Brevet FR3065337A1 — publié le 20181019

DÉMARREUR DE MOTEUR THERMIQUE À CALAGE AXIAL D'ARBRE D'INDUIT AMÉLIORÉ L'invention porte sur un démarreur de moteur thermique à calage axial d'arbre d'induit amélioré. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les démarreurs équipant les véhicules munis de la fonction d'arrêt et de re-démarrage automatique du moteur thermique (fonction dite "stop and start" en anglais) en fonction des conditions de circulation. Afin de démarrer un moteur thermique, notamment d'un véhicule automobile, il est connu d'utiliser un démarreur pourvu d'un lanceur capable de transmettre une énergie de rotation du démarreur à un vilebrequin du moteur thermique par l'intermédiaire d'une couronne de démarrage. A cet effet, le lanceur est monté sur un arbre d'entraînement. En outre, un réducteur de vitesse est intercalé entre cet arbre d'entraînement et un arbre portant l'induit du moteur électrique. L'interposition du réducteur présente l'intérêt d'utiliser un moteur électrique plus rapide et d'obtenir ainsi un couple de démarrage plus élevé tout en réduisant l'encombrement et le poids de la machine pour une puissance donnée. Suivant une configuration classique, une des extrémités de l'arbre d'induit est montée rotative par rapport à l'arbre d'entraînement et l'autre extrémité de cet arbre est montée rotative par rapport au palier arrière du démarreur. A cet effet, comme cela est illustré par la figure 1, un coussinet 1 est intercalé radialement entre la périphérie externe de l'extrémité 2 de l'arbre d'induit 3 et la périphérie interne du logement 4 du palier arrière 5. Par ailleurs, afin d'éviter une usure prématurée des balais ainsi que la génération de bruit parasite, il est important de limiter le débattement axial de l'arbre d'induit 3. A cette fin, les aimants permanents de l'inducteur peuvent être décalés en direction du palier par rapport au centre de l'induit pour appliquer une force de rappel sur l'induit en direction du palier arrière 5. 3065337 2 Toutefois, du fait de la combinaison de l'effort de rappel appliqué par les aimants et de la vitesse de rotation importante en périphérie externe de l'arbre d'induit 3, les rebords 6 du coussinet 1 coincés entre l'épaulement 7 de l'arbre d'induit 3 et le palier arrière 5 ont tendance à s'user rapidement. 5 L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile comportant -un induit monté sur un arbre d'induit s'étendant suivant un axe, un inducteur monté de manière à entourer l'induit et un palier comportant un logement recevant une portion de l'arbre d'induit. Selon l'invention, le démarreur 10 comporte, en outre, une plaque disposée axialement entre la portion de l'arbre d'induit et un fond du logement. En outre selon l'invention, une extrémité axiale de l'arbre d'induit présente une zone de contact en appui contre la plaque, ladite zone s'étendant radialement suivant une longueur plus faible que le diamètre de la portion de l'arbre d'induit. 15 En d'autres termes, la zone de contact en appui contre la plaque est de section réduite par rapport à une autre section de la portion de l'arbre d'induit insérée dans le logement du palier. Par "section réduite", on entend le fait que la zone de contact présente une section radiale ayant une surface plus petite que celle d'une section de la portion de l'arbre. 20 L'invention permet ainsi, grâce à la faible surface de contact entre l'arbre d'induit et la plaque, de limiter la surface de contact entre ces deux éléments. Cela permet de diminuer les frottements entre les deux pièces et donc l'usure de la plaque et/ou de l'arbre est minimisée par rapport à une solution de l'art antérieur. 25 Selon une réalisation, la zone de contact est centrée par rapport à la portion de l'arbre d'induit. En d'autres termes, l'axe de l'arbre d'induit et celui de la zone de contact sont confondus. Ainsi, le contact entre la zone de contact de l'arbre d'induit et la plaque est réalisé dans une zone centrale de l'arbre d'induit. La vitesse de la surface de l'arbre d'induit en contact avec la plaque est très faible en sorte que les frottements et donc l'usure de la plaque et/ou de l'arbre d'induit sont encore plus minimisés. 