Brevet FR2822903A1 — publié le 20021004

DÉMARREUR A ACCOUPLEMENT DIRECT A AIMANTS PERMANENTS DESCRIPTION Contexte de l'invention 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un démarreur destiné à mettre en marche un moteur thermique, et plus particulièrement un démarreur à accouplement direct à aimants permanents qui utilise un aimant permanent en tant que moyen générateur d'un champ magnétique et qui permet un accouplement direct d'un arbre de sortie d'un moteur avec un arbre de pignon sans mécanisme interne de décélération. 2. Description de la technique concernée De manière générale, il a été utilisé dans les véhicules équipés de moteurs thermiques ayant une faible cylindrée (par exemple, les voitures situées dans une gamme entre les voitures légères et les voitures ayant une cylindrée de 1,3 litre), un démarreur ne comportant pas de dispositif réducteur, à savoir un démarreur de type direct (de type à entraînement direct) dans lequel un arbre de sortie d'un moteur est directement couplé à un arbre de pignon. Étant donné qu'un moteur thermique de faible cylindrée ne nécessite pas la production d'une puissance de sortie ou d'un couple élevé, un dispositif réducteur est omis de ce type de moteur thermique. Ainsi, les aspects d'une simplicité de structure et de faible coût de fabrication d'un moteur thermique sont mis en avant. A l'inverse, un moteur thermique de cylindrée importante produit une sortie et un couple élevé, et ainsi, un démarreur comportant un dispositif réducteur (c'est-à-dire un démarreur de type à réducteur) est généralement utilisé dans ce type de moteur thermique. Un démarreur de type à réducteur comporte incorporé à celui-ci un dispositif réducteur, et ainsi, le couple de l'arbre moteur peut être une fraction essentiellement égale au rapport de réduction du dispositif réducteur du couple de l'arbre de sortie. Le volume du moteur peut être réduit en conséquence. Il résulte d'une réduction du volume du moteur que la longueur d'un conducteur d'un induit est raccourcie. En conséquence, les pertes ohmiques sont réduites, ce qui augmente la puissance du moteur. Récemment, il a été adopté une modification destinée à arrêter le ralenti d'un moteur thermique lorsqu'un véhicule vient à s'arrêter, ceci ayant tendance à augmenter la consommation kilométrique. Étant donné que les occasions de remise en marche du moteur thermique augmentent, l'apparition de bruit, qui surviendrait par ailleurs lors de l'engagement d'un pignon avec une couronne dentée (c'est-à-dire le bruit d'engagement), présente un problème. Étant donné que le démarreur de type à réducteur selon la technique concernée comporte un dispositif réducteur incorporé, le lancement d'un moteur s'effectue lentement. De plus, le dispositif réducteur comporte un jeu de denture (c'est-à-dire, un jeu entre les dents des engrenages), et le jeu de denture produit un retard dans le démarreur au-delà des modifications dues à la rotation du moteur thermique, ce qui produit un bruit d'engagement des dents. Il a été conçu l'utilisation d'un démarreur à accouplement direct ne comportant pas de dispositif réducteur incorporé. Étant donné qu'un démarreur à accouplement direct ne comporte pas de dispositif réducteur incorporé, le lancement en rotation d'un moteur s'effectue de manière immédiate. De plus, le démarreur peut suivre les modifications de rotation d'un moteur thermique. Le moment d'inertie du moteur à l'arbre de sortie de celui-ci est plus faible que celui qui se produit dans un démarreur de type à réducteur. Une faible force d'impact se produit entre la dent du pignon et la dent de la couronne dentée, est ainsi, le bruit dû à l'engagement est plus faible que celui qui est produit par le démarreur de type à réducteur. Toutefois, le moteur du démarreur à accouplement direct a une dimension plus importante que celle d'un démarreur de type à réducteur. De plus, le démarreur à accouplement direct produit un faible couple. Ainsi, il se présente la difficulté d'appliquer un démarreur à accouplement direct à un moteur thermique de grosse cylindrée. Résumé de l'invention La