Brevet FR2862167A1 — publié le 20050513

Démarreur de véhicule automobile équipé d'un moteur électrique à circuit magnétique d'induit renforcé. Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un démarreur électrique pour véhicule automobile, ayant un moteur électrique à courant continu supérieur à 12V, et comprenant:' - un induit cylindrique bobiné à circuit magnétique délimitant une succession d'encoches, et de dents radiales réparties angulairement à intervalles réguliers, le long de la périphérie du circuit magnétique, - des bobines logées dans les encoches pour constituer le bobinage induit, - et un collecteur cylindrique à lames conductrices raccordées électriquement avec les bobines pour l'alimentation du bobinage induit au moyen de balais d'amenée de courant à contact glissant. Etat de la technique L'induit d'un moteur électrique de démarreur possède un circuit magnétique formé par un empilage de tôles magnétiques monté coaxialement sur un arbre rotatif. Le bobinage d'induit est inséré dans des encoches radiales situées à la périphérie des tôles, et comporte une pluralité de bobines connectées électriquement à des lames conductrices d'un collecteur associé à des balais d'alimentation. Lorsqu'un démarreur est alimenté avec une tension nominale supérieure à 12V, il est classique pour améliorer la commutation et éviter l'usure des balais, d'augmenter le nombre de bobines de l'induit, et le nombre de lames du collecteur. Pour un diamètre prédéterminé de l'induit, chaque tôle magnétique est alors dotée d'un nombre important d'encoches. Les dents imbriquées entre les encoches radiales successives deviennent alors trop petites dans le sens de la largeur, et présentent une certaine fragilité. Les extrémités des dents ont tendance à fléchir suite aux efforts de serrage appliqués par les bobines lors de l'opération de bobinage. Il en résulte un risque de déformation des dents pouvant affecter la tenue mécanique de l'induit et la durée de vie du démarreur. Lorsqu'un démarreur doit être alimenté avec une tension supérieure à 12 V, il s'ensuit des problèmes liés à la commutation suite à l'apparition d'arcs électriques entraînant une dégradation de la surface de contact des balais. Pour améliorer la commutation, on augmente généralement le nombre de lames du collecteur. Les crochets servant à la liaison électrique entre les fils et les lames, sont alors trop rapprochés avec des risques de contacts entre les lames entraînant des courts-circuits. Adapter un démarreur initialement 12V pour fonctionner sous 36V, nécessite la prise en compte des contraintes suivantes: - avoir une longueur de balais suffisante pour assurer la longévité du démarreur. Cette longueur est limitée à l'intervalle entre le diamètre du collecteur et le diamètre intérieur de la culasse; - avoir un espace le plus grand possible entre les fils situés dans les crochets de soudure du collecteur; Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à réaliser un démarreur destiné à fonctionner avec une tension supérieure à 12V, en étant équipé d'un induit à circuit magnétique renforcé pour augmenter la tenue mécanique et diélectrique, et d'un collecteur à commutation améliorée. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que le nombre d'encoches du circuit magnétique de l'induit correspond à la moitié du nombre de bobines et à la moitié du nombre de lames du collecteur. Le rapport h/I de la hauteur et de la largeur de chaque dent radiale est de préférence inférieur à 2. L'induit présente ainsi de bonnes propriétés de commutation et de robustesse, en particulier pour une tension d'alimentation supérieure à 12V. L'augmentation de la largeur des dents permet d'obtenir une meilleure résistance à la flexion des tôles lors de l'opération de bobinage de l'induit. Selon une caractéristique de l'invention, le collecteur présente un corps isolant cylindrique à deux diamètres, ledit corps étant subdivisé en une première partie de logement des lames, et en une deuxième partie coaxiale de répartition des crochets de connexion, le diamètre de la deuxième partie étant supérieur à celui de la première partie pour augmenter l'espacement entre les crochets successifs. Les bobines de l'induit peuvent ainsi être connectées aux différents