Brevet FR2860840A1 — publié le 20050415

Démarreur électrique de véhicule automobile équipé d'un contacteur hybride à relais statique intégré dans le capot. Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un démarreur électrique de véhicule automobile équipé d'un contacteur de commande comportant: - un électroaimant ayant au moins une bobine de commande et un noyau mobile d'actionnement du contact mobile, - une première borne de connexion à la batterie, - une deuxième borne d'alimentation du moteur électrique du démarreur, - une troisième borne de commande de la bobine, une paire de contacts fixes en liaison avec la première borne et la 20 deuxième borne, et coopérant avec le contact mobile pour établir le circuit électrique de puissance à l'intérieur d'un capot, - et un relais auxiliaire d'alimentation de la bobine pour l'excitation de l'électroaimant. Etat de la technique La figure 1 représente le schéma classique d'un démarreur de véhicule automobile. Le démarreur 10 comporte un contacteur CT destiné à actionner 3o le lanceur 11 par l'intermédiaire d'un levier 12 pivotant, et à alimenter le moteur électrique M à l'aide d'un noyau mobile 13 entraînant le contact mobile 14 coopérant avec des contacts fixes 15, 16 du circuit principal du contacteur CT. Les contacts 15, 16 et 14 sont logés dans un capot 40 isolant. Les forces d'attraction magnétique du contacteur CT sont générées par une ou plusieurs bobines 17 annulaires entourant le noyau mobile 13, et le noyau fixe 43. En raison de l'importance de ces forces, les bobines 17 d'excitation doivent être alimentées par un courant élevé provenant de la batterie B. L'intensité du courant d'appel est de l'ordre de 30A à 50A en début de fonctionnement, et celle du courant de maintien est de 8A à 10A après fermeture du contacteur CT. La clé de contact 18 qui pilote le démarreur 10 est munie d'un interrupteur mécanique suffisamment dimensionné pour supporter de tels courants. o Sur la figure 2, il est connu de piloter le démarreur 10 non pas directement par la clé de contact 18, mais par l'intermédiaire d'une unité de commande électronique 19, notamment l'unité de gestion électronique du moteur thermique. La clé 18 peut être remplacée par un bouton-poussoir ou par une carte électronique d'identification. Le signal de commande SC du démarreur issu de l'unité de commande électronique 19 est de quelques milliampères. II est alors indispensable d'interposer un ou plusieurs relais de puissance 20 pour pouvoir délivrer aux bobines 17 le courant d'excitation nécessaire au fonctionnement du contacteur CT. Ce relais 20 intermédiaire, outre son coût spécifique, nécessite un circuit de câblage supplémentaire, des organes de connexion supplémentaires, et un encombrement supplémentaire. D'autres solutions sont connues, notamment celle consistant à implanter le relais auxiliaire 20 directement sur la carcasse externe du démarreur. Mais ceci implique l'utilisation de relais aptes à supporter les agressions physico- chimiques propres à l'environnement du démarreur, notamment les vibrations, la chaleur, l'humidité, les poussières, projections d'eau et de liquides divers Ces contraintes amènent un surcoût de conception du contacteur, et l'encombrement de ce relais additionnel peut gêner le montage du démarreur sur le moteur thermique. Selon le document FR 2762135 de la demanderesse, il est connu d'intégrer un relais auxiliaire électromagnétique dans le boîtier du contacteur avec des cosses adaptées aux bornes de connexion. Le relais auxiliaire est logé au fond du capot de contacteur, et est fixé par les bornes du capot de contacteur. Le capot protège le relais contre une partie des agressions physico-chimiques, mais l'encombrement important du capot constitue un inconvénient pour loger un tel relais fabriqué spécifiquement à cet usage. Une autre solution décrite dans le document FR 2736099 de la demanderesse, consiste à intégrer un circuit électronique dans le contacteur entre le circuit magnétique de l'électroaimant, et le capot du contacteur. Le circuit électronique nécessite un circuit imprimé recevant les composants électroniques, et devant être soudé sur les sorties de la bobine de contacteur. Des connexions traversant le capot sont soudées après le sertissage et permettent l'alimentation et la commande du circuit électronique. Ce circuit peut procurer différentes fonctions, notamment celles de protection du démarreur contre les surcharges, arrêt automatique, temporisation. Ce circuit offre aussi l'avantage de pouvoir être commandé par de très faibles courants, par exemple de l'ordre de 5 à 20 milliampères, nettement inférieurs aux courants nécessaires à la commande des relais auxiliaires électromagnétiques comme décrits précédemment. Ce système présente une très bonne compatibilité avec les unités électroniques de commande existantes sur les véhicules. Son inconvénient est d'avoir un circuit électronique coûteux, et de nécessiter un contacteur spécifique à l'intégration d'un tel système. Toutes ces solutions connues nécessitent un supplément de câblage et de connexions électriques pour raccorder le relais ou les composants 25 électroniques au contacteur, ainsi qu'un encombrement important. Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à réaliser un démarreur électrique de véhicule 30 automobile ayant un contacteur hybride permettant de réduire l'encombrement et de faciliter le raccordement électrique. Le démarreur selon l'invention est caractérisé en ce que le relais auxiliaire est un relais statique sans circuit imprimé, logé dans un alvéole du capot, et étant en liaison électrique avec la première borne de connexion à la batterie, la deuxième borne d'alimentation du moteur, et la troisième borne de commande de la bobine, et que le capot est doté d'au moins un orifice de passage métallique, autorisant le raccordement du relais statique avec la bobine lors du sertissage du capot sur la cuve de l'électroaimant. Le capot ainsi équipé du relais statique selon l'invention, s'assemble au contacteur de la même façon qu'un capot conventionnel: montage du capot sur la bobine du contacteur avec traversée des fils 10 d'extrémité à travers les orifices de passage métalliques, sertissage de la cuve du contacteur sur le capot, soudure des fils de bobines sur les rivets creux constituant les orifices de passage métalliques mise à la masse. Selon un mode de réalisation préférentiel, le relais statique comporte au moins un composant semi-conducteur de puissance, notamment du type MOSFET ou IGBT. Pour éviter les erreurs d'inversion de polarité, la première borne en liaison avec la batterie, est connectée à l'anode d'une diode de protection montée en série avec le composant semi-conducteur. Le relais statique coopère avec des moyens de surveillance d'échauffement, de surintensité et/ou de surtension pour protéger le composant semiconducteur et la bobine. D'autres caractéristiques peuvent être utilisées isolément ou en combinaison: les moyens de surveillance et le composant semi-conducteur de puissance du relais statique sont logés dans un même boîtier électronique; les extrémités des bobines sont reliées au capot par des connexions internes du type fiches à pression ou connecteurs auto- dénudables; la mise à la masse du relais statique est réalisée au moyen d'un élément élastique, notamment un ressort sollicité en pression contre une partie du circuit magnétique de l'électroaimant; l'alvéole de logement du relais statique est remplie d'une pâte d'enrobage permettant, après gélification, d'assurer l'isolation électrique, l'étanchéité et la protection mécanique dudit relais; l'alvéole est obturé par un opercule pour protéger le circuit électronique du relais. 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 en coupe d'un démarreur électrique équipé d'un contacteur de l'art antérieur; - la figure 2 montre le schéma électrique d'un démarreur de l'art antérieur dont la bobine du contacteur est alimentée par un relais de puissance 20 intermédiaire; - la figure 3 représente le schéma électrique d'un démarreur équipé d'un contacteur hybride selon l'invention; - la figure 4 illustre un exemple de réalisation du relais statique destiné à être intégré dans le capot du contacteur hybride; - la figure 5 montre une vue extérieure en perspective du capot avec sa connectique; - la figure 6 représente une vue interne du capot après insertion du relais statique; - les figures 7 et 8 sont des coupes selon les lignes respectives 7-7 et 8-8 de 30 la figure 6. Description d'un mode de réalisation préférentiel Sur la figure 3, le démarreur 10 est piloté par un contacteur CT hybride, comprenant en plus des contacts mécaniques 14, 15, 16, un relais statique 21 pour l'alimentation de la ou des bobines 17. Le relais statique 21 comporte un semi-conducteur, par exemple du type MOSFET ou IGBT, avec de préférence, un circuit électronique de commande et de protection intégré dans un même boîtier. Une diode de protection D protège le relais statique 21 contre les inversions de polarité de la batterie B. Le semi- conducteur du relais statique 21 est intégré dans le capot du 10 contacteur CT, et possède au moins les liaisons suivantes: - Une liaison LI avec une première borne BI du démarreur, elle-même reliée au