Brevet FR2614363A1 — publié le 19881028

La présente invention concerne un moteur de lancement ou démarreur d'un moteur à combustion interne et, plus particulièrement, un démarreur qui est compact et capable de fournir un important rapport de réduction. La figure 1 représente en coupe, un exemple d'un démarreur à courant continu classique, qui comporte un induit i comprenant un noyau la constitué d'une structure lamifiée en plaques d'acier électromagnétiques et d'une bobine d'induit lb enroulée autour de celle-ci, un arbre tournant de l'induit 1, un collecteur 3 monté derrière l'induit 1, un assemblage de balais ou support 4 maintenu fixement sur un support arrière 6 par des boulons ou vis 5, un palier 7 fixé dans un évidement du support arrière 6 pour supporter une partie d'extrémité arrière de l'arbre tournant 2, un bloc ou bâti 8 du moteur à courant continu dont une surface d'extrémité est ajustée dans le support arrière 6, un aimant permanent 8a fixé sur une surface périphérique interne du bloc 8 pour réaliser un champ magnétique et un pignon plat 9 monté fixement sur une partie avant de l'arbre tournant 2 et engrené avec des pignons planétaires (non montrés) d'un mécanisme de réduction à pignons planétaires ou épicycloidal ayant un faible rapport de réduction. La puissance du mécanisme de réduction épicycloidal est transmise, par l'intermédiaire d'un embrayage à roue libre, (non montré) à un pignon (non montré). Une rotation du pignon est transmise par l'intermédiaire d'une couronne dentée formée sur une périphérie d'un volant monté fixement sur un vilebrequin du moteur pour le démarrer. Dans un tel démarreur classique, il est possible d'obtenir le couple nécessaire directement. Cependant, à cause de l'usure du noyau lamifié la et du fait que la température de l'induit 1 augmente en proportion de la consommation de puissance de la bobine d'induit lb par rapport au volume du moteur, la consommation de puissance de la bobine d'induit lb devient considérable et ainsi une chaleur importante est générée quand le nombre de spires de la bobine lb, et par conséquent sa résistance, sont importants. Afin de protéger la bobine d'induit lb d'une défaillance thermique de son moyen d'isolation, il est nécessaire de réaliser un démarreur imposant et de structure compli- quée, ce qui entraîne un coût important et fournit de nombreuses possibilités de défaillance du collecteur 3. Par ailleurs, à cause de l'usure du chemin ou trajet de transmission de la force de rotation qui comprend le pignon et la couronne dentée, les possibi- lités de positionnement du démarreur par rapport au moteur sont limitées. De plus, afin d'accroître le rapport de réduction, il est nécessaire de réaliser une couronne dentée du volant imposante, ce qui conduit à un mécanisme de transmission à grand volume. D'autre part, il peut être possible de réduire le nombre de dents du pignon. Cependant, puisque le rapport de réduction maximum est à ce moment de 120/8 = 15, il est nécessaire de prévoir un autre dispositif de réduction pour un rapport de réduction plus grand que 15. Un objet de la présente invention est de fournir un démarreur destiné à équiper un moteur, qui est une combinaison d'un moteur unipolaire à courant continu et d'un dispositif de transmission ayant un important rapport de réduction. Un autre objet de la présente invention est de fournir un démarreur susceptible d'être monté en plusieurs endroits par rapport au moteur. Selon la présente invention, ceci est réalisé en utilisant un dispositif de transmission harmonique à haut rapport de réduction ayant un arbre d'entrée qui est directement relié à un arbre tournant d'un moteur à courant continu. Selon la présente invention, la nécessité de transmettre une force de rotation du démarreur, par la couronne dentée, au vilebrequin du moteur, est éliminée tout en obtenant un important rapport de réduction par l'intermédiaire du dispositif de transmission harmonique. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: - la figure i est une vue en coupe d'un exemple d'un démarreur classique; - la figure 2 représente de façon schématique un agencement d'une transmission d'effort de rotation entre un moteur et un démarreur selon la présente invention; - la figure 3 est une vue en coupe d'un mode de réalisation du démarreur selon l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de ce démarreur, comportant un embrayage électromagnétique; - la figure 5 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de la présente invention; et - la figure 6 est une vue en coupe faite -25 suivant la ligne VI-VI de la figure 5. La figure 2 représente un mécanisme de liaison entre un démarreur à courant continu 15 et un moteur 17, un dispositif de transmission 16 à haut rapport de réduction étant disposé entre eux. Un arbre d'entrée du dispositif de transmission 16 est directement relié à un arbre tournant du moteur à courant continu, comme il sera décrit ci-après. Un arbre de sortie 16a du dispositif de transmission 16 est relié, par l'intermédiaire d'un volant 18, à un vilebrequin du moteur 17. La figure 3 est une vue en coupe du moteur 15 et du dispositif de transmission 16 montrés sur la figure 2. Sur la figure 3, le démarreur 15 est composé d'un arbre induit 2 supporté par des paliers 7 et 10 qui sont maintenus par un logement 8, d'un induit 1 qui tourne avec l'arbre tournant 2, d'un aimant permanent 8a fixé à une paroi interne du logement 8 pour produire un champ magnétique dans une région dans laquelle se trouve l'induit 1, et d'un collecteur 4, comme dans le démarreur classique montré sur la figure 1. Le dispositif de transmission 16 est constitué d'une couronne dentée intérieurement 20, d'un pignon extérieur flexible 21 qui engrène avec la couronne dentée intérieurement 20 et d'un embrayage unidirectionnel 22 monté sur l'arbre tournant 2a pour former une liaison unidirectionnelle entre l'arbre tournant 2 et le pignon extérieur 21 par l'intermédiaire de galets ou cylindres 23 qui ont des diamètres différents. Le pignon extérieur flexible 21 a des dents dont le nombre est inférieur à celui de la couronne dentée intérieurement 20 et un cercle primitif plus petit que celui de la couronne 20. Les galets 23 disposés dans le pignon extérieur flexible 21 sont agencés de telle sorte qu'ils déforment le pignon flexible 21 supporté par ceux-ci, pour entraîner ce dernier à avoir une coupe transversale en ellipsoide pour qu'il s'engrène ainsi avec des parties de la couronne dentée 20 correspondant aux points d'extrémité opposés d'un grand axe de l'ellipse. C'est-à-dire, quand les galets 23 tournent, ensemble avec l'arbre de sortie du moteur 15, dans le sens des aiguilles d'une montre, le pignon extérieur flexible 21 tourne dans une direction opposée au sens de rotation des aiguilles d'une montre, à une vitesse inférieure, pendant que ses points qui engrènent avec la couronne dentée 20 se déplacent successivement et, quand les galets 23 gravitent une fois le long du pignon extérieur flexible 21, le pignon extérieur flexible 21 tourne d'un angle correspondant à une différence du nombre de dents entre la couronne et le pignon. Par conséquent, un rapport de vitesse entre les galets 23 et le pignon extérieur flexible 21 devient: Vo/Vi = (Nf - Nr)/Nf (Nr 7 Nf) dans laquelle Vo est une vitesse de sortie (tr/min ou î'/30 rad/s), Vi est une vitesse d'entrée (tr/min ou tr/30 rad/s), Nr est le nombre de dents de la couronne dentée intérieurement 20 et Nf est le nombre de dents du pignon extérieur flexible 21. En supposant par exemple que Nr = 180 et Nf = 178, le rapport de réduction devient Vo/Vi = (178-180)/178 = - 1/89. La rotation de l'arbre induit 2 est considérablement réduite-et transmise par le dispositif de transmission 16 à l'arbre de sortie 16a. Il peut être possible de faire pivoter les galets 23 par la puissance de rotation de l'arbre induit 2, directement, bien qu'il soit préférable de transmettre la rotation de l'arbre induit 2, aux galets 23 dans seulement une direction par l'intermédiaire de l'embrayage unidirectionnel 22, en empêchant la rotation de l'arbre induit 2 dans la direction opposée d'être transmise aux galets par grincement. Par ailleurs, il est possible de prévoir un embrayage électromagnétique 28 entre l'arbre de sortie du dispositif de transmission 