Brevet FR3125180A1 — publié le 20230113

Chaîne d’actionnement électromécanique pour le pilotage du dépl acement de charges mobiles d’une turbomachine aéronautique Dans une chaîne d’actionnement électromécanique pour la commande du déplacement de charges mobiles d’une turbomachine aéronautique depuis une unité de commande, chacune de ces charges mobiles étant déplacée par un actionneur électromécanique commandé par un convertisseur dont le contrôle est assuré via un bus de communication par un unique contrôleur, le nombre des convertisseurs étant inférieur au nombre d’actionneurs électromécaniques et chaque actionneur électromécanique étant constitué d’une machine électrique couplée à une transmission mécanique solidaire de la charge mobile à déplacer, il est prévu que la machine électrique est une machine synchrone auto-pilotée (50) comprenant un stator (52) ayant une pluralité d’encoches (520) et un rotor (54) à aimants permanents ayant une pluralité de pôles (540), chaque aimant permanent d’un pôle étant segmenté (540a, 540b, 540c) pour permettre par un crantage magnétique de s’opposer au contre-effort de la charge mobile et de maintenir le couple, même en l’absence d’alimentation de la machine électrique. Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Chaîne d’actionnement électromécanique pour le pilotage du déplacement de charges mobiles d’une turbomachine aéronautique La présente invention se rapporte au domaine général de l’électrification des turbomachines aéronautiques et elle concerne plus particulièrement un actionneur électrique qui assure un maintien en position de charges mobiles sans alimentation en courant. Dans ce cadre, des organes ou charges mobiles comme des géométries variables de la turbomachine, qui comprennent notamment les portes ou vannes VBV (pour Variable Bleed Valve) ou encore des pompes, peuvent être pilotées via une chaîne d’actionnement de type électromécanique en remplacement du système actuel de pilotage hydraulique comportant une synchronisation mécanique constituée comme il est connu d’un anneau et d’un ensemble de biellettes et de leviers (aussi appelés guignols). Le principe de cette chaîne d’actionnement dite distribuée consiste à utiliser un actionneur électromécanique pour chaque charge mobile ou pour un nombre réduit de charges mobiles, ce qui implique d’avoir en face de chaque machine électrique (moteur électrique) de cet actionneur à la fois un convertisseur et un contrôleur. Toutefois, le pilotage de charges mobiles, comme par exemple les portes VBV, suppose de multiplier le nombre d’actionneurs impliqués, dans la mesure où un actionneur est alloué à chaque porte VBV ou à un nombre réduit de portes VBV, par exemple deux à quatre portes. Ceci entraîne donc la multiplication de l’électronique de puissance avec comme conséquence, au vu de la criticité des systèmes actionnés, un manque de fiabilité et de robustesse vis-à-vis de l’environnement conduisant à une redondance systématique des contrôleurs dans cette architecture de l’art antérieur. De plus, la machine doit permettre de commander le déplacement par exemple d’un vérin de cet actionneur électromécanique jusqu'à une position déterminée et son arrêt lorsque cette position est atteinte, mais surtout elle doit permettre que cette position résiste aux contraintes extérieures qui s’exercent sur la porte VBV et qui induisent du courant dans la machine. En effet, pour maintenir le couple et s’opposer au contre effort de la charge, il est nécessaire d’alimenter la machine avec un courant continu (mode rotor bloqué). L’impact thermique sur la machine (et aussi sur le convertisseur) est majeur entraînant une augmentation de la masse et du volume des composants afin de conserver des températures de fonctionnement compatibles (notamment avec le cuivre la machine) ou de prévoir des radiateurs pour dissiper la chaleur induite par cette consommation. Dans tous les cas, cela a pour effet de dégrader considérablement le bilan masse/volume. Il existe donc un besoin pour une machine qui puisse soulager les dissipations thermiques de la machine et du convertisseur, et qui puisse maintenir la position sans être alimentée en courant comme pourrait le faire une machine pas à pas qui présente en effet l’avantage de fournir un couple de maintien sans être alimentée par un onduleur. Toutefois, une telle machine, du fait de son mode de fonctionnement au stator qui ne sollicite qu’une seule phase à la fois, n’est pas non plus en mesure de répondre à la problématique de la commande des actionneurs de portes VBV qui nécessite une très forte densité de couple pour leur déplacement. Or, un couple élevé implique de gros bobinages, ce qui ici encore aurait pour conséquence de dégrader considérablement le bilan masse/volume. La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une machine électrique pour la commande de charges mobiles permettant d’optimiser le bilan masse/volume global de la chaîne d’actionnement électromécanique. Un autre but est de proposer une machine qui permette une commande de position précise avec un maintien en position qui garantisse une résistance suffisante au couple de contre-effort de la charge mobile. Ces buts sont atteints par une chaîne d’actionnement électromécanique pour le pilotage du déplacement de charges mobiles d’une turbomachine aéronautique depuis une unité de commande, chacune desdites charges mobiles étant déplacée par un actionneur électromécanique commandé par un convertisseur dont le contrôle est assuré via un bus de communication par un unique contrôleur, le nombre des convertisseurs étant inférieur au nombre d’actionneurs électromécaniques et chaque actionneur électromécanique étant constitué d’une machine électrique couplée à une transmission mécanique solidaire de ladite charge mobile à déplacer, caractérisée en ce que ladite