Brevet FR2900636A1 — publié le 20071109

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne l'alimentation en énergie électrique pour des équipements électriques d'un moteur d'aéronef et/ou de son environnement. Le domaine d'application de l'invention est plus particulièrement celui des moteurs d'avion, notamment des moteurs à turbine à gaz. L'invention est toutefois aussi applicable à des moteurs d'hélicoptère. Par équipements électriques d'un moteur d'aéronef ou de son environnement, on entend ici non seulement des équipements électriques utiles pour le fonctionnement même du moteur, mais aussi des équipements électriques associés à la nacelle du moteur, tels que par exemple des circuits électriques de dégivrage ou des actionneurs électromécaniques d'inverseurs de poussée pour un moteur d'avion à turbine à gaz, voire même associés à la voilure portant le moteur, tels que par exemple des circuits électriques de dégivrage ou d'antigivrage de voilure d'avion. Un schéma traditionnel de production et de distribution d'énergie électrique à partir d'un moteur d'avion à turbine à gaz est montré sur la figure 1. Deux générateurs 1, 1' (voire plus de deux à titre de redondance ou d'optimisation de la génération de puissance électrique selon l'application considérée) sont montés sur un boîtier de transmission, ou boîtier d'entraînement d'accessoires qui est couplé mécaniquement à un arbre de turbine du moteur. Les générateurs sont typiquement des démarreurs/générateurs, ou S/G (pour Starter/Generator") comprenant une génératrice synchrone est eFceriée à une exc Itatnn et nu! fournit ::iCler 10riErr_ aliernahr,res urnes par t, s générateur_ 1, 1' sort acheminées par des lignes 2, 2' à un réseau électrique 3 de distribution d'énergie électrique à bord de l'avion, ou réseau de bord avion. Un circuit 4 de réseau de bord avion connecté aux lignes 2, 2' fournit une tension alternative régulée, typiquement 115 ou 230 Vac, sur un ou plusieurs bus de distribution. Le circuit 4 alimente aussi un convertisseur de tension 5 qui fournit une tension continue régulée, typiquement 270 Vdc ou +/-27OVdc sur un ou plusieurs bus. Les tensions fournies par les circuits 4 et 5 alimentent différentes charges électriques à bord de l'avion, principalement dans la zone fuselage. Au niveau du moteur, un module 6 de régulation électronique du moteur à pleine autorité, ou ECU (pour "Engine Control Unit") est alimenté par un générateur 7 tel qu'un générateur à aimants permanents, ou PMA (pour "Permanent Magnet Alternator") monté sur le boîtier de transmission 2. L'ECU est relié également à l'un des bus 4, 5, par exemple le bus 4 de tension alternative régulée, pour pouvoir être alimenté correctement tant qu'un régime moteur suffisant n'a pas été atteint pour assurer la fourniture par le PMA de l'énergie électrique requise, ou en cas de défaut du PMA. L'ECU utilise l'énergie électrique reçue pour permettre le fonctionnement de ses composants et exciter différents éléments du moteur tels que des sondes ou capteurs, des actionneurs ou des servovalves requérant une puissance électrique limitée. Il y a une tendance actuelle à substituer de plus en plus l'énergie électrique à l'énergie hydraulique pour actionner différents équipements électriques d'un moteur d'aéronef ou de son environnement. Ainsi, certains avions sont équipés d'inverseurs de poussée à actionnement électrique de sorte qu'une ligne d'alimentation électrique 8 doit relier le réseau de bord 3 de l'avion à un tel inverseur de poussée électrique 9. Une telle ligne s'ajoute à celles nécessaires à l'alimentation d'équipements statiques, telles que des lignes 10, 11 d'alimentation de circuits 12, 13 de dégivrage de la nacelle du moteur et de la voilure portant le moteur. L'acheminement de l'énergie ec-1-r-1q Lie du récea! 