Brevet FR2676589A1 — publié le 19921120

Commutateur électromagnétique La présente invention concerne un commutateur électromagnétique et en particulier un commutateur électromagnétique adapté à être utilisé dans un moteur de démarrage d'un moteur à combustion interne. Un commutateur électromagnétique connu pour la commande de marche-arrêt d'un moteur de démarrage d'un moteur à combustion interne comprend un jeu de contacts électriques qui est actionné en synchronisme avec un mouvement de va-et-vient d'un plongeur électromagnétique pour déplacer axialement un pignon et l'amener en prise ou le dégager d'une couronne dentée d'un moteur à combustion interne. Dans un tel commutateur électromagnétique, une tige centrale qui est reçue de façon coulissante dans un noyau stationnaire est entraîne axialement par le plongeur qui est attiré magnétiquement vers le noyau stationnaire a l'encontre de la force élastique d'un ressort de rappel, et déplace ainsi un élément de contact plan mobile supporté par la tige centrale pour l'amener en contact ou hors de contact avec une paire d'éléments de contact fixes de façon à établir sélectivement un parcours électroconducteur entre une batterie et un moteur de démarrage Pour maintenir la pression de contact entre l'élément de contact mobile et les éléments de contact fixes, l'élément de contact mobile est supporté élastiquement par la tige. La tige est également munie d'un ressort de rappel interposé entre un support de ressort maintenu de façon fixe sur la tige et une surface interne d'un bottier fixé au noyau stationnaire de manière que la tige puisse être ramenée vers la position d'origine quand le bobinage électromagnétique du plongeur électromagnétique n'est pas excité. Quand il existe des déviations de position entre les éléments de contact fixes, la pression de contact entre l'élément de contact mobile et les éléments de contact fixes est alors répartie de façon inégale et il peut en résulter des vibrations lorsque l'élément de contact mobile vient en contact avec les éléments de contact fixes Inversement, si une fusion thermique a lieu entre l'élément de contact mobile et les éléments de contact fixes, une quantité substantielle de force peut devenir nécessaire pour écarter l'élément de contact mobile des éléments de contact fixes Pour éviter tout problème associé à la difficulté d'écarter l'élément de contact mobile des éléments de contact fixes, il faut, augmenter la constante élastique du ressort de rappel, mais ceci nécessite par ailleurs d'augmenter l'amplitude de l'attraction magnétique, et ceci conduit à la nécessité d'une bobinage électromagnétique surdimensionné. La présente invention peut bien entendu être appliquée non seulement au cas o le contact électrique est établi par l'excitation de l'électroaimant, mais également au cas o le contact électrique est établi par la force élastique du ressort de rappel. Considérant ces problèmes de l'art antérieur, un but essentiel de la présente invention est de fournir un commutateur électromagnétique pouvant assurer un contact correct et une séparation facile entre l'élément de contact mobile et les éléments de contact fixes. Ce but, et d'autres encore de la présente invention, peuvent être atteints au moyen d'un commutateur électromagnétique comprenant: un électroaimant supporté dans un bottier fixe; une tige guidée de façon à effectuer un mouvement longitudinal dans ledit bottier de manière à être attirée vers ledit électroaimant quand ce dernier est excité; un ressort de rappel pour faire revenir la tige vers sa position initiale quand l'électroaimant n'est plus excité; un élément de contact fixe monté de façon fixe dans le bottier en face d'une extrémité longitudinale de la tige; et un élément de contact mobile monté sur l'extrémité longitudinale de la tige de façon à être amené sélectivement en contact avec ledit élément de contact fixe en fonction de la condition d'excitation de l'électroaimant; l'élément de contact mobile étant monté sur la tige par des moyens de support qui admettent un certain déplacement angulaire de l'élément de contact mobile autour d'un axe de rotation sensiblement perpendiculaire à la ligne axiale de la tige quand l'élément de contact mobile est amené en engagement ou dégagé dudit élément de contact fixe. Selon cette structure, et même quand il y a une déviation de position entre les contacts fixes, le contact mobile peut déterminer un contact correct avec les contacts fixes En outre, même quand le contact mobile se fusionne thermiquement avec les contacts fixes, le contact mobile peut effectuer un mouvement angulaire quand il est tiré et dégagé des contacts fixes, et ce mouvement angulaire facilite la séparation du contact mobile des contacts fixes. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, l'élément de contact mobile peut être constitué par un élément annulaire monté de façon coulissante sur l'extrémité longitudinale de la tige, et les moyens de support peuvent comprendre une paire d'éléments de retenue annulaires qui sont tous les deux montés de façon coulissante sur la tige et qui maintiennent entre eux l'élément de contact mobile, des moyens pour retenir le premier élément de retenue annulaire qui est face à l'élément de contact fixe sur la tige, et des moyens de ressort pour solliciter le second élément de retenue annulaire en direction de l'élément de contact fixe. Pour permettre le déplacement angulaire de l'élément de contact mobile, chacun des éléments de retenue annulaires peut venir buter contre l'élément de contact mobile par une surface d'extrémité présentant une configuration convexe. En variante, il est possible d'interposer un ressort du type rondelle Belleville entre l'un des éléments de retenue et la plaque de contact mobile au lieu d'utiliser une surface convexe pour l'élément de retenue. On va maintenant décrire la présente invention de façon non limitative et en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'une premier mode de réalisation de l'1 lectroaimant pour moteur de démarrage selon la présente invention; la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1; et la figure 3 est une vue similaire 3 la figure 2, montrant un second mode de réalisation de la présente invention. En se référant à la figure 1 qui montre un mode de réalisation du commutateur électromagnétique pour moteur de démarrage selon la présente invention, le commutateur électromagnétique 1 comprend une culasse cylindrique 2 servant également de partie principale du bottier du commutateur, un bobinage électromagnétique 3 reçu dans la culasse 2, un couvercle d'extrémité 4 réalisé en résine synthétique ou autre matériau électriquement isolant et fermant une extrémité ouverte de la culasse 2, un noyau stationnaire annulaire 5 maintenu entre une extrémité axiale du bobinage 3 et le couvercle d'extrémité 4 et reçu en partie dans le bobinage 3, et un plongeur 6 qui est coaxialement face à la partie centrale du noyau stationnaire 5 et reçu dans le bobinage électromagnétique 3 en vue d'effectuer un mouvement axial de manière que le plongeur 6 puisse 2676589 être attiré en direction du noyau stationnaire 5 quand le bobinage 3 est excité Un ressort de rappel 7 est interposé entre le noyau stationnaire 5 et le plongeur 6 pour ramener ce dernier vers sa position initiale quand le bobinage 3 n'est pas excité. Le bobinage électromagnétique 3 consiste en un bobinage de traction 3 a à fil relativement épais et en un bobinage de retenue 3 b à fil relativement fin enroule autour du bobinage de traction 3 a Les fils conducteurs provenant de ces deux bobinages sont reliés à une borne 8 qui traverse le couvercle d'extrémité 4 et s'étend hors de celui-ci La borne 8 est reliée à un commutateur d'allumage qui n'est pas montré sur le dessin L'autre extrémité du bobinage de retenue 3 b est mise à la terre par l'intermédiaire du noyau stationnaire 5 alors que l'autre extrémité du bobinage de traction 3 a est reliée à un contact fixe 9 qui est monté de façon fixe sur la surface de la paroi interne du couvercle d'extrémité 4 et est prévu pour être relié électriquement à un moteur En outre, un autre contact fixe 10 qui est prévu pour être relié électriquement à une batterie est monté sur la surface de la paroi interne du couvercle d'extrémité 4 à