EP2385538A1

EP2385538A1 - Contacteur électromagnétique à double contact et démarreur pour moteur thermique l'incorporant

Info

Publication number: EP2385538A1
Application number: EP11152651A
Authority: EP
Inventors: Stéphane PLAIDEAU
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP5603290B2; ES2384221T3; FR2959862A1; US20110273250A1; EP2385538B1; ATE557411T1; JP2011256861A; US8446238B2; FR2959862B1; CN102270548A; CN102270548B

Abstract

Le contacteur selon l'invention comprend un noyau plongeur (100), un enroulement d'appel (L a ), un enroulement de maintien (L m ), une plaquette de contact mobile (CM) et trois plots de contact (PC+, PC1). Le contacteur a trois états de fonctionnement : un premier état sans contact électrique entre les plots de contact, un second état avec un contact électrique entre des premier et second plots de contact et un troisième état avec un contact électrique entre les premier, second et un troisième plot de contact. Conformément à l'invention, le contacteur comprend également un micro-actionneur commandable électriquement (MS) pour autoriser ou interdire, selon la commande électrique qui lui est appliquée, une commutation entre les second et troisième états de fonctionnement, ladite commutation étant interdite par le micro-actionneur au moyen d'une force s'opposant à une poussée de la plaquette de contact mobile lorsque le micro-actionneur est excité électriquement. De préférence, le micro-actionneur est un micro-solénoïde.

Description

De manière générale, l'invention concerne le domaine des démarreurs pour moteur thermique dans les véhicules automobiles. Plus particulièrement, l'invention concerne un contacteur électromagnétique perfectionné du type dit à double contact destiné à être inclus dans des démarreurs.
Des démarreurs avec contacteur électromagnétique à double contact sont connus dans l'état de la technique. Un tel démarreur 1a selon la technique antérieure, incluant un contacteur 10a, est décrit ci-dessous en référence à la Fig.1.
Le contacteur 10a comprend un corps 104 dans lequel se déplace en translation un noyau plongeur 100 dont l'extrémité avant 101 est munie d'un doigt 1010. L'extrémité arrière du noyau plongeur 100 actionne deux plaquettes de contact mobiles CM1 et CM2 destinées à établir des contacts galvaniques entre des bornes de contacts C11, C12 et C21, C22. Un ressort de rappel noyau 103 est disposé entre le corps et l'extrémité avant 101 du noyau plongeur 100 et exerce une force de rappel s'opposant à une translation de celui-ci vers l'arrière.
Le contacteur 10a comprend également deux enroulements, L_m et L_a, ayant une extrémité commune. Une autre extrémité de l'enroulement L_m est reliée à une masse électrique M (reliée classiquement au châssis du véhicule). Une autre extrémité de l'enroulement L_a est reliée aux bornes C12, C22 et un balai électrique B1. L'extrémité commune aux deux enroulements, L_m et L_a, est reliée à la borne positive ("B+") d'une batterie 12 via un contact de démarrage 13 du véhicule (ou tout organe similaire en faisant fonction). La borne C11 est reliée directement à la borne positive B+ de la batterie 12. Les bornes C21 est reliée à la borne positive de la batterie 12 à travers une résistance de limitation de courant RD.
Le démarreur 1a comporte un moteur électrique 11. Ce moteur 11 est constitué de façon classique d'un induit ou rotor 110 (enroulement L3) et d'un inducteur ou stator 114 qui peut comporter des aimants permanents. L'induit 110 est alimenté classiquement par l'intermédiaire d'une bague collectrice 115, disposée à l'arrière du moteur 11, et de deux balais B1 et B2, le balai B1 dit positif étant relié aux bornes C12, C22 et le balai B2 dit négatif étant relié à la masse M.
A l'avant du moteur 11 est disposé un lanceur comprenant ici un ensemble pignon lanceur 113, roue libre 112, ressort d'engrènement 115 et une poulie (non repérée) dans laquelle est engagée une fourchette 15. Une rampe hélicoïdale 111 est également prévue à l'avant du moteur 11. Le couplage mécanique entre le contacteur 10a est le moteur 11 est obtenu par la fourchette 15 mobile autour d'un axe de rotation Δ1. Comme cela apparaît à la Fig.1, l'extrémité supérieure de cette fourchette 15 est entraînée par le doigt 1010. L'extrémité inférieure de la fourchette 15 est couplée mécaniquement au niveau de la poulie du lanceur, à l'arrière du ressort d'engrènement 115, lui-même disposé entre cette extrémité inférieure et la roue libre 112.
