  • this front shaft 41 is ferromagnetic or magnetized, and is arranged to guide the field lines of the magnetic field of revolution substantially along the axial direction D as far as a front end 45 of the front shaft 41, which tends to cooperate by magnetic attraction with at least one second ferromagnetic restoration element 9, located in the vicinity of the front face 24 of the structure 20, to return the slider 30 to its rear limit position when no coil 6, 61, 62 is supplied .
  • the structure 20 comprises at least one coil 6, 61, 62, connected to a bidirectional current supply.
  • the structure 20 contains a plurality of coils 6, 61, 62.
  • the current supply mode of these coils can make it possible to create magnetic fields of the same direction in the axial direction D, or else to create magnetic fields in opposite directions. It is therefore the polarization of the power supply which determines the mode of operation.
  • At least two coils 6, 61, 62 are on either side of this at least one permanent magnet 2 of the slider 30.
  • At least two coils 6, 61, 62 are on either side of all the permanent magnets 2 that the slider 30 includes.
  • the micro-actuator 100 comprises a plurality of structures 20, which are joined by side faces and together form a block 200 with a matrix of sliders 30 arranged to project from at least a first side of the block 200.
  • the stroke of the slider 30 obviously depends on the sizing of the micro-actuator 100.
  • a stroke of the order of a millimeter, in particular less than or equal to 1.0 mm, or even a fraction of a millimeter, is compatible with many apps.
  • the micro-actuator 100 is a watch component and comprises at least one slider 30 with a stroke less than or equal to 0.5 mm, and which is arranged to give a stop or adjustment pulse to another component comprising a resonator, or an escapement mechanism, or a display mechanism, of a watch.
  • a stop or adjustment pulse to another component comprising a resonator, or an escapement mechanism, or a display mechanism, of a watch.
  • the stop-seconds the triggering or stopping of a chronograph, the setting of the time, the adjustment of the calendar, the percussion of a gong or a gong in a striking mechanism, or the like.
  • the micro-actuator 100 is a component of a portable device in contact with the skin of a user, and comprises at least one slider 30 which is arranged to give at least one impulse per touch to give a signal of warning to a user, and/or to transmit to the user a series of coded pulses.
  • the micro-actuator 100 comprises a plurality of sliders 30 arranged to transmit to the user a series of pulses geometrically distant from one another.
  • the invention also relates to a printed circuit 400 comprising at least one such micro-actuator 100, in the form of an SMD component soldered to the plate of the printed circuit 400.
  • the printed circuit 400 comprises at least one circuit for supplying a coil 6, 61, 62, of a micro-actuator 100. More particularly still, the printed circuit 400 comprises a supply circuit for each coil 6, 61, 62, which includes each micro-actuator 100 carried by the printed circuit 400.
  • the invention also relates to a watch 1000 comprising at least one such micro-actuator 100, and/or at least one such printed circuit 400, and at least one energy source 600 to supply current to at least one coil 6, 61, 62, of a micro-actuator 100, and/or at least one movement 500 comprising at least one energy source 600 to supply current to at least one coil 6, 61, 62, of a micro-actuator 100.
  • the invention describes an electromagnetic actuator that can be used to apply braking force or haptic feedback. It can be set in motion by a unipolar voltage source since the restoring force is provided by a first ferromagnetic restoration element 8, such as in particular a ring of soft ferromagnetic material.
  • the micro-actuator according to the invention thus has several advantages.
  • the retracted position In the absence of actuation, the retracted position is stable and well defined. This ensures that braking is only applied during the "on" state, even in the event of mechanical disturbance such as vibration or shock.
  • the invention is advantageous in any configuration requiring extremely rapid return of the plunger slide.
  • the geometry proposed is also intrinsically resistant to shocks because the slider 30 is highly constrained with only one dimension of freedom.
  • the proposed device is very compact and comprises only one mobile component. No spring is needed.
  • the micro-actuator 100 can be manufactured as an SMD component for easy integration on a standard printed circuit, which guarantees great ease of implementation and a moderate cost.

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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.

