PROTECTION THERMIQUE

La présente invention porte sur un démarreur de véhicule automobile muni d'un organe de protection thermique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les démarreurs de systèmes d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique, dits système "stop and start" en anglais.

De façon connue en soi, les démarreurs, comprennent un moyen de protection contre les surintensités prenant la forme d'un ou plusieurs fusibles électriques et/ou d'un ou plusieurs disjoncteurs. La figure 1 montre ainsi un exemple de moteur 1 de démarreur comprenant un fusible 2 monté en série entre une borne d'alimentation 3 de la machine électrique 1 et des enroulements 4 du stator du moteur.

Le fusible est destiné à fondre pour couper l'alimentation électrique du moteur lorsqu'il est parcouru par un courant prédéterminé maximum. Cela permet d'éviter de détériorer le démarreur ou son environnement à cause de la chaleur produite par une surintensité. Une telle surintensité apparaît notamment dans le cas où le rotor du moteur est bloqué en rotation.

Lorsque la machine fonctionne à vide ou à faible charge (c'est-à-dire qu'elle fonctionne environ entre 0 et 25% de la charge nominale), la vitesse de rotation à vide du rotor entraîne également un échauffement de la machine électrique susceptible d'endommager le démarreur sur la durée. Toutefois, dans ce cas, le courant traversant le fusible peut être trop faible pour engendrer une fusion du fusible 2 et cela même sur une longue durée. Le document FR1450573 décrit un système de protection thermique 5 permettant de couper l'alimentation électrique du moteur dans les deux cas précités (en cas de blocage et en cas de fonctionnement à faible charge). Plus précisément, ce système est configuré pour qu'en cas de surchauffe, une partie surmoulée sur la platine du porte-balais se déforme, en sorte que les cages à balai de polarité positive soumises à l'action de ressorts entrent en contact avec la platine reliée à la borne de polarité négative. On crée ainsi un court-circuit générant une ouverture du fusible du démarreur.

L'invention vise à améliorer la protection thermique du démarreur en cas de faible niveau de charge de la batterie du véhicule susceptible de rendre difficile l'ouverture du fusible, et ce même en cas de court-circuit.

A cet effet, l'invention propose un démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile comprenant:

- au moins un balai,

- une tresse connectée physiquement à chacun des au moins un balai pour assurer une liaison électrique, et

- un conducteur pour relier électriquement chacune des tresses de balai à une polarité positive ou négative,

caractérisé en ce que

un organe de protection thermique est monté entre l'au moins une tresse et ledit conducteur pour relier électriquement ledit conducteur à ladite tresse, ledit organe de protection thermique comprenant:

- une soudure par apport de matière, pour relier électriquement ladite tresse audit conducteur, et

- un organe élastique monté en contrainte élastique pour déconnecter électriquement ledit conducteur par rapport à ladite tresse en déplaçant ladite tresse ou ledit conducteur en cas de fusion de ladite soudure entre ledit conducteur et ladite tresse.

L'invention permet ainsi, grâce à l'utilisation de l'organe de protection thermique positionné à proximité de la zone la plus chaude du démarreur. En effet, échauffement du démarreur est particulièrement dû au frottement mécanique entre les balais et le collecteur. Cet échauffement se produit par exemple en phase de survitesse lorsque le pignon du démarreur entraîné par le moteur thermique tourne plus vite que l'arbre entraîné par le rotor du démarreur. Ainsi l'invention permet d'assurer une déconnexion électrique entre le conducteur et la tresse afin de garantir une coupure d'alimentation du moteur électrique en cas de dysfonctionnement du démarreur. Selon une réalisation, l'organe élastique peut avantageusement être monté en contrainte élastique entre ladite tresse ou une pièce solidaire à ladite tresse et ledit conducteur. Cela permet d'utiliser la tresse ou une pièce solidaire à la tresse et le conducteur pour contraindre l'organe élastique entre deux pièces physiques.

Selon une autre réalisation, l'organe élastique est situé contre une autre partie du démarreur tel qu'une plaque porte balai et la tresse ou une pièce solidaire de la tresse.

Selon un mode de réalisation, la soudure par apport de matière est réalisée pour souder la tresse directement au conducteur et en ce que le démarreur comprend en outre une pièce de guidage de la tresse pour l'empêcher de revenir en contact avec le conducteur lors de la déconnexion.

