EP2813701A1 - Démarreur pour moteur thermique - Google Patents

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EP2813701A1
EP2813701A1 EP14167959.7A EP14167959A EP2813701A1 EP 2813701 A1 EP2813701 A1 EP 2813701A1 EP 14167959 A EP14167959 A EP 14167959A EP 2813701 A1 EP2813701 A1 EP 2813701A1
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EP
European Patent Office
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starter
motor
rotation
shaft
electric motor
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Withdrawn
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EP14167959.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean Sébastien Metral
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/022—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the starter comprising an intermediate clutch
    • F02N15/023—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the starter comprising an intermediate clutch of the overrunning type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/04—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
    • F02N15/043—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the gearing including a speed reducer
    • F02N15/046—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the gearing including a speed reducer of the planetary type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2250/00—Problems related to engine starting or engine's starting apparatus
    • F02N2250/04—Reverse rotation of the engine

Definitions

  • the present invention relates to a starter motor vehicle, including a DC motor for starting a heat engine.
  • the transmitted motion rotates all the components of said rotor, with a number of turns multiplied by the reducing elements used to transmit the torque to the motor.
  • a partial turn of the motor transmitted to the starter can cause a rotation of several tens of revolutions of the rotor of the latter.
  • the unidirectional clutch By placing the unidirectional clutch thus, one takes advantage of two phenomena: if it is situated on the thermal engine side, at the front, a small number of parts, which have a low inertia is set in motion, if it is located on the rear side, a large number of potentially deformable parts are placed upstream of the clutch, and absorb some of the forces generated by the oscillations of the engine .
  • the one-way clutch can thus block the rotation of the motor or output shaft so as to allow a ring of the heat engine to rotate without rotating a rotor of the electric motor.
  • the starter may further have one or more of the following features, taken alone or in combination.
  • the one-way clutch is disposed on the rear side of the starter opposite the engine, between a rear portion of the motor shaft and a starter housing.
  • the one-way clutch is disposed in a recess or any suitable housing of the starter housing. This case is for example made of metal .
  • the one-way clutch is associated with the output shaft.
  • the torque limiting device is disposed at the front of the reduction gear.
  • the unidirectional clutch is a freewheel roller or needle.
  • At least one of the motor or output shafts is at least partially composed of a material which undergoes a certain elastic deformation in rotation, for example of spring steel.
  • the starter may be permanently meshing or, alternatively, pre-engagement or any other type of starter.
  • figure 1 is schematically represented an example of a starter 1 for a heat engine, and more particularly for a motor vehicle.
  • the starter 1 comprises an electric motor 3, having a motor shaft 5 carrying a rotor 7, and a stator 9, surrounding the rotor 7.
  • the rotor 7 and the stator 9 are respectively induced and magnetic inductor, so that the rotor 7 and the motor shaft 5 secured thereto are set in motion when the motor is supplied with current.
  • the rotor 7 comprises a magnetic inductor 11, here a winding and a pack of sheets, the coil being traversed by an electric current during the rotation.
  • the rotor 7 also comprises a collector 15 which is in electrical contact with brushes 17 fixed in rotation, allowing the power supply of the rotor 7.
  • the brushes 17 are oriented with a nominal direction of rotation so that when the rotor rotates in the opposite direction, the brushes 17 rub on the collector 15 damagely.
  • the stator 9 here comprises magnets surrounding the rotor 9, fixed inside a housing 19.
  • the starter 1 also comprises a reduction gear 21, for example an epicyclic reduction gear, coupled in rotation to the drive shaft 5, and transmitting the rotation and the torque of the drive shaft 5 to an output shaft 23, after reduction so that to move said output shaft 23 at a lower rotational speed and with a greater torque than those of the drive shaft 5.
  • a reduction gear 21 for example an epicyclic reduction gear
  • the starter 1 also comprises a unidirectional clutch 25, which selectively transmits a torque in the direction of relative rotation of its longitudinal ends.
  • said one-way clutch 25 is disposed on the rear side of the starter opposite the engine, between a rear portion of the drive shaft 5 and the housing 19.
  • the one-way clutch 25 is inserted into a recess of the enclosure 19.
  • the starter 1 also comprises a torque limiting device 29.
  • torque limiting device 29 can move from a coupling state to a decoupling state, wherein a first portion of the starter, coupled to the electric motor 3 and a second portion of the starter coupled to the end of the output shaft 23 for being coupled with the ring 27 of the heat engine, are respectively coupled and decoupled in rotation.
  • the output shaft 23 is inserted on the torque limiting device 29, in contact with the ring 27 so as to decouple and rub against the ring gear and / or the drive shaft 5 when excessive torque is exerted from the ring 27 to the output shaft 23.
  • the torque limiting device 29 comprises a tube 30 carried by ball bearings 31 ensuring a rotation with a minimum of friction, and a disc clutch 33 couples or separates in rotation the ring 27 and the output shaft 23.
  • the torque limiting device 29 is thus placed on the front side of the starter where low speeds of rotation are exerted.
  • Said fluctuations may otherwise damage the shafts 5, 23, the reduction gear 21, as well as the one-way clutch 25.
  • the unidirectional clutch 25 is blocked.
  • the motor shafts 5 and 23 are deformed into a spin, exerting a large torque at the torque reducing device 29, which goes to the uncoupling state, and the ring 27 can then rotate without rotating the rotor 5 of the electric motor 3.
  • the figure 2 shows an alternative embodiment of starter 1 for a heat engine.
  • the unidirectional clutch 25 is disposed at the end of the output shaft 23, the ring side 27 of the engine, between the torque limiting device 29 and the reduction gear 21.
  • the figure 3 schematically shows an example of unidirectional clutch 25.
  • said unidirectional clutch 25 is a needle-free wheel, also called cam.
  • the freewheel 25 comprises a central shaft 35, a peripheral edge 37 rotated relative to the central shaft 35, and a set of rollers 39 located between the central shaft 35 and the peripheral edge 37.
  • the central shaft 35 and the peripheral edge 37 are respectively coupled to the elements whose mutual rotation is intended to be unidirectional, for example housing 19 and the drive shaft 5 in the case of the figure 1 .
  • the rollers 39 are formed to tilt in a direction of rotation of the peripheral edge 37 relative to the central shaft 35, and to straighten radially in the other direction of rotation.
  • rollers 39 When said rollers 39 are straightened radially, they engage with the central shaft 35 and the peripheral edge 37. The latter are then coupled in rotation.
  • the central shaft 35 may for example be the end portion of the drive shaft 5 and the peripheral edge 37 is then a ring formed on the housing 19.
  • the central shaft 35 may for example be the output shaft 23.
  • the unidirectional clutch 25 may also be another form of free wheel, for example a needle or roller idler.
  • the invention takes advantage of the fact that it is possible to implement as many elastic parts as possible or that a minimum of parts are solicited during unwanted and potentially harmful rotations.

