Brevet FR3007910A1 — publié le 20150102

DISPOSITIF DE REHAUSSEMENT DE TENSION DE DEMARREUR ET COMBINAISON CORRESPONDANTE D'UN DEMARREUR ET DUDIT DISPOSITIF DE REHAUSSEMENT DE TENSION DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION De manière générale, l'invention concerne le domaine des démarreurs pour moteur thermique dans les véhicules automobiles. Ce domaine englobe également les démarreurs assurant une fonction d'alternateur, dits "alternodémarreurs". Plus particulièrement, l'invention porte sur un dispositif de rehaussement de la tension aux bornes de la batterie du véhicule lors de la mise sous tension du démarreur. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Lors de la mise sous tension d'un démarreur pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, il se produit un appel de courant important qui est proche du niveau de courant de court-circuit du démarreur, à savoir, un courant de l'ordre de 1000 Ampères. Cet appel de courant à la mise sous tension du démarreur décroît ensuite en intensité à mesure que l'induit du démarreur, correspondant au rotor de la machine, monte en vitesse. A ce pic initial de courant correspond une chute conséquente de la tension aux bornes de la batterie. D'autres chutes de tension moins importantes se 20 produisent ensuite pendant la phase de démarrage et correspondent à des passages par des points morts hauts successifs du moteur thermique. Le développement de démarreurs dits « renforcés » adaptés pour des systèmes d'arrêt/relance automatique du moteur thermique (systèmes dits « Stop/Start » ou « Stop & Go » en terminologie anglaise) impose aujourd'hui 25 de nouvelles contraintes aux équipementiers automobiles, relatives au respect de seuils de tension minima de la batterie lors de l'appel de courant à la mise sous tension du démarreur. Ainsi, dans leurs cahiers de charges, les constructeurs automobiles définissent un premier seuil de tension compris habituellement entre 7 et 9 Volt en dessous duquel ne doit pas descendre la 30 tension de batterie. Pour les chutes de tension suivantes, correspondant aux points morts hauts du moteur thermique, la tension de batterie doit rester supérieure à un second seuil de tension compris habituellement entre 8 et 9 Volt. Pendant le démarrage du moteur thermique, la tension du réseau de bord du véhicule reste ainsi à une valeur suffisante pour garantir le fonctionnement attendu des équipements des véhicules. Les démarreurs renforcés ont généralement une puissance supérieure aux démarreurs classiques de manière à obtenir un démarrage rapide pour davantage de confort des utilisateurs. Il en découle un courant d'appel à la mise sous tension plus élevé et donc une première chute de la tension de batterie qui va au-delà des valeurs habituelles et cela en regard d'exigences élevées. Cela entraîne une réelle difficulté pour le concepteur car il faudrait, pour se situer au-dessus en tension de batterie, que le démarreur possède des chutes de tension interne si élevées qu'il n'aurait plus alors la puissance nécessaire pour entraîner à vitesse suffisante le moteur thermique à basse température. Dans la technique antérieure, des solutions ont été proposées au problème exposé ci-dessus. Une première solution connue repose sur l'utilisation de convertisseurs électroniques élévateurs de tension afin d'éviter un niveau de tension trop bas sur le réseau de bord. Un inconvénient majeur de ces convertisseurs réside dans les coûts substantiels qu'ils introduisent. Une autre solution connue propose de commander le démarreur au moyen de deux relais, une temporisation et une résistance de limitation de courant. Dans une première phase de fonctionnement dont la durée est déterminée par la temporisation, une résistance additionnelle est insérée en série dans le circuit de démarrage et limite le pic de courant initial. Dans une seconde phase de fonctionnement, la résistance additionnelle est sortie du circuit de démarrage afin de permettre le passage d'un courant suffisant dans l'induit du démarreur et d'autoriser une montée en vitesse de celui-ci. Les documents