Brevet FR3083050A1 — publié le 20191227

Dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée La présente invention concerne les dispositifs de conversion d'énergie, et plus particulièrement les dispositifs de transformation et de redressement d'une tension polyphasée. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de transformation et de redressement d'une tension équipant des aéronefs et connu par l'homme du métier sous l'acronyme anglo-saxon « TRU », (Transformer Rectifier Unit). Les figures 1 et 2 décrivent schématiquement un dispositif 1 de transformation et de redressement d'une tension triphasée. Le dispositif 1 comprend un circuit redresseur, comprenant des diodes 9 de redressement et un radiateur 8 de dissipation de chaleur, et un transformateur 3 triphasé comprenant un circuit magnétique 4 et trois enroulements 5, 6 et 7. L'ensemble est monté dans un boîtier 2 doté d'une platine P. Le radiateur 8 est doté d'ailettes 10 et dissipe la chaleur générée par les diodes 9. Le dispositif 1 comprend en outre un ventilateur 1 1 fixé sur une face 2a du boîtier 2 comprenant une ouverture frontale. Le ventilateur est apte à générer un flux d'air de refroidissement vers l'intérieur du boîtier 2 de sorte qu'une partie du flux d'air circule dans les circuits de refroidissement entre les ailettes 10 du radiateur 8 de refroidissement pour refroidir notamment les diodes 9. Cependant, malgré les avantages que procure ce dispositif, le refroidissement des composants du dispositif n'est pas entièrement satisfaisant et il existe un besoin de réduire encore davantage la masse et le volume dudit dispositif. Le but de l'invention est donc d'améliorer le refroidissement d'un dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée selon l'état de la technique, sans augmenter le volume ni la masse du dispositif. 2 Au vu de ce qui précède, l'invention propose un dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée comprenant un transformateur polyphasé, notamment triphasé, comprenant une zone centrale évidée, un circuit redresseur de tension relié au 5 transformateur et un ventilateur. Le circuit redresseur de tension comporte au moins trois unités de dissipation thermique formant un prisme droit de section polygonale régulier comprenant une zone centrale évidée. Le transformateur, le circuit redresseur de tension et le ventilateur sont 10 positionnés de sorte qu'une partie au moins du flux d'air généré par le ventilateur s'écoule à travers la zone centrale évidée du redresseur pour noyer le transformateur. Selon une autre caractéristique, des axes directeurs du ventilateur, du circuit redresseur et du transformateur sont parallèles, 15 voire alignés sur un même axe de sorte que le flux d'air soit canalisé par le circuit redresseur. Avantageusement, la face périphérique du transformateur et celle du circuit redresseur sont contenues dans des plans parallèles, voire coplanaires. 20 De préférence, un premier diffuseur est placé entre le ventilateur et le circuit redresseur, une première extrémité du diffuseur étant en bordure du ventilateur et une deuxième extrémité du diffuseur étant en contact avec le circuit redresseur, les sections des première et deuxième extrémités du diffuseur étant respectivement sensiblement 25 identiques à celles du ventilateur et du circuit redresseur de manière à canaliser le flux d'air dans le circuit redresseur. De préférence, le ventilateur comporte une zone utile destinée à souffler le flux d'air et une zone morte destinée à ne pas souffler ledit flux d'air, le dispositif comprenant en outre un dispositif de 30 canalisation de dimensions sensiblement égales aux dimensions de la zone morte de sorte à guider le flux d'air vers le circuit redresseur autour de la zone morte Selon une autre caractéristique, le dispositif de transformation et de redressement comprend en outre un deuxième diffuseur disposé autour du transformateur de manière à canaliser autour du transformateur au moins une partie du flux d'air qui s'écoule à travers la zone centrale évidée du redresseur et à travers celle du transformateur, 5 Selon une autre caractéristique, au moins une unité de dissipation thermique comprend un radiateur de dissipation thermique dont une face comprend des ailettes, notamment disposées dans la zone centrale évidée du circuit redresseur et des diodes de redressement disposées sur la face opposée à celle comprenant les ailettes. 