Lorsque le conducteur du véhicule actionne le contact de démarrage 13, le courant électrique circule alors dans les enroulements L_m et L_a du contacteur 10, la liaison à la masse M de l'enroulement L_a se faisant à travers le moteur 11. Il se développe alors dans le contacteur 10a une force électromagnétique qui a pour effet d'attirer le noyau 100 vers l'arrière (flèche f₁). Le ressort 103 se comprime et exerce une force de rappel antagoniste. Le noyau plongeur 100 entraîne la fourchette 15 en rotation autour de l'axe Δ1 et l'extrémité inférieure de celle-ci entraîne à son tour l'ensemble ressort 115, roue libre 112 et pignon 113 vers l'avant (flèche f₂).
Lorsque le noyau plongeur 100 du contacteur 10a arrive à un niveau intermédiaire de sa course, la plaquette de contact mobile CM1 court-circuite les bornes de contacts C11 et C12 (position fermée), les bornes de contacts C21 et C22 restant elles non court-circuitées (position ouverte). Les bornes de contacts C11 et C12 en position fermée relient, à travers la résistance de limitation de courant RD, le balai positif B1 à la borne positive B+ de la batterie 12 et alimente en courant le moteur 11, le circuit électrique se refermant par le balai négatif B2. L'induit 110 (rotor) du moteur 11 commence à tourner autour de son axe de rotation Δ2 en régime réduit, c'est-à-dire, à vitesse et couple réduits, du fait de la limitation en courant imposée par la résistance RD, ce qui occasionne également une rotation R du pignon 113. Animé d'un double mouvement, translation (flèche f₂) et rotation R, le pignon 113 s'approche de la couronne dentée 14 du moteur thermique.
De façon plus précise, deux cas peuvent alors se produire:

1) Le pignon 113 engrène directement dans la couronne 14 dans son mouvement de translation (flèche f₂) et le noyau plongeur 100 poursuivra sa translation jusqu'à arriver en fin de course.
2) Une dent du pignon 113 bute contre une dent de la couronne 14, ce qui a tendance à bloquer également la course du noyau plongeur 100. Le ressort de lanceur 115 permet la poursuite de l'avance du noyau plongeur 100, puisque ce ressort 115 se comprime, la poulie pouvant coulisser sur l'arbre. L'entraînement en régime réduit du pignon 113 par le moteur 11 évite d'abîmer les dents du pignon 113 et de la couronne 14 par effet dit de «fraisage». Du fait de ses mouvements de rotation et translation, le pignon 113 finit par engrener dans la couronne 14 et le noyau plongeur 100 poursuit sa translation jusqu'à arriver en fin de course.

Lorsque le noyau plongeur 100 du contacteur 10a arrive en bout de sa course, la plaquette de contact mobile CM2 court-circuite les bornes de contacts C21 et C22 (position fermée), les bornes de contacts C11 et C12 restant en position fermée. Les bornes de contacts C21 et C22 en position fermée relient directement le balai positif B1 à la borne positive B+ de la batterie 12. Le moteur 11 est alors alimenté à plein régime et entraîne en rotation le moteur thermique pour une opération de démarrage.
Dans la situation ci-dessus, l'enroulement d'appel L_a est court-circuité puisqu'il n'y a plus de différence de potentiel entre l'extrémité commune aux deux enroulements, L_m et L_a, et le contact C21-C22 reliés tous deux à la borne positive de la batterie 12. Les plaquettes de contact mobiles CM1 et CM2 sont maintenues en position fermée par l'enroulement de maintien L_m, agissant sur le noyau plongeur 100 et le ressort de rappel noyau 103.
Lorsque le conducteur coupe le circuit de démarrage en ouvrant le contact de démarrage 13, la force électromagnétique qui se développait dans le contacteur 10a cesse, l'enroulement de maintien L_m n'étant plus alimenté. Le noyau plongeur 100 est rappelé à sa position de repos par le ressort 103 et la liaison électrique batterie 12 - moteur 11 est rompue. Le moteur 11 n'étant plus alimenté cesse d'entraîner le pignon 113 en rotation. En outre, puisque le noyau plongeur 100 revient à sa position initiale (vers l'arrière), il agit sur la fourchette 15 qui désengage le pignon 113 de la couronne 14.
Par contre, si le conducteur maintient le contact de démarrage 13 en position fermée plus longtemps que nécessaire, le moteur thermique du véhicule commence à fonctionner, le pignon 113, donc l'induit 110 du moteur 11, est soumis en conséquence à une vitesse de rotation très élevée (typiquement, pour un moteur thermique tournant à 3 000 tr/mn, la vitesse de rotation du pignon atteindra 25 000 tr/mn, le rapport de démultiplication "couronne - moteur" étant généralement compris entre de 8/1 et 16/1). Pour éviter la centrifugation du moteur 11, il est donc nécessaire de désaccoupler l'arbre de démarreur du pignon 113. C'est le rôle qui est dévolu à la roue libre 112.
Dans le contacteur 10a de la Fig.1, la fermeture du contact C11-C12 avant celle du contact C21-C22, autorisant le fonctionnement décrit ci-dessus du moteur 11 avec deux régimes de fonctionnement distincts, est introduite par des tarages différents de ressorts de contact P1, P2 et P3.