présente invention a été conçue de manière à résoudre les problèmes exposés, et son but est de fournir un démarreur à accouplement direct à aimants permanents compact, à puissance de sortie élevée et silencieux qui puisse s'appliquer à un véhicule de grosse cylindrée. Afin d'atteindre le but mentionné ci-dessus, la présente invention fournit un démarreur à accouplement direct à aimants permanents comprenant un induit, des aimants disposés autour de l'induit de manière à générer un champ magnétique, un arbre de sortie couplé directement à un arbre rotatif de l'induit, un pignon disposé sur l'arbre de sortie, et une couronne dentée directement couplée à un vilebrequin d'un moteur thermique, le moteur thermique étant mis en marche au moyen du pignon qui s'engage avec la couronne dentée, dans lequel des aimants aux terres rares sont utilisés en tant qu'aimants. De préférence, les aimants aux terres rares sont des aimants à base de néodyme, de fer, et de bore. De préférence, un rapport de contact entre un pignon et une couronne dentée est égal à un ou supérieur. De préférence, le démarreur est monté sur un véhicule comportant un système destiné à arrêter le ralenti d'un moteur thermique, lorsque le véhicule est à l'arrêt. Brève description des dessins La figure 1 est une vue en coupe transversale montrant un démarreur à accouplement direct à aimants permanents selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; La figure 2 est une vue descriptive d'une caractéristique d'un aimant aux terres rares utilisé dans le démarreur à accouplement direct à aimants permanents selon le premier mode de réalisation ; et Les figures 3A et 3B sont des vues descriptives d'un rapport de contact d'un démarreur à accouplement direct à aimants permanents selon un second mode de réalisation de la présente invention. Description détaillée des modes de réalisation préférés Il sera fait à présent une description plus détaillée des modes de réalisation préférés de la présente invention en faisant référence aux dessins d'accompagnement. Premier mode de réalisation La figure 1 est une vue en coupe transversale montrant un démarreur à accouplement direct à aimants permanents selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Sur le dessin, un induit 1 est constitué par l'enroulement d'une bobine autour d'un noyau d'induit et sert de rotor. L'induit 1 est disposé intégralement autour de la périphérie externe d'un axe rotatif d'induit 2. Une déviation en forme de manchon 3 est fournie de manière à entourer l'induit 1. Des aimants aux terres rares 4 sont disposés sur la surface périphérique interne de la déviation 3 de manière à entourer l'induit 1. De plus, un support avant 5 est connecté à une face d'extrémité de la déviation 3. Un embrayage à roue libre 6 connecté à l'axe rotatif d'induit 2 est logé dans le support avant 5. L'embrayage à roue libre 6 est en outre connecté à un arbre de sortie 7. La puissance produite par le moteur est transmise au moteur thermique au moyen d'un pignon 8 disposé sur l'arbre de sortie 7. L'embrayage à roue libre 6 empêche également une transmission de puissance depuis le moteur thermique vers le moteur. Un commutateur magnétique 9 est disposé à l'extérieur de la déviation 3 et y loge l'induit 1. En utilisant la force électromagnétique qui se développe dans le commutateur magnétique 9, la puissance produite par l'induit 1 est couplée au moteur thermique ou désaccouplée de celui-ci au moyen d'un noyau de fer mobile 10, d'un crochet 11 et d'un levier 12. Le fonctionnement du démarreur à accouplement direct à aimants permanents sera à présent décrit. Lorsqu'une clé de contact est tournée dans le sens du contact, une puissance est tout d'abord appliquée au commutateur magnétique 9, ce qui provoque l'attraction du noyau de fer mobile 10 vers le commutateur magnétique 9. Le crochet 11 formé à la pointe d'extrémité du noyau de fer mobile 10 tire le levier 12, de sorte que le pignon 8 est poussé vers la droite du dessin, une section de pivotement 12a étant prise en tant que pivot. En conséquence, le pignon 8 s'engage avec une couronne dentée (non représentée) du moteur thermique. Par ailleurs, un contact formé dans le commutateur magnétique 9 est fermé, sur lequel une alimentation est fournie à partir d'une batterie (non montrée) à l'induit 1. Lorsqu'un courant passe par l'induit 1, une force de rotation se développe dans l'induit 1 en vertu d'un champ magnétique produit par les aimants aux terres rares 4, ce qui fait tourner le moteur. Étant donné que le moteur selon la présente invention ne comporte pas de dispositif réducteur incorporé, la force de rotation qui se développe dans le moteur est directement transmise à l'arbre de sortie 7. En outre, la force de rotation est transmise à la couronne dentée (non montrée) du moteur thermique au moyen du pignon 8, ce qui permet la mise en marche du moteur thermique. Lorsqu'il est tenté d'améliorer les performances de couple et de rendre le moteur compact, des aimants ayant des performances magnétiques élevées, à savoir des aimants à densité de flux élevée, doivent être utilisés en tant qu'aimants de champ. Dans ce but, le présent mode de réalisation est caractérisé en ce que des aimants aux terres rares sont utilisés en tant qu'aimants de champ. Les aimants aux terres rares comprennent des aimants à base de samarium et de cobalt et des aimants à base de néodyme, de fer et de bore. Parmi ces aimants aux terres rares, des aimants à base de néodyme, de fer et de bore ayant une production d'énergie maximale (une valeur numérique représentant la force d'un aimant : densité de flux (T) x force coercitive (A/m) = kJ/m3) sont utilisés de préférence en tant qu'aimants de champ. La figure 2 est une vue descriptive montrant la relation entre des matériaux magnétiques et leurs productions d'énergie maximale. Un aimant en ferrite a une production d'énergie maximale de 20 à 50 kJ/m3 ; un aimant aux terres rares à base de samarium et de cobalt a une production d'énergie maximale de 120 à 250 kJ/m3 ; et un aimant à base de néodyme, de fer et de bore a une production d'énergie maximale de 200 à 400 kJ/m3. Ainsi, la production d'énergie maximale de l'aimant à base de néodyme, de fer et de bore est plusieurs fois plus élevée que celle de l'aimant en ferrite. Ainsi, selon le présent mode de réalisation, il est possible de produire un démarreur à accouplement direct à aimants permanents compact et à sortie élevée présentant l'avantage d'un accouplement direct, à savoir qu'il présente un faible bruit d'engagement, sans modification. De plus, le démarreur peut trouver une application dans un véhicule ayant un moteur thermique de grosse cylindrée. En particulier, le fait de procurer un démarreur selon le présent mode de réalisation à un véhicule comportant un dispositif d'arrêt de ralenti de son moteur thermique, lorsque le véhicule est à l'arrêt, est efficace. Dans le véhicule à arrêt de ralenti, le nombre de fois où le moteur est remis en marche est accru de manière significative, et le bruit dû à l'engagement, qui s'accroît au moment de la mise en route du moteur thermique, pose un problème de bruit. Toutefois, un démarreur à accouplement direct à aimants permanents utilisé dans le présent mode de réalisation ne comporte aucun dispositif réducteur incorporé. Le lancement en rotation du moteur s'effectue immédiatement, et le démarreur suit facilement les variations de rotation du moteur thermique. En outre, le bruit que produit l'engagement du pignon avec la couronne dentée est faible. En conséquence, il est possible d'obtenir un certain niveau de silence au moment de la mise en marche du moteur thermique. Second mode de réalisation Dans le présent mode de réalisation, un rapport de contact entre le pignon 8 et la couronne dentée du moteur thermique est réglé sur une valeur égale à 1 ou davantage. Les figures 3A et 3B sont des vues descriptives d'un rapport de contact d'un démarreur à accouplement direct à aimants permanents selon un second mode de réalisation de la présente invention. De manière à rendre un démarreur compact et léger, le nombre de dents du pignon 8 est généralement réduit, de sorte que le moteur thermique peut être mis en route même si