10 Avantageusement, le transformateur polyphasé comprend un circuit magnétique formant un prisme droit de section polygonale régulier, notamment un prisme droit à base triangulaire, un prisme droit à base en étoile, à base hexagonale De préférence, le circuit magnétique comporte une pluralité 15 d'éléments magnétiques passant dans une ou plusieurs bobines, chaque élément magnétique formant une boucle fermée passant sensiblement par des arêtes du prisme droit Avantageusement, le nombre d'éléments magnétiques est un multiple de trois. 20 Selon un premier mode de réalisation, le dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée comprend en outre des trous de sortie du flux d'air agencés de sorte que le flux d'air généré par le ventilateur traverse le circuit redresseur et le transformateur avant de sortir vers l'extérieur par lesdits trous 25 11 est proposé, selon un autre aspect, un aéronef comprenant au moins un dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée tel que décrit précédemment et un boîtier incorporant ledit dispositif. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels 4 - les figures 1 et 2, dont il a déjà été fait mention, illustrent schématiquement un dispositif de transformation et de redressement d'une tension polyphasée selon l'état de la technique , - les figures 3, 4, 5 et 5a illustrent un premier mode de 5 réalisation d'un dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée selon l'invention ; - la figure 6 illustre un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée selon l'invention , 10 - la figure 7 illustre un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention incorporé dans un boîtier, - la figure 8 illustre un deuxième mode de réalisation d'un transformateur polyphasé ; - la figure 9 illustre un troisième mode de réalisation d'un 15 transformateur polyphasé ; et - la figure 10 illustre un aéronef comprenant le dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée. On se réfère aux figures 3, 4 et 5 qui illustrent un premier mode de réalisation d'un dispositif 15 de transformation et de 20 redressement de tension polyphasée Ce dispositif est placé dans un boîtier 16 ayant les mêmes dimensions ou des dimensions inférieures que celles du boîtier 2 selon l'état de la technique. Le dispositif 15 comprend un transformateur 17 polyphasé comprenant une zone centrale évidée et un circuit redresseur 18 de 25 tension triphasée relié électriquement au transformateur. Dans ce qui suit, le transformateur 17 est un transformateur triphasé comprenant également une zone centrale évidée 22. Selon un premier mode préférentiel de réalisation, le transformateur 17 triphasé comprend un circuit magnétique formant un 30 prisme droit à section en forme de polygone régulier. Le nombre de côtés du prisme droit à section polygonale est un multiple de trois Comme représenté, le circuit magnétique peut comprendre un prisme droit à base triangulaire 5 Le circuit magnétique comporte une pluralité d'éléments magnétiques passant dans une ou plusieurs bobines, les éléments magnétiques formant chacun une boucle fermée passant sensiblement par une arête du prisme. 5 Le nombre d'éléments magnétiques est un multiple de trois. Le circuit redresseur de tension 18 est réalisé à partir de diodes D. En variante, la fonction de redressement peut être mise en oeuvre au moyen de transistors ou de thyristors ou au moyen d'autres composants semi-conducteurs. 10 Tel qu'illustré, le circuit redresseur comporte des modules de redressement comprenant chacun un pont d'éléments redresseurs, ici à quatre diodes, montés sur une unité de dissipation thermique. Le circuit redresseur comporte par exemple des unités de dissipation thermique 18a, 18b et 18c identiques agencées de manière à former un 15 prisme droit à section polygonale comprenant une zone centrale évidée 23 dans laquelle circule le flux d'air de refroidissement. Tel qu'illustré sur les figures 4 et 5, le circuit redresseur comprend trois unités 18a, 18b et 18c de dissipation thermique agencées de manière à former un prisme droit de section triangulaire 20 notamment équilatérale comprenant la zone centrale évidée 23. En variante, dans le mode de réalisation de la figure 5a, le circuit redresseur 32 de tension triphasée comprend six unités 