FR2797109A1 - Machine electrique tournante et demarreur ayant un faible jeu de fonctionnement axial de l'arbre d'induit - Google Patents

Abstract

Machine électrique tournante du type comportant un boîtier constitué d'une première partie (27) comportant un premier logement (72) et d'une seconde partie (36) comportant un second logement (44) qui est aligné axialement avec le premier logement (72), chaque logement comprenant respectivement un premier (73) et un second (46) moyen de guidage en rotation et un premier (78) et un second (48) moyen de calage axial, un arbre d'induit (18) comprenant un premier tronçon d'extrémité (52) et un second tronçon d'extrémité (42) dont chacun est guidé en rotation respectivement par le premier (73) et le second moyen de guidage (46), caractérisée en ce que le premier moyen de calage axial (78) est monté serré dans le premier logement (72) dans une position initiale (88), pour être réglable axialement lors du montage pour minimiser le jeu de fonctionnement axial.L'invention concerne aussi un démarreur mettant en oeuvre la machine électrique tournante.

Description

L'invention concerne un démarreur de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement une machine électrique tournante du type comportant un boîtier constitué d'une première partie comportant un premier logement et d'une seconde partie comportant un second logement qui est aligné axialement avec le premier logement, chaque logement comprenant respectivement un premier et un second moyen de guidage en rotation et un premier et un second moyen de calage axial, un arbre d'induit comprenant un premier tronçon d'extrémité et un second tronçon d'extrémité dont chacun est guidé en rotation respectivement par le premier et le second moyen de guidage, et du type dans lequel après le montage des moyens de calage axial dans les logements, de l'arbre dans ses moyens de guidage en rotation et l'assemblage axial des deux parties du boîtier, il existe un jeu axial initial de fonctionnement entre les extrémités libres des tronçons d'extrémité de l'arbre d'induit et les moyens de calage axial.

Les démarreurs automobiles comportent un arbre d'induit qui supporte des bobinages. L'arbre d'induit est calé axialement par des faces frontales qui, de manière générale, sont ses faces transversales d'extrémités axiales. L'une vient en butée contre l'arbre de sortie, tandis que l'autre vient en butée contre un palier situé dans un élément de fermeture du démarreur.

Des pièces sont généralement interposées au niveau des surfaces en contact pour limiter l'usure et éviter les risques de grippage.

Afin de permettre le fonctionnement correct du démarreur et d'éviter tout frottement supplémentaire, le dimensionnement des différents composants est prévu de façon à avoir un jeu axial minimal toujours positif pour l'arbre d'induit.

Or le nombre de pièces à assembler est généralement important, et le jeu résulte d'un empilage de dix à vingt cotes dimensionnelles. Les tolérances de fabrication de chaque pièce s'additionnent et la valeur du jeu de fonctionnement atteint alors plusieurs millimètres. Pour cette raison, il est nécessaire de dimensionner le démarreur pour que les parties tournantes de l'induit ne frottent pas contre les parties fixes. Ce jeu de fonctionnement important entraîne divers inconvénients.

Par rapport à une situation idéale, dans laquelle le jeu axial est pratiquement égal à 0, la présence d'un jeu axial de fonctionnement augmente la longueur du démarreur de la valeur maximum du jeu de fonctionnement.

Par conséquent, plusieurs éléments du démarreur doivent être dimensionnés de manière que la valeur du jeu de fonctionnement puisse être compris entre 0 et la valeur maximum du jeu de fonctionnement.

C'est notamment le cas du balai de collecteur qui doit être plus long que nécessaire.

Afin de résoudre ce problème, on a proposé de réduire les tolérances de fabrication des éléments du démarreur. Mais, d'une part, chaque technologie a sa propre limite, c'est-à-dire qu'il n'est pas possible de réduire les tolérances de fabrication en dessous d'un certain seuil et, d'autre part, plus les tolérances de fabrication sont réduites plus le coût des pièces est élevé.

Une autre solution consiste à faire un réglage du jeu avec des cales. Pour chaque démarreur fabriqué, il est nécessaire de mesurer le jeu réel, puis d'adapter l'épaisseur ou le nombre de cales à mettre en place de façon à obtenir un jeu réglé proche de 0. Cette solution rend le montage du démarreur complexe et coûteux. En effet, la mesure du jeu réel doit être réalisée pour chaque démarreur, ce qui nécessite un poste de travail supplémentaire. L'automatisation de cette tâche est envisageable, mais elle nécessite des investissements importants.

