Brevet FR2931319A1 — publié le 20091120

L'invention concerne une machine électrique tournante, notamment un démarreur pour moteur à combustion de véhicule automobile. De manière habituelle, lors du démarrage d'un moteur à combustion, ou moteur thermique, le démarreur électrique passe par trois phases successives, à savoir une phase d'entraînement, une phase de roue libre durant laquelle le moteur à combustion tourne de manière autonome, et une phase d'arrêt. Cette dernière phase intervient lorsque le conducteur du véhicule lâche la clé de contact, ce qui provoque la coupure de l'alimentation électrique du démarreur. Le rotor, encore appelé induit, du démarreur qui tourne à grande vitesse ne s'arrête pas immédiatement du fait de son inertie. Ceci a pour effet de générer un bruit de type sifflement qui est désagréable pour le conducteur du véhicule. Ce bruit provient notamment du frottement de balais sur le collecteur du rotor et du rayonnement vibro-acoustique de la culasse du démarreur sous l'effet de forces magnétiques. Se pose également l'inconvénient du fraisage entre le pignon du lanceur et la couronne dentée liée au moteur à combustion lorsque le lanceur du démarreur et l'induit continuent à tourner dans la phase d'arrêt. Le brevet EP-B1-749144 décrit un démarreur de véhicule automobile, comportant un contacteur permettant de relier une borne d'alimentation à la masse du véhicule par l'intermédiaire d'un contact mobile à l'intérieur du contacteur et d'une pièce en tôle découpée et pliée disposée au contact de la borne, en vue de provoquer un freinage rapide du rotor par auto-induction. Le brevet US 5 159 908 décrit un démarreur pourvu d'un bobinage de freinage permettant de mettre en court-circuit deux balais en contact avec un collecteur de l'induit. La demande de brevet FR 2 736 100 décrit un contacteur de démarreur comportant un noyau mobile actionné par un bobinage et apte à commander un contact mobile. Le brevet GB 524 538 décrit un circuit de freinage pour un démarreur de moteur à combustion interne. L'invention vise notamment à proposer un nouveau démarreur présentant un niveau de bruit réduit lors de son arrêt. L'invention a ainsi pour objet une machine électrique tournante, notamment un démarreur de véhicule automobile, présentant un axe longitudinal et comportant : - un ensemble rotatif comportant notamment un lanceur, pouvant tourner par rapport à l'axe longitudinal et étant déplaçable suivant cet axe longitudinal entre une première position de repos et une deuxième position d'entraînement, l'ensemble rotatif étant susceptible de tourner encore, notamment par inertie, lorsque cet ensemble revient de la deuxième position vers la première, - une structure magnétique agencée pour générer un champ magnétique configuré pour permettre le freinage en rotation de l'ensemble rotatif, par apparition de courants de Foucault, au moins lorsque cet ensemble revient dans la première position. Grâce à l'invention, le freinage de l'ensemble rotatif peut être relativement silencieux, ce freinage ayant pour origine des courants de Foucault qui permettent de dissiper l'énergie cinétique de l'ensemble rotatif sous forme de chaleur et créer un champ magnétique s'opposant à la cause de la variation du champ magnétique environnant. De préférence, la structure magnétique comporte au moins un aimant, par exemple au moins une paire d'aimants, notamment au moins deux paires d'aimants, agencés pour générer ledit champ magnétique. Les aimants de chaque paire définissent notamment un pôle Nord et un pôle Sud. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'ensemble rotatif est mobile par rapport aux aimants suivant la direction longitudinale. Les aimants sont, dans ce cas, fixés par exemple sur une paroi fixe de la machine. Si on le souhaite, le champ magnétique généré par la structure magnétique peut avantageusement comporter des lignes de champ contenues sensiblement dans un plan transversal perpendiculaire à l'axe longitudinal de la machine. Dans ce cas, les forces d'attraction des aimants sur le lanceur sont de type tangentiel, ce qui accroît la mobilité axiale du lanceur par rapport au cas de forces axiales. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la structure magnétique comporte une couronne notamment en matériau ferromagnétique, sur une paroi intérieure de laquelle sont disposés les aimants, notamment de manière régulière sur une circonférence de cette couronne. Le lanceur peut comporter un entraîneur pourvu d'un corps, notamment réalisé en matériau ferromagnétique, et le corps de l'entraîneur s'engage au moins partiellement dans la couronne de la structure magnétique lorsque le lanceur est dans la première position notamment de manière à fermer le circuit magnétique. Le freinage grâce à des courants de Foucault implique une mise en place relativement simple et nécessite un nombre réduit d'éléments, parmi lesquels par exemple une couronne et des aimants permanents. L'invention permet en outre un freinage constant au cours de la durée de vie de la machine du fait de l'absence d'usure des pièces utiles au freinage. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, lorsque l'ensemble rotatif est dans la deuxième position d'entraînement, cet ensemble rotatif, notamment le lanceur, est sensiblement sans interaction avec le champ magnétique généré par la structure magnétique. Autrement dit, lorsque l'ensemble rotatif est suffisamment avancé, celui-ci ne subit pas de freinage du fait du champ magnétique généré par la structure magnétique. Par exemple, cet ensemble rotatif interagit avec ce champ magnétique principalement lorsqu'il revient dans la première position de repos. A cet effet, la structure magnétique peut comporter au moins un écran 30 magnétique agencée pour confiner le champ magnétique de manière à ce que l'ensemble rotatif soit sans interaction avec le champ magnétique lorsque cet ensemble est dans la deuxième position. Par exemple, la couronne de la structure magnétique peut comporter un rebord, notamment s'étendant transversalement par rapport à l'axe longitudinal, et ce rebord forme ledit écran magnétique. Ainsi lorsque le lanceur est en position avancée, le flux magnétique généré par les aimants se re-boucle au sein de la couronne qui porte les aimants et non dans le lanceur. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la machine comporte une fourchette pivotante agencée pour déplacer le lanceur selon l'axe longitudinal, et la couronne de la structure magnétique comporte une fente à travers laquelle s'étend la fourchette. Le cas échéant, le lanceur peut comporter un pignon apte à s'engager sur une couronne dentée d'un moteur à combustion interne, et le champ magnétique généré par la structure magnétique peut être agencé de manière à ce que, lorsque le lanceur passe de la première position à la deuxième position, ce lanceur reste en interaction avec le champ magnétique suffisamment pour permettre un freinage, de préférence léger, du lanceur dans une phase d'engrènement du pignon avec la couronne dentée. L'invention peut ainsi permettre de diminuer le risque de fraisage entre le pignon et la couronne dentée. A cet effet, la structure magnétique définit par exemple avec le lanceur un entrefer augmentant afin de réduire l'intensité du champ magnétique lorsque l'on se déplace de la première position vers la deuxième position. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, les aimants sont disposés de manière à ce que le champ magnétique comporte des lignes de champ s'étendant dans un plan contenant l'axe longitudinal de la machine. Par exemple, les aimants sont disposés sur une paroi transversale, notamment sensiblement plane, perpendiculaire à l'axe longitudinal de la machine. Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, les aimants sont portés par l'ensemble rotatif, notamment le lanceur. Dans ce cas, les courants de Foucault sont générés par exemple sur une partie fixe de la machine telle qu'une plaque. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, en coupe longitudinale, un démarreur conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, en perspective, des éléments de l'avant du démarreur de la figure 1, - les figures 3 et 4 illustrent, schématiquement et partiellement, le lanceur de la figure 2, dans deux positions différentes, - la figure 5 représente schématiquement les lignes de champ traversant le lanceur dans la position de la figure 3, - la figure 6 représente, schématiquement et partiellement, une structure magnétique conforme à un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, - les figures 7 et 8 représentent, schématiquement et partiellement, un démarreur conforme à un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, dans deux positions différentes, et - la figure 9 illustre, schématiquement et partiellement, des éléments d'un démarreur conforme à un autre