Selon une réalisation, ledit organe de protection thermique comprend en outre une pièce intermédiaire, plus rigide que ladite tresse, située entre ledit conducteur et ladite tresse pour les connecter électriquement et en ce que ladite tresse est soudée sur ladite pièce intermédiaire, et en ce que ladite soudure par apport de matière connecte par soudure ladite pièce intermédiaire audit conducteur, ledit organe élastique étant situé entre ladite pièce intermédiaire et ledit conducteur pour écarter ladite pièce intermédiaire par rapport audit conducteur afin d'assurer une déconnection électrique.

La pièce intermédiaire permet ainsi d'assurer la déconnection du balai au conducteur même lors de vibrations du démarreur (notamment lorsque le moteur thermique du véhicule a démarré) et de s'abstenir d'un moyen de guidage de la tresse. En effet, dans le cas où la soudure de la tresse sur le conducteur est réalisée par apport de matière, la tresse du fait de sa souplesse peut revenir en contact contre le conducteur lors des vibrations du véhicule.

Selon une réalisation, ledit conducteur est un pont pour raccorder au moins deux balais de même polarité, et en ce qu'il comprend au moins un organe de protection pour chaque balai raccordé électriquement audit pont. Ainsi, on déconnecte tous les balais d'une même polarité sans réaliser de court-circuit pour faire fondre le fusible du démarreur. On limite ainsi la chaleur générée alors que la température dans le démarreur a déjà atteint une température susceptible de détériorer la machine. Selon une réalisation, l'apport de matière de ladite soudure a une caractéristique de fusion entre 200 et 250 degrés Celsius et valant de préférence 220 degrés Celsius. Une telle plage de valeur permet à la fois d'assurer de couper le démarreur avant que celui-ci ne puisse provoquer un incendie et peut en outre permettre à l'utilisateur de démarrer le moteur thermique en cas de très faible température lorsque ce dernier demande un couple plus important pour démarrer.

Selon une réalisation, l'apport de matière de ladite soudure est de l'étain. Une telle soudure permet à la fois d'assurer la fonction mécanique de la soudure mais en outre de s'amollir suffisamment après 200°C pour que l'organe élastique puisse déconnecter la tresse par rapport au conducteur. Selon une réalisation, ledit organe élastique est isolant électriquement. Cela permet d'assurer la déconnection électrique sans pièce supplémentaire.

Selon une réalisation, ledit démarreur comprend en outre une pièce isolante entre ledit organe élastique et ledit conducteur ou ladite pièce intermédiaire. Cela permet de pouvoir réaliser l'organe élastique dans un matériau conducteur.

Selon une réalisation, ledit organe de protection thermique comprend en outre un organe isolant comportant un premier logement pour recevoir une portion dudit conducteur et un deuxième logement pour recevoir une portion de ladite pièce intermédiaire, les deux logements étant séparés l'un de l'autre par une paroi isolante. Cela permet d'assurer en cas de vibration une isolation des deux pièces conductrices.

Selon une réalisation, ledit organe élastique vient de matière avec ladite paroi isolante. Cela permet de faciliter la réalisation de l'ensemble en ayant à fabriquer une seule pièce. Selon une réalisation, ledit organe isolant présente une forme coudée. Cela permet d'empêcher que la pièce intermédiaire puisse pivoter pour revenir en contact électrique lors de la déconnection.

Selon une réalisation, ledit organe élastique est situé entre lesdits logements et ladite soudure. Plus l'organe élastique est située proche de la soudure plus l'organe élastique permet de faciliter la déconnection électrique lors de la fusion de la soudure.

Selon une réalisation, ladite pièce intermédiaire et ledit conducteur présentent une forme de méplat. Cela permet de faciliter la réalisation de la soudure sur des faces de contact planes.

Selon une réalisation, ledit conducteur est connecté à au moins une sortie de bobine électrique.

Selon une réalisation, un ensemble de bobines électriques inductrices est monté en série entre la borne de sortie du contacteur et lesdits balais. Selon une réalisation, l'ensemble de bobines électriques comprend deux demi-ensembles montés en parallèle, chaque demi-ensemble comportant des bobines électriques montées en série.

Selon une réalisation, le nombre de bobines électriques est au moins égal à quatre. 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 un schéma de principe d'un moteur électrique de démarreur de véhicule automobile muni d'un système de protection thermique;

La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un démarreur de moteur thermique de véhicule automobile selon la présente invention;

La figure 3 représente une vue en perspective d'un porte-balais selon l'invention appartenant au démarreur de la figure 2; La figure 4 est une représentation en perspective de l'organe de protection assurant une connexion électrique entre des balais et un pont relié électriquement à une borne d'alimentation;

La figure 5 est une représentation du schéma électrique de montage des bobines dans le démarreur selon la présente invention;

Sur les figures 2 à 5, les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.