Dans le but d'apporter une solution à ces problèmes l'invention propose une machine électrique tournante du type vu précédemment, caractérisé en ce que le premier moyen de calage axial est monté serré dans le premier logement dans une position initiale, pour être réglable axialement lors du montage.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la machine tournante - lors du montage du premier tronçon d'extrémité de l'arbre d'induit dans le premier logement, le premier tronçon d'extrémité vient en contact avec le premier moyen de calage axial sur lequel il exerce un effort apte à le déplacer axialement dans le premier logement jusqu'à une position finale qui est atteinte lorsqu'un élément de référence de l'arbre d'induit atteint une cote axiale prédéterminée de référence, de manière à réduire la valeur du jeu de fonctionnement axial à une valeur proche de zéro. - le premier moyen de guidage en rotation et le premier moyen de calage axial sont réalisés en un seul composant.

- le second moyen de guidage en rotation et le second moyen de calage axial sont réalisés en un seul composant.

- au moins un moyen de calage axial comporte une surface de contact avec une extrémité libre d'un des tronçons d'extrémité de l'arbre d'induit qui est en forme de calotte sphérique convexe.

L'invention propose aussi un démarreur automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une machine électrique tournante selon l'invention.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le démarreur comprend, coaxialement à l'arbre d'induit, un arbre de sortie qui comporte un perçage axial débouchant dans une extrémité axiale qui est tournée vers l'un des tronçons d'extrémité de l'arbre d'induit, et en ce que le perçage constitue l'un des dits logements.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un démarreur selon l'état de la technique illustré partiellement en section axiale ; - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente un démarreur selon l'invention ; - la figure 3 représente en détail un moyen de calage axial selon l'invention, avant le montage de l'arbre d'induit ; - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3 qui représente le moyen de calage axial selon l'invention après le montage de l'arbre d'induit. Dans la description, une orientation d'avant en arrière sera utilisée, elle correspond à l'orientation de gauche à droite conformément à la figure 1.

On a représenté sur la figure 1 un démarreur de véhicule automobile 10 dont le carter 12 renferme un contacteur 14 et un moteur électrique 16 qui entraîne un arbre d'induit 18 et un arbre de sortie d'un réducteur 20.

Le moteur électrique 16 est logé dans une enveloppe ou boîtier 27 sensiblement cylindrique.

Le moteur 16 est un moteur électrique série à inducteurs à courant continu. II a pour but de transformer l'énergie électrique qui lui est fournie en énergie mécanique pour faire tourner l'arbre d'induit 18.

Le moteur électrique 16 comporte l'arbre d'induit 18 qui porte les enroulements d'induit 22 du moteur 16 et dont un tronçon axial arrière 24, porte un collecteur 26 à pistes annulaires.

Les enroulements d'induit 22 sont délimités vers l'avant par une cloison transversale 25.

Le collecteur 26 est pour l'essentiel constitué par un corps 28 en matière plastique moulée dont la partie centrale comporte une douille métallique 30 réalisée sous la forme d'un insert noyé lors du moulage du corps 28.

Le collecteur 26 est monté par emmanchement à force sur le tronçon axial arrière 24 de l'arbre d'induit 18.

Des balais 32 de collecteur sont guidés en translation axiale par un porte-balais 34 solidaire d'un élément de fermeture 36 du boîtier du démarreur. Les balais 32 sont maintenus en contact d'une face transversale ou radiale 38 du collecteur 26 par des ressorts de compression 40 situés en arrière des balais 32 dans le porte-balais 34. Les pistes annulaires sont formées dans la face arrière 38.

L'élément de fermeture 36 est fixé axialement sur le boîtier 27.

Une extrémité libre arrière 42 de l'arbre d'induit 18 est guidée en rotation dans un logement arrière 44, Ce logement arrière 44 est solidaire de l'élément de fermeture 36 qui est fixé sur le boîtier du moteur électrique 16. Une bague de guidage 46 telle qu'une douille à aiguilles est montée sur le diamètre intérieur du logement arrière 44. Ce montage permet de minimiser les frottements du tronçon d'extrémité libre arrière 42 de l'arbre d'induit 18 dans le logement arrière 44.

