EP1217205A1 - Method and apparatus for controlling the power supply of an electric motor for a vehicle starter motor - Google Patents
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- EP1217205A1 EP1217205A1 EP01403259A EP01403259A EP1217205A1 EP 1217205 A1 EP1217205 A1 EP 1217205A1 EP 01403259 A EP01403259 A EP 01403259A EP 01403259 A EP01403259 A EP 01403259A EP 1217205 A1 EP1217205 A1 EP 1217205A1
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- F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
- F02N2200/041—Starter speed
Definitions
- the present invention relates to methods and to the supply control devices of motor vehicle starters.
- a starter motor vehicle conventionally comprises an engine electric M whose output shaft carries a pinion 10 mobile which is intended to cooperate with the gear of a vehicle thermal engine starter ring (not shown).
- the pinion 10 is slidably mounted on the shaft of the motor enters a rest position in which it is disengaged from the starter ring and a position active in which it meshes with it.
- a contactor 12 which has a coil 12a and a plunger core 12b movable axially relative to the electric motor M when the winding 12a is activated, controls the power supply to the electric motor M by displacement of a movable contact 14 from one position opening to a closed position, being pushed by the plunger 12b.
- Contactor 12 also controls movement of the movable pinion 10. Its plunger core 12b is for this connected to the pinion 10 by mechanical means designated by the general reference number 16.
- These mechanical means include a fork cooperating, by its upper end, with the core plunger 12b and, by its lower end, with a launcher to which the pinion belongs 10.
- This launcher has an interposed freewheel axially between a hub and the pinion 10.
- the hub is internally fitted with helical grooves with complementary external helical teeth carried locally by the motor output shaft electric M.
- the fork is pivotally mounted between its two ends on a housing containing internally the mechanical means 16 and carrying the motor M and contactor 12.
- the starter with its pinion 10, is driven in a helical movement when it is moved by the fork to engage with the start-up crown.
- the mechanical means 16 also include a return spring Rr mounted around the core 12b for recall it in the rest position, a spring Rc cut associated with mobile contact 12b to remind this in the open position and a Rd spring says "teeth against teeth” spring, stiffer than that of the Rr Recall spring.
- This teeth spring against teeth is housed inside the core 12b and is engaged with a first rod 20 connected by an axis at the end upper part of the range for coupling it to core 12b.
- This rod mounted inside a blind hole of the core 12b is intended, after a determined stroke, to come into engagement with a second rod 22 secured to the movable contact 14 and sliding mount inside the fixed core 18.
- the contactor 12 In the closed position, the contactor 12 cooperates with a fixed contact made in the form of pads P respectively connected to the positive terminal of the battery and the electric motor M, allowing feeding the latter.
- the contactor 12 first of all causes the displacement of the movable pinion up to the crown of start-up then, at the end of the travel of the mobile core 12b, the power supply of the electric motor M.
- the spring says “teeth against teeth” is compressed, which allows the plunger core 12b to continue to run to power the electric motor.
- the movable pinion 10 is located near an end of travel stop B.
- the pinion 10 immobilized in rotation by the resistive torque exerted by the crown of drive of the heat engine, is powered by helical grooves connecting the wheel free and the output shaft until it comes to rest against a stop B.
- the pinion is then secured to the shaft and drives the heat engine in rotation.
- the output shaft of the motor M acquires a high speed of rotation while the crown of the engine stay still.
- Another solution is to limit the starter electric motor supply as long as the pinion is not in the active position and to be put implementing a power supply phase for this motor with a increased power as soon as the pinion is in position active.
- the object of the invention is therefore to overcome these disadvantages in a simple and economical way.
- the engine speed which remains dependent on a set of parameters that cannot be controlled, such as temperature, wear of parts, viscosity lubricants used, ..., remains under control.
- the invention also relates to a device for control of the power supply of an electric motor of a motor vehicle starter, comprising means switch connected to the supply battery of the vehicle, means for detecting the position of a movable pinion for driving a starter ring of the vehicle's engine and a control unit suitable for controlling the supply of the electric motor according to a first phase of power supply to the engine electric with reduced power during which the starter gear is moved rest position to an active position in which it cooperates with the drive crown and a second phase of supplying the electric motor with electrical energy with increased power when the sprocket is in its active position, essentially characterized in that it includes means for measuring the speed of rotation of the starter motor associated with the control unit to control the power supply to the motor electric depending on the rotation speed of this last, at least during the first phase Power.
- the device comprises essentially an inverter 24 made up of a set of switching cells 26-1, 26-2, ..., 26-n mounted in bridge controlled at opening and closing by a control unit 30 for supplying each of the coils 32-1, 32-2, ..., 32-n of the electric motor 34 of the starter.
- control unit 30 is provided with respective outputs connected to the grid of each switching cells of the inverter 24 and provides these a rectangular signal whose frequency is modulated according to the speed of rotation of the electric motor 34.
- the drain of the switching cells 26-1, 26-2 ..., 26-n of one of the branches of the inverter 24 is connected to the positive terminal B + of the vehicle supply battery. , the source of these switching cells being connected to a respective motor coil.
- switch cells 28-1, 28-2, ..., 28-n of the other branch of the inverter 24 their drain is connected to the power coils, their source being connected to ground.