machine électrique est une machine synchrone auto-pilotée comprenant un stator ayant une pluralité d’encoches et un rotor à aimants permanents ayant une pluralité de pôles, chaque aimant permanent d’un pôle étant segmenté pour permettre par un crantage magnétique de s’opposer au contre-effort de la charge mobile et de maintenir le couple, même en l’absence d’alimentation de la machine électrique. Ainsi, en recourant à une machine BLDC dont les caractéristiques du rotor sont modifiées par une segmentation des aimants permanents, il est possible de créer une discontinuité du champ électromagnétique qui permet d'obtenir un effet de crantage magnétique à la coupure du courant. Le bilan masse/volume est en outre fortement amélioré. De préférence, ledit stator formé de tôles ferromagnétiques est à bobinage concentrique (dit aussi dentaire) alimenté en courant alternatif par un système polyphasé, typiquement triphasé, et ledit rotor est formé d’un assemblage de tôles ferromagnétiques à la périphérie de laquelle est déposée une pluralité d’aimants permanents, la succession d’aimants permanents d’aimantation différente formant lesdits pôles du rotor. Avantageusement, ladite machine électrique comporte un rapport encoches/pôles de 1,5. De préférence, ladite machine électrique comporte l’une quelconque des combinaisons suivantes : 12 encoches et 8 pôles, 15 encoches et 10 pôles, 21 encoches et 15 pôles, 24 encoches et 16 pôles, 36 encoches et 24 pôles. Avantageusement, la segmentation des aimants permanents des pôles du rotor assure au maximum une marge de 15° mécanique. De préférence, ladite transmission mécanique est linéaire de type crémaillère, vis à rouleaux ou à billes, ou rotative de type bielle-manivelle. Avantageusement, ladite machine électrique comporte un capteur de position rotorique permettant également son auto-pilotage. De préférence, lesdites charges mobiles sont des portes VBV ou des pompes, le déplacement de chacune des portes VBV ou des pompes étant piloté depuis l’unique contrôleur par une boucle de position ou une boucle de vitesse. La présente invention concerne également une turbomachine aéronautique comportant une chaîne d’actionnement électromécanique pour la commande du déplacement de charges mobiles telle que précitée. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur les lesquels : la illustre un exemple d’une chaine d’actionnement électromécanique de charges mobiles comportant des machines électriques selon l’invention, la montre un exemple alternatif d’une matrice de contacteurs de la , et la montre un schéma de principe d’une machine électrique utilisée dans la chaine d’actionnement électromécanique de charges mobiles de la . Chaîne d’actionnement électromécanique pour le pilotage du déplacement de charges mobiles (22) d’une turbomachine aéronautique depuis une unité de commande (24), chacune desdites charges mobiles étant déplacée par un actionneur électromécanique (30) commandé par un convertisseur (36a, 36b) dont le contrôle est assuré via un bus de communication (34) par un unique contrôleur (32), le nombre des convertisseurs étant inférieur au nombre d’actionneurs électromécaniques et chaque actionneur électromécanique étant constitué d’une machine électrique couplée à une transmission mécanique solidaire de ladite charge mobile à déplacer, caractérisée en ce que ladite machine électrique est une machine synchrone auto-pilotée (50) comprenant un stator (52) ayant une pluralité d’encoches (520) et un rotor (54) à aimants permanents ayant une pluralité de pôles (540), chaque aimant permanent d’un pôle étant segmenté (540a, 540b, 540c) pour permettre par un crantage magnétique de s’opposer au contre-effort de la charge mobile et de maintenir le couple, même en l’absence d’alimentation de la machine électrique. Chaîne d’actionnement électromécanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit stator formé de tôles ferromagnétiques est à bobinage concentrique (dit aussi dentaire) alimenté en courant alternatif par un système polyphasé, typiquement triphasé. Chaîne d’actionnement électromécanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit rotor est formé d’un assemblage de tôles ferromagnétiques à la périphérie de laquelle est déposée une pluralité d’aimants permanents, la succession d’aimants permanents d’aimantation différente formant lesdits pôles du rotor. Chaîne d’actionnement électromécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite machine électrique comporte un rapport encoches/pôles de 1,5. Chaîne d’actionnement électromécanique selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite machine électrique comporte l’une quelconque des combinaisons suivantes : 12 encoches et 8 pôles, 15 encoches et 10 pôles, 21 encoches et 15 pôles, 24 encoches et 16 pôles, 36 encoches et 24 pôles. Chaîne d’actionnement électromécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la segmentation des aimants permanents des pôles du rotor assure au maximum une marge de 15° mécanique. Chaîne d’actionnement électromécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite transmission mécanique est linéaire de type crémaillère, vis à rouleaux ou à billes, ou rotative de type bielle-manivelle. Chaîne d’actionnement électromécanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite machine électrique comporte un capteur de position rotorique permettant également son auto-pilotage. Chaîne d’actionnement électromécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que lesdites charges mobiles sont des portes VBV ou des pompes, le déplacement de chacune des portes VBV ou des pompes étant piloté depuis l’unique contrôleur (32) par une boucle de position ou une boucle de vitesse. Turbomachine aéronautique comportant une chaîne d’actionnement électromécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.