Brevet FR2893456A1 — publié le 20070518

SYSTÈME DE DISTRIBUTION ÉLECTRIQUE ET CONTACTEUR EMBARQUÉ MODULAIRE DE FORTE PUISSANCE POUR CELUI-CI La présente invention concerne un système de distribution d'énergie électrique et plus particulièrement un contacteur embarqué (ou enfichable) pour celui-ci. Les systèmes de distribution d'énergie électrique comprennent typiquement une source d'énergie électrique qui alimente un circuit de distribution correspondant par le biais d'un contacteur de puissance pouvant être commandé qui interconnecte sélectivement de multiples circuits de distribution. Chaque circuit de distribution est alimenté par sa propre source au moyen d'un contacteur de puissance correspondant mais, en cas de défaillance d'une source, le circuit de distribution peut être alimenté par la source d'au moins un autre circuit de distribution par le biais d'au moins un contacteur. Des systèmes de distribution de ce type sont souvent utilisés à bord d'aéronefs. Dans cet environnement, chaque circuit de distribution alimente en général une barre omnibus de distribution qui alimente ensuite une pluralité de charges électriques en parallèle. Chaque source d'énergie électrique est typiquement l'une parmi une génératrice entraînée par un moteur de l'aéronef, un groupe électrogène ou des batteries. 2 0 Les contacteurs sont contenus dans un ensemble de centrale d'énergie sur une structure de barre omnibus primaire située dans le compartiment électronique d'un aéronef. Les barres omnibus primaires sont interfacées avec les contacteurs au moyen de 6 bornes filetées, en supposant qu'il s'agit d'un contacteur alternatif (AC) triphasé. En plus 25 des interfaces de puissance primaire, une connexion de signal à courant faible est nécessaire pour les fonctions de commande et de détection. Du fait que les contacteurs sont des modules remplaçables en ligne (MRL), chaque contacteur doit posséder un châssis individuel pour supporter de multiples composants électriques et les faisceaux de 30 câbles qui relient le MRL à l'ensemble de centrale d'énergie. Les contacteurs comprennent chacun un commutateur économiseur pour réduire les courants dans les bobines lors de la fermeture et de multiples interrupteurs à contacts auxiliaires qui indiquent la position des contacts principaux et dont les signaux sont utilisés pour relayer la logique dans le système d'alimentation. Chacun de ces contacts auxiliaires est mécaniquement relié à l'actionneur principal du contacteur par un ensemble complexe de consoles et de vis de réglage. En outre, chacun des contacts nécessite une distribution électrique réalisant l'interface avec le connecteur de commande et de signal. Le remplacement d'un MRL nécessite de l'outillage pour démonter le connecteur de commande et de signal et un outillage de grande taille est nécessaire pour démonter les fixations des interfaces de puissance primaire. Ces interfaces nécessitent également une procédure de resserrage contrôlée et une clé dynamométrique calibrée lors du remplacement d'un MRL. Bien qu'ils soient efficaces, ces attributs donnent un MRL relativement complexe qui réduit la fiabilité et peut déboucher sur des problèmes de maintenance accrus lorsqu'il se trouve dans l'environnement d'un aéronef. En conséquence, il est souhaitable de proposer un module remplaçable en ligne peu compliqué, avec un nombre minimum de connexions de faisceaux de fils électriques, qui réduise les problèmes de maintenance lorsqu'il se trouve dans l'environnement d'un aéronef. Un système de distribution électrique selon la présente invention 2 0 comprend un module remplaçable en ligne (MRL) avec un circuit imprimé (CI) qui présente une construction relativement épaisse. Le CI présente une construction relativement épaisse afin d'assurer le support structurel de multiples composants électriques ainsi que d'un contacteur embarqué. 