32a, 32b, 32c, 32d, 32e et 32f de dissipation thermique identiques agencées de manière à former un prisme droit de section hexagonale régulier. Le 25 dispositif 15 comprend un circuit redresseur 32 comprenant une zone centrale évidée 33 de forme extérieure sensiblement hexagonale et de forme intérieure sensiblement circulaire. Chaque unité 18a, 18b et 18c comprend des ailettes 25 réparties sur une face du radiateur opposée aux diodes de redressement D. 30 Chaque unité peut avoir le même nombre de diodes de redressement. Chaque ailette 25 conduit une partie de la chaleur du dissipateur thermique. Les ailettes 25 sont chacune en regard du flux d'air généré par le ventilateur 20 afin d'être refroidie. En d'autres 6 termes, les ailettes 25 sont disposées dans la zone centrale évidée 23 du circuit redresseur 18. Selon un autre mode de réalisation non représenté, les diodes D de redressement sont disposées à l'intérieur de la zone centrale évidée 5 23 et les ailettes 25 des radiateurs 24 sont disposées sur les faces opposées à la zone centrale évidée. Les ailettes 25 peuvent être réparties uniformément sur le radiateur 24 de manière à augmenter la surface d'échange thermique Les ailettes peuvent être obtenues par extrusion et usinage 10 Chaque ailette peut avoir un profil trapézoïdal isocèle dont la base de plus petite dimension est libre facilitant ainsi les opérations d' extrusion. En variante, chaque ailette a un profil rectangulaire ou un profil ondulé 15 Un ventilateur 20 est fixé sur un premier coté 16a du boîtier 16, de préférence à l'extérieur de celui-ci Dans la zone de montage du ventilateur 20, le boitier est doté d'une ouverture axiale 0, de préférence coaxiale au transformateur 17 et au circuit redresseur 18, pour que le flux d'air généré par le ventilateur rentre dans le boîtier 20 16 Du côté 16b opposé, le boitier comprend des trous 16c d'évacuation d'air agencés et conjointement dimensionnés de sorte que le flux d'air généré par le ventilateur 20 traverse le circuit redresseur 18 et le transformateur 17 avant de sortir vers l'extérieur du boîtier 25 par les trous 16c Un premier diffuseur 21 canalisant le flux d'air peut être fixé sur la face intérieure du côté 16a du boîtier de sorte que le flux d'air soit canalisé à l'intérieur du boîtier, Le premier diffuseur 21 peut comprendre des ailettes de 30 redressement du flux d'air (non représentées) Le premier diffuseur 21 est placé entre le ventilateur 20 et le circuit redresseur 18, une première extrémité 21a du diffuseur étant en bordure du ventilateur 20 et une deuxième extrémité 21b du diffuseur étant en contact avec le circuit redresseur 18 7 La section de la première extrémité 21a du premier diffuseur est sensiblement identique à celle du ventilateur et la section de la deuxième extrémité 21b du premier diffuseur est sensiblement identique à celle du circuit redresseur de manière à canaliser le flux 5 d'air dans le circuit redresseur. Une partie au moins, voire la majorité ou la totalité du flux d'air généré, par le ventilateur 20 est dirigé vers le circuit redresseur 18 Dans le mode de réalisation des figures 3 à 5, grâce au diffuseur 21, l'intégralité du flux d'air est dirigée vers le circuit redresseur 18. 10 Toutefois, le boîtier 16 peut être dépourvu de diffuseur 21 Le transformateur 17, le circuit redresseur de tension 18 et le ventilateur 20 sont positionnés de sorte qu'une même partie au moins du flux d'air généré par le ventilateur s'écoule à travers la zone centrale évidée 23 du redresseur pour noyer le transformateur, le flux 15 d'air issu du ventilateur 20 s'écoulant dans la zone centrale du transformateur et autour de ce dernier (flèche F) Les axes directeurs du ventilateur 20, du circuit redresseur 18 et du transformateur 17 sont sensiblement parallèles, voire alignés, sur un même axe (A) de sorte que le flux d'air soit canalisé par le circuit 20 redresseur. Le transformateur 17 et le circuit redresseur 18 ont des faces périphériques telles que les faces 170 et 180 qui sont contenues dans des plans parallèles, voire sensiblement coplanaire On entend par « face périphérique » une face qui n'est pas en regard de la zone 25 évidée et qui n'est pas traversée par ladite zone évidée L'axe directeur du ventilateur 20 est sensiblement aligné avec l'axe de rotation du 'entilateur. L'axe directeur du ventilateur 20, du circuit redresseur et du transformateur 17 est colinéaire à l'axe directeur des zones évidées. 