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EP0987434A1 - Dispositif pour la commande de l'alimentation d'un moteur électrique de démarreur de véhicule et démarreur comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif pour la commande de l'alimentation d'un moteur électrique de démarreur de véhicule et démarreur comportant un tel dispositif Download PDF

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EP0987434A1
EP0987434A1 EP99402249A EP99402249A EP0987434A1 EP 0987434 A1 EP0987434 A1 EP 0987434A1 EP 99402249 A EP99402249 A EP 99402249A EP 99402249 A EP99402249 A EP 99402249A EP 0987434 A1 EP0987434 A1 EP 0987434A1
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EP
European Patent Office
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power
supply
electric motor
component
transistor
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EP99402249A
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Gérard Vilou
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
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    • F02N11/087—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
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    • F02N11/087—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
    • F02N2011/0874—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches characterised by said switch being an electronic switch

Definitions

  • the present invention relates to power control an electric motor for a vehicle starter, in particular an automobile.
  • the power supply of the electric motor of a starter is controlled by an electromechanical power contact (relay to winding) which is actuated according to the state of the contact switch of the vehicle, either directly or via electronic management integrated or not in the starter.
  • the power contacts of vehicle starters may cause excessive voltage drops to electric starter motor terminals.
  • the reasons for these falls can be diverse: corrosion of the contacts, oxidation by arcs, short circuit by copper dust deposits generated by arcs, rebound when closing, premature closure of contacts even before the pinion is sufficiently engaged in the crown of startup, etc.
  • An object of the invention is to solve this problem.
  • the invention provides a device for controlling the power supply to the electric motor of a vehicle starter in particular automotive, comprising a power switch mounted in series with said electric motor to control the supply thereof, characterized in that this switch consists of a component controllable power electronics.
  • the invention also further relates to a vehicle starter. in particular automobile comprising an electric motor, a pinion intended to be driven by said motor, means for moving said pinion from a rest position to a position where it meshes with a crown of the thermal engine, a device for controlling the supply of sound electric motor, characterized in that this device is of the aforementioned type.
  • This figure shows a motor M of a starter D.
  • This motor M is mounted with a power switch T2 between ground and a B + supply terminal to the battery voltage of the vehicle.
  • the switch T2 does not consist of a contact electromechanical, but by a power transistor which is activated by a management unit 2.
  • This management unit 2 is for example a microcontroller whose an input e1 is connected to the voltage terminal B + via the vehicle contact switch (ignition key switch or other, referenced by 1 in the figure) and an output s2 of which controls the switch T2.
  • the microcontroller 2 is also also directly connected to the terminal B + via a power supply input e2.
  • the power transistor T2 is for example a type transistor MOFSET, whose grid is attacked by a voltage generated by said microcontroller 2, at its aforementioned output s2.
  • the management unit constituted by this micro-controller 2 controls also the supply of a coil B of an electromagnet which itself controls the movement of the starter pinion.
  • the winding B is mounted between earth and the terminal B + supply to the battery voltage with a power transistor T1 controlled by the management unit 2.
  • the transistor T1 is for example a MOFSET transistor whose gate is attacked by a voltage generated by the management unit 2 on one of its outputs (referenced by 1 in the figure).
  • This management unit 2 also receives on two inputs e3, e4 on the one hand the voltage at a point between the winding B and the switch T1 and on the other hand the voltage at a point between the motor M and the transistor T2.
  • the supply sequence of the winding B and the motor M is the next.
  • the microcontroller 2 controls the transistor T1 so that the winding B is supplied by a current at width modulated pulses (PWM or Pulse Width Modulation depending on the Anglo-Saxon terminology generally used).
  • PWM pulse width modulated pulses
  • the PWM modulation can itself be generated by microcontroller 2 on the control voltage of the gate of transistor T1, other modes of of course being possible (in particular, PWM modulation of the supply current of the winding B could be generated by a specific assembly arranged in the supply circuit of said coil B).
  • the control thus carried out on the transistor T1 ensures a docking at low speed of the starter pinion against the crown of the thermal motor.
  • the voltage received on input e3 makes it possible to monitor the evolution of the voltage across coil B. As long as the moving core of the solenoid controlled by the winding B moves, the voltage at terminals of said coil varies. It only stabilizes when the nucleus has finished his run.
  • the voltage on output s2 goes high and turns on the transistor power T2 which supplies the electric motor M.
  • the duty cycle of the PWM voltage controlling the transistor T1 changes value so that the intensity of the supply current from coil B goes to a holding value.
  • This value is chosen high enough to maintain the electromagnet closed, but also weak enough not to cause excessive heating of the winding B or of the transistor T1.
  • the transistor T1 can be supplied according to a law of predetermined voltage as a function of time. At the end of this period, the output 2 goes high and turns on the power transistor T2.
  • start-up - i.e. when the ignition key is released or when the microcontroller 2 controls the automatic end of the start-up - microcontroller 2 passes voltages to outputs s1 and s2 in the low state to block the transistors T1 and T2.
  • Such an electric motor supply control of a starter has many advantages.

