Brevet FR3028092A1 — publié le 20160506

CONTACTEUR ELECTROMAGNETIQUE DE PUISSANCE MUNI D'UN NOYAU DE BUTEE EN DEUX PARTIES L'invention porte sur un contacteur électromagnétique de puissance muni d'un noyau de butée en deux parties. La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des contacteurs électromagnétiques pour circuit de puissance, notamment pour un moteur électrique d'un démarreur de moteur à combustion interne, en particulier de véhicule automobile. En particulier, l'invention est mise en oeuvre avec les démarreurs de véhicules équipés de la fonction d'arrêt et de re-démarrage automatique du moteur thermique (fonction dite "stop and start" en anglais). De façon connue en soi, un contacteur a deux rôles, d'une part déplacer le lanceur supportant le pignon du démarreur par le biais d'un levier pivotant de manière à permettre l'engrenage du pignon sur la couronne de démarrage du moteur thermique, et d'autre part alimenter le moteur électrique du démarreur permettant d'entraîner le pignon en rotation. A cet effet, comme cela est illustré sur la figure 1, le contacteur 1 est doté d'un noyau de butée 2, d'un noyau mobile 3, et d'un carter métallique 5 dans lequel est agencé une culasse 6 ainsi qu'un jeu de bobines 9a, 9b bobinées sur un support annulaire isolant 10. Le noyau mobile 3 est mobile entre une position, dite position de repos, dans laquelle le noyau mobile 3 est dans une position éloignée du noyau de butée 2 et une position, dite finale, dans laquelle le noyau mobile 3 est en contact avec le noyau de butée 2, suite à l'activation du jeu de bobines 9a, 9b générant un champ magnétique d'attraction du noyau mobile 3 vers le noyau de butée 2. Une extrémité arrière du noyau mobile 3 est reliée, via une tige de liaison 11 à un levier pivotant 14 qui entraîne le déplacement d'un lanceur de pignon du démarreur vers la couronne de démarrage du moteur thermique lorsque le noyau mobile 3 se déplace vers sa position finale. Une autre extrémité du noyau mobile 3 est destinée à agir sur une extrémité d'une tige de commande 17 portant une plaquette de contact 18. Cette plaquette de contact 18 s'étend transversalement pour pouvoir coopérer avec deux bornes électriques 19a, 19b d'un circuit électrique de puissance situées dans un capot 22. La tige de commande 17 porte en outre un ressort d'écrasement 23 agencé entre un épaulement et la plaquette de contact 18. Le contacteur 1 comporte également un ressort de rappel 24 agencé entre le capot 22 et une butée de la tige de commande 17. La tige de commande 17 déplacée par le noyau mobile 3 est mobile entre une position de repos et une position d'alimentation dans laquelle la plaquette de contact 18 établit un contact avec les bornes électriques 19a, 19b lorsque le noyau mobile 3 est en position finale. Le problème d'une telle configuration est que lorsque le noyau mobile 3 finit sa course en position finale et entre en contact avec le noyau de butée 2, l'énergie cinétique du noyau mobile 3 est transmise par le carter 5 aux bornes électriques 19a, 19b, ce qui peut provoquer des réouvertures du contact électrique entre la plaquette de contact 18 et les bornes 19a, 19b qui se traduisent par la création d'un arc électrique. Or de telles réouvertures endommagent les bornes 19a, 19b et la plaquette de contact 18 par arrachement de matière via un phénomène d'électroérosion et perturbent l'électronique du véhicule. Le document US2014/0202415 enseigne la réalisation d'un contacteur électromagnétique comprenant un noyau de butée fixé à la culasse. En outre, un élément élastique est positionné entre le noyau de butée et le capot portant les bornes électriques. Lors du choc du noyau mobile avec le noyau de butée, les vibrations sont transmises au capot et aux bornes via l'élément élastique, ce qui génère des réouvertures du contact électrique du fait du déplacement relatif des bornes par rapport à la plaquette de contact. L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un 30 contacteur électromagnétique de puissance, notamment pour un moteur électrique d'un démarreur de moteur à combustion interne, comportant : - une culasse, - un noyau mobile entre une position de repos et une position finale, et - un noyau de butée, - dans lequel ledit noyau mobile est en butée contre ledit noyau de butée en position finale, - dans lequel ledit noyau de butée comprend