Brevet FR3071972A1 — publié le 20190405

DÉMARREUR DE MOTEUR THERMIQUE ÉQUIPÉ D'UN DISPOSITIF DE DÉTECTION D'USURE BALAIS [1] L'invention concerne de manière générale le domaine des démarreurs pour les moteurs thermiques, notamment pour les véhicules automobiles. Plus particulièrement, 5 l'invention se rapporte à un démarreur muni d'un dispositif de détection d'usure balais. [2] Comme il est connu, les balais du moteur électrique dans un démarreur de moteur thermique sont des pièces d'usure. Lors du démarrage d'un moteur thermique, le démarreur doit délivrer un couple mécanique important et le courant électrique traversant les balais du moteur électrique est de plusieurs centaines d'ampères. Lorsque les balais 10 sont en fin de vie, la résistance ohmique de contact entre les balais et le collecteur du rotor augmente sensiblement. Cette augmentation de la résistance ohmique de contact entraîne un échauffement supplémentaire qui peut se traduire par une détérioration du collecteur et éventuellement une immobilisation du véhicule. Il est donc nécessaire d'anticiper la fin de vie des balais afin de procéder à leur remplacement en temps voulu. 15 [003] Par ailleurs, ces dernières années, les systèmes d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique, dits « Stop & Start » ou « Stop & Go» en anglais, se sont beaucoup développés, et notamment ceux qui sont mis en oeuvre au moyen d'un démarreur. L'usage intensif des démarreurs dans les systèmes Stop & Go provoque une usure rapide des balais, comparativement aux démarreurs classiques. Pour pallier à cela, 20 les équipementiers automobiles ont développé des démarreurs dits « renforcés » ayant des balais de longueur accrue ou un plus grand nombre de balais afin de répartir l'usure. Cette évolution technique a conduit à un accroissement du coût de remplacement des balais dans un démarreur et à la nécessité de détecter plus précisément l'usure des balais pour éviter un remplacement trop précoce et augmenter leur durée de vie. 25 [004] Dans l'état de la technique, il est connu d'estimer approximativement l'usure des balais au moyen d'un compteur d'activations qui fournit une valeur représentative de l'utilisation du démarreur et donc de l'usure des balais. [005] Dans FR2984629, il est proposé d'équiper un démarreur d'un capteur de course pour détecter l'usure des balais. Le capteur de course comporte une tige de mesure en 30 contact avec le balai et un circuit électronique comportant des bobines primaire et secondaire, un oscillateur, un démodulateur et un comparateur. Ce capteur de course est 2 de conception relativement complexe et coûteuse. De plus, il n'est pas adapté pour une implantation à l'intérieur du démarreur, ce qui augmente l'encombrement du démarreur. [6] Il existe donc un besoin pour un démarreur équipé d'un dispositif de détection d'usure balais qui ne présente pas les inconvénients susmentionnés de la technique 5 antérieure. [7] Selon un premier aspect, l'invention concerne un démarreur de moteur thermique comprenant un dispositif de détection de l'usure des balais du moteur électrique du démarreur. Conformément à l'invention, le démarreur comprend au moins un élément de détection agencé dans un porte-balai du moteur électrique et en interaction avec un 10 ressort de compression du balai logé dans le porte-balai, l'élément de détection étant agencé de sorte à détecter un changement d'état du ressort qui est consécutif à l'usure du balai. [8] Selon une caractéristique particulière, l'élément de détection comprend une résistance variable ayant un curseur qui est formé par un ergot de contact solidaire du 15 ressort de compression et en continuité électrique avec celui-ci. [9] Selon une autre caractéristique particulière, l'élément de détection comprend un plot de contact qui est agencé dans le porte-balai de sorte à détecter, par contact électrique, la présence d'un ergot de contact solidaire du ressort de compression et en continuité électrique avec celui-ci. 20 [0010] Selon encore une autre caractéristique particulière, l'élément de détection comprend une jauge de contrainte qui est agencée dans le porte-balai de sorte à détecter une force de poussée exercée par le ressort de compression. [0011] Selon encore une autre caractéristique particulière, le porte-balai est formé dans une matière plastique isolante. 25 [0012] L'invention concerne aussi un véhicule comprenant un démarreur tel que décrit brièvement ci-dessus. [0013] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières d'un démarreur selon l'invention, en référence aux dessins 30 annexés, dans lesquels : 3 - la Fig.1A est une vue partielle simplifiée d'une première forme de réalisation d'un dispositif de détection d'usure balais inclus dans un démarreur selon l'invention ; - la Fig.1B est schéma électrique équivalent du dispositif de détection d'usure balais de la Fig.1A ; - la Fig.2 est une vue partielle simplifiée d'une deuxième forme de réalisation d'un dispositif de détection d'usure balais inclus dans un démarreur selon l'invention ; et - la Fig.3 est une vue partielle simplifiée d'une troisième forme de réalisation d'un dispositif de détection d'usure balais inclus dans un démarreur selon l'invention. [0014] En référence aux Figs.1A et 1B, il est maintenant décrit une première forme de réalisation 1A d'un dispositif de détection d'usure balais inclus dans un démarreur selon l'invention. [0015] A la Fig.1A, il est montré, de manière partielle, le rotor 2, le collecteur 20 et des 15 balais B+, B-, du moteur électrique. [0016] L'interrupteur commandé CD qui est montré aux Figs.1A et 1B représente le contacteur du démarreur. Lorsque le contacteur CD est fermé, la tension continue Vbat+ du réseau d'alimentation électrique du véhicule est appliquée aux balais du moteur électrique et provoque sa rotation. 