'le IOMbre :1.qUipelnenf_S à :1DUgn'lente. Objet et résumé de l'invention L'invention a pour but de fournir un circuit d'alimentation en énergie électrique ne présentant pas un tel inconvénient et permettant d'alimenter un nombre élevé d'équipements électriques dans un moteur d'aéronef et/ou dans son environnement. Ce but est atteint grâce à un circuit comprenant un réseau de distribution d'énergie électrique intégré au moteur avec : - au moins un générateur électrique entraîné par le moteur et fournissant une tension électrique, -au moins un bus de distribution de tension électrique continue pour les équipements électriques, et - un dispositif d'alimentation ayant une première entrée reliée à un réseau de distribution d'énergie électrique à bord de l'aéronef pour recevoir une tension fournie par le réseau de bord de l'aéronef, une deuxième entrée reliée au générateur pour recevoir la tension électrique fournie par celui-ci, un convertisseur de tension relié à la deuxième entrée, et un circuit de commutation pour délivrer sur le bus de distribution d'énergie électrique une tension fournie à partir de celle reçue sur la première entrée ou fournie par le convertisseur, en fonction de l'amplitude de la tension fournie par le générateur électrique. Le circuit selon l'invention permet ainsi de disposer d'un noeud de disponibilité d'énergie électrique sécurisée au niveau du moteur pour alimenter des charges intégrées au moteur ou situées à proximité, une seule liaison avec le réseau électrique de bord de l'aéronef étant suffisante pour assurer la disponibilité de l'énergie électrique sur le réseau électrique du moteur lorsque le générateur ne suffit pas à couvrir le besoin. Le générateur fournit une tension électrique régulée ou variable en fonction du régime moteur. Le générateur peut être un alternateur à aimants permanents. Le circuit peut comprendre en outre un convertisseur de * relié à 19 première enfriie pour con-et-tir la onsion '. le Ur ci-ondueurs iipaen s per , bus ciistiributLcn e tension contii. :Ji et 35 délivrant une tension alternative à des équipements électriques. Le bus de distribution de tension peut être un bus de distribution de tension continue régulée. A titre de redondance ou d'optimisation de l'installation, le circuit d'alimentation peut comporter deux générateurs électriques entraînés par le moteur et reliés respectivement à la deuxième entrée et à une troisième entrée du dispositif d'alimentation et deux bus de distribution de tension reliés à une première sortie et à une deuxième sortie du dispositif d'alimentation, et le dispositif d'alimentation comprend en outre un convertisseur de tension relié à la troisième entrée, les convertisseurs de tension reliés à la deuxième et à la troisième entrée étant reliés respectivement à la première sortie et à la deuxième sortie. Dans ce cas, de préférence, la première entrée est reliée aux première et deuxième sorties du dispositif d'alimentation, le circuit de commutation permettant la fourniture sur le premier et le deuxième bus de distribution des tensions fournies respectivement par les convertisseurs reliés à la deuxième et à la troisième entrée, ou de la tension fournie par le premier convertisseur. Les équipements électriques peuvent comprendre des actionneurs électromécaniques pour des géométries variables du moteur et des moteurs électriques de pompes, ainsi qu'au moins un circuit de dégivrage d'une nacelle de moteur. Dans le cas d'un moteur d'avion, les équipements électriques peuvent comprendre au moins un circuit de dégivrage de la voilure supportant le moteur, et, dans le cas d'un moteur d'avion à turbine à gaz, des actionneurs électromécaniques d'inverseur de poussée électrique. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins 30 annexés sur lesquels : - la figure 2 est une très schématique généra d'un 35 système pour l'alimentation électrique et la commande d'équipements d'un moteur d'aéronef et de son environnement ; et Hu de 1 ln - la figure 3 est une vue plus détaillée d'un dispositif d'alimentation en tension électrique faisant partie du circuit de la figure 2. Description détaillée des modes de réalisation de l'invention La figure 2 montre un schéma général d'un circuit pour l'alimentation électrique et la commande d'équipements électriques d'un moteur d'aéronef et