Brevet FR2872551A1 — publié le 20060106

Démarreur électrique de véhicule automobile équipé d'un dispositif de commande d'un lanceur à jeu de coupure variable. Domaine technique de l'invention L'invention concerne un démarreur électrique de véhicule automobile équipé d'un dispositif de commande d'un lanceur, comprenant: un contacteur à électroaimant doté d'un noyau mobile destiné à actionner à la fois le système de contacts d'alimentation du moteur électrique, et un levier de commande du lanceur entre une position de travail et une position de repos, des moyens de rappel sollicitant respectivement le noyau mobile vers la position écartée, séparée axialement du noyau fixe par un entrefer, et le levier de commande vers la position de repos, et un jeu de coupure agencée dans la liaison mécanique entre le noyau mobile du contacteur et le lanceur. État de la technique Sur les figures 1A et 1B, un démarreur de l'art antérieur comporte d'une manière classique un moteur électrique M alimenté par un contacteur 3, et un lanceur 1 actionné par un levier 4 de commande. Le lanceur 1 est déplacé en translation sur l'arbre de sortie 2 du moteur 1 par l'intermédiaire du contacteur 3 et du levier 4. Dans la position de repos (figure 1A), le noyau mobile 5 du contacteur 3 repousse le levier 4 grâce à l'action d'un ressort de rappel 6 placé à la périphérie du noyau mobile 5. Par la suite, le levier 4 maintient le lanceur 1 plaqué au repos contre un épaulement 2a de l'arbre 2. Le contacteur 3 comporte un contact mobile 7 en forme de plaquette guidée par un axe isolant 8 sur lequel sont montés un ressort de rappel 9, et un ressort de pression 10 de contact. o Lorsque le démarreur est activé, le noyau mobile 5 sous l'effet de l'attraction magnétique, se déplace vers le noyau fixe 14, et entraîne le basculement du levier 4 autour de son pivot P. Le lanceur 1 est ensuite propulsé vers la butée 11 fixée sur l'arbre 2, ce qui permet l'engrènement du pignon de démarreur avec la couronne de démarrage du moteur thermique. Le noyau mobile 5 pousse l'axe 8 lorsqu'il arrive en fin de course. II s'ensuit le déplacement de la plaquette 7 vers les contacts fixes 12 et 13 des bornes de connexion. La plaquette 7 s'immobilise quand elle bute contre les contacts fixes 12, 13. Le moteur électrique M est alors alimenté en courant électrique fournit par la batterie. Le noyau mobile 5 continue sa course jusqu'au contact avec le noyau fixe 14. Cette fin de course est rendue possible, bien que la plaquette 7 mobile soit précédemment immobilisée, grâce à la présence du ressort de pression 10 qui se comprime d'une valeur JI égale au déplacement relatif de la plaquette 7 par rapport à l'axe 8. Ce ressort 10 a également pour rôle de produire une force de contact suffisante sur les contacts fixes 12 et 13 pour permettre le passage d'un courant intense d'alimentation du moteur électrique M. Lorsque la clé de contact est relâchée, le courant d'excitation du contacteur 3 s'annule, entraînant la disparition de la force d'attraction magnétique. Le noyau mobile 5 et la plaquette 7 mobile, sous l'effet de leurs ressorts de rappel 6, 9 reviennent à leurs positions repos, en entraînant aussi le lanceur 1 au repos contre sa butée 2a. Lorsque le démarreur entraîne le moteur thermique, la succession des phases de compression et décompression dans chacun des cylindres produit un couple résistant variable. Dans l'état de compression, le démarreur fournit un couple élevé pour vaincre les forces de pression des gaz dans les cylindres, ainsi que les forces de frottement des pistons, vilebrequin et toute les autres pièces mobiles du moteur thermique. Pendant l'état de décompression, les gaz exercent une force produisant un couple qui s'oppose aux forces de frottement. Le couple résultant est ainsi réduit, et devient même généralement négatif si la température n'est pas trop basse. Sous cet effet de décompression, le moteur thermique prend une vitesse supérieure à celle du démarreur jusqu'à la compression suivante. Le démarreur devient donc