une première partie mobile axialement par rapport à ladite culasse entre une position initiale et une position extrême et une deuxième partie fixe par rapport à ladite culasse. Ainsi, du fait du montage mobile d'une partie du noyau de butée par rapport à la culasse, l'invention permet d'amortir le choc lors de l'impact du noyau mobile avec le noyau de butée, ce qui supprime les risques de réouverture du contact entre la plaquette de contact et les bornes électriques. Selon une réalisation, le déplacement entre la position initiale et la position extrême est réalisé de telle façon que le flux entre ladite partie fixe et ladite partie mobile dudit noyau de butée génère une force électromagnétique de rappel permettant de ramener ladite partie mobile vers la position initiale. Selon une réalisation, ladite partie mobile comprend une surface axiale située en vis-à-vis d'une surface axiale de ladite partie fixe. Selon une réalisation, ladite partie mobile comprend une surface radiale en vis-à-vis d'une surface radiale correspondante de ladite partie fixe formant butée de ladite partie mobile en position initiale. Selon une réalisation, ledit contacteur comprend en outre une butée de retenue de ladite partie mobile en position extrême. Selon une réalisation, ledit contacteur comporte un capot portant des bornes électriques, ledit capot comprenant ladite butée de retenue. Selon une réalisation, un élément d'amortissement est monté entre ladite partie mobile et ladite partie fixe dudit noyau de butée. Selon une réalisation, ledit élément d'amortissement est monté entre un rebord radial de ladite partie mobile et un rebord radial correspondant de la partie fixe. Selon une réalisation, ledit contacteur comprend un support annulaire sur lequel est bobiné au moins une bobine, ledit support annulaire formant une butée de retenue de la partie mobile lors de son déplacement vers la position initiale. Selon un mode de réalisation, l'élément d'amortissement se déforme lors de l'avancée de la partie mobile par rapport à la partie fixe et en ce le ressort de rappel de la tige de commande qui pousse directement ou indirectement par le biais de la plaquette de contact la partie mobile vers sa position initiale lorsque la ou les bobines ne sont plus alimentées. Dans ce mode de réalisation lors du fonctionnement la partie mobile reste dans une position entre la position initiale et la position extrême incluse lors du fonctionnement du démarreur. Selon un autre mode de réalisation, l'élément d'amortissement est élastique et est agencé pour permettre de ramener la partie mobile et vers la position initiale lors du fonctionnement du démarreur. Dans ce cas, le ressort de L'invention a également pour objet un démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile muni d'un contacteur électromagnétique de puissance tel que précédemment défini. 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, représente une vue en coupe longitudinale d'un contacteur électromagnétique selon l'état de la technique; La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un contacteur 25 électromagnétique illustrant un premier mode de réalisation de la présente invention ; Les figures 3a et 3b sont des vues en coupe longitudinale illustrant des variantes de réalisation du noyau de butée en deux parties selon l'invention; La figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un contacteur électromagnétique illustrant un deuxième mode de réalisation de la présente invention; La figure 5 est un graphique représentant l'évolution, en fonction du temps, 5 du courant dans un démarreur équipé respectivement d'un contacteur selon l'état de la technique et d'un contacteur selon la présente invention; Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un contacteur 1 selon la 10 présente invention par exemple utilisé pour commander l'actionnement d'un moteur électrique d'un démarreur de moteur à combustion interne. Le contacteur 1 d'axe X est doté d'un noyau de butée 2, d'un noyau mobile 3, tous deux en matériau ferromagnétique, et d'un carter métallique 5 dans lequel est agencé une culasse métallique 6 ainsi qu'un jeu de bobines 9a, 9b 15 bobinées sur un support annulaire isolant 10. La culasse 6 ainsi que les bobines 9a, 9b sont fixes par rapport au carter 5 lequel est solidaire du bâti du démarreur destiné à être fixé sur le véhicule. Le noyau