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Abstract

L'invention se rapporte à un démarreur pour moteur thermique comprenant : - un moteur électrique (3), présentant un arbre moteur (5) par le biais duquel le moteur électrique (3) exerce un couple, - un engrenage réducteur (21), connecté à l'arbre moteur (5), et présentant un arbre de sortie (23) destiné à un moteur thermique, - un dispositif limiteur de couple (29) pouvant passer d'un état couplant à un état découplant, dans lesquels une première partie du démarreur, couplée au moteur électrique (3) et une seconde partie du démarreur couplée à l'arbre de sortie (23), sont respectivement couplées et découplées en rotation, caractérisé en ce qu'il comporte un embrayage unidirectionnel (25) en prise avec l'un des arbres moteur (5) ou de sortie (23), disposé sur un côté, avant ou arrière, du démarreur, longitudinalement opposé à l'engrenage réducteur (21), et exerçant en cas de rotation de l'arbre moteur (5) dans un sens particulier, un couple opposé causant un passage à l'état découplant du dispositif limiteur de couple (29).

Description

  • La présente invention concerne un démarreur de véhicule automobile, comportant notamment un moteur à courant continu pour la mise en marche d'un moteur thermique.
  • Les démarreurs de véhicules automobiles doivent être compacts et fiables. En particulier, dans le cas de véhicules équipés de la fonction d'arrêt et de relance du moteur thermique réalisée par un démarreur (fonction dite « stop and start » selon une dénomination commerciale en anglais) suivant les conditions de circulation (arrêt du moteur thermique lorsque le véhicule est par exemple arrêté à un stop ou un feu rouge, et redémarrage lors d'un simple appui sur la commande d'accélérateur), le nombre moyen de cycles du démarreur augmentent.
  • Lorsque le moteur s'arrête, une partie de ses composants continuent leur rotation parfois sur plusieurs tours puis oscillent encore quelques secondes après l'arrêt du moteur. Si le démarreur et le moteur sont alors à nouveau couplés (redémarrage instantané), les rotations sont alors transmises audit démarreur, partant de la couronne solidaire des éléments tournant du moteur, et allant au rotor du moteur électrique du démarreur.
  • Le mouvement transmis entraîne une rotation de tous les composants dudit rotor, avec un nombre de tours multiplié par les éléments réducteurs utilisés pour transmettre le couple au moteur. Ainsi, un tour même partiel du moteur transmis au démarreur peut entraîner une rotation sur plusieurs dizaines de tours du rotor de ce dernier.
  • Notamment dans le cas des moteurs à balais, les tours supplémentaires entraînent une usure potentiellement importante. En outre, les inversions brutale de sens de rotation qui peuvent survenir entraînent des contraintes potentiellement nuisibles aux composants.
  • Pour remédier aux inconvénients précédemment mentionnés, il est connu de placer un embrayage unidirectionnel, disposé généralement au niveau d'un pignon situé sensiblement entre un dispositif de réduction et le moteur électrique.
  • Ce montage laisse cependant à désirer en ce que l'usure du démarreur en particulier dans les moteurs à fonction « stop and start » reste importante.
  • On connaît par la demande de brevet FR 2 896 828 un démarreur qui utilise une roue libre anti-rotation à galets.
  • Afin de répondre au moins partiellement aux besoins précédemment mentionnés, l'invention a pour objet un démarreur de véhicule automobile, comprenant :
    • un moteur électrique, présentant un arbre moteur par le biais duquel le moteur électrique exerce un couple,
    • un engrenage réducteur, connecté à l'arbre moteur, et présentant éventuellement un arbre de sortie destiné à entrainer un moteur thermique,
    • un dispositif limiteur de couple pouvant passer d'un état couplant à un état découplant, dans lesquels une première partie du démarreur, couplée au moteur électrique et une seconde partie du démarreur couplée à l'arbre de sortie, sont respectivement couplées et découplées en rotation,
    caractérisé en ce qu'il comporte un embrayage unidirectionnel en prise avec l'un des arbres moteur ou de sortie, disposé sur un côté, avant ou arrière, du démarreur, notamment longitudinalement opposé à l'engrenage réducteur, et exerçant en cas de rotation de l'arbre moteur dans un sens particulier, un couple opposé causant un passage à l'état découplant du dispositif limiteur de couple. Le côté avant du démarreur est celui qui fait face au moteur thermique, à savoir celui où se trouve la couronne.
