FR3028091A1 - Contacteur electromagnetique de puissance muni d'un noyau de butee mobile - Google Patents

Abstract

L'invention porte principalement sur un contacteur (1) électromagnétique de puissance, notamment pour un moteur électrique d'un démarreur de moteur à combustion interne, comportant : - une culasse (5), - un noyau mobile (3) entre une position repos et une position finale, - un noyau de butée (2), - dans lequel ledit noyau mobile (3) est en contact avec ledit noyau de butée (2) en position finale, et - ledit noyau de butée (2) est mobile axialement par rapport à ladite culasse (5) entre une position initiale et une position extrême.

Description

CONTACTEUR ELECTROMAGNETIQUE DE PUISSANCE MUNI D'UN NOYAU DE BUTEE MOBILE L'invention porte sur un contacteur électromagnétique de puissance muni d'un noyau de butée mobile.

La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des contacteurs électromagnétiques pour circuit de puissance, notamment pour un moteur électrique d'un démarreur de moteur à combustion interne, en particulier de véhicule automobile. En particulier, l'invention est mise en oeuvre avec les démarreurs de véhicules équipés de la fonction d'arrêt et de re-démarrage automatique du moteur thermique (fonction dite "stop and start" en anglais). De façon connue en soi, un contacteur a deux rôles, d'une part déplacer le lanceur supportant le pignon du démarreur par le biais d'un levier pivotant de manière à permettre l'engrenage du pignon sur la couronne de démarrage du moteur thermique, et d'autre part alimenter le moteur électrique du démarreur permettant d'entraîner le pignon en rotation. A cet effet, comme cela est illustré de manière schématique sur la figure 1, le contacteur 1 est doté d'un noyau de butée 2, d'un noyau mobile 3, et d'une culasse métallique 5 associée à un jeu de bobines 6. Le noyau de butée 2, la culasse 5, et les bobines 6 sont fixes par rapport au bâti 9. Le noyau mobile 3 est mobile entre une position, dite position de repos, dans laquelle le noyau mobile 3 est dans une position éloignée du noyau fixe 2 et une position, dite finale, dans laquelle le noyau mobile 3 est en contact avec le noyau de butée 2 suite à l'activation du jeu de bobines 6 générant un champ magnétique d'attraction du noyau mobile 3 vers le noyau fixe 2. Une extrémité arrière du noyau mobile 3 est reliée, via une tige de liaison (non représentée) à un levier pivotant qui entraîne le déplacement d'un lanceur de pignon du démarreur vers la couronne de démarrage du moteur thermique lorsque le noyau mobile 3 se déplace vers sa position finale.

Une autre extrémité du noyau mobile 3 est destinée à agir sur une extrémité d'une tige de commande 12 portant une plaquette de contact 13. Cette plaquette de contact 13 s'étend transversalement pour pouvoir coopérer avec deux bornes électriques 16 d'un circuit électrique de puissance et établir entre elles un contact électrique. Par ailleurs, la tige de commande 12 déplacée par le noyau mobile 3 est mobile entre une position de repos et une position d'alimentation dans laquelle la plaquette de contact 13 établit un contact avec les bornes électriques 16 lorsque le noyau mobile 3 est en position finale.

Le problème d'une telle configuration est que lorsque le noyau mobile 3 finit sa course en position finale et entre en contact avec le noyau fixe 2, l'énergie cinétique du noyau mobile 3 est transmise, via les flèches F1 et F2, par le bâti 9 aux bornes électriques 16, ce qui peut provoquer des réouvertures du contact électrique entre la plaquette de contact 13 et les bornes 16 qui se traduisent par la création d'un arc électrique. Or de telles réouvertures endommagent les bornes 16 et la plaquette de contact 13 par arrachement de matière via un phénomène d'électroérosion et perturbent l'électronique du véhicule. L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un 20 contacteur électromagnétique de puissance, notamment pour un moteur électrique d'un démarreur de moteur à combustion interne, comportant : - une culasse, - un noyau mobile entre une position repos et une position finale, - un noyau de butée, 25 - dans lequel ledit noyau mobile est en contact avec ledit noyau de butée en position finale, et - ledit noyau de butée est mobile axialement par rapport à ladite culasse entre une position initiale et une position extrême. Du fait du montage mobile du noyau de butée par rapport à la culasse, 30 l'invention permet d'amortir le choc lors de l'impact du noyau mobile avec le noyau fixe, ce qui supprime les risques de réouverture du contact entre la plaquette de contact et les bornes électriques.