pôle positif de la batterie B. Cette liaison LI sert à l'alimentation du relais statique 21 et de la bobine 17 du contacteur CT lorsque le relais statique 21 est à l'état passant. La diode D de protection peut être placée dans cette liaison LI. La deuxième borne B2 d'alimentation du moteur M est au potentiel du contact fxe 16. - Une liaison L2 avec la troisième borne de commande B3 du démarreur. - Une liaison L3 avec la masse pour l'alimentation du semi-conducteur. - Une liaison L4 connectée à la patte 30 pour alimenter le double bobinage d'appel et de maintien 17 du contacteur CT. Une résistance R pourra avantageusement être disposée entre la patte de commande de la liaison L2 et la masse, de façon à éviter une commande intempestive suite à des tensions induites magnétiquement ou électrostatiquement. L'unité de commande électronique 19 qui délivre le signal de démarrage SC, est reliée par un fil de liaison 29 à la borne B3. Pour des raisons de coûts, le semi-conducteur du relais statique 21 est constitué par un composant standard chez les fabricants de semiconducteurs. Avantageusement, le semi-conducteur du relais statique 21 comporte: - Un élévateur et régulateur de tension pour assurer la polarisation de l'élément de commutation à l'état passant. - Un capteur de température pour la protection thermique. - Un capteur de courant pour la mesure du courant délivré aux bobines 5 17 d'excitation. - Un capteur de tension pour les protection de surtension. - Un circuit logique permettant de mettre en oeuvre les différentes protections destinées à protéger le semi-conducteur et la bobine 17. Sur la figure 4, un exemple de montage du relais statique 21 comporte une diode D dont la cathode est reliée à une embase 21a. L'anode de la diode D est connectée à une patte 21b de connexion. Comme l'embase 20a du semiconducteur du relais statique 21 sert d'arrivée de courant, il suffit de monter ces deux composants dos à dos, et de les assembler avec un rivet 26 pour obtenir un bloc électronique compact. Une plaque métallique 28 peut être interposée entre la diode D et le relais statique 21 pour augmenter l'inertie thermique et la capacité de refroidissement des composants électroniques. Des extensions latérales de cette plaque, non représentées, peuvent renforcer les effets thermiques précités et peuvent aussi servir à positionner le bloc électronique dans le capot du contacteur CT. Les pattes, après avoir été coupées à la longueur voulue et cambrées, servent à la réception de la résistance R et des fils de liaison 29, 30 respectivement pour le signal de commande et de sortie vers les bobines 17. Le fil 30 correspond à la liaison L4. La patte de masse 20b de la liaison L3, reçoit également par soudure, un ressort 27 en acier ayant un traitement de surface compatible avec la soudure. On obtient ainsi un sous-ensemble électronique complet, sans circuit imprimé, disposant de toutes ses bornes d'entrées et de sorties. Sur les figures 5 à 8, le capot 40 du contacteur comporte un alvéole délimité par un bossage 40a pour servir de logement au sous-ensemble électronique de la figure 4, avec une connectique ayant le même emplacement et le même encombrement que la connectique des contacteurs conventionnels: - La première borne BI servant à recevoir le câble CB (figure 3) venant du pôle positif de la batterie B. Cette borne B1 est reliée par une connexion Cl à un rivet creux 38 faisant office de passage métallique vers l'intérieur du capot 40. Ce passage du rivet 38 reçoit l'extrémité de la patte 21b de la diode D. - La deuxième borne B2 destinée à recevoir la tresse d'alimentation du moteur électrique M. Elle est reliée par une connexion C2 à un rivet creux 37 faisant office de passage métallique vers l'intérieur du capot 40. Ce passage reçoit le fil de sortie de la bobine d'appel 17. - La troisième borne B3 de commande du démarreur. Elle est reliée à une connexion C3 permettant la soudure du fil de sortie 30 du bloc électronique. - Un rivet creux 32 recevant les fils d'entrée des bobines 17 d'appel et de maintien. Une cosse (33) permet la soudure du fil 29 du bloc électronique de la figure 4. Un bossage 40a du capot 40 délimite un logement interne permettant de recevoir le relais statique 21. Chacun des deux fils de liaison 29 et 30 passe à travers le capot 40 par des trous 40b dont le diamètre est légèrement supérieur à celui des fils. Le ressort 27 lié à la patte de masse est guidé dans un alvéole 40c du capot 40, et dépasse de quelques millimètres de la face d'appui du capot. L'alvéole 40c est rempli d'une pâte d'enrobage 39 qui, après gélification, assure l'isolation