3065337 3 Selon une réalisation, la plaque est intercalée axialement entre la portion de l'arbre d'induit et un fond du logement du palier de manière à ce que l'appui de l'extrémité axiale de l'arbre d'induit sur la plaque soit dans une direction axiale. 5 Selon une réalisation, la plaque radialement et présente une forme de disque plan. Selon une réalisation, la zone de contact est constituée par un épaulement s'étendant à partir de l'extrémité axiale de l'arbre d'induit. Selon une réalisation, l'épaulement comporte une face plane en appui contre 10 la plaque. Selon une autre réalisation, l'épaulement comporte une face arrondie en appui contre la plaque. Selon une réalisation, l'épaulement est relié à la portion par une zone chanfreinée. Selon une réalisation, l'extrémité axiale de l'arbre d'induit présente une forme 15 arrondie dont un sommet forme la zone de contact. Selon une réalisation, la forme arrondie est une portion de sphère. Selon une autre réalisation, la forme arrondie est une portion d'ellipsoïde. Selon une réalisation, la zone de contact est sensiblement ponctuelle. On entend par sensiblement ponctuelle, le fait d'avoir une zone de contact la 20 plus petite possible tout en respectant les contraintes de fabrication et de tenue mécanique d'une telle pièce de maintien. Selon une réalisation, la plaque est montée serrée dans le logement. Cela permet d'empêcher les mouvements de la plaque de manière simple et fiable et contribue donc à la diminution de l'usure de ladite plaque. 25 Selon une réalisation, la plaque est fixe par rapport au palier. Selon une réalisation, la plaque est réalisée dans un matériau à base d'acier traité. De préférence, la plaque est alors une pièce emboutie. Selon une autre réalisation, la plaque est réalisée à partir d'un matériau fritté. 3065337 4 Selon une réalisation, la zone de contact de l'arbre d'induit est réalisée par usinage. Selon une réalisation, le démarreur comporte, en outre, un coussinet comportant une portion annulaire intercalée entre une périphérie externe de 5 la portion de l'arbre d'induit et une périphérie interne du logement. Selon une réalisation, la portion annulaire du coussinet est monobloc avec la plaque. Dans une variante de réalisation, la plaque est distincte, c'est-à-dire rapportée, par rapport à la portion annulaire du coussinet. Selon une réalisation, l'extrémité de l'arbre est de diamètre réduit par rapport 10 à un tronçon de l'arbre d'induit. Selon une réalisation, l'inducteur est un inducteur à aimants permanents. Selon une réalisation, un centre des aimants permanents de l'inducteur est décalé en direction du palier par rapport à un centre de l'induit pour appliquer une force de rappel sur l'induit en direction du palier. 15 Selon une réalisation, le palier est un palier arrière du démarreur. En d'autres termes, le palier est disposé à une extrémité axiale de l'arbre d'induit opposée à l'autre extrémité axiale dudit arbre qui est en vis-à-vis d'un ensemble réducteur - lanceur du démarreur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à 20 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 en coupe illustrant le montage d'une extrémité de l'arbre d'induit à l'intérieur du logement du palier arrière selon une configuration connue. 25 La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un démarreur selon un exemple de la présente invention. La figure 3 est une vue en coupe partielle de la partie arrière du démarreur illustrant un exemple d'un premier mode de réalisation de l'invention. 3065337 5 La figure 4 est une vue en coupe partielle de la partie arrière du démarreur illustrant un exemple d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 5 Dans la description qui va suivre, on utilisera une orientation axiale d'arrière en avant correspondant à l'orientation de droite à gauche de la figure 2. Autrement dit, un élément avant est situé du côté du pignon d'entraînement, tandis qu'un élément arrière est situé du côté opposé par rapport à l'axe de rotation du moteur du démarreur, c'est-à-dire du côté du palier arrière. 