Selon une réalisation, un entrefer se forme entre le noyau de butée et la culasse varie lors du déplacement du noyau de butée. Cela permet que lors du déplacement de la position initiale vers la position extrême un flux magnétique entre ladite culasse et ledit noyau de butée 5 génère une force de rappel permettant de ramener ledit noyau de butée vers la position initiale. Selon un mode de réalisation, une surface du noyau de butée est en vis-à-vis d'une surface de la culasse et en ce que ces deux surfaces sont complémentaires. 10 Cela permet que dans la position initiale, les surfaces en vis-à-vis formant l'entrefer aient leur surface accolée pour éviter des pertes de flux. Selon une réalisation, ledit noyau de butée comprend une surface radiale située en vis-à-vis d'une surface radiale de ladite culasse. On maximise ainsi l'effort de rappel généré par la culasse sur le noyau de butée lorsque ce 15 dernier se trouve en position extrême. Selon une réalisation, ledit contacteur comprend en outre une butée de retenue apte à retenir ledit noyau de butée. Selon une réalisation, ledit contacteur comporte un capot portant des bornes 20 électriques, ledit capot comprenant ladite butée de retenue. Selon une réalisation, ledit contacteur comprend un bâti par rapport auquel ladite culasse est fixe, ledit bâti comprenant ladite butée de retenue. Selon une réalisation, ladite butée de retenue est située à une distance axiale par rapport audit noyau de butée qui est supérieure à l'écart axial 25 entre la position initiale et la position extrême dudit noyau de butée. Selon une réalisation, un moyen élastique de rappel est monté entre ladite butée de retenue et ledit noyau de butée. Cela permet de faciliter le retour du noyau de butée en position initiale.

Selon une réalisation, ledit moyen élastique de rappel présente une forme torique. On limite ainsi la raideur de l'élément élastique sur les premiers instants de compression. L'invention a également pour objet un démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile muni d'un contacteur électromagnétique de puissance tel que précédemment défini. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.

La figure 1, déjà décrite, représente une vue schématique en coupe longitudinale partielle d'un contacteur électromagnétique selon l'état de la technique; La figure 2a est une vue en coupe longitudinale partielle d'un contacteur électromagnétique selon la présente invention à l'état repos ; La figure 2b est une vue en coupe longitudinale partielle d'un contacteur électromagnétique selon la présente invention après impact entre le noyau mobile et le noyau de butée lorsque le noyau de butée se trouve en position extrême ; La figure 2c est une vue en coupe longitudinale partielle d'un contacteur 20 électromagnétique selon la présente invention après un retour du noyau de butée; La figure 3a est un graphique représentant l'évolution, en fonction du temps, de l'entrefer magnétique entre le noyau mobile et le noyau de butée, de l'entrefer magnétique entre le noyau de butée et la culasse, ainsi que du 25 courant dans le démarreur dans le cas d'un engagement dent contre dent du pignon du démarreur dans la couronne de démarrage du moteur thermique; La figure 3b est un graphique représentant l'évolution, en fonction du temps, de l'entrefer magnétique entre le noyau mobile et le noyau de butée, de l'entrefer magnétique entre le noyau de butée et la culasse, ainsi que du courant dans le démarreur dans le cas d'un engagement direct du pignon du démarreur dans la couronne de démarrage du moteur thermique; La figure 4 est un graphique représentant l'évolution, en fonction du temps, du courant dans un démarreur équipé respectivement d'un contacteur selon l'état de la technique ou d'un contacteur selon la présente invention; La figure 5a est une vue en coupe longitudinale partielle d'une variante de réalisation d'un contacteur électromagnétique selon la présente invention; La figure 5b est une vue en coupe détaillée du moyen élastique de rappel utilisé dans la réalisation de la figure 5a.

Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. Les figures 2a, 2b, et 2c, illustrent de manière schématique un contacteur 1 par exemple utilisé pour commander l'actionnement d'un moteur électrique d'un démarreur de moteur à combustion interne. Le contacteur 1 est doté d'un noyau de butée 2, d'un noyau mobile 3, tous deux en matériau ferromagnétique, et d'une culasse métallique 5 associée à un jeu de bobines 6. La culasse 5 ainsi que les bobines 6 sont fixes par rapport au bâti 9. Le noyau mobile 3 est apte à se déplacer axialement par rapport au bâti 9 entre une position, dite de repos, représentée sur la figure 2a, dans laquelle le noyau mobile 3 est dans une position éloignée du noyau de butée 2, et une position, dite finale représentée à la figure 2b, dans laquelle le noyau mobile 3 vient en contact avec le noyau de butée 2 suite à l'alimentation électrique du bobinage, notamment du jeu de bobines 6 générant un champ magnétique d'attraction du noyau mobile 3 vers le noyau de butée 2.

Par ailleurs, une extrémité arrière du noyau mobile 3 est reliée, via une tige de liaison (non représentée) à un levier pivotant qui entraîne le déplacement d'un lanceur de pignon du démarreur vers la couronne de démarrage du moteur thermique lorsque le noyau mobile 3 se déplace vers sa position finale.

L'autre extrémité du noyau mobile 3 agit sur une tige de commande 12 mobile entre une position dite de repos et une position dite position d'alimentation. Une plaquette de contact 13 est montée sur la tige de commande 12. Le passage en position d'alimentation de la tige de commande 12 provoque la mise en contact de la plaquette de contact 13 avec des bornes électriques 16 pour alimenter le moteur électrique du démarreur (non représenté). Les deux bornes 16 sont fixes par rapport au bâti 9 et sont installées dans un capot 17 en matériau électriquement isolant. Une des bornes 16 est destinée à être reliée à la borne positive de la batterie, tandis que l'autre borne est destinée à être reliée au moteur électrique du démarreur comme décrit par exemple dans le document FR2795884. Le noyau de butée 2 est mobile axialement par rapport au bâti 9 (et donc par rapport à la culasse 5) entre une position initiale dans laquelle le noyau de butée 2 est en appui contre la culasse 5 et une position extrême dans laquelle le noyau de butée 2 est éloigné de la culasse 5 suite au choc entre le noyau mobile 3 et le noyau de butée 2. Un entrefer peut donc se créer entre une surface radial du noyau de butée 2 et une surface radiale de la culasse 5. Afin d'optimiser l'effort magnétique de rappel généré par la culasse 5 sur le noyau de butée 2 suite à l'impact entre le noyau mobile 3 et le noyau de butée 2, une surface radiale du noyau de butée 2 est située en vis-à-vis d'une surface radiale de la culasse 5. En outre, le contacteur 1 comporte une butée arrière 18 ayant une fonction de retenue sécuritaire du noyau de butée 2. Cette butée 18 pourra être ménagée soit dans le capot 17 portant les bornes 16, soit dans le bâti 9 du contacteur 1. Plus précisément, la butée 18 est située par rapport au noyau de butée 2 à une distance axiale L (cf. figure 2a) qui est supérieure à l'écart axial entre la position initiale et la position extrême du noyau de butée 2. On évite ainsi que le noyau de butée 2 puisse entrer en contact avec la butée 18 solidaire du bâti 9, ce qui pourrait provoquer des réouvertures du contact de puissance entre la plaquette de contact 13 et les bornes électriques 16. Autrement dit, la butée 18 permet de retenir le noyau de butée 2 dans le cas particulier correspondant à une anomalie de fonctionnement dans lequel le noyau de butée 2 se déplacerait au-delà de la position extrême. En fonctionnement, l'alimentation du jeu de bobines 6 provoque le déplacement axial du noyau mobile 3 suivant la flèche F3 vers sa position finale, lequel pousse axialement la tige de commande 12 vers sa position d'alimentation, ce qui va provoquer la mise en contact de la plaquette de contact 13 avec les bornes électriques 16. Comme on peut le voir sur la figure 2b, après impact du noyau mobile 3 contre le noyau de butée 2, le noyau de butée 2 subit un léger décollement de manière à passer de sa position initiale à sa position extrême. Le contacteur (les bobines, le noyau mobile et le noyau de butée etc...) est adapté pour que dans le cas le plus défavorable, c'est-à-dire un choc maximal entre le noyau mobile et le noyau de butée, en position extrême le noyau de butée 2 n'entre pas en collision avec le bâti 9 via la butée de retenue 18 pour éviter une réouverture du contact entre la plaquette de contact 13 et les bornes électriques 16. En outre, le déplacement du noyau de butée 2 de la position initiale vers la position extrême est tel que le flux magnétique entre la culasse 5 et le noyau de butée 2 génère une force magnétique de rappel suivant la flèche F4 permettant de ramener le noyau de butée 2 vers la position initiale dans laquelle le noyau de butée 2 est collé à la culasse 5. Cette force magnétique est obtenue par l'entrefer axial El entre le noyau de butée 2 et la culasse 5. Cet entrefer El s'étend entre les deux faces radiales du noyau de butée 2 et de la culasse 5 qui se situent en vis-à-vis l'une de l'autre.