  • En plaçant l'embrayage unidirectionnel ainsi, on tire avantage de deux phénomènes : s'il est situé du côté moteur thermique, à l' avant, un petit nombre de pièces, qui possèdent une faible inertie est mis en mouvement, s'il est situé du côté arrière, un nombre important de pièces potentiellement déformables sont placés en amont de l'embrayage, et absorbent une partie des efforts générés par les oscillations du moteur thermique.
  • L'embrayage unidirectionnel peut ainsi bloquer la rotation de l'arbre moteur ou de sortie de manière à permettre à une couronne du moteur thermique de tourner sans entraîner en rotation un rotor du moteur électrique.
  • Le démarreur peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
  • L'embrayage unidirectionnel est disposé sur le côté arrière du démarreur opposé au moteur thermique, entre une portion arrière de l'arbre moteur et un boitier du démarreur.
  • L'embrayage unidirectionnel est disposé dans un renfoncement ou tout logement approprié du boitier du démarreur. Ce boitier est par exemple réalisé en métal.
  • L'embrayage unidirectionnel est associé à l'arbre de sortie.
  • Le dispositif limiteur de couple est disposé à l'avant de l'engrenage réducteur.
  • L'embrayage unidirectionnel est une roue-libre à galets ou à aiguille.
  • Au moins un des arbres moteur ou de sortie est au moins partiellement composé d'un matériau qui subit une certaine déformation élastique en rotation, par exemple d'acier ressort.
  • Le démarreur peut être à engrènement permanent ou, en variante, à pré-engagement ou tout autre type de démarreur.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
    • les figures 1 et 1bis montrent de façon schématique un mode de réalisation de démarreur selon l'invention,
    • la figure 2 montre de façon schématique un second mode de réalisation de démarreur selon l'invention,
    • la figure 3 montre de façon schématique un exemple d'embrayage unidirectionnel pouvant être utilisé dans les modes de réalisation des figures 1 et 2.
  • Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
  • En figure 1 est schématiquement représenté un exemple de démarreur 1, pour moteur thermique, et plus particulièrement pour véhicule automobile.
  • Le démarreur 1 comporte un moteur électrique 3, présentant un arbre moteur 5 portant un rotor 7, ainsi qu'un stator 9, entourant le rotor 7. Le rotor 7 et le stator 9 sont respectivement induit et inducteur magnétique, de sorte que le rotor 7 et l'arbre moteur 5 solidaire de celui-ci sont mis en mouvement lorsque le moteur est alimenté en courant.
  • Le rotor 7 comporte un inducteur magnétique 11, ici un bobinage et un paquet de tôles, le bobinage étant parcouru par un courant électrique lors de la mise en rotation. Le rotor 7 comporte aussi un collecteur 15 qui est en contact électrique avec des balais 17 fixes en rotation, permettant l'alimentation électrique du rotor 7.
  • Les balais 17 sont orientés avec un sens de rotation nominal de sorte que lorsque le rotor tourne dans ledit sens inverse, les balais 17 frottent sur le collecteur 15 de façon dommageable.
  • Le stator 9 comporte ici des aimants entourant le rotor 9, fixés à l'intérieur d'un boitier 19.
  • Le démarreur 1 comporte aussi un engrenage réducteur 21, par exemple un réducteur épicycloïdal, couplé en rotation à l'arbre moteur 5, et transmettant la rotation et le couple de l'arbre moteur 5 à un arbre de sortie 23, après réduction de sorte à mouvoir ledit arbre de sortie 23 à une vitesse de rotation moindre et avec un couple plus important que ceux de l'arbre moteur 5.
  • Le démarreur 1 comporte aussi un embrayage unidirectionnel 25, qui transmet sélectivement un couple selon le sens de rotation relative de ses extrémités longitudinales.
  • Dans l'exemple de mise en oeuvre des figures 1 et 1bis, ledit embrayage unidirectionnel 25 est disposé sur le côté arrière du démarreur opposé au moteur thermique, entre une portion arrière de l'arbre moteur 5 et le boitier 19.
  • Plus précisément, dans l'exemple de la figure 1, l'embrayage unidirectionnel 25 est inséré dans un renfoncement de l'enceinte 19.
