Brevet FR3126040A1 — publié le 20230210

Le dispositif d’estimation (34) de la température d’une bobine statorique de palier magnétique de suspension magnétique d’un rotor et reliée par des fils de liaison à des circuits d’asservissement de la position du rotor, comprend : - des moyens de mesure de la tension électrique (37) aux bornes des fils de liaison de ladite bobine statorique, - des moyens de mesure de l’intensité du courant (38) parcourant ladite bobine statorique, - un filtre adaptatif (39) configuré pour estimer la résistance électrique de la bobine statorique et des fils de liaison à partir de la tension électrique mesurée et de l’intensité du courant mesurée, et - des moyens d’estimation de la température (42) de la bobine à partir de la valeur de la résistance estimée. Figure pour l’abrégé : Fig 2 Dispositif d’estimation de la température d’une bobine statorique de palier magnétique, système à suspension magnétique et procédé d’estimation de la température d’une bobine statorique associés La présente invention concerne des paliers magnétiques de suspension magnétique, et se rapporte plus particulièrement à l’estimation de la température des bobines statoriques de tels paliers. Techniques antérieures Généralement une machine rotative à suspension magnétique comporte deux paliers magnétiques actifs radiaux et un rotor supporté en rotation par les deux paliers magnétiques actifs. La machine rotative comporte en outre une butée axiale magnétique reprenant les efforts axiaux s’exerçant sur le rotor. Chaque palier magnétique comporte des bobines statoriques générant des champs magnétiques maintenant le rotor en lévitation dans les paliers. La butée axiale comprend deux bobines statoriques axiales générant chacune un champ magnétique axial, les deux bobines étant situées l’une en regard de l’autre et séparées par un disque solidaire de l’arbre rotorique. De manière classique, des sondes de température sont implantées au cœur des bobines statoriques radiales et axiales pour mesurer la température des bobines afin de les protéger contre la surchauffe. Afin d’améliorer la fiabilité des mesures de température, chaque bobine statorique est équipée de deux sondes de température redondantes, l’une de ces sondes mesurant la température. Lorsque la sonde mesurant la température est défaillante, l’autre sonde est activée et délivre la valeur de la température mesurée. Cependant, l’implantation des sondes nécessite le passage d’au moins trois fils par sonde impliquant ainsi de prévoir un espace pour le passage des fils et de réserver un espace important dans les armoires de connexion nécessitant des armoires plus volumineuses. De plus, la présence d’une multitude de fils augmente la probabilité de défaillance de l’un des fils, d’une connexion d’un fils à une sonde de température ou à une armoire de connexion. En outre, lorsque la machine rotative à suspension magnétique est utilisée pour des applications sous-marines, elle est située sur les fonds marins. Comme les armoires de connexion sont situées au-dessus du niveau de la mer, les fils sont de longueur importante nécessitant des quantités importantes de matériau conducteur tel que le cuivre. La longueur des fils augmente en outre une probabilité de défaillance. Le document FR 2 892 780 propose une méthode pour estimer la température dans une bobine à partir de capteurs de tension et de courant permettant de supprimer une des sondes redondantes de température sans dégrader la fiabilité des mesures de températures. Cependant, l’implémentation de la méthode d’estimation de la température nécessite la mise en œuvre d’un circuit électronique de mesure en basse tension de haute précision et une fastidieuse procédure d'étalonnage dudit circuit. Au vu de ce qui précède, l’invention se propose de pallier les contraintes précitées. L’invention a donc pour objet un procédé d’estimation de la température d’une bobine statorique de palier magnétique de suspension magnétique d’un rotor et reliée par des fils de liaison à des circuits d’asservissement de la position du rotor, comprenant : - la mesure de la tension électrique aux bornes des fils de liaison de ladite bobine statorique, - la mesure de l’intensité du courant parcourant ladite bobine statorique, - l’estimation de la résistance électrique de la bobine statorique et des fils de liaison à partir d’un filtre adaptatif, de la tension électrique mesurée et de l’intensité du courant mesurée, et - l’estimation de la température de la bobine à partir de la valeur de la résistance estimée. La mise en œuvre d’un filtre adaptatif ne nécessite pas l’implémentation d’un circuit dédié pour mesurer précisément le courant parcourant chaque bobine et la tension aux bornes de chaque bobine afin de déterminer précisément la résistance des bobines selon la température des bobines et par la suite estimer la température des bobines à partir de ladite résistance. De préférence, l’estimation de la résistance électrique de la bobine statorique et des fils de liaison comprend : - le filtrage par un filtre du premier ordre de la tension électrique mesurée, - le filtrage par un filtre du premier ordre de l’intensité du courant mesuré, - la correction de la valeur de la résistance électrique estimée en boucle fermée à partir d’un écart entre la tension filtrée et le produit de la résistance électrique estimée par l’intensité du courant filtré de sorte que l’écart soit nul, la valeur de la résistance électrique estimée étant égale à la valeur de la résistance électrique estimée corrigée lorsque la valeur absolue de l’écart est inférieure ou égale à une valeur prédéterminée. Avantageusement, l’estimation de la résistance électrique de la bobine statorique et des fils de liaison comprend la correction de la valeur de la résistance électrique estimée en boucle fermée à partir d’un écart entre l’intensité du courant parcourant ladite bobine statorique et l’intensité d’un courant estimé à partir de la tension mesurée et la position de l’arbre rotorique dans le stator du palier magnétique, la valeur de la résistance électrique estimée étant égale à la valeur de la résistance électrique estimée corrigée lorsque la valeur absolue de l’écart est inférieure ou égale à une valeur prédéterminée. De préférence, le filtre adaptatif comprend un algorithme des moindres carrées récursifs, l’estimation de la résistance électrique de la bobine statorique et des fils de liaison à partir d’un filtre adaptatif, de