10 Comme cela est montré sur la figure 2, le démarreur 10 comporte un lanceur 11 monté sur un arbre d'entraînement 12 et un moteur électrique 13 composé d'un stator inducteur 16 et d'un rotor induit 17 montés coaxiaux l'un par rapport à l'autre. Le stator inducteur 16 entoure l'induit 17 lequel est monté sur un arbre 20 d'axe X dit arbre d'induit. Une culasse 21 est solidaire 15 d'un support 22 du démarreur 10 destiné à être fixé sur une partie fixe du véhicule automobile. Toujours dans l'exemple de la figure 2, un réducteur de vitesse 25 est interposé entre l'arbre d'induit 20 et l'arbre d'entraînement 12. Ce réducteur de vitesse 25 est formé par un train épicycloïdal comportant des pignons 20 satellites 26 montés à rotation autour d'axes portés par un porte-satellites 27 comprenant un plateau 28 transversal solidaire de l'extrémité arrière de l'arbre d'entraînement 12. Ces pignons satellites 26 engrènent d'une part avec un pignon solaire 29 et d'autre part avec les dents intérieures d'une couronne dentée 30 immobile en rotation par rapport au support 22. Le 25 pignon solaire 29 pourra être constitué par un tronçon cannelé de l'arbre 20 comme cela est le cas dans l'exemple représenté, ou par un pignon rapporté fixé sur l'arbre d'induit 20. De manière connue, l'inducteur 16 comporte une pluralité d'aimants permanents 31 portés par la périphérie interne de la culasse 21. Le centre 30 Cl des aimants permanents 31 de l'inducteur 16 est décalé suivant la flèche D en direction du palier arrière 75 par rapport au centre C2 de l'induit 17 pour appliquer une force de rappel sur l'induit 17 en direction du palier arrière 75. 3065337 6 Par ailleurs dans cet exemple, l'induit 17 comporte un paquet de tôles 33 doté de rainures pour le montage de conducteurs électriques en forme d'épingles. Ces conducteurs sont reliés entre eux pour former un bobinage rotorique 34 en liaison avec des lames conductrices 37 appartenant à un 5 collecteur 38 à corps électriquement isolant solidaire de l'arbre de l'induit 17. En variante, le bobinage est à fil continu. Des balais 39 frottent sur les lames 37 du collecteur 38 pour alimenter le bobinage rotorique 34. Les balais 39 appartiennent à un porte-balais 40 équipé de cages de guidage et de réception des balais 39. Ces balais 39 10 sont sollicités en direction des lames 37 par des ressorts. Le démarreur 10 comporte également un contacteur électromagnétique 44 muni d'une cuve métallique 45 portée par le support 22, et équipée d'au moins une bobine d'excitation 46. La cuve 45 est fermée à l'arrière par un capot 47 en matière électriquement isolante. 15 Des bornes 50 sont conformées pour former chacune un contact fixe à l'intérieur du capot 47. L'une des bornes 50 est destinée à être reliée à la borne positive de la batterie, l'autre borne 50 est connectée par l'intermédiaire d'un câble 51 aux balais 39 de polarités positives. De manière connue, lors de l'excitation de la bobine 46, un noyau mobile 54 20 est attiré par attraction magnétique en direction d'un noyau fixe 55 pour, d'une part, agir après rattrapage d'un jeu sur une tige 56 portant un contact mobile 57 pour provoquer la fermeture des contacts du contacteur 44 et alimenter le moteur électrique 13 du démarreur 10, et, d'autre part, actionner un levier de commande 60 du lanceur 11. 25 L'extrémité supérieure du levier 60 est montée de manière connue à articulation sur une tige 61 reliée élastiquement au noyau mobile 54 via un ressort 62, dit ressort dent contre dent, logé dans le noyau mobile 54. Le levier 60 comporte dans sa partie médiane un axe de pivotement. La partie inférieure du levier 60 coopère avec une gorge ménagée dans l'entraîneur 30 65. Ainsi, lors du déplacement du noyau mobile 54, la rotation du levier 60 entraîne un déplacement en translation du lanceur 11 d'une position de repos dans laquelle le pignon d'engrènement 67 est dégagé de la couronne 3065337 7 de démarrage du moteur thermique à une position active dans laquelle le pignon d'engrènement 67 est en prise avec les dents de la couronne de démarrage. Le lanceur 11 est monté coulissant sur l'arbre d'entraînement 12 et comporte 5 l'entraîneur 65 configuré pour être actionné par le levier de commande 60, un corps de pignon 66 portant le pignon d'engrènement 67, et une roue libre, par exemple à galets 69, intercalée axialement entre l'entraîneur 65 et le corps