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Abstract

Dispositif pour la commande de l'alimentation du moteur électrique (M) d'un démarreur (D) de véhicule notamment automobile, comportant un commutateur de puissance monté en série avec ledit moteur électrique pour commander l'alimentation de celui-ci, caractérisé en ce que ce commutateur est constitué par un composant électronique de puissance commandable (T2). <IMAGE>

Description

La présente invention est relative à la commande de l'alimentation d'un moteur électrique de démarreur de véhicule, notamment automobile.
Classiquement, l'alimentation du moteur électrique d'un démarreur est commandée par un contact de puissance électromécanique (relais à bobinage) qui est actionné en fonction de l'état de l'interrupteur de contact du véhicule, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une électronique de gestion intégrée ou non au démarreur.
Toutefois, les contacts de puissance des démarreurs de véhicule automobile peuvent être à l'origine de chutes de tension excessives aux bornes du moteur électrique du démarreur. Les raisons de ces chutes peuvent être diverses : corrosion des contacts, oxydation par les arcs, court-circuit par les dépôts de poussière de cuivre générés par les arcs, rebondissement lors de la fermeture, fermeture prématurée des contacts avant même que le pignon soit suffisamment engagé dans la couronne de démarrage, etc..
Un but de l'invention est de résoudre ce problème.
A cet effet, l'invention propose un dispositif pour la commande de l'alimentation du moteur électrique d'un démarreur de véhicule notamment automobile, comportant un commutateur de puissance monté en série avec ledit moteur électrique pour commander l'alimentation de celui-ci, caractérisé en ce que ce commutateur est constitué par un composant électronique de puissance commandable.
Ce dispositif est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles :
  • ce composant est un transistor de puissance.
  • ce composant est commandé par une unité de gestion.
  • le déplacement du pignon du démarreur est commandé par un électro-aimant dont le bobinage est monté en série avec un deuxième composant électronique commandable de puissance qui est lui-même commandé par l'unité de gestion et qui commande l'alimentation dudit bobinage.
  • le deuxième composant électronique de puissance est un transistor de puissance.
  • le deuxième composant de puissance est commandé par un signal cyclique à impulsions à largeurs modulées.
  • l'unité de gestion reçoit en entrée la tension aux bornes du bobinage et comporte des moyens pour détecter la stabilisation de cette tension, ainsi que des moyens pour modifier le rapport cyclique dudit signal à impulsions à largeur modulée lorsque cette stabilisation est détectée.
  • l'unité de gestion comporte des moyens pour commander le passage à l'état passant du composant de puissance qui commande l'alimentation du moteur électrique lorsque cette stabilisation de tension est détectée.
  • le (ou les) transistor(s) de puissance est (sont) de type MOFSET.
L'invention concerne en outre également un démarreur de véhicule notamment automobile comportant un moteur électrique, un pignon destiné à être entraíné par ledit moteur, des moyens pour déplacer ledit pignon d'une position de repos à une position où il engrène avec une couronne du moteur thermique, un dispositif pour commander l'alimentation de son moteur électrique, caractérisé en ce que ce dispositif est du type précité.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard de la figure unique annexée qui est une représentation schématique d'un dispositif conforme à un mode de réalisation possible de l'invention.
On a représenté sur cette figure un moteur M d'un démarreur D.
Ce moteur M est monté avec un interrupteur de puissance T2 entre la masse et une borne B+ d'alimentation à la tension de la batterie du véhicule.
L'interrupteur T2 est constitué non pas par un contact électromécanique, mais par un transistor de puissance qui est actionné par une unité de gestion 2.
Cette unité de gestion 2 est par exemple un micro-contrôleur dont une entrée e1 est reliée à la borne de tension B+ par l'intermédiaire de l'interrupteur de contact du véhicule (interrupteur de clé de contact ou autre, référencé par 1 sur la figure) et dont une sortie s2 commande l'interrupteur T2. Le micro-contrôleur 2 est en outre également directement relié à la borne B+ par une entrée e2 d'alimentation.
Le transistor de puissance T2 est par exemple un transistor de type MOFSET, dont la grille est attaquée par une tension générée par ledit micro-contrôleur 2, au niveau de sa sortie s2 précitée.
L'unité de gestion que constitue ce micro-contrôleur 2 commande également l'alimentation d'un bobinage B d'un électroaimant qui lui-même commande le déplacement du pignon du démarreur.
A cet effet, le bobinage B est monté entre la masse et la borne B+ d'alimentation à la tension de la batterie avec un transistor de puissance T1 commandé par l'unité de gestion 2.
Le transistor T1 est par exemple un transistor MOFSET dont la grille est attaquée par une tension générée par l'unité de gestion 2 sur une de ses sorties (référencée par 1 sur la figure).
Cette unité de gestion 2 reçoit également sur deux entrées e3, e4 d'une part la tension en un point entre le bobinage B et l'interrupteur T1 et d'autre part la tension en un point entre le moteur M et le transistor T2.
La séquence d'alimentation du bobinage B et du moteur M est la suivante.
La fermeture de l'interrupteur de contact 1 met le micro-contrôleur 2 en état d'activation.
Celui-ci met en oeuvre différentes opérations d'initialisation, telles que la vérification de ce que l'induit du moteur M n'est pas en rotation (absence de tension induite aux bornes du moteur M), de ce que le bobinage B n'est pas alimenté, ou encore telles qu'un contrôle de- la température du démarreur.
Une fois ces opérations réalisées, le micro-contrôleur 2 commande le transistor T1 de façon que le bobinage B soit alimenté par un courant à impulsions à largeur modulée (PWM ou Pulse Width Modulation selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée). A cet effet, la modulation PWM peut être elle-même générée par le micro-contrôleur 2 sur la tension de commande de la grille du transistor T1, d'autres modes de réalisation étant bien entendu possibles (notamment, la modulation PWM du courant d'alimentation du bobinage B pourrait être générée par un montage spécifique disposé dans le circuit d'alimentation dudit bobinage B).
La commande ainsi réalisée sur le transistor T1 permet d'assurer un accostage à vitesse réduite du pignon du démarreur contre la couronne du moteur thermique.
La tension reçue sur l'entrée e3 permet de surveiller l'évolution de la tension aux bornes de la bobine B. Tant que le noyau mobile de l'électroaimant commandé par le bobinage B se déplace, la tension aux bornes dudit bobinage varie. Elle ne se stabilise que lorsque le noyau a terminé sa course.
Lorsque cette stabilisation est détectée par le micro-contrôleur 2, la tension sur la sortie s2 passe à l'état haut et débloque le transistor de puissance T2 qui alimente le moteur électrique M.
Dans le même temps, le rapport cyclique de la tension PWM commandant le transistor T1 change de valeur de façon à ce que l'intensité du courant d'alimentation de la bobine B passe à une valeur de maintien.
Cette valeur est choisie suffisamment élevée pour maintenir l'électro-aimant fermé, mais également suffisamment faible pour ne pas provoquer d'échauffement excessif du bobinage B ou du transistor T1.
En variante, le transistor T1 peut être alimenté suivant une loi de tension prédéterminée en fonction du temps. A l'issue de cette période, la sortie 2 passe à l'état haut et débloque le transistor de puissance T2.
En fin de démarrage - c'est à dire lorsque la clé de contact est relâchée ou lorsque le micro-contrôleur 2 commande la fin automatique du démarrage - le micro-contrôleur 2 fait passer les tensions sur les sorties s1 et s2 à l'état bas pour bloquer les transistors T1 et T2.
Une telle commande d'alimentation du moteur électrique d'un démarreur présente de nombreux avantages.
Elle réalise une commutation statique évitant tous les phénomènes connus d'oxydation de contact, d'usure, de corrosion, de rebonds de contact, etc.
Elle permet la réduction de coûts, d'encombrement et de poids, le contacteur n'ayant plus d'effort à exercer lors de la fermeture des contacts de puissance.

