DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

[0001 ] Le domaine technique de l’invention est celui des connexions de puissance. [0002] La présente invention concerne une connexion modulaire entre les sorties d’une électronique de puissance et les entrées d’un moteur triphasé.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

[0003] La limitation des émissions carbone dans le monde aéronautique pousse les industriels à se tourner vers des solutions tout électriques, le plus décarboné possible. Il faut donc optimiser la conception de ces nouveaux moteurs pour qu’ils offrent la meilleure compacité et la plus grande flexibilité face aux différents environnements que rencontrent un avion à décollage et atterrissage vertical (Vertical take-off and landing), un avion à décollage et atterrissage court (Short take-off and landing aircraft) et avions conventionnels à propulsion électrique ou hybride.

[0004] Une nacelle d’avion offre peu de place et chaque élément doit être le plus optimisé possible pour gagner en masse, volume et efficacité.

[0005] Classiquement, l’intégration d’une chaîne de traction se décompose en plusieurs unités distinctes dont la transmission se fait par des harnais de puissance entre une électronique de puissance et un moteur. Les électroniques de puissance sont facilement intégrables à la chaîne de traction car elles sont développées indépendamment les unes des autres et donc sur mesure à l’application souhaitée. Néanmoins, ces électroniques de puissance présentent plusieurs inconvénients comme le poids et l’encombrement. De plus, les électroniques de puissance pour des puissances supérieures à 200KW nécessitent des interfaces supplémentaires augmentant d’autant plus le poids, l’encombrement et la complexité de la chaîne de traction. Des électroniques de puissance élevées nécessitent des harnais cuivre de très grosse gauge possédant une section supérieure à 60mm ² par exemple des harnais possédant une gauge supérieure à #00 d’unité AWG (American Wire Gauge) ce qui engendre plus de perte thermique ainsi que des connectiques et des harnais volumineux.

[0006] Généralement, la transition de puissance entre une électronique de puissance et un moteur machine synchrone à aimant permanent se fait par un seul onduleur triphasé. L’utilisation d’un seul onduleur triphasé augmente la section des harnais de puissance composant la chaîne de traction, car une seule sortie triphasée augmente la section câble et le contact de sortie.

RESUME DE L’INVENTION

[0007] L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de diminuer le poids et l’encombrement d’une chaîne de traction et plus particulièrement entre une électronique de puissance et un moteur.

[0008] Un premier aspect de l’invention concerne un ensemble composé d'une électronique de puissance comprenant des sorties triphasées et d'un moteur triphasé comprenant des entrées triphasées caractérisé en ce que l'ensemble comprend N sorties triphasées et N entrées triphasées avec N>1 , les entrées triphasées du moteur triphasé sont en vis-à-vis des sorties triphasées de l'électronique de puissance, les sorties triphasées et les entrées triphasées sont situées respectivement en périphérie externe de l'électronique de puissance et en périphérie externe du moteur triphasé, la forme et le périmètre de la périphérie extérieure du moteur triphasé est identique à celle de la périphérie extérieure de l'électronique de puissance. L’ensemble permet un gain d’espace et de poids par rapport à un ensemble de l’art antérieur car l’ensemble ne comporte pas de harnais de puissance particulièrement volumineux. L’ensemble comprend plus de deux sorties triphasées permettant ainsi de réduire l’encombrement en organisant de manière plus adapté les sorties triphasées par rapport à un ensemble ne comportant qu’une seule sortie triphasée. Les équipements en amont des sorties triphasées comme par exemple des onduleurs seront aussi mieux organisés. Le fait que les phases d’entrées et sorties triphasées soient situées en périphérie externe permet de facilement connecter ou déconnecter l’électronique de puissance et le moteur.

[0009] Avantageusement, le moteur triphasé est monté en étoile.

[0010] Avantageusement, le moteur triphasé comporte au moins trois entrées triphasées. Le fait d'avoir un moteur comportant plusieurs entrées triphasées permet d'organiser au mieux les équipements et aussi d'avoir des équipements moins volumineux, ceci permet ainsi de diminuer l'encombrement. Le fait d’avoir plusieurs entrées triphasées permet en outre de distribuer une puissance plus élevée au moteur. [0011] Avantageusement, le moteur triphasé comporte au moins six entrées triphasées. Augmenter le nombre d’entrée triphasée permet ainsi de réduire l’encombrement de chacune des entrées triphasées et aussi d’augmenter la puissance distribuée au moteur. Le moteur est connecté à deux voies de puissance. Chaque voie de puissance est connectée en parallèle à trois entrées triphasées du moteur. Ainsi, si une panne survient sur l’une des deux voies de puissance, une fourniture minimale de puissance est assurée au moteur par l’autre voie de puissance.

