Brevet FR3069387A1 — publié le 20190125

Harnais électrique DOMAINE La présente invention concerne le domaine des harnais électriques, plus particulièrement celui des harnais électriques équipant des turbomachines. CONTEXTE Un harnais électrique est un dispositif électronique qui véhicule des signaux électriques entre différents équipements. Dans le cas d'une turbomachine équipée d'un calculateur et de nombreux capteurs, des harnais électriques sont placés entre le calculateur et les capteurs de façon à véhiculer - vers le calculateur - les mesures effectuées par ces capteurs. En particulier, les turbomachines dites à double corps comprenant un corps basse pression et un corps haute pression sont équipées de capteurs servant à mesurer le régime de rotation du corps basse pression appelé régime Ni et le régime de rotation du corps haute pression appelé régime N2. Ces capteurs des régimes Ni et N2 peuvent être perturbés par des vibrations du moteur de la turbomachine. Les signaux de mesure des régimes peuvent alors être parasités par des pics de bruits pouvant entraîner de fausses détections de panne sur le moteur. Ce parasitage peut n'être observable que lors de certains régimes de fonctionnement comme par exemple lors d'un démarrage du moteur. Pour réduire le niveau de bruit du signal, il est possible de filtrer le signal en utilisant un filtre analogique, également appelé circuit électronique de filtrage dans la suite du document, qui peut être intégré dans un circuit électronique de comptage, comme illustré par exemple dans la demande de brevet US 20030231013. Ce circuit électronique de comptage est généralement intégré au calculateur connu sous l'acronyme FADEC pour Full Authority Digital Engine Control Electronic en anglais) de la turbomachine. Le calculateur est généralement situé dans la nacelle entourant la soufflante de la turbomachine. Il s'agit d'un système électronique de 2 contrôle moteur. Dans la plupart des cas, l'intégralité des harnais électriques et le calculateur se trouvent en zone feu. Les zones feu sont définies comme étant des zones de la turbomachine dans lesquelles un feu est susceptible de se déclencher. Ces harnais 5 électriques sont généralement pourvus de moyens de protection thermiques ou de couches thermiquement isolantes afin d'être résistants dans des conditions sévères de températures, comme l'illustre la demande de brevet française FR 2901423. Le calculateur comprend généralement des moyens de refroidissement ainsi que des 10 moyens de détection d'un incendie. Afin d'éviter de reconcevoir le calculateur, il est préférable d'intégrer le circuit électronique de filtrage dans un harnais électrique transportant les signaux à transmettre au calculateur. Il n'est pas non plus souhaitable de modifier un capteur pour y intégrer un circuit 15 électronique de filtrage car la masse du capteur doit être limitée afin que sa position dans la turbomachine reste suffisamment stable sous l'influence des vibrations du moteur. L'intégration d'un circuit électronique de filtrage dans un harnais électrique soulève plusieurs difficultés. Dans une configuration où 20 l'intégralité du harnais est en zone feu, le circuit électronique de filtrage intégré dans le harnais doit traiter des signaux OFR (Operating Fire Resistant en anglais) transportés par le harnais, ces signaux devant rester disponibles même en cas d'incendie. Les signaux sont dits OFR lorsqu'ils sont disponibles en cas de feu pendant une durée 25 minimale de cinq minutes. En pratique, le harnais électrique doit tenir le feu pendant au moins cinq minutes. Les composants électriques du circuit électronique de filtrage intégré dans le harnais devraient alors tenir à 1100°C selon la norme ISO 2685 : 1998(E) ce qui n'est pas le cas dans la pratique. 