Brevet FR2817678A1 — publié le 20020607

Etat de la technique La présente invention concerne un dispositif de démarreur pour moteur à combustion interne comprenant un moteur de démarreur électrique dont le rotor est alimenté en courant par des balais glissant sur un commutateur. Selon le document DE GM 29 801 079 on connaît un dispo- sitif de démarrage dont le commutateur du moteur de démarrage est ali- menté par deux paires de balais. Les paires de balais sont montées fixées sur une plaque base porte-balais et immobile par rapport au boîtier du démarreur. L'inconvénient d'un tel montage fixe de balais est que les balais n'est qu'une seule position de fonctionnement optimale. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces in- convénients et concerne à cet effet un dispositif de démarrage du type ca- ractérisé en ce qu'un flux formant le couple peut être diminué par le réglage de la largeur efficace des bobines. Le dispositif de démarrage selon l'invention permet de modifier le flux instantané entre le stator et le rotor d'un moteur de démarrage. Par exemple pour de faibles vitesses de rota- tion, le moteur du démarreur peut à la demande générer un couple plus élevé ou plus faible. La largeur efficace des bobines se change par exemple en tournant les balais. En tournant les balais on obtient finalement à une puissance plus élevée dans la zone de la demande moyenne de courant. En tournant les balais dans le sens d'une augmentation d'angle on arrive finalement à un meilleur régime de ralenti. Vis à vis des moteurs à com- bustion interne cela permet une assistance beaucoup plus forte pour l'accélération par le moteur de démarreur. Cela est notamment important si dans les moteurs à combustion interne, du fait de l'enrichissement au démarrage significativement réduit, on a des conditions d'allumage dété- riorées et ainsi une aptitude à l'allumage moins satisfaisante. La rotation des balais s'obtient de manière avantageuse en ce qu'un entraînement auxiliaire fait tourner les balais dans la direction périphérique du com- mutateur. Si tous les balais tournants sont fixés sur une plaque de base commune, en tournant la plaque de base de balais tous les balais tournent simultanément de la même manière. Deux positions intéressantes de la plaque de base portant les balais se règlent ainsi sans équivoque de façon avantageuse en ce que la plaque de base de balais peut tourner entre deux butées. Si par exemple, on ne veut utiliser que les deux positions définies par les butées pour la plaque de base portant les balais, on a ain- si la possibilité d'utiliser un mécanisme de réglage très simple comme par exemple un électro-aimant de translation. On améliore encore l'invention si la plaque de base portant les balais est appliquée dans une positon de repos, contre un élément élastique d'appui fixe, notamment un ressort correspondant à une pre- mière butée. Pour activer alors un mécanisme de réglage ou un moyen d'entraînement auxiliaire, il faut ainsi définir de manière précise une pre- mière position de la plaque de base portant les balais. Il suffit pour cela d'utiliser un moyen d'entraînement auxiliaire qui peut se déplacer dans une direction et présente ainsi une construction particulièrement simple. Comme moyen d'entraînement auxiliaire on a par exemple un moteur électrique car celui-ci prend très peu de courant. Contraire- ment à une réalisation sans réducteur entre le moteur électrique et la pla- que de base portant les balais, une réalisation avec un réducteur fournira un couple de réglage plus important. Si le moyen d'entraînement auxiliaire est un asservissement thermique, le mécanisme de réglage se réalise d'une manière particulière- ment simple et sera très peu sujet à usure car il comporte peu de pièces mécaniques. Si l'installationde commande agit sur le moyen d'entraînement auxiliaire en fonction du courant du moteur de démarrage ou de la tension du moteur de démarrage, on peut tourner de manière commandée la position de base des balais et fournir ainsi un couple d'entraînement précis. De plus cela limite le crachement aux balais. Si entre un premier et un second balai de polarité opposée, diamétralement l'un en face de l'autre, on prévoit un troisième balai, par une simple commutation d'un commutateur on peut alimenter le rotor soit par le second soit par le troisième balai, ce qui diminue de manière simple la largeur efficace des bobines. Pour permettre une commutation exacte et conforme à la demande, le commutateur est commandé avantageusement de façon au- tomatique par une installation de commande. De façon avantageuse l'installation de commande commute le commutateur en fonction du courant de démarreur, notamment en cas de dépassement vers le bas d'un courant actuel de démarreur jusqu'à un quart du courant de court circuit, ou encore en fonction d'un affaissement de la tension. De plus, un élément de palier fixe la plaque de base porte- balais contre tout déplacement axial et la fixe dans l'espace, l'élément de palier étant muni d'une collerette de palier constituant un pallier lisse pour la plaque de base porte-balais. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisation représentés dans les des- sins dans lesquels: - la figure 1 est une coupe transversale du dispositif de démarrage selon l'invention coupé sur la ligne I-I de la figure 2, le support de balais étant représenté en vue de dessus, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un dispositif de démarrage selon l'invention coupée sur la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 montre un second exemple de réalisation d'une plaque de base de balais en position tournée, - la figure 4 montre un diagramme avec le tracé des courbes caractéristi- ques d'un moteur de démarreur, - la figure 5 montre un dispositif de commutation pour deux paires de balais avec chaque fois un troisième balai, et - la figure 6 montre la relation entre la rotation des balais, la largeur effi- cace des bobines et le flux générant le couple. Dans les dessins et la description ci-après, on utilise les mêmes références pour les mêmes éléments. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre une coupe d'un moteur de démarreur 10 correspondant à un premier exemple de réalisation. Un tube polaire 13 reçoit un montage de balai 16. Ce montage 16 comprend une plaque de base porte balai 19, susceptible de pivoter. La plaque de base 19 suscepti- ble de pivoter est munie de plusieurs balais positifs 22, 25 et de balais né- gatifs 28, 31 dans des logements à balais 34. Le balai positif 22 et le balai négatif 28 de même que le balai positif 25 et le balai négatif 31 forment chaque fois une parie de balais. Les balais positifs 25, 22 sont alimentés par une ligne d'alimentation 37 passant par le tube polaire 13. Les balais négatifs 28, 31 sont reliés à la masse par des cordons 40. Les balais posi- tifs 22, 25 et les balais négatifs 28, 31 sont pressés par des éléments de ressorts non représentés contre la périphérie d'un commutateur 43 repré- senté simplement de manière schématique à la figure 2. Le commutateur 43 est représenté symboliquement par un cercle en trait interrompu 44. Le commutateur 43 permet l'alimentation du rotor 46. Un élément de palier 47 bloque par un élément de ressort 49 (poussé contre la plaque de base portant les balais 19) cette plaque de base 19 contre tout déplacement axial (voir également la figure 2). o10 L'élément de palier 47 est muni d'une collerette de palier 50 constituant un palier lisse pour la plaque de base porte balai 19. La plaque de base 19 peut tourner autour de l'axe du commutateur 43 entre deux butées 52, 53. Un bec 55 du tube polaire 13 limite les butées. Un ressort 57 s'appuyant d'un côté contre une butée de ressort 59 fixe et de l'autre côté contre une butée de ressort tournante 61 s'appuie contre la plaque de base porte-balai 19; ce ressort pousse la pla- que 19 avec la butée 52 dans une position de report contre le bec 55. D'autre part, un entraînement auxiliaire 64 s'appuie d'un côté contre un appui fixe 66 et de l'autre côté contre un appui tournant 68. Les appuis tournants 61 et 68 sont portés par la plaque de base 19. L'élément de pa- lier 47 est fixé au palier commutateur 72 par un moyen de fixation 70 par exemple des vis. Un manchon d'écartement 74 assure l'écartement néces- saire entre l'élément de palier 47 et le palier de commutateur 72. La pla- que de base 19 est munie de découpes 76 traversées par les manchons d'écartement 74. L'entraînement auxiliaire 64 est commandé par une instal- lation de commande automatique 78 qui engendre à force entre eux l'appui fixe 66 et l'appui tournant 68 et fait tourner la plaque de base 19 contre la force développée par le ressort 57 jusqu'à la butée 53. L'installation de commande 78 commande l'entraînement auxiliaire 64 en fonction du courant traversant le moteur de démarreur ou de la tension appliquée au moteur de démarreur. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, tous les balais tournants 22, 25, 28, 31 sont fixés à la même pla- que de base 19 de sorte qu'en tournant cette plaque 19 tous les balais 22, 25, 28, 31 tournent de la même manière. L'entraînement auxiliaire 64 représenté à la figure 1 est ré- alisé ici sous la forme d'un asservissement thermique 81. Les asservisse- ments thermiques sont connus de la technique de climatisation. Cet asservissement thermique 81 est chauffé par un apport d'énergie; il s'agit par exemple de l'énergie électrique qui chauffe une matière dont le volume change par cet apport de chaleur. Ce volume variable se traduit par une force exercée par un piston par exemple une paroi d'une boîte manométri- que à l'intérieur du dispositif d'asservissement 81; la force ainsi engen- drée déplace la plaque de base 19 portant les balais. La figure 3 montre un second exemple de réalisation. La différence entre le premier exemple de réalisation de la figure 1 et celui-ci réside dans la réalisation différente de l'entraînement auxiliaire 64. La plaque de base 19 portant les balais comporte ici un trou oblong 84. Un goujon 87, mobile dans ce trou oblong 84 est l'excentrique de l'entraînement auxiliaire 64. En modifiant de manière forcée la position du goujon 87 on force en même temps la modification de la position de la plaque de base 19 portant les balais en ce que cette plaque de base tourne autour d'un axe 89 du rotor 46. Le goujon 87 qui fait partie de l'entraînement auxiliaire 64 est entraîné par un moteur électrique 90 avec ou sans réducteur 93. En variante, il est possible de réaliser un entraîne- ment auxiliaire 64 ayant un électro-aimant 95 mobile en translation. La figure 4 montre deux caractéristiques de puissance et de vitesse de rotation en fonction du courant alimentant le moteur de démar- reur. Les courbes en trait plein concernent un moteur de démarreur 10 avec un décalage des balais correspondant par exemple à cinq degrés d'angle. Les courbes en traits mixtes concernent un moteur de démarreur avec une rotation des balais correspondant par exemple à 10 d'angle. Le point A représente un point d'intersection. La ligne P5 (I) correspond à la courbe de puissance, ns (I) est la vitesse de rotation d'un moteur de dé- marreur 10 avec un décalage de balais de 5 d'angle en fonction du cou- rant reçu. De façon analogue, les courbes Plo (I) représentent la courbe de puissance, nlo (I) la courbe de vitesse de rotation d'un moteur de démar- reur 10 avec un décalage de balais de 10 d'angle, en fonction du courant reçu. Au début de l'opération de démarrage, par exemple on règle tout d'abord une rotation des balais de 5 d'angle. Jusqu'au point d'intersection A, pour le même courant, la puissance fournie par le moteur de démarreur avec une rotation des balais de 5 d'angle sera plus élevée qu'avec une rotation des balais 10 d'angle. Un moteur de démarreur avec une rotation des balais de 10 d'angle fournit au contraire, à partir du point d'intersection A pour le même courant, une puissance plus élevée. Pour cette raison, il est avantageux qu'à partir du point A, c'est-à-dire par exemple d'un courant 900 ampères, par rapport à une rotation des balais de 10 d'angle, pour la suite de l'opération de démarrage on tourne la pla- que de base 19 jusqu'à une rotation des balais de 10 d'angle. A l'aide de cette rotation des balais de 5 d'angle il est en outre possible pour un même courant reçu, d'atteindre une vitesse de rotation beaucoup plus éle- vée du moteur de démarreur ce qui permet une meilleure assistance à l'accélération du moteur à combustion interne. Selon une application de la rotation des balais, on peut ain- si, pour chaque paire de balais par exemple formée des paires de balais positifs 22 et négatifs 28 ou positifs 25 et négatifs 31, associer un des troisièmes balais 98, 99 (voir figure 5). Le premier balai 22 (balai positif) et le second balai 28 (balai négatif) sont opposés sensiblement diamétrale- ment. A cette paire de balais est associé le troisième balai 98 dans la ré- partition polaire; la paire de balais 25 (balai positif) et 31 (balai négatif) se comportent de la même manière avec un troisième balai 99. Ces troisiè- mes balais 98, 99 sont décalés par rapport aux premiers balais 22, 25 et seconds balais 28, 31 jusqu'à 60 d'angles électriques autour de l'axe 89 du rotor 46. Dans cet exemple, les troisièmes balais 98, 99 se commutent par paires. Un commutateur 101 est commandé automatiquement par l'installation de commande 78. Cela commande le chemin du courant soit à travers les seconds balais 28, 31 c'est-à-dire les balais négatifs, soit par les troisièmes balais 98, 99. La commande du commutateur 101 par l'installation de commande 78 est faite en fonction du courant de démarreur ou de la ten- sion. Un critère possible est par exemple, le courant de démarreur qui passe effectivement et qui représente moins de 25% du courant de court circuit. En commutant