de pignon 66. La roue libre 69 permet de désaccoupler le pignon d'engrènement 67 par rapport à l'arbre 20 du moteur électrique dans des 10 phases de fonctionnement en survitesse du pignon d'engrènement 67 entraîné par la couronne de démarrage du moteur thermique. En variante, la roue libre 69 pourra être intercalée entre la sortie du réducteur de vitesse 25 et l'arbre d'entraînement 12. De manière connue, l'entraîneur 65 est doté intérieurement de cannelures 15 hélicoïdales en prise de manière complémentaire avec des dentures hélicoïdales externes portées par l'arbre d'entraînement 12. Le lanceur 11 est ainsi animé d'un mouvement hélicoïdal lorsqu'il est déplacé par le levier 60 pour venir, par l'intermédiaire du pignon 67, en prise avec la couronne de démarrage (non représentée), d'un moteur thermique. Une butée d'arrêt 63 20 permet de limiter le mouvement axial du pignon 67 lorsqu'il se déplace vers sa position active. Par ailleurs, deux coussinets 71 sont intercalés entre le corps de pignon 66 et l'arbre d'entraînement 12, lequel est monté rotatif par rapport au support 22 via un roulement 72. Le pignon 67 du lanceur 11 est implanté à l'intérieur 25 du support 22. Toutefois, en variante, ce pignon 67 pourra être situé à l'extérieur du support 22. L'arbre d'induit 20 présente un tronçon central portant l'induit 17, une portion avant 201 et une portion arrière 202 opposée axialement. La portion avant 201 est de diamètre réduit et pénètre à l'intérieur d'un perçage borgne 74 30 ménagé dans la face arrière de l'arbre d'entraînement 12. Dans une variante de réalisation non représentée, la portion avant 201 de l'arbre d'induit 20 pourra également être protée par le réducteur ou encore par une pièce pouvant faire office de palier avant. 3065337 8 La portion arrière 202 de l'arbre d'induit 20 est également de diamètre réduit par rapport au tronçon central de l'arbre 20 portant l'induit 17. Ladite portion 202 est montée rotative par rapport au palier arrière 75 au moyen d'un coussinet 76 monté, de préférence par emmanchement, à l'intérieur d'un 5 logement 79 du palier arrière 75. Le coussinet 76 est donc fixe par rapport au palier arrière. Le coussinet 76 comporte une portion annulaire 761 intercalée entre une périphérie externe de l'arbre d'induit 20 et une périphérie interne du logement 79. La portion annulaire 761 s'étendant axialement. Le démarreur 10 comporte, en outre, une plaque 78 disposée axialement 10 entre la portion arrière 202 de l'arbre d'induit 20 et un fond du logement 79 du palier 75. La plaque présente une forme de disque plan s'étendant radialement. De préférence, la plaque 78 est montée par emmanchement de manière serré dans le logement 79 afin d'être fixe par rapport au palier 75 et donc solidaire de ce dernier. Le diamètre de la plaque 78 est donc 15 légèrement réduit par rapport au diamètre interne du logement 75. L'arbre d'induit 20 présente une extrémité axiale arrière s'étendant en regard de la plaque 78 et présentant une zone de contact 80 qui est en contact avec la plaque 78. La zone de contact 80 s'étend radialement suivant une longueur plus faible que le diamètre de la portion 202 de l'arbre d'induit 20. 20 De préférence, la zone de contact 80 est située au centre de l'extrémité axiale dudit arbre. Dans le mode de réalisation de la figure 3, la zone de contact 80 est formée par un épaulement 81 présentant un diamètre inférieur à celui du tronçon de l'arbre d'induit 20 en contact avec la portion annulaire 761 du coussinet 76. 25 L'épaulement 81 comporte une face transversale plane en appui contre la paroi de fond 762 du coussinet 76. En variante la face transversale de l'épaulement 81 pourrait présenter une forme arrondie telle qu'une portion de sphère ou d'ellipsoïde. L'épaulement 81 s'étend en saillie perpendiculaire à partir de la portion arrière 202. Dans une variante de réalisation, une zone 30 chanfreinée pourrait s'étendre entre la portion arrière 202 et l'épaulement 81. Par exemple, le chanfrein peut présenter une forme droite ou courbée. Dans le mode de réalisation de la figure 4, la zone de contact 80 présente une forme arrondie 83 en appui contre la plaque 78. Ainsi, toute la surface de 3065337 9 l'extrémité