Brevet FR2527394A1 — publié le 19831125

La présente invention se rapporte à un procédé de démarrage d'un moteur électrique de démarrage utilisé pour le démarrage d'un moteur à combustion interne et plus particulièrement, à un procédé de démarrage d'un moteur de démarrage du type à aimant. En général, pour le démarrage d'un moteur à combustion interne tel que ceux utilisés dans les véhicules automobiles, on utilise un moteur électrique de démarrage tel qu'un moteur à courant continu du type à aimant permanent et alimenté par une batterie Le moteur est formé d'une culasse cylindrique, d'un aimant permanent fixé à la surface périphérique interne de la culasse,d'une armature montée dans la culasse en relation face à face avec l'aimant permanent et avec un enroulement d'armature,d'un commutateur monté sur un arbre rotatif prévu sur l'armature et électri- quement connecté à l'enroulement d'armature,d'un moyen formant balai en contact coulissant avec la surface périphérique du commutateur et fournissant du courant à l'enroulement d'armature,d'une roue libreen engagement avec et axialement mobile sur l'armature et d'unpignon activement associé à un côté de la roue libre. Quand le moteur de démarrage est entraîné pour tourner,le pignon monté sur l'arbre de sortie du moteur par le moyen de la roue libreest mis en rotation et le moteur à combustion interne est mis en marche lors de la mise en action d'un levier de changement de vitesse, ainsi le pignon est amené en prise avec une couronne de démarrage qui est prévue sur le moteur. Dans des mioteurs conventionnels de démarrage, des balais positif et négatif sont montés stationnaires dans le carter du moteur ou la culasse da façon que, quand un courant d'excitation est appliqué à un enroulement d'armature, les points de contact glissant des balais soient situés sur un point neutre mécanique et un axe neutre électrique, ces deux positions des balais étant théoriquement tout-à- fait préférées afin de pouvoir d(velo)per une sortir électrique maximum par le moteur électrique de démarrage. Avec la construction ci-dessus d'un moteur conven- tionnel de démarrage, un courant brusque s'écoule à travers l'armature au moment o le pignon vient en engagement avec la couronne Cela a pour résultat qu'une charge subite d'impact se produit dans le système de transmission du couple En effet, le pignon viert en engagement avec la couronne tandis que celle-ci est stationnaire, et la vitesse de rotation du moteur de démarrage augmente d'une l O vitesse nulle avec le pignon Ainsi, le courant brusque s'écoule à travers l'enroulement d'armature selon les caractéristique du moteur de démarrage encourant continu Par suite, un courant brusque maximum s'écoule au moment o le pignon vient en engagement avec la couronne donc le flux magnétique produit dans l'enroulement d'armature et à travers l'aimant permanent est en direction inverse avec le trajet magnétique principal selon la règle de la main droite De cette façon, le champ magnétique de l'aimant permanent a tendance à s'affaiblir par démagnétisation. La présente invention a pour objet un nouveau procédé de démarrage d'un moteur électrique de démarrage o l'effet de démagnétisation de l'aimant au moment du démarrage peut être réduit. La présente invention a pour autre objet un procédé de démarrage d'un moteur électrique de démarrage selon lequel, pendant le temps de démarrage o le courant brusque s'écoule à travers l'enroulement d'armature, la position des balais est décalée au loin de l'axe neutre électrique et vers les côtés des pôles de l'aimant permanent o le champ magnétique produit par ledit aimant permanent est renforcé par les flux magnétiques de réaction d'armature et, après engagement du pignon avec la couronne, la position des balais est ramenée à l'axe neutre électrique pour réduire la force du champ de démagnétisation du fait de la réaction d'armature. Selon la présente invention, les points de contact glissant des balais positif et négatif avec le commutateur sont sollicités par l'axe neutre pendant le temps de démarrage du moteur de démarrage Dans cette position, le courant d'excitation est fourni à l'armature du moteur de démarrage. Après écoulement de l'intervalle de temps de démarrage, les balais sont de nouveau décalés vers l'axe neutre électrique et le courant d'excitation est amené continuellement avec les balais restant à cette position Cela a pour résultat que le moteur peut être démarré en douceur et que le flux de réaction d'armature dû à ces courants brusques peut être supprimé au moment du démarrage du moteur électrique de démarrage De plus, la force de l'impact du fait du pignon venant en prise avec la couronne peut être réduite parce que la sortie du moteur de démarrage est réduite en tenant compte de la position de sollicitation des balais pendant le moment du démarrage du moteur de démarrage Cela a pour résultat que l'on peut obtenir des caractéristiques de de démarrage en douceur du moteur et l'on peut réduire de façon importante une dégradation du pignon et de la couronne de démarrage par impact ou frottement. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisationde l'invention, et dans lequel: la figure 1 est une vue en élévation latérale, partiellement en coupe, d'un moteur électrique de démarrage auquel s'applique la présente invention la figure 2 est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne II-Il de la figure 1 illustrant le procédé selon l'invention de démarrage du moteur électrique de démarrage la figure 3 est une vue schématique montrant un moyen de déplacement des balais employé dans le procédé selon l'invention pour démarrer le moteur électrique de démarrage; et la figure 4 est une vue en coupe faite suivant la ligne IV-IV de la figure 3. En se référant à la figure 1, un moteur électrique de démarrage 1 est un moteur électrique en courant continu à aimant permanent,et il se compose des pièces qui suivent Une culasse 2 est formée en une plaque d'acier doux travaillée à la presse en un cylindre, et formant un trajet de flux magnétique Unaimant permanent 3 est formé par exemple de ferrite et il est collé à la surface périphérique interne de la culasse 2 L'aimant permanent et la culasse constituent un ensemble de champ Un arbre rotatif 4 est monté dans l'axe central de la culasse 2 et des moyens formant paliers non représentés, lui permettent de tourner dansla culasse 2 Une armature 5 fait corps avec l'arbre rotatif 4 et elle est disposée dans la culasse 2 pour faire face à l'aimant permanent 3 Un enroulement d'armature 6 est prévu sur l'armature 5 Un commutateur 7 est monté sur l'arbre rotatif 4 et il est connecté électrique- ment à l'enroulement d'armature 6 Des balais 8 sont maintenus en contact glissant avec la surface périphérique externe du commutateur 7 pour fournir du courant électrique à l'enroulement d'armature 7, en provenance d'une batterie, non représentée Un porte-balai 9 maintient chaque balai 8 et il est monté sur la culasse 2 par une base 10 Le porte- balai 9 est monté afin de permettre l'ajustement des points de contact glissant des balais 8 par rapport au commutateur 7, comme on le décrira ci-après Une roue libre 11 est calée au moyen de rainures hélicoïdales 401 prévues sur l'arbre rotatif 4 etelleest décaléevers la droite sur le dessin ou vers l'extrémité de l'arbre 4 par fonctionnement d'un levier de changement de vitesse, non représenté L'embrayage 11 a une partie formant carter 111 avec une gorge périphérique o est engagée une rondelle 12 comme cela est illustré Une gorge d'engagement du levier de changement est définie par la rondelle 12, une surface périphérique externe de la partie de carter 111 et par une surface de paroi latérale 113 de la roue libre 11 Un pignon 13 est activement connecté à la roue libre 11 de façon que le pignon puisse être couplé en rotation à la roue libre dans une direction de rotation de l'arbre 4 et puisse également être coulissant axialement sur l'arbre 4 vers la droite sur le dessin lors du fonctionnement du levier de changement. Le pignon 13-peut venir en engagement avec la couronne de démarrage qui est prévue sur le moteur, lors d'un décalage du pignon 13 vers la droite pour démarrage du moteur. En fonctionnement, quand le courant est fourni à l'enroulement d'armature 6 par les balais 8 et le commutateur 7 pour exciter l'armature 5, une force magnéto- motrice est produite dans l'ensemble de champ comprenant la culasse 2 et l'aimant permanent 3 Quand le levier de changement, non représenté,est décalé à ce moment vers la droite, la roue libre 11 est déplacée sur les rainures hélicoïdales 401 de l'arbre rotatif 4 vers la droite sur le dessin jusqu'à ce que le pignon 13 vienne en prise avec la couronne 14 Par suite, le couple est transmis de l'armature 5 à la couronne 14 par les rainures hélicoïdales 401, la roue libre 11 et le pignon 13 pour démarrer le moteur Quand le pignon 13 n'est pas correctement en engage- ment avec la couronne 14 alors qu'il est amené en contact de face extrême avec elle, le pignon est encore tourné sur un petit angle sous le couple de l'armature 5 de façon qu'il soit amené en relation correcte d'engagement avec la couronne 14 Après démarrage du moteur, le pignon 13 a tendance à âtre actionné en direction inverse par la couronne 14 Cependant, du fait du fonctionne- ment unidirectionnel de la roue libre 11, la transmission du couple en direction inverse peut être empêchée donc l'armature 5 peut être entraînée en rotation sans charge. Après démarrage du moteur, la roue libre Ji et le pignon 13 sont glissés sur l'arbre rotatif 4 vers 1 h gc L:-L 1 cur le e dessin sous la force de remise en place du levier de changement de vitesse, donc tout le dispositif est ramené à la position représentée sur la figure 1. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale faite suivant la ligne IIII de la figure 1, et elle montre le procédé de démarrage du moteur électrique de démarrage selon l'invention Sur la figure 2, les mêmes pièces que celles représentées sur la figure 1 s Grt désignées par les mêmes chiffres de référence. En se référant à la figure 2, la position de montage des porte-balais 9 sur la base est ajustée de façon que, quand le courant est fourni à l'enroulement d'armature 6, les points de contact glissant des balais positif et négatif 8 a, 8 b, sur le commutateur 7 soient situés sur 'axe électri- i 5 quement neutre It faut noter que, avant prise du pignon 13 avec la couronne 14, les balais positif et négatif sont sollicités de la position en trait plein à la position en trait mixte comme cela est indiqué par les flèches A, B sur la figure 2 par ajust ement de la position de montage des porte-balais 9 par rapport à la base 10. Le procédé de démarrage du moteur électrique de démarrage sera maintenant décrit Un courant C s'écoulant à angle droit avec et dans le plan de la feuille du dessin et un courant D s'écoulant à angle droit avec et hors du plan de la feuille du dessin sont-appliqués à l'enroulement d'armature 6 par les balais positif et négatif 8 a, 8 b qui se trouvent à la position en trait plein de la figure 2 pour exciter l'armature 5 L'état représenté sur la figure 2 représente le fonctionnement à l'état stable du moteur électrique en courant continu de démarrage 1 Pendant le démarrage du moteur de démarrage 1, les balais positif et négatif 8 a, 8 b sont sollicités à la position en trait mixte sur la figure 2 En général, on préfère théoriquement que les points de contact glissant des balais positif et négatif 8 a, Bb sur le commutateur 7 soient situés sur un axe électriquement neutre Plus les points de contact sont décalés de cet axe, plus le fonctionnement du moteur en courant continu est détérioré et d'autant moindre est sa sortie Par conséquent, pendant le démarrage du moteur de démarrage 1, les balais positif et négatif 8 a, 8 b sont décalés au loin de l'axe électriquement neutre vers les côtés des pôles o le champ magnétique est renforcé par le flux magnétique de réaction d'armature comme cela est indiqué par les flèches A, B De cette façon, le champ magnétique produit par l'aimant permanent 3 n'est pas affaibli par l'effet démagnétisant produit par le courant brusque qui s'écoule à travers l'enroulement d'armature 6 au moment o le pignon 13 vient en engagement avec la couronne 14 Ensuite, quand le pignon 13 engage la couronne 14, les balais 8 a, 8 b sont ramenés à leur position normale sur l'axe électriquement neutre donc le moteur de démarrage 1 délivre une sortie nominale pour faire démarrer le moteur à combustion interne associé. On se reférera maintenant aux figures 3 et 4 illustrant la façon dont les balais Sa, 8 b sont décalés ainsi que le moyen pour contrôler le décalage des balais depuis le moment de la détection jusqu'au décalage réel. Sur le dessin, le chiffre de repère 1 désigne le moteur électrique de démarrage et le chiffre 2 une culasse du moteur. La culasse 2 a une douille ou évidement 21 o est introduite une bride externe 101 de la base 10 qui se déplace avec les balais 8 pour une libre rotation par rapport à la culasse 2 Le chiffre de référence 102 désigne un secteur denté interne faisant corps avec la base des balais et en- prise avec un pignon 152 qui est formé sur un arbre rotatif de sortie 151 d'un moteur en courant continu 15 de petite dimension Le chiffre de référence 16 désigne un commutateur de changement pour changer la direction de rotation du moteur 15 et le chiffre de référence 17 une unité de commande pour contrôler le fonctionnement du commutateur 16. Le chiffre 18 désigne un commutateur à clé pour émettre des signaux de mise en action au moteur de démarrage 1 et à l'unité de commande 17 Le chiffre de réiétlrence 19 Gésigne une batterie d'accumulateurs. En fonctionnement, quand le commutateur 18 est mis en circuit, l'unité de commande 17 et par conséquent le commutateur 16 sont actionnés donc le moteur 15 est alimenté en courant d'excitation et ainsi mis en rotation partielle Ainsi,le couple est transmis du pignon 152 a la base 10 des balais par le secteur denté 102 De cette façon, les balais 8 a, 8 b qui se déplacent avec la base 10 sont mis en rotation partielle dans la di rec Lion des flèches A et B respectivement sur la figure 2, et sont sollicités aux positionsen traits mixtes Ce décalage a lieu pendant un intervalle de temps préétabli dans un temporisateur, non représenté, qui est renfermé dans l'unité de commande 17. Après écoulement de l'intervalle de temps préétabli, la tension de la batterie d'accumulateurs 19 est appliquée aux balais 8 sousle contrôle de l'unité 17 Avec les balais 8 a, 8 b ainsi sollicités, le moteur de démarrage 1 délivre une sortie contrôlée et ainsi la couronne 14 est entraînée par le pignon associé 13 Après engagement du pignon 13 avec la couronne 14, le