Cette solution de la technique antérieure donne globalement satisfaction. Cependant, il est souhaitable de proposer des perfectionnements offrant des degrés de liberté supplémentaires dans la conception d'un démarreur du type décrit, notamment en termes de maîtrise de la temporisation entre les fermetures de contacts lors d'une opération de démarrage.
Selon un premier aspect, l'invention concerne un contacteur électromagnétique à double contact pour démarreur de moteur thermique, comprenant un noyau plongeur, un premier enroulement dit d'appel, un deuxième enroulement dit de maintien, une plaquette de contact mobile et des premier, second et troisième plots de contact, le contacteur ayant trois états de fonctionnement : un premier état sans contact électrique entre les plots de contact, un second état avec un contact électrique entre les premier et second plots de contact et un troisième état avec un contact électrique entre les premier, second et troisième plots de contact.
Conformément à l'invention, le contacteur comprend également un micro-actionneur commandable électriquement pour autoriser ou interdire, selon la commande électrique qui lui est appliquée, une commutation entre les second et troisième états de fonctionnement, ladite commutation étant interdite par le micro-actionneur au moyen d'une force s'opposant à une poussée de la plaquette de contact mobile lorsque le micro-actionneur est excité électriquement.
Avantageusement, la présence du micro-actionneur commandable électriquement permet un contrôle de la temporisation entre les second et troisième états de fonctionnement du contacteur. Il devient ainsi possible de mieux maîtriser le séquencement de commande d'un démarreur et d'adapter aisément ce séquencement à différentes applications du démarreur.
Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, le micro-actionneur commandable électriquement est un micro-solénoïde.
Selon une caractéristique particulière, le micro-solénoïde comprend un étrier-contact, de préférence en cuivre, et un ensemble comportant une bobine électrique et un noyau magnétique mobile, l'ensemble étant disposé entre deux mâchoires de l'étrier-contact.
Selon une autre caractéristique, l'étrier-contact est prévu pour supporter le passage d'un courant de puissance dans le contacteur, dans les second et troisième états de fonctionnement du contacteur.
Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, l'ensemble indiqué ci-dessus comporte également une cuve faisant partie du circuit magnétique du micro-solénoïde et formant logement pour la bobine électrique.
Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la cuve logeant la bobine électrique est solidaire d'une paroi du contacteur et l'étrier-contact est solidaire du noyau mobile.
Selon une autre caractéristique particulière, le micro-solénoïde comprend également une tresse conductrice, de préférence en cuivre, ayant une première extrémité reliée à l'étrier-contact et une seconde extrémité reliée au second plot de contact.
Selon encore une autre caractéristique particulière, la plaquette de contact mobile et l'étrier-contact sont aptes à venir en contact lors des second et troisième états de fonctionnement du contacteur.
Selon encore une autre caractéristique particulière, l'étrier-contact et le troisième plot de contact sont aptes à venir en contact lors du troisième état de fonctionnement du contacteur.
Selon un autre aspect, l'invention concerne également un démarreur pour moteur thermique, équipé d'un contacteur électromagnétique à double contact et d'un dispositif électronique de commande. Conformément à l'invention, le contacteur électromagnétique inclut dans le démarreur est tel que décrit brièvement ci-dessus.
Le démarreur selon l'invention est particulièrement bien adapté pour des applications dans des véhicules automobiles équipés de la fonction d'arrêt-relance automatique du moteur thermique, dite également « stop/start » ou « stop & go » en anglais.
L'invention va maintenant être décrite de façon plus détaillée à travers des formes de réalisation particulières de celle-ci, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

la Fig.1 illustre schématiquement un démarreur avec contacteur à double contact selon la technique antérieure;
la Fig.2 illustre schématiquement une forme de réalisation particulière du démarreur avec contacteur à double contact selon l'invention;
les Figs.3A, 3B et 3C illustrent schématiquement différents états d'ouverture/fermeture d'un dispositif de double contact du démarreur de la Fig.2 et les états correspondants d'un circuit de puissance alimentant le moteur électrique du démarreur;
les Figs.4A et 4B sont des vues en coupe d'une forme de réalisation particulière d'un contacteur à double contact inclut dans un démarreur selon l'invention;
la Fig.5 est une vue éclatée en perspective d'une forme de réalisation particulière d'un micro-solénoïde inclus dans le contacteur des Figs.4A et 4B;
les Figs.6A, 6C et 6B montrent des états de travail/repos du micro-solénoïde de la Fig.5;
la Fig.7 est un schéma électrique d'une forme de réalisation particulière d'un dispositif électronique de commande inclut dans le démarreur selon la présente invention; et
les Figs.8A, 8B et 8C montrent des courbes de tension et courant relatives au fonctionnement du dispositif électronique de commande de la Fig.7.