Figure imgaf001
Magnetic micro-actuator (100) comprising a coil (6; 61; 62) controlling the axial movement of a slider (30) comprising at least one permanent magnet (2) contiguous or aligned with a ferromagnetic or magnetized rear shaft (42) and guiding the field lines of the magnetic field of revolution in the axial direction (D) through the coil (6; 61; 62) in which the slider (30) circulates, to a rear end (43) of said shaft rear (42) which tends to cooperate by magnetic attraction with at least one first ferromagnetic restoration element (8), located in the vicinity of a rear face (25) of the structure (20) of the micro-actuator (100), for recalling said slider (30) to a rear limit position when no coil (6; 61; 62) is energized.
Figure imgaf001

Description

Domaine de l'inventionField of the invention

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.The invention relates to a magnetic micro-actuator comprising at least one structure containing at least one coil arranged to exert, in a powered position, an axial thrust force on a slider, which said micro-actuator comprises, in an axial direction in a first direction, up to a front end-of-travel position corresponding to abutment support between a first bearing surface of said structure and a first abutment surface of said slider in which front end-of-travel position a front shaft, that comprises said slider, projects out of a front face of said structure, and, when no said coil is energized, said slider is movable in said axial direction in a second direction opposite to said first direction, and is returned by means purely magnetic towards a rear end-of-travel position corresponding to an abutment bearing between a second bearing surface of said structure and a second abutment surface of said slider.

L'invention concerne encore un circuit imprimé comportant au moins un tel micro-actionneur.The invention also relates to a printed circuit comprising at least one such micro-actuator.

L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel micro-actionneur et/ou au moins un tel circuit imprimé.The invention also relates to a watch comprising at least one such micro-actuator and/or at least one such printed circuit.

L'invention concerne le domaine des systèmes d'actionnement micro-mécaniques, en particulier pour le domaine de l'horlogerie.The invention relates to the field of micro-mechanical actuation systems, in particular for the field of watchmaking.

Arrière-plan de l'inventionBackground of the invention

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.Conventional solenoid actuators are often poorly suited to micro-mechanics, and in particular to watchmaking. Indeed, they must meet the constraints of actuation and return time, as well as the very small dimensions required by applications, in particular watchmaking.

L'emploi de ressorts de rappel pénalise l'encombrement du micro-actionneur, et ne garantit pas une tenue optimale dans la durée.The use of return springs penalizes the size of the micro-actuator, and does not guarantee optimum hold over time.

Résumé de l'inventionSummary of the invention

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.The aim is to develop a micro-actuator capable of applying a controlled mechanical braking force, in particular for micro-mechanical applications and in particular watchmaking.

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.A particularly interesting application relates to braking, which, in micro-mechanics and in particular in watchmaking, requires an extremely short reaction time, as well as an extremely short return time to the rest position.

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.It is therefore a question of perfecting a conventional solenoid actuator, so as to meet the constraints of actuation and return time, as well as the very small dimensions required by applications in particular watchmaking.

A cet effet, l'invention concerne un micro-actionneur magnétique selon la revendication 1.To this end, the invention relates to a magnetic micro-actuator according to claim 1.

L'invention concerne encore un circuit imprimé comportant au moins un tel micro-actionneur.The invention also relates to a printed circuit comprising at least one such micro-actuator.

L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel micro-actionneur et/ou au moins un tel circuit imprimé.The invention also relates to a watch comprising at least one such micro-actuator and/or at least one such printed circuit.

Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings

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.
Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows, with reference to the appended drawings, where:
  • the figure 1 represents, schematically and in perspective, a micro-actuator according to the invention, comprising a block structure, here composed without limitation of a front casing and a rear casing, which surrounds a coil forming a stator, in which is mobile a slider, which comprises a permanent magnet and a shaft, the micro-actuator further comprises a first ferromagnetic restoration element, here in the particular form of a soft ferromagnetic ring, fixed to the rear of the rear case, on the opposite side to the front casing which has an opening through which the slider can protrude;
  • the picture 2 represents, schematically and in exploded perspective, the micro-actuator of the figure 1 ;
  • the picture 3 represents, schematically and in section along the plane P passing through the axis AA of the figure 1 , the micro-actuator of the figure 1 , in a first variant where the slider comprises a front shaft and a non-magnetic or soft ferromagnetic rear shaft, and is in the actuated position;
  • the figure 4 represents, similarly to the picture 3 , a second variant where the slider comprises a one-piece permanent magnet shaft, and is in the retracted position;
  • the figure 5 is a field diagram resulting from a finite element simulation of the magnetic field for the micro-actuator of the picture 3 ; the field lines of the permanent magnet are guided through the front shaft and the rear shaft of the slider; the coil supplied with current drives the slider, comprising the front shaft, the rear shaft, and the magnet, in a positive Z direction; when the current in the coil is cut off, the ferromagnetic restoration element, in particular the soft ferromagnetic ring, produces a force in the opposite direction, which acts on the slider and brings it back to its initial position; the displacement stroke is indicated by dashed lines;
  • the figure 6 is a diagram illustrating, for the micro-actuator of the picture 3 , the variation of the force, shown on the ordinate, acting on the slider when it is moved along the Z axis, in the direction AA, as a function of the displacement D shown on the abscissa; the continuous line illustrates the variation of the positive force exerted by the coil when a current passes through it; the broken line illustrates the variation in the restoring force imposed by the ferromagnetic restorative element;
  • the figure 7 is a diagram illustrating, for the micro-actuator of the picture 3 , and for the force profile illustrated by the figure 6 , on the one hand in broken line the variation of the displacement of the slide, along the axis Z, according to the direction AA, according to the time t represented in abscissa, and on the other hand in continuous line the variation of the speed of the slide as a function of time t;
  • the figure 8 is another diagram illustrating, for the micro-actuator of the picture 3 , and for the force profile illustrated by the figure 6 , on the one hand in broken line the variation of the displacement of the slide, along the axis Z, according to the direction AA, according to the time t represented in abscissa, and on the other hand in continuous line the variation of the force as a function of time t;
  • the figure 9 is, similar to the figure 5 , a field diagram from a finite element simulation of the magnetic field generated by a permanent toroidal magnet integral with the shaft, which has permanent magnet extensions at its ends; this finite element simulation relates to the slide only, and does not include the coil or the rear ferromagnetic ring;
  • the figure 10 represents, schematically, partially, and in section passing through the axis of the slider, a slider surrounded by two coils, which, according to their current supply, make it possible to establish around the slide magnetic fields of opposite direction or of the same direction;
  • the figure 11 represents, schematically, partially, and in section passing through the axis of the slider, a slider on a single side of which are arranged two coils, in an instantaneous current supply situation where these two coils create magnetic fields of complementary effect, and of the same meaning;
  • the figure 12 represents, schematically, partially, and in section passing through the axis of the slider, similarly to the picture 3 , a micro-actuator comprising a second ferromagnetic restoration element, in the front part of the structure, opposite the first ferromagnetic restoration element, and which is arranged to cooperate with the front end of the front shaft for its return ;
  • the figure 13 represents, analogously to the figure 12 , a micro-actuator of substantially symmetrical construction, comprising a coil on each side of the permanent magnet carried by the slider;
  • the figure 14 is a detail of the rear part of a micro-actuator according to the invention, in which the first ferromagnetic restoration element is a solid element;
  • the figure 15 is a detail of the rear part of another micro-actuator according to the invention, in which the first ferromagnetic restoration element comprises two ferromagnetic rings of different diameters and substantially coplanar;
  • the figure 16 represents, schematically and in perspective, a micro-actuator according to the invention, comprising a juxtaposition of structures each containing a slider and the associated coil or coils, in an arrangement where the projection of different sliders corresponds to a matrix coding;
  • the figure 17 is a block diagram representing a micro-mechanism, in particular a watch, comprising a first micro-actuator according to the invention, forming part of a printed circuit, and whose slider is arranged to actuate a component of another mechanism such than a clock movement, and a second micro-actuator according to the invention, the slider of which is arranged to stimulate the skin of a user by projecting out of the case of this micro-mechanism.

Description détaillée des modes de réalisation préférésDetailed Description of Preferred Embodiments

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.The present invention describes a linear solenoid electromagnetic microactuator, or plunger microactuator, which uses an element magnetic to retract the armature, also called the plunger core, and referred to here as the slider. The aim is to make a miniature mechanical braking element with as few parts as possible and without a mechanical spring element.

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.Solenoid actuators are well known in the field of general mechanics, in particular for controlling mechanisms. Most have a slider return spring, which limits their performance, particularly when it comes to the duration of an operating cycle. They are difficult to miniaturize, and are not used for personal equipment.

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.The aim is to develop a micro-actuator capable of applying a controlled mechanical braking force, in particular for micro-mechanical applications and in particular watchmaking.

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.A particularly interesting application relates to braking, which, in micro-mechanics and in particular in watchmaking, requires an extremely short reaction time, as well as an extremely short return time to the rest position.

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.It is therefore a question of perfecting a conventional solenoid actuator, so as to meet the constraints of actuation and return time, as well as the very small dimensions required by applications in particular watchmaking.

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.The micro-actuator device 100 according to the invention is illustrated by the figures 1 and 2 . It forms a block structure, here not limited to a front casing 10 and a rear casing 12. This rear casing 12 surrounds a coil 6, which forms the stator, and a slider, which includes at least one permanent magnet 2 and a shaft 4. This shaft 4 can be in one piece, or divided into several aligned parts, for example a front shaft 41 and a rear shaft 42 on either side of the permanent magnet 2 as seen on the picture 3 . A first ferromagnetic restoration element 8, in particular but not limited to a soft ferromagnetic ring, is fixed to the rear of the rear casing 12, on the side opposite the front casing 10. The micro-actuator device assembly 100 is here kept assembled, non-limiting way, by two pins 14.