- the power supply device for the motor 34 is provided with a member 36 for measuring the rotational speed and angular position of the armature of the motor 34, supplying the control unit 30 corresponding measurement signals, as well as a electromagnet 38 controlling the movement of the pinion equipping the motor shaft of the electric motor 34 with a rest position, in which it is disengaged from the vehicle engine crown gear, towards an active position in which it meshes with it to rotate the heat engine.
- a control line provided with a switch K controlled by an ignition key is connected to an input e of the control unit 30 on the one hand and to the positive terminal B + of the supply battery of the vehicle, on the other hand.
- the measurement member 36 can be consisting of any type of sensor suitable for supplying to the control unit 30 a signal for measuring the motor speed and a measurement signal the angular position of the armature, for example a sensor inductive, Hall effect, capacitive type, piezoelectric, ...
- the motor shaft of the electric motor is provided with a pinion 39 provided with an axially movable freewheel, as mentioned earlier, between a position of rest, in which the pinion is disengaged from a vehicle engine crown gear, and an active position, in which it meshes with this, under the control of the electromagnet 38, by through mechanical means 40, essentially consisting of a fork mounted so oscillating and cooperating, by one of its ends with a plunger core disposed in the electromagnet 38 and the other end of which ensures the axial displacement of the movable pinion 39.
- the starter which has just been described is completed by a detector (not shown) placed at the end of pinion stroke 39 and capable of detecting positioning of the latter in active position, this detector being connected to the control unit to control the starter electric motor supply.
- control unit 30 drives the switching cells of the inverter 24 so as to cause the power to the electric motor 34 according to a first power supply phase reduced, implemented when the pinion is moved its rest position to its active position, and according to a second power supply phase, implemented when the pinion is in position active.
- the command 30 causes the electromagnet to be powered 38 so as to cause the pinion 39 to move its rest position towards its active position.
- the command 30 implements the first phase power supply to electric motor 34 at low power by controlling the grid of each of the cells switching, in a manner known per se, for example by pulse width modulation, so that drive the electric motor at a reduced speed, for example between 1 and 500 revolutions per minute.
- control unit 30 incorporates means of timing in order to launch this first feeding phase after expiration a predetermined period of time, for example less than or equal to about a second, so that avoid a drop in battery voltage due to the electric motor while the electromagnet 38 is still with a large air gap and that, as a result, the developed attraction forces are likely to be insufficient to overcome the resistant efforts of the nucleus mobile due to friction or the presence of springs reminder. We can then reduce the dimensioning of the electromagnet 38.
- control unit 30 receives, on one of its inputs, a motor speed measurement signal and modulates the frequency of the applied control signals to the grid of the switching cells so that keep the rotation speed low predetermined.
- control unit 30 causes the implementation of the second power supply phase, with increased power, so as to allow the engine to start vehicle.
- This second phase is implemented as soon as the pinion 38 reaches the limit stop, detected, as previously mentioned by means of a detector appropriate, or when a timeout expires that the pinion has reached this stop, for example understood between 2 and 200 milliseconds, so as to allow meshing of the pinion teeth 39 with those of the motor drive crown.
- This time delay can however be adjusted according to different operating parameters, such as temperature, electromagnet supply voltage, ...
- the means of detection of pinion positioning in active position can be replaced by an appropriate algorithm analysis of the current absorbed by the electric motor, incorporated in the control unit 30, capable of detecting a abrupt rise of the current generated to overcome the couple resistant to the heat engine when the pinion meshes with the drive crown.
- this second feeding phase to full power can also be implemented after that the armature of the electric motor has traveled a distance predetermined angle, which distance corresponds to an angular distance from which in the worst case cases, the pinion has reached the stop.
- the motor 34 is constituted by an AC motor.
- the feed device basically has a control unit 41 receiving, as input, signals e1 and e2 representative of the engine speed electric M of the starter as well as, on an input e3, a control signal delivered after action on a switch K by means of an ignition key.
- the control unit 41 is connected, at the output, to an electromagnet 42 having the function of controlling the axial movement of the starter pinion from its rest position to its active position, as well as a transistor 44 operating in switch, placed in series between the motor M, with the interposition of an inductor 46, and the positive terminal B + for supplying the battery of the motor vehicle.
- a sensor 48 for measuring the speed of rotation motor shaft M and position measurement angular armature of the latter consisting of example by a coded wheel 50 linked to the motor shaft and by a corresponding detector 52, supplied by through a circuit 54 for shaping and a frequency / voltage converter 56, a voltage Um representative of speed and angular position of the motor shaft.
- a first comparator 58 performs a comparison between the voltage Um and a first reference voltage Uref1 representative of a minimum speed value of engine rotation during the first phase power supply and provides information corresponding on the input e1 of the control unit 41.
- a second comparator 60 performs a comparison between this Um voltage and a second reference voltage Uref2 representative of a value maximum speed of the motor M during of this first feeding phase.
- the command 41 drives transistor 44 depending on the motor rotation speed M, i.e. it makes passing transistor 44 when voltage Um is located between e1 and e2, and blocks it if the voltage Um is greater than the second threshold value Uref2.
- the motor rotation speed N is perfectly under control and oscillates, during the first phase I supply, between two extreme values N1 and N2 which each correspond to a voltage threshold value.
- control unit controls the electromagnet 42 so to move the moving starter pinion.