[0012] Avantageusement, le moteur et l’électronique de puissance sont des cylindres à section circulaire.

[0013] Avantageusement, les connexions entre les sorties triphasées de l’électronique de puissance et les entrées triphasées du moteur triphasé sont protégées par un carter de protection. Le carter de protection permet de protéger les connexions entre le moteur et l’électronique de puissance des chocs ou de protéger un utilisateur contre des risques d’électrocution.

[0014] Avantageusement, l’électronique de puissance est composé d’onduleurs reliés aux sorties triphasées.

[0015] Avantageusement, les sorties triphasées sont composées de phases de sortie et les entrées triphasées sont composées de phases d’entrée, la connexion entre les phases d’entrée et les phases de sortie est faite par une carte de filtrage pour chaque sortie et entrée triphasé. Une carte de filtrage permet de jouer un rôle d’amortisseur contre les surtensions entre l’électronique de puissance et le moteur. [0016] Avantageusement, la connexion entre les phases d’entrée et les phases de sortie est faite par une carte à commutation statique pour chaque sortie et entrée triphasé.

[0017] Avantageusement, les connexions entre les phases d’entrée et les phases de sortie sont composées de bus barre, de fusible bus barre, de fusible à guillotine ou de shunt pour chaque sortie et entrée triphasé.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0018] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.

[0019] [Fig.1 ] est une vue en perspective d’un ensemble selon l’invention composé d’une électronique de puissance et d’un moteur triphasé.

[0020] [Fig.2] est une vue de face d’une électronique de puissance selon l’invention.

[0021] [Fig.3] est une vue en perspective de la figure 3.

[0022] [Fig.4] est une vue en perspective d’un moteur triphasé selon 1‘invention. [0023] [Fig.5] est une vue agrandie de la connexion entre l’électronique de puissance et le moteur triphasé.

[0024] [Fig.6] est une vue en perspective de la connexion entre l’électronique de puissance et le moteur triphasé établie par une carte électronique.

[0025] [Fig.7] est une vue en perspective de la connexion entre l’électronique de puissance et le moteur triphasé établie par une carte électronique protégée par une boîte de protection.

DESCRIPTION DETAILLEE

[0026] Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.

[0027] La figure 1 présente un ensemble 1 composé d’un moteur triphasé 3 couplé à une électronique de puissance 2. Le moteur 3 et l’électronique de puissance 2 sont des cylindres à section circulaire présentant le même diamètre. Ainsi l’électronique de puissance 2 et le moteur 3 sont couplés par l’intermédiaire d’une pluralité de liaisons boulonnées 5 situées à l’interface et sur la périphérie du moteur 3 et de l’électronique de puissance 2. Les liaisons boulonnées 5 sont présentes sur toute la périphérie de l’interface entre le moteur 3 et l’électronique de puissance 2. Dans un autre mode de réalisation, le moteur 3 et l’électronique de puissance 2 peuvent être clipsés.

[0028] En référence aux figures 2 et 3, l’électronique de puissance 2 comporte six sorties triphasées 21 situées en périphérie externe de l’électronique de puissance 2. Les six sorties triphasées 21 sont équitablement réparties autour de la périphérie de l’électronique de puissance 2 de manière que les sorties triphasée 21 sont orientées l’une par rapport à l’autre d’un angle de 60° par rapport à un axe E de l’électronique de puissance 2. Les sorties triphasées 21 sont fixées à l’électronique de puissance 2 en périphérie de celle-ci. Les sorties triphasées 21 peuvent être fixées par exemple à l’aide de vis. L’électronique de puissance 2 permet la distribution d’une puissance élevée, par exemple une puissance comprise entre 400kW et 1MW.

[0029] Chaque sortie triphasée 21 comporte trois phases de sortie 211. Les phases de sortie 211 sont des connecteurs cylindriques faisant saillie par rapport à une première surface de base 25 de la sortie triphasée 21. Les trois phases de sortie 211 de chaque sortie triphasée 21 sont positionnées sur une même ligne et en périphérie externe de l’électronique de puissance 2. Des séparateurs 213 sont présents entre les trois phases de sortie 211 qui sont des plaques planes et faisant saillie par rapport à la première surface de base 25. Chaque sortie triphasée 21 est connecté à un onduleur (non représenté) de l’électronique de puissance 2 par l’intermédiaire de trois premier bus barres 26. Chaque onduleur permet de transformer un courant continu en un courant alternatif. L’électronique de puissance est composé de six onduleurs.