16 et le pignon de telle sorte que la liaison entre le système de transmission et le moteur soit coupée quand le démarreur n'est pas actionné, comme montré sur la figure 4. Dans ce cas, on réalise une protection supplémentaire du moteur du démarreur. La figure 5 représente en coupe un autre mode de réalisation du démarreur selon l'invention. Sur la figure 5, le démarreur comporte une section moteur A et une section de transmission B qui sont logées dans un espace défini entre une paroi d'extrémité 31a et une paroi de séparation ou cloison 31c d'un logement cylindrique 31 et un espace défini entre la paroi de séparation 31c et une autre paroi d'extrémité 31b du logement, respectivement. La section moteur A comprend un moteur à courant continu unipolaire constitué d'un arbre tournant 2 supporté par des paliers 33 et 34 prévus dans les parois 31a et 31c, respectivement, un rotor 35 en matériau magnétique monté fixement sur une partie intermédiaire de l'arbre tournant 2, une bobine 36 montée radialement sur une partie périphérique du rotor 35, des bagues glissantes ou collectrices 37 et 38 agencées coaxialement autour de parties centrales sur les surfaces opposées du rotor 35 et reliées à des extrémités opposées de la bobine 36, respectivement, des aimants permanents annulaires 39 et 40, ayant chacun en coupe une forme essentiellement en U, maintenus fixement à la paroi d'extrémité 31a et à la paroi de séparation 31c du logement 31 de façon opposée l'un à l'autre de part et d'autre du rotor 35, respectivement, et des balais 41 et 42 reliés aux bagues collectrices 37 et 38, respectivement. La section de transmission B est constituée d'un élément ellipsoïde 43 formant came relié directement à une extrémité d'une terminaison de l'arbre tournant 2 faisant saillie des paliers 34, de galets 44, d'un pignon flexible 45 ayant des dents sur sa surface extérieure et d'une couronne dentée 48 formée dans une périphérie intérieure d'une ouverture définie dans une paroi du logement 31 entre la paroi de séparation 31c et la paroi 31b de celui-ci. Le pignon flexible 45 est relié à un 261436-3 arbre de sortie 6a supporté par un palier 47 maintenu par la paroi d'extrémité 31b par l'intermédiaire d'un élément flexible cylindrique 46. La figure 6 est une vue en coupe faite suivant la ligne VI-VI de la figure 5. Sur la figure 6, le pignon flexible 45 est supporté par l'élément ellipsoïde formant came 43 par l'intermédiaire des galets 44 de telle sorte que le pignon flexible 45 soit formé pour s'adapter à l'ellipse de l'élément formant came 43, les parties d'extrémité opposées d'un grand axe de l'ellipse du pignon flexible 45 engrenant avec les parties correspondantes de la couronne dentée 48 et les points d'engrenement étant tournés successivement avec la rotation de l'élément formant came 43. Une rotation relative du pignon flexible 45 par rapport à la couronne dentée 48 est transmise par l'intermédiaire de la partie de cylindre flexible 46 à l'arbre de sortie '6a. Le rapport de réduction de cette section de transmission est déterminé de la même façon que celle mentionnée dans le mode de réalisation précédent. En fonctionnement, quand une puissance électrique à courant continu est fournie entre les bornes 41a et 42a reliées aux balais 41 et 42, respectivement, un courant continu circule au travers de la bobine 36 dans une direction montrée par une flèche. Puisque les aimants permanents 39 et 40 fournissent un champ magnétique dans une direction flèchée, qui pénètre le rotor 35, celui-ci est soumis à une force de rotation dans la même direction et est mis en rotation à la même vitesse. La force de rotation du rotor 35 est transmise par l'intermédiaire de l'arbre tournant 2 à l'élément ellipsoïde 43 formant came pour entraîner celui-ci à tourner à l'intérieur des galets 44. Grâce à la rotation de l'élément ellipsoïde 43 formant came, le pignon flexible 45 est déformé de façon correspondante et ainsi les points d'engrènement de la couronne dentée 48 avec les points d'extrémité opposés du grand axe de l'ellipse décrite par le pignon flexible 45 supporté par l'élément ellipsoide formant came 43 par l'intermédiaire