De manière générale, l'invention concerne le domaine des démarreurs pour moteur thermique dans les véhicules automobiles. Plus particulièrement, l'invention concerne la combinaison d'un démarreur et d'un dispositif autorisant un rehaussement de la tension aux bornes de la batterie du véhicule lors de la mise sous tension du démarreur.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION.

Lors de la mise sous tension d'un démarreur pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, il se produit un appel de courant important qui est proche du niveau de courant de court-circuit du démarreur, à savoir, un courant de l'ordre de 1000 Ampères. Cet appel de courant à la mise sous tension du démarreur décroît ensuite en intensité à mesure que l'induit du démarreur, correspondant au rotor de la machine, monte en vitesse.

A ce pic initial de courant correspond une chute conséquente de la tension aux bornes de la batterie. D'autres chutes de tension moins importantes se produisent ensuite pendant la phase de démarrage et correspondent à des passages par des points morts hauts successifs du moteur thermique.

Le développement de démarreurs dits « renforcés » adaptés pour des systèmes d'arrêt/ relance automatique du moteur thermique (systèmes dits « Stop/Start » ou « Stop & Go » en terminologie anglaise) imposent aujourd'hui de nouvelles contraintes aux équipementiers automobiles, relatives au respect de seuils de tension minima de la batterie lors de l'appel de courant à la mise sous tension du démarreur. Ainsi, dans leurs cahiers de charges, les constructeurs automobiles définissent un premier seuil de tension compris habituellement entre 7 et 9 Volt en dessous duquel ne doit pas descendre la tension de batterie. Pour les chutes de tension suivantes, correspondant aux points morts hauts du moteur thermique, la tension de batterie doit rester supérieure à un second seuil de tension compris habituellement entre 8 et 9 Volt. Pendant le démarrage du moteur thermique, la tension du réseau de bord du véhicule reste ainsi à une valeur suffisante pour garantir le fonctionnement attendu des équipements des véhicules. Les démarreurs renforcés ont généralement une puissance supérieure aux démarreurs classiques de manière à obtenir un démarrage rapide pour davantage de confort des utilisateurs. Il en découle un courant d'appel à la mise sous tension plus élevé et donc une première chute de la tension de batterie qui va au-delà des valeurs habituelles et cela en regard d'exigences élevées. Cela entraîne une réelle difficulté pour le concepteur car il faudrait pour se situer au-dessus en tension de batterie que le démarreur possède des chutes de tension interne si élevées qu'il n'aurait plus alors la puissance nécessaire pour entraîner à vitesse suffisante le moteur thermique à basse température.

Dans la technique antérieure, des solutions ont été proposées au problème exposé ci-dessus. Une première solution connue de l'entité inventive repose sur l'utilisation de convertisseurs électroniques élévateurs de tension afin d'éviter un niveau de tension trop bas sur le réseau de bord. Un inconvénient majeur de ces convertisseurs réside dans les coûts substantiels qu'ils introduisent.

Une autre solution connue propose de commander le démarreur au moyen de deux relais, une temporisation et une résistance de limitation de courant. Dans une première phase de fonctionnement dont la durée est déterminée par la temporisation, une résistance additionnelle est insérée en série dans le circuit de démarrage et limite le pic de courant initial. Dans une seconde phase de fonctionnement, la résistance additionnelle est sortie du circuit de démarrage afin de permettre le passage d'un courant suffisant dans l'induit du démarreur et d'autoriser une montée en vitesse de celui-ci.

Les documents EP2080897A2 et EP2128426A2 décrivent un démarreur du type ci-dessus. Outre l'inconvénient du coût additionnel qu'implique le relais de commande supplémentaire, la temporisation et la résistance de limitation de courant, l'introduction de ce relais supplémentaire, qui comporte des pièces mécaniques mobiles soumises à usure, a un impact négatif sur la tenue du démarreur en termes de nombre de cycles de démarrage que doit pouvoir supporter sans encombre le démarreur. La tenue du démarreur en nombre de cycles de démarrage est une contrainte particulièrement sévère pour les démarreurs destinés à des systèmes Stop/ Start. En effet, il est demandé à de tels démarreurs de tenir environ 300 000 cycles de démarrage, soit dix fois plus que les 30 000 cycles environ demandés aux démarreurs classiques.