crochets par une opération de sertissage à chaud, en évitant tout risque de court-circuit entre les fils. D'autres caractéristiques peuvent être utilisées isolément ou en combinaison: chaque lame de la première partie du collecteur est reliée à un crochet de la deuxième partie par un talon intermédiaire; la largeur axiale de la deuxième partie du collecteur est de préférence supérieure à la longueur de chaque crochet de manière à assurer une bonne assise aux crochets après sertissage; la surface d'appui des crochets sur la deuxième partie du corps du collecteur peut être inclinée, pour garder un diamètre réduit sous les balais permettant une longueur d'usure importante et une longévité accrue, et pour ménager un espace suffisant entre les crochets pour permettre le bobinage dans les meilleures conditions; - l'arbre de l'induit comporte des moyens d'isolation électrique disposés au droit des chignons du bobinage. L'isolation de l'arbre permet d'utiliser un bobinage à fils fins pour l'alimentation du démarreur avec une tension supérieure à 12V, et évite tout risque de court-circuit en cas de détérioration de l'émail recouvrant les fils; - l'orientation des lames du collecteur peut être verticale ou horizontale selon que l'on utilise un collecteur axial ou radial. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue d'une tôle utilisée pour la fabrication du circuit magnétique de l'induit selon l'invention; - la figure 2 montre une vue en perspective du collecteur d'alimentation de l'induit; la figure 3 représente le schéma de bobinage de l'induit; la figure 4 est une vue partielle à échelle agrandie de la tôle de la figure 1; la figure 5 montre une vue en coupe axiale du collecteur de la figure 2; - la figure 6 est une variante de la figure 5; la figure 7 représente une vue de profil de la figure 5, après sertissage des 25 fils de bobines sur les crochets du collecteur; - la figure 8 est une vue schématique en coupe axiale de l'induit et du collecteur, après isolation électrique de l'arbre par rapport aux chignons du bobinage; les figures 9 à 11 sont des vues identiques de la figure 8 de différentes 30 variantes de réalisation de l'isolation. Description d'un mode de réalisation préférentiel. En référence aux figures 1 et 2, le démarreur comporte un induit à circuit magnétique composé d'un empilage de tôles 10 métalliques ayant chacune n encoches 11 au lieu de 2n encoches comme dans l'art antérieur. Les encoches 11 semi-fermées sont angulairement séparées l'une de l'autre par n dents 12 radiales en forme de T. Un orifice 13 circulaire est ménagé dans la partie centrale des tôles 10 pour la traversée de l'arbre rotatif (non représenté). L'arbre sert de support longitudinal aux tôles 10 de l'induit, et porte également le collecteur 14 à lames 15 conductrices raccordées électriquement par des crochets 16 avec les bobines de l'induit. Le collecteur 14 cylindrique possède 2n lames 15 coopérant avec des balais (non représentés) d'amenée de courant à contact glissant. Dans l'exemple des figures 1 et 2, n est égal à treize. Chaque tôle 10 a donc treize encoches 11 pour un diamètre extérieur de 50mm, et le collecteur 14 est doté de vingt six lames 15. Chaque encoche 11 renferme deux sections de bobines, ce qui fait un bobinage d'induit de vingt six bobines. Le schéma développé du bobinage d'induit est représenté partiellement sur la figure 3. Les lames 15 du collecteur 14 sont numérotées de L1 à L26, et les encoches de El à E13. L'entrée de la bobine A est connectée à la première lame L1, et son faisceau est inséré dans l'encoche El pour revenir par l'encoche E4. La sortie de la bobine A est connectée à la deuxième lame voisine L2. L'entrée de la bobine B est connectée à la deuxième lame L2, et son faisceau 30 est inséré dans l'encoche El pour revenir par l'encoche E4 comme la bobine A. La sortie de la bobine B est connectée à la troisième lame voisine L3. Les deux bobines A et B occupent les mêmes encoches El et E4. Les deux bobines suivantes sont logées dans les encoches E2 et E5, et sont connectées aux lames L3, L4 et L5, et ainsi de suite jusqu'à la dernière encoche E13 pour obtenir les vingt six bobines ou sections de bobines du bobinage réparties dans les treize encoches El à E13. Après insertion