FR3043834A1 - Contacteur electromagnetique de puissance muni d'au moins une bobine realisee en aluminium - Google Patents
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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) destinée à être reliée à une masse d'un véhicule automobile, - une borne de commande (28), - une borne d'entrée de puissance (18) destinée à être reliée à une borne positive d'une batterie, - une borne de sortie de puissance (19) destinée à être reliée à au moins un balai positif d'un moteur électrique dudit démarreur, - au moins une bobine d'appel (6a) montée entre ladite borne de commande (28) et ladite culasse (5), - au moins une bobine de maintien (6b) montée entre ladite borne de commande (28) et ladite borne de sortie de puissance (19), caractérisé en ce que au moins une des deux bobines (6a, 6b) est réalisée à partir d'un conducteur en aluminium.
Description
CONTACTEUR ELECTROMAGNETIQUE DE PUISSANCE MUNI D'AU MOINS UNE BOBINE REALISEE EN ALUMINIUM
La présente invention porte sur un contacteur électromagnétique de puissance muni d'au moins une bobine réalisée en aluminium.
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 œuvre 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, le contacteur est doté d’un noyau de butée, d'un noyau mobile, et d’une culasse métallique associée à un jeu de bobines. Le noyau mobile est mobile entre une position, dite de repos, dans laquelle le noyau mobile est dans une position éloignée du noyau fixe et une position, dite aimantée, dans laquelle le noyau mobile est en contact avec le noyau de butée suite à l'activation du jeu de bobines générant un champ magnétique d'attraction du noyau mobile vers le noyau fixe.
Le noyau mobile est relié, via une tige de liaison, à un levier pivotant destiné à entraîner le déplacement d'un lanceur de pignon du démarreur vers la couronne de démarrage du moteur thermique lorsque le noyau mobile se déplace vers la position aimantée. Une autre extrémité du noyau mobile est destinée à agir sur une extrémité d’une tige de commande portant une plaquette de contact destinée à coopérer avec deux bornes électriques d’un circuit de puissance pour assurer l'alimentation du moteur électrique lorsque le noyau mobile se trouve dans la position aimantée.
Le jeu de bobines comprend une bobine d'appel et une bobine de maintien réalisées à partir d'un fil de cuivre enroulé autour d'un support isolant. Les deux bobines sont alimentées pour déplacer le noyau mobile de sa position de repos à sa position aimantée puis le maintien en position aimantée du noyau est assuré par la seule bobine de maintien de manière à limiter la consommation du jeu de bobines. L’invention vise à améliorer la configuration existante d'un tel dispositif en proposant un contacteur électromagnétique de puissance, notamment pour un moteur électrique d’un démarreur de moteur à combustion interne, comportant: - une culasse destinée à être reliée à une masse d'un véhicule automobile, - une borne de commande, - une borne d'entrée de puissance destinée à être reliée à une borne positive d'une batterie, - une borne de sortie de puissance destinée à être reliée à un moteur électrique dudit démarreur pour l’alimenter, - au moins une bobine d'appel montée entre ladite borne de commande et ladite culasse, - au moins une bobine de maintien montée entre ladite borne de commande et ladite borne de sortie de puissance, caractérisé en ce qu'au moins une des deux bobines est réalisée à partir d'un conducteur en aluminium.
Le fait de remplacer une bobine en cuivre par une bobine en aluminium, impose d’augmenter la section de la bobine pour une bobine ayant la même performance électromagnétique. Cependant on s’est rendu compte que malgré l’augmentation de la section, le poids du contacteur diminuer. L'invention permet ainsi de réduire le poids de l'ensemble. On réduit ainsi les émissions de particules polluantes du véhicule.
Selon un exemple, lesdites deux bobines d'appel et de maintien sont réalisées à partir d'un conducteur en aluminium.
Cela permet de diminuer au mieux le poids des bobines du contacteur.
Selon une réalisation, une des deux bobines est réalisée en aluminium et l’autre bobine est réalisée en cuivre.
Cela permet d’alléger l’ensemble bobines tout en respectant un dimensionnement plus restreint que l’exemple précédemment décrit. En effet le fait d’avoir deux bobines en aluminium contraint d’augmenter la taille du contacteur augmentant son encombrement dans le véhicule.