Un moyen de butée axiale 48, tel qu'une rondelle, est intercalé entre la face radiale d'extrémité arrière 50 de l'arbre d'induit 18 et le fond du logement de l'élément de fermeture 36.

La partie avant de l'arbre d'induit 18 est étagée. Un tronçon d'extrémité libre avant 52 est délimité vers l'arrière par un épaulement radial avant qui constitue une surface transversale annulaire avant 54.

Un tronçon axial intermédiaire 56 de l'arbre d'induit 18, ayant un diamètre égal au diamètre extérieur de l'épaulement 54, porte un pignon 58 d'un réducteur â train épicycloïdal qui transmet le mouvement de rotation de l'arbre d'induit 18 à l'arbre de sortie 20.

Le réducteur à train épicycloïdal comporte un ensemble de satellites 60 dont les axes de rotation 62 sont portés par un flasque 64 d'orientation transversale qui est solidaire en translation et en rotation de l'arbre de sortie de réducteur 20 et qui est fixé sur ce dernier par sertissage.

Les satellites 60 sont immobilisés axialement en translation par une plaque 66 emmanchée à force sur les axes 62 des satellites 60. Ce maintien en translation peut aussi être réalisé par des axes de satellite vissés dans le flasque 64 et comportant chacun une tête.

Le réducteur comporte ainsi une couronne 68 à denture interne qui est fixée, dans l'ensemble représenté, par surmoulage dans une plaque transversale 70 fixée sur le carter 12 du démarreur.

Une paroi radiale annulaire 71 permet d'éviter les projections de lubrifiant nécessaire au bon fonctionnement du train épicycloïdal. Un perçage axial 72 est réalisé dans une extrémité axiale arrière 74 de l'arbre de sortie de réducteur 20. II débouche dans la face radiale arrière 76 de l'extrémité libre arrière 74 de l'arbre de sortie 20 et il est borgne à son autre extrémité avant.

Cette configuration permet le guidage en rotation du tronçon d'extrémité libre avant 52 de l'arbre d'induit 18 du moteur 16 dans le perçage axial 72 de l'arbre de sortie de réducteur 20 avec interposition d'une bague de guidage 73 lisse ou à aiguilles.

Le calage axial de l'arbre d'induit 72 vers l'avant est réalisé par une butée axiale 78 telle qu'une bille. Elle est interposée entre le fond du perçage 18 de l'extrémité axiale arrière 74 de l'arbre de sortie de réducteur 20 et une face radiale d'extrémité avant 80 de l'arbre d'induit 18. Un lanceur avant 82 coulisse axialement sur un tronçon avant cannelé 84 de l'arbre de sortie de réducteur 20, qui constitue ainsi l'arbre de lanceur, entre une position d'engrènement et une position de repos. En position de repos il est en appui axial vers l'arrière sur une surface frontale d'épaulement 86 de l'arbre de sortie de réducteur 20.

Selon l'état de la technique; le montage du démarreur se fait part assemblage successif de ses composants, et notamment par la mise en place de l'arbre de sortie de réducteur 20 et du réducteur à train épicyclo'idal dans le carter 12, puis de l'extrémité libre avant de l'arbre d'induit 18 dans le perçage axial 72 de l'arbre de sortie de réducteur 20, et enfin par la fermeture axiale du carter 12 par l'élément de fermeture 36 équipé en particulier du porte-balais 34, du moyen de butée axiale 48, des ressorts 40 et des balais 32 de collecteur.

Après la fermeture du carter 12 et la mise en contact de la face radiale d'extrémité arrière 50 de l'arbre d'induit 18 avec la butée axiale 48, il existe un jeu de fonctionnement axial J, entre la butée axiale 78 et la face radiale extrémité avant 80. Ce jeu de fonctionnement axial Jf résulte de la somme des tolérances de chaque élément de la chaîne de cotes, et il peut atteindre plusieurs millimètres.

Pour éviter le frottement entre des éléments mobiles en rotation et des éléments fixes, il est nécessaire de prévoir des jeux de fonctionnement lors de la conception du démarreur.

Ces jeux sont notamment J,, JZ et J3 dans lesquels.