Outre les inconvénients exposés ci-dessus, l'utilisation de cette seconde solution de la technique antérieure peut s'avérer inadaptée lorsque la satisfaction à un gabarit de tension contraignant en termes de temps est demandée par le constructeur automobile. Un tel gabarit comporte généralement un palier bas de tension correspondant au premier seuil de tension indiqué ci-dessus et un palier haut de tension correspondant au second seuil de tension. Une rampe de tension montante est également prévue dans le gabarit entre le palier bas et le palier haut.

Les essais réalisés par l'entité inventive, avec les valeurs usuelles des constructeurs pour la durée du palier bas et la pente de la rampe du gabarit, montrent la difficulté qu'il y a avec cette seconde solution de la technique antérieure de rester dans le gabarit. En effet, il a été constaté un risque de franchissement du gabarit au niveau de sa rampe de tension lorsque la tension de batterie, après s'être redressée une fois le pic initial de courant absorbé, chute à nouveau à la fin de la temporisation, le courant traversant l'induit du démarreur augmentant alors sensiblement du fait de la sortie de la résistance de limitation de courant du circuit de démarrage. Après ce franchissement, la tension de batterie peut rester sous le gabarit pendant une certaine durée et ne revenir au-dessus du gabarit qu'après la fin de la rampe de tension montante, alors que l'instant de début du palier haut de tension a déjà été atteint.

Dans le but de supprimer les inconvénients indiqués ci-dessus, l'entité inventive a déjà proposé des perfectionnements aux démarreurs existants de la technique antérieure, notamment pour les applications dans des véhicules automobiles de la fonction d'arrêt/ relance automatique du moteur thermique.

Ces perfectionnements ont consisté, de manière générale, à monter un dispositif de filtrage de type inductif en série avec le moteur électrique dans le circuit de puissance du démarreur, de façon à empêcher une chute de la tension de batterie consécutive à un pic de courant produit par la mise en service du moteur électrique.

De nouvelles études menées par l'entité inventive ont permis d'optimiser les modes de réalisation de ces perfectionnements. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION.

Selon un premier aspect, la présente invention concerne donc une combinaison dans un circuit électrique de démarreur d'un véhicule automobile d'un démarreur et d'un dispositif de rehaussement de tension de batterie, le démarreur comprenant un moteur électrique et un contacteur électromagnétique, le dispositif de rehaussement de tension de batterie étant destiné à empêcher une chute de la tension de batterie consécutive à un pic de courant produit par la mise en service, dans un circuit de puissance, du démarreur.

Conformément à l'invention, le dispositif de rehaussement de tension de batterie consiste en un dispositif de filtrage de type inductif qui est monté en série avec le moteur électrique dans le circuit de puissance, le dispositif de filtrage comprenant un circuit magnétique qui est constitué d'une carcasse en matériau magnétique comportant une culasse cylindrique, deux pièces de fermeture et un noyau axial autour duquel sont agencés un circuit d'enroulement primaire destiné à s'insérer en série dans le circuit de puissance et un circuit d'enroulement secondaire en court-circuit, et comprenant un noyau axial qui présente au moins un entrefer.

Selon une première forme de réalisation particulière, ledit au moins un entrefer est un entrefer médian.

Selon une seconde forme de réalisation particulière, ledit au moins un entrefer comporte deux entrefers extrémaux entre les pièces de fermeture.

Selon une troisième forme de réalisation particulière, les pièces de fermeture présentent chacune un entrefer annulaire. De préférence, l'entrefer annulaire est aligné axialement avec le circuit d'enroulement primaire ou avec le circuit d'enroulement secondaire.

Selon une caractéristique particulière, le circuit d'enroulement secondaire est constitué d'un tube électriquement conducteur. Le tube est constitué de cuivre ou d'aluminium et présente un rapport longueur sur rayon prédéterminé, ainsi qu'une épaisseur prédéterminée.