- the second motor M supply phase II after expiration a predetermined period of time after positioning of the pinion in its active configuration, this positioning can be detected by an appropriate sensor or deduced from the angular displacement of the motor armature.
- control unit 41 causes the supply of the motor M, during the first phase supply, after the expiration of a timer, so as to avoid any drop in battery voltage due to the starting of the motor M while the electromagnet 42 is still with a large air gap.
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte aux procédés et aux dispositifs de commande de l'alimentation de démarreurs de véhicule automobile.The present invention relates to methods and to the supply control devices of motor vehicle starters.
Tel qu'illustré à la figure 1, un démarreur de véhicule automobile comporte classiquement un moteur électrique M dont l'arbre de sortie porte un pignon 10 mobile qui est destiné à coopérer avec l'engrenage d'une couronne de démarrage du moteur thermique du véhicule (non représentée).As shown in Figure 1, a starter motor vehicle conventionally comprises an engine electric M whose output shaft carries a pinion 10 mobile which is intended to cooperate with the gear of a vehicle thermal engine starter ring (not shown).
Le pignon 10 est monté coulissant sur l'arbre du moteur entre une position de repos dans laquelle il est désengagé de la couronne de démarrage et une position active dans laquelle il engrène avec celui-ci.The pinion 10 is slidably mounted on the shaft of the motor enters a rest position in which it is disengaged from the starter ring and a position active in which it meshes with it.
Un contacteur 12, qui comporte un bobinage 12a et
un noyau plongeur 12b mobile axialement par rapport au
moteur électrique M lorsque le bobinage 12a est activé,
assure la commande de l'alimentation du moteur électrique
M par déplacement d'un contact mobile 14 d'une position
d'ouverture vers une position de fermeture, en étant
poussé par le noyau plongeur 12b.A contactor 12, which has a
Le contacteur 12 commande également le déplacement
du pignon mobile 10. Son noyau plongeur 12b est pour cela
relié au pignon 10 par des moyens mécaniques désignés par
la référence numérique générale 16.Contactor 12 also controls movement
of the movable pinion 10. Its
Ces moyens mécaniques comportent une fourchette
coopérant, par son extrémité supérieure, avec le noyau
plongeur 12b et, par son extrémité inférieure, avec un
lanceur auquel appartient le pignon 10.These mechanical means include a fork
cooperating, by its upper end, with the
Ce lanceur comporte une roue libre intercalée axialement entre un moyeu et le pignon 10. Le moyeu est doté intérieurement de cannelures hélicoïdales en prise avec des dentures hélicoïdales externes complémentaires portées localement par l'arbre de sortie du moteur électrique M.This launcher has an interposed freewheel axially between a hub and the pinion 10. The hub is internally fitted with helical grooves with complementary external helical teeth carried locally by the motor output shaft electric M.
La fourchette est montée de manière pivotante entre
ses deux extrémités sur un carter contenant
intérieurement les moyens mécaniques 16 et portant le
moteur M et le contacteur 12. Le lanceur, avec son pignon
10, est animé d'un mouvement hélicoïdal lorsqu'il est
déplacé par la fourchette pour venir en prise avec la
couronne de démarrage.The fork is pivotally mounted between
its two ends on a housing containing
internally the
Ceci est réalisé en alimentant le bobinage 12a
suite à un actionnement de la clé de contact du véhicule,
ce qui permet de mettre en mouvement le noyau plongeur
12b qui est alors attiré en direction d'un noyau fixe 18
monté à l'extrémité d'un support du bobinage 12a jusqu'à
une position d'appui sur ce dernier dans lequel le
circuit d'alimentation du moteur électrique M est fermé.This is achieved by supplying the winding 12a
following actuation of the vehicle ignition key,
which allows the plunger core to move
12b which is then attracted towards a fixed
Les moyens mécaniques 16 comportent également un
ressort de rappel Rr monté autour du noyau 12b pour
rappeler celui-ci en position de repos, un ressort de
coupure Rc associé au contact mobile 12b pour rappeler
celui-ci en position d'ouverture et un ressort Rd dit
ressort « dents contre dents », de raideur plus forte que
celle du ressort de Rappel Rr. Ce ressort dents contre
dents est logé à l'intérieur du noyau 12b et est en prise
avec une première tige 20 reliée par un axe à l'extrémité
supérieure de la fourchette pour attelage de celle-ci au
noyau 12b.The
Cette tige, montée à l'intérieur d'un trou borgne
du noyau 12b est destinée, après une course déterminée, à
venir en prise avec une deuxième tige 22 solidaire du
contact mobile 14 et montée coulissante à l'intérieur du
noyau fixe 18. En position de fermeture, le contacteur 12
coopère avec un contact fixe réalisé sous la forme de
plots P reliés respectivement à la borne positive de la
batterie et au moteur électrique M, permettant ainsi
l'alimentation de ce dernier.This rod, mounted inside a blind hole
of the
Ainsi, le contacteur 12 provoque tout d'abord le
déplacement du pignon mobile jusqu'à la couronne de
démarrage puis, en fin de course du noyau mobile 12b,
l'alimentation du moteur électrique M. Thus, the contactor 12 first of all causes the
displacement of the movable pinion up to the crown of
start-up then, at the end of the travel of the
Il arrive souvent que le pignon 10 vienne axialement en contact de butée avec les dents de la couronne avant de pénétrer dans celle-ci.It often happens that the pinion 10 comes axially in abutment contact with the teeth of the crown before entering it.
