Brevet FR2851687A1 — publié le 20040827

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif pour stocker et transformer de l'énergie, notamment bobine d'allumage d'une installation d'allumage de véhicule automobile comprenant un noyau I à effet magné5 tique entouré par un premier corps de bobine muni d'un enroulement relié à une tension d'alimentation et par un second corps de bobine muni d'un enroulement relié à une borne de haute tension, ainsi qu'un noyau périphérique formant un circuit magnétique avec le noyau I, et entourant le montage formé du premier et du second corps de bobine. 10 Etat de la technique De tels dispositifs de stockage et de transformation d'énergie sont connus en pratique, notamment sous la forme de bobines d'allumage qui représentent une source de haute tension transmettant de l'énergie et servent à commander une bougie d'allumage d'un moteur à 15 combustion interne à essence, la bougie allumant le mélange de carburant de la chambre de combustion du moteur. Dans de tels accumulateurs d'énergie en forme de bobines d'allumage et de transformateurs, l'énergie électrique fournie sous une tension d'alimentation relativement faible provenant en général du réseau électrique continu, embarqué, qui est trans20 formé en énergie magnétique et qui à l'instant voulu est émise comme impulsion d'allumage à la bougie d'allumage en étant convertie en énergie électrique sous haute tension. Pour convertir de l'énergie électrique en énergie magnétique, le courant du réseau embarqué du véhicule traverse une première bobine. 25 Celle-ci correspond habituellement à un enroulement de fil de cuivre générant un champ magnétique au niveau de cette bobine qui correspond à une certaine direction et se referme sur lui-même. La restitution de l'énergie électrique accumulée sous la forme d'impulsions de haute tension oblige le champ magnétique établi précédemment, par coupure du 30 courant électrique, à changer de sens ce qui génère une haute tension électrique dans une seconde bobine qui se trouve à proximité de la première bobine et possède un nombre d'enroulements beaucoup plus élevé. La conversion de l'énergie électrique au niveau de la bougie produit l'effondrement du champ magnétique et la décharge de la bobine 35 d'allumage. Cette conception du second enroulement permet de fixer à la demande la haute tension, le courant d'allumage et la durée des étincelles pour l'allumage du moteur à combustion interne. Selon l'état de la technique on connaît différents modes de réalisation de bobines d'allumage adaptées chacune à son application. C'est ainsi que la bobine d'allumage peut être réalisée par exemple sous la forme d'une bobine-tige comme cela est connu par exemple selon le do5 cument DE 197 02 438 C2. Dans ce cas la longueur de la bobine est relativement importante par rapport à son diamètre. La bobine d'allumage peut également être une bobine d'allumage compacte dont la longueur correspond pratiquement à la largeur. Toutes ces bobines d'allumage ont un noyau de type I en 10 matière ferromagnétique, par exemple en fer. Le noyau I est un noyau en fer en forme de tige ou de cube dont la section est composée de lamelles de tôle de fer doux comme cela est par exemple décrit dans le document DE 32 43 432 C2. La disposition des bobines et du noyau I est réalisée de 15 multiples manières selon l'état de la technique. Toutefois, les bobines sont généralement superposées radialement et de façon concentrique par rapport au noyau I. Il est en outre habituel selon la pratique de prévoir à côté d'un tel noyau I un noyau périphérique entourant la périphérie longitudi20 nale des bobines, ce noyau étant en matière ferromagnétique. Un tel noyau est également appelé noyau torique ou anneau de fer. Pour réduire les pertes lors de l'établissement et de la suppression du champ magnétique, ce noyau périphérique est également en général une combinaison de lamelles de fer empilées. Pour pouvoir monter les enroulements ou les bobines, on peut réaliser le noyau I et les noyaux périphériques du circuit de fer non pas en une seule pièce mais par l'assemblage de plusieurs pièces séparées, différentes. Une forme caractéristique est celle d'une structure formée d'un noyau I et d'un noyau O formant un grand O fermé; au montage 30 de la bobine d'allumage on place le noyau I avec les spires qui l'entourent à l'intérieur du noyau O pour qu'à l'état monté, les paquets de lamelles du noyau se situent dans un plan. Pour influencer de manière précise le champ magnétique, le circuit de fer est en général interrompu par des intervalles ou des entre35 fers, ce qui est parfois appelé cisaillement magnétique. Dans de tels intervalles on peut également avoir un aimant permanent qui le cas échéant permet d'augmenter encore plus l'énergie magnétique. L'installation