EP2080897A2 et EP2128426A2 décrivent un démarreur du type ci-dessus. Outre l'inconvénient du coût additionnel qu'implique le relais de commande supplémentaire, la temporisation et la résistance de limitation de courant, l'introduction de ce relais supplémentaire, qui comporte des pièces mécaniques mobiles soumises à usure, a un impact négatif sur la tenue du démarreur en termes de nombre de cycles de démarrage que doit pouvoir supporter sans encombre le démarreur. La tenue du démarreur en nombre de cycles de démarrage est une contrainte particulièrement sévère pour les démarreurs destinés à des systèmes Stop/Start. En effet, il est demandé à de tels démarreurs de tenir environ 300000 cycles de démarrage, soit dix fois plus que les 30 000 cycles environ demandés aux démarreurs classiques. Outre les inconvénients exposés ci-dessus, l'utilisation de cette seconde solution de la technique antérieure peut s'avérer inadaptée lorsque la satisfaction à un gabarit de tension contraignant en termes de temps est 10 demandée par le constructeur automobile. Dans le but de supprimer les inconvénients indiqués ci-dessus, l'entité inventive a déjà proposé des perfectionnements aux démarreurs existants de la technique antérieure, notamment pour les applications dans des véhicules automobiles de la fonction d'arrêt et de relance 15 automatique du moteur thermique. Ces perfectionnements ont consisté, de manière générale, à monter un dispositif de filtrage de type inductif dans le circuit de puissance du démarreur de façon à empêcher une chute de la tension de batterie consécutive au pic de courant produit par la mise en 20 service du moteur électrique. Un tel dispositif de filtrage décrit notamment dans le document PCT/FR2011/052638 comporte un circuit d'enroulement primaire destiné à s'insérer en série dans ledit circuit de puissance, et de préférence un circuit d'enroulement secondaire en court-circuit. Comme on le voit sur la figure 1, 25 le circuit d'enroulement primaire W1 agencé autour du noyau C du dispositif de filtrage LPF est formé par un conducteur 3 en forme de méplat bobiné sur le méplat, c'est-à-dire avec le plus petit côté I du méplat suivant le rayon et le plus grand côté L du méplat suivant la hauteur, ce qui pose des problèmes d'encombrement. En outre, une telle configuration impose un jeu important 30 suivant la hauteur suivant la direction axiale entre le bobinage et la culasse compte tenu du pas d'hélice important entre les spires bien visibles à la figure 2. OBJET DE L'INVENTION L'invention vise à améliorer la compacité d'un tel dispositif tout en conservant au minimum les mêmes performances en proposant un dispositif de rehaussement de tension de batterie de démarreur destiné à empêcher une chute de la tension de batterie produite par un pic de courant intervenant dans un circuit de puissance dudit démarreur à la mise sous tension de celui-ci, comprenant une carcasse en matériau magnétique, un circuit d'enroulement primaire destiné à s'insérer en série dans ledit circuit de puissance, et un circuit d'enroulement secondaire en court-circuit, dans lequel ledit circuit d'enroulement primaire et/ou ledit circuit d'enroulement secondaire comporte un bobinage formé à partir d'au moins un conducteur en forme de méplat bobiné sur champ. Il est clair que l'homme du métier comprend par "bobiner sur champ", le fait de bobiner avec le plus grand côté du méplat orienté suivant le rayon. L'invention permet ainsi d'obtenir une importante réduction de la longueur, de la masse, et du volume du dispositif, ainsi que la résistance de l'enroulement W2 tout en respectant les mêmes contraintes de résistance. L'invention permet en outre de réduire le jeu suivant la hauteur entre le bobinage et la culasse compte tenu du pas d'hélice réduit par rapport au bobinage sur méplat. Selon une réalisation, le bobinage dudit circuit d'enroulement primaire et/ou dudit circuit d'enroulement secondaire comporte une seule rangée de conducteur suivant une direction radiale. Une telle configuration très compacte présentera les mêmes performances que la configuration bobinée sur méplat de la figure 2 à deux rangées radiales de conducteur. Selon une réalisation, ledit circuit d'enroulement primaire et/ou ledit circuit d'enroulement secondaire présente un retour direct de manière qu'une entrée et une sortie de courant dudit circuit d'enroulement primaire et/ou dudit circuit d'enroulement secondaire sont positionnées d'un même côté. On note à cet égard qu'un tel retour direct après la réalisation d'une seule couche de spires primaires n'aurait pas été possible avec un conducteur bobiné sur méplat pour cause d'impossibilité de pliage. Selon une réalisation, une encoche est ménagée dans une face interne d'une culasse de la carcasse pour recevoir le retour dudit circuit d'enroulement primaire et/ou dudit circuit d'enroulement secondaire. Selon une réalisation, ledit circuit d'enroulement secondaire est juxtaposé axialement audit circuit d'enroulement primaire. Selon une réalisation, ledit circuit d'enroulement secondaire est agencé autour dudit circuit d'enroulement primaire. Selon une réalisation, ledit circuit d'enroulement secondaire est formé par au moins un conducteur en forme de tube. Selon une réalisation, un circuit d'enroulement de polarisation est destiné à être installé dans un circuit de commande du démarreur. Selon une réalisation, ledit circuit d'enroulement de polarisation est bobiné en sens inverse dudit circuit d'enroulement primaire. Selon une réalisation, ledit circuit d'enroulement de polarisation est bobiné autour dudit circuit d'enroulement secondaire. Selon une réalisation, ledit circuit d'enroulement de polarisation est agencé à une extrémité des circuits d'enroulement primaire et secondaire. L'invention a également pour objet une combinaison d'un démarreur, comportant un moteur électrique à courant continu et un contacteur 20 électromagnétique, et d'un dispositif de rehaussement de tension de démarreur selon l'invention. Selon une réalisation, le dispositif de rehaussement de tension est monté en série avec ledit moteur électrique dans le circuit de puissance. Selon une réalisation, le dispositif de rehaussement de tension est inséré 25 dans le circuit de puissance entre un contact de puissance du contacteur et le moteur électrique. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1, déjà décrite, est une vue schématique en coupe axiale d'un enroulement de circuit primaire agencé autour du noyau d'un dispositif de filtrage selon l'état de la technique ; La figure 2, déjà décrite, représente une vue en perspective de l'enroulement de circuit primaire de la figure 1; La figure 3 est une vue en perspective montrant une combinaison d'un démarreur et d'un dispositif de filtrage de type inductif selon l'invention; La figure 4 est un schéma de principe d'un circuit électrique de démarreur comprenant la combinaison de la figure 3; La figure 5 est une vue en coupe axiale du dispositif de filtrage selon l'invention dans un premier mode de réalisation; La figure 6 représente une vue en perspective du circuit d'enroulement primaire du dispositif de filtrage des figures 5, 8a et 8b; La figure 7 montre une vue en coupe transversale de la culasse du dispositif de filtrage selon l'invention; Les figures 8a et 8b montrent respectivement une vue en perspective et une vue en coupe axiale du dispositif de filtrage selon l'invention dans un deuxième mode de réalisation; La figure 9 représente le schéma de principe du circuit électrique de démarreur intégrant le dispositif de filtrage des figures 8a et 8b. Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION La figure 3 montre une combinaison 1 d'un démarreur, comprenant un moteur électrique à courant continu DCM et un contacteur électromagnétique EC, et d'un dispositif de rehaussement de tension consistant en un dispositif de filtrage LPF de type inductif. Dans cette réalisation, le dispositif de filtrage LPF est fixé mécaniquement à un carter extérieur du démarreur, à proximité du contacteur EC. Les liaisons électriques entre le dispositif de filtrage LPF, le contacteur EC et le moteur électrique DCM sont montrées sur la figure 4. Le dispositif de filtrage LPF est électriquement monté en série entre le contact de puissance 10 CP du contacteur EC et le moteur DCM. Dans une forme de réalisation alternative (non représentée), le dispositif de filtrage LPF n'est pas intégré dans le démarreur EC, DCM, mais est inséré dans le circuit de puissance entre la borne positive B+ de la batterie et le contact de puissance CP. 15 Le contacteur EC est ici un contacteur classique de démarreur, à simple contact de puissance CP, et comprend un solénoïde formé d'une bobine d'appel et d'une bobine de maintien. La fermeture d'un contact de démarrage CS du véhicule commande l'excitation des bobines d'appel et de maintien, et l'activation du démarreur selon un séquencement bien connu de l'homme du 20 métier et qui ne sera pas détaillé ici. Le fort pic initial de courant mentionné plus haut intervient à la fermeture du contact de puissance CP lorsque le moteur DCM est alimenté à pleine puissance. La fermeture du contact de puissance CP provoque également la circulation dans le dispositif de filtrage LPF d'un courant de puissance 25 alimentant le moteur DCM. Comme cela ressort clairement de son schéma électrique, le dispositif de filtrage LPF est en l'occurrence un dispositif de type inductif qui est réalisé sous la forme d'un transformateur de type cuirassé ayant des enroulements couplés magnétiquement. On notera que selon les applications, une simple 30 inductance aurait pu être utilisée pour former le dispositif de filtrage passe- bas sur lequel ont porté les travaux d'optimisation. La forme de réalisation avec un transformateur permet cependant de disposer de plus de paramètres pour ajuster la réponse en fréquence du dispositif LPF en fonction de l'application. Ainsi, il est possible d'optimiser cette réponse en réglant les inductances des circuits primaire et secondaire W1, W2 et l'inductance introduite par le couplage entre ces circuits. Le circuit d'enroulement primaire W1 est celui qui est inséré dans le circuit de puissance du démarreur. Le circuit d'enroulement secondaire W2 est court-circuité. Typiquement, l'inductance équivalente du dispositif de filtrage inductif LPF est comprise entre 0,1 et 10 mH environ pour des courants ayant un ordre de grandeur de 300 à 1000 A. L'effet de rehaussement de la tension de batterie obtenu découle du fait qu'à la mise sous tension du moteur DCM, le pic initial de courant est coupé (atténué d'environ la moitié) en raison de la production de forts courants induits dans le circuit secondaire W2 court-circuité, qui s'opposent par leur effets à la brutale variation de flux magnétique qui les a génèré Comme cela est visible sur la figure 5, le dispositif de filtrage de type inductif LPF comprend essentiellement une carcasse C, YO, CM, CM' en matériau magnétique tel que l'acier, et des circuits d'enroulement primaire W1 et secondaire W2 de préférence réalisés en cuivre. La carcasse comprend une culasse cylindrique YO, deux pièces de fermeture CM, CM' et un noyau axial C autour duquel sont agencés les circuits d'enroulement Wl, W2. Plus précisément, comme on peut le voir sur les figures 5, 6 et 8b, le bobinage du circuit d'enroulement primaire W1 est formé à partir d'un conducteur 3 en forme de méplat bobiné sur champ, c'est-à-dire avec le plus grand côté L du méplat orienté suivant le rayon de la culasse YO et le plus petit côté I orienté axialement suivant la hauteur. Le bobinage du circuit d'enroulement primaire agencé autour du noyau C comporte en l'occurrence une seule rangée de conducteur 3 dans le sens radial, ce qui procure un aspect compact à l'ensemble. Comme cela ressort clairement des figures 6 et 8a, le circuit d'enroulement primaire W1 présente un retour direct 5 non bobiné de manière que l'entrée E et la sortie S de courant du circuit d'enroulement primaire W1 sont positionnées d'un même côté de la culasse YO. Ce retour 5 s'étend sensiblement axialement suivant un sens opposé à un sens du bobinage de la couche du circuit d'enroulement primaire W1 le long dudit bobinage. Autrement dit, le bobinage du circuit d'enroulement primaire W1 est réalisé à partir d'un conducteur 3 en main bobiné sur champ sur un "aller" uniquement pour obtenir une couche de bobinage comprenant ainsi une seule rangée de conducteur dans le sens radial, puis le conducteur 3 est plié suivant son plus grand côté pour réaliser le retour 5 de manière à faire émerger l'entrée de courant E et la sortie de courant S du circuit d'enroulement primaire W1 du même côté. Le retour 5 du bobinage pourrait être réalisé à l'extérieur de la culasse YO. Toutefois, de préférence, une encoche 8 d'orientation axiale bien visible sur les figures 7 et 8a est ménagée dans une face interne de la culasse YO pour recevoir le retour 5 du conducteur à l'intérieur de la carcasse. L'encoche 8 a une section transversale de forme sensiblement complémentaire à celle du méplat du conducteur. Ainsi, comme on peut le voir sur la figure 7, l'encoche 8 présente une dimension sensiblement tangentielle L1 correspondant au plus grand côté L du méplat et une dimension radiale L2 correspondant au plus petit côté I du méplat. La longueur axiale de l'encoche 8 correspond à la longueur du retour 5. Par ailleurs, le circuit d'enroulement secondaire W2 est en court-circuit. Comme montré sur la figure 5, le circuit d'enroulement secondaire W2 comprend en l'occurrence plusieurs spires formant un bobinage positionné autour du circuit d'enroulement primaire W1. Le circuit d'enroulement secondaire W2 pourra en variante être réalisé de la même façon que le circuit d'enroulement primaire W1 à savoir à partir d'un conducteur en forme de méplat bobiné sur champ. Alternativement, le circuit d'enroulement secondaire W2 pourra avantageusement être constitué d'un tube conducteur (par exemple en cuivre ou en aluminium) concentrique au circuit d'enroulement primaire W1. Ce tube pourra être situé autour du circuit d'enroulement primaire ou juxtaposé axialement avec l'enroulement primaire W1 en fond de cuve, comme cela est décrit dans le document PCT/FR2011/052638. Une telle structure peut conduire à un dispositif de filtrage LPF de réalisation plus simple par rapport au circuit d'enroulement secondaire W2 en plusieurs spires. On notera que le maintien d'un rapport longueur sur rayon identique, par rapport à un circuit d'enroulement secondaire W2 en plusieurs spires, demandera un dimensionnement correct de l'épaisseur du tube. Le fonctionnement électrique du dispositif de filtrage LPF ne sera pas modifié en raison du rapport N2/N1 qui caractérise le transformateur à condition de passer d'une résistance R pour N2 spires à une résistance R/N22 pour une spire avec le tube, N2 et N1 étant respectivement les nombres de spires des circuits d'enroulement W2 et Wl. Dans le mode de réalisation des figures 8a et 8b, le dispositif de filtrage LPF comporte en outre un circuit d'enroulement de polarisation PW bobiné en sens inverse du circuit d'enroulement primaire W1. Le circuit d'enroulement de polarisation PW est agencé autour du circuit d'enroulement secondaire W2. Comme montré sur la figure 9, le circuit d'enroulement de polarisation PW est destiné à être connecté dans le circuit de commande du démarreur. Plus précisément, le circuit d'enroulement de polarisation PW est connecté entre la borne négative B- de la batterie et le contact de démarrage CS du véhicule. Un tel câblage permet l'établissement d'un courant en régime permanent dans le circuit d'enroulement de polarisation PW en même temps que l'excitation des bobines d'appel et de maintien du contacteur électromagnétique EC, c'est-à-dire environ 25 ms avant la fermeture du circuit de puissance par le contact de puissance CP. La pré-polarisation du circuit magnétique YO, C avant l'établissement en transitoire du courant de puissance I permet de bénéficier d'une plus grande variation d'induction ce qui permet de retarder la saturation. Le moteur électrique DCM peut ainsi atteindre une vitesse de rotation plus élevée, et génère donc une force contre-électromotrice plus élevée, au moment de la saturation, ce qui contribue à limiter le courant de puissance I. Ce second mode de réalisation permet la réalisation d'un dispositif de filtrage LPF optimisé de grande efficacité. Alternativement, le circuit d'enroulement de polarisation PW pourra être bobiné autour du noyau axial C à une extrémité des enroulements primaire et 5 secondaire W1, W2, comme décrit par exemple dans le document PCT/FR2012/051610. Bien entendu, l'homme du métier pourra modifier le dispositif de rehaussement de tension de batterie précédemment décrit sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, en variante, le circuit d'enroulement primaire W1 10 et/ou le circuit d'enroulement secondaire W2 pourront être réalisés à partir de plusieurs conducteurs en main bobinés sur plusieurs couches. Dans d'autres variantes de réalisation, le noyau axial C pourra présenter au moins un entrefer, comme cela est décrit dans le document PCT/FR2012/051568. Un tel entrefer dans le circuit magnétique C, YO, CM, 15 CM' permet d'atteindre plus tard la saturation de ce circuit magnétique. REVENDICATIONS1. Dispositif (LPF) de rehaussement de tension de batterie de démarreur destiné à empêcher une chute de la tension de batterie (Vbat) produite par un pic de courant intervenant dans un circuit de puissance dudit démarreur à la mise sous tension de celui-ci, comprenant une carcasse en matériau magnétique (C, YO, CM, CM'), un circuit d'enroulement primaire (W1) destiné à s'insérer en série dans ledit circuit de puissance, et un circuit d'enroulement secondaire (W2) en court-circuit, dans lequel ledit circuit d'enroulement primaire (W1) comporte un bobinage formé à partir d'au moins un conducteur (3) en forme de méplat bobiné sur champ. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le bobinage dudit circuit d'enroulement primaire (W1) comporte une seule rangée de conducteur suivant une direction radiale. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit circuit d'enroulement primaire (W1) présente un retour (5) direct de manière qu'une entrée (E) et une sortie (S) de courant dudit circuit d'enroulement primaire (W1) sont positionnées d'un même côté. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel une encoche (8) est ménagée dans une face interne d'une culasse (C) de la carcasse pour recevoir le retour (5) dudit circuit d'enroulement primaire (W1). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit circuit d'enroulement secondaire (W2) est juxtaposé axialement audit circuit d'enroulement primaire (W1). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit circuit d'enroulement secondaire (W2) est agencé autour dudit circuit d'enroulement primaire (W1). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit circuit d'enroulement secondaire (W2) est formé par au moins un conducteur en forme de tube. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel un circuit d'enroulement de polarisation (PW) est destiné à être installé dans un circuit de commande du démarreur. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel ledit circuit d'enroulement de polarisation (PW) est bobiné en sens inverse dudit circuit d'enroulement primaire (W1). 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, dans lequel ledit circuit d'enroulement de polarisation (PW) est bobiné autour dudit circuit d'enroulement secondaire (W2). 11. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit circuit d'enroulement de polarisation (PW) est agencé à une extrémité des circuits d'enroulement primaire et secondaire (W1, W2). 12. Combinaison (1) d'un démarreur, comportant un moteur électrique à courant continu (DCM) et un contacteur électromagnétique (EC), et d'un dispositif (LPF) de rehaussement de tension de démarreur selon l'une des revendications précédentes. 13. Combinaison selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif (LPF) de rehaussement de tension est monté en série avec ledit moteur électrique (DCM) dans le circuit de puissance. 14. Combinaison selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que le dispositif (LPF) de rehaussement de tension est inséré dans le circuit de puissance entre un contact de puissance (CP) du contacteur (EC) et le moteur électrique (DCM).