En référence aux Figs.2 à 8, il est maintenant décrit une forme de réalisation particulière d'un démarreur à double contact selon l'invention.
La configuration générale d'un démarreur selon l'invention reprend l'essentiel de la configuration décrite en regard de la Fig.1, c'est-à-dire une configuration générale, en soi, conforme à la technique antérieure. En cela, l'invention présente un avantage supplémentaire car elle ne nécessite pas de modifications substantielles et reste compatible avec les technologies couramment utilisées dans l'industrie automobile.
Aussi, dans ce qui suit, les éléments communs à la Fig.1, ou pour le moins jouant un rôle similaire, portent les mêmes références et ne seront re-décrits qu'en tant que de besoin.
Comme cela apparaît à la Fig.2, on retrouve les trois composants principaux d'un démarreur à commande électromagnétique, désormais référencé 1, à savoir, un contacteur, désormais référencé 10, avec son noyau plongeur 100, le moteur 11 et l'élément de couplage mécanique constitué par la fourchette 15. Cependant, conformément à l'invention, le contacteur 10 présente des caractéristiques de double contact particulières qui vont être décrites ci-après. De plus, un dispositif électronique de commande ECC est prévu pour la commande du contacteur 10.
Comme déjà décrit ci-dessus en référence à la Fig.1 pour le démarreur 1a de la technique antérieure, les différents composants du démarreur 1 selon l'invention sont alimentés en énergie électrique par une batterie 12. Dans le démarreur 1, outre les enroulements L_a, L_m et L₃, la batterie 12 alimente également le dispositif électronique de commande ECC.
Comme montré à la Fig.2, le contacteur 10 comporte un dispositif de double contact 10dc qui diffère très sensiblement du dispositif de double contact selon la technique antérieure de la Fig.1.
Le dispositif de double contact 10dc comprend essentiellement une plaquette de contact mobile CM, un micro-actionneur commandable électriquement sous la forme d'un micro-solénoïde MS, et trois plots de contact PC+, PC1 et PC2.
La plaquette de contact mobile CM est actionnée en translation par l'extrémité arrière du noyau plongeur 100 et est destinée à établir un contact galvanique entre le plot de contact PC+ et un noyau magnétique mobile NM du micro-solénoïde MS.
Le micro-solénoïde MS est représenté de manière schématique à la Fig.2 afin de faciliter la compréhension du fonctionnement du dispositif de double contact 10dc Dans cette représentation schématique, on considérera que le noyau mobile NM est réalisé par exemple en fer doux de manière à avoir des propriétés magnétiques et de conduction électrique. En fait, comme décrit en détail plus bas en référence aux Figs.5 et 6A à 6C relatives à une forme de réalisation pratique, le micro-solénoïde MS comporte un étrier-contact, par exemple en cuivre, pour la passage du courant électrique de puissance du démarreur 1.
Toujours en référence à la Fig.2, le noyau mobile NM est relié électriquement au plot de contact PC1 par une tresse électriquement conductrice TS. La tresse TS est de préférence en cuivre. Le micro-solénoïde MS comprend une bobine électrique BO dont une extrémité est reliée à l'extrémité commune des enroulements L_a et L_m qui est raccordée à la borne B+ de la batterie 12. L'autre extrémité de la bobine BO est reliée à une borne de raccordement (non repérée) du dispositif électronique de commande ECC.
Le plot de contact PC+ est relié à la borne B+ de la batterie 12. Le plot de contact PC1 est relié à une borne de raccordement (non repéré) du dispositif électronique de commande ECC et au balai B1 à travers la résistance de limitation de courant RD. Le plot de contact PC2 est quant à lui relié directement au balai B1.
Le dispositif électronique de commande ECC est alimenté en énergie électrique après fermeture du contact de démarrage 13, par l'intermédiaire d'une liaison 20 autorisant un raccordement à la borne B+ de la batterie 12. Le dispositif électronique de commande ECC est également raccordé à l'enroulement L_a, à travers une liaison 21, et commande l'excitation de celui-ci en autorisant une connexion à la masse M de l'extrémité de l'enroulement L_a autre que celle reliée à l'extrémité commune des enroulements L_a et L_m.
Le fonctionnement du dispositif de double contact 10dc est maintenant décrit en référence plus particulièrement aux Figs.3A à 3C qui sont des dessins schématiques volontairement simplifiés afin de faciliter la compréhension du lecteur.
A la Fig.3A, le dispositif de double contact 10dc est montré à l'état ouvert désigné « état OV » ci-après. Cet état correspond à une non activation du contact de démarrage 13. Dans cet état ouvert du dispositif de double contact 10dc, le moteur électrique 11 n'est pas alimenté, aucune connexion électrique n'étant établie entre le plot de contact PC+ relié la borne B+ de la batterie 12 et l'un ou l'autre des plots de contact PC1, PC2. La plaquette de contact mobile CM est maintenue dans son état de repos par le ressort de rappel noyau 103 (Fig.2). Le micro-solénoïde MS n'est pas excité et le noyau mobile NM est aussi dans son état de repos.