Sous l'effet des efforts magnétiques, le déplacement du noyau de butée 2 s'arrête brutalement lorsqu'il rencontre la culasse 5 solidaire du bâti 9. Le noyau mobile 3 continue alors sa course dans la direction opposée à la plaquette de contact 13 et un entrefer E2 se créé à nouveau entre le noyau mobile 3 et le noyau de butée 2 (cf. figure 2c), ce qui génère un effort suivant la flèche F5 tendant à ramener le noyau mobile 3 en direction du noyau de butée 2.

Finalement, le système tendra à converger vers une position stable avec entrefers El, E2 nuls après plusieurs oscillations amorties. Les efforts magnétiques ont ainsi pour effet d'assurer le collage magnétique entre les deux parties mobiles (le noyau mobile 3 et le noyau de butée 2). Aucun effort susceptible de causer un déplacement des bornes 16 par rapport à la plaquette de contact 13 n'est transmis au bâti 9. La figure 3a illustre ainsi l'évolution, en fonction du temps, des entrefers El et E2 ainsi que du courant démarreur dans le cas d'un engagement dentcontre-dent du pignon du démarreur dans la couronne de démarrage du moteur. On rappelle qu'un engagement dent-contre-dent correspond à une situation dans laquelle le pignon du démarreur s'entrechoque avec les dents de la couronne de démarrage avant d'engrener avec cette couronne de démarrage. Ces courbes ont été obtenues pour une masse du noyau de butée 2 de l'ordre de 100g, ainsi que pour un effort de rappel de la culasse 5 sur le noyau de butée 2 de l'ordre de 100 N. On constate que le système a besoin de trois oscillations pour s'amortir entièrement. Il est à noter également que le recul maximum du noyau de butée 2 est de 0.27 mm, ce qui est bien inférieure à la distance axiale entre la butée de sécurité et le noyau de butée 2 en position de repos qui est ici de l'ordre de 0.5mm. Le retour du noyau mobile 3 est de l'ordre de 0.16mm puis il revient au collage magnétique. On constate également qu'il n'y a pas de réouverture de contact dans le circuit de puissance du démarreur. La figure 3b illustre les courbes obtenues dans le cas d'un engagement direct correspondant à une situation dans laquelle le pignon du démarreur engrène avec la couronne du démarrage sans interférer avec les dents de la couronne de démarrage. On constate que le système a encore besoin de trois oscillations pour s'amortir et qu'il ne se produit pas de réouverture de contact. Toutefois, on observe un recul plus important du noyau de 0.4mm en raison de l'énergie cinétique du noyau mobile 3 qui est supérieure au cas dent contre dent. La figure 4 met en évidence que dans des conditions identiques de fonctionnement, le courant dans le démarreur équipé d'un contacteur selon l'état de la technique présente une variation brusque liée à une réouverture du contact entre la plaquette 13 et les bornes 16, alors qu'il ne se produit aucune réouverture (évolution régulière du courant) dans le cas d'un contacteur réalisé selon la présente invention. Pour mettre en évidence les différences entre la courbe du contacteur selon l'état de la technique et la courbe du contacteur selon l'invention, un décalage temporel intentionnel entre ces deux courbes a été réalisé. Suivant une variante de réalisation illustrée par les figures 5a et 5b, un moyen élastique 21 tel qu'un ressort ou un élastomère est