Selon une réalisation, ladite bobine d'appel est réalisée à partir d'un conducteur en aluminium, tandis que ladite bobine de maintien est réalisée à partir d'un conducteur en cuivre. Ainsi on diminue le poids de la bobine ayant la plus grande section et donc au mieux le poids de l’ensemble bobine.
Selon une réalisation, ladite bobine de maintien est réalisée à partir d'un conducteur en aluminium, tandis que ladite bobine d'appel est réalisée à partir d'un conducteur en cuivre.
Cela permet de réaliser un ensemble bobine maintien, bobine appel sans trop augmenter le volume de l’ensemble par rapport à l’antérieure du fait de la petite section de la bobine de maintien à augmenter tout en diminuant son poids.
La bobine d’appel et la bobine de maintien ont le même nombre de tours. Cela permet de pouvoir faire reculer le noyau mobile en annulant les deux champs des deux bobines lorsque l’on alimente plus le contacteur par la commande.
Selon une réalisation, une section du conducteur formant ladite bobine d'appel est plus grande qu'une section du conducteur formant ladite bobine de maintien.
Selon une réalisation, ledit contacteur électromagnétique comprend une culasse de diamètre externe R et de diamètre interne r, la culasse entourant l’au moins une bobine réalisé à partir d’un conducteur en aluminium et en ce que le dit contacteur électromagnétique comprend en outre un noyau mobile et un noyau fixe de diamètre externe D et de diamètre interne d de contact avec le noyau mobile et d’une épaisseur H mesurée axialement, en ce que l’épaisseur H du noyau fixe au niveau d’un rayon x compris entre D et d est au minimum égale à (RV) / 2x..
Cela permet que le noyau fixe en fer ne sature pas en flux.
Selon un premier exemple du mode de réalisation décrit précédemment, l’épaisseur H maximum de noyau fixe est compris entre
et
Cela permet d’éviter d’avoir du fer inutile et donc d’alourdir le contacteur.
Selon un deuxième exemple du mode de réalisation décrit précédemment, l’épaisseur H du noyau fixe varie en décroissant vers son petit diamètre d,
Le premier et les deuxièmes exemples décrits précédemment pouvant être combiné.
Selon un autre exemple, pouvant être combiné avec le premier exemple, le noyau fixe comprend une partie pour lequel son épaisseur H est constant entre deux diamètres différents. Cela permet de réaliser un noyau fixe facilement.
Selon une réalisation, une connexion au niveau d'une borne de commande est réalisée par le biais d'un alliage ayant des propriétés physiques pour réduire un couplage électrochimique entre le cuivre et l’aluminium, ou d'une pièce intermédiaire réalisée au moins en partie dans ledit alliage. On limite ainsi la corrosion au niveau de la connexion entre les deux bobines.
Selon une réalisation, ledit alliage comprend de l'étain. Cela permet de réduire les risques de corrosion entre cuivre et aluminium. 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.
Selon une autre invention le contacteur comprend une culasse une culasse de diamètre externe R et de diamètre interne r, la culasse entourant l’au moins une bobine réalisé à partir d’un conducteur en aluminium et en ce que le dit contacteur électromagnétique comprend en outre un noyau mobile et un noyau fixe de diamètre externe D et de diamètre interne d de contact avec le noyau mobile et d’une épaisseur H mesurée axialement, en ce que l’épaisseur H du noyau fixe au niveau d’un rayon x compris entre D et d est au minimum égale à
Selon un premier exemple du mode de réalisation décrit précédemment, l’épaisseur H maximum de noyau fixe est compris entre
Cela permet d’éviter d’avoir du fer inutile et donc d’alourdir le contacteur.
Selon un deuxième exemple du mode de réalisation décrit précédemment, l’épaisseur H du noyau fixe varie en décroissant vers son petit diamètre d,
Le premier et les deuxièmes exemples décrits précédemment pouvant être combiné.