de la totalité des bobines dans les encoches El à E13, le bobinage induit comporte quatre faisceaux de fils par encoche. Sur la figure 4 correspondant à une vue partielle de la tôle 10 à treize encoches 11 de la figure 1, le rapport h/l de la hauteur et de la largeur de chaque dent 12 radiale est inférieur à 2. La largeur I est de l'ordre de 5mm, ce qui correspond pour une même hauteur h de 9,3mm, au double de la largeur d'une dent de tôle à vingt six encoches de l'art antérieur. Cette augmentation de la largeur I permet d'obtenir une meilleure résistance à la flexion des dents 12 lors de l'opération de bobinage de l'induit. Sur la figure 5, le collecteur 14 radial présente un corps 17 électriquement isolant cylindrique à deux diamètres, subdivisé en une première partie 14A de logement des lames 15, et en une deuxième partie 14B coaxiale de répartition de crochets 16 de connexion. Le diamètre de la deuxième partie 14B est supérieur à celui de la première partie 14A pour augmenter l'espacement entre les crochets 16 successifs. De préférence, les bobines de l'induit sont connectées aux différents crochets 16 de la deuxième partie 14B du collecteur 14 par une opération de sertissage à chaud. Le soudage est facilité grâce à l'espacement entre les crochets 16. Chaque lame 15 conductrice de la première partie 14A du collecteur 14 est 30 reliée à un crochet 16 de la deuxième partie 14B par un talon 18 intermédiaire. La largeur L1 de la deuxième partie 14B du corps 17 est de préférence supérieure à la longueur L2 de la branche d'extrémité du crochet 16 pour assurer une bonne assise des crochets sur le corps 17 après le sertissage. Sur les figures 6 et 7, la surface d'appui 17A des crochets 16 sur le corps 17 est inclinée. La présence de ce plan incliné permet de garder un diamètre réduit sous les balais autorisant une longueur d'usure importante, et une longévité accrue. II en résulte également un espace suffisant entre les crochets 16 successifs pour éviter un court-circuit entre les fils de cuivre 19 de connexion, et permettre le bobinage dans les meilleures conditions. A cet effet, la distance e o entre les fils 19 est de préférence supérieure à 0,5mm. En référence à la figure 8, le chignon 20 du bobinage formé par les têtes des bobines faisant saillie des encoches de part et d'autre des tôles 10, est isolé électriquement de l'arbre 21 de l'induit par des tubes 22, 23 isolants emmanchés sur l'arbre 21. Le tube 22 s'étend entre le collecteur 14, et l'un des flasques latéraux 24 en matière isolante du circuit magnétique. L'autre tube 23 est raccordé au flasque 25 isolant opposé. La présence des tubes isolants 22, 23 permet de faire usage de fils fins souples pour le bobinage induit, et d'alimenter le démarreur avec une tension supérieure à 12V. Tout risque de court-circuit avec l'arbre 21 est ainsi évité en cas de détérioration de l'émail superficiel des fils conducteurs du bobinage. Les fils de raccordement 28 des bobines au collecteur 14 s'étendent entre le chignon 20 et les crochets 16 de connexion aux lames 15. Les figures 9 à 11 montrent des variantes pour réaliser les moyens d'isolement de l'arbre 21 au droit des chignons 20 du bobinage. Sur la figure 9, le tube 22 et le flasque 24 sont formés en une seule pièce en 30 matière plastique, et en forme de L. Il en est de même pour le tube 23 et le flasque 25. Les flasques 24 et 25 encadrent les faces frontales opposées du circuit magnétique de l'induit 10. Sur la figure 10, le tube 22 fait partie intégrante du corps 17 isolant du collecteur 5 14. Sur la figure 11, les flasques 24, 25 isolants encadrant le circuit magnétique, sont équipés de nervures 26, 27 additionnelles pour servir d'isolants d'encoches. II est clair que l'isolation de l'arbre 21 peut être réalisée par tout autre procédé, notamment par anodisation, par dépôt d'une couche de résine époxyde, ou d'un ruban isolant. L'invention s'applique également à un collecteur axial au lieu d'être radial comme dans l'exemple décrit précédemment. Un collecteur axial comporte des lames conductrices disposées en étoile, et agencées dans un plan vertical parallèle et en regard de la face frontale d'extrémité de l'induit. Le circuit magnétique, au lieu d'être composé d'un empilage de tôles, peut également être formé par un corps monobloc fritté obtenu par moulage. Revendications 1. Démarreur électrique pour véhicule automobile, ayant un moteur électrique à courant continu et à tension d'alimentation supérieure à 12 V, et comprenant - un induit cylindrique bobiné à circuit magnétique délimitant une o succession d'encoches (11), et de dents (12) radiales réparties angulairement à intervalles réguliers, le long de la périphérie du circuit magnétique, - des bobines (A, B...) logées dans les encoches (11) pour constituer le bobinage induit, - et un collecteur (14) cylindrique à lames (15) conductrices raccordées électriquement avec les bobines pour l'alimentation du bobinage induit au moyen de balais d'amenée de courant à contact glissant, caractérisé en ce que le nombre d'encoches (11) du circuit magnétique correspond à la moitié du nombre de bobines (A, B...) et à la moitié du 20 nombre de lames (15) du collecteur (14. 2. Démarreur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport h/1 de la hauteur et de la largeur de chaque dent (12) radiale est 25 inférieur à 2. 3. Démarreur électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bobinage induit comporte quatre faisceaux de fils par encoche. 4. Démarreur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le collecteur (14) présente un corps (17) isolant cylindrique à deux diamètres, ledit corps étant subdivisé en une première partie (14A) de logement des lames (15), et en une deuxième partie (14B) coaxiale de répartition de crochets (16) de connexion, le diamètre de la deuxième partie (14B) étant supérieur à celui de la première partie (14A) pour augmenter l'espacement entre les crochets (16) successifs. 5. Démarreur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bobinage est connecté aux différents crochets (16) de la deuxième partie (14B) du collecteur (14) par une opération de sertissage à chaud. 6. Démarreur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque lame (15) de la première partie (14A) du collecteur (14) est reliée à un crochet (16) de la deuxième partie (14B) par un talon (18) intermédiaire. 7. Démarreur selon la revendication 4 ou 6, caractérisé en ce que la surface d'appui (17A) des crochets (16) sur la deuxième partie (17B) est inclinée. 8. Démarreur selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la largeur LI axiale de la deuxième partie (14B) est supérieure à la longueur L2 de chaque crochet (16). 9. Démarreur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'arbre (21) de l'induit comporte des moyens d'isolation électrique disposés au droit des chignons (20) du bobinage. 10. Démarreur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'isolation électrique comportent des tubes (22, 23) isolants emmanchés sur 5 l'arbre (21). 11. Démarreur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les tubes (22, 23) isolants sont raccordés à des flasques (24, 25) isolants encadrant 10 latéralement l'empilage des tôles (10). 12. Démarreur selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque tube (22, 23) et le flasque (24, 25) correspondant sont formés en une seule pièce en 15 matière plastique, et en forme de L. 13. Démarreur selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'un des tubes (22) fait partie intégrante du corps (17) isolant du collecteur (14) . 14. Démarreur selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'un des tubes (22, 23) ou l'un des flasques (24, 25) est équipé de nervures (26, 27) additionnelles pour servir d'isolants d'encoches. 15. Démarreur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'isolation électrique peuvent être obtenus par anodisation, ou par dépôt d'une couche de résine époxyde, ou d'un ruban isolant. 16. Démarreur selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le circuit magnétique de l'induit (10) est formé par un empilage de tôles (10) magnétiques. 17. Démarreur selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le circuit magnétique de l'induit (10) est formé par un corps monobloc fritté obtenu par moulage. 18. Démarreur selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le collecteur (14) est radial. 19. Démarreur selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le collecteur (14) est axial.