Selon une autre forme de réalisation particulière, le dispositif de filtrage est inséré dans le circuit de puissance de démarreur entre une borne positive d'une batterie du véhicule et un contact de puissance du contacteur électromagnétique.

Selon encore une autre forme de réalisation particulière, le dispositif de filtrage est inséré dans le circuit de puissance de démarreur entre un contact de puissance du contacteur électromagnétique et le moteur électrique.

Selon un autre aspect, l'invention concerne également un démarreur apte à être intégré dans une combinaison telle que décrite brièvement ci-dessus. Conformément à l'invention, le dispositif de filtrage inclus dans la combinaison est fixé sur un carter extérieur du démarreur.

Les quelques spécifications ci-dessus auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages supplémentaires obtenus grâce à l'optimisation par la société demanderesse de son dispositif de filtrage de type inductif.

Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS.

La Figure 1 est une vue en perspective montrant une combinaison d'un démarreur et d'un dispositif de filtrage de type inductif du genre mis au point antérieurement par la société demanderesse.

La Figure 2 est un schéma de principe d'un circuit électrique de démarreur comprenant une combinaison telle que montrée sur la Figure 1.

Les Figures 3a, 3b et 3c montrent respectivement la variation du flux magnétique et de l'énergie magnétique dans le dispositif de filtrage en fonction du courant circulant dans le circuit de puissance du démarreur, ainsi que l'évolution du courant en fonction du temps, dans le cas du dispositif de filtrage selon l'invention (carrés) et dans le cas des dispositifs de filtrage antérieurs (losanges).

La Figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif de filtrage de type inductif du genre mis au point antérieurement par la société demanderesse.

La Figure 5 est une vue en coupe axiale du dispositif de filtrage selon l'invention dans un premier mode de réalisation préféré.

La Figure 6 est une vue en coupe axiale du dispositif de filtrage selon l'invention dans un deuxième mode de réalisation préféré.

Les Figures 7a et 7b sont des vues en coupe axiale d'exemplaires du dispositif de filtrage selon l'invention dans un troisième mode de réalisation préféré.

DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION.

La Figure 1 montre une combinaison 1 d'un démarreur, comprenant un moteur électrique à courant continu DCM et un contacteur électromagnétique EC, et d'un dispositif de filtrage LPF de type inductif sur lequel ont porté les efforts d'optimisation de la société demanderesse.

Dans cette réalisation, le dispositif de filtrage LPF est fixé mécaniquement à un carter extérieur du démarreur, à proximité du contacteur EC.

Les liaisons électriques entre le dispositif de filtrage LPF, le contacteur EC et le moteur électrique DCM sont montrées sur la Figure 2.

Le dispositif de filtrage LPF est électriquement monté en série entre le contact de puissance CP du contacteur EC et le moteur DCM.

Dans une forme de réalisation alternative (non représentée), le dispositif de filtrage LPF n'est pas intégré dans le démarreur EC, DCM, mais est inséré dans le circuit de puissance entre la borne positive B+ de la batterie et le contact de puissance CP.

Le contacteur EC est ici un contacteur classique de démarreur, à simple contact de puissance CP, et comprend un solénoïde formé d'une bobine d'appel et d'une bobine de maintien.

La fermeture d'un contact de démarrage CS du véhicule commande l'excitation des bobines d'appel et de maintien, et l'activation du démarreur selon un séquencement bien connu de l'homme du métier et qui ne sera pas détaillé ici.

Le fort pic initial de courant mentionné plus haut intervient à la fermeture du contact de puissance CP, lorsque le moteur DCM est alimenté à pleine puissance.

La fermeture du contact de puissance CP provoque également la circulation dans le dispositif de filtrage LPF d'un courant de puissance alimentant le moteur DCM.