de tels entrefers et d'aimants permanents est notamment prévue au niveau des points de jonction entre le noyau I et le noyau O. La difficulté des dispositifs d'alimentation en énergie et de transformation d'énergie connus, comme bobines d'allumage, est que dans 5 la conception des éléments de noyau à effet magnétique il faut prévoir des intervalles de montage qui découlent des tolérances de fabrication et du jeu de mise en place nécessaire pour l'installation du noyau I dans le noyau O. Ces intervalles peuvent être en contradiction avec les dimensions d'intervalles souhaitables du point de vue énergétique. C'est ainsi que par exemple pour l'installation d'un aimant permanent dans la zone d'extrémité du noyau I entre celui-ci et le noyau O il ne faut pas d'entrefer entre les aimants permanents et le noyau O. L'entrefer à prévoir du point de vue de la technique de fabrication doit être compensé par des moyens et des dispositions appropriés qui se répercu15 tent finalement dans les dimensions et dans les cots supplémentaires. But de l'invention La présente invention a ainsi pour but de développer un dispositif de stockage d'énergie et de transformation en énergie en particulier une bobine d'allumage d'une installation d'allumage d'un véhicule 20 automobile comportant un noyau I à action magnétique et un noyau périphérique formant avec celui-ci un circuit magnétique et entourant la disposition des bobines, la transition entre le noyau I et le noyau périphérique devant être sans jeu ou avec une dimension de jeu choisie du point de vue énergétique. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne à cet effet un dispositif de stockage et de transformation d'énergie du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le noyau périphérique comporte dans son extension périphérique une cavité pour recevoir une zone d'extrémité du noyau I. De préférence, le premier corps de bobine est un corps de bobine extérieur entourant concentriquement le noyau I et le second corps de bobine est un corps de bobine intérieur entouré concentriquement par le corps de bobine extérieur. Ce dispositif a l'avantage que le noyau I préassemblé avec 35 les organes formant la bobine peut être placé dans le noyau périphérique sans nécessiter d'intervalle axial de montage ce qui permet de réaliser un circuit à action magnétique pratiquement sans avoir les entrefers gênants et permettant une utilisation efficace des aimants permanents prévus le cas échéant. Cela permet d'obtenir de meilleures caractéristiques électriques pour des dimensions identiques ou encore de réaliser des dispositifs 5 de moindre encombrement pour des caractéristiques électriques comparables. Avantageusement si un aimant permanent est prévu au point de jonction entre le noyau I et le noyau périphérique, l'aimant permanent est prévu à une zone d'extrémité du noyau I à l'opposé de sa zone 10 d'extrémité placée dans la cavité du noyau périphérique, l'aimant permanent étant directement adjacent au noyau périphérique. Au cas o le noyau I ne comporte pas d'aimant permanent dans la zone du point de jonction avec le noyau périphérique, l'invention permet d'avoir un entrefer minimum dimensionné uniquement selon des 15 considérations énergétiques sans être limité par des tolérances de fabrication et des consignes de montage. Avantageusement le noyau I, les corps de bobine et le cas échéant l'aimant permanent constituent un ensemble préassemblé pour le montage du noyau I dans la cavité du noyau périphérique. Dans ce cas, si 20 le noyau périphérique est réalisé en deux parties avec, de préférence au niveau de l'appui de l'aimant permanent, une ligne de jonction entre les parties de noyaux périphériques, alors l'aimant permanent, le noyau I et le noyau périphérique sont dimensionnés pour qu'un éventuel entrefer existant entre le noyau I et le noyau périphérique soit fermé par la force ma25 gnétique dans la zone de la cavité prévue pour recevoir le noyau I. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le noyau périphérique est réalisé en une seule pièce et la liaison entre le noyau I et le noyau périphérique est prévue dans la zone de sa cavité périphérique recevant le noyau I de préférence sous la forme d'une liaison ser30 rée. De préférence à l'état non assemblé, la cavité présente une dimension plus faible que la zone d'extrémité du noyau I qu'elle est destinée à recevoir et cette cavité s'écarte pour recevoir la zone d'extrémité du noyau I. Selon une variante de réalisation, le noyau périphérique peut également être réalisé en deux parties et la jonction entre les parties de noyau périphérique passe de préférence dans la zone d'un aimant permanent prévu entre le noyau I et le noyau périphérique, dans une zone d'extrémité du noyau I à l'opposé de la zone d'extrémité du noyau I