La figure 1 est une vue de principe en coupe longitudinale d’un contacteur électromagnétique selon la présente invention à l'état repos ;
La figure 2 est un schéma électrique du contacteur électromagnétique selon la présente invention commandé par un calculateur moteur.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
La figure 3 est une vue de principe en coupe longitudinale d’un contacteur électromagnétique selon la présente invention à l'état repos selon un deuxième exemple ;
La figure 1 montre un contacteur 1 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 fixe 2 (visible comme étant hachuré radialement sur la figure 1), d'un noyau mobile 3, tous deux en matériau ferromagnétique, et d’un carter métallique 5 dans lequel est agencé un jeu de bobines 6a, 6b montées sur un support annulaire isolant 9.
Le noyau mobile 3 est apte à se déplacer entre une position de repos représentée sur la figure 1, dans laquelle le noyau mobile 3 est dans une position éloignée du noyau fixe 2, et une position aimantée dans laquelle le noyau mobile 3 vient en contact avec le noyau fixe 2.
Une extrémité du noyau mobile 3 est reliée, via une tige de liaison 11 à un levier pivotant 10 (représenté partiellement) qui entraîne le déplacement d'un lanceur de pignon (non représenté) du démarreur vers la couronne de démarrage du moteur thermique lorsque le noyau mobile 3 se déplace vers sa position aimantée. Un ressort dents-contre-dents 12 est comprimé en cas de non pénétration directe du pignon du lanceur (non représenté) dans la couronne de démarrage.
En outre, le déplacement du noyau mobile 3 en position aimantée entraîne le déplacement en translation par rapport au carter 5 d'une tige de commande 13 entre une position de repos et une position active. Cette tige de commande 13 est munie d'un épaulement 131 et d'une butée 132 solidaire en translation de la tige de commande 13. Une plaquette de contact 17 est montée sur la tige de commande 13. Le passage en position active de la tige de commande 13 provoque la mise en contact de la plaquette de contact 17 avec les bornes électriques 18, 19 pour alimenter le moteur électrique entraînant la rotation du pignon.
La plaquette de contact 17 réalisée dans un matériau électriquement conducteur est ainsi mobile par rapport à la tige de commande 13 entre une position initiale dans laquelle la tige de commande 13 est dans une position de repos et une position finale dans laquelle la tige de commande 13 est en position active. En position initiale, la plaquette de contact 17 est en appui contre la butée 132 et en position finale la plaquette de contact 17 est en appui contre les bornes électriques 18, 19.
Un ressort d'écrasement 21, monté sur la tige de commande 13, est destiné à maintenir la plaquette de contact 17 en appui sur la butée 132 lorsque la plaquette de contact 17 n’est pas en contact avec les bornes électriques 18, 19 et à se comprimer lorsque la plaquette de contact 17 entre en contact avec les bornes électriques 18, 19. A cet effet, le ressort d'écrasement 21 précontraint est agencé entre l’épaulement 131 et la plaquette de contact 17. Par ailleurs, un ressort de rappel 22 est destiné à faciliter le retour de la tige de commande 13 en position de repos lorsque les bobines 6a, 6b ne sont plus alimentées.
Plus précisément, le jeu de bobines 6a, 6b comprend une bobine d'appel 6a et une bobine de maintien 6b. Les deux bobines 6a, 6b sont alimentées pour déplacer le noyau mobile 3 de sa position de repos à sa position aimantée puis le maintien en position aimantée du noyau 3 est assuré par la seule bobine de maintien 6b de manière à limiter la consommation du jeu de bobines 6a, 6b. A cet effet, comme on peut le voir sur la figure 2, la borne d'entrée de puissance 18 est destinée à être reliée à la borne positive B+ de la batterie et la borne de sortie de puissance 19 est destinée à être reliée aux balais positifs 26 du moteur électrique du démarreur. La référence 27 correspond aux balais négatifs du moteur électrique destinés à être reliés à la masse. Les balais 26 et 27 sont destinés à frotter contre les lames du collecteur 30 du moteur afin d'assurer une commutation du courant dans les conducteurs du bobinage du rotor.
La bobine d'appel 6a est montée entre d'une part une borne de commande 28 en relation avec une sortie du calculateur moteur 33 et d'autre part la culasse du contacteur reliée à la masse. La bobine de maintien 6b est montée entre la borne de commande 28 et la borne de sortie de puissance 19. L'activation du dispositif est effectuée par le calculateur moteur 33 suite par exemple à l'activation par l'utilisateur d'un dispositif de démarrage 34 (de type clef ou carte électronique) ou suite à une décision de redémarrage prise par le calculateur 33 dans le cas d'un véhicule équipé de la fonction d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique.