Comme montré par son schéma électrique représenté à la Figure 2, le dispositif de filtrage LPF est ici un dispositif de type inductif qui est réalisé ici sous la forme d'un transformateur de type cuirassé ayant des enroulements couplés magnétiquement. On notera que selon les applications, une simple inductance aurait pu être utilisée pour former le dispositif de filtrage passe-bas sur lequel ont porté les travaux d'optimisation. La forme de réalisation avec un transformateur permet cependant de disposer de plus de paramètres pour ajuster la réponse en fréquence du dispositif LPF en fonction de l'application. Ainsi, il est possible d'optimiser cette réponse en réglant les inductances des circuits primaire et secondaire W1 , W2 et la mutuelle inductance introduite par le couplage entre ces circuits.

Le circuit d'enroulement primaire W1 est celui qui est inséré dans le circuit de puissance du démarreur. Le circuit d'enroulement secondaire W2 est court-circuité.

Typiquement, l'inductance équivalente du dispositif de filtrage inductif LPF est comprise entre 0,1 et 10 mH environ pour des courants ayant un ordre de grandeur de 300 à 1000 A.

L'effet de rehaussement de la tension de batterie obtenu découle du fait qu'à la mise sous tension du moteur DCM, le pic initial de courant est coupé (atténué d'environ la moitié) en raison de la production de forts courants induits dans le circuit secondaire W2 court-circuité, qui s'opposent à la brutale variation de flux magnétique qui les génère.

La Figure 3a montre la variation du flux magnétique Φ dans un circuit magnétique d'un dispositif de filtrage LPF non optimisé (courbe en losanges 2) et dans le circuit magnétique d'un dispositif de filtrage LPF optimisé (courbe en carrés 3) selon l'invention.

Dans le cas du dispositif de filtrage LPF non optimisé, le flux magnétique Φ croît très rapidement avec l'intensité pour se stabiliser à une valeur maximum.

La Figure 3b montre que cette valeur de saturation correspond au stockage d'une faible quantité d'énergie magnétique Em (courbe en losanges 4).

Il s'ensuit que, bien que le pic de courant soit atténué, le courant de puissance I croît très rapidement dès que la saturation du circuit magnétique du dispositif de filtrage LPF non optimisé est atteinte, comme le montre bien la Figure 3c (courbe en losanges 5).

Dans le but de retarder l'apparition du phénomène de saturation, le dispositif de filtrage LPF optimisé selon l'invention comprend un circuit magnétique avec au moins un entrefer AG.

La Figure 3a montre bien que le flux magnétique Φ croît alors moins fortement en fonction du courant de puissance I (courbe en carrés 3) que dans le cas où le circuit magnétique ne présente pas d'entrefer AG (courbe en losanges 2). Le phénomène de saturation est aussi moins important.

Dans ce cas, l'énergie magnétique Em emmagasinée atteint des valeurs supérieures (courbe en carrés 6 de la Figure 3b) aux valeurs correspondant au dispositif de filtrage LPF non optimisé (courbe en losanges 4).

Le résultat de la mise en œuvre d'un entrefer AG est une évolution lente (comme le montre la courbe en carrés 7 de la Figure 3c) du courant de puissance I après saturation, au moment de la mise en service du moteur DCM, comparativement au dispositif de filtrage LPF non optimisé.

La Figure 4 montre un dispositif de filtrage de type inductif du genre mis au point antérieurement par la société demanderesse, qui comprend essentiellement une carcasse C, YO, CM, CM' en matériau magnétique tel que l'acier, et des circuits d'enroulement primaire W1 et secondaire W2. La carcasse comprend une culasse cylindrique YO, deux pièces de fermeture CM, CM' et un noyau axial C autour duquel sont agencés les circuits d'enroulement W1 , W2.

Le circuit d'enroulement primaire W1 est destiné à s'insérer en série dans le circuit de puissance et le circuit d'enroulement secondaire W2 est en court-circuit.

Ce circuit d'enroulement secondaire W2 comprend plusieurs spires ou, alternativement, est réalisé sous la forme d'une bague.