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).Micro-actuator 100 operates similarly to a solenoid actuator. When an electric current is applied to the coil 6, a force is generated which pushes the magnet 2 back and pushes the shaft 4 forward, in a positive Z direction, towards the front housing 10. The maximum displacement is determined at the end of travel by a limit stop, for example the contact of the magnet 2 with the front case 10. If the current is reversed, the slider is retracted to the initial position defined by the contact point between the slider and the stator (coil 6).

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.In some applications, it is advantageous to apply current in only one direction (unipolar drive). In this case, two options for the return of the slider can be envisaged: for the general case where the micro-actuator 100 is intended to operate in several orientations, as in the case of a watch, one can use at least one first ferromagnetic element 8, represented by a ring on the figures 1 to 4 ; this ferromagnetic element 8 can also be a block or a disc. In a very particular case, in particular static, where the micro-actuator 100 is positioned such that the slider 30 always moves upwards in a vertical direction, the necessary restoring force can be provided by the weight of the slider 30 which is pulled down by the gravity field. This arrangement can only be used for static installations, such as clocks. In the general case, a return force must be generated to ensure the recoil of the slider towards a rest position.

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.The figures 3 and 4 are cross sections of such micro-actuators 100 of different construction, the picture 3 illustrates the deployed (actuated) state of a slider 30 having a front shaft 41 and a rear shaft 42 both ferromagnetic, and the figure 4 illustrates the retracted (stop) position of a slider 30 with a single one-piece shaft 4 uniting the front shaft 41 and the rear shaft 42 and forming a permanent magnet.

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.In a variant such as picture 3 with a front shaft 41 and a rear shaft 42, it is essential that the rear shaft 42 be ferromagnetic in order to guarantee the necessary actuation and retraction forces. The front shaft 41 can itself be ferromagnetic or non-magnetic. The front shaft 41 is more particularly intended to establish physical contact with a target object, generally placed at less than 0.5 mm from the micro-actuator 100.

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.This target object may consist of an element of a mechanism, in particular of a display mechanism, or of an oscillator, for example a pendulum, or even of the skin of a user for a haptic feedback device , Or other.

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.The range of movement, and thus the position of the target, can of course be adjusted depending on the application. It must be ensured that even with a longer stroke the actuating and restoring forces are correctly adjusted.

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.In a variant like that of figure 4 , the shaft 4 and the magnet 2 constitute a one-piece element. Here again, the front part forming the front shaft 41 of the shaft 4 can be non-magnetic, but it is advantageous for the rear part forming the rear shaft 42 of the shaft 4 to be made of magnetized material.

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.The figure 5 illustrates the appearance of the magnetic field lines for the variant with a soft ferromagnetic front shaft 41 and rear shaft 42 of the microactuator 100 of the picture 3 , with a cylindrical magnet 2 and a first annular ferromagnetic restoration element 8. This figure 5 is the result of a finite element simulation with radial symmetry. The rear shaft 42 guides the field lines from the magnet 2 to the coil 6 and to the first restoration element 8. The field lines from the permanent magnet 2 are guided through the front shaft 41 and the rear shaft 42. Coil 6 drives slider 30 in the positive Z direction. If the current in the coil is interrupted, the first ferromagnetic restoration element 8, in particular a soft ferromagnetic ring, produces a force in the opposite direction, which acts on the slider 30 and brings it back to its initial position. The travel distance δ is indicated by dashed lines; in this example the displacement stroke is 0.5 mm.

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.Finite element simulation is used to obtain the force versus displacement for the cases of coil 6 de-energized (0 V) and coil 6 energized (2.5 V). The calculated forces are illustrated in the graph of the figure 6 . This figure 6 illustrates, for the micro-actuator of the picture 3 , the variation of the force, shown on the ordinate, acting on the slider 30 when it is moved along the axis Z, in the direction AA, as a function of the displacement D shown on the abscissa; the continuous line illustrates the variation of the positive force exerted by coil 6 when a current passes through it; the broken line illustrates the variation of the restoring force imposed by the ferromagnetic ring 8.

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.When the current is switched off, according to the curve in broken line, the force is negative (retraction) and decreases when the slider 30 moves forward. It is important to note that even at maximum extension, the force remains both sufficient to restore and retract slider 30, and in this configuration is on the order of minus 0.1 mN. The force required is defined by the static friction between the slider 30 and the stator, defined by the points of contact between the shafts and the casing as described in detail below, and the force of gravity. The force profile for the walking state, according to the solid curve, is positive, close to of 0.5 mN. The starting force remains high and even increases by more than 20% when the slider 30 slides forward. This is the result of the presence, at the rear, of the soft ferromagnetic rear shaft 42, which ensures that a large field and a large field gradient, generated by the magnet 2, combine with the coil 6 .