électrique, l'étanchéité et la protection mécanique du bloc électronique. Sur la figure 6, on remarque les contacts fixes 15, 16 et la tête hexagonale de la borne B3, 3o II est également possible de protéger le composant du relais 21 par un opercule obturant l'ouverture de l'alvéole 40c. Le capot 40 ainsi préparé s'assemble de la même façon qu'un capot conventionnel: Montage du capot 40 sur la bobine 17, les fils d'extrémité passant par les rivets creux 32, 37 et 38. Sertissage de la cuve du contacteur CT sur le capot 40. Soudure des fils de bobines 17 sur les rivets creux 32, 37. Lors du sertissage, le capot 40 est plaqué contre le noyau fixe 43 (voir figure 1) du circuit magnétique du contacteur CT. Le ressort 27 se trouve donc comprimé par le circuit magnétique, et assure ainsi la continuité électrique de masse avec le circuit électronique du relais statique 21, ceci malgré les variations dimensionnelles qui pourront se produire dans la vie du démarreur ( dilatation différentielle, usure par vibrations, ... .). Le ressort 27 est un ressort de compression, ou tout autre moyen élastique. Le contacteur CT selon l'invention conserve un encombrement similaire aux contacteurs conventionnels. La préparation du capot 40 est simple et ne nécessite pas de procédés ni d'investissements spécifiques autres que du petit outillage pour soudage au fer. Il en résulte un faible coût de revient de ce contacteur hybride. Revendications 1. Démarreur électrique pour véhicule automobile équipé d'un contacteur comportant: - un électroaimant ayant au moins une bobine de commande (17) et o un noyau mobile (13) d'actionnement du contact mobile (14), - une première borne (BI) de connexion à la batterie (B), - une deuxième borne (B2) d'alimentation du moteur (M) électrique du démarreur, - une troisième borne (B3) de commande de la bobine (17), - une paire de contacts fixes (15, 16) en liaison avec la première borne (BI) et la deuxième borne (B2), et coopérant avec le contact mobile (14) pour établir le circuit électrique de puissance à l'intérieur d'un capot (40), - et un relais auxiliaire d'alimentation de la bobine (17) pour 20 l'excitation de l'électroaimant, caractérisé en ce que le relais auxiliaire est un relais statique (21) sans circuit imprimé, logé dans un alvéole du capot, et étant en liaison électrique avec la première borne (BI) de connexion à la batterie (B), la deuxième borne (B2) d'alimentation du moteur (M), et la troisième borne (B3) de commande de la bobine (17), et que le capot (40) est doté d'au moins un orifice de passage (32, 37, 38) métallique, autorisant le raccordement du relais statique (21) avec la bobine (17) lors du sertissage du capot (40) sur la cuve de l'électroaimant. 2. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le relais statique (21) comporte au moins un composant semi-conducteur de puissance, notamment du type MOSFET ou IGBT. 3. Démarreur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première borne (B1) est connectée à l'anode d'une diode (D) de protection montée en série avec le composant semi-conducteur. 4. Démarreur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le relais statique (21) coopère avec des moyens de surveillance d'échauffement, de surintensité etlou de surtension pour protéger le composant semiconducteur et la bobine (17). 5. Démarreur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de surveillance et le composant semi-conducteur de puissance du relais statique (21) sont logés dans un même boîtier électronique. 6. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices de passage métallique du capot (40) comportent des rivets creux (32, 37) permettant aux extrémités des fils des bobines (17) d'être soudées à l'extérieur du capot (40). 7. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités des bobines (17) sont reliées au capot (40) par des connexions internes (C2, C3, 33) du type fiches à pression ou connecteurs autodénudables. 8. Démarreur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la mise à la masse du relais statique (21) est réalisée au moyen d'un élément élastique, notamment un ressort (27) sollicité en pression contre une partie du circuit magnétique de l'électroaimant. 9. Démarreur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alvéole (40c) de logement du relais statique (21) est remplie d'une pâte d'enrobage (39) permettant, après gélification, d'assurer l'isolation électrique, l'étanchéité et la protection mécanique dudit relais. 10. Démarreur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alvéole (40c) est obturé par un opercule pour protéger le circuit électronique du relais (21).