30 Ledit axe directeur est sensiblement aligné avec l'axe de rotation dudit ventilateur Selon un autre mode de réalisation visible sur la figure 5, le dispositif 15 est complété par un dispositif de contournement 26 8 Le ventilateur 20 comprend une zone utile destinée à souffler le flux d'air et une zone morte destinée à ne pas souffler ledit flux d'air. Le dispositif de contournement 26 est de dimensions 5 sensiblement égales aux dimensions de la zone morte et s'étend axialement dans cette zone de manière à guider le flux d'air vers la zone utile Par conséquent, on force le flux d'air à passer par la zone centrale évidée au plus près des ailettes 25 du dissipateur. 10 Le dispositif de contournement 26 peut être cylindrique, comme représenté, ou il peut suivre la forme triangulaire des ailettes et être profilé à son extrémité Le dispositif peut être fixé sur la zone morte du ventilateur comme représenté ici Il peut également, en variante, être relié par des 15 ailettes au diffuseur 21 pour redresser le flux du ventilateur qui a tendance à tourbillonner. Selon un autre mode de réalisation représenté à la figure 6, le dispositif 15 peut comprendre un deuxième diffuseur 27 disposé autour du transformateur 17 de manière à canaliser autour du transformateur 20 la partie du flux d'air qui ne s'écoule pas à travers la zone centrale évidée 22 du redresseur, Dans le mode de réalisation de la figure 7, le boîtier 30, qui est par ailleurs identique au mode de réalisation décrit précédemment et à ses variantes, comprend un deuxième ventilateur 31 apte à extraire de 25 l'air issu du ventilateur 20 Le deuxième ventilateur 31 est fixé sur le côté 30b du boîtier opposé au côté 30a du boîtier 30 sur lequel est monté le premier ventilateur 20 De ce côté 30b, le boitier comprend une ouverture de sorte que 30 le flux d'air généré par le premier ventilateur 20 soit extrait du boîtier 30 par le deuxième ventilateur 31. 9 Cette ouverture peut être remplacée par des trous d'évacuation d'air comme représenté dans le premier mode de réalisation de la figure 3 Le deuxième ventilateur 31 peut être à l'intérieur ou à 5 l'extérieur du boîtier 30 On se réfère aux figures 8 et 9 qui illustrent des modes de réalisation du transformateur 17 La figure 8 illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation du transformateur 17 comprenant un circuit magnétique 10 formant un prisme droit à base hexagonale Les enroulements 36 du transformateur 17 sont disposés sur les arrêtes de l'hexagone. Dans le mode de réalisation de la figure 9, un circuit magnétique forme un prisme droit à base en étoile, ici à trois branches 15 sur chacune desquelles est disposé un enroulement 37 du transformateur 17 Avantageusement, les modes de réalisation décrits du transformateur 17 ont chacun une masse inférieure à celle du transformateur selon l'état de la technique implanté dans un dispositif 20 de transformation et de redressement de tension triphasée Par conséquent, pour des caractéristiques électriques identiques, le dispositif selon l'invention a une masse inférieure à celle d'un dispositif de transformation et de redressement de tension triphasée connu de l'état de la technique 25 Comme le montre la figure 12, un tel dispositif peut avantageusement être embarqué à bord d'un aéronef 100. Les caractéristiques du ventilateur, notamment le débit d'air, la zone centrale évidée du transformateur et celle du circuit redresseur sont dimensionnées de sorte que pour une puissance électrique donnée 30 transformée par le dispositif, la dissipation thermique de la chaleur générée par le transformateur et les diodes de redressement soit suffisante pour que chaque composant dans le boîtier atteigne une température inférieure à sa température maximale de fonctionnement 10 L'utilisation d'un transformateur triphasé prismatique et la disposition du transformateur, du circuit redresseur, du diffuseur et du ventilateur améliorent le passage du flux d'air en libérant de l'espace dans le boîtier. 