Dans ce cas, le ressort dit "dents contre dents"
est comprimé, ce qui permet au noyau plongeur 12b de
poursuivre sa course pour alimenter le moteur électrique.In this case, the spring says "teeth against teeth"
is compressed, which allows the
La mise en rotation du pignon 10 et la poussée du ressort dents contre dents Rd permettent alors conjointement la pénétration des dents du pignon dans la couronne.The rotation of the pinion 10 and the thrust of the spring teeth against teeth Rd then allow jointly the penetration of the pinion teeth into the crowned.
Cependant, dès la fermeture du contacteur 12, le moteur électrique M est alimenté sous pleine puissance. La vitesse du pignon 10 croít alors très rapidement, entraínant des chocs et des contraintes relativement importantes, susceptibles de provoquer des usures des faces frontales des dentures de la couronne et du pignon qui, à terme, peuvent empêcher une pénétration correcte du pignon. Il s'ensuit une rapide destruction de ces derniers.However, as soon as the contactor 12 is closed, the electric motor M is powered at full power. The speed of the pinion 10 then increases very quickly, causing relatively shock and stress important, likely to cause wear of the front faces of the teeth of the crown and the pinion which, in time, can prevent correct penetration of the pinion. It follows a rapid destruction of these last.
Par ailleurs, lorsque le contact mobile 12b se
situe en bout de course, le pignon mobile 10 se situe à
proximité d'une butée de fin de course B. Le pignon 10,
immobilisé en rotation par le couple résistant exercé par
la couronne d'entraínement du moteur thermique, est
propulsé par les cannelures hélicoïdales liant la roue
libre et l'arbre de sortie jusqu'à venir en appui contre
une butée B. Le pignon est alors solidaire de l'arbre et
entraíne le moteur thermique en rotation.Furthermore, when the
Au cours de ce déplacement, l'arbre de sortie du moteur M acquiert une vitesse de rotation importante alors que la couronne d'entraínement du moteur thermique reste immobile.During this movement, the output shaft of the motor M acquires a high speed of rotation while the crown of the engine stay still.
Dès que le pignon vient prendre appui contre la butée, un choc violent se produit suite au freinage du pignon et à la mise en rotation du moteur thermique. Le niveau de ce choc est fonction des inerties mécaniques du moteur thermique et du démarreur, de la vitesse de ce dernier au moment du choc, de l'élasticité torsionnelle du démarreur et du moteur thermique. Il en résulte des bruits relativement importants, des usures et des risques de destruction de la couronne et du pignon.As soon as the pinion comes to rest against the stop, a violent shock occurs following braking of the pinion and the rotation of the heat engine. The level of this shock is a function of the mechanical inertias of the engine and starter motor, the speed of this last at shock, torsional elasticity starter and heat engine. This results in relatively large noises, wear and risks destruction of the crown and pinion.
On a tenté de pallier ces inconvénients en utilisant des matériaux suffisamment résistants et en dimensionnant suffisant les pièces mécaniques incriminées. Cette solution engendre cependant un coût rédhibitoire.We tried to overcome these disadvantages by using sufficiently resistant materials and sufficient dimensioning of mechanical parts incriminated. This solution however generates a cost crippling.
Une autre solution consiste à limiter l'alimentation du moteur électrique du démarreur tant que le pignon ne se situe pas en position active et à mettre en oeuvre une phase d'alimentation de ce moteur avec une puissance accrue dès que le pignon se situe en position active.Another solution is to limit the starter electric motor supply as long as the pinion is not in the active position and to be put implementing a power supply phase for this motor with a increased power as soon as the pinion is in position active.
Tel est par exemple le cas du démarreur décrit dans le document FR-A-2 791 830, dans lequel, tant que le pignon n'a pas atteint sa position active, l'on effectue une comparaison du courant d'alimentation du moteur avec une valeur de seuil et l'on réduit l'alimentation du moteur en cas de dépassement de ce seuil.This is for example the case of the starter described in FR-A-2 791 830, in which, as long as the sprocket has not reached its active position, a comparison of the motor supply current with a threshold value and the power of the motor if this threshold is exceeded.
Tel est également le cas dans le document FR-A-2 679 717 dans lequel on utilise une bobine pilotant l'actionnement d'un contacteur d'alimentation du moteur électrique et l'avancement du pignon, la bobine étant alimentée par l'intermédiaire d'un transistor commandé par exemple par des impulsions de type à modulation par largeur d'impulsions, selon laquelle on augmente progressivement le rapport cyclique des pulsations pour obtenir un courant efficace dans la bobine variant de façon progressive.This is also the case in document FR-A-2 679,717 in which a piloting coil is used actuation of a motor power switch and the advancement of the pinion, the coil being powered by a controlled transistor for example by pulses of the modulation type by pulse width, which increases gradually the duty cycle of the pulses for obtain an effective current in the coil varying from gradually.
Néanmoins, selon ces différentes techniques, la vitesse de rotation du moteur reste non maítrisée.However, according to these different techniques, the engine rotation speed remains uncontrolled.
Le but de l'invention est donc de pallier ces inconvénients et ce, de manière simple et économique.The object of the invention is therefore to overcome these disadvantages in a simple and economical way.