  • Le démarreur 1 comporte aussi un dispositif limiteur de couple 29. Ce dispositif limiteur de couple 29 peut passer d'un état couplant à un état découplant, dans lesquels une première partie du démarreur, couplée au moteur électrique 3 et une seconde partie du démarreur couplée à l'extrémité de l'arbre de sortie 23 destinée à être couplé avec la couronne 27 du moteur thermique, sont respectivement couplées et découplées en rotation.
  • Dans le mode de réalisation représenté en figure 1, l'arbre de sortie 23 est inséré sur le dispositif limiteur de couple 29, en contact avec la couronne 27 de sorte à se découpler et frotter contre la couronne et/ou l'arbre moteur 5 lorsqu'un couple trop important est exercé de la couronne 27 à l'arbre de sortie 23.
  • Le dispositif limiteur de couple 29 comporte un tube 30 porté par des roulements à bille 31 assurant une rotation avec un minimum de frottements, et un embrayage à disque 33 couple ou sépare en rotation la couronne 27 et l'arbre de sortie 23.
  • Le dispositif limiteur de couple 29 est ainsi placé côté avant du démarreur où de faibles vitesses de rotation sont exercées.
  • En outre, avec cette disposition particulière, en réalisant au moins partiellement l'un des arbres moteur 5 et/ou de sortie 23 en acier, l'élasticité existante des éléments entre le moteur thermique et l'embrayage unidirectionnel 25 est suffisante pour absorber et dissiper les fluctuations de couples importantes.
  • Lesdites fluctuations peuvent sinon endommager les arbres 5, 23, l'engrenage réducteur 21, ainsi que l'embrayage unidirectionnel 25.
  • Ainsi, lorsqu'une rotation en sens inverse survient, l'embrayage unidirectionnel 25 se bloque. Dans un premier temps les arbres moteur 5 et de sortie 23 se déforment en vrille, exerçant un couple important au niveau du dispositif réducteur de couple 29, qui passe à l'état découplant, et la couronne 27 peut alors tourner sans entraîner en rotation le rotor 5 du moteur électrique 3.
  • La figure 2 montre un mode de réalisation alternatif de démarreur 1 pour moteur thermique. Dans le mode de réalisation représenté, l'embrayage unidirectionnel 25 est disposé au niveau de l'extrémité de l'arbre de sortie 23, côté couronne 27 du moteur thermique, entre le dispositif limiteur de couple 29 et l'engrenage réducteur 21.
  • En plaçant ledit embrayage unidirectionnel 25 au plus proche du moteur thermique, un minimum de composants du démarreur 1 sont sollicités par les rotations non-désirées.
  • La figure 3 montre de façon schématique un exemple d'embrayage unidirectionnel 25.
  • Dans l'exemple de la figure 3, ledit embrayage unidirectionnel 25 est une roue-libre à aiguilles, dite aussi à came. La roue-libre 25 comporte un arbre central 35, un bord périphérique 37 en rotation par rapport à l'arbre central 35, et un jeu de galets 39 situés entre l'arbre central 35 et le bord périphérique 37.
  • L'arbre central 35 et le bord périphérique 37 sont respectivement couplés aux éléments dont la rotation mutuelle est destinée à être unidirectionnelle, par exemple boitier 19 et l'arbre moteur 5 dans le cas de la figure 1.
  • Les galets 39 sont formés pour s'incliner dans un sens de rotation du bord périphérique 37 par rapport à l'arbre central 35, et pour se redresser radialement dans l'autre sens de rotation.
  • Lorsque lesdits galets 39 se redressent radialement, ils entrent en prise de avec l'arbre central 35 et le bord périphérique 37. Ces derniers sont alors couplés en rotation.
  • À l'inverse, lorsque lesdits galets 39 s'inclinent, l'arbre considéré 35 et le bord périphérique 37 sont mutuellement libres en rotation.
  • Dans l'exemple de la figure 1, l'arbre central 35 peut par exemple être la portion extrémale de l'arbre moteur 5 et le bord périphérique 37 est alors une couronne formée sur le boitier 19.
  • Dans l'exemple de la figure 2, l'arbre central 35 peut par exemple être l'arbre de sortie 23.
  • L'embrayage unidirectionnel 25 peut aussi être une autre forme de roue-libre, par exemple une roue-libre à aiguille ou à rouleaux.
  • En plaçant l'embrayage unidirectionnel en position extrémale sur l'arbre moteur 5 éloignée de l'engrenage réducteur 21, l'invention tire parti du fait de la possibilité d'implémenter le plus possible de pièces élastiques ou du fait qu'un minimum de pièces sont sollicitées lors des rotations non désirées et potentiellement nuisibles.