proximité du contact fixe 9 en vue de sa connexion avec le moteur. Un alésage de guidage axial 11 s'étend centralement dans la partie centrale du noyau stationnaire 5 et reçoit de façon coulissante une tige de commutation 12 La tige de commutation 12 est adaptée à être poussée dans le couvercle d'extrémité 4 par l'une de ses extrémités par le plongeur 6 quand ce dernier est attiré en direction du noyau stationnaire La tige de commutation 12 comprend une portion de grand diamètre 12 a reçue de façon coulissante dans l'alésage de guidage 11 du noyau stationnaire 5 et une portion de petit diamètre 12 b munie de la plaque de contact mobile 14 réalisée en un matériau électriquement conducteur et des autres éléments qui lui sont associés Plus spécifiquement, l'autre extrémité de la tige de commutation 12 qui fait saillie du noyau stationnaire 5 face au couvercle d'extrémité 4 est insérée dans un élément d'arrêt 13, dans la plaque de contact mobile 14 et un élément isolant 16 réalisé en une résine synthétique, dans cet ordre, tous ces éléments étant mobiles dans la direction axiale. Un élément de retenue 17 est serti thermiquement contre une surface à épaulement annulaire de l'extrémité extrême de la portion de petit diamètre 12 b pour retenir la plaque de contact mobile 14 et l'élément isolant 16 sur la tige 12 Un ressort hélicoïdal de compression conique 19 est interposé entre la surface d'extrémité de l'anneau d'arrêt 13 qui est à l'oppose de la plaque de contact mobile 14 et un anneau de retenue 18 fixé sur un épaulement annulaire défini entre les portions de petit et de grand diamètre 12 a et 12 b de la tige 12 Un ressort de rappel 15 est interposé entre un épaulement annulaire de l'élément de retenue 17 et la surface interne de la paroi du couvercle d'extrémité 4 pour solliciter la tige de commutation 12 dans l'alésage de guidage 11 Un bossage central 13 a de l'élément d'arrêt 13 est disposé dans l'ouverture centrale de la plaque de contact mobile 14 pour assurer l'isolation électrique du contact mobile 14 par rapport à la tige de commutation 12. Dans ce commutateur électromagnétique 1, l'excitation du bobinage 3 provoque l'attraction du plongeur 6 vers le noyau stationnaire 5 Ce mouvement du plongeur 6 provoque à son tour le déplacement de la tige de commutation 12 et de la plaque de contact mobile 14 à l'encontre de la force élastique du ressort de rappel 15 de manière que les deux contacts fixes 9 et 10 soient électriquement reliés l'un à l'autre par la plaque de contact mobile 14, et que le courant provenant de la batterie soit envoyé au moteur à courant continu, alors que les deux extrémités du bobinage de traction 3 a sont reliées aux contacts fixes 9 et 10 respectivement court-circuites par la plaque de contact mobile 14. L'élasticité du ressort de contact 19 agit sur la plaque de contact mobile 14 de manière que la pression de contact de cette plaque de contact mobile sur les contacts fixes 9 et 10 soit maintenue à un niveau approprié Quand le bobinage 3 n'est pas excité, les forces élastiques des deux ressorts de rappel 7 et 15 ramènent le plongeur 6 et la tige de commutation 12 vers leurs positions d'origine, et la plaque de contact mobile 14 est éloignée des contacts fixes 9 et 10. Si la plaque de contact mobile 14 n'est admise à se déplacer que dans la direction longitudinale, la plus légère erreur de position entre les deux contacts fixes 9 et 10 dans la direction longitudinale provoque une inégalité de la pression exercée par la plaque de contact mobile 14 sur les deux contacts fixes 9 et 10. En outre, quand la plaque de contact mobile 14 se colle aux contacts fixes 9 et 10 par fusion, une force importante est nécessaire pour retirer la plaque de contact mobile 14 des contacts fixes 9 et 10 du fait que le contact mobile n'est autorisé à se déplacer que dans la direction longitudinale et qu'aucune action de levier n'est disponible pour détacher la plaque de contact mobile des contacts fixes 9 et 10 Donc, la constante élastique du ressort de rappel 15 doit être augmentée jusqu'à un niveau suffisant pour écarter la plaque de contact mobile 14 des contacts fixes même quand