30 Il n'est pas nécessaire que le circuit électronique de filtrage soit fonctionnel au bout des cinq minutes de feu, même si la température de l'environnement revient à une température ambiante. La perte de la fonctionnalité du circuit électronique de filtrage est acceptable à condition que cela n'entrave pas la transmission du signal, même 35 bruité, véhiculé par le harnais vers le calculateur. Une problématique est donc l'intégration d'un circuit électronique de filtrage pouvant contenir des composants électriques basse 3 température dans un harnais électrique résistant au feu, sans compromettre, en cas d'incendie, la transmission des signaux OFR transportés par le harnais. Ces signaux peuvent être dégradés en cas d'incendie mais doivent impérativement être transmis au calculateur, et 5 ne doivent pas subir de dégradations critiques au-delà de cinq minutes d'exposition au feu. RESUME 10 La présente invention porte en premier lieu sur un harnais électrique pour une turbomachine, comprenant une première terminaison connectée à un appareil apte à émettre un signal électrique, et une deuxième terminaison connectée à un appareil de traitement du signal, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit 15 électronique de filtrage du signal, ledit circuit comprenant au moins un composant électronique associé à un seuil de température de fonctionnement, et un moyen d'interruption électrique à déclenchement thermique monté en série ou en parallèle avec ledit composant électronique, ledit moyen d'interruption électrique étant apte à passer 20 d'un état ouvert dans lequel un courant ne peut pas le traverser, à un état fermé dans lequel un courant peut le traverser, ou réciproquement d'un état fermé à un état ouvert, à partir d'une température inférieure ou égale au seuil de température de fonctionnement dudit composant électronique. 25 Ainsi, la défaillance d'un composant associé à un seuil de température de fonctionnement n'empêche pas la transmission du signal électrique vers le calculateur. Selon une caractéristique particulière, le moyen d'interruption électrique est choisi parmi la liste suivante : interrupteur thermique, 30 fusible et disjoncteur thermique. Un interrupteur thermique permet de passer d'un état ouvert à un état fermé permettant de laisser le courant circuler. Un fusible ou un disjoncteur thermique permet de passer d'un état fermé à un état ouvert et est employé pour empêcher un court-circuit. 35 Selon une caractéristique particulière, le circuit électronique de filtrage du signal comprend une résistance et un condensateur montés en série. Ce montage constitue un filtre RC passe bas permettant de 4 filtrer les hautes fréquences du signal électrique. D'autres types de filtres peuvent être employés (passe haut, passe bande...) selon le type de filtrage désiré. Selon une caractéristique particulière, la résistance est montée en 5 parallèle avec un interrupteur thermique. Cette configuration permet d'empêcher la perte du signal dans le cas où la résistance présente un mode de défaillance équivalent à un circuit ouvert. Selon une caractéristique particulière, le condensateur est monté en série avec un fusible ou avec un disjoncteur thermique. Cela permet 10 d'empêcher un court-circuit en cas de défaillance du condensateur. Selon une caractéristique particulière, le circuit électronique de filtrage est recouvert de tresse métallique et d'une gaine thermo rétractable ou d'un surmoulage, afin de garantir la continuité du blindage du harnais électrique. 15 Selon une caractéristique particulière, l'une des première ou deuxième terminaisons comprend un connecteur intégrant ledit circuit électronique de filtrage dudit signal. Ce positionnement permet de faciliter l'intégration du circuit électronique de filtrage dans le harnais par l'homme du métier. 20 Selon une caractéristique particulière, le harnais comprend un boitier résistant au feu intégrant le circuit électronique de filtrage. Cette configuration est utilisée en alternative au positionnement du filtre dans un connecteur du harnais électrique. L'invention concerne également porte une turbomachine 25 comprenant au moins un rotor, un capteur apte à mesurer un régime de rotation du rotor et un calculateur apte à recevoir une mesure dudit régime de rotation, caractérisée en ce qu'elle comprend un harnais électrique selon l'une des revendications précédentes dont la première terminaison est connectée au capteur du régime de rotation et la 30 deuxième terminaison est connectée au calculateur. Ce type de turbomachine peut être employé pour des essais incendie par exemple. Selon une autre caractéristique la turbomachine peut comprendre un corps basse pression associé à un régime de rotations Ni et un corps haute pression associé à un régime de rotation N2, comprenant 35 des capteurs aptes à mesurer les régimes de rotations Ni et N2 et un calculateur apte à recevoir un signal de mesure du régime Ni et/ou N2, la première terminaison étant connectée à l'un des capteurs. Ainsi, le 5 circuit électronique de filtrage garantit à la fois le filtrage du signal en condition normale (pas d'incendie), et permet, en cas d'incendie de garantir une transmission des signaux de régime pendant une durée minimale de cinq minutes. 