A la Fig.3B, le dispositif de double contact 10dc est montré dans un premier état fermé, à savoir, dans un état « 1 er contact fermé », désigné « état 1CF » ci-après, qui correspond à l'état fermé du contact C11-C12 de la technique antérieure montrée à la Fig.1.
Dans cet état 1CF, le contact de démarrage 13 a été fermé et est maintenu fermé. La plaquette de contact mobile CM est poussée en translation par le noyau plongeur 100 et assure un contact électrique entre le plot de contact PC+ et le noyau mobile NM. Le noyau mobile NM étant relié au plot de contact PC1 à travers la tresse TS, le contact électrique est donc assuré entre le plot de contact PC+ et le plot de contact PC1. La bobine BO du micro-solénoïde MS est ici excitée et le noyau NM exerce une force f₃ s'opposant à la poussée de la plaquette de contact mobile CM, comme montré à la Fig.3B dans laquelle la plaquette CM est représentée légèrement en biais. L'excitation de la bobine BO interdit donc la translation du noyau mobile NM et le circuit électrique reste ouvert entre les plots PC+ et PC2. Une connexion électrique est établie seulement entre le plot de contact PC+ et le plot de contact PC1 et le moteur électrique 11 est alimenté en régime réduit à travers la résistance de limitation de courant RD.
A la Fig.3C, le dispositif de double contact 10dc est montré dans un deuxième état fermé, à savoir, dans un état « 2ième contact fermé », désigné « état 2CF » ci-après, qui correspond à l'état fermé du contact C21-C22 de la technique antérieure montrée à la Fig.1.
Dans cet état, le contact de démarrage 13 est toujours fermé. L'excitation de la bobine BO a été interrompue et le noyau mobile NM poussé par la plaquette CM vient donc en contact avec le plot PC2. Une connexion électrique est alors établie entre le plot de contact PC+ et les plots de contact PC1 et PC2. Le plot PC2 étant relié directement au moteur électrique 11, ce dernier est alimenté à plein régime.
La conception du dispositif de double contact 10dc selon l'invention autorise une temporisation réglable entre l'état 1 CF et l'état 2CF, le passage du premier état au second état étant commandé par la désexcitation du micro-solénoïde MS, elle-même commandée par le dispositif de commande électronique ECC.
Une forme de réalisation pratique du contacteur 10 selon l'invention est montrée aux Figs.4A et 4B dans l'état ouvert OV et l'état de 2ième contact fermé 2CF décrits en référence aux Figs.3A et 3C. Le contacteur 10 est représenté en coupe longitudinale aux Figs.4A et 4B de manière à montrer l'implantation du micro-solénoïde MS dans celui-ci. Les différents éléments fonctionnels du dispositif de double contact 10dc apparaissent aux Figs.4A et 4B, à l'exception du plot de contact PC1.
Le micro-solénoïde MS est maintenant décrit de manière détaillée en référence aux Figs.5, 6A, 6B et 6C.
Comme montré à la Fig.5, le micro-solénoïde MS comprend, outre la bobine BO et le noyau mobile NM, une cuve AN formant logement de bobine et faisant partie du circuit magnétique, un étrier-contact ET en cuivre pour le passage du courant électrique de puissance et un ressort de rappel RE.
La cuve AN comporte un logement intérieur (visible aux Figs.4A et 4B) dans lequel est placée la bobine BO. La cuve AN, contenant la bobine BO, et le ressort RE sont insérés dans le noyau mobile NM et l'ensemble est inséré entre des mâchoires haute et basse de l'étrier-contact ET. Une extrémité de la tresse TS, en cuivre, est fixée sur l'étrier-contact ET, l'autre extrémité de celle-ci étant reliée au plot de contact PC1. Un montage avec serrage du noyau mobile NM entre les mâchoires de l'étrier-contact ET permet la tenue mécanique de l'ensemble des pièces du micro-solénoïde MS.
Comme cela apparaît aux Figs.6A, 6B et 6C, le montage et le positionnement mécanique du micro-solénoïde MS dans le dispositif de double contact 10dc sont assurés par l'intermédiaire de la cuve AN qui est solidaire d'une paroi du dispositif 10dc.
La Fig.6A montre l'état du micro-solénoïde MS lorsque le dispositif de double contact 10dc est dans l'état OV. Dans l'état OV, le ressort RE assure une poussée P_R sur l'étrier-contact ET, et celui-ci et le noyau mobile NM sont ainsi poussés vers le bas, sans aucun contact électrique avec la plaquette mobile MC et le plot PC2.