Claims (9)

  1. Démarreur pour moteur thermique comprenant :
    - un moteur électrique (3), présentant un arbre moteur (5) par le biais duquel le moteur électrique (3) exerce un couple,
    - un engrenage réducteur (21), connecté à l'arbre moteur (5), et présentant un arbre de sortie (23) destiné à un moteur thermique,
    - un dispositif limiteur de couple (29) pouvant passer d'un état couplant à un état découplant, dans lesquels une première partie du démarreur, couplée au moteur électrique (3) et une seconde partie du démarreur couplée à l'arbre de sortie (23), sont respectivement couplées et découplées en rotation,
    caractérisé en ce qu'il comporte un embrayage unidirectionnel (25) en prise avec l'un des arbres moteur (5) ou de sortie (23), disposé sur un côté du démarreur, et exerçant en cas de rotation de l'arbre moteur (5) dans un sens particulier, un couple opposé causant un passage à l'état découplant du dispositif limiteur de couple (29), et bloquant la rotation de l'arbre moteur (5) ou de sortie (23) de manière à permettre à une couronne (27) du moteur thermique de tourner sans entraîner en rotation un rotor (7) du moteur électrique (3).
  2. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embrayage unidirectionnel (25) est disposé sur le côté arrière du démarreur opposé au moteur thermique, entre une portion de l'arbre moteur (5) et un boitier (19) du démarreur
  3. Démarreur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'embrayage unidirectionnel (25) est disposé dans un renfoncement du boitier (19) du démarreur.
  4. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embrayage unidirectionnel (25) est associé à l'arbre de sortie (23).
  5. Démarreur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif limiteur de couple (29) est disposé à l'avant de l'engrenage réducteur (21).
  6. Démarreur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'embrayage unidirectionnel (25) est une roue-libre à came.
  7. Démarreur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'embrayage unidirectionnel (25) est une roue-libre à aiguille.
  8. Démarreur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est à engrènement permanent ou à pré-engagement.
  9. Démarreur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins un des arbres moteur (5) ou de sortie (23) est au moins partiellement composé d'acier.
EP14167959.7A 2013-05-30 2014-05-12 Démarreur pour moteur thermique Withdrawn EP2813701A1 (fr)

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