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins. 10 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS FIG.1 est un schéma simplifié de turbomachine. FIG.2 est un schéma du harnais électrique selon un exemple de mode de réalisation. 15 FIG.3 est un schéma du harnais électrique selon un exemple de mode de réalisation. FIG.4 est un schéma du harnais électrique selon un exemple de mode de réalisation. FIG.5 est un schéma simplifié d'un harnais électrique intégrant un 20 filtre analogique de type passe bas. FIG.6 est un schéma simplifié d'un harnais électrique intégrant un filtre analogique de type passe haut. FIG.7 est un schéma simplifié d'un harnais électrique intégrant un filtre analogique de type passe bande. 25 DESCRIPTION DETAILLEE Nous nous référons dans un premier temps à la FIG.1 représentant une turbomachine 1 à double corps. Cette turbomachine 1 comprend un 30 corps basse pression comprenant un rotor dont le régime de rotation est appelé Ni, et un corps haute pression comprenant un rotor dont le régime de rotation est appelé N2, le rotor haute pression et le rotor basse pression étant coaxiaux et rotatifs indépendamment l'un de l'autre. La turbomachine comprend en outre des capteurs 2 et 3 aptes à 35 mesurer les régimes de rotations Ni et N2, respectivement et un calculateur 4 apte à recevoir les signaux de mesure des régimes Ni et 6 N2. Le corps haute pression comprend un compresseur haute pression 6 et une turbine haute pression. Le rotor haute pression comprend un arbre 7 reliant une pluralité de roues aubagées du compresseur haute pression à au moins une roue aubagée de la turbine haute pression 8. 5 Le corps basse pression comprend un compresseur basse pression 9 et une turbine basse pression 11. Le rotor basse pression comprend un arbre 7 reliant une pluralité de roues aubagées du compresseur basse pression à une pluralité de roues aubagées de la turbine basse pression 8. Comme cela est représenté sur la figure 1, l'arbre haute 10 pression entoure l'arbre basse pression 10. Cette turbomachine 1 comprend en outre deux harnais électriques 5 comprenant chacun une première terminaison T1 connectée à l'un des capteurs 2 ou 3 et une deuxième terminaison T2 connectée au calculateur 4. Les harnais électriques 5 présentent la particularité 15 d'être résistants au feu et comprennent chacun un filtre analogique apte à filtrer un signal électrique en condition normale (pas d'incendie), et permettant, en cas d'incendie, de garantir une transmission des signaux de régime pendant une durée minimale de cinq minutes Ainsi, chaque harnais électrique 5 comprend une première 20 terminaison T1 connectée à un appareil apte à émettre un signal électrique (par exemple un capteur 3), et une deuxième terminaison T2 connectée à un appareil de traitement du signal (ici un calculateur 4) comme illustré dans les FIG.2, FIG.3 et FIG.4. Selon les modes de réalisation des FIG.2 et FIG.3, le harnais 25 électrique 5 peut comprendre un connecteur 12 à chaque terminaison T1 et T2. Selon les modes de réalisation des FIG.3 et FIG.4, le harnais électrique 5 comprend un boitier 13 résistant au feu. Selon le mode de réalisation de la FIG.4, la première terminaison 30 T1 n'est pas déconnectable du capteur 3 et la deuxième terminaison T2 n'est pas déconnectable du calculateur 4. D'une façon générale, le harnais électrique 5 peut comprendre une terminaison T1 ou T2 déconnectable ou non déconnectable de l'appareil auquel elle est connectée. 