La Fig.6B montre l'état du micro-solénoïde MS lorsque le dispositif de double contact 10dc est dans l'état 1 CF. Dans l'état 1 CF, la bobine BO est excitée et la force f₃ appliquée sur le noyau mobile NM et l'étrier-contact ET s'ajoute à la poussée P_R du ressort RE et s'oppose à leur déplacement sous l'action de la plaquette mobile CM. Le noyau NM et l'étrier-contact ET restant en position basse, le contact électrique n'est assuré qu'entre la plaquette mobile MC et l'ensemble noyau-étrier NM-ET relié électriquement au plot PC1 par la tresse TS.
La Fig.6C montre l'état du micro-solénoïde MS lorsque le dispositif de double contact 10dc est dans l'état 2CF. Dans l'état 2CF, la bobine BO n'est plus excitée. La poussée P_R du ressort RE n'est pas suffisante pour s'opposer au déplacement du noyau NM et de l'étrier-contact ET sous l'action de la plaquette mobile MC. Le noyau NM et l'étrier-contact ET viennent en position haute et le contact électrique est alors assuré entre la plaquette mobile MC et les plots PC1 et PC2, par l'intermédiaire de l'ensemble noyau-étrier NM-ET et la tresse TS.
Le dispositif électronique de commande ECC est maintenant décrit en détail en référence aux Figs.7, 8A, 8B et 8C.
Compte tenu du nombre modéré de composants électronique inclus dans le dispositif ECC, on notera que celui-ci peut être logé à l'intérieur d'un capot du contacteur 10. Par ailleurs, on notera que dans certaines formes de réalisation de l'invention, le dispositif ECC pourra être réalisé sous la forme d'un ASIC.
Comme montré à la Fig.7, le dispositif de commande électronique ECC est, dans cette forme de réalisation particulière, un circuit de type analogique. Le dispositif ECC comprend essentiellement trois transistors T1, T2 et T3, deux circuits de stabilisation de tension CZ1 et CZ2, trois circuits RC1, RC2 et RC3 à constante de temps et un circuit de verrouillage de commutation SL.
Les transistors T1, T2 et T3 sont ici de type MOSFET. Le transistors T1 et T3 commandent l'excitation de l'enroulement d'appel L_a et de la bobine BO, respectivement.
Une électrode de drain du transistor T1 est reliée à l'extrémité de l'enroulement L_a autre que celle reliée à l'extrémité commune des enroulements L_a et L_m. Une électrode de source du transistor T1 est reliée à la masse M.
Une électrode de drain du transistor T3 est reliée à l'extrémité de la bobine BO autre que celle reliée à l'extrémité commune des enroulements L_a et L_m. Une électrode de source du transistor T3 est reliée à la masse M.
Le transistor T2, comme cela apparaîtra plus clairement dans la suite de la description, est destiné à forcer l'ouverture du transistor T1 en reliant à la masse M la grille de celui-ci en fin d'excitation de l'enroulement L_a. Le transistor T2 comprend des électrodes de drain et de source reliées respectivement à la grille du transistor T1 et à la masse M.
Les circuits de stabilisation de tension CZ1 et CZ2 sont des circuits classiques à diode de Zéner.
Le circuit CZ1 est formé d'une résistance R6 et d'une diode de Zéner Z1 et fournit une tension stabilisée U1. La tension U1 est produite à partir d'une tension U_APC qui est disponible pour le dispositif ECC après la fermeture du contact de démarrage 13. La tension U_APC correspond donc à la tension U_B de la batterie 12 après fermeture du contact de démarrage 13.
Le circuit CZ2 est formé d'une résistance R7 et d'une diode de Zéner Z2 et fournit une tension stabilisée U2. La tension U2 est produite à partir d'une tension U_PC1 disponible sur le plot de contact PC1 dans l'état 1 CF du dispositif de double contact 10dc. La tension U_PC1 correspond donc à la tension U_B lorsque celle-ci devient disponible sur le plot PC1.
Le circuit de stabilisation de tension CZ1 fournit la tension U1 aux circuits RC1 et RC2. Le circuit de stabilisation de tension CZ2 fournit la tension U2 aux circuits RC3 et SL.
Le circuit RC1 est de type circuit RC intégrateur et comprend deux résistances R1 et R2 en série avec un condensateur C1. La tension U1 est appliquée à une première borne de la résistance R1 dont une seconde borne est reliée à une première borne du condensateur C1. Une seconde borne du condensateur C1 est reliée à une première borne de la résistance R2 dont une seconde borne est reliée à la masse M. Le point de connexion entre les bornes de la résistance R1 et du condensateur C1 est relié à la grille de commande du transistor T1.
Le circuit RC2 est un circuit RC de type dérivateur et comprend un condensateur C3 en série avec une résistance R5. La tension U1 est appliquée à une première borne du condensateur C3. Une seconde borne du condensateur C3 est reliée à une première borne de la résistance R5 dont une seconde borne est reliée à la masse M. Le point de connexion entre les bornes du condensateur C3 et de la résistance R5 est relié à une grille de commande du transistor T3.