axiale de l'arbre d'induit 20 présente la forme arrondie. La forme arrondie 83 est, par exemple, une portion de sphère. En l'occurrence, l'arbre d'induit 20 présente à son extrémité en contact avec la plaque 78 une forme de demi-sphère. Dans une variante de réalisation, la forme arrondie 83 peut 5 être une portion d'ellipsoïde. Suivant cette configuration, le contact entre la zone de contact 80 de l'arbre d'induit 20 et la plaque 78 est quasi ponctuel, ce qui permet de limiter au maximum les frottements entre l'arbre d'induit 20 et la plaque 78. De préférence, la zone de contact 80 est formée sur l'extrémité axiale de 10 l'arbre d'induit 20 par usinage. Toujours de préférence, la plaque 78 est formée par emboutissage. Par exemple, la plaque 78 est réalisée dans un matériau à ase d'acier traité comme dans l'exemple illustré par la figure 4. Dans une variante de réalisation, la plaque 78 peut être réalisée à partir d'un matériau fritté comme 15 dans l'exemple illustré par la figure 3. Dans le cas où la plaque 78 est réalisée à partir d'un matériau fritté, la plaque 78 pourra être monobloc avec la portion annulaire 761 du coussinet 76, tel que cela est montré sur la figure 3, et former une paroi de fond 761 du coussinet 76. La paroi de fond 762 est alors prolongée à sa périphérie 20 externe par la portion annulaire 761 d'orientation axiale par rapport à l'axe X. Alternativement, la paroi de fond 762 est distincte par rapport à la portion annulaire 761 du coussinet 76. 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 25 en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. 30 REVENDICATIONS1. Démarreur (10) pour moteur thermique de véhicule automobile comportant : - un induit (17) monté sur un arbre d'induit (20) s'étendant suivant un axe (X), - un inducteur (16) monté de manière à entourer l'induit (17), et - un palier comportant un logement (79) recevant une portion (202) de l'arbre d'induit (20), et le démarreur étant caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une plaque (78) disposée axialement entre la portion (202) de l'arbre d'induit (20) et un fond du logement (79), et en ce qu'une extrémité axiale de l'arbre d'induit (20) présente une zone de contact (80) en appui contre la plaque (78), ladite zone s'étendant radialement suivant une longueur plus faible que le diamètre de la portion (202) de l'arbre d'induit (20). 2. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de contact (80) est centrée par rapport à la portion (202) de l'arbre d'induit. 3. Démarreur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone de contact (80) est constituée par un épaulement (81) s'étendant à partir de l'extrémité axiale de l'arbre d'induit (20). 4. Démarreur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaulement (81) comporte une face plane en appui contre la plaque (78). 5. Démarreur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaulement (81) comporte une face arrondie en appui contre la plaque (78). 6. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'épaulement (81) est relié à la portion (202) par une zone chanfreinée. 7. Démarreur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extrémité axiale de l'arbre d'induit (20) présente une forme arrondie (83) dont un sommet forme la zone de contact (80). 3065337 11 8. Démarreur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la forme arrondie (83) est une portion de sphère. 9. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la plaque (78) est montée serrée dans le logement 5 (79). 10. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la plaque (78) est réalisée dans un matériau à base d'acier traité. 11. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, 10 caractérisé en ce que la plaque (78) est réalisée à partir d'un matériau fritté. 12. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un coussinet (76) comportant une portion annulaire (761) intercalée entre une périphérie externe de la portion (202) de l'arbre d'induit (20) et une périphérie interne du logement (79). 15 13. Démarreur selon la revendication 12 quand dépendante de la revendication 11, caractérisé en ce que la portion annulaire (761) du coussinet (76) est monobloc avec la plaque (78).