Claims (10)

  1. Dispositif pour la commande de l'alimentation du moteur électrique (M) d'un démarreur (D) de véhicule notamment automobile, comportant un commutateur de puissance monté en série avec ledit moteur électrique (M) pour commander l'alimentation de celui-ci, caractérisé en ce que ce commutateur est constitué par un composant électronique de puissance commandable (T2).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce composant (T2) est un transistor de puissance.
  3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ce composant est commandé par une unité de gestion (2).
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le déplacement du pignon du démarreur (D) est commandé par un électro-aimant dont le bobinage (B) est monté en série avec un deuxième composant électronique commandable de puissance (T1) qui est lui-même commandé par l'unité de gestion (2) et qui commande l'alimentation dudit bobinage.
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le deuxième composant électronique de puissance (T1) est un transistor de puissance.
  6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le deuxième composant de puissance (T1) est commandé par un signal cyclique à impulsions à largeurs modulées.
  7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce. que l'unité de gestion (2) reçoit en entrée la tension aux bornes du (B) et comporte des moyens pour détecter la stabilisation de cette tension, ainsi que des moyens pour modifier le rapport cyclique dudit signal à impulsions à largeur modulée lorsque cette stabilisation est détectée.
  8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'unité de gestion (2) comporte des moyens pour commander le passage à l'état passant du composant de puissance (T2) qui commande l'alimentation du moteur électrique lorsque cette stabilisation de tension est détectée.
  9. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 5, caractérisé en ce que le (ou les) transistor(s) de puissance (T1, T2) est (sont) de type MOFSET.
  10. Démarreur de véhicule notamment automobile comportant un moteur électrique (M), un pignon destiné à être entraíné par ledit moteur (M), des moyens pour déplacer ledit pignon d'une position de repos à une position où il engrène avec une couronne du moteur thermique, un dispositif pour commander l'alimentation de son moteur électrique (M), caractérisé en ce que ce dispositif est du type selon l'une des revendications précédentes.
EP99402249A 1998-09-16 1999-09-14 Dispositif pour la commande de l'alimentation d'un moteur électrique de démarreur de véhicule et démarreur comportant un tel dispositif Expired - Lifetime EP0987434B1 (fr)

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