de son environnement, notamment un moteur d'avion à turbine à gaz. Le circuit de la figure 2 comporte, de façon connue, un ou deux générateurs 10, 10', tels que des S/G montés sur un boîtier de transmission (schématisé par 11) couplé mécaniquement à un arbre de turbine du moteur. Les tensions alternatives fournies par les S/G 10 et 10' sont acheminées par des lignes 12 et 12' à un réseau électrique 13 de distribution d'énergie électrique à bord de l'avion, ou réseau électrique de bord d'avion. Un circuit 14 du réseau de bord avion fournit sur un ou plusieurs bus de distribution une tension alternative régulée typiquement 115 Vac ou 230 Vac ayant une fréquence variable en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de turbine. Le circuit 14 alimente également un circuit convertisseur de tension 15 qui fournit une tension continue régulée, typiquement 270 Vdc ou 270 Vdc sur un ou plusieurs bus. Les tensions produites par les circuits 14 et 15 alimentent différentes charges dans la zone de fuselage de l'avion. Au niveau du moteur (schématisé par 21), des générateurs ou GEN, 20, 20' tels que par exemple des PMA fournissent une énergie électrique alternative régulée ou variable en fonction du régime moteur à un module de régulation du moteur, ou ECU 22 ainsi qu'à un dispositif d'alimentation sécurisée 30 faisant partie d'un réseau de distribution d'énergie électrique intégré au moteur. L'ECU 22 et le dispositif d'alimentation 30 sont également reliés au circuit 14 de tension alternative par une ligne 1A. pour pouvoir être alimentés rom cent tant ^u'un dibpdsitif d'alimentation mit ;_ rie tension continue sur deux bus de distribution de courant continu tels que des bus HVDC 40, 40' qui alimentent un système d'alimentation et de commande d'équipements électriques du moteur et/ou de son environnement. Le système d'alimentation et de commande comprend des modules d'alimentation qui peuvent par exemple être répartis en plusieurs ensembles 50, 50', 50" associés à des groupes respectifs 60, 60', 60" d'équipements électriques 62, 62', 62" par l'intermédiaire de circuits de commutation respectifs 70, 70', 70". Les équipements électriques comprennent notamment des moteurs électriques de pompes, des actionneurs pour des géométries variables du moteur d'avion ou pour des inverseurs de poussée ou des trappes de visite à actionnement électrique, des circuits résistifs de dégivrage ou d'antigivrage, tous ces équipements faisant partie du moteur d'avion ou de son environnement (nacelle, pylône de support et voilure proche). Les modules d'alimentation 52, 52', 52" des ensembles 50, 50', 50" ainsi que les circuits de commutation 70, 70', 70" sont commandés par un dispositif de commande comprenant une unité centrale de commande 80. Celle-ci est reliée par des ensembles de lignes 64, 64', 64" à des capteurs associés à au moins certains des équipements électriques des groupes 60, 60', 60" et est reliée en outre à l'ECU 22. L'alimentation des composants de l'unité centrale de commande 80 est assurée par les générateurs 20, 20' de la même manière que pour les composants de l'ECU 22. Les modules d'alimentation 52, 52', 52" comprennent des onduleurs pour délivrer aux équipements 62, 62', 62" des groupes 60, 60', 60" une tension alternative obtenue à partir de la tension continue délivrée par les bus 40, 40'. L'unité centrale de commande 80 commande les modules 52, 52', 52" et les circuits de commutation 70, 70', 70" pour activer chacun des équipements 62, 62', 62" en fonction d'informations reçues de l'ECU 22 et/ou de capteurs associés aux équipements. Par activation d'un équipement, on entend ici notamment l'entraînement de moteur, électrinues, la mis n mcuveme 'Dotionneurs élect'i ues Du car )u ie Le sont semblab,e Lies en ei en:el, ensembles et des équipements en différents groupes étant effectuée en fonction des puissances requises afin d'optimiser les tailles des onduleurs des modules d'alimentation. Le nombre d'ensembles de modules et de groupes d'équipements est de 3 dans l'exemple illustré. Il pourra bien entendu