des galets 44, sont déplacés dans la même direction, successivement, de la même façon que celle mentionnée par rapport au mode de réalisation décrit ci-avant. Ainsi, le pignon flexible est mis en rotation dans la direction opposée à la direction de rotation de l'élément ellipsoide formant came 43. La rotation du pignon flexible 45 est transmise par l'intermédiaire de l'élément cylindrique flexible 46 à l'arbre de sortie 6a reliée à celui-ci. On remarquera que le moteur à courant continu unidirectionnel utilisé n'est pas limité à celui montré sur la figure 5, mais d'autres moteurs ayant d'autres conceptions peuvent être utilisés dans la présente invention. Par ailleurs, le dispositif de transmission représenté et décrit peut être remplacé par n'importe quel autre dispositif si celui-ci a un important rapport de réduction lorsqu'il est déformé. Un exemple d'un tel dispositif peut être un générateur d'onde comprenant une liaison ayant un galet à chaque extrémité de celui-ci ou un système à pignon planétaire. Comme mentionné ci-avant, et selon la présente invention dans laquelle un arbre de sortie d'un démarreur est relié directement à un arbre d'entrée d'un moteur par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission ayant un grand rapport de réduction, les possibilités de montage du démarreur sur le moteur sont améliorées et le démarreur en lui-même peut être rendu plus compact grâce à l'élimination d'une couronne dentée d'un volant de grande taille classique. Quand le rapport de réduction voulu est, par exemple, de 50 à 100, le dispositif de réduction prévu dans le démarreur peut être plus simple de construction. Quand le moteur du démarreur est un moteur à courant continu unipolaire dont la production de chaleur est relativement faible et dont la commutation est difficilement dégradée, la construction du démarreur peut être réalisée de façon plus simple et de façon plus compacte. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés et qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Démarreur destiné à équiper un moteur, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur à courant continu (15, A) et un dispositif de transmission (16, B) à grand rapport de réduction, ledit moteur à courant continu (15, B) comportant un arbre de sortie (2) relié par l'intermédiaire dudit dispositif de transmission (16, B) à un arbre d'entrée d'un moteur (17), ledit dispositif de transmission (16, B) comportant un générateur d'onde relié audit arbre de sortie (2) dudit moteur à courant continu (15, A), une couronne dentée intérieurement (20, 48) solidaire d'un logement (8, 31) dudit moteur à courant continu (15, A) et un pignon flexible (21, 45) comportant un arbre de sortie (16A, 6A) relié audit arbre d'entrée dudit moteur (17) et s'engrenant avec ladite couronne dentée intérieurement (20, 48). 2. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit générateur d'onde comporte un élément ellipsoiïde formant came (43) monté fixement sur ledit arbre de sortie (2) dudit moteur à courant continu (A), ledit pignon flexible (45) étant supporté par ledit élément ellipsoïde formant came (43) par l'intermédiaire de galets (44). 3. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit générateur d'onde comporte un certain nombre de galets (23) ayant des diamètres différents et agencés sur ledit arbre de sortie (2) dudit moteur à courant continu, ledit pignon flexible (21) supporté sur ceux-ci étant ainsi déformé sous forme d'une ellipse. 4. Démarreur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits galets sont agencés directement sur ledit arbre de sortie. 5. Démarreur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits galets sont agencés sur ledit-arbre de sortie dudit moteur à courant continu par l'intermédiaire d'un embrayage unidirectionnel (22). 6. Démarreur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un embrayage (28) électromagnétique prévu entre ledit arbre de sortie (16A) dudit pignon flexible et ledit arbre d'entrée dudit moteur (17). 7. Démarreur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moteur à courant continu est un moteur à courant continu unipolaire.