commutateur 16 est actionné de façon inverse par l'unité de commande 17 afin qu'une tension inverse soit appliquée au moteur 15 qui fonctionne ainsi de façon inverse De cette façon, le fonctionnement de la base 10 est inversé par rapport à celui décrit ci-dessus et donc les balais 8 a, 8 b sont ramenés à leur position normale ou position en trait plein sur la figure 2 Une sortie régulière est produite de cette façon par le moteur électrique de démarrage 11 donc le moteur peut être sollicité pour démarrer par le pignon 13 et la couronne. On peut voir à la lecture de ce qui précède que l'opération illustrée et décrite ci-dessus en se référant à la figure 2 peut être réalisée en annexant un dispositif de conception simple-au système existant de démarrage et de transmission du couple. De préférence, le moteur en courant continu de petite dimension 15 est conçu comme un moteur du type réducteur donc le couple accru peut ainsi être fourni pour encore améliorer la fiabilité de fonctionnement. Le moteur en courant continu de petite dimension 15 peut également être remplacé par une dispositif de poussée fonctionnant sur un principe différent, comme un solénoïde (solénoïde rotatif). A la lecture de ce-qui précède, il est apparent que l'agencement de la présente invention offre des caractéristiques de démarrage en douceur du moteur de démarrage ainsi qu'une réduction considérable de l'usure ou d'une dégradation du pignon ou de la couronne associée. R E VJ E N D I C A T I O N 5 1. Procédé de démarrage d'un moteur électrique conçu pour faire démarrer un moteur à combustion interne, ledit moteur électrique comprenant un aimant permanent fixé à la surface périphérique interne d'une culasse cylindrique, une armature ayant un enroulement et montée dans ladite culasse face audit aimant permanent, un commu- tateur monté sur un arbre rotatif de sortie de l'armature et connecté audit enroulement, et des moyens formant balais en contact coulissant avec la surface périphérique externe dudit commutateur et fournissant du courant audit enroulement d'armature, ledit arbre de sortie ayant une partie à rainure hélicoïdale qui est caléeà une roue libre, ledit arbre de sortie portant un pignon couplé de façon rotative à ladite roue libre uniquement dans une direction de la rotation dudit arbre de sortie, ledit pignon engageant une couronne du moteur à combustion interne quand ladite roue libre est décalée vers une extrémité dudit arbre de sortie, caractérisé en ce que jusqu'au moment o ledit pignon vient en prise avec ladite couronne, lesdits moyens formant balais sont décalés au loin vers l'axe neutre vers les côtés des pôles de l'aimant permanent ou le champ magnétique principal produit par ledit aimant permanent est renforcé par les flux magnétiques de réaction d'armature et en ce que après engagement dudit pignon avec ladite couronne, les- dits moyens formant balais sont ramenés à leur position située sur ledit axe neutre. 2.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens formant balaisprécités sont montés sur des porte-balais mobiles par le fonctionnement du moyen d'entraînement pour changer les positions des balais 3.-Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des porte-balais précités a un moyen formant engrenage entraîné par un moyen formant moteur électrique. 4. Dispositif pour la mise en pratique du procédé selon la revendication 1, du type comprenant un secteur denté formé dans une base des balais qui est fixée aux moyens formant balaisprécités, ledit secteur denté étant un pignon interne, un pignon formé surl'arbre principal de sortie d'un moteur en courant continu de petite dimension, ledit pignon engageant ledit secteur denté, un commutateur de changement pour passer entre des fonctionnements normal et inverse dudit moteur en courant continu de petite dimension, un moyen de commande dudit commutateur de changement, un commutateur à clé pour amorcer le fonctionne- ment dudit moyen de commande et une batterie pour fournir du courant par un circuit électrique fermé formé par ledit moteur en courant continu de petite dimension, ledit commutateur de changement, ledit moyen de commande et ledit commutateur à clé,caractérisé en ce que jusqu'au moment o ledit pignon ( 13) vient en prise avec ladite couronne ( 14),lesdits moyens formant balais ( 8) sont décalés par lesdits moyens de commande ( 17) et ledit moteur en courant continu ( 1) au loin dudit axe neutre vers les côtés des pôles de l'aimant permanent o le champ magnétique principal produit par ledit aimant permanent est renforcé par les flux magnétiques de réaction d'armature pour délivrer une sortie contrôlée audit pignon et à ladite couronne et en ce que après engagement dudit pignon avec ladite couronne, lesdits moyens formant balais sont ramenés à leur position sur ledit axe neutre par fonctionnement dudit moyen de commande, dudit communtateur de changement et dudit moteur en courant continu.