25 Le CI supporte et interconnecte électriquement les contacteurs, des connecteurs d'interface de puissance, des commutateurs auxiliaires, des détecteurs de courant, des connecteurs d'interface de commande ainsi qu'un contrôleur embarqué. Les connecteurs d'interface de puissance embarqués (i.e. ici montés sur le CI) 30 communiquent la puissance venant d'une barre omnibus de distribution de puissance primaire à des connecteurs respectifs par le biais d'une structure de bus embarquée. Les contacteurs montés sur le CI distribuent également la puissance à d'autres composants montés sur le CI par le biais de pistes de circuit formées sur le CI. 35 Chaque contacteur est monté directement sur le CI et il est simplifié. Le contacteur consiste en un moteur primaire qui actionne les trois contacts de puissance primaire et un commutateur de position à l'extrémité de la tige d'actionnement des contacteurs. Cette simplification est possible car des fonctions d'assistance telles que des circuits d'attaque (pour "drivers" en anglais) des bobines, des commutateurs économiseurs et des commutateurs auxiliaires sont des composants montés sur le CI qui communiquent par le biais des pistes du circuit, au lieu des distributions électriques à fils, des commutateurs mécaniques et des consoles supports qui étaient nécessaires auparavant. Le système peut désormais être supporté sur le contacteur avec autant de signaux logiques que nécessaire, sans autres interfaces mécaniques. Le châssis MRL du contacteur est réduit ou enlevé, avec un seul commutateur de position pour la protection. Par conséquent, la présente invention propose un module remplaçable en ligne peu compliqué, avec un nombre minimum de connexions de distribution électriques à fils, une fiabilité améliorée et des problèmes de maintenance réduits lorsqu'il se trouve dans l'environnement d'un aéronef. Les diverses caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'homme de métier à la lecture de la description détaillée ci-après du mode de réalisation actuellement préféré. Les dessins qui accompagnent cette description détaillée peuvent être brièvement décrits comme suit : les figures lA et 1B sont des schémas d'ensemble d'un système de distribution électrique destiné à être utilisé avec la présente invention ; la figure 2 est une représentation schématique vue en perspective d'un châssis pour de multiples modules remplaçables en ligne, destiné à être utilisé avec la présente invention ; la figure 3A est une représentation schématique vue en perspective d'un module remplaçable en ligne destiné à être utilisé avec la présente invention ; la figure 3B est une vue de l'arrière d'un module remplaçable en ligne destiné à être utilisé avec la présente invention ; la figure 3C est une vue de face d'un module remplaçable en ligne destiné à être utilisé avec la présente invention ; la figure 4A est une vue en coupe d'un contacteur destiné à être utilisé avec la présente invention ; et la figure 4B est une vue de dessus en coupe partielle d'un contacteur destiné à être utilisé avec la présente invention. Les figures lA et 1B sont des schémas d'ensemble illustrant un système de distribution électrique 10, de préférence destiné à être utilisé avec un aéronef. Il reste entendu que la présente invention ne se limite pas uniquement à des environnements aéronautiques, car différents véhicules et équipements fixes qui utilisent de multiples sources d'énergie électrique bénéficieront de la présente invention. Le système 10 comprend en général de multiples barres omnibus de distribution de puissance primaire 12 qui alimentent une pluralité de charges qui sont des modules remplaçables en ligne (MRL) de distribution de puissance primaire 14. Les MRL 14 présentés ici sont des blocs d'alimentation primaire qui fournissent une puissance de l'ordre de quelques centaines d'ampères. A partir des MRL 14, la puissance est distribuée à des barres omnibus seconclaires (figure 1A) qui assurent la distribution à des sous-systèmes du véhicule au niveau de puissance voulu, typiquement de l'ordre de quelques dizaines d'ampères. Chaque barre omnibus de distribution de puissance 12 est alimentée par l'énergie électrique générée