5 Par conséquent, les écarts de température entre les points chauds et froids sont diminués, le refroidissement des composants à l'intérieur du boîtier est amélioré et le compromis entre d'une part le respect des contraintes d'espace et de masse, et d'autre part, REVENDICATIONS1. Dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée, notamment triphasée, comprenant un transformateur (17) polyphasé comprenant une zone centrale évidée (22), un circuit redresseur de tension (18) relié au transformateur et un ventilateur (20), caractérisé en ce que le circuit redresseur de tension comporte au moins trois unités (18a, 18b, 18c, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f) de dissipation thermique formant un prisme droit de section polygonale régulier comprenant une zone centrale évidée (23, 33), le transformateur, le circuit redresseur de tension et le ventilateur étant positionnés de sorte qu'une partie au moins du flux d'air généré par le ventilateur s'écoule à travers la zone centrale évidée du redresseur pour noyer le transformateur. 2. Dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée selon la revendication 1, dans lequel des axes directeurs du ventilateur (20), du circuit redresseur (18, 32) et du transformateur (17) sont parallèles, voire alignés, sur un même axe (A, B) de sorte que le flux d'air soit canalisé par le circuit redresseur. 3. Dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la face périphérique du transformateur (17) et celle du circuit redresseur (18, 32) sont contenues dans des plans parallèles, voire coplanaires. 4. Dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un premier diffuseur (21) placé entre le ventilateur (20) et le circuit redresseur (18), une première extrémité (21a) du diffuseur étant en bordure du ventilateur et une deuxième extrémité (21b) du diffuseur étant en contact avec le circuit redresseur, les sections des première et deuxième extrémité du diffuseur étant respectivement sensiblement identiques à celles du ventilateur et du circuit redresseur de manière à canaliser le flux d'air dans le circuit redresseur. 12 5. Dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le ventilateur (20) comporte une zone utile destinée à souffler le flux d'air et une zone morte destinée à ne pas souffler ledit flux 5 d'air, ledit dispositif comprenant en outre un dispositif de canalisation (26) de dimensions sensiblement égales aux dimensions de la zone morte de sorte à guider le flux d'air vers le circuit redresseur autour de la zone morte. 6. Dispositif de transformation et de redressement de tension 10 polyphasée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre un deuxième diffuseur (27) disposé autour du transformateur de manière à canaliser autour du transformateur la partie du flux d'air qui ne s'écoule pas à travers la zone centrale évidée du redresseur et à travers celle du transformateur. 15 7. Dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel au moins une unité de dissipation thermique (18a, 18b, 18c, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f) comprend un radiateur (24, 34) de dissipation thermique dont une face comprend des ailettes (25, 35), 20 notamment disposées dans la zone centrale évidée du circuit redresseur (23, 33), et des diodes (D, Dl) de redressement disposées sur la face opposée à celle comprenant les ailettes. 8. Dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le 25 transformateur (17) polyphasé comprend un circuit magnétique formant un prisme droit de section polygonale régulier, notamment un prisme droit de base triangulaire, un prisme droit de base en étoile, de base hexagonale. 9. Dispositif de transformation et de redressement selon la 30 revendication 8, dans lequel le circuit magnétique comporte une pluralité d'éléments magnétique passant dans une ou plusieurs bobines, chaque élément magnétique formant une boucle fermée passant sensiblement par des arêtes du prisme. 13 10. Dispositif de transformation et de redressement selon la revendication 9, dans lequel le nombre d'éléments magnétiques est un multiple de trois. 11. Dispositif de transformation et de redressement de tension 5 polyphasée selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un boîtier (16) comportant des trous (16c) de sortie du flux d'air agencés de sorte que le flux d'air généré par le ventilateur traverse le circuit redresseur et le transformateur avant de sortir vers l'extérieur par lesdits trous. 10 12. Aéronef comprenant au moins un dispositif de transformation et de redressement de tension polyphasée selon l'une des revendications précédentes.