être différent de 3, voire même égal à 1 si des onduleurs sont utilisés d'une puissance convenant à tous les équipements. Chaque ensemble de modules peut comprendre au moins un module de secours à titre de redondance. Les circuits de commutation 70, 70', 70" sont commandés pour relier chaque équipement d'un groupe à un module de l'ensemble correspondant à ce groupe, éventuellement le module de secours, en cas de besoin. D'autres systèmes d'alimentation et de commande d'équipements d'un moteur d'avion ou de son environnement pourront être conçus utilisant l'énergie fournie sur les bus 40, 40' par le dispositif d'alimentation sécurisée 30. Ainsi, certains équipements au moins pourront être alimentés par la tension continue des bus 40, 40' ou une tension continue dérivée de celle-ci. La figure 3 illustre de façon plus détaillée le dispositif d'alimentation sécurisée 30. Un circuit 31 convertisseur de tension alternative en tension continue (AC/DC) a son entrée reliée par un interrupteur 32 à une première entrée du circuit 30 connectée à la ligne 16. Deux autres circuits convertisseurs AC/DC 35, 35' ont leurs entrées reliées respectivement à une deuxième et une troisième entrées du circuit 30 recevant les tensions alternatives respectives des générateurs 20, 20'. Les sorties des convertisseurs 35, 35' sont respectivement reliées par des interrupteurs 36, 36' à des circuits de bus continu 37, 37', par exemple de type HVDC alimentant respectivement les bus 40, 40'. La sortie du convertisseur 31 est reliée également aux circuits 37, 37' par l'intermédiaire d'interrupteurs respectifs 33, 33'. Le circuit de commutation formé par les interrupteurs 33, 33', 37, 37' est commandé par l'ECU 22 en fonction des niveaux de tension détectés en sortie des générateurs 20: 20'. ! orsque les générateurs , 6' générateu,s respe,,Livf-inent Lo, que i ui ,l l'autre des générateurs 20, 20' fournit une puissance insuffisante à bas régime du moteur d'avion ou en cas de défaillance, l'ouverture de l'interrupteur 36 et/ou de l'interrupteur 36' est commandée par l'ECU 22 ainsi que concomitamment la fermeture de l'interrupteur 32 ainsi que de l'interrupteur 33 et/ou de l'interrupteur 33'. L'énergie électrique disponible sur les bus 40, 40' est alors tirée de celle fournie par l'un des générateurs et la ligne 16, ou uniquement de celle fournie par la ligne 16. On dispose donc avec le dispositif d'alimentation 30 d'un noeud d'alimentation électrique sécurisée au niveau du moteur. Les bus 40, 40' alimentent les ensembles de modules 50, 50', 50" ainsi que l'unité centrale de commande 80 pour l'activation des équipements électriques 62, 62', 62". Il est toutefois possible d'alimenter un ou plusieurs équipements électriques directement à partir de la sortie des générateurs 20, 20', par exemple un circuit de dégivrage de la nacelle du moteur ou de la voilure relié à une ligne 39 qui est connectée aux sorties des générateurs 20, 20' par des interrupteurs respectifs 38, 38'. Les interrupteurs 38, 38' sont commandés par l'ECU 22 pour alimenter la ligne 39 en fonction des besoins. L'utilisation de deux bus 40, 40' alimentés séparément permet de pallier la défaillance d'un bus ou de son alimentation, et de répartir l'énergie électrique continue distribuée. L'utilisation de deux générateurs 20, 20' permet de pallier la défaillance d'un générateur tout en conservant une alimentation sécurisée par la liaison 16 avec le réseau de bord de l'avion et de répartir la puissance électrique fournie. L'utilisation d'un seul générateur alimentant deux bus 40, 40' en parallèle est toutefois envisageable. Il est aussi possible d'envisager la présence d'un seul bus d'alimentation alimenté en parallèle à partir de deux générateurs ou à partir d'un seul générateur et, le cas échéant, du réseau de bord de l'avion. La tension continue fournie sur les bus 40, 40' peut être une 35 étant alors tolérée, notamment en fonction des variations de tensions fournies par les générateurs 20, 20'. par exemple à ri 1égUle.,. piage L vanatIon e de Vdc ou Dans le mode de