Le circuit RC3 est un circuit RC type intégrateur et comprend une résistance R3 en série avec un condensateur C2. La tension U2 est appliquée à une première borne de la résistance R3. Une seconde borne de la résistance R3 est reliée à une première borne du condensateur C2 dont une seconde borne est reliée à la masse M. Le point de connexion entre les bornes de la résistance R3 et du condensateur C2 est relié à une grille de commande du transistor T2.
Le circuit de verrouillage de commutation SL comporte une diode de commutation D1 en série avec une résistance R4. La tension U2 est appliquée à une anode de la diode D1 dont une cathode est reliée à une première extrémité de la résistance R4. Une seconde extrémité de la résistance R4 est reliée à la grille du transistor T1.
Le fonctionnement du dispositif ECC est maintenant décrit en référence également aux courbes des Figs.8A, 8B et 8C.
Le temps t0 des courbes des Figs.8A, 8B et 8C correspond à la fermeture du contact de démarrage 13.
Au temps t0, la tension U_APC est fournie au circuit de stabilisation de tension CZ1 qui applique la tension stabilisée U1 aux circuits RC1 et RC2.
Le condensateur C3 du circuit RC2 étant déchargé au temps t0, la tension U1 apparaît sur l'électrode de grille du transistor T3 qui passe de l'état ouvert à l'état fermé. Comme montré à la Fig.8C, un courant I_ms s'établit alors dans la bobine BO du micro-solénoïde MS et excite celle-ci. La force f₃ est alors appliquée sur le noyau mobile NM du micro-solénoïde MS.
Le condensateur C1 du circuit RC1 étant déchargé à t0, il apparaît une tension égale à U1.(R2/(R1+R2)) sur la grille du transistor T1. On notera que le transistor T2 est alors à l'état ouvert, aucune tension n'étant appliquée sur sa grille. Le transistor T1 commute progressivement de l'état ouvert à l'état fermé au fur et à mesure que sa tension de grille s'accroît avec la charge du condensateur C1. La diode D1, polarisée alors en inverse, empêche le passage d'un courant allant vers la masse M à travers le circuit SL, courant qui perturberait la charge du condensateur C1. Comme montré à la Fig.8B, un courant I_a s'établit progressivement dans l'enroulement d'appel L_a, la rapidité de montée de ce courant I_a étant essentiellement déterminée par la constante de temps (R1+R2).C1 du circuit RC1.
L'excitation de l'enroulement L_a par le courant I_a provoque le déplacement du noyau mobile 100 du contacteur 10 et le dispositif de double contact 10dc commute à l'état 1CF au temps t1. La commutation du dispositif de double contact 10dc à l'état 1CF fait apparaître la tension U_PC1 sur le plot de contact PC1, comme montré à la Fig.8A.
Au temps t1, la tension U_PC1 alimente le circuit de stabilisation de tension CZ2 qui fournit alors la tension stabilisée U2 au circuit de verrouillage de commutation SL et au circuit RC3.
A travers le circuit SL, la tension U2 fait monter le potentiel de tension au niveau de la grille du transistor T1 à une valeur égale à U2 - 0,6V environ, 0,6 V étant la chute de tension due à la diode D1. Cette montée de potentiel sur la grille du transistor T1 verrouille le transistor T1 à l'état fermé et évite ainsi des éventuels rebonds de commutation.
Au temps t1, le transistor T2 reste à l'état ouvert malgré l'apparition de la tension U2, du fait de la constante de temps R3.C2 imposée par le circuit RC3.
Toujours au temps t1, le moteur 11 est alimenté par la tension U_PC1 et démarre sa rotation en régime réduit. Il s'ensuit une chute de la tension U_B et consécutivement de la tension U_PC1, visible à la Fig.8A, due au courant de puissance alimentant le moteur 11. La chute de la tension U_B due au moteur 11 produit également un affaiblissement des courants I_a et I_ms, comme montré aux Figs.8B et 8C, mais qui restent d'amplitude suffisante pour maintenir une excitation correcte de la bobine BO et de l'enroulement L_a.
La charge du condensateur C3 démarrée au temps t0 à partir de la tension U1 se poursuit avec la constante de temps R5.C5. Au temps t2, montré aux Figs.8A à 8C, la tension de charge du condensateur C3 atteint une valeur telle que la tension sur la grille du transistor T3 n'est plus suffisante pour maintenir celui-ci en conduction. Le transistor T3 commute alors à l'état ouvert et interrompt le courant I_ms dans la bobine BO, comme cela apparaît à la Fig.8C.
L'interruption du courant I_ms dans la bobine BO au temps t2 provoque une commutation du dispositif de double contact 10dc de l'état 1 CF vers l'état 2CF. A l'état 2CF, le plot de contact PC2 du dispositif de double contact 10dc est mis à une tension U_PC2.sensiblement égale à U_PC1 et U_B. La tension U_PC2 alimente alors le moteur 11 à plein régime, le pignon lanceur 113 étant à ce stade engagé dans la couronne dentée 14 du moteur thermique.