mobile 3 est apte à se déplacer axialement par rapport à la culasse 6 entre une position, dite de repos, représentée sur la figure 2, dans laquelle 20 le noyau mobile 3 est dans une position éloignée du noyau de butée 2, et une position, dite finale, dans laquelle le noyau mobile 3 vient en contact avec le noyau de butée 2 suite à l'activation du jeu de bobines générant un champ magnétique d'attraction du noyau mobile 3 vers le noyau de butée 2. A cet effet, le jeu de bobines 9a, 9b comprend une bobine d'appel 9a et une 25 bobine de contact maintien 9b. Les deux bobines 9a, 9b sont alimentées pour déplacer le noyau mobile 3 de sa position de repos à sa position finale puis le maintien en position finale du noyau est assuré par la seule bobine de maintien 9b, appelée aussi bobine de contact 9b de manière à limiter la consommation électrique. 30 Une extrémité arrière du noyau mobile 3 est reliée, via une tige de liaison 11, à un levier pivotant 14 qui entraîne le déplacement d'un lanceur de pignon du démarreur vers la couronne de démarrage du moteur thermique lorsque le noyau mobile 3 se déplace vers sa position finale. Un ressort dents-contredents 15 est comprimé en cas de non pénétration directe du pignon du lanceur (non représenté) dans la couronne de démarrage. La tige de liaison 11 et le ressort 15 sont montés à l'intérieur d'une cavité en matière électriquement isolante. Cette cavité est fermée par l'extrémité avant du noyau mobile 3 constituée par une rondelle. L'autre extrémité du noyau mobile 3 agit sur une tige de commande 17 mobile entre une position dite de repos et une position dite position d'alimentation. Une plaquette de contact 18 est montée coulissante sur la tige de commande 17. Le passage en position d'alimentation de la tige de commande 17 provoque la mise en contact de la plaquette de contact 18 avec des bornes électriques 19a, 19b pour alimenter le moteur électrique du démarreur (non représenté). Les deux bornes 19a, 19b sont fixes par rapport à la culasse 6 et sont installées dans un capot 22 en matériau électriquement isolant, qui est fixé par sertissage dans une partie avant du carter 5. Une des bornes 19a est destinée à être reliée à la borne positive de la batterie, tandis que l'autre borne 19b est destinée à être reliée au moteur électrique du démarreur comme décrit par exemple dans le document FR2795884. Un ressort d'écrasement 23, monté sur la tige de commande 17, est destiné à maintenir la plaquette de contact 18 en appui sur la butée lorsque la plaquette de contact 18 n'est pas en contact avec les bornes électriques 19a, 19b et à se comprimer lorsque la plaquette de contact 18 entre en contact avec les bornes électriques 19a, 19b. A cet effet, le ressort d'écrasement 23 précontraint est agencé entre un épaulement de la tige 17 et la plaquette de contact 18. Par ailleurs, un ressort de rappel 24 agencé entre le capot 22 et une butée est destiné à faciliter le retour de la tige de commande 17 en position de repos lorsque les bobines 9a, 9b ne sont plus alimentées. Le noyau de butée 2 comprend une première partie mobile 31 axialement par rapport à la culasse 6 et une deuxième partie fixe 32 par rapport à la culasse 6. La première partie 31 est mobile entre une position initiale dans laquelle la partie mobile 31 est en appui contre la partie fixe 32 et une position extrême dans laquelle la partie mobile 31 est éloignée de la partie fixe 32 suite à un choc entre le noyau mobile 3 et le noyau de butée 2. En l'occurrence, une surface axiale 25 de la partie mobile 31 est située en vis-à-vis d'une surface axiale 26 de la partie fixe 32. Un entrefer peut ainsi se créer entre le la partie mobile 31 et la partie fixe 32 du noyau de butée 2. Par ailleurs, la partie mobile 31 comprend une surface radiale 27 située en vis-à-vis d'une surface radiale 28 correspondant de la partie fixe 32 formant butée de la partie mobile 31 en position initiale. Le contacteur 1 comprend en outre de préférence une butée de retenue 29 de la partie mobile 31 en position extrême. Cette butée de retenue 29 pourra être ménagée dans le capot 22 portant les bornes 19a, 19b. En fonctionnement, l'alimentation du jeu de bobines provoque le déplacement axial du noyau mobile 3 suivant la flèche F1 vers sa position finale, lequel pousse axialement la tige de commande 17 vers sa position d'alimentation, ce qui va