Elle a donc pour objet un procédé de commande de l'alimentation d'un moteur électrique de démarreur de véhicule automobile doté d'un pignon mobile entre une position de repos et une position active dans laquelle il coopère avec l'engrenage d'une couronne de démarrage du moteur thermique du véhicule, selon lequel au cours du déplacement du pignon de sa position de repos jusqu'à sa position active, l'on met en oeuvre une première phase d'alimentation du moteur électrique en énergie électrique avec une puissance réduite et, lorsque le pignon se situe en position active, l'on met en oeuvre une deuxième phase d'alimentation du moteur électrique avec une puissance accrue, essentiellement caractérisé en ce qu'au moins lors de la première phase d'alimentation du moteur électrique, l'on pilote l'alimentation du moteur électrique en fonction de sa vitesse de rotation.It therefore relates to a method for controlling the supply of an electric starter motor from motor vehicle with a pinion movable between a rest position and an active position in which it cooperates with the gear of a starting crown of the engine of the vehicle, according to which during the displacement of the pinion from its rest position to its active position, a first phase is implemented supply of electric motor with electric energy with reduced power and, when the pinion is located in the active position, a second phase is implemented electric motor supply with power increased, essentially characterized in that at least during the first motor supply phase electric, we control the motor supply electric according to its rotation speed.
Dès lors, la vitesse du moteur, qui reste dépendante d'un ensemble de paramètres non maítrisables, tels que la température, l'usure des pièces, la viscosité des lubrifiants utilisés, ..., reste maítrisée.Therefore, the engine speed, which remains dependent on a set of parameters that cannot be controlled, such as temperature, wear of parts, viscosity lubricants used, ..., remains under control.
Ce procédé peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le pignon mobile étant déplacé de sa position de repos vers sa position active sous l'action d'un électro-aimant, la première phase d'alimentation est mise en oeuvre à l'expiration d'une période de temps prédéterminée après activation de l'électro-aimant ;
- la période de temps est inférieure ou égale à environ une seconde ;
- la deuxième phase d'alimentation du moteur électrique est mise en oeuvre à l'issu d'une temporisation après que le pignon a atteint sa position active ;
- la temporisation est comprise entre environ 2 et 200 millisecondes ;
- la temporisation est déterminée en fonction du déplacement angulaire de l'arbre du moteur électrique.
- the movable pinion being moved from its rest position to its active position under the action of an electromagnet, the first feeding phase is implemented at the expiration of a predetermined period of time after activation of the 'electro magnet ;
- the time period is less than or equal to about one second;
- the second power supply phase of the electric motor is implemented at the end of a time delay after the pinion has reached its active position;
- the time delay is between approximately 2 and 200 milliseconds;
- the time delay is determined as a function of the angular displacement of the shaft of the electric motor.
L'invention a également pour objet un dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur électrique d'un démarreur de véhicule automobile, comprenant des moyens de commutation raccordés à la batterie d'alimentation du véhicule, des moyens de détection de la position d'un pignon mobile d'entraínement d'une couronne de démarrage du moteur thermique du véhicule et une unité de commande apte à piloter l'alimentation du moteur électrique selon une première phase d'alimentation du moteur en énergie électrique avec une puissance réduite au cours de laquelle le pignon du démarreur est déplacé d'une position de repos vers une position active dans laquelle il coopère avec la couronne d'entraínement et une deuxième phase d'alimentation du moteur électrique en énergie électrique avec une puissance accrue lorsque le pignon se situe dans sa position active, essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur du démarreur associés à l'unité de commande pour piloter l'alimentation du moteur électrique en fonction de la vitesse de rotation de ce dernier, au moins au cours de la première phase d'alimentation.The invention also relates to a device for control of the power supply of an electric motor of a motor vehicle starter, comprising means switch connected to the supply battery of the vehicle, means for detecting the position of a movable pinion for driving a starter ring of the vehicle's engine and a control unit suitable for controlling the supply of the electric motor according to a first phase of power supply to the engine electric with reduced power during which the starter gear is moved rest position to an active position in which it cooperates with the drive crown and a second phase of supplying the electric motor with electrical energy with increased power when the sprocket is in its active position, essentially characterized in that it includes means for measuring the speed of rotation of the starter motor associated with the control unit to control the power supply to the motor electric depending on the rotation speed of this last, at least during the first phase Power.
Ce dispositif peut avantageusement être complété par une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- les moyens de commutation sont constitués par un onduleur dont les cellules de commutation sont alimentées par des signaux de commande délivrés par l'unité de commande dont la fréquence est modulée en fonction de la vitesse de rotation du moteur électrique ;
- les moyens de commutation sont constitués par un commutateur raccordé en série entre la batterie d'alimentation du véhicule et le moteur électrique, des moyens assurant une comparaison de la vitesse de rotation du moteur avec une valeur minimale de seuil à partir de laquelle le moteur est alimenté et avec une valeur maximale de seuil à partir de laquelle l'alimentation du moteur est coupée ;
- les moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur sont constitués par un capteur de mesure ;
- les moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur sont constitués par des moyens de traitement des courants induits par le rotor du moteur électrique ;
- il comporte des moyens de détection du pignon, aptes à détecter le positionnement de ce dernier en position active, raccordés à l'unité de commande pour provoquer la mise en oeuvre de la deuxième phase d'alimentation ;
- il comporte des moyens de mesure du déplacement angulaire de l'arbre moteur du démarreur et des moyens de comparaison de la valeur mesurée du déplacement angulaire avec une valeur de seuil à partir de laquelle on autorise la mise en oeuvre de la deuxième phase d'alimentation.