prévue dans la cavité du noyau périphérique. Alors que dans le cas d'une liaison serrée ou d'une liaison ajustée il faut élargir le noyau périphérique lors de l'insertion du noyau I, cette opération est supprimée dans le cas d'une 5 réalisation du noyau périphérique en deux parties tout en conservant pleinement la fonctionnalité. De plus, une réalisation du noyau périphérique avec deux moitiés de noyau permet une meilleure imbrication dans un outil de matriçage se traduisant par un moindre cot en matière pour la fabrication. Le dispositif de stockage et de transformation d'énergie selon l'invention peut s'utiliser de manière quelconque mais il convient tout particulièrement comme bobine d'allumage d'une installation d'allumage d'un véhicule automobile. La géométrie du dispositif peut être adaptée à toutes les exigences et constitue par exemple une bobine d'allumage en 15 forme de tige ou une bobine d'allumage compacte. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisation d'un dispositif de stockage et de transformation d'énergie en forme de bobine d'allumage selon 20 l'invention, par comparaison avec une bobine d'allumage connue selon l'état de la technique, représentés de manière simplifiée dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure la est une coupe longitudinale très schématique d'une disposition de bobines et d'éléments de noyau d'une bobine d'allumage com25 pacte connue, - la figure lb est une coupe fortement simplifiée du dispositif de la figure la suivant la ligne A-A de la figure la, - la figure 2 est une coupe longitudinale fortement simplifiée d'un premier exemple de réalisation d'un dispositif de corps de bobine selon 30 l'invention, d'un noyau I et d'un noyau périphérique dans le cas d'une bobine d'allumage compacte, - la figure 3 est une coupe longitudinale très simplifiée d'un second exemple de réalisation d'un montage de corps de bobine, d'un noyau I et d'un noyau périphérique dans le cas d'une bobine d'allumage com35 pacte. Description de l'exemple de réalisation Pour expliciter l'invention, les figures la, lb montrent tout d'abord de manière schématique la structure d'une bobine d'allumage compacte, connue, formée d'un noyau I à aimantation douce 1, installé en position centrale. Ce noyau est formé de tôles électriques, empilées. Un premier corps de bobine 2 est installé concentriquement autour du noyau I à action magnétique. Ce corps de bobine est muni d'un enroulement ser5 vant d'enroulement primaire relié à la tension d'alimentation du réseau embarqué du véhicule. Radialement à l'intérieur du premier corps de bobine 2 constituant le corps de bobine extérieur on a un second corps de bobine 3, intérieur, entourant également le noyau I, i et comportant un enroule10 ment servant d'enroulement secondaire relié à la borne de haute tension elle-même reliée d'une manière non représentée à la bougie d'allumage. Le noyau I, i à aimantation douce installé dans les corps de bobine 2 et 3 comporte dans une zone d'extrémité, un aimant permanent 4. Cet aimant est relié de manière connue au noyau I, i à structure la15 mellaire. En variante de la réalisation présentée il est également connu d'avoir un aimant permanent aux deux extrémités du noyau I. Le noyau I, 1 est un ensemble préassemblé avec les corps de bobine 2, 3 placé dans un noyau périphérique 5 qui entoure longitudinalement l'ensemble du montage. Ce noyau périphérique est réalisé 20 comme le noyau I, 1 en tôles électriques lamellaires, empilées. Entre l'aimant permanent 4 et le noyau périphérique adjacent 5 il y a un intervalle de montage 6 compensant les tolérances de fabrication. Mais cet intervalle est un inconvénient du point de vue énergétique. A la différence des figures la et lb, les figures 2 et 3 mon25 trent des réalisations d'un montage d'un noyau I, 1, d'un noyau périphérique 5 et de corps de bobine 2 et 3 utilisant les mêmes références pour les pièces dont les fonctions correspondent à celles des figures la, lb; toutefois, le noyau périphérique 5 comporte, dans son extension périphérique, chaque fois une cavité 7 recevant la zone d'extrémité du noyau I, 1, 30 en position de montage. Dans les variantes de réalisation représentées aux figures 2 et 3, dans une zone d'extrémité du noyau I, 1, à l'opposé de la zone d'extrémité venant dans la cavité 7 du noyau périphérique 5 on a un aimant permanent 4. En position de montage, l'aimant permanent est di35 rectement adjacent au noyau périphérique 7. Le noyau I avec l'aimant permanent 4 est placé dans le noyau périphérique 5 de façon à éviter tout intervalle d'air ou entrefer entre l'aimant permanent 4 et le noyau périphérique 5. La figure 2 montre une variante de réalisation dans laquelle le noyau périphérique 5 est réalisé en une seule partie, le noyau I formant une liaison serrée ou