sur le troisième balai 98 on alimente le rotor 46 du moteur de démarreur 10 d'une manière asymétrique et on réduit le flux F générant le couple en diminuant la largeur efficace de bobine Ws. Cela se traduit par une augmentation de la vitesse de rotation du rotor 46. La figure 6 montre comment le flux F qui forme le couple peut être diminué par le réglage de la largeur efficace de bobine Ws. Si l'on tourne les quatre balais 22, 25, 28, 31 comme cela a déjà été décrit à l'aide des figures en A3, les balais 22, 25, 28, 31 prennent après rotation, les positions respectives 22', 25', 28', 31'. Dans le montage d'origine, les largeurs efficaces de bobine Ws et le flux formant le couple F ont une cer- taine valeur représentée ici symboliquement. Après rotation, la largeur efficace Ws de la bobine et le flux F qui forme le couple, partant du rotor 46 vers le stator, est diminuée par rapport à la situation avant la rotation. Cela est indiqué symboliquement par W's et F'. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de démarreur pour moteur à combustion interne compre- nant un moteur de démarreur électrique (10) dont le rotor (46) est ali- menté en courant par des balais (22, 25, 28, 31) glissant sur un commutateur (43), caractérisé en ce qu' un flux (F) formant le couple peut être diminué par le réglage de la largeur efficace des bobines. 2 ) Dispositif de démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les balais de même polarité (22, 25, 28, 31) sont montés de manière à pourvoir tourner par paires à l'aide d'un moyen d'entraînement auxiliaire (64) dans la direction périphérique du commutateur (43) et ainsi la largeur efficace des bobines peut être diminuée. 3 ) Dispositif de démarreur selon la revendication 2, caractérisé en ce que tous les balais tournants (22, 25, 28, 31) sont fixés à une plaque de base commune (19) de façon qu'en tournant la plaque de base portant les ba- lais (19), tous les balais (22, 25, 28, 31) sont tournés de la même manière. 4 ) Dispositif de démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de base portant les balais (19) peut tourner entre deux butées (52, 53). ) Dispositif de démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de base portant les balais (19) est appliquée en position de repos par un élément d'appui fixe notamment un ressort (57) contre une pre- mière butée (52). 6 ) Dispositif de démarreur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'entraînement auxiliaire (64) déplace la plaque de base portant les balais (19) contre la force développée par un élément élastique, notamment le ressort (57). 7 ) Dispositif de démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entraînement auxiliaire (64) comprend un moteur électrique (90) avec ou sans réducteur (93). 8 ) Dispositif de démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entraînement auxiliaire (64) comporte un asservissement thermique (81) pour déplacer la plaque de base porte balais (19). 9 ) Dispositif de démarreur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'installation de commande (78) commande l'entraînement auxiliaire (64) pour tourner la plaque de base porte-balais (19) en fonction du courant du moteur du stator ou de la tension du moteur du stator. ) Dispositif de démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' entre un premier balai ( 22, 25) et un second balai (28, 31), qui sont dia- métralement en regard l'un de l'autre, il y a un troisième balai (98, 99) dé- calé par rapport au premier balai (22, 25) et au second balai (28,31) jusqu'à 60 d'angles électriques, et un commutateur (101) alimente le rotor (46) soit par au moins un second balai (28, 31) soit par au moins un troisième balai (98, 99) pour diminuer ainsi la largeur active de bobine. 11 ) Dispositif de démarreur selon la revendication 10 caractérisé en ce que le commutateur (101) est commandé automatiquement par une installa- tion de commande (78). 12 ) Dispositif de démarreur selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'installation de commande (78) commute le commutateur (12) en fonction du courant de démarreur, notamment en cas de dépassement vers le bas d'un courant actuel de démarreur jusqu'à un quart du courant de court circuit, ou encore en fonction d'un affaissement de la tension. 13 ) Dispositif de démarreur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' un élément de palier (47) fixe la plaque de base porte-balais (19) contre tout déplacement axial et la fixe dans l'espace, l'élément de palier (47) étant muni d'une collerette de palier (50) constituant un pallier lisse pour la plaque de base porte-balais (19).