- the switching means consist of an inverter, the switching cells of which are supplied by control signals delivered by the control unit, the frequency of which is modulated as a function of the speed of rotation of the electric motor;
- the switching means are constituted by a switch connected in series between the vehicle supply battery and the electric motor, means ensuring a comparison of the speed of rotation of the motor with a minimum threshold value from which the motor is powered and with a maximum threshold value from which the engine power is cut;
- the means for measuring the speed of rotation of the motor are constituted by a measurement sensor;
- the means for measuring the speed of rotation of the motor are constituted by means for processing the currents induced by the rotor of the electric motor;
- it comprises pinion detection means, capable of detecting the positioning of the latter in the active position, connected to the control unit to cause the implementation of the second supply phase;
- it includes means for measuring the angular displacement of the starter motor shaft and means for comparing the measured value of the angular displacement with a threshold value from which the implementation of the second supply phase is authorized .
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1, dont il a déjà fait mention, représente un démarreur de véhicule automobile conforme à l'état de la technique ;
- la figure 2 représente schématiquement un montage d'alimentation d'un démarreur conforme à l'invention ;
- la figure 3 illustre schématiquement la structure d'un démarreur pourvu d'un tel dispositif d'alimentation ;
- la figure 4 illustre un autre mode de réalisation d'un montage d'alimentation d'un démarreur conforme à l'invention ; et
- la figure 5 est une courbe montrant l'évolution de la vitesse de rotation du moteur et du démarreur en fonction du temps, au cours des première et deuxième phases d'alimentation.
- Figure 1, which he has already mentioned, shows a motor vehicle starter according to the state of the art;
- FIG. 2 schematically represents a supply assembly for a starter according to the invention;
- FIG. 3 schematically illustrates the structure of a starter provided with such a supply device;
- FIG. 4 illustrates another embodiment of a supply assembly for a starter according to the invention; and
- FIG. 5 is a curve showing the evolution of the speed of rotation of the motor and of the starter as a function of time, during the first and second supply phases.
Tel qu'illustré à la figure 2, sur laquelle on a
représenté le schéma électrique d'un dispositif
d'alimentation d'un moteur à courant alternatif d'un
démarreur de véhicule automobile, le dispositif comporte
essentiellement un onduleur 24 constitué d'un ensemble de
cellules de commutation 26-1, 26-2, ..., 26-n montées en
pont pilotées à l'ouverture et à la fermeture par une
unité de commande 30 pour l'alimentation de chacune des
bobines 32-1, 32-2, ..., 32-n du moteur électrique 34 du
démarreur.As illustrated in Figure 2, on which we have
represented the electrical diagram of a device
supply of an AC motor of a
motor vehicle starter, the device comprises
essentially an
A cet effet, l'unité de commande 30 est pourvue de
sorties respectives s raccordées à la grille de chacune
des cellules de commutation de l'onduleur 24 et fournit à
ces dernières un signal de forme rectangulaire dont la
fréquence est modulée en fonction de la vitesse de
rotation du moteur électrique 34.To this end, the
Par ailleurs, le drain des cellules de commutation
26-1, 26-2..., 26-n de l'une des branches de l'onduleur 24
est raccordé à la borne positive B+ de la batterie
d'alimentation du véhicule, la source de ces cellules de
commutation étant raccordée à une bobine respective du
moteur.Furthermore, the drain of the switching cells 26-1, 26-2 ..., 26-n of one of the branches of the
En ce qui concerne les cellules de commutation 28-1,
28-2, ..., 28-n de l'autre branche de l'onduleur 24,
leur drain est raccordé aux bobines d'alimentation, leur
source étant raccordée à la masse.Regarding switch cells 28-1,
28-2, ..., 28-n of the other branch of the
Par ailleurs, le dispositif d'alimentation du
moteur 34 est pourvu d'un organe 36 de mesure de la
vitesse de rotation et de la position angulaire de
l'induit du moteur 34, fournissant à l'unité de commande
30 des signaux de mesure correspondant, ainsi qu'un
électro-aimant 38 pilotant le déplacement du pignon
équipant l'arbre moteur du moteur électrique 34 d'une
position de repos, dans laquelle il est désengagé de la
couronne d'entraínement du moteur thermique du véhicule,
vers une position active dans laquelle il engrène avec
celle-ci pour entraíner en rotation le moteur thermique.In addition, the power supply device for the
Par ailleurs, une ligne de commande pourvue d'un
interrupteur K à commande par clé de contact est
raccordée à une entrée e de l'unité de commande 30 d'une
part et à la borne positive B+ de la batterie
d'alimentation du véhicule, d'autre part.Furthermore, a control line provided with a switch K controlled by an ignition key is connected to an input e of the
On notera que l'organe de mesure 36 peut être
constitué par tout type de capteur approprié pour fournir
à l'unité de commande 30 un signal de mesure de la
vitesse de rotation du moteur et un signal de mesure de
la position angulaire de l'induit, par exemple un capteur
de type inductif, à effet Hall, de type capacitif,
piézoélectrique, ...It will be noted that the
En ce qui concerne le démarreur, en se référant à
la figure 3 sur laquelle on a représenté de manière
schématique ses principaux éléments constitutifs, celui-ci
est pourvu du moteur électrique 34 auquel est raccordé
un module d'électronique de puissance 37 incorporant les
composants du circuit représenté sur la figure 2, à
savoir le circuit onduleur ainsi que l'unité de commande
30.Regarding the starter, referring to
Figure 3 in which there is shown so
schematic its main building blocks, this one