En référence à la figure 2, le démarreur 1 1 selon l'invention comporte notamment un arbre d'entraînement 12, un lanceur 13 monté sur l'arbre d'entraînement 12, et un moteur électrique 15 composé d'un stator inducteur 16 et d'un rotor induit 17 solidaire d'un arbre 18. Le moteur 15 comporte une carcasse 21 montée sur un support 22 du démarreur 1 1 destiné à être fixé sur une partie fixe du véhicule automobile.

Un réducteur de vitesse 23 à engrenages de type train épicycloïdal est de préférence intercalé entre une extrémité arrière de l'arbre d'entraînement 12 et l'arbre 18 du moteur électrique 15.

Le démarreur 1 1 comporte également un contacteur électromagnétique 25 s'étendant parallèlement au moteur électrique 15 en étant implanté radialement au-dessus de celui-ci. Le contacteur 25 présente une cuve métallique 28 équipée d'un jeu de bobines d'excitation 29a, 29b. Des bornes 31 , 32 sont conformées pour former chacune un contact fixe à l'intérieur de la cuve 28. L'une des bornes 31 est destinée à être reliée à la borne positive de la batterie du véhicule. L'autre borne 32, dite borne de sortie positive, est connectée à l'entrée du bobinage inducteur du stator 16 et aux balais 35 de polarités positives, comme cela est expliqué plus en détails ci-après.

Ces balais 35 frottent sur des lames conductrices 38 d'un collecteur 39 pour alimenter le bobinage rotorique. Les balais 35 appartiennent à un porte- balais 42 équipé de cages 43 de guidage et de réception des balais 35. Ces balais 35 sont sollicités en direction des lames conductrices 38 par des moyens élastiques 44 de type ressort. Un palier 45 du flasque arrière sert au montage à rotation d'une extrémité de l'arbre 18 du moteur électrique 15. De manière connue, lors de l'excitation de la bobine d'appel 29a, un noyau mobile 48 est attiré par attraction magnétique en direction d'un noyau fixe 49 du contacteur 25 pour, d'une part, agir après rattrapage d'un jeu sur une tige 50 portant un contact mobile 51 pour provoquer la fermeture des contacts 31 , 32 du contacteur 25 et alimenter le moteur électrique 15, et d'autre part, actionner un levier de commande 52 agissant sur le lanceur 13. L'extrémité supérieure du levier 52 est montée de manière connue à articulation sur une tige mobile 55 reliée élastiquement au noyau mobile 48 via un ressort 56, dit ressort dent contre dent, logé dans le noyau mobile 48. Le lanceur 13 peut ainsi passer d'une position de repos dans laquelle un pignon d'entraînement 60 est situé à distance de la couronne de démarrage du moteur thermique à une position active dans laquelle le pignon d'entraînement 60 coopère avec la couronne de démarrage du moteur thermique. L'arbre d'entraînement 12 transmet alors un couple issu du moteur électrique 15 au pignon d'entraînement 60 par le biais d'un corps de pignon 61 , via un dispositif à roue libre 62. Suite à la désactivation du contacteur 25, le lanceur 13 repasse de sa position active à sa position de repos.

Lorsque le lanceur 13 est dans une position active, le corps de pignon 61 est entraîné, via le dispositif à roue libre 62, par un entraîneur 65. A cet effet, le corps de pignon 61 est monté sur l'arbre d'entraînement par l'intermédiaire de deux coussinets 68, 69 de forme annulaire.

Le corps de pignon 61 est monté rotatif dans un palier avant 70 du support 22. Ce palier 70 est constitué à titre d'exemple par un roulement à billes ou en variante par un roulement à aiguilles, ou un palier lisse.

Le dispositif à roue libre 62 est par exemple du type à galets, mais pourrait en variante être remplacé par un dispositif à embrayage conique ou un embrayage muni de plusieurs disques de friction, comme décrit dans le document FR2978500. De manière connue, l'entraîneur 65 est doté intérieurement de cannelures hélicoïdales en prise de manière complémentaire avec des dentures hélicoïdales externes portées par l'arbre d'entraînement 12. Le lanceur 13 est ainsi animé d'un mouvement hélicoïdal lorsqu'il est déplacé par le levier 52 pour venir en position active, par l'intermédiaire du pignon 60, en prise avec la couronne de démarrage du moteur thermique.