par l'une parmi de multiples 2 0 sources d'énergie électrique 16, par exemple une génératrice, entraînée par un moteur de l'aéronef, un groupe auxiliaire de puissance (APU, pour "auxiliary power unit" en anglais) ou des batteries,. Chaque MRL 14 comprend un contacteur d'interconnexion 20 qui est commandé sélectivement de façon à pouvoir recevoir la puissance de 25 l'une des multiples sources 16. En fait, avec le MRL 14, le contacteur 20 est monté directement sur un circuit imprimé (CI) 22 du MRL 14 plutôt que sur la structure de bus primaire de l'ensemble de distribution primaire. Chaque CI 22 comprend de multiples contacteurs 20. Chaque contacteur communique la puissance venant d'une source 16 au MRL 30 14. Sur la figure 2, chacun des MRL 14 est monté à l'intérieur d'un châssis 24 qui comprend la barre omnibus de distribution de puissance 12, située typiquement sur une partie arrière du châssis. En fait, la barre omnibus de distribution de puissance primaire 12 est 35 typiquement montée sur un châssis 24 de telle façon que le MRL 14 puisse y être directement connecté. De préférence, le châssis 24 est monté à l'intérieur d'une baie externe de véhicule 26 (illustré schématiquement) et les MRL 14 sont glissés dans le châssis 24 de façon que les contacteurs 20 soient en communication avec la barre omnibus 12 respective. Sur la figure 3A, chaque MRL 14 comprend de préférence le CI 22, qui a une construction relativement épaisse. Le CI 22 est fabriqué avec une construction relativement épaisse de façon à assurer le support structurel de multiples composants électriques ainsi que des contacteurs embarqués 20. Le CI 22 peut avoir une épaisseur d'environ 0,25 pouce mais il reste entendu que des épaisseurs de circuit imprimé différentes donnant la structure voulue peuvent être utilisées avec la présente invention. En général, le CI 22 supporte et interconnecte électriquement les contacteurs 20, des connecteurs d'interface de puissance 28, des commutateurs auxiliaires 30 (montés sur l'ensemble carte contrôleur embarqué), des détecteurs de courant 32, des connecteurs d'interface de commande 34 et un contrôleur embarqué 36. Les connecteurs d'interface de puissance 28 (figure 3B) comprennent de préférence des connexions d'alimentation 38 qui communiquent la puissance venant de la barre omnibus de distribution de puissance 12 (figure 1) à chacun 2 0 des contacteurs 20, qui ensuite distribuent la puissance aux autres composants montés sur le CI 22 par le biais d'une combinaison de barres bus et de pistes de circuit 40 (illustrées schématiquement) formées sur le CI 22, en fonction du courant. Les pistes de circuit 40 fournissent des trajets de communication entre les composants, d'une 2 5 manière généralement connue, et elles transfèrent des informations telles que la position du contacteur 20 détectée par les commutateurs auxiliaires 30 embarqués sur le CI à un contrôleur de niveau supérieur (illustré schématiquement en 42) tel qu'un contrôleur de vol, par l'intermédiaire d'un connecteur d'interface de commande 34. 30 Sur la figure 4A, chaque contacteur 20 est monté directement sur le CI 22. Le contacteur 20 peut ainsi présenter une construction relativement simple dans laquelle le CI 22 devient la structure support du contacteur 20. Étant donné que la fonction de commutateur primaire est montée sur le CI, des fonctions d'assistance telles que des 35 circuits d'attaque des bobines, des commutateurs économiseurs et des commutateurs auxiliaires sont également des composants embarqués qui sont implantés sur le CI 22 de façon à communiquer par l'intermédiaire des pistes de circuit 40 plutôt que des distributions de fils électriques qui étaient nécessaires auparavant. De préférence, le contacteur 20 comprend un ensemble boîtier 46, un plongeur mobile 48 et un actionneur 50 tel qu'un solénoïde. L'ensemble boîtier 46 est de préférence fixé au CI 22 par des éléments de fixation f tels que des vis ou similaires (également illustrés sur la figure 4B). De préférence également, les connecteurs