réalisation décrit plus haut, la tension de réseau de bord de l'aéronef disponible le cas échéant pour le dispositif d'alimentation 30 est une tension alternative. Cette tension pourrait être une tension continue, auquel cas une conversion AC/DC n'est pas nécessaire au niveau du dispositif d'alimentation 30. Le convertisseur 31 peut alors être omis ou remplacé par un convertisseur DC/DC si la tension continue à délivrer sur les bus 40, 40' est différente de celle du réseau de bord de l'aéronef. REVENDICATIONS 1. Circuit d'alimentation en énergie électrique pour des équipements électriques situés dans un moteur d'aéronef et/ou dans l'environnement du moteur, comprenant un réseau de distribution d'énergie électrique intégré au moteur avec : - au moins un générateur électrique (20, 20') entraîné par le moteur et fournissant une tension électrique, - au moins un bus (40 40') de distribution de tension 10 électrique continue pour les équipements électriques, et - un dispositif d'alimentation (30) ayant une première entrée reliée à un réseau (13) de distribution d'énergie électrique à bord de l'aéronef pour recevoir une tension fournie par le réseau de bord de l'aéronef, une deuxième entrée reliée au générateur (20 ; 20') pour 15 recevoir la tension électrique fournie par celui-ci, un convertisseur de tension (35 ; 35') relié à la deuxième entrée, et un circuit de commutation (33 ; 33', 36 ; 36') pour délivrer sur le bus de distribution d'énergie électrique une tension fournie à partir de celle reçue sur la première entrée ou fournie par le convertisseur (35 ; 35') en fonction de l'amplitude 20 de la tension fournie par le générateur électrique. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un convertisseur de tension (31) relié à la première entrée pour convertir la tension fournie par le réseau de bord de l'aéronef. 3. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bus de distribution de tension (40 ; 40') est un bus de distribution de tension continue régulée. 30 Cire! l'une quelconque en à 3, caractéris'. - .52") electIque Jn'. une 62 ; 62', 62"). 25 35 2900636 Il 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant deux générateurs électriques (20, 20') entraînés par le moteur et reliés respectivement à la deuxième entrée et à une troisième entrée du dispositif d'alimentation (30) et deux bus de distribution de tension (40, 5 40') reliés à une première sortie et à une deuxième sortie du dispositif d'alimentation, et le dispositif d'alimentation comprend en outre un convertisseur de tension (35') relié à la troisième entrée, les convertisseurs de tension (35, 35') reliés à la deuxième et à la troisième entrée étant reliés respectivement à la première sortie et à la deuxième sortie. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première entrée est reliée aux première et deuxième sorties du dispositif d'alimentation (30), le circuit de commutation (33, 33', 36, 36') permettant la fourniture sur le premier et le deuxième bus de distribution des tensions fournies respectivement par les convertisseurs (35, 35') reliés à la deuxième et à la troisième entrée, ou d'une tension fournie à partir de celle reçue sur la première entrée. 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le générateur (20 ; 20') est un alternateur à aimants permanents (PMA). 8. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les équipements électriques (62 ; 62' ; 62") comprennent des actionneurs électromécaniques pour des géométries variables du moteur et des moteurs électriques de pompes. 9. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en 30 ce que les équpernentc 4,etriques comprennent au moine un circuit de .. .2 .,,., moteHi davion, caradérisé erg ce que 1 équipements âectriques 35 comprennent au moins un circuit de dégivrage de voilure supportant le moteur.11. Circuit selon rune quelconque des revendications à 10 pour un moteur d'avion à turbine à gaz, caractérisé en ce que les équipements électriques comprennent des actionneurs électromécaniques d'inverseur 5 de poussée à actionnement électrique.