[0030] De manière à créer une redondance de la chaîne de puissance, les onduleurs sont reliés à deux voies de puissance. Chaque voie de puissance est reliée à trois onduleurs montés en parallèle permettant une meilleure continuité de la distribution de la puissance. Chaque voie de puissance fournit la moitié de la puissance électrique totale. Ainsi, en cas de perte complète d’une voie de puissance, une fourniture minimale de puissance par l’autre voie est assurée. Ces deux voies sont complètement indépendantes l’une de l’autre de telle sorte qu’une panne sur l’une des deux voies ne provoque pas de panne sur l’autre voie. Dans un exemple de réalisation, l’électronique de puissance est composé de six onduleurs. Chaque voie de puissance fournit ainsi une puissance électrique comprise entre 200kW et 500kW.

[0031 ] En référence à la figure 4, le moteur 3 est de forme cylindrique et de section circulaire, et comporte six entrées triphasées 31 (non représenté sur cette figure). Les six entrées triphasées 31 sont équitablement réparties autour de la périphérie du moteur 3 de manière que chaque entrée triphasée 31 est distante de la suivante d’un angle de 60° par rapport à un axe M du moteur 3. Les entrées triphasées 31 sont fixées sur la périphérie du moteur 3. Le moteur 3 peut être un moteur asynchrone à aimant permanent. Le moteur 3 peut être un moteur de très forte puissance par exemple un moteur d’une puissance comprise entre 400kW et 1MW. Le moteur 3 est monté en étoile.

[0032] En référence à la figure 5, chaque entrée triphasée 31 comporte trois phases d’entrée 311. Les phases d’entrée 311 sont des connecteurs cylindriques faisant saillie par rapport à une deuxième surface de base 35 de l’entrée triphasée 31. Les trois phases d’entrée 311 de chaque entrée triphasée 31 sont positionnées sur une même ligne. Chaque sortie triphasée 21 est en vis-à-vis d’une entrée triphasée 31. Chaque phase de sortie 211 est connecté à une phase d’entrée 311 par un deuxième bus barre 4.

[0033] En référence à la figure 6, trois phases de sorties 211 peuvent être connectées à trois phases d’entrées 311 par l’intermédiaire d’une carte électronique 6. La carte électronique 6 comprend trois pions d’entrés 61 connectés chacun à une phase de sortie 211 de l’électronique de puissance 2 par l’intermédiaire d’un premier câble 611. La carte électronique 6 comprend également trois pions de sortie 62 connectés chacun à une phase d’entrée 311 du moteur 3 par l’intermédiaire d’un deuxième câble 621.

[0034] En référence à la figure 7, la carte électronique 6 et les câbles 611 , 621 sont protégés par une boîte de protection 7.

[0035] Dans un autre mode de réalisation, trois phases de sortie 211 et trois phases d’entrée 311 sont connectées par l’intermédiaire d’une carte de filtrage permettant de jouer un rôle d’amortisseur contre les surtensions entre l’électronique de puissance 2 et le moteur 3.

[0036] Dans un autre mode de réalisation, trois phases de sortie 211 et trois phases d’entrée 311 sont connectées par l’intermédiaire d’une carte à commutation statique ou carte SSPC (Solid State Power Controllers), les cartes SSPC haute puissance sont utilisées dans les systèmes de distribution d’énergie pour permettre une protection rapide et contrôlée contre des défauts électriques. En outre, une carte SSPC permet de piloter la fermeture ou l’ouverture de chaque phase 211, 311 dans le but d’isoler ou de protéger contre les sur-courants.

[0037] Dans d’autres modes de réalisation, la connexion entre une phase d’entrée 311 et une phase de sortie 211 peut s’opérer à l’aide d’un fusible bus barre, d’un fusible guillotine (ou pyro-switch) en fonction des protections souhaitées. La connexion entre une phase d’entrée 311 et une phase de sortie 211 peut aussi s’opérer à l’aide d’un shunt afin de contrôler le courant dans chaque phase 211 , 311 et ainsi prévenir d’un défaut interne au moteur 3 et non d’un défaut de l’électronique de puissance 2.

[0038] En référence à la figure 1 , une connexion entre trois phases de sortie 211 et trois phases d’entrée 311 est protégée par un carter de protection 11. Le carter de protection 11 recouvre entièrement les phases de sortie 211 et d’entrée 311 de manière que celles-ci ne sont plus visibles quand le carter de protection 11 est monté. Le carter de protection 11 permet aussi de lier une sortie triphasée 21 avec une entrée triphasée 31. Le carter de protection 11 est fixé à la sortie triphasé 21 et à l’entrée triphasée 31 par exemple par des vis. Il existe six carters de protections 11 pour les six sorties 21 et les six entrées 31 triphasées. Les liaisons boulonnées 5 sont situées entre les carters de protection 11, l’ensemble est composé d’une à six liaisons boulonnées 5.