35 Chaque harnais 5 comprend un circuit électronique de filtrage du signal. Ce circuit peut être intégré soit dans le boitier 13 résistant au feu illustré en FIG.3 ou en FIG.4, ou dans un des connecteurs 12 7 comme illustré sur les FIG.2 et FIG.3. Le filtre peut être recouvert de tresse métallique pour en assurer le blindage, et d'une gaine thermo rétractable ou d'un surmoulage. Un positionnement du filtre dans un des connecteurs 12, 5 constituant des points de supportage du harnais, permet de faciliter l'intégration du filtre dans le harnais 5 par l'homme du métier. Si le filtre est intégré dans un boitier 13, ce dernier est au moins en partie métallique de manière à en assurer le blindage. Dans cette configuration, le raccordement d'un câble de harnais au boitier 13 peut 10 être déconnectable ou non. Ce circuit électronique de filtrage comprend au moins un composant électronique (par exemple une résistance R ou un condensateur C) associé à un seuil de température de fonctionnement, et un moyen d'interruption électrique à déclenchement thermique monté 15 en série ou en parallèle avec ledit composant électronique, ledit moyen d'interruption électrique étant apte à passer d'un état ouvert dans lequel un courant ne peut pas le traverser, à un état fermé dans lequel un courant peut le traverser, ou réciproquement d'un état fermé à un état ouvert, à partir d'une température inférieure ou égale au seuil de 20 température de fonctionnement dudit composant électronique. Ainsi, la défaillance d'un composant associé à un seuil de température de fonctionnement n'empêche pas la transmission du signal électrique vers le calculateur 4. Nous nous référons aux FIG.5, FIG.6 et FIG.7 pour illustrer trois 25 exemples de modes de réalisation avec à chaque fois un type de filtre différent intégré dans le harnais électrique 5. Selon le mode de réalisation de la FIG.5, le filtre intégré dans le harnais électrique 5 est un filtre RC passe bas. Il contient donc deux composants électroniques basse température : une résistance R et un 30 condensateur C. La résistance R et le condensateur C sont montés en série. En cas de feu, les modes de défaillances de la résistance R et du condensateur C correspondent à des circuits ouverts ou fermés. Chaque mode de défaillance a une conséquence sur le comportement fonctionnel du circuit : 35 si la résistance R se comporte comme un circuit ouvert, il y a une perte du signal mesuré, 8 - si la résistance R se comporte comme un circuit fermé, le filtre n'est plus effectif, mais la transmission du signal est conservée, - si le condensateur C se comporte comme un circuit ouvert, le filtre n'est plus effectif, mais la transmission du signal est 5 conservée, - si le condensateur C se comporte comme un circuit fermé, cela génère un court-circuit et il y a une perte du signal mesuré. En cas de défaillance du filtre et de transmission d'un signal, le signal transmis est bruité Une double détection de panne 10 correspondant à la détection d'un feu conjointement à une fausse détection de panne liée à un pic de bruit sur le signal transmis est peu probable en pratique. Les modes de défaillance ayant pour conséquence une perte du signal mesuré, quant à eux, ne sont pas acceptables sur le plan pratique, et ce d'autant plus lorsqu'il s'agit d'un 15 signal de mesure du régime Ni. Dans le cas particulier d'un feu, la perte de fonctionnalité du filtre est acceptable, à condition que le signal non filtré reste exploitable pour la mesure du régime Ni. En effet, la perte du signal issu du capteur 3 de régime Ni n'est pas acceptable car le calculateur 4 ne peut pas réguler le moteur sans 20 cette mesure. La perte d'un tel signal entraînerait de graves disfonctionnements pouvant aboutir à une perte de contrôle de la poussée du moteur. Pour lutter contre le mode de disfonctionnement en circuit ouvert de la résistance R, un moyen d'interruption électrique à déclenchement 25 thermique est monté en parallèle avec la résistance R, ledit moyen d'interruption thermique étant apte à passer d'un état ouvert dans lequel le courant ne circule pas à un état fermé dans lequel le courant circule. Ainsi, en état fermé, le moyen d'interruption électrique permet au courant de circuler tandis que la résistance R est en circuit ouvert. 