- J, est la distance entre la face radiale d'extrémité arrière 76 de l'arbre de sortie de réducteur 20 et de la surface transversale annulaire avant 54 de l'arbre d'induit 18 ; - Jz est la distance entre la paroi radiale annulaire 71 et la cloison transversale 25 ; - et J3 est la distance entre la surface radiale 38 du collecteur 26 et l'extrémité axiale avant du porte-balais 34.

Pour éviter le frottement entre les éléments qui définissent chaque jeu, il est nécessaire que chacun des jeux J, et Jz soit supérieur à Jf.

De plus, pour que le moteur fonctionne correctement, il faut d'une part que J3 soit supérieur à 0 et, d'autre part, que lorsque l'arbre d'induit 18 est en contact avec la butée axiale 78, les balais 32 soient toujours en contact avec la surface radiale 38 du collecteur 26. Cela a pour conséquence le surdimensionnement de certaines pièces du démarreur 10.

L'invention, selon la figure 2, propose que la butée axiale 78 soit montée serrée dans le perçage axial 72 dans une position initiale 88 conformément à la figure 3.

Avantageusement, la butée axiale 78 et la bague de guidage 73 du tronçon d'extrémité libre avant 52 de l'arbre d'induit 18 sont réalisés en un seul composant.

Avantageusement, la butée de calage axial 78 comporte une surface de contact avec la surface radiale d'extrémité 80 qui est en forme de calotte sphérique convexe.

Lors du montage de l'extrémité libre avant 50 de l'arbre d'induit 18 dans le perçage axial 72, la face radiale d'extrémité 80 vient en contact avec la butée axiale 78. Un effort axial de montage vers l'avant est appliqué à l'arbre d'induit 18. Cet effort axial de montage est suffisant pour vaincre les frottements dus au serrage radial de la butée axiale 78 dans le perçage axial 72, et il permet donc de déplacer axialement vers l'avant la butée axiale.

L'effort axial de montage est maintenu jusqu'à ce que la face radiale d'extrémité arrière 50 de l'arbre d'induit 18 atteigne une première cote axiale prédéterminée. La butée axiale 78 est alors dans sa position finale de montage 90 conformément à la figure 4.

Avantageusement, la première cote axiale prédéterminée est la distance qui sépare le plan contenant la face d'extrémité arrière 50 de l'arbre d'induit 18 et le plan contenant la surface radiale annulaire d'extrémité libre arrière du boîtier 27, en forme de chemise cylindrique, du moteur électrique 16.

Le jeu de fonctionnement axial Jf, conformément à la figure 2, ne dépend plus que des tolérances de seulement deux cotes, c'est-à-dire de celle de l'élément de fermeture 36 et de celle du moyen de guidage axial 48.

La valeur du jeu de fonctionnement axial Jf a donc une très faible dispersion. II est aisé de réaliser un montage avec un jeu de fonctionnement axial Jf dont la valeur est positive et dont la valeur maximum est proche de zéro millimètre.

L'effort de serrage de la butée axiale 78 dans le perçage axial 72 doit permettre le déplacement axial de la butée axiale 78 lorsqu'elle est soumise à l'effort axial de montage, et doit être supérieur aux efforts axiaux provoqués par l'utilisation du démarreur afin que, en utilisation du démarreur, elle ne se déplace pas par rapport à sa position finale de montage 90.

L'invention permet de réduire la longueur totale du démarreur, notamment du boîtier 27, d'une longueur égale à la différence entre le jeu de fonctionnement selon l'état de la technique et le jeu de fonctionnement selon l'invention. Cette réduction de longueur entraîne aussi une réduction de la masse du démarreur.

Les jeux J,, J2, J3 ainsi que la longueur de certains éléments tels que les balais 32 du collecteur 26 sont aussi réduits.

D'autre part, le bruit lié au jeu axial est réduit.

Le porte-balais 34 étant plus proche du collecteur 26, le guidage des balais 32 est meilleur, ce qui provoque une réduction de l'usure des balais 32.

Dans un deuxième mode de réalisation (non représenté), la butée axiale 48 est montée serrée dans le logement arrière 44 dans une position initiale.

Avantageusement, la butée axiale 48 et la bague de guidage 46 du tronçon d'extrémité libre arrière 42de l'arbre d'induit 18 sont réalisés en un seul composant.