le couple est faible, ce qui augmente le rapport de réduction entre le pignon 8 et la couronne dentée. En conséquence, il peut être admis que survienne le cas où le rapport de contact entre le pignon 8 et la couronne dentée ait une valeur de 1 ou inférieure. Toutefois, comme le montre la figure 3A, il existe de manière mixe une période de transmission au cours de laquelle la puissance exercée par le pignon 8 est transmise au moteur thermique par l'intermédiaire d'un point de contact situé entre le pignon 8 et la couronne dentée (à savoir un sommet de cône de pression) et une période de roue libre au cours de laquelle aucune dent est en état d'engagement (à savoir qu'aucune dent n'est en contact). Le bruit de l'engagement est sensé se produire entre la période de roue libre et la période de transmission. Ainsi, comme le montre la figure 3B, le rapport de contact entre le pignon 8 et la couronne dentée est réglé sur une valeur égale à 1 ou davantage, ce qui élimine la période de roue libre et permet d'atteindre un état dans lequel le pignon 8 reste en permanence en contact avec la couronne dentée. Ainsi, le bruit de l'engagement est réduit, ce qui rend le démarreur silencieux. Comme mentionné ci-dessus, la présente invention fournit un démarreur à accouplement direct à aimants permanents comprenant un induit, des aimants disposés autour de l'induit de manière à générer un champ magnétique, un arbre de sortie couplé directement à un arbre rotatif de l'induit, un pignon disposé sur l'arbre de sortie, et une couronne dentée directement couplée à un vilebrequin d'un moteur thermique, le moteur thermique étant mis en marche au moyen du pignon qui s'engage avec la couronne dentée, dans lequel des aimants aux terres rares sont utilisés en tant qu'aimants. Ainsi, la présente invention procure les avantages d'un démarreur à accouplement direct à aimants permanents compact, à sortie élevée et silencieux. De préférence, les aimants aux terres rares sont des aimants à base de néodyme, de fer, et de bore. Ainsi, il est procuré les avantages d'un démarreur à accouplement direct à aimants permanents compact à sortie élevée. De préférence, un rapport de contact entre un pignon et une couronne dentée est égal à un ou plus élevé. Ainsi, la transmission de puissance entre un pignon et une couronne dentée, qui d'une autre manière produirait un bruit à l'engagement, est effectuée en douceur, ce qui présente l'avantage de réduire l'impact et de rendre le démarreur silencieux. De préférence, le démarreur est monté sur un véhicule comportant un système d'arrêt de ralenti destiné à arrêter le ralenti d'un moteur thermique lorsque le véhicule est à l'arrêt. Ainsi, il est procuré l'avantage de rendre silencieux un véhicule équipé d'un système d'arrêt de ralenti qui augmente de manière significative le nombre des opérations de mise en route. REVENDICATIONS 1. Démarreur à accouplement direct à aimants permanents comprenant un induit (1) ; des aimants disposés autour de l'induit (1) de manière à générer un champ magnétique ; un arbre de sortie (7) couplé directement à un arbre rotatif (2) de l'induit (1) ; un pignon (8) disposé sur l'arbre de sortie (7) ; et une couronne dentée directement couplée à un vilebrequin d'un moteur thermique, le moteur thermique étant mis en marche au moyen du pignon (8) qui s'engage avec la couronne dentée, caractérisé en ce que des aimants aux terres rares (4) sont utilisés en tant qu'aimants. 2. Démarreur à accouplement direct à aimants permanents selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aimants aux terres rares sont des aimants à base de néodyme, de fer, et de bore. 3. Démarreur à accouplement direct à aimants permanents selon la revendication 1, caractérisé en ce que un rapport de contact entre un pignon (8) et une couronne dentée est égal à un ou plus élevé. 4. Démarreur à accouplement direct à aimants permanents selon la revendication 1, caractérisé en ce que le démarreur est monté sur un véhicule comportant un système d'arrêt de ralenti destiné à arrêter le ralenti d'un moteur thermique, lorsque le véhicule est à l'arrêt.