Conformément à l'invention, au moins une des deux bobines 6a, 6b est réalisée à partir d'un conducteur en aluminium. Ainsi, dans un premier mode de réalisation, la bobine d'appel 6a est réalisée à partir d'un conducteur 61 en aluminium, tandis que la bobine de maintien 6b est réalisée à partir d'un conducteur 62 en cuivre. Les conducteurs 61, 62 pourront prendre la forme d'un fil de section ronde ou en forme de méplat.
Dans un deuxième mode de réalisation, la bobine de maintien 6b est réalisée à partir d'un conducteur 62 en aluminium, tandis que la bobine d'appel 6a est réalisée à partir d'un conducteur 61 en cuivre.
Dans un troisième mode de réalisation, les deux bobines 6a, 6b sont réalisées à partir de conducteur 61,62 en aluminium.
Le choix du type de matériau pour réaliser les bobines 6a, 6b dépend de la place disponible pour le démarreur ainsi que des performances souhaitées.
Dans tous les cas, afin de minimiser sa résistance, la section du conducteur 61 formant la bobine d'appel 6a est plus grande que la section du conducteur 62 formant la bobine de maintien 6b.
La culasse comprend un diamètre externe R et un diamètre interne r, La culasse entoure l’au moins une bobine réalisé à partir d’un conducteur en aluminium. Le noyau fixe comprend un diamètre externe D et un diamètre interne de contact avec le noyau mobile d lorsque le noyau mobile est en contact avec le noyau fixe. Le noyau fixe comprend une épaisseur H mesurée axialement. L’épaisseur H du noyau fixe au niveau d’un diamètre X est compris entre D et d est au minimum égale à (R2r2) / 2X soit
Compte tenu de la plus grande résistivité de l'aluminium par rapport au cuivre et donc de l’intensité qui diminue, la section de la bobine en aluminium est supérieure à la section de spires d'une bobine en cuivre correspondante. Selon un exemple de mode de réalisation, pour récupérer de l’encombrement générer par l’augmentation de la section de la bobine en aluminium le noyau fixe 2 comprendune épaisseur H maximum de noyau fixe qui est compris entre
En outre, selon un exemple du mode de réalisation ci-dessus, l’épaisseur H du noyau fixe varie en décroissant vers son petit diamètre d, Cette décroissance peut être régulière ou en forme d’escalier. La figure 3 montre un schéma de principe dont l’épaisseur H du noyau fixe qui décroît tout en respectant
La figure 3 représente aussi le mode de réalisation ou la bobine de maintien 6b est en aluminium et la bobine d’appel 6a est en cuivre. Ainsi on peut voir que du fait de la décroissance de l’épaisseur H de son grand diamètre vers le petit diamètre le support isolant 9 annulaire a un plus grand logement permettant d’ajouter une bobine de maintien en aluminium tout en gardant le même encombrement du contacteur.
Selon un autre mode de réalisation non représenté, le noyau fixe peut comprendre une partie dite partie externe compris entre rayon du bobinage d’appel et le rayon externe du noyau fixe correspondant au rayon interne r de la culasse, dans lequel la partie externe comprend une épaisseur axiale H plus petite qu’une partie interne comprenant une épaisseur comprise entre
Un exemple de ce mode de réalisation est représenté uniquement sur la moitié du contacteur en pointillé formant un escalier E.
Le tableau ci-après est un tableau comparatif de différents paramètres d'encombrement d'un contacteur réalisé selon l'état de la technique par rapport à un contacteur selon l'invention ayant une bobine d'appel 6a réalisée en aluminium, les deux contacteurs présentant des performances analogues.
Le tableau met ainsi en évidence que l'encombrement du contacteur 1 selon la présente invention est sensiblement identique par rapport à celui de l'état de l'art malgré l'ajout de fer supplémentaire. On remarque que le gain en quantité de cuivre et donc en coût de revient et en poids est également non négligeable.