Le pignon d'entraînement 60 étant lié en rotation et monté coulissant axialement par rapport au corps du pignon 61 par l'intermédiaire de jeux de rainures de forme complémentaire, un ressort 71 sollicite le pignon d'entraînement 60 en direction d'une butée axiale 72 formée par exemple par un circlip. Le ressort 71 sera compressé en sorte que le pignon 60 recule en cas de choc du pignon 60 avec la couronne de démarrage. La figure 3 est une vue détaillée du porte-balais 42 d'axe X comportant une platine de support 75 de forme sensiblement annulaire sur laquelle est fixé l'ensemble de cages 43 servant chacune de logement à un balai 35.

La platine de support 75 et les cages 43 qu'elle porte viennent se fixer sur le flasque formant le palier arrière 45 pour l'arbre 18 du moteur électrique 15. En outre, la partie centrale de la platine 75 comporte une ouverture 78 par laquelle l'ensemble qu'elle forme avec les cages 43 et les balais 35 est monté autour de l'arbre 18 du moteur électrique 15.

Chaque balai 35 est monté à coulissement à l'intérieur d'une cage 43, laquelle est ouverte du côté de l'axe X pour permettre la mise en contact électrique des balais 35 avec les lames 38 du collecteur 39. Une des parois latérales présente une échancrure pour autoriser le passage du bras du ressort 44 correspondant. Du côté de la face débouchant du côté du collecteur 39, chaque cage 43 pourra comporter des volets 85 s'étendant de part et d'autre du balai 35 pour éviter que les poussières générées par les frottements des balais 35 avec les lames 38 viennent altérer le fonctionnement du porte-balais 42.

Chaque cage 43 pourra être fixée à la platine 75 au moyen de pattes coopérant avec les ouvertures correspondantes ménagées dans la platine 75. Alternativement, les cages 43 sont fixées sur la platine 75 au moyen de rivets. Par ailleurs, un ressort à spirales 44 associé à chaque cage 43 sollicite radialement le balai 35 correspondant vers les lames de contact 38 du collecteur 39. Chaque ressort 44 est en l'occurrence monté autour d'un système de maintien 87 formé par un pion s'étendant axialement par rapport à l'axe X.

Les balais 35 de polarité positive sont reliés électriquement à la borne de sortie positive 32 du contacteur 25 via un conducteur 91 formé par un pont. Le pont 91 présente de préférence une forme courbée de manière à s'étendre suivant une circonférence de la platine support 75. En variante, le pont 91 pourra présenter une forme rectiligne comme montré sur la figure 4.

En outre, le pont 91 est connecté à deux sorties de bobine électrique 92. En effet, comme cela est visible sur la figure 5, un ensemble de bobines électriques 92 inductrices du stator est monté en série entre la borne de sortie positive 32 du contacteur et les balais 35. L'ensemble de bobines comprend deux demi-ensembles montés en parallèle, chaque demi- ensemble comportant des bobines 92 montées en série. Le nombre de bobines 92 dans l'ensemble est ici égal à quatre, mais ce nombre pourra être adapté en fonction de l'application.

Plus précisément, chaque tresse 93 connectée physiquement à un balai 35 de polarité positive est reliée au pont 91 par l'intermédiaire d'un organe de protection thermique 94. Comme on peut le voir sur la figure 4, chaque organe de protection thermique 94 comprend un organe isolant 95, ici de forme coudée, situé à une extrémité du pont 91 . L'organe isolant 95 comprend un premier logement 96 pour recevoir une portion d'extrémité du pont 91 et un deuxième logement 97 pour recevoir une pièce intermédiaire 101 , dite "jambe", plus rigide que la tresse 93 et à laquelle est soudée ladite tresse 93. Les deux logements 96, 97 sont séparés l'un de l'autre par une paroi isolante 98.

Les portions du pont 91 et de la jambe 101 dépassant de l'organe isolant 95 sont reliées électriquement entre elles par l'intermédiaire d'une soudure 104 par apport de matière. L'apport de matière de la soudure 104 a une caractéristique de fusion comprise entre 200 et 250 degrés Celsius et valant de préférence 220 degrés Celsius. Une telle plage de valeur permet à la fois d'assurer une coupure électrique du démarreur avant que celui-ci ne puisse provoquer un incendie et de permettre à l'utilisateur de démarrer le moteur thermique en cas de très faible température, lorsque ce dernier demande un couple plus important pour démarrer. L'apport de matière de la soudure 104 est avantageusement de l'étain. La jambe 101 et le pont 91 présentent une forme de méplat afin de faciliter la réalisation de la soudure 104 sur des faces de contact planes. En outre, un organe élastique 105 est monté en contrainte élastique entre la jambe 101 et le pont 91 au moment de la réalisation de la soudure 104. L'organe élastique 105 permet ainsi de déconnecter électriquement le pont 91 par rapport à la tresse 93 en écartant la jambe 101 par rapport au pont 91 en cas de fusion de la soudure 104 afin d'assurer d'une coupure d'alimentation du moteur électrique.