d'interface de puissance 28 sont fixés adjacents à un bord 22E du CI 22 au moyen d'éléments de fixation f tels que des vis ou similaires (également illustrés sur la figure 4B). Les connecteurs d'interface de puissance 28 communiquent la puissance électrique à des contacts 52 montés sur le boîtier de contacteur 46 par le biais de la connexion d'alimentation 38. Il est à noter que seules les connexions d'alimentation de puissance relativement élevée 38, qui communiquent la puissance provenant des connecteurs d'interface 28 à chacun des contacteurs 20, n'utilisent pas les pistes de circuit formées directement sur le CI 22. Il reste entendu que, bien que les connexions d'alimentation 38 soient illustrées ici comme étant séparées du CI 22, les connexions d'alimentation 38 peuvent en variante être des pistes du CI 22. Les contacts 52 sont fermés sélectivement par le plongeur 48, qui est entraîné par l'actionneur 50. L'actionneur 50 est de préférence monté au moins en partie à travers le CI 22 afin de minimiser le volume de mise sous boîtier du MRL 14 (également illustré sur la figure 3C). L'actionneur 50 communique avec le contrôleur et reçoit la puissance par le biais des pistes de circuit 40 sur le CI 22. Le commutateur auxiliaire 30 est de préférence monté adjacent au plongeur 48 (illustré de façon assez schématique) et à l'intérieur de l'ensemble boîtier 46 afin de détecter le mouvement du plongeur 48. Le commutateur auxiliaire 30 communique avec le contrôleur 36 par le biais des pistes de circuit 40 sur le CI 22. Du fait que chacun des composants auxiliaires qui assistent les fonctions opérationnelles et positionnelles du contacteur 20 sont montés sur le CI 22, la communication avec le contrôleur 36 et le contrôleur de niveau supérieur 42 est grandement facilitée. En effet, le contrôleur 36 convertit de préférence les informations venant de chacun des composants auxiliaires embarqués en signaux numériques qui peuvent ensuite être communiqués au contrôleur de niveau supérieur 42 et dans tout le véhicule. De ce fait, le contacteur 20 est relativement peu compliqué car le seul trajet de communication électrique non embarqué est de préférence uniquement celui entre la barre omnibus 12 et le contacteur 20. Ceci donne un agencement de communication de puissance assez élégant et peu compliqué entre les MRL 14 et la barre omnibus 12. Il reste entendu que des termes indiquant une position relative tels que à l'avant , à l'arrière , supérieur , inférieur , au-dessus , en dessous et similaires se réfèrent à l'attitude opérationnelle normale du véhicule et ils ne doivent pas être considérés comme autrement limitatifs. Il reste entendu que, bien qu'un agencement particulier des composants soit présenté dans le mode de réalisation illustré, d'autres agencements tireront avantage de la présente invention. Bien que des séquences d'étapes particulières soient présentées, décrites et revendiquées, il reste entendu que, sauf indication contraire, les étapes peuvent se faire dans n'importe quel ordre, séparées ou combinées, tout en continuant à tirer avantage de la présente invention. La description qui précède est illustrative plutôt que définie par 2 0 les limitations qu'elle contient. De nombreuses modifications et variantes de la présente invention sont possibles à la lumière des enseignements ci-dessus. Les modes de réalisation préférés de la présente invention ont été présentés mais il serait évident pour un homme de métier ordinaire que certaines modifications rentreraient 25 dans le cadre de la présente invention. Par conséquent, il reste entendu que, dans le cadre des revendications en annexe, l'invention peut être mise en pratique d'une autre manière que celle spécifiquement décrite. Pour cette raison, les revendications ci-après doivent être étudiées pour déterminer la portée et la teneur véritables de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Contacteur (20) monté sur un circuit imprimé (22), comprenant : un boîtier (46) de contacteur (20) ; un plongeur (48) monté au moins en partie à l'intérieur dudit boîtier (46) de contacteur (20) ; et un actionneur (50) monté sur ledit boîtier (46) de contacteur (20) pour déplacer ledit plongeur (48) entre une position ouverte et une position fermée. 