un ajustage pressé dans la zone de la cavité 7. Le noyau périphérique 5 est conçu pour qu'à l'état démonté, la cavité 7 soit 5 de dimensions plus faibles que celles de la zone d'extrémité du noyau I, 1 à recevoir et que cette cavité puisse s'élargir; la possibilité d'élargissement du noyau périphérique 5 ou de la cavité 7 est choisie pour que l'ensemble préassemblé comprenant le noyau I, 1, l'aimant permanent 4 et les corps de bobine 2 et 3 puisse être placé sans difficulté dans le noyau périphéri1o que 5 et qu'après le retrait de l'extension du noyau périphérique 5 ou de la cavité 7 on obtienne un serrage de la zone d'extrémité concernée du noyau I, 1. Cela garantit ainsi le contact et la liaison magnétique directe entre le noyau I, l et le noyau périphérique 5. La force d'attraction S5 exercée par l'aimant permanent 4 garantit une liaison directe au point de jonction opposé, entre le noyau I, 1 et le noyau périphérique 5. Dans la réalisation de la figure 3, le noyau périphérique 5 est en deux parties avec une première moitié de noyau 5A et une seconde moitié de noyau 5B; le point de jonction 8 entre le noyau I, 1 et le noyau 20 périphérique 5 passe dans la zone d'appui de l'aimant permanent 4 contre le noyau périphérique 5. Au niveau de la zone d'extrémité opposée du noyau I, 1, le noyau est également logé dans la cavité 7 du noyau périphérique 5; la longueur du noyau I, 1 est choisie de manière quelconque; il faut simplement avoir une liaison suffisante entre le noyau I, l et le noyau 25 périphérique 5 à l'état assemblé. Les entrefers existant éventuellement entre le noyau I, i et le noyau périphérique 5 au niveau de la cavité 7 peuvent être fermés dans ce mode de réalisation selon la figure 3 par la force exercée par l'aimant permanent 4. REVENDICATIONS 10) Dispositif pour stocker et transformer de l'énergie, notamment bobine d'allumage d'une installation d'allumage de véhicule automobile comprenant un noyau I (1) à effet magnétique entouré par un premier corps de 5 bobine (2) muni d'un enroulement relié à une tension d'alimentation et par un second corps de bobine (3) muni d'un enroulement relié à une borne de haute tension, ainsi qu'un noyau périphérique (5) formant un circuit magnétique avec le noyau I, (1), et entourant le montage formé du premier et du second corps de bobine (2, 3), 10 caractérisé en ce que le noyau périphérique (5) comporte dans son extension périphérique une cavité (7) pour recevoir une zone d'extrémité du noyau I (1). 20) Dispositif selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que le premier corps de bobine est un corps de bobine extérieur (2) entourant concentriquement le noyau I (1) et le second corps de bobine est un corps de bobine intérieur (3) entouré concentriquement par le corps de bobine extérieur (2). 30) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un aimant permanent (4) est prévu au point de jonction entre le noyau I (1) et le noyau périphérique (5). 25 40) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'aimant permanent (4) est prévu à une zone d'extrémité du noyau I (1) à l'opposé de sa zone d'extrémité placée dans la cavité (7) du noyau périphé30 rique (5), l'aimant permanent (4) étant directement adjacent au noyau périphérique (5). 50) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau I (1), les corps de bobine (2, 3) et le cas échéant l'aimant permanent (4) constituent un ensemble préassemblé pour le montage du noyau I (1) dans la cavité (7) du noyau périphérique (5). 6 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau périphérique (5) est réalisé en une seule partie. 7 ) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par une liaison serrée entre le noyau périphérique (5) et le noyau I (1). 8 ) Dispositif selon la revendication 6 ou 7, 10 caractérisé en ce qu' à l'état non assemblé, la cavité (7) présente une dimension plus faible que la zone d'extrémité du noyau I (1) qu'elle est destinée à recevoir et cette cavité s'écarte pour recevoir la zone d'extrémité du noyau I (1). 9 ) Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le noyau périphérique (5) est réalisé en deux parties avec, de préférence au niveau de l'appui de l'aimant permanent (4), une ligne de jonction (8) entre les parties de noyaux périphériques (5A, 5B). 20 10 ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'aimant permanent (4), le noyau I (1) et le noyau périphérique (5) sont dimensionnés pour qu'un éventuel entrefer existant entre le noyau I (1) et le 25 noyau périphérique (5) soit fermé par la force magnétique dans la zone de la cavité (7) prévue pour recevoir le noyau I (1). 11 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau I (1) et/ou le noyau périphérique (5) sont en fer comme matière magnétique, notamment sous la forme d'un empilage de lamelles.