20 [0017] A la Fig.1A, les balais B+ et B-, correspondant respectivement à des polarités électriques positive et négative, sont montrés en contact électrique de surface avec le collecteur 20. Les balais B+ et B- sont logés dans des porte-balais respectifs 3A et 3B. Comme montré à la Fig.1 pour le balai B-, les balais B+, B-, sont formés d'un bloc à base de carbone b+, b-, qui est relié électriquement à un culot de balai 4 par une tresse en 25 cuivre 5. Un ressort de compression, repéré 6 pour le balai B-, est contenu entre le culot de balai 4 et le bloc de carbone b+, b-, plus précisément entre des surfaces d'appui respectives de ceux-ci. Le ressort de compression exerce une force d'écartement sur le culot de balai 4 et le bloc de carbone b+, b-. Une fois le balai B+, B-, monté dans son porte-balai 3A, 3B, le culot de balai 4 est en butée contre un rebord formant arrêt du porte- 30 balai 3A, 3B, et le ressort de compression exerce une force de poussée qui assure le contact entre le bloc de carbone b+, b-, et le collecteur 20. 4 [0018] Dans le dispositif de détection d'usure balais 1A, la détection d'usure est effectuée sur le balai B-. Le dispositif de détection d'usure balais 1A comprend essentiellement une résistance variable de mesure 30, une résistance de mesure 7 et une résistance 8 de mise à la masse. 5 [0019] Comme montré aux Figs.1A et 1B, la résistance variable de mesure 30 est obtenue à partir d'un potentiomètre incluant une résistance 300 qui est fixée dans la paroi du porte-balai 3A et un curseur mobile qui est formé par un ergot métallique 60 du ressort de compression 6. La résistance 300 comporte une surface résistive qui est située à l'intérieur du logement de balai du porte-balai 3B. L'ergot métallique 60 est en contact 10 avec la surface résistive de la résistance 300. Le porte-balai 3B est ici en matière plastique isolante et garantit l'isolation électrique entre les éléments constitutifs intégrés. L'ergot 60 est solidaire du ressort de compression 6, également métallique, et la conductivité électrique est donc assurée à travers ces deux éléments qui sont portés au potentiel négatif de masse comme le culot de balai 4, la tresse en cuivre 5 et le bloc de carbone b-. Une première borne d'extrémité 301 de la résistance 300 est aussi reliée au potentiel négatif de masse, et donc à l'ergot 60, de manière à former le circuit de la résistance variable de mesure 30. [0020] La résistance variable de mesure 300 est connectée, par une deuxième borne d'extrémité 302, à un point de connexion PM du dispositif de détection d'usure balais 1A. Le point de connexion PM est relié, à travers la résistance de mesure 7, à une borne d'alimentation électrique AL+ du dispositif 1 et à la résistance 8 de mise à la masse. La borne d'alimentation électrique AL+ est de polarité positive et délivre la tension continue Vbat, du réseau d'alimentation électrique du véhicule qui comprend une batterie BAT. [0021] Une tension de mesure VM de l'usure du balai B- est obtenue aux bornes de la résistance 8. La tension de mesure VM est fournie ici à une unité de contrôle électronique ECU qui détermine à partir de celle-ci l'usure du balai B-, et donc de l'ensemble des balais du moteur électrique compte-tenu que ceux-ci sont tous soumis au même régime et conditions de fonctionnement. [0022] On considère maintenant le schéma électrique équivalent du dispositif 1 montré à 30 la Fig.1B. Dans les égalités qui suivent, les valeurs ohmiques des résistances 30, 7 et 8 sont représentées par R30, R7 et R8. 5 [0023] On notera ici que la détection d'usure balais est réalisée dans le dispositif 1 lorsque le démarreur n'est pas actif, c'est-à-dire, dans l'état montré aux Figs.1A et 1B, avec le contacteur CD ouvert. [0024] En considérant que la valeur ohmique R8 de la résistance 8 de mise à la masse 5 est très élevée relativement à R30 et R7 et que le courant qui la traverse est négligeable par rapport au courant IM circulant entre la borne AL+ et la masse, la tension de mesure VM est donnée par l'égalité (1) : [0025] VM = (R30/(R7+R30)).Vbat, (1) [0026] La valeur ohmique R30 de la résistance variable 30 est déduite à partir de 10 l'égalité (1) et est donnée par l'égalité (2) : [0027] R30 = R7.