alternativement menant et mené. Dans les périodes où le démarreur est menant, les cannelures hélicoïdales liant le lanceur 1 à l'arbre 2, créent une force axiale qui maintient le lanceur 1 plaqué contre la butée 11 de travail (figure 1B). Dans les périodes où le démarreur est mené par la couronne dentée du moteur à combustion, la force axiale s'inverse, et le levier 4 maintenu par le noyau mobile 5 empêche le retrait du pignon par rapport à la couronne. En fin de démarrage, le démarreur est dans l'état mené, et lorsqu'on ouvre la clé de contact, les forces de rappel du contacteur 3 sont aidées par la force axiale des cannelures pour ramener rapidement le lanceur 1 à la position de repos (figure 1A). Cependant, sous certaines conditions, le retour au repos peut poser des problèmes. C'est plus particulièrement le cas lors d'une tentative de démarrage à basse température. Le fort accroissement de viscosité de l'huile moteur causé par le froid, entraîne une importante augmentation des forces de frottement. Le couple résistant reste alors toujours positif, même pendant les phases de décompression. Dans l'hypothèse où, pour une raison quelconque, le moteur n'arriverait pas à démarrer, l'utilisateur cherchera à arrêter le démarreur en ouvrant la clé de contact; mais l'effort axial des ressorts de rappel du contacteur 3 est inférieur à la résultante axiale des cannelures qui maintient le pignon contre la butée 11. Le levier 4 est alors incapable de ramener le lanceur 1 vers la position de repos. Le noyau mobile 5 ne peut non plus revenir vers la position écartée de repos, empêchant l'ouverture des contacts 12, 13, 7. Le moteur électrique M continue d'être alimenté et à transmettre un couple au moteur thermique. II est alors impossible d'arrêter le fonctionnement du démarreur qui continue d'être alimenté jusqu'à la destruction par échauffement excessif. Pour éviter un tel problème, il est connu de ménager des jeux de fonctionnement dans le contacteur 3. Etant donné que les courses du noyau mobile 5 et de la plaquette 7 mobile créent une compression du ressort 10 de pression de contact avec un premier jeu JI, il suffit de prévoir un deuxième jeu J2 dans l'attelage du levier 4 sur le noyau mobile 5, tel que le deuxième jeu J2 soit supérieur au premier jeu JI. Dans le cas où le lanceur 1 bloque le levier 4 en position de travail, le noyau mobile 5 pourra reculer librement de la valeur J2 sous l'effet des ressorts de rappel, entraînant l'ouverture des contacts 12, 13, 7 d'alimentation du moteur électrique M, ce qui met fin à la tentative de démarrage. Le deuxième jeu J2 est appelé jeu de coupure . Le jeu de coupure J2 peut être ménagé soit au niveau: de la liaison mécanique entre le levier 4 et le noyau mobile 5 ( comme représenté sur le figure 1B), de l'axe de pivotement du levier 4, de la liaison mécanique entre le levier 4 et le lanceur 1. Dans la position de repos (figure 1A) s'opère automatiquement le rattrapage du deuxième jeu J2, ce qui implique une surcourse de déplacement en translation du noyau mobile 5 vers la gauche. Il en résulte deux inconvénients: - une augmentation d'encombrement axial du démarreur de la valeur J2; - un entrefer plus grand entre le noyau mobile 5 et le noyau fixe 14 dans la position écartée de repos. Or la force d'attraction du contacteur 3 est d'autant plus faible que l'entrefer est grand. La force d'attraction pour vaincre les ressorts de rappel à partir de la position de repos est un paramètre dimensionnant vis-à-vis du volume de fer et de cuivre du contacteur 3. D'où un accroissement d'encombrement, de poids et de coût du démarreur. Objet de l'invention L'invention a pour but de réduire le dimensionnement et l'entrefer d'un contacteur de démarreur électrique, et d'obtenir un fonctionnement fiable indépendamment des conditions d'utilisation. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le démarreur comporte des moyens pour faire varier le jeu de coupure de ladite liaison mécanique au cours du mouvement de basculement du levier de commande, ledit jeu de coupure étant plus petit en position de repos, et plus grand en position de travail. La présence du jeu en position de travail autorise une interruption fiable des contacts du circuit d'alimentation indépendamment des conditions d'utilisation, et la réduction de ce jeu en position de repos permet de conserver un entrefer axial réduit. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le levier de commande comporte, du côté de la liaison avec le noyau mobile, une surface de contact ayant un profil prédéterminé laissant apparaître, en regard de la face frontale du noyau mobile, un jeu axial moins important en position de repos qu'en position de travail. La surface de contact du levier peut être conformée selon une came, ou posséder un profil convexe à rayon constant ou progressif. Selon une variante de réalisation, le levier de commande comprend du côté de la liaison avec l'entraîneur du lanceur, au moins un patin laissant apparaître en regard du lanceur un jeu axial moins important en position de repos qu'en position de travail. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: Les figures 1A et 1B sont des vues en coupe d'un démarreur selon l'art antérieur, respectivement en position de repos et en position de travail du contacteur; Les figures 2A et 2B représentent des vues en coupe du dispositif de commande du lanceur selon l'invention, respectivement en position de repos et en position de travail du contacteur; Les figures 3A et 3B montrent des vues identiques des figures 2A et 2B d'une variante de réalisation, le contacteur n'étant pas représenté. Description de modes particuliers de réalisation. En référence aux figures 2A et 3A, la solution de l'invention consiste à avoir un jeu de coupure variable. En effet, il suffit de garder le jeu J2 à une valeur prédéterminée en position de travail, pour bénéficier d'une coupure certaine des contacts 12, 13 et 7 du circuit d'alimentation, et d'annuler ce jeu en position de repos pour éviter les inconvénients de l'art antérieur. C'est le mouvement de basculement du levier 4 d'actionnement du lanceur 1 qui permettra d'obtenir la variation de jeu. L'extrémité du levier 4 en regard avec le noyau mobile 5 possède à cet effet une forme non concentrique à l'axe d'articulation 4b du levier 4 par rapport au noyau mobile 5, de manière à constituer une came. La surface de cette came peut être une surface cylindrique à rayon constant ou à rayon progressif. Le profil de la came peut aussi présenter une surface polygonale possédant au moins deux côtés, l'un parallèle à la surface de contact du noyau mobile 5 au repos, l'autre parallèle à la surface de contact du noyau mobile 5 en position de travail. Dans la position de repos illustrée à la figure 2A, on utilise une surface de contact 4a en arc d'ellipse présentant sa face convexe orientée vers le noyau mobile 5. La distance entre l'axe d'articulation 4b du levier 4 et un plan tangent à la surface de contact 4a, et parallèle à la face frontale 5a du noyau mobile 5, est égale à dl. La distance entre ce plan tangent et la face frontale 5a du noyau mobile 5 laisse apparaître un jeu J3. Dans la position de travail représentée à la figure 2B, la distance dl devient égale à d2 après basculement du levier 4. La caractéristique de la surface de contact 4a est d'avoir d2 supérieur à dl, ce qui engendre un jeu J4 entre levier 4 et le noyau mobile 5, tel que J4 = J3 + (d2 dl) . Le jeu J4 est alors supérieur à J3. Si le jeu J4 est supérieur au premier jeu J1 pour la pression de contact, la coupure de l'alimentation du démarreur est assurée. L'entrefer au repos (figure 2A) est réduit de la valeur ( d2 - dl) avec toutefois une valeur limite qui est égale au premier jeu J1. Ceci permet non seulement de réduire l'encombrement du contacteur de cette valeur, mais aussi d'avoir une réduction supplémentaire de longueur et/ou de diamètre du contacteur du fait de l'entrefer réduit permettant d'obtenir plus facilement des forces magnétiques importantes. Les masses de fer et de cuivre peuvent également