provoquer la mise en contact de la plaquette de contact 18 avec les bornes électriques 19a, 19b après compression des ressorts 23, 24. Après impact du noyau mobile 3 contre le noyau de butée 2, la partie mobile 31 subit un léger décollement de manière à passer de sa position initiale à sa position extrême. Le cas échéant, la partie mobile 31 du noyau de butée 2 est retenue en position extrême par la butée 29. En outre, le déplacement de la partie mobile 31 de la position initiale vers la position extrême est tel que le flux magnétique entre la partie fixe et la partie mobile génère une force magnétique de rappel permettant de ramener la partie mobile 31 vers la position initiale dans laquelle la partie mobile 31 est collée à la partie fixe 32. Cette force magnétique est obtenue par l'entrefer entre la partie mobile 31 et la partie fixe 32 du noyau de butée 2. Sous l'effet des efforts magnétiques, le déplacement de la partie mobile 31 s'arrête lorsque la surface radiale 27 rencontre la surface radiale 28 correspondante de la partie fixe 32. Le noyau mobile 3 peut dans certaine circonstance se décoller du noyau de butée lors du choc entre le noyau mobile 3 et le noyau de butée 2, cependant le ressort d'écrasement de contact 23 maintien la plaquette de contact 18 en contact avec les bornes 19a , 19b. Ce choc n'entraîne donc de discontinuité électrique. Dans ce cas, apres ce choc le noyau de butée continue alors sa course formant un entrefer entre le noyau mobile 3 et le noyau de butée 2, ce qui génère un effort tendant à ramener le noyau mobile 3 en direction du noyau de butée 2. Dans ce cas, le système tendra à converger vers une position stable avec entrefers nuls potentiellement après plusieurs oscillations amorties. Selon un mode de fonctionnement le noyau mobile 3 va rester en contact avec le noyau buté 31 lors du choc. Lors du retour des deux noyaux vers la partie fixe 32, le ressort d'écrasement de contact 23 maintien la plaquette de contact 18 en contact avec les bornes 19a , 19b. Alternativement, comme cela est illustré par la figure 3a, la partie mobile 31 et la partie fixe 32 présentent des surfaces axiales 25, 26 situées en vis-à-vis l'une de l'autre. En outre, la partie mobile 31 comporte un rebord annulaire 37 s'étendant vers l'extérieur de la partie mobile 31 destiné à venir en appui contre la face radiale de la partie fixe 32 tournée vers les bornes 19a, 19b, lorsque la partie mobile 31 est en position initiale. En variante, les surfaces 25, 26 en vis-à-vis l'une de l'autre respectivement de la partie mobile 31 et de la partie fixe 32 présentent une forme inclinée dans le cas d'une découpe en biseau du noyau de butée 2 (cf. figure 3b). En l'occurrence, la pente est inclinée en direction du noyau mobile 3. Dans le mode de réalisation de la figure 4, un élément d'amortissement 35 est monté entre la partie mobile 31 et la partie fixe 32 du noyau de butée 2. Cet élément d'amortissement 35 pourra prendre par exemple la forme d'un ressort ou d'une pièce en élastomère. L'élément d'amortissement 35 est monté entre un rebord radial 38 de la partie mobile 31 et un rebord radial 39 correspondant de la partie fixe 32. Le rebord radial 38 est situé sur une périphérie externe de la partie mobile 31, tandis que le rebord radial 39 s'étend depuis une périphérie interne de la partie fixe 32. Le support annulaire 10 forme en outre une butée de retenue de la partie mobile 31 lors de son déplacement vers la position initiale. Dans ce cas, en fonctionnement, après impact du noyau mobile 3 contre le noyau de butée 2, la partie mobile 31 se déplace en position extrême en comprimant l'élément d'amortissement 35. Selon un mode de réalisation non représenté, le noyau de butée et le noyau fixe comporte chacune une face radiale apte à venir en contact. Par exemple, l'élément d'amortissement forme une partie uniquement du pourtour et en ce que la partie mobile 31 ou le noyau mobile 3 comprend sur la portion sans élément d'amortissement un épaulement pour venir en contact avec la surface radiale respectivement du noyau mobile ou de la partie mobile. Dans ce mode de réalisation le rebord 39 joue alors un rôle de butée à l'aller de la partie mobile 31 lorsque cette dernière se déplace en position extrême afin de limiter la compression de l'élément d'amortissement pour augmenter sa durée de vie. Dans le mode de réalisation