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.To obtain the dynamics from the calculated forces, the differential equation of such a system is integrated over the desired time scale. The results are illustrated in the figures 7 and 8 .

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.The plots are generated for a slider 30 of mass 0.015 g and an actuation pulse of 2.5 V lasting 4 ms, and correspond to the force profile illustrated by the figure 6 commented above. The maximum displacement is fixed at 0.3 mm. This corresponds to an impact with an object by the front shaft 41, since the device itself has a maximum possible displacement of δ=0.5 mm. As seen on the figure 7 , upon impact, there is a rebound after a small indentation. The graphs indicate that shaft 4 reaches its target after about 5 ms at a speed of 120 mm/s. The impact velocity and the mass of the mobile define the contact force, and the rebound defines a momentum. When the supply to coil 6 is stopped, even before impact, slider 30 returns to the rest position in 5 ms. The return is ensured by the ferromagnetic ring 8, but also by the rebound, which can occur during contact. The rebound is beneficial because it avoids static friction, which could prevent slider 30 from returning.

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.The figure 8 illustrates displacement and force as a function of time. It is clearly visible that once the actuating current of the coil 6 is cut off, the slider 30 begins to slow down because the force is negative. However, the point of impact is still reached. Since there is a restoring force, the slider 30 returns to its starting position and possibly bounces several times depending on the damping at the point of contact. It is important that once stopped, the slider 30 is still firmly held in place by the holding force exerted between the first ferromagnetic restoration element 8 and the slider 30. In this example, the holding force is d 'about 0.5 mN, which is sufficient to maintain a stable rest position even in the event of small vibrations and shocks.

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 Bz positives (blanc) et négatives (gris). Les lignes de champ sont très similaires à celles obtenues avec le coulisseau 30 composite aimant-arbre ferromagnétique.The figure 9 illustrates the magnetic field generated by a slider 30 made entirely of a permanent magnet, which has magnet extensions permanent at both ends of the shaft. In this configuration, the shafts and the magnet are one piece. The shading illustrates the positive (white) and negative (gray) B z areas. The field lines are very similar to those obtained with the composite magnet-ferromagnetic shaft slider.

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.Friction is a limiting factor. Friction is a concern and the design must ensure that the shaft slip is effective. Friction should be minimized with a front shaft 41 and a rear shaft 42 perfectly aligned, held in position by the guide openings made in the housings 10 and 12. The friction between the materials making up the shaft and the casing must be minimized by matching low friction materials or adding lubricating coatings. Another more expensive solution, in keeping with watchmaking traditions, is to match stones (rubies) with a metal or ceramic shaft. Sufficient clearance between the outside diameter of the shaft and the inside diameter of the coil ensures that no contact is made between the shaft and the coil. The same is true with regard to the clearance between the shaft and the structure 20 of the micro-actuator, and between the outer diameter of the magnet 2 and the cavity of the structure 20, so that the magnet 2 does not not touch this structure 20. Naturally the calculation of each gap takes into account the total operating temperature range of the device.

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.Communicating information to a user generally involves the senses of sight and hearing. The other classic senses, smell, taste, and touch, on the other hand, are little used. Haptic feedback is currently an active area of research, with many variations.

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.Thus such a micro-actuator can be used for other applications, in particular in the field of feedback haptics such as a Braille display, for tact reading. Text coding for the use of the blind by characters in protruding or reentrant relief were developed from the 14th century, by Zayn Ud Dîn AI Alidî, then in the 17th century by Francesco Lana de Terzi, and in the 18th century by Valentin Haüy , founder of the first school for the blind. The reading codes were perfected in the 19th century by Charles Barbier de la Serre, for a military application of writing or night reading, then by Louis Braille, whose code became universal. Abraham-Louis Breguet made, also in the 18th century, tact watches, with protruding pins, to allow the time to be read in the dark.

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.Using the sense of touch is currently an active area of research with many variations. In particular, we tend to distinguish cutaneous perception at the level of the epidermis, and so-called haptic perception, which is concerned with the combination of information provided by the nervous and muscular system of the individual with information specific to this local cutaneous perception. , and which makes it possible to more broadly define an object, its movements, or its deformations. This haptic perception can also be combined with information provided by other senses of the individual, such as the perception of temperature for example.

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.The micro-actuator according to the invention facilitates tact reading, due to its small dimensions. It allows, in particular, to repeat the same signal with a particular frequency, indeed certain frequencies increase the stimulation for tactile applications, which also makes it possible to reduce the force of impact necessary.

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.This micro-actuator can still be used in portable electronics, in particular for personal equipment, as a mechanical signaling system, for example to exert pressure or percussion on a limb to indicate a notification, an alarm, a call telephone or the arrival of a message, the crossing of a particular threshold of a physical quantity such as a level of radioactivity, or other.

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.More particularly, and as illustrated by the figures, the invention thus relates to a magnetic micro-actuator 100 comprising at least one structure 20 containing at least one coil 6, 61, 62.

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.This coil 6, 61, 62, is arranged to exert, in a powered position, an axial thrust force on a slider 30, which the micro-actuator 100 comprises, in an axial direction D in a first direction, up to a forward limit position corresponding to an abutment bearing between a first bearing surface 21 of the structure 20 and a first abutment surface 31 of the slider 30.

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.In this position of the front end of travel, a front shaft 41, which the slider 30 comprises, projects out of a front face 24 of the structure 20.

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.And, when no coil 6, 61, 62 is energized, the slider 30 is movable in the axial direction D in a second direction opposite to the first direction, and is returned by purely magnetic means to a rear limit position. corresponding to an abutment bearing between a second surface support 22 of structure 20 and a second abutment surface 32 of slider 30.

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.According to the invention, the slider 30 comprises at least one permanent magnet 2 contiguous with a rear shaft 42 aligned with the front shaft 41, or constituting at least a part of the rear shaft 42. This at least one permanent magnet 2 generates a magnetic field of revolution around the axial direction D.

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.The rear shaft 42 is ferromagnetic or magnetized, and is arranged to guide the field lines of the magnetic field of revolution substantially in the axial direction D through this at least one coil 6, 61, 62, in which the slider 30 circulates. , to a rear end 43 of the rear shaft 42 which tends to cooperate by magnetic attraction with at least a first ferromagnetic restoration element 8.

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.This first ferromagnetic restoration element 8 is located in the vicinity of a rear face 25 of the structure 20, opposite the front face 24, and is arranged to cooperate with the magnetic field created by the permanent magnet 2, to recall slider 30 to its rear limit position when no coil 6, 61, 62 is energized.

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.More particularly, this at least one permanent magnet 2 is inserted between the front shaft 41 and a rear shaft 42 aligned with the front shaft 41.

Plus particulièrement, cet au moins un aimant permanent 2 est monobloc avec l'arbre avant 41 et/ou avec l'arbre arrière 42.More particularly, this at least one permanent magnet 2 is integral with the front shaft 41 and/or with the rear shaft 42.

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.More particularly, this at least one permanent magnet 2 comprises the first abutment surface 31 of the slider 30 and/or the second abutment surface 32 of the slider 30. More particularly still, this at least one permanent magnet 2 projects radially with respect to the front shaft 41 and/or the rear shaft 42, and forms a flange bearing the first abutment surface 31 and/or the second abutment surface 32 of the slider 30.

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.More particularly, at least one first ferromagnetic restoration element 8 is of revolution around the axial direction D, and arranged to surround the rear shaft 42 without contact when it moves back into the rear end-of-travel position.

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.More particularly, at least one first ferromagnetic restoration element 8 is of revolution around the axial direction D, and comprises a front abutment surface, which is arranged to cooperate in abutment support with the rear shaft 42 when it moves back into the rear end-of-travel position.

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.More particularly, at least one permanent magnet 2 is contiguous with the front shaft 41, or constitutes at least a part of the front shaft 41, this at least one permanent magnet 2 generating a magnetic field of revolution around the axial direction D ; this front shaft 41 is ferromagnetic or magnetized, and is arranged to guide the field lines of the magnetic field of revolution substantially along the axial direction D as far as a front end 45 of the front shaft 41, which tends to cooperate by magnetic attraction with at least one second ferromagnetic restoration element 9, located in the vicinity of the front face 24 of the structure 20, to return the slider 30 to its rear limit position when no coil 6, 61, 62 is supplied .

Plus particulièrement, la structure 20 comporte au moins une bobine 6, 61, 62, reliée à une alimentation de courant bidirectionnelle.More particularly, the structure 20 comprises at least one coil 6, 61, 62, connected to a bidirectional current supply.

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.More particularly, the structure 20 contains a plurality of coils 6, 61, 62. The current supply mode of these coils can make it possible to create magnetic fields of the same direction in the axial direction D, or else to create magnetic fields in opposite directions. It is therefore the polarization of the power supply which determines the mode of operation.

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.More particularly, at least two coils 6, 61, 62 are on either side of this at least one permanent magnet 2 of the slider 30.

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.More particularly, at least two coils 6, 61, 62 are on either side of all the permanent magnets 2 that the slider 30 includes.

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.More particularly, the micro-actuator 100 comprises a plurality of structures 20, which are joined by side faces and together form a block 200 with a matrix of sliders 30 arranged to project from at least a first side of the block 200.

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.The stroke of the slider 30 obviously depends on the sizing of the micro-actuator 100. For horological applications, a stroke of the order of a millimeter, in particular less than or equal to 1.0 mm, or even a fraction of a millimeter, is compatible with many apps.