(VM/(Vbat, - VM)) (2) [0028] La surface résistive de la résistance 300 est de type linéaire et a une valeur ohmique qui est proportionnelle à la longueur de surface résistive parcourue par le courant. La valeur ohmique R30 de la résistance variable 30 varie donc linéairement par 15 rapport au déplacement de l'ergot 60 dans le porte-balai 3B. L'ergot 60 se déplace avec la décompression du ressort 60 consécutivement à l'usure du bloc de carbone b-, d'une longueur qui est égale à la longueur d'usure du bloc de carbone b-. La valeur ohmique R30 représente donc bien une mesure de l'usure des balais qui peut être calculée par l'unité ECU à partir de la tension de mesure VM. 20 [0029] La Fig.2 montre une deuxième forme de réalisation 1B d'un dispositif de détection d'usure balais inclus dans un démarreur selon l'invention. [0030] A la différence du dispositif de détection d'usure balais 1A, le dispositif 1B ne fournit pas une valeur de mesure de l'usure des balais, représentée par la tension de mesure VM, mais délivre à l'unité ECU un signal binaire DS de dépassement d'un seuil 25 d'usure des balais. [0031] Dans le dispositif de détection d'usure balais 1B, la résistance variable 30 présente dans le dispositif 1A est remplacée par un plot de détection de seuil d'usure balais 303. Le plot de détection de seuil d'usure balais 303 est connecté au point de connexion PM du dispositif 1B. 6 [0032] La détection d'une usure des balais égale à un seuil prédéfini intervient lorsque l'ergot 60 du ressort de compression vient en contact avec le plot de détection de seuil d'usure balais 303. Le point de connexion PM est alors mis à la masse et le signal binaire DS prend consécutivement un état « 0» qui indique à l'unité ECU que les balais sont à 5 remplacer. Tant que seuil d'usure balais n'est pas atteint, c'est-à-dire, tant que l'ergot 60 reste distant du plot de détection de seuil d'usure balais 303, le point de connexion PM est à la tension Vbat+ et le signal binaire DS est à un état « 1 » indiquant à l'unité ECU que les balais sont en bon état de service. [0033] La Fig.3 montre une troisième forme de réalisation 1C d'un dispositif de détection 10 d'usure balais inclus dans un démarreur selon l'invention. [0034] Dans le dispositif de détection d'usure balais 1C, à la place de la résistance variable 30 du dispositif 1A qui mesure le déplacement du ressort de compression, il est prévu une jauge de contrainte qui détecte la force de compression exercée par le ressort sur le bloc de carbone du balai. La force de poussé exercée par le ressort et d'autant plus 15 faible que le ressort se décompresse avec l'usure du bloc de carbone. La valeur ohmique de la jauge de contrainte est représentative de la force exercée et sa mesure permet donc de connaître le niveau d'usure des balais. [0035] Comme montré à la Fig.3, une jauge de contrainte 40' est agencée à l'intérieur du porte-balai 3B et est soumise, à travers le culot de balai 4', à la force exercée par le 20 ressort de compression 6'. La jauge de contrainte 40' comprend une première borne de connexion 401' reliée au point de connexion PM' et une deuxième borne de connexion 402' reliée à la masse. La tension de mesure VM' présente au point de connexion PM' est mesurée par l'unité ECU. [0036] La valeur ohmique R40' de la jauge de contrainte 40' est donnée par l'égalité (3) : 25 [0037] R40' = R7.(VM7(Vbat, - VM')) (3) [0038] La valeur ohmique R40' représente une mesure de l'usure des balais et peut être calculée par l'unité ECU à partir de la tension de mesure VM'. [0039] L'invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, REVENDICATIONS1. Démarreur de moteur thermique comprenant un dispositif de détection (1A, 1B, 10) de l'usure des balais (B+, B-) du moteur électrique du démarreur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément de détection (300, 303, 60, 40') agencé dans un porte-balai (3B) dudit moteur électrique et en interaction avec un ressort de compression (6, 6') du balai (B-) logé dans ledit porte-balai (3B), ledit élément de détection (300, 303, 60, 40') étant agencé de sorte à détecter un changement d'état dudit ressort de compression (6, 6') qui est consécutif à l'usure dudit balai (B- 2. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de détection comprend une résistance variable (30) ayant un curseur qui est formé par un ergot de contact (60) solidaire dudit ressort de compression (6) et en continuité électrique avec celui-ci. 3. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de détection comprend un plot de contact (303) qui est agencé dans ledit porte-balai (3B) de sorte à détecter, par contact électrique, la présence d'un ergot de contact (60) solidaire dudit ressort de compression (6) et en continuité électrique avec celui-ci. 4. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de détection comprend une jauge de contrainte (40') qui est agencée dans ledit porte- balai (3B) de sorte à détecter une force de poussée exercée par ledit ressort de compression (6'). 5. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit porte-balai (3B) est formé dans une matière plastique isolante. 6. Véhicule comportant un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend un démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.