is provided with the
L'arbre moteur du moteur électrique est pourvu d'un
pignon 39 pourvu d'une roue libre déplaçable axialement,
comme mentionné précédemment, entre une position de
repos, dans laquelle le pignon est désengagé d'une
couronne d'entraínement du moteur thermique du véhicule,
et une position active, dans laquelle il engrène avec
celle-ci, sous le contrôle de l'électro-aimant 38, par
l'intermédiaire de moyens mécaniques 40, essentiellement
constitués par une fourchette montée de manière
oscillante et coopérant, par l'une de ses extrémités avec
un noyau plongeur disposé dans l'électro-aimant 38 et
dont l'autre extrémité assure le déplacement axial du
pignon mobile 39.The motor shaft of the electric motor is provided with a
On voit par ailleurs sur cette figure 3 que le
démarreur est pourvu de l'organe de mesure 36.We also see in this figure 3 that the
starter is provided with the measuring
Le démarreur qui vient d'être décrit est complété
par un détecteur (non représenté) disposé en bout de
course du pignon 39 et apte à détecter le positionnement
de ce dernier en position active, ce détecteur étant
raccordé à l'unité de commande pour piloter
l'alimentation du moteur électrique du démarreur.The starter which has just been described is completed
by a detector (not shown) placed at the end of
On détaillera ci-après le fonctionnement du démarreur et du dispositif d'alimentation de ce dernier qui viennent d'être décrits.We will detail below the operation of the starter and its power supply device which have just been described.
Comme indiqué précédemment, l'unité de commande 30
pilote les cellules de commutation de l'onduleur 24 de
manière à provoquer l'alimentation du moteur électrique
34 selon une première phase d'alimentation à puissance
réduite, mise en oeuvre lorsque le pignon est déplacé de
sa position de repos jusqu'à sa position active, et selon
une deuxième phase d'alimentation à puissance accrue,
mise en oeuvre lorsque le pignon se situe en position
active.As indicated previously, the
Ainsi, dès que l'utilisateur a fermé l'interrupteur
K par actionnement de sa clé de contact, l'unité de
commande 30 provoque l'alimentation de l'électro-aimant
38 de manière à provoquer le déplacement du pignon 39 de
sa position de repos vers sa position active.So as soon as the user has closed the switch
K by actuation of its ignition key, the
Dès fermeture de l'interrupteur K, l'unité de
commande 30 met en oeuvre la première phase
d'alimentation du moteur électrique 34 à faible puissance
en pilotant la grille de chacune des cellules de
commutation, de manière connue en soi, par exemple par
modulation par largeur d'impulsions, de manière à
entraíner le moteur électrique avec une vitesse réduite,
par exemple comprise entre 1 et 500 tours par minute.As soon as switch K is closed, the
Cependant, de préférence, l'unité de commande 30
incorpore des moyens de temporisation de manière à lancer
cette première phase d'alimentation après l'expiration
d'une période de temps prédéterminée, par exemple
inférieure ou égale à environ une seconde, de manière à
éviter une chute de tension de la batterie due à la mise
en marche du moteur électrique alors que l'électro-aimant
38 est encore à grand entrefer et que, de ce fait, les
forces d'attraction développées risquent d'être
insuffisantes pour vaincre les efforts résistant du noyau
mobile dû au frottement ou à la présence de ressorts de
rappel. On peut alors réduire le dimensionnement de
l'électro-aimant 38.Preferably, however, the
On notera que, au cours de cette première phase,
l'unité de commande 30 reçoit, sur l'une de ses entrées,
un signal de mesure de la vitesse de rotation du moteur
et module la fréquence des signaux de commande appliqués
à la grille des cellules de commutation de manière à
maintenir la vitesse de rotation à la valeur faible
prédéterminée.Note that, during this first phase,
the
Dès que le pignon 39 atteint sa position active,
l'unité de commande 30 provoque la mise en oeuvre de la
deuxième phase d'alimentation, à puissance accrue, de
manière à permettre le démarrage du moteur thermique du
véhicule.As soon as the
Cette deuxième phase est mise en oeuvre dès que le
pignon 38 atteint la butée de fin de course, détectée,
comme mentionné précédemment au moyen d'un détecteur
approprié, ou à l'expiration d'une temporisation après
que le pignon a atteint cette butée, par exemple comprise
entre 2 et 200 millisecondes, de manière à permettre un
engrènement des dents de pignon 39 avec celles de la
couronne d'entraínement du moteur. Cette temporisation
peut toutefois être modulée en fonction de différents
paramètres de fonctionnement, tels que la température, la
tension d'alimentation de l'électro-aimant, ...This second phase is implemented as soon as the
On notera cependant que, en variante, les moyens de
détection du positionnement du pignon en position active
peuvent être remplacés par un algorithme approprié
d'analyse du courant absorbé par le moteur électrique,
incorporé à l'unité de commande 30, apte à détecter une
montée brusque du courant engendré pour vaincre le couple
résistant du moteur thermique lorsque le pignon s'engrène
avec la couronne d'entraínement.Note, however, that, as a variant, the means of
detection of pinion positioning in active position
can be replaced by an appropriate algorithm
analysis of the current absorbed by the electric motor,
incorporated in the
Par ailleurs, cette deuxième phase d'alimentation à pleine puissance peut également être mise en oeuvre après que l'induit du moteur électrique a parcouru une distance angulaire prédéterminée, laquelle distance correspond à une distance angulaire à partir de laquelle, dans le pire des cas, le pignon a atteint la butée.Furthermore, this second feeding phase to full power can also be implemented after that the armature of the electric motor has traveled a distance predetermined angle, which distance corresponds to an angular distance from which in the worst case cases, the pinion has reached the stop.