Le montage de l'élément de fermeture 36 se fait alors en trois étapes. Premièrement, après avoir monté le tronçon d'extrémité libre avant 52 dans le palier avant, situé dans le perçage axial 72 et après avoir mis en contact la butée axiale 78 et la surface radiale d'extrémité 80 de l'arbre d'induit, le tronçon d'extrémité libre arrière 42 est emmanché dans le logement arrière 44. La face radiale d'extrémité arrière 50 est alors mise en contact avec la butée axiale 48. Deuxièmement, un effort axial vers l'avant, supérieur aux efforts de frottement dus au serrage de la butée axiale 48, est appliqué à l'élément de fermeture 36.

La butée axiale 48 est alors déplacée axialement jusqu'à ce que l'élément de fermeture 36 ait atteint une deuxième cote axiale prédéterminée. La butée axiale est alors dans une position finale.

Troisièmement, l'élément de fermeture 36 est fixé sur l'enveloppe 27.

La deuxième cote prédéterminée est définie de manière que, à l'issue de la troisième étape, il existe un jeu de fonctionnement axial Jf se rapprochant, par valeur supérieure, d'un jeu nul.

Avantageusement, une cale annulaire d'épaisseur correspondante au jeu de fonctionnement axial Jf désiré est placée sur la face radiale d'extrémité arrière 50, de façon que, lors du montage, elle vienne en contact avec la butée axiale 48. Cette cale annulaire est enlevée après que la butée axiale 48 ait été mise en position finale et avant que l'élément de fermeture 36 soit fixé définitivement sur l'enveloppe 27.

Claims (7)

<U>REVENDICATIONS</U>

1. Machine électrique tournante du type comportant un boîtier constitué d'une première partie (27) comportant un premier logement (72) et d'une seconde partie (36) comportant un second logement (44) qui est aligné axialement avec le premier logement (72), chaque logement comprenant respectivement un premier (73) et un second (46) moyen de guidage en rotation et un premier (78) et un second (48) moyen de calage axial, un arbre d'induit (18) comprenant un premier tronçon d'extrémité (52) et un second tronçon d'extrémité (42) dont chacun est guidé en rotation respectivement par le premier (73) et le second moyen de guidage (46), et du type dans lequel après le montage des moyens de calage axial (78, 48) dans les logements (72, 44), de l'arbre d'induit 18 dans ses moyens de guidage en rotation (73, 46) et l'assemblage axial des deux parties (27, 36) du boîtier, il existe un jeu de fonctionnement axial (J,) qui correspond au jeu entre les extrémités libres des tronçons d'extrémité (42, 52) de l'arbre d'induit (18) et les moyens de calage axial (78, 48), caractérisée en ce que le premier moyen de calage axial (78) est monté serré dans le premier logement (72) dans une position initiale (88), pour être réglable axialement lors du montage.

2. Machine électrique tournante selon la revendication 1 caractérisée en ce que lors du montage du premier tronçon d'extrémité (52) de l'arbre d'induit (18) dans le premier logement (72), le premier tronçon d'extrémité (52) vient en contact avec le premier moyen de calage axial (78) sur lequel il exerce un effort apte à le déplacer axialement dans le premier logement (72) jusqu'à une position finale (90) qui est atteinte lorsqu'un élément de référence de l'arbre d'induit (18) atteint une cote axiale prédéterminée de référence, de manière à réduire la valeur du jeu de fonctionnement axial (Jf) à une valeur proche de zéro.

3. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le premier moyen de guidage en rotation (73) et le premier moyen de calage axial (78) sont réalisés en un seul composant.

4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le second moyen de guidage en rotation (46) et le second moyen de calage axial (48) sont réalisés en un seul composant.

5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins un moyen de calage axial comporte une surface de contact avec une extrémité libre d'un des tronçons d'extrémité de l'arbre d'induit (18) qui est en forme de calotte sphérique convexe.

6. Démarreur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes.

7. Démarreur de véhicule automobile selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend, coaxialement à l'arbre d'induit (18), un arbre de sortie (20) qui comporte un perçage axial débouchant (72) dans une extrémité axiale (74) qui est tournée vers l'un des tronçons d'extrémité de l'arbre d'induit (18), et en ce que le perçage (72) constitue l'un des dits logements.