30 Le moyen d'interruption électrique, dans ce cas est un interrupteur thermique comme par exemple un bilame 14a. Le bilame 14a permet, au-delà d'une certaine température, de court-circuiter la résistance R. Les caractéristiques thermiques du déclenchement de l'interrupteur constitué par le bilame 14a sont prévues de telle sorte que le court- 35 circuit de la résistance R ait lieu avant la défaillance de la résistance R. Pour cela la température à laquelle le bilame 14a se déclenche pour 9 court-circuiter la résistance R est inférieure au seuil de température de fonctionnement de la résistance R. Selon une caractéristique particulière, le bilame 14a est constitué de matériaux (par exemple en céramique) dont la température de fusion 5 est supérieure à une température maximum constatée en condition de feu. La température maximum constatée en condition de feu est généralement de 1100°C. Selon une caractéristique particulière, le type de bilame utilisé est préférentiellement un bilame à retournement brusque (également 10 appelé bilame cloquant) car ce type de bilame est le moins sensible aux vibrations mécaniques. Ainsi, le bilame 14a est apte à changer de position rapidement à partir d'un certain seuil de température. Pour lutter contre le mode de disfonctionnement en circuit fermé du condensateur C, un moyen d'interruption électrique à déclenchement 15 thermique est monté en série avec le condensateur, ledit moyen d'interruption électrique étant apte à passer d'un état fermé à un état ouvert dans lequel le court-circuit -qui aurait été induit par le mode de défaillance en circuit fermé du condensateur C- est évité. Ce moyen d'interruption électrique est par exemple un fusible 14b ou un 20 disjoncteur thermique. Le fusible 14b permet de déconnecter le condensateur C au-delà d'une certaine température, ce qui permet de pallier à la situation où le condensateur C se mettrait en court-circuit. Le fusible 14b est prévu pour claquer avant la défaillance du condensateur C. La température de fusion du fusible 14b est donc 25 choisie inférieure au seuil de température de fonctionnement du condensateur C. Pour éviter la perte du signal, le bilame 14a doit se déclencher avant la dégradation de la résistance R et le fusible 14b doit se déclencher avant la dégradation du condensateur C. En cas d'incendie, 30 l'évolution de la température étant rapide dans un équipement de faible masse tel qu'un harnais électrique, les instants des déclenchements respectifs du bilame 14a et du fusible 14b seront séparés d'un intervalle de temps relativement bref même dans le cas où les températures respectives de déclenchement de ces deux éléments 35 d'interruption électrique sont assez différentes. Par exemple, si le fusible 14b se déclenche (claque) avant le déclenchement (retournement) du bilame, le circuit RC devient provisoirement un 10 circuit à simple résistance R. Néanmoins, cette situation n'aura pas d'impact sur la régulation du moteur par le calculateur 4. Il n'est donc pas indispensable que le bilame 14a et le fusible 14b soient choisis de sorte que leurs températures respectives de déclenchement soient 5 proches l'une de l'autre. Ces températures de déclenchement seront généralement comprises dans une plage entre 150°C et 350°C, mais des valeurs plus élevées restent envisageables si les seuils de températures de fonctionnement de la résistance R et du condensateur C dépassent cette plage. 10 D'autres types de filtres peuvent être employés (passe haut, passe bande...) selon le type de filtrage désiré. La FIG.6 représente un harnais 5 équipé d'un filtre RC passe haut. Dans ce cas particulier, les modes de défaillances sont les mêmes que dans le cas du filtre RC passe bas précédemment décrit mais sont 15 inversés entre la résistance R et le condensateur C. Cette fois-ci, la perte du signal de mesure correspond à une défaillance en circuit ouvert du condensateur C ou à une défaillance en circuit fermé de la résistance R (court-circuit). Dans ce cas, un interrupteur thermique est monté en parallèle avec le condensateur C de sorte qu'avant que le 20 condensateur C se comporte en circuit ouvert sous l'effet d'une température trop élevée, l'interrupteur passe d'un état ouvert à un état fermé permettant de laisser passer le courant électrique. Par ailleurs, un fusible 14b est monté en série avec la résistance R afin d'éviter un