elle est collée sur eux par fusion thermique. Selon la présente invention, et pour surmonter cet inconvénient, une surface d'extrémité de l'élément de retenue 17 qui est face à la plaque de contact mobile 14 est entourée par une surface conique concentrique 20 comme montré à la figure 2 Comme l'arête circulaire définie entre la partie centrale plane de la surface d'extrémité et la surface conique qui l'entoure forme un point de pivotement quand la plaque de contact mobile 14 est déplacée angulairement, cette plaque de contact mobile 14 dispose d'une certaine liberté de mouvement angulaire Par exemple, quand la plaque de contact mobile 14 est collée à l'un des contacts fixes, la force du ressort de rappel 15 écarte la plaque de contact mobile 14 de l'autre contact fixe, ce qui fait que la fixation entre la plaque de contact mobile 14 et le contact fixe collé sur elle peut être facilement éliminée par une action de levier de la plaque de contact mobile 14. En outre, en déterminant une surface conique similaire 21 sur la surface de l'élément de retenue 13 qui est face 3 la plaque de contact mobile 14, cette dernière peut être déplacée angulairement encore plus facilement Il est à noter que le but de la présente invention peut être atteint en déplaçant le point de pivotement du mouvement angulaire de la plaque de contact mobile 14 pour le rapprocher du centre de la tige de commutation 12, et ce résultat peut être obtenu par exemple en prévoyant une petite saillie centrale définissant une surface d'extrémité plane L'ensemble de la surface d'extrémité peut être formée à la manière d'une surface partiellement sphérique ou d'une surface arrondie de toute autre manière qui est sensiblement concentrique 3 la partie centrale de la surface d'extrémité de l'élément de retenue 17 et/ou de l'élément de retenue 13. A la figure 3 qui montre un second mode de réalisation de la présente invention, l'élément de retenue 13 est muni d'une surface convexe similaire à celle du premier mode de réalisation, et l'élément isolant 16 est muni d'un bossage central 16 a qui est placé dans une ouverture centrale de la plaque de contact mobile 14 L'élément isolant 16 est en outre muni d'une bride radiale 16 b qui est face à la plaque de contact mobile 14 et qui définit avec elle un certain interstice Un ressort du type rondelle Belleville ou un ressort à disque conique 22 est disposé sur le bossage central 16 a de l'élément isolant 16 et sollicite ce dernier et la plaque de contact mobile 14 de façon à les écarter l'un de l'autre. Dans ce cas également, la liberté de la plaque de contact mobile 14 à effectuer un mouvement angulaire par rapport à la tige de commutation 12 peut être obtenue en prévoyant une surface d'extrémité convexe pour l'élément de retenue 13 et le ressort en disque conique 22. Selon la présente invention, comme la plaque de contact mobile est autorisée à se déplacer angulairement vue latéralement, il est possible d'améliorer le contact entre la plaque de contact mobile et les contacts fixes et la capacité de la plaque de contact mobile à s'écarter des contacts fixes sans augmenter la constante élastique du ressort de rappel ou la force d'attraction du bobinage électromagnétique. Bien que la présente invention ait été décrite au moyen de modes de réalisations préférés, il est clair pour l'homme de l'art que diverses variantes et modifications sont possibles sans s'écarter de son champ d'application. 2676589 REVENDICATIONS 1 Commutateur électromagnétique ( 1) comprenant: un é 1 lectroai mant ( 3) supporté dans un boîti er fixe ( 2, 4);, une tige ( 12) guidée de façon à effectuer un mouvement longitudinal dans ledit boîtier de manière à être tirée en direction de l'électroaimant quand ce dernier est excité; un ressort de rappel ( 7) pour faire revenir la tige vers sa position initiale quand l'électroaimant n'est pas excité; un élément de contact fixe ( 9, 10) monté de façon fixe dans ledit boîtier à l'opposé de l'extrémité longitudinale de la tige; et un élément de contact mobile ( 14) monté sur l'extrémité longitudinale de la tige de façon à être amené sélectivement en contact avec ledit élément