installé entre le noyau de butée 2 et la butée de retenue 18. Cet ajout peut être envisagé dans le cas où l'effort de rappel magnétique de la culasse 5 sur le noyau de butée 2 n'est pas assez important et que le noyau de butée 2 vient en contact avec la butée de retenue 18. De préférence, le moyen élastique 21 présente une forme torique afin de ne pas présenter une raideur trop importante sur les premiers instants de compression. Le moyen élastique 21 est par exemple positionné dans une gorge circulaire 22 ménagée dans la butée de retenue 18, comme cela est illustré par la figure 5b. La gorge 22 présente un espace pour autoriser la déformation du moyen élastique 21 lorsque le moyen élastique 21 est soumis à l'effort appliqué par le noyau de butée 2 lors de l'impact.

Selon un autre mode de réalisation, la surface du noyau de butée en vis-à- vis de la surface du Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.25

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Contacteur (1) électromagnétique de puissance, notamment pour un moteur électrique d'un démarreur de moteur à combustion interne, comportant : - une culasse (5), - un noyau mobile (3) entre une position repos et une position finale, - un noyau de butée (2), - dans lequel ledit noyau mobile (3) est en contact avec ledit noyau de butée (2) en position finale, et - ledit noyau de butée (2) est mobile axialement par rapport à ladite culasse (5) entre une position initiale et une position extrême.
2. 2. Contacteur selon la revendication 1, dans lequel un entrefer entre le noyau de butée et la culasse varie lors du déplacement du noyau de butée.
3. 3. Contacteur selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel une surface du noyau de butée est en vis-à-vis d'une surface de la culasse et en ce que ces deux surfaces sont complémentaires.
4. 4. Contacteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit noyau de butée (2) comprend une surface radiale située en vis-à-vis d'une surface radiale de ladite culasse (5).
5. 5. Contacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit contacteur comprend en outre une butée de retenue (18) apte à retenir ledit noyau de butée (2).
6. 6. Contacteur selon la revendication 5, dans lequel ledit contacteur comporte un capot (17) portant des bornes électriques (16), ledit capot (17) comprenant ladite butée de retenue (18).
7. 7. Contacteur selon la revendication 5, dans lequel ledit contacteur comprend un bâti (9) par rapport auquel ladite culasse (5) est fixe, ledit bâti (9) comprenant ladite butée de retenue (18).
8. 8. Contacteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel ladite butée de retenue (18) est située à une distance axiale par rapport audit noyau de butée (2) qui est supérieure à l'écart axial entre la position initiale et la position extrême dudit noyau de butée (2).
9. 9. Contacteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel un moyen élastique de rappel (21) est monté entre ladite butée de retenue (18) et ledit noyau de butée (2).
10. 10. Contacteur selon la revendication 9, dans lequel ledit moyen élastique de rappel (21) présente une forme torique.
11. 11. Démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile muni d'un contacteur électromagnétique de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes.