Brevet FR2998706A1 — publié le 20140530

Contacteur pour démarreur L'invention concerne un dispositif pour l'amortissement des chocs et des rebonds d'un contacteur électrique. L'invention est plus particulièrement adaptée au 5 domaine des actionneurs électriques automobile, traversés par des courants électriques de forte intensité. La figure 1 relative à l'art antérieur représente un exemple de réalisation d'un commutateur normalement ouvert, à l'état ouvert et au repos, dans lequel, la commutation est réalisée par la manoeuvre d'une plaque de contact (140) au moyen 10 d'une bobine (120) actionnant un plongeur (110). Le commutateur comprend deux bornes (141) et (142) et une plaque de contact (140). Lorsque la bobine (120) est alimentée électriquement, le champ magnétique généré, déplace ledit plongeur (110) selon un mouvement de translation vers un noyau fixe (130), afin d'établir un contact électrique entre les deux contacts (141, 142) par le biais de la plaque de contact 15 (140). En fin de course, le plongeur (110) est arrêté en translation sur un siège (131) du noyau fixe. Le noyau fixe (130) permet d'attirer le plongeur vers lui par le biais du champ magnétique fourni par la bobine lorsqu'elle est alimentée. Le contact entre les bornes (141, 142) est fermé par la plaque de contact (140) lorsque celle-ci entre en contact avec lesdites bornes, avant que le plongeur (110) ne soit en contact avec le 20 noyau fixe (130). Lorsque l'alimentation électrique de la bobine (120) est coupée, le plongeur (110) est rappelé en position normalement ouverte par un ressort (150). L'arrivée en butée du plongeur (110) sur le siège (131) du noyau fixe en fin de course, produit un choc mécanique, qui se propage dans le corps (160) du commutateur. Ce choc mécanique produit des rebonds entre les pièces mécaniques, 25 c'est-à-dire entre les bornes (141, 142) et la plaque (140) de contact. Ces rebonds produisent des instabilités du contact électrique et des perturbations sur le réseau électrique, notamment sur le réseau de bord d'un véhicule. De plus, ces instabilités sont susceptibles de provoquer des arcs électriques entre les surfaces réalisant le contact électrique. Ces phénomènes entraînent une usure prématurée du 30 commutateur électrique. Afin de résoudre les inconvénients de l'art antérieur, l'invention concerne un actionneur, notamment pour un commutateur électrique, lequel actionneur comprend a. un corps ; b. un élément, dit plongeur, apte à se déplacer selon un degré de liberté par rapport audit corps ; c. des moyens de déplacement aptes à déplacer ledit plongeur selon une course parcourue selon ledit degré de liberté entre une position dite de repos et une position en butée par rapport au corps, lorsque lesdits moyens sont alimentés en énergie ; d. des moyens élastiques de rappel, agissant entre le corps et le plongeur, aptes à déplacer ledit plongeur vers la position de repos entre la position en butée et ladite position de repos lorsque les moyens de déplacement ne sont pas alimentés en énergie, et sollicitant le plongeur par un effort de rappel proportionnel au déplacement dudit plongeur entre la position de repos et la position de butée, le rapport entre l'effort de rappel et le déplacement définissant une raideur élastique de rappel ; e. des moyens, dits d'amortissement, aptes à augmenter la raideur élastique de rappel sur une portion de la course de fermeture comprise entre une position dite de fin de course et la position de butée. Ainsi, l'augmentation de la raideur élastique de rappel en fin de course accroît la force de rappel exercée sur le plongeur, ralentissant celui-ci et réduisant ainsi l'intensité du choc lors de l'arrivée en butée du plongeur. L'invention peut être mise en oeuvre selon les modes de réalisation avantageux exposés ci-après, lesquels peuvent être considérés individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Selon un mode de réalisation, les moyens d'amortissement et les moyens élastiques de rappel sont sollicités en série par le plongeur. Ce mode de réalisation permet d'augmenter fortement la raideur et l'amortissement opposé au déplacement du plongeur en fin de course. Selon un autre mode de réalisation les moyens d'amortissement et les moyens élastiques de rappel sont sollicités en parallèle par le plongeur. Ce mode de réalisation permet de bénéficier de plus de progressivité dans l'effet du dispositif d'amortissement. Selon un mode de réalisation avantageux, le degré de liberté est une translation et les moyens élastiques de rappel comprennent un ressort hélicoïdal, les moyens d'amortissement comprenant un moyen lié à une spire dudit ressort et aptes à produire un effort s'opposant au déplacement relatif de ladite spire par rapport au corps au cours de la course de fermeture. Ce mode de réalisation utilisant une translation est simple de mise en oeuvre. Avantageusement il peut être mis en oeuvre en partant de nombreux actionneurs existants en insérant lesdits moyens d'amortissement entre deux spires du ressort de rappel ou entre une spire d'extrémité dudit ressort et son siège, soit sur le corps soit sur le plongeur, sans modification structurelle de l'actionneur. Avantageusement, le ressort est un ressort de compression et le moyen d'amortissement comprend deux éléments formant chacun un coin liés à une spire, le rapprochement de la spire du corps provoquant l'éjection des coins, le moyen d'amortissement comportant un élément élastique exerçant une force de rappel s'opposant à l'éjection desdits coins. Ainsi la coopération de la spire, des coins et de l'élément élastique de rappel entre lesdits coins, permet un arrêt très progressif du plongeur sur la butée, la progressivité pouvant facilement être réglée par la pente des coins et la raideur de l'élément élastique de rappel. Avantageusement, une rondelle constituée d'un matériau sélectionné pour constituer un couple de frottement avec le matériau constituant le moyen d'amortissement est insérée entre ledit moyen d'amortissement et le corps. Ainsi la sélection du matériau constituant ladite rondelle permet d'en limite l'usure et d'ajuster le coefficient de frottement s'opposant au déplacement du moyen d'amortissement. Avantageusement, le moyen d'amortissement consiste en une rondelle fendue comportant une face conique, ladite face conique agissant sous la forme d'un coin lors du rapprochement de la spire du corps. Ce mode de réalisation est particulièrement économique, léger et peu encombrant. Avantageusement, la face conique de la rondelle fendue comprend une rainure de logement pour une spire du ressort. Ainsi, la rondelle est stabilisée en position sur le ressort, notamment vis-à-vis des vibrations même en cas de sollicitation intensive de l'actionneur. Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de déplacement consistent en une bobine qui, alimentée en énergie électrique, crée un champ magnétique apte à déplacer le plongeur selon le degré de liberté correspondant à la course de fermeture. Le moyen d'amortissement est particulièrement utile pour une telle configuration ou les vitesses de déplacement du plongeur sont délicates à contrôler par la commande. L'invention concerne également un commutateur comprenant un actionneur selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents pour déplacer des moyens, dits plaque de contact, aptes à établir un circuit électrique entre deux contacts par le déplacement du plongeur. Ainsi, l'amortissement en fin de course de l'actionneur permet d'éviter les rebonds de la plaque de contact sur les contacts électriques, la perturbation du réseau électrique auquel ledit contact est connecté, ainsi que l'usure prématurée de ce dispositif. Selon un mode de réalisation, du commutateur électrique objet de l'invention, les moyens d'amortissement modifient la raideur de rappel après que le contact électrique soit établi entre les deux contacts. Ainsi, le rebond du contact est évité lors de l'arrivée du plongeur en butée. Selon un autre mode de réalisation du commutateur électrique objet de l'invention, les moyens d'amortissement modifient la raideur de rappel avant que le contact électrique soit établi entre les deux contacts. Ainsi, le contact mécanique réalisant la connexion électrique est amorti ainsi que le rebond lors de l'arrivée du plongeur en butée. Le commutateur électrique objet de l'invention est avantageusement utilisé pour la commande d'un démarreur électrique, notamment pour un moteur thermique automobile. Ainsi, lorsqu'un tel démarreur est utilisé sur un véhicule équipé d'un dispositif d'arrêt et de redémarrage automatiques du moteur lors d'un arrêt prolongé, la longévité du commutateur est améliorée en regard de l'utilisation fréquente du dispositif. L'invention concerne également un dispositif d'amortissement en fin de compression d'un ressort hélicoïdal lequel dispositif comprend une rondelle conique fendue apte à être coincée entre deux spires dudit ressort. Ainsi, un tel dispositif très simple peut être ajouté à tout mécanisme dont le déplacement est au moins partiellement contrôlé par un ressort afin d'en maîtriser les décélérations. L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 6, dans lesquelles : -la figure 1 relative à l'art antérieur représente selon une vue de profil et en coupe, un exemple de commutateur électrique comprenant un actionneur apte à déplacer une plaque de contact par l'intermédiaire d'un plongeur, lequel plongeur se trouvant dans une position dite de repos ; -la figure 2 montre, selon la même vue que la figure 1, un exemple de réalisation d'un commutateur selon l'invention à partir du commutateur de la figure 1 équipé d'un dispositif d'amortissement selon un exemple de réalisation de l'invention, dans une position intermédiaire du plongeur, dite de fin de course ; -la figure 3 représente selon une vue de face et selon une vue de profil en coupe AA définie dans la même figure, un exemple de réalisation d'une rondelle conique fendue apte à être utilisée comme dispositif d'amortissement de fin de course pour un actionneur selon l'invention ; - la figure 4 montre une comparaison de relevés de la tension électrique aux bornes d'un démarreur lors de la commutation au moyen d'un commutateur électrique de l'art antérieur et d'un commutateur électrique selon un exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 5 représente selon la même vue que la figure 1, un exemple de réalisation d'un commutateur électrique comprenant une rondelle fendue, qui lors de son expansion frotte sur une rondelle en appui sur le corps dudit actionneur ; - et la figure 6 est une vue selon la même coupe que la figure 1, d'un commutateur électrique dans lequel le dispositif d'amortissement combine les effets des moyens de rappel et des moyens d'amortissement en parallèle. Figure 2, selon un exemple de réalisation d'un commutateur électrique conforme à l'invention, le déplacement du plongeur 110 est réalisé selon une course 210 en translation, dite course de fermeture, lors de l'alimentation électrique de la bobine 120. Selon un exemple de réalisation, la bobine 120 comprend un bobinage d'appel, pour le déplacement du plongeur 110, et un bobinage de maintien, pour le maintien en fin de course dudit plongeur. La course 210 de fermeture correspond au déplacement du plongeur 110 depuis une position de repos 220, dans laquelle ledit plongeur 110 est poussé par le ressort 150 hélicoïdal de compression lorsque la bobine 120 n'est pas alimentée, vers une position de butée 222, dans laquelle la course du plongeur 110 est arrêtée par le siège 131 du noyau fixe 130, fixé au corps 160 du commutateur. L'ensemble comprenant la bobine 120, le plongeur 110, le ressort de compression 150 et le siège constitue un actionneur, lequel actionneur permet de déplacer la plaque de contact 140. Juste avant que le plongeur 110 n'arrive en butée sur le siège 131, la plaque de contact 140 établit un contact électrique, par exemple, entre deux contacts 141, 142. La course 210 de fermeture comprend, depuis la position de repos 220, un premier tronçon 211 jusqu'à une position 221, dite de fin de course. Au cours du déplacement du plongeur 110 dans ce premier 211 tronçon de course, ledit plongeur est soumis à la force de rappel exercée par les spires actives du ressort 150 de compression. Arrivé dans la position 221 de fin de course, selon un exemple de réalisation du dispositif d'amortissement objet de l'invention, les spires du ressort 150 de compression sont jointives, sauf deux spires 251, 252, qui, selon cet exemple de réalisation, sont séparées par une rondelle 250 conique dont la face conique agit comme un coin vis-à-vis du rapprochement desdites deux spires 251, 252. Les deux spires 251 et 252 sont écartées l'une de l'autre d'un espace par la rondelle correspondant à une longueur 212. Cette longueur 212 est supérieure à la longueur de la course supplémentaire 213 nécessaire pour que le plongeur 110 arrive en contact avec le siège 131 du noyau fixe 130. Ainsi, au cours de la course complémentaire 213 entre la position de fin de course 221 et la position de butée 222 le rapprochement des spires 251, 252, séparées par ladite rondelle 250 est entravé par la présence de cette rondelle, ledit rapprochement tendant à l'expansion radiale de ladite rondelle 250 jusqu'à ce que le plongeur 110 soit en contact avec le noyau fixe 130, où ledit plongeur est maintenu en contact avec ce noyau fixe par l'action du bobinage de maintien. Alternativement, ladite rondelle 250 conique est placée entre la dernière spire 251 du ressort et le corps 160 de l'actionneur, ou entre une spire 253 à l'autre extrémité du ressort 150 en contact avec le plongeur 110, sans que le principe de fonctionnement ne soit modifié. Figure 3, la rondelle 250 conique est, selon cet exemple de réalisation, fendue, de sorte que l'effet de rapprochement des spires du ressort hélicoïdal en fin de course tend à ouvrir élastiquement ladite rondelle. Avantageusement, la face conique de la rondelle 250 comprend un logement 350 sous la forme d'une rainure périphérique dont le profil correspond à une portion de la section du fil constituant les spires du ressort hélicoïdal. La profondeur de cette rainure est adaptée de sorte que la spire puisse échapper de la rainure en fin de course et écarter élastiquement les branches de la rondelle et reprendre sa position, dans ladite rainure lorsque la rondelle 250 revient à sa configuration initiale, quand le ressort se détend. La pente de la partie conique et la position de la rainure 350 de logement permettent, en fonction du ressort, de régler la force s'opposant au déplacement du plongeur dans la portion de fin de course de la course de fermeture, et le profil d'évolution de cette force dans le temps de manière à produire un accostage du siège 131 par le plongeur lorsque ledit plongeur arrive en butée, atténuant ainsi le choc. Figure 4, ainsi, en examinant la tension 402 électrique en fonction du temps 402 aux bornes d'un démarreur dont le fonctionnement est piloté par un commutateur électrique, au moment 400 de la commutation. La variation de cette tension 410, lorsque la commutation est réalisée par un dispositif de l'art antérieur, fait apparaître des rebonds du contact électrique. Lorsque ce dispositif de l'art antérieur est remplacé par un dispositif selon l'invention, comportant des moyens d'amortissement, la variation de la tension 420 électrique au cours de la commutation 400 est exempte de rebond. Figure 5, selon un exemple de réalisation avantageux, la rondelle fendue 250 est interposée entre la dernière spire 551 du ressort et une rondelle 550 préférentiellement fixée au corps de l'actionneur. Avantageusement, la rondelle 550 est choisie constituée d'un matériau adapté tel qu'un bronze ou une matière plastique, de sorte à obtenir un coefficient de frottement contrôlé s'opposant à l'expansion radiale de la rondelle fendue. D'un point de vue rhéologique la rondelle fendue se comporte comme un ressort sollicité en parallèle avec un patin, patin dont le seuil de glissement est défini par le coefficient de frottement s'opposant à l'expansion de la rondelle. Selon ce mode de réalisation ce modèle rhéologique est sollicité en série avec le ressort de rappel lors du déplacement du plongeur. Figure 6, selon un autre exemple de réalisation, le dispositif 650 d'amortissement comprend une bague fendue terminée, côté corps du commutateur, par une partie conique sur laquelle appui un plongeur 610 comportant des moyen de centrage de ladite bague. Le modèle de comportement rhéologique de la bague fendue de ce dispositif 650 d'amortissement, est équivalent à celui de la rondelle fendue des autres modes de réalisation. Cependant, selon ce mode de réalisation ce modèle rhéologique est sollicité parallèlement au ressort de rappel lors du déplacement du plongeur. Ainsi, selon le mode de réalisation considéré, le comportement du dispositif d'amortissement lors de l'abordage du contact électrique ou de la mise en butée du plongeur est finement ajusté en fonction de l'effet désiré sur l'intensité du choc ou la limitation suppression des rebonds. Ainsi le La description ci-avant et les exemples de réalisation montrent que l'invention atteint les objectifs visés. En particulier elle permet d'introduire un amortissement en fin de course d'un commutateur électrique ou de tout autre dispositif dont le déplacement est contrôlé par un ressort, par un moyen simple, économique, peu encombrant et dont le comportement est ajustable, sans modification structurelle importante du dispositif existant. REVENDICATIONS1. Actionneur, notamment pour un commutateur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend a. un corps (160) ; b. un élément (110, 610), dit plongeur, apte à se déplacer selon un degré de liberté par rapport audit corps (160) ; c. des moyens de déplacement (120) aptes à déplacer ledit plongeur (110, 610), relativement au corps selon une course (210), dite de fermeture, parcourue selon ledit degré de liberté entre une position (220) dite de repos et une position (222) en butée par rapport au corps (160), lorsque lesdits moyens (120) sont alimentés en énergie , d. des moyens élastiques (150) de rappel, agissant entre le corps (160) et le plongeur (110), aptes à déplacer ledit plongeur (110) vers la position (220) de repos selon un sens inverse de celui de la course (210) de fermeture lorsque les moyens de déplacement (120) ne sont pas alimentés en énergie et sollicitant le plongeur (110, 610) par un effort de rappel proportionnel au déplacement dudit plongeur entre la position de repos (220) et la position de butée (222), le rapport entre l'effort de rappel et le déplacement définissant une raideur élastique de rappel ; e. des moyens (250, 650), dits d'amortissement, aptes à augmenter la raideur élastique de rappel sur une portion (212) de la course (210) de fermeture comprise entre une position (221), dite de fin de course, et la position (222) de butée. 2. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'amortissement (250) et les moyens (150) élastiques de rappel sont 4. 5. 6. 7. 8. sollicités en série par le plongeur (110). Actionneur selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'amortissement (650) et les moyens (150) élastiques de rappel sont sollicités en parallèle par le plongeur (610). Actionneur selon la revendication 1, dans lequel le degré de liberté est une translation et les moyens élastiques de rappel comprennent un ressort (150) hélicoïdal, les moyens d'amortissement comprenant un moyen (250) lié à une spire (251, 252, 253) dudit ressort lequel moyen étant apte à produire un effort s'opposant au déplacement relatif de ladite spire par rapport au corps (160) au cours de la course (210) de fermeture. Actionneur selon la revendication 2, dans lequel les moyens (150) élastiques de rappel est un ressort de compression et le moyen d'amortissement comprend deux éléments formant chacun un coin liés à une spire (251, 252, 253) le rapprochement de la spire du corps (160), provoquant l'éjection des coins, le moyen d'amortissement comportant un élément élastique exerçant une force de rappel s'opposant à l'éjection desdits coins. Actionneur selon les revendications 4 ou 5, dans lequel une rondelle (550) constituée d'un matériau sélectionné pour constituer un couple de frottement avec le matériau constituant le moyen d'amortissement est insérée entre ledit moyen d'amortissement (250) et le corps. Actionneur selon les revendications 4 ou 5, dans lequel les moyens d'amortissement sont insérés entre deux spires (251, 252) du ressort. Actionneur selon la revendication 5, dans lequel le moyen d'amortissement (250) consiste en une rondelle fendue comportant une face conique, ladite face conique agissant sous la forme d'un coin lors du rapprochement de la spire (251, 252, 253) et du corps (160). 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Actionneur selon la revendication 8, dans lequel la face conique de la rondelle (250) fendue comprend une rainure (350) de logement pour une spire (251, 252, 253) du ressort (150). Actionneur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de déplacement consistent en une bobine (120), qui, alimentée en énergie électrique, crée un champ magnétique apte à déplacer le plongeur (110) selon le degré de liberté correspondant à la course (210) de fermeture. Commutateur électrique caractérisé en ce qu'il comprend un actionneur selon la revendication 1 pour déplacer des moyens (140), dits plaque de contact, aptes à établir un circuit électrique entre deux contacts (141, 142) par le déplacement du plongeur (110). Commutateur électrique selon la revendication 11, dans lequel les moyens (250) d'amortissement modifient la raideur de rappel après que le contact électrique soit établi entre les deux contacts (141, 142). Commutateur électrique la revendication 11, dans lequel les moyens (250) d'amortissement modifient la raideur de rappel avant que le contact électrique soit établi entre les deux contacts (141, 142). Utilisation d'un commutateur électrique selon la revendication 11, pour la commande d'un démarreur électrique, notamment pour un moteur thermique automobile. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel les moyens (150) élastiques de rappel est un ressort hélicoïdale et en ce que le dispositif (250) d'amortissement en fin de compression comprend une rondelle (250) conique fendue apte à être coincée entre deux spires dudit ressort.