de contact fixe en fonction de la condition d'excitation de l'électroaimant; l'élément de contact mobile ( 14) étant monté sur la tige par des moyens de support ( 13, 17) qui admettent un certain déplacement angulaire de l'élément de contact mobile ( 14) autour d'un axe de rotation sensiblement perpendiculaire à la ligne axiale de la tige ( 12) quand l'élément de contact mobile est amené en engagement ou dégagé dudît élément de contact fixe. 2 Commutateur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de contact mobile est constitué par un élément annulaire ( 14) monté de façon coulissante sur l'extrémité longitudinale de la tige ( 12), et les moyens de support sont constitués par une paire d'éléments de retenue annulaires ( 13, 17) qui sont tous les deux montés de façon coulissante sur la tige et qui maintiennent entre eux l'élément de contact mobile ( 14) des moyens ( 15) pour retenir un premier ( 17) desdits éléments de retenue annulaires face à l'élément de contact fixe ( 9, ) sur la tige ( 12), et des moyens à ressort ( 19) pour solliciter un second ( 13) desdits éléments de retenue annulaires en direction dudit élément de contact fixe. 3 Commutateur électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des éléments de retenue annulaires ( 13, 17) vient buter contre l'élément de contact mobile ( 14) par une surface d'extrémité munie d'une configuration convexe pour faciliter le déplacement angulaire de l'élément de contact mobile ( 14). 4 Commutateur électromagnétique selon la- revendication 2, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments de retenue annulaires ( 13, 17) vient buter contre l'élément de contact mobile ( 14) par une surface d'extrémité munie d'une configuration convexe pour faciliter le déplacement angulaire de l'élément de contact mobile ( 14). Commutateur électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'un ( 13; 17) desdits éléments de retenue annulaires vient buter contre l'élément de contact mobile ( 14) par une surface d'extrémité munie d'une configuration convexe alors que l'autre ( 17; 13) desdits éléments de retenue annulaires vient buter contre l'élément de contact mobile ( 14) par l'intermédiaire d'un ressort en forme de disque conique ( 22) pour faciliter le déplacement angulaire de l'élément de contact mobile ( 14). 6 Commutateur électromagnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite configuration convexe consiste en une région plane annulaire et centrale et une région de surface conique ( 20, 21) entourant ladite région plane annulaire centrale. il 7 Commutateur électromagnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite configuration convexe consiste en une région plane annulaire centrale et une région à surface sphérique entourant ladite région plane annulaire centrale. 8 Commutateur électromagnétique selon la revendication 4, caractérise en ce que ladite configuration convexe consiste en une région à surface sphérique. 9 Commutateur électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ressort de rappel ( 15) est interposé entre une partie fixe du bottier et une surface d'extrémité du premier élément de retenue ( 17) qui est face à l'élément de contact fixe. Commutateur électromagnétique selon la revendication 9, caractérise en ce que le premier élément de retenue ( 17) vient buter contre l'élément de contact mobile ( 14) par l'intermédiaire d'un élément isolant annulaire ( 16), et le second élément de retenue ( 13) est réalisé en un matériau électriquement isolant, l'un au moins parmi l'élément isolant annulaire ( 16) et le second élément de retenue ( 13) étant muni d'un bossage central ( 13 a) disposé dans une ouverture centrale de l'élément de contact mobile ( 14) pour assurer l'isolation électrique de l'élément de contact mobile ( 14) par rapport à la tige ( 12). 11 Commutateur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de contact fixe comprend une paire de segments ( 9, 10) qui sont reliés électriquement l'un à l'autre par l'élément de contact mobile ( 14) quand il vient buter à la fois contre les deux segments en fonction de la condition d'excitation de l'électroaimant ( 3).