être réduites. Pour bénéficier au maximum de cette réduction d'entrefer au repos, on aura intérêt à avoir le jeu J3 proche de zéro, tout en restant supérieur à zéro, compte tenu des dispersions de fabrication, et à avoir un dimensionnement (d2 dl) proche de J1 tout en restant supérieur à J1 pour assurer la coupure d'alimentation du démarreur. Sur les figures 2A et 2B, le principe de réduction du jeu de coupure au repos a été décrit au niveau de la liaison entre l'extrémité supérieure du levier 4 et noyau mobile 5. Sur la variante des figures 3A et 3B, la réduction de jeu de coupure au repos est effectuée au niveau de la liaison entre l'extrémité inférieure du levier 4 et le lanceur 1. Les patins 4d du levier 4 sont situés à l'intérieur d'une gorge 20 annulaire liée au lanceur 1. La face externe la du boîtier 21 de roue libre est disposée en regard de la face lb constituée par une rondelle rapportée. La distance axiale entre ces deux faces la, lb est constante, aussi bien en position de repos qu'en position de travail. Pour assurer la liberté en rotation du lanceur 1 par rapport au levier 4, la largueur de la gorge 20 est supérieure à la longueur du patin 4d, de manière à faire apparaître un jeu J5. Le patin 4d est de forme polygonale ou à rayon de courbure variable, de sorte que la longueur du patin devient e2 qui est inférieure à el, quand le levier 4 bascule vers la position de travail. Le jeu J6 dans la gorge 20 est alors égal à J5 + (el e2). L'effet de ce jeu J6 est similaire à celui obtenu dans la liaison entre levier 1 et noyau mobile 5. Le jeu J5 doit être multiplié par le rapport r de bras de 30 levier pour connaître son action au niveau de l'axe de contact mobile. On peut aussi cumuler les jeux J3 et J5, de sorte que J3 + J5.r est supérieur à Ji. Revendications 1. Démarreur électrique équipé d'un dispositif de commande d'un lanceur 5 (1), comprenant: un contacteur (3) à électroaimant doté d'un noyau mobile (5) destiné à actionner à la fois le système de contacts (12, 13, 7) d'alimentation du moteur électrique, et un levier (4) de commande du lanceur (1) entre une position de travail et une position de repos, des moyens de rappel sollicitant respectivement le noyau mobile (5) vers la position écartée, séparée axialement du noyau fixe (14) par un entrefer, et le levier (4) de commande vers la position de repos, et un jeu de coupure agencée dans la liaison mécanique entre le noyau mobile (5) du contacteur (3) et le lanceur (1), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour faire varier le jeu de coupure de ladite liaison mécanique au cours du mouvement de basculement du levier (4) de commande, ledit jeu de coupure étant plus 20 petit en position de repos, et plus grand en position de travail. 2. Démarreur électrique équipé d'un dispositif de commande d'un lanceur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le levier (4) de commande comporte, du côté de la liaison avec le noyau mobile (5), une surface de contact ayant un profil prédéterminé laissant apparaître, en regard de la face frontale (5a) du noyau mobile (5), un jeu axial moins important en position de repos qu'en position de travail. 3. Démarreur électrique équipé d'un dispositif de commande d'un lanceur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de contact (4a) est conformée selon une came. 4. Démarreur électrique équipé d'un dispositif de commande d'un lanceur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de contact (4a) est convexe à rayon constant ou progressif. 5. Démarreur électrique équipé d'un dispositif de commande d'un lanceur 10 selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de contact (4a) est polygonale. 6. Démarreur électrique équipé d'un dispositif de commande d'un lanceur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le levier (4) de commande comprend du côté de la liaison avec l'entraîneur du lanceur (1), au moins un patin (4d) laissant apparaître en regard du lanceur (1) un jeu axial moins important en position de repos qu'en position de travail.