court-circuit dans le cas où la résistance R se comporterait comme un 25 circuit fermé sous l'effet d'une température trop élevée. La FIG.7 représente un harnais électrique 5 équipé d'un filtre passe bande. Il se présente sous la forme d'un filtre RC passe bas monté en série avec un filtre RC passe haut. De la même manière que pour les filtres précédemment décrits, les modes de défaillance sont 30 gérés par des moyens d'interruption électrique à déclenchement thermique. Le mode de défaillance en circuit ouvert de la résistance R1 ou du condensateur C2 est géré par un bilame 14a monté en parallèle avec ces deux composants. Les modes de défaillance en circuit fermé du condensateur Cl et de la résistance R2 sont gérés par un fusible 35 14b. Ainsi, les modes de réalisations décrits permettent d'intégrer un circuit électronique de filtrage pouvant contenir des composants basse 11 température tels qu'une résistance ou un condensateur, dans un harnais électrique résistant au feu reliant un capteur 3 et un calculateur 4, sans compromettre, en cas d'incendie, REVENDICATIONS1. Harnais électrique (5) pour une turbomachine, comprenant une première terminaison (T1) connectée à un appareil (3) apte à émettre un signal électrique, et une deuxième terminaison (T2) connectée à un appareil (4) de traitement du signal, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit électronique de filtrage du signal, ledit circuit comprenant au moins un composant électronique associé à un seuil de température de fonctionnement, et un moyen d'interruption électrique à déclenchement thermique monté en série ou en parallèle avec ledit composant électronique, ledit moyen d'interruption électrique étant apte à passer d'un état ouvert dans lequel un courant ne peut pas le traverser, à un état fermé dans lequel un courant peut le traverser, ou réciproquement d'un état fermé à un état ouvert, à partir d'une température inférieure ou égale au seuil de température de fonctionnement dudit composant électronique. 2. Harnais électrique (5) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'interruption électrique est choisi parmi la liste suivante : interrupteur thermique, fusible et disjoncteur thermique. 3. Harnais électrique (5) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit électronique de filtrage du signal comprend une résistance (R) et un condensateur (C) réalisant un circuit RC série. 4. Harnais électrique (5) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résistance (R) est montée en parallèle avec un interrupteur thermique tel qu'un bilame (14a) à retournement brusque. 5. Harnais électrique (5) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le condensateur (C) est monté en série avec un fusible (14b) ou avec un disjoncteur thermique. 6. Harnais électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une des terminaisons (T1) ou (T2) comprend un connecteur (12) intégrant le circuit électronique de filtrage dudit signal. 7. Harnais électrique (5) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le harnais électrique (5) comprend un boitier (13) résistant au feu intégrant le circuit électronique de filtrage. 8. Harnais électrique (5) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit électronique de filtrage est 13 recouvert de tresse métallique et d'une gaine thermo rétractable ou d'un surmoulage. 9. Turbomachine comprenant au moins un rotor, un capteur apte à mesurer un régime de rotation du rotor et un calculateur apte à 5 recevoir une mesure dudit régime de rotation, caractérisée en ce qu'elle comprend un harnais électrique selon l'une des revendications précédentes dont la première terminaison est connectée au capteur du régime de rotation et la deuxième terminaison est connectée au calculateur. 10 10. Turbomachine (1) selon la revendication 9, comprenant un corps basse pression associé à un régime de rotation Ni et un corps haute pression associé à un régime de rotation N2, comprenant des capteurs (2) et (3) aptes à mesurer les régimes de rotations Ni et N2 et un calculateur (4) apte à recevoir un signal de mesure du régime Ni 15 et/ou N2, caractérisée en ce que la première terminaison (T1) du harnais électrique (5) est connectée à l'un des capteurs (2) ou (3).