Toujours au temps t2, comme cela apparaît aux Figs.8A à 8C, le courant de puissance alimentant par le moteur 11 entraîne une chute des tensions U_B=U_PC1=U_PC2 et un affaiblissement du courant I_a dans l'enroulement d'appel L_a, mais qui reste d'amplitude suffisante pour maintenir une excitation correcte de l'enroulement L_a.
Comme montré à la Fig.8B, le courant I_a est maintenu dans l'enroulement d'appel L_a jusqu'au temps t3. Ce maintien de l'excitation de l'enroulement d'appel L_a pendant une durée égale à t3-t2 permet de se prémunir contre un retour en arrière éventuel du pignon lanceur 113. Le maintien de l'excitation de l'enroulement d'appel L_a jusqu'au temps t3 peut durer quelques millisecondes à quelques dizaines de millisecondes après le temps t2 selon les applications de l'invention.
Le temps t3 est déterminé par la constante de temps R3.C2 du circuit RC3. Au temps t3, la tension de charge du condensateur C2 a atteint une valeur suffisante pour commander en conduction le transistor T2. Le transistor T2 commute à l'état fermé et met à la masse M la grille du transistor T1. Le transistor T1 commute alors de l'état fermé à l'état ouvert et interrompt le courant I_a dans l'enroulement L_a.
Après le temps t3, le maintien de l'engagement du pignon lanceur 113 dans la couronne dentée 14 est assuré grâce à l'excitation de l'enroulement de maintien L_m qui se poursuit tant que le contact de démarrage 13 reste fermé.
Conformément à l'invention, en ajustant la constante de temps R5.C3 du circuit RC2, il est possible de régler aisément une temporisation TEMP = t2- t1 entre le régime réduit du moteur 11 et son plein régime.

Claims

Contacteur électromagnétique à double contact pour démarreur de moteur thermique, comprenant un noyau plongeur (100), un premier enroulement dit d'appel (L_a), un deuxième enroulement dit de maintien (L_m), une plaquette de contact mobile (CM) et des premier, second et troisième plots de contact (PC+, PC1 et PC2), ledit contacteur ayant trois états de fonctionnement : un premier état (OV) sans contact électrique entre lesdits plots de contact (PC+, PC1, PC2), un second état (1CF) avec un contact électrique entre lesdits premier et second plots de contact (PC+, PC1) et un troisième état (2CF) avec un contact électrique entre lesdits premier, second et troisième plots de contact (PC+, PC1, PC2), caractérisé en ce qu'il comprend également un micro-actionneur commandable électriquement (MS) pour autoriser ou interdire, selon la commande électrique (I_ms) qui lui est appliquée, une commutation entre lesdits second (1CF) et troisième (2CF) états de fonctionnement, ladite commutation étant interdite par ledit micro-actionneur (MS) au moyen d'une force (f₃) s'opposant à une poussée de ladite plaquette de contact mobile (CM) lorsque ledit micro-actionneur (MS) est excité électriquement.
Contacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit micro-actionneur commandable électriquement est un micro-solénoïde (MS).
Contacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit micro-solénoïde (MS) comprend un étrier-contact (ET), de préférence en cuivre, et un ensemble comportant une bobine électrique (BO) et un noyau magnétique mobile (NM), ledit ensemble étant disposé entre deux mâchoires dudit étrier-contact (ET).
Contacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit étrier-contact (ET) est prévu pour supporter le passage d'un courant de puissance dans ledit contacteur, dans lesdits second (1 CF) et troisième (2CF) états de fonctionnement du contacteur.
Contacteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit ensemble comporte également une cuve (AN) faisant partie du circuit magnétique du micro-solénoïde (MS) et formant logement pour ladite bobine électrique (BO).
Contacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite cuve (AN) logeant ladite bobine électrique (BO) est solidaire d'une paroi dudit contacteur et ledit étrier-contact (ET) est solidaire dudit noyau mobile (NM).
Contacteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit micro-solénoïde (MS) comprend également une tresse conductrice (TS), de préférence en cuivre, ayant une première extrémité reliée audit étrier-contact (ET) et une seconde extrémité reliée audit second plot de contact (PC1).
Contacteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que ladite plaquette de contact mobile (CM) et ledit étrier-contact (ET) sont aptes à venir en contact lors desdits second (1CF) et troisième (2CF) états de fonctionnement dudit contacteur.
Contacteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que ledit étrier-contact (ET) et ledit troisième plot de contact (PC2) sont aptes à venir en contact lors dudit troisième état de fonctionnement (2CF) dudit contacteur.
Démarreur pour moteur thermique, équipé d'un contacteur électromagnétique à double contact (1) et d'un dispositif de commande électronique (ECC), caractérisé en ce que ledit contacteur électromagnétique est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9.