En outre, une connexion 31 entre les deux bobines 6a, 6b réalisées dans des matériaux différents au niveau de la borne de commande 28 est réalisée par le biais d'un alliage ayant des propriétés physiques pour réduire un couplage électrochimique entre le cuivre et l’aluminium, ou d'une pièce intermédiaire 32 réalisée au moins en partie dans ledit alliage. De préférence, l'alliage comprend de l'étain. L'invention a également pour objet un démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile muni du contacteur électromagnétique de puissance.
Selon une autre invention le contacteur comprend une bobine d’appel et de maintien comprenant un conducteur en cuivre et une culasse de diamètre externe R et de diamètre interne r, la culasse entourant l’au moins une bobine réalisé à partir d’un conducteur en aluminium et en ce que le dit contacteur électromagnétique comprend en outre un noyau mobile et un noyau fixe de diamètre externe D et de diamètre interne d de contact avec le noyau mobile et d’une épaisseur H mesurée axialement, en ce que l’épaisseur H du noyau fixe au niveau d’un ravon x compris entre D et d est au minimum égale à
, Selon un premier exemple de cet autre invention, l’épaisseur H maximum de noyau fixe est compris entre
Cela permet d’éviter d’avoir du fer inutile et donc d’alourdir le contacteur.
Selon un deuxième exemple de cet autre invention, l’épaisseur H du noyau fixe varie en décroissant vers son petit diamètre d,
Le premier et les deuxièmes exemples décrits précédemment pouvant être combiné.
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.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Contacteur (1) électromagnétique de puissance, notamment pour un moteur électrique d’un démarreur de moteur à combustion interne, comportant : - une culasse (5) destinée à être reliée à une masse d'un véhicule automobile, - une borne de commande (28), - une borne d'entrée de puissance (18) destinée à être reliée à une borne positive (B+) d'une batterie, - une borne de sortie de puissance (19) destinée à être reliée à un moteur électrique dudit démarreur pour l’alimenter, - au moins une bobine d'appel (6a) montée entre ladite borne de commande (28) et ladite culasse (5), et - au moins une bobine de maintien (6b) montée entre ladite borne de commande (28) et ladite borne de sortie de puissance (19), caractérisé en ce qu'au moins une des deux bobines (6a, 6b) est réalisée à partir d'un conducteur (61,62) en aluminium.
- 2. Contacteur électromagnétique de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite bobine d'appel (6a) est réalisée à partir d'un conducteur (61) en aluminium.
- 3. Contacteur électromagnétique de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite bobine de maintien (6b) est réalisée à partir d'un conducteur (62) en cuivre.
- 4. Contacteur électromagnétique de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite bobine de maintien (6b) est réalisée à partir d'un conducteur (62) en aluminium.
- 5. Contacteur électromagnétique de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite bobine d'appel (6a) est réalisée à partir d'un conducteur en cuivre.
- 6. Contacteur électromagnétique de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites deux bobines d'appel (6a) et de maintien (6b) sont réalisées à partir d'un conducteur (61,62) en aluminium.
- 7. Contacteur électromagnétique de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une section du conducteur (61) formant ladite bobine d'appel (6a) est plus grande qu'une section du conducteur (62) formant ladite bobine de maintien (6b).
- 8. Contacteur électromagnétique de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en une culasse de diamètre externe R et de diamètre interne r, la culasse entourant l’au moins une bobine réalisé à partir d’un conducteur en aluminium et en ce que le dit contacteur électromagnétique comprend en outre un noyau mobile et un noyau fixe de diamètre externe D et de diamètre interne de contact avec le noyau mobile d et d’une épaisseur H mesurée axialement, en ce que l’épaisseur H du noyau fixe au niveau d’un diamètre X compris entre D et d est au minimum égale à (R2r2) / 2X soit
- .9. Contacteur électromagnétique de puissance selon la revendication 3 ou 5, caractérisé en ce qu'une connexion (31) au niveau d'une borne de commande (28) est réalisée par le biais d'un alliage ayant des propriétés physiques pour réduire un couplage électrochimique entre le cuivre et l’aluminium, ou d'une pièce intermédiaire (32) réalisée au moins en partie dans ledit alliage.
- 10. Contacteur électromagnétique de puissance selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit alliage comprend de l'étain.
- 11. Démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile muni d'un contacteur électromagnétique de puissance tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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