Dans l'exemple de réalisation qui vient d'être
décrit, on a considéré que le moteur 34 est constitué par
un moteur à courant alternatif.In the example of realization which has just been
described, it was considered that the
On va maintenant décrire, en référence aux figures 4 et 5, un autre mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation conforme à l'invention, approprié pour l'alimentation d'un moteur à courant continu.We will now describe, with reference to the figures 4 and 5, another embodiment of a device supply according to the invention, suitable for the supply of a DC motor.
Conformément à ce mode de réalisation, le
dispositif d'alimentation comporte essentiellement une
unité de commande 41 recevant, en entrée, des signaux e1
et e2 représentatifs de la vitesse de rotation du moteur
électrique M du démarreur ainsi que, sur une entrée e3,
un signal de commande délivré après action sur un
interrupteur K au moyen d'une clé de contact.In accordance with this embodiment, the
feed device basically has a
L'unité de commande 41 est raccordée, en sortie, à
un électro-aimant 42 ayant pour fonction de commander le
déplacement axial du pignon du démarreur de sa position
de repos jusqu'à sa position active, ainsi qu'un
transistor 44 fonctionnant en interrupteur, placé en
série entre le moteur M, avec interposition d'un
inducteur 46, et la borne positive B+ d'alimentation de la
batterie du véhicule automobile.The
Un capteur 48 de mesure de la vitesse de rotation
de l'arbre du moteur M et de mesure de la position
angulaire de l'induit de ce dernier, constitué par
exemple par une roue codée 50 liée à l'arbre du moteur et
par un détecteur 52 correspondant, fournit par
l'intermédiaire d'un circuit 54 de mise en forme et d'un
convertisseur de fréquence/tension 56, une tension Um
représentative de la vitesse et de la position angulaire
de l'arbre moteur.A
Un premier comparateur 58 effectue une comparaison
entre la tension Um et une première tension de référence
Uref1 représentative d'une valeur minimale de la vitesse
de rotation du moteur au cours de la première phase
d'alimentation du moteur et fournit une information
correspondante sur l'entrée e1 de l'unité de commande 41.A
Par ailleurs, un deuxième comparateur 60 réalise
une comparaison entre cette tension Um et une deuxième
tension de référence Uref2 représentative d'une valeur
maximale de la vitesse de rotation du moteur M au cours
de cette première phase d'alimentation.Furthermore, a
Ainsi, lors du déplacement du pignon mobile de sa
position de repos jusqu'à sa position active, l'unité de
commande 41 pilote le transistor 44 en fonction de la
vitesse de rotation du moteur M, c'est-à-dire qu'il rend
passant le transistor 44 lorsque la tension Um se situe
entre e1 et e2, et le bloque si la tension Um est
supérieure à la deuxième valeur de seuil Uref2.Thus, when moving the movable pinion from its
rest position to its active position, the
Ainsi, comme cela est visible sur la figure 5, la vitesse de rotation N du moteur est parfaitement maítrisée et oscille, lors de la première phase I d'alimentation, entre deux valeurs extrêmes N1 et N2 qui correspondent chacune à une valeur de seuil de tension.Thus, as can be seen in FIG. 5, the motor rotation speed N is perfectly under control and oscillates, during the first phase I supply, between two extreme values N1 and N2 which each correspond to a voltage threshold value.
Parallèlement, et comme mentionné précédemment,
l'unité de commande pilote l'électro-aimant 42 de manière
à déplacer le pignon mobile du démarreur.At the same time, and as mentioned earlier,
the control unit controls the
En particulier, elle met en oeuvre la deuxième phase d'alimentation II du moteur M après expiration d'une période de temps prédéterminée après positionnement du pignon dans sa configuration active, ce positionnement pouvant être détecté au moyen d'un capteur approprié ou déduit du déplacement angulaire de l'induit du moteur.In particular, it implements the second motor M supply phase II after expiration a predetermined period of time after positioning of the pinion in its active configuration, this positioning can be detected by an appropriate sensor or deduced from the angular displacement of the motor armature.
De même, et comme dans l'exemple de réalisation
décrit précédemment, l'unité de commande 41 provoque
l'alimentation du moteur M, au cours de la première phase
d'alimentation, après expiration d'une temporisation, de
manière à éviter toute chute de tension de la batterie
due à la mise en marche du moteur M alors que l'électro-aimant
42 est encore à grand entrefer.Similarly, and as in the example of embodiment
described above, the
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EP1217205B1 (en) | 2006-11-08 |
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