exemple encore de mise en oeuvre de l'invention. On a représenté sur la figure 1 un démarreur 1 pour moteur à combustion interne de véhicule automobile. Ce démarreur 1 comprend, d'une part, un rotor 2, encore appelé induit, pouvant tourner autour d'un axe longitudinal X, et d'autre part, un stator 3, encore appelé inducteur, autour du rotor 2. Ce stator 3 comporte une culasse 4 sur laquelle sont fixées des aimants 5. Le rotor 2 comporte un corps de rotor 7, et un bobinage d'induit 8 enroulé dans des encoches du corps de rotor 7. Le rotor 2 est pourvu, à l'arrière, d'un collecteur 12 comprenant une pluralité de pièces de contact connectées électriquement aux éléments conducteurs, formés dans l'exemple considéré par des fils, du bobinage d'induit 8. Un groupe de balais 13 est prévu pour l'alimentation électrique du bobinage d'induit 8, l'un des balais 13 étant relié à la masse du démarreur 1 et un autre des balais 13 étant relié à un contacteur 17. Les balais sont par exemple au nombre de quatre. Les balais 13 viennent frotter sur le collecteur 12 lorsque le rotor 2 est en rotation. Le démarreur 1 comporte en outre un lanceur 19 monté de manière coulissante sur un arbre d'entraînement 18 et pouvant être entraîné en rotation autour de l'axe X par le rotor 2. Ce lanceur 19 forme un ensemble rotatif au sens de la présente invention. Un ensemble réducteur de vitesses 20 peut être interposé entre le rotor 2 et l'arbre d'entraînement 18, de manière connue en soi. Le lanceur 19 comporte un élément d'entraînement formé par un pignon 21 et destiné à s'engager sur un organe d'entraînement 33 du moteur à combustion. Cet 20 organe d'entraînement 33 est par exemple une couronne dentée. Le pignon 21 est entraîné par un entraîneur 26, lequel comporte un corps 28 réalisé en acier. Ce corps 28 reçoit une roue libre, non représentée. Le lanceur 19 comprend en outre une rondelle poulie 23 définissant avec 25 l'entraîneur 26 une gorge 24 pour recevoir l'extrémité 25 d'une fourchette 27. Cette fourchette 27 est réalisée par exemple par moulage d'une matière plastique. La fourchette 27 est actionnée par le contacteur 17, de manière connue en soi, pour déplacer l'ensemble lanceur 19 par rapport à l'arbre d'entraînement 18, 30 suivant l'axe X, entre une première position de repos dans laquelle le lanceur 19 est désengagé du moteur à combustion, et une deuxième position d'entraînement dans laquelle le lanceur 19 entraîne le moteur à combustion par l'intermédiaire du pignon 21 qui est alors engagé avec la couronne dentée 33. Le démarreur comporte, à l'avant, un capot 35 définissant un espace intérieur pour recevoir le lanceur 19. Le capot 35 est réalisé par exemple en aluminium. Dans l'exemple décrit, le capot 35 présente une forme sensiblement en ogive. Le capot 35 comporte un palier 36 pour recevoir une extrémité de l'arbre d'entraînement 18. Le contacteur 17 comprend des bornes électriques 29 dont l'une au moins est reliée à une batterie du véhicule automobile, de manière à assurer l'alimentation électrique de bobinages 22 dans ce contacteur 17. Dans l'exemple décrit, lorsque le lanceur 19 entraîné en rotation dans la deuxième position revient vers la première position, ce lanceur 19 continue à tourner du fait de son inertie. Le démarreur 1 comporte une structure magnétique 40 agencée pour générer un champ magnétique configuré pour permettre le freinage en rotation du lanceur 19, par apparition de courants de Foucault dans une partie du lanceur 19, au moins lorsque ce lanceur 19 revient dans la première position. On va maintenant décrire plus en détail, en référence à la figure 2, certains éléments de la structure magnétique 40. Cette structure magnétique 40 comporte une couronne 41 en matériau ferromagnétique tel que de l'acier et disposée à l'intérieur du capot 35, autour d'une partie de l'entraîneur 26. Cette couronne 41 comporte une fente 42 à travers laquelle s'étend la fourchette 27, et un épaulement annulaire 44. Le lanceur 19 est mobile axialement suivant l'axe X par rapport à cette couronne 41. La couronne 41 porte une pluralité d'aimants permanents 43 par exemple collés ou fixés par des éléments de fixation tel que des agrafes sur la couronne 41. Dans l'exemple considéré, les aimants 43, par exemple en NdFeB, régulièrement espacés sur une circonférence de la couronne 1, forment deux paires. Bien entendu, les aimants 43 peuvent être en nombre différent et/ou en matériau et/ou forme différents. Les