2. Module remplaçable en ligne (14) selon la revendication 1, comprenant en outre un commutateur auxiliaire (30) de position en communication avec ledit plongeur (48), ledit commutateur auxiliaire (30) pouvant fonctionner de manière à identifier ladite position ouverte et ladite position fermée. 3. Module remplaçable en ligne (14) selon la revendication 1, comprenant en outre un connecteur d'interface de puissance (28) fixé adjacent à un bord (22E) du circuit imprimé (22), ledit connecteur d'interface de puissance (28) étant en communication électrique avec ledit contacteur (20) par le biais d'une connexion d'alimentation (38). 4. Module remplaçable en ligne (14), comprenant : 2 0 un circuit imprimé (22) ; et un contacteur (20) monté sur ledit circuit imprimé (22). 5. Module remplaçable en ligne (14) selon la revendication 4, dans lequel ledit circuit imprimé (22) a une épaisseur d'environ 0,25 pouce. 6. Module remplaçable en ligne (14) selon la revendication 4, dans 25 lequel ledit circuit imprimé (22) est un élément structurel. 7. Module remplaçable en ligne (14) selon la revendication 4, comprenant en outre un actionneur (50) monté au moins en partie à travers ledit circuit imprimé (22), ledit actionneur (50) pouvant fonctionner de manière à actionner ledit contacteur (20). 30 8. Module remplaçable en ligne (14) selon la revendication 4, comprenant en outre un connecteur d'interface de puissance (28) fixé adjacent à un bord (22E) dudit circuit imprimé (22), ledit connecteur d'interface de puissance (28) étant en communication électrique avec ledit contacteur (20). 35 9. Module remplaçable en ligne (14) selon la revendication 4, comprenant en outre un composant électrique monté sur ledit circuit imprimé (22), ledit composant électrique étant en communication électrique avec ledit contacteur (20) par le biais d'une piste de circuit (40) sur ledit circuit imprimé (22). 10. Module remplaçable en ligne (14) selon la revendication 4, comprenant en outre un contrôleur (36) monté sur ledit circuit imprimé, ledit contrôleur (36) étant en communication électrique avec ledit contacteur (20) par le biais d'une piste de circuit (40) sur ledit circuit imprimé (22). 11. Module remplaçable en ligne (14) selon la revendication 10, comprenant en outre un commutateur auxiliaire (30) en communication avec ledit contacteur (20) pour déterminer une position dudit contacteur (20), ledit commutateur auxiliaire (30) étant en communication électrique avec ledit contrôleur (36) par le biais d'une piste de circuit (40) sur ledit circuit imprimé (22). 12. Système de distribution électrique (10) comprenant : une barre omnibus de distribution de puissance (12) ; et un module remplaçable en ligne (14) comprenant un circuit imprimé (22) et un contacteur (20) monté sur ledit circuit imprimé (22), ledit contacteur (20) étant en communication électrique avec un 2 0 connecteur d'interface de puissance (28) fixé adjacent à un bord (22E) dudit circuit imprimé (22), ledit connecteur d'interface de puissance (28) pouvant être connecté de manière amovible à ladite barre omnibus de distribution de puissance (12). 13. Système de distribution électrique (10) selon la revendication 2 5 12, dans lequel ladite barre omnibus de distribution de puissance (12) est montée à l'intérieur d'un châssis (24), ledit module remplaçable en ligne (14) pouvant se monter à l'intérieur dudit châssis (24). 14. Système de distribution électrique (10) selon la revendication 12, comprenant en outre un connecteur d'interface de puissance (28) 30 fixé adjacent à un bord (22E) dudit circuit imprimé (22), ledit connecteur d'interface de puissance (28) étant en communication électrique avec ledit contacteur (20) et pouvant être connecté sélectivement à ladite barre omnibus de distribution de puissance (12).