Afin de faciliter la réalisation de l'ensemble, l'organe élastique 105 vient de préférence de matière avec la paroi isolante 98 de l'organe isolant 95. Avantageusement, l'organe élastique 105 est situé entre les logements 96, 97 et la soudure 104. Plus l'organe élastique 105 est située proche de la soudure 104 plus l'organe élastique 105 permet de faciliter la déconnection électrique lors de la fusion de la soudure 104.

Par ailleurs, les balais 35 de polarité négative destinés au retour de courant sont reliés électriquement à la masse de la machine au moyen de leur tresse 93 respective soudée sur la plaque 76. Les balais 35 de polarité positive et leur cage 43 correspondante sont isolés électriquement de la polarité négative pour un bon fonctionnement du démarreur 1 1 . Cette isolation pourra être obtenue par la réalisation d'une couche de plastique surmoulée sur la plaque 76.

On décrit ci-après l'activation de la protection thermique en cas de dysfonctionnement du démarreur 1 1 . Dans le cas où le niveau de charge de la batterie du véhicule est faible et qu'il se produit une surchauffe causée par exemple par le fonctionnement à vide du démarreur 1 1 pendant une longue durée, la température augmente dans le démarreur 1 1 alors que le courant n'atteint pas un courant seuil permettant la fonte d'un fusible de protection électrique de la machine. Puis, lorsque la température à proximité des balais atteint la température de fusion de la soudure 104, la jambe 101 , qui n'est plus retenue par la soudure 104, est écartée du pont 91 du fait de l'effort exercé par l'organe élastique 105 qui se décomprime et est maintenue à distance du fait de l'épaisseur de la paroi isolante 98 s'étendant entre la jambe 101 et le pont 91 . L'étain fondu peut s'écouler alors par gravité à l'intérieur du porte-balais. Selon un mode préféré, la quantité d'étain est adapté pour pour rester collé à une des faces soudées ou les deux sans être en contact avec l'autre faces, les deux faces étant alors déconnectées électriquement.

Cela a pour effet de déconnecter électriquement la borne de sortie 32 par rapport aux balais 35 de polarité positive. Le démarreur 1 1 passe alors de l'état de fonctionnement à un état hors service du démarreur 1 1 dans lequel le moteur 15 n'est plus alimenté.

La coupure de l'alimentation se produit ainsi sans avoir à réaliser de court- circuit comme dans l'art antérieur qui génère de la chaleur alors que la température dans le démarreur 1 1 a déjà atteint une température susceptible de détériorer la machine. L'homme du métier pourra bien entendu modifier la configuration du porte- balais 42 précédemment décrit sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, en variante, l'organe de protection thermique 94 est dépourvu d'organe isolant 95. L'inconvénient d'une telle configuration est que l'on ne peut pas prévoir précisément le positionnement de la jambe 101 suite à la fusion de la soudure 104.

En variante, il serait également possible de supprimer l'utilisation de la jambe 101 , la tresse 93 étant alors directement soudée sur le pont 91 . L'organe élastique 105 est alors monté comprimé directement entre la tresse 93 et le pont 91 . L'inconvénient d'une telle configuration est que la tresse 93, du fait de sa souplesse, peut revenir en contact contre le pont 91 lors des vibrations du véhicule.

Dans un autre mode de réalisation, on pourra positionner une pièce isolante entre l'organe élastique 105 et le pont 91 ou la pièce intermédiaire 101 . Cela sera le cas par exemple lorsque l'organe élastique 105 prend la forme d'un ressort réalisé dans un matériau électriquement conducteur et qu'au moins une des extrémités du ressort est recouverte par un embout isolant. Alternativement, la platine 75 est reliée électriquement à la polarité positive tandis que le pont 91 est relié à la polarité négative. Le ressort à spirales 44 peut également être remplacé par un ressort cylindrique prenant appui sur le capot pour pousser le balai 35 correspondant contre les lames 38 du collecteur 39.

En variante, le porte-balais 42 comporte plus de quatre balais 35, chaque balai 35 pouvant par exemple être associé à un autre balai 35 positionné du côté opposé de la platine 75.