ou l'élément d'amortissement est élastique, la décompression de l'élément d'amortissement 35 a tendance à ramener la partie mobile 31 en position initiale. La partie mobile 31 est arrêtée dans sa position initiale par le support de bobines 10 qui joue ainsi un rôle de butée de retour. Dans le mode de réalisation ou l'élément d'amortissement n'est pas élastique mais uniquement amortisseur, c'est la tige de commande ou la plaquette lorsque le noyau mobile 3 retourne vers sa position initiale (c'est-à-dire lorsque les bobines ne sont plus alimentée) qui en contact avec la partie mobile pousse la partie mobile vers la position initiale. La figure 5 est un schéma qui met en évidence que dans des conditions identiques de fonctionnement, le courant dans le démarreur équipé d'un contacteur 1 selon l'état de la technique présente une variation brusque liée à une réouverture du contact entre la plaquette de contact 18 et les bornes 19a, 19b. En revanche, du fait de l'amortissement du choc entre le noyau mobile 3 et le noyau de butée 2 assuré par le déplacement relatif de partie mobile 31 par rapport à la partie fixe 32, le courant évolue de façon régulière dans le cas d'un contacteur 1 réalisé selon la présente invention. On évite ainsi les réouvertures intempestives du contact électrique entre la plaquette de contact 18 et les bornes électriques 19a, 19b. Pour mettre en évidence les différences entre la courbe du contacteur selon l'état de la technique et la courbe du contacteur selon l'invention, un décalage temporel intentionnel entre ces deux courbes a été réalisée entre 0 ampère et 400 ampère. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. REVENDICATIONS1. Contacteur (1) électromagnétique de puissance, notamment pour un moteur électrique d'un démarreur de moteur à combustion interne, comportant : - une culasse (6), - un noyau mobile (3) entre une position de repos et une position finale, et - un noyau de butée (2), - dans lequel ledit noyau mobile (3) est en butée contre ledit noyau de butée (2) en position finale, - dans lequel ledit noyau de butée (2) comprend une première partie (31) mobile axialement par rapport à ladite culasse (6) entre une position initiale et une position extrême et une deuxième partie (32) fixe par rapport à ladite culasse (6). 2. Contacteur selon la revendication 1, dans lequel le déplacement entre la position initiale et la position extrême est réalisé de telle façon que le flux entre ladite partie fixe (32) et ladite partie mobile (31) dudit noyau de butée (2) génère une force électromagnétique de rappel permettant de ramener ladite partie mobile (31) vers la position initiale. 3. Contacteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite partie mobile (31) comprend une surface axiale (25) située en vis-à-vis d'une surface axiale (26) de ladite partie fixe (32). 4. Contacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ladite partie mobile (31) comprend une surface radiale (27) en vis-à- vis d'une surface radiale (28) correspondante de ladite partie fixe (32) formant butée de ladite partie mobile (31) en position initiale. 5. Contacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit contacteur comprend en outre une butée de retenue (29) de ladite partie mobile (31) en position extrême. 6. Contacteur selon la revendication 5, dans lequel ledit contacteur (1) comporte un capot (22) portant des bornes électriques (19a, 19b), ledit capot (22) comprenant ladite butée de retenue. 7. Contacteur selon l'une quelconque des revendications 1, 3 à 6, 5 dans lequel un élément d'amortissement (35) est monté entre ladite partie mobile (31) et ladite partie fixe (32) dudit noyau de butée (2). 8. Contacteur selon la revendication 7, dans lequel ledit élément d'amortissement (35) est monté entre un rebord radial (38) de ladite partie mobile (31) et un rebord radial (39) correspondant de ladite partie fixe (32). 10 9. Contacteur selon la revendication 7 ou 8, dans lequel ledit contacteur (1) comprend un support annulaire (10) sur lequel est bobiné au moins une bobine (9a, 9b), ledit support annulaire (10) formant une butée de retenue de la partie mobile lors de son déplacement vers la position initiale. 10. Démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile muni 15 d'un contacteur électromagnétique de puissance (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.