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.More particularly, in a non-limiting execution, corresponding to an embodiment illustrated by the diagrams of the figures, the micro-actuator 100 is a watch component and comprises at least one slider 30 with a stroke less than or equal to 0.5 mm, and which is arranged to give a stop or adjustment pulse to another component comprising a resonator, or an escapement mechanism, or a display mechanism, of a watch. Among the advantageous horological applications, mention may be made of the stop-seconds, the triggering or stopping of a chronograph, the setting of the time, the adjustment of the calendar, the percussion of a gong or a gong in a striking mechanism, or the like.

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.More particularly, the micro-actuator 100 is a component of a portable device in contact with the skin of a user, and comprises at least one slider 30 which is arranged to give at least one impulse per touch to give a signal of warning to a user, and/or to transmit to the user a series of coded pulses.

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.More particularly, the micro-actuator 100 comprises a plurality of sliders 30 arranged to transmit to the user a series of pulses geometrically distant from one another.

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.The invention also relates to a printed circuit 400 comprising at least one such micro-actuator 100, in the form of an SMD component soldered to the plate of the printed circuit 400.

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.More particularly, the printed circuit 400 comprises at least one circuit for supplying a coil 6, 61, 62, of a micro-actuator 100. More particularly still, the printed circuit 400 comprises a supply circuit for each coil 6, 61, 62, which includes each micro-actuator 100 carried by the printed circuit 400.

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.The invention also relates to a watch 1000 comprising at least one such micro-actuator 100, and/or at least one such printed circuit 400, and at least one energy source 600 to supply current to at least one coil 6, 61, 62, of a micro-actuator 100, and/or at least one movement 500 comprising at least one energy source 600 to supply current to at least one coil 6, 61, 62, of a micro-actuator 100.

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.In sum, the invention describes an electromagnetic actuator that can be used to apply braking force or haptic feedback. It can be set in motion by a unipolar voltage source since the restoring force is provided by a first ferromagnetic restoration element 8, such as in particular a ring of soft ferromagnetic material.

Le micro-actionneur selon l'invention présente ainsi plusieurs avantages.The micro-actuator according to the invention thus has several advantages.

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.In the absence of actuation, the retracted position is stable and well defined. This ensures that braking is only applied during the "on" state, even in the event of mechanical disturbance such as vibration or shock.

L'invention est avantageuse dans toute configuration nécessitant un retour extrêmement rapide du coulisseau plongeur.The invention is advantageous in any configuration requiring extremely rapid return of the plunger slide.

Il n'est pas nécessaire d'appliquer une puissance pour maintenir la position rétractée.It is not necessary to apply power to maintain the retracted position.

La géométrie proposée est également intrinsèquement résistante aux chocs car le coulisseau 30 est fortement contraint avec une seule dimension de liberté.The geometry proposed is also intrinsically resistant to shocks because the slider 30 is highly constrained with only one dimension of freedom.

Le dispositif proposé est très compact et ne comporte qu'un seul composant mobile. Aucun ressort est nécessaire.The proposed device is very compact and comprises only one mobile component. No spring is needed.

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.The micro-actuator 100 can be manufactured as an SMD component for easy integration on a standard printed circuit, which guarantees great ease of implementation and a moderate cost.

Claims (21)