aimants 43 peuvent par exemple être au nombre de six formant trois paires. Chaque paire d'aimants 43 de la structure 40 comprend un aimant de polarité Nord et un autre de polarité Sud de manière à créer des lignes de champ L s'étendant dans un plan transversal perpendiculaire à l'axe X, comme on peut le voir sur la figure 5. Comme illustré sur les figures 3 et 4, la couronne 41 comporte un rebord annulaire transversal 45 pour former un écran magnétique et confiner le champ magnétique généré par les aimants 43 à l'arrière de ce rebord 21. Ainsi lorsque le lanceur 19 est dans la première position illustrée à la figure 3, le corps 28 de l'entraîneur 26 est soumis au champ magnétique généré par les aimants 43. En revanche, lorsque le lanceur 19 est dans la deuxième position illustrée à la figure 4, le champ magnétique étant confiné derrière le rebord annulaire 45, le corps 28 de l'entraîneur 26 est sensiblement sans interaction avec le champ magnétique généré par les aimants 43. Autrement dit, lorsque le lanceur 19 est en position avancée (deuxième position illustrée à la figure 4), ce lanceur 19 peut tourner sans entrave eu égard au champ magnétique généré par les aimants 43, pour entraîner la couronne dentée 33 et démarrer le moteur à combustion interne du véhicule. Par contre, lorsque le lanceur 19 revient dans la première position (illustrée à la figure 3), tout en tournant encore du fait de son inertie, le corps 28 de l'entraîneur 26 est soumis au champ magnétique généré par les aimants 43, ce qui provoque l'apparition de courants de Foucault au sein de ce corps 28. Ceci a pour effet de freiner le lanceur 19. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, lorsque le lanceur 19 est en position avancée, ce lanceur 19 est sensiblement sans interaction avec le champ magnétique généré par les aimants 43. En variante, comme illustré à la figure 6, le champ magnétique généré par la structure magnétique 40 peut être agencé de manière à ce que, lorsque le lanceur passe de la première position à la deuxième position (illustrée à la figure 6), ce lanceur 19 reste en interaction avec le champ magnétique suffisamment pour permettre un léger freinage du lanceur dans une phase d'engrènement du pignon 21 avec la couronne dentée 33. L'invention peut ainsi permettre de diminuer le risque de fraisage entre le pignon 21 et la couronne dentée 33. A cet effet, les aimants 43 de la structure magnétique 40 définissent avec le lanceur 19 un entrefer 48 augmentant, lorsque l'on se déplace vers l'avant du démarreur 1, afin de réduire l'intensité du champ magnétique. Dans les exemples qui viennent d'être décrits, les lignes de champ générées par les aimants 43 sont dans un plan perpendiculaire à l'axe X. On ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque les lignes de champ générées par les aimants 43 de la structure aimantée 40 sont dans un plan contenant l'axe X. Par exemple, comme illustré sur les figures 7 et 8, les aimants 43 sont disposés sur une paroi transversale plane 50 perpendiculaire à l'axe longitudinal X du démarreur 1. Cette paroi transversale 50 est par exemple une paroi de l'ensemble réducteur de vitesses 20. Les aimants 43 sont placés de manière à ce que les pôles Nord et Sud soient disposés axialement pour générer les lignes de champ L illustrées sur les figures 7 et 8. Le lanceur 19 porte une plaque 51, par exemple en aluminium, agencée de manière à ce que, lorsque le lanceur 19 est dans la première position (illustrée sur la figure 8) et en rotation, les lignes de champ L passent dans cette plaque 51 et créent des courants de Foucault, ce qui provoque un freinage du lanceur 19. En revanche, lorsque le lanceur 19 est en position avancée (illustrée sur la figure 7), suffisamment éloigné des aimants 43, le lanceur 19 est sensiblement sans interaction avec le champ magnétique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits. Par exemple les aimants 43 peuvent, si on le souhaite, être portés par le lanceur 19, et non par une partie fixe du démarreur 1. On a représenté sur la figure 9 un tel lanceur 19 avec des aimants 43 fixés dessus. Dans ce cas, les courants de Foucault sont générés par exemple sur une partie fixe de la machine. Il est également possible de remplacer les aimants permanents 43 de la structure magnétique 40 par un bobinage. REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante, notamment démarreur (1) de véhicule automobile, présentant