Dans un premier mode de réalisation préféré, représenté sur la Figure 5, le dispositif LPF optimisé comprend les mêmes éléments essentiels que le dispositif de filtrage LPF non optimisé, c'est-à-dire une carcasse C, YO, CM, CM' en matériau magnétique et des circuits d'enroulement primaire W1 et secondaire W2. Il en diffère par la présence d'un entrefer médian AG, de l'ordre de 0,5 mm à 5 mm, dans une direction axiale, situé sensiblement au milieu du noyau central C.

Dans un deuxième mode de réalisation préféré, représenté sur la Figure 6, le dispositif LPF optimisé comporte un noyau axial C présentant deux entrefers extrémaux AG1 , AG1 ' entre les pièces de fermeture CM, CM'. Ces entrefers AG1 , AG1 ' sont de préférence de l'ordre de 0,5 mm à 5 mm.

Dans un troisième mode de réalisation préféré, représenté sur les Figure 7a et 7b, le dispositif LPF optimisé comporte des pièces de fermeture CM, CM' présentant chacune un entrefer annulaire AG2, AG2'; AG3, AG3'.

Ces entrefers annulaires AG2, AG2'; AG3, AG3 sont axialement alignés soit avec le circuit d'enroulement primaire W1 (Figure 7a), soit avec le circuit d'enroulement secondaire W2 (Figure 7b), c'est-à-dire que les génératrices les définissant sont sensiblement confondues avec celles enveloppant les circuits d'enroulement primaire et secondaire W1 , W2.

Un entrefer AG dans le circuit magnétique C, YO, CM, CM' permet d'atteindre plus tard la saturation de ce circuit magnétique C, YO, CM, CM', et donc d'alimenter plus longtemps le moteur électrique DCM du démarreur DCM, EC par un niveau de courant atténué (au moyen du dispositif de filtrage LPF).

De la sorte, le moteur électrique DCM a atteint une vitesse de rotation plus élevée, et génère donc une force contre-électromotrice plus élevée, au moment de la saturation, ce qui contribue à limiter le courant de puissance I.

Dans certains modes de réalisation de l'invention, le circuit d'enroulement secondaire W2 pourra avantageusement être constitué d'un tube conducteur (par exemple en cuivre ou en aluminium) concentrique au circuit d'enroulement primaire W1 , et situé à l'extérieur ou à l'extérieur de ce dernier.

Une telle structure peut conduire à un dispositif de filtrage LPF de réalisation plus simple par rapport au circuit d'enroulement secondaire W2 en plusieurs spires. On notera que le maintien d'un rapport longueur sur rayon identique, par rapport à un circuit d'enroulement secondaire W2 en plusieurs spires, demandera un dimensionnement correct de l'épaisseur du tube. Le fonctionnement électrique du dispositif de filtrage LPF ne sera pas modifié en raison du rapport N2/N1 qui caractérise le transformateur, à condition de passer d'une résistance R pour N2 spires à une résistance R N2 ² pour une spire avec le tube, N2 et N1 étant respectivement les nombres de spires des circuits d'enroulement W2 et W1 .

Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seuls modes d'exécution préférentiels décrits ci-dessus.

Notamment, les diverses dispositions dans le circuit magnétique C, YO, CM, CM' du ou des entrefers AG spécifiées ne sont que des exemples de réalisation.

Dans la description ci-dessus, les entrefers AG sont implicitement des espaces libres entre deux parties du circuit magnétique C, YO, CM, CM'.

Alternativement, la fonction des entrefers AG peut être obtenue au moyen d'une section saturable dans le circuit magnétique C, YO, CM, CM', section qui se sature soit brutalement, soit progressivement. Par exemple, une pièce de fermeture CM, CM' de section insuffisante pour passer le flux total va se saturer en commençant par le centre, ce qui est équivalent à un entrefer qui se forme progressivement. La saturation peut être déterminée en choisissant l'épaisseur de la pièce de fermeture CM, CM' en fonction du rayon. De même, un étranglement dans le noyau C, ou dans le retour de flux extérieur peut servir à créer par saturation un effet d'entrefer progressif.

L'invention embrasse donc toutes les variantes possibles de réalisation dans la limite de l'objet des revendications ci-après.