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.Magnetic micro-actuator (100) comprising at least one structure (20) containing at least one coil (6; 61; 62) arranged to exert, in a powered position, an axial thrust force on a slider (30), which comprises said micro-actuator (100), in an axial direction (D) in a first direction, up to a front limit position corresponding to abutment support between a first support surface (21) of said structure ( 20) and a first abutment surface (31) of said slider (30) in which front limit position a front shaft (41), which said slider (30) comprises, protrudes from a front face (24) of said structure (20), and, when no said coil (6; 61; 62) is energized, said slider (30) is movable in said axial direction (D) in a second direction opposite to said first direction, and is returned by purely magnetic means towards a rear end-of-travel position corresponding to a stop support between one of two xth bearing surface (22) of said structure (20) and a second abutment surface (32) of said slider (30), characterized in that said slider (30) comprises at least one permanent magnet (2) contiguous with a rear shaft (42) aligned with said front shaft (41), or constituting at least a part of said rear shaft (42), said at least one permanent magnet (2) generating a magnetic field of revolution around said axial direction (D) , which rear shaft (42) is ferromagnetic or magnetized and is arranged to guide the field lines of said magnetic field of revolution substantially in said axial direction (D) through said at least one coil (6; 61; 62) in which said slider (30) circulates, as far as a rear end (43) of said rear shaft (42) which tends to cooperate by magnetic attraction with at least a first ferromagnetic restoration element (8), located in the vicinity of a rear face (25) of said structure (20), opposite said front face (24), to return said slider (30) to its said rear limit position when no said coil (6; 61 ; 62) is powered. 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).Micro-actuator (100) according to Claim 1, characterized in that the said at least one permanent magnet (2) is inserted between the said front shaft (41) and a rear shaft (42) aligned with the said front shaft (41). 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).Micro-actuator (100) according to Claim 1 or 2, characterized in that the said at least one permanent magnet (2) is integral with the said front shaft (41) and/or with the said rear shaft (42). 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).Micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the said at least one permanent magnet (2) comprises the said first abutment surface (31) of the said slider (30) and/or the said second surface of abutment (32) of said slider (30). 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).Micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the said at least one permanent magnet (2) projects radially with respect to the said front shaft (41) and/or the said rear shaft (42), and forms a flange carrying said first abutment surface (31) and/or said second abutment surface (32) of said slider (30). 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.Micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 5, characterized in that at least one first ferromagnetic restoration element (8) is of revolution around the said axial direction (D), and arranged to surround the said rear shaft (42) when it moves back into the rear limit position. 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.Micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 5, characterized in that at least one first ferromagnetic restoration element (8) is of revolution around the said axial direction (D), and comprises a frontal abutment surface arranged to cooperate in abutment abutment with said rear shaft (42) when it moves back into the rear end-of-travel position. 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.Micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 7, characterized in that at least one said permanent magnet (2) is contiguous with the said front shaft (41), or constitutes at least part of the said front shaft (41 ), said at least one permanent magnet (2) generating a magnetic field of revolution around said axial direction (D), which front shaft (41) is ferromagnetic or magnetized and is arranged to guide the field lines of said magnetic field of revolution substantially along said axial direction (D) up to a front end (45) of said front shaft (41), which tends to cooperate by magnetic attraction with at least one second ferromagnetic restoration element (9), located in the vicinity of said face front (24) of said structure (20), to return said slider (30) to its said rear end-of-travel position when no said coil (6; 61; 62) is energized. 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.Micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the said structure (20) comprises at least one said coil (6; 61; 62) connected to a bidirectional current supply. 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).Micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the said structure (20) contains a plurality of said coils (6; 61; 62) arranged to create magnetic fields of the same direction in the direction axial (D). 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).Micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the said structure (20) contains a plurality of said coils (6; 61; 62), at least two of which are arranged to create magnetic fields of opposite directions along the axial direction (D). 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).Micro-actuator (100) according to claim 10 or 11, characterized in that at least two said coils (6; 61; 62) are on either side of said at least one permanent magnet (2) of said slider (30) . 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).Micro-actuator (100) according to Claim 12, characterized in that at least two said coils (6; 61; 62) are on either side of all the said permanent magnets (2) which the said slider (30) comprises. . 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).Micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the said micro-actuator (100) comprises a plurality of said structures (20) joined by lateral faces and together forming a block (200) with an array of said sliders (30) arranged to project from at least a first side of said block (200). 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.Micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the said micro-actuator (100) is a watch component and comprises at least one said slider (30) with a stroke less than or equal to 1.0 mm, arranged to give a stop or adjustment pulse to another component comprising a resonator, or an escapement mechanism, or a display mechanism, of said watch. 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.Micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the said micro-actuator (100) is a component of a portable device in contact with the skin of a user and comprises at least one said slider (30) arranged to give at least one pulse per touch to give a warning signal to a user, and/or to transmit to said user a series of coded pulses. 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.Micro-actuator (100) according to claims 14 and 16, characterized in that said micro-actuator (100) comprises a plurality of said slides (30) arranged to transmit to said user a series of pulses geometrically distant from each other. 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).Printed circuit (400) comprising at least one said micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 17, in the form of a SMD component soldered to the plate of said printed circuit (400). 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).Printed circuit (400) according to Claim 18, characterized in that the said printed circuit (400) comprises at least one supply circuit for a said coil (6; 61; 62) of a said micro-actuator (100) . 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).Printed circuit (400) according to claim 19, characterized in that said printed circuit (400) includes a power supply circuit for each said coil (6; 61; 62) that includes each said micro-actuator (100) that said printed circuit (400). 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).Watch (1000) comprising at least one said micro-actuator (100) according to one of Claims 1 to 15 and/or at least one printed circuit (400) according to one of Claims 18 to 20, and at least one source of energy (600) to supply current to at least one said coil (6; 61; 62) of a said micro-actuator (100), and/or at least one movement (500) comprising at least one energy source ( 600) to supply current to at least one said coil (6; 61; 62) of a said micro-actuator (100).
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