un axe longitudinal (X) et comportant : - un ensemble rotatif (19) comportant notamment un lanceur, pouvant tourner par rapport à l'axe longitudinal et étant déplaçable suivant cet axe longitudinal 10 entre une première position de repos et une deuxième position d'entraînement, l'ensemble rotatif étant susceptible de tourner encore, notamment par inertie, lorsque cet ensemble revient de la deuxième position vers la première, - une structure magnétique (40) agencée pour générer un champ magnétique (L) configuré pour permettre le freinage en rotation de l'ensemble rotatif, par 15 apparition de courants de Foucault, au Moins lorsque cet ensemble (19) revient dans la première position. 2. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que la structure magnétique (40) comporte au moins un aimant, notamment au moins une 20 paire d'aimants (43), par exemple au moins deux paires d'aimants, agencés pour générer ledit champ magnétique. 3. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que l'ensemble rotatif (19) est mobile par rapport aux aimants (43) suivant la direction 25 longitudinale (X). 4. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le champ magnétique généré par la structure magnétique (40) comporte des lignes de champ sensiblement contenus dans un 30 plan transversal perpendiculaire à l'axe longitudinal de la machine. . Machine selon la revendication 2 et éventuellement l'une des autres revendications précédentes, caractérisée par le fait que la structure magnétique comporte une couronne (41) notamment en matériau ferromagnétique, sur une paroi intérieure de laquelle sont disposés les aimants (43). 6. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que le lanceur (19) comporte un entraîneur (26) pourvu d'un corps (28), notamment réalisé en un matériau électriquement conducteur tel que de l'acier, et par le fait IO que le corps de l'entraîneur s'engage au moins partiellement dans la couronne (41) de la structure magnétique lorsque le lanceur est dans la première position. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la structure magnétique (40) comporte au moins un 15 écran magnétique (45) agencée pour confiner le champ magnétique de manière à ce que l'ensemble rotatif soit sans interaction avec le champ magnétique lorsque cet ensemble est dans la deuxième position. 8. Machine selon les revendications 5 et 7, caractérisée par le fait que la 20 couronne de la structure magnétique (40) comporte un rebord, notamment s'étendant transversalement par rapport à l'axe longitudinal (X), et par le fait que ce rebord forme ledit écran magnétique. 9. Machine selon la revendication 5 et éventuellement l'une quelconque des 25 autres revendications précédentes, comportant une fourchette pivotante (27) agencée pour déplacer le lanceur selon l'axe longitudinal, caractérisée par le fait que la couronne de la structure magnétique comporte une fente (42) à travers laquelle s'étend la fourchette.10, Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes à l'exception des revendications 7 et 8, le lanceur comportant un pignon (21) apte à s'engager sur une couronne dentée (33) d'un moteur à combustion interne, caractérisée par le fait que le champ Magnétique généré par la structure magnétique (40) est agencé de manière à ce que, lorsque le lanceur passe de la première position à la deuxième position, ce lanceur reste en interaction avec le champ magnétique suffisamment pour permettre un freinage du lanceur dans une phase d'engrènement du pignon avec la couronne dentée. 11. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que la structure magnétique (40) définit avec le lanceur un entrefer (48) augmentant afin de réduire l'intensité du champ magnétique lorsque l'on se dépiace de la première position vers la deuxième position. 12. Machine selon la revendication 2, caractérisée par lé fait que les aimants (43) sont disposés de manière à ce que le champ magnétique comporte des lignes de champ s'étendant dans un plan contenant l'axe longitudinal de la machine. 13. Machine selon là revendication précédente, caractérisée par le fait que les 20 aimants sont disposés sensiblement sur une paroi transversale (50) perpendiculaire à l'axe longitudinal de la machine. 14. Machine selon la revendication 2 et éventuellement l'une quelconque des revendications IO à 13, caractérisée par le fait que les aimants (43) sont portés par 25 l'ensemble rotatif, notamment le lanceur (19).