la tension électrique mesurée et de l’intensité du courant mesurée comprend la mise en œuvre de l’algorithme des moindres carrées récursifs pour définir une relation affine entre la tension et l’intensité du courant mesurées et la résistance électrique estimée et un biais de mesure d’au moins l’une des valeurs mesurées. Avantageusement, le procédé comporte en outre la comparaison de l’intensité du courant mesuré parcourant ladite bobine statorique à un seuil d’activation, et la comparaison de la dérivée temporelle de la résistance électrique estimée à un seuil d’inactivation, et dans lequel si l’intensité du courant mesurée est inférieure au seuil d’activation ou la dérivée temporelle de la résistance électrique estimée est supérieure au seuil d’inactivation, le procédé comprend l’assignation à la résistance estimée de la dernière valeur de la résistance estimée lorsque l’intensité du courant mesurée est supérieure au seuil d’activation et la dérivée temporelle de la résistance électrique estimée est inférieure au seuil d’inactivation. De préférence, l’estimation de la température de la bobine à partir de la valeur de la résistance estimée comprend le calcul de la température estimée à partir de la loi de Matthiessen reliant la température estimée à l’estimation de la résistance électrique, à une valeur de résistance électrique du matériau de la bobine à une température de référence et à une température caractéristique du matériau de la bobine à laquelle le matériau présente une résistance nulle à une pression de 1 bar. Avantageusement, le procédé comprend en outre l’estimation d’une température de surveillance de la bobine à partir de la température estimée de la bobine et d’un filtre du premier ordre. L’invention a en outre pour objet un dispositif d’estimation de la température d’une bobine statorique de palier magnétique de suspension magnétique d’un rotor et reliée par des fils de liaison à des circuits d’asservissement de la position du rotor, comprenant : - des moyens de mesure de la tension électrique aux bornes des fils de liaison de ladite bobine statorique, - des moyens de mesure de l’intensité du courant parcourant ladite bobine statorique, - un filtre adaptatif configuré pour estimer la résistance électrique de la bobine statorique et des fils de liaison à partir de la tension électrique mesurée et de l’intensité du courant mesurée, et - des moyens d’estimation de la température de la bobine à partir de la valeur de la résistance estimée. De préférence, le dispositif comprend en outre des moyens d’estimation d’une température de surveillance de la bobine. L’invention a en outre pour objet un système à suspension magnétique comportant une machine rotative à suspension magnétique comprenant un palier magnétique de suspension magnétique supportant un rotor de ladite machine, et un dispositif d’estimation de la température tel que défini précédemment. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention 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 : illustre un exemple d’un système à suspension magnétique selon l’invention, représentent un premier exemple de réalisation d’un dispositif d’estimation de la température des bobines statoriques selon l’invention, représentent un deuxième exemple de réalisation du dispositif d’estimation de la température des bobines statoriques selon l’invention, et représente un troisième exemple de réalisation du dispositif d’estimation de la température des bobines statoriques selon l’invention. Procédé d’estimation de la température d’une bobine statorique (16, 17, 23, 24) de palier magnétique de suspension magnétique (12, 13) d’un rotor (30) et reliée par des fils de liaison à des circuits d’asservissement (31, 32, 33) de la position du rotor, comprenant : la mesure de la tension électrique aux bornes des fils de liaison de ladite bobine statorique (16, 17, 23, 24), la mesure de l’intensité du courant parcourant ladite bobine statorique (16, 17, 23, 24), l’estimation de la résistance électrique (R est ) de la bobine statorique et des fils de liaison à partir d’un filtre adaptatif (39, 60, 70), de la tension électrique mesurée et de l’intensité du courant mesurée, et l’estimation de la température (T est ) de la bobine à partir de la valeur de la résistance estimée. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’estimation de la résistance électrique (R est ) de la bobine statorique (16, 17, 23, 24) et des fils de liaison comprend : le filtrage par un filtre du premier ordre (46) de la tension électrique mesurée, le filtrage par un filtre du premier ordre (47) de l’intensité du courant mesurée, la correction de la valeur de la résistance électrique estimée (R est ) en boucle fermée (BF) à partir d’un écart entre la tension filtrée (Uf) et le produit de la résistance électrique estimée (R est ) par l’intensité du courant filtré (If) de sorte que l’écart (ε) soit nul, la valeur de la résistance électrique estimée étant égale à la valeur de la résistance électrique estimée corrigée lorsque la valeur absolue de l’écart est inférieure ou égale à une valeur prédéterminée. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’estimation de la résistance électrique de la bobine statorique et des fils de liaison comprend la correction de la valeur de la résistance électrique estimée (R est ) en boucle fermée à partir d’un écart entre l’intensité du courant parcourant ladite bobine statorique et l’intensité d’un courant estimé (I est ) à partir de la tension mesurée (U) et la position de l’arbre rotorique dans le stator du palier magnétique, la valeur de la résistance électrique estimée étant égale à la valeur de la résistance électrique estimée corrigée lorsque la valeur absolue de l’écart est inférieure ou égale à une valeur prédéterminée. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le filtre adaptatif (70) comprend un algorithme des moindres carrées récursifs, l’estimation de la résistance électrique de la bobine statorique et des fils de liaison à partir d’un filtre adaptatif, de la tension électrique mesurée ( ) et de l’intensité du courant mesurée comprend la mise en œuvre de l’algorithme des moindres carrées récursifs pour définir une relation affine entre la tension et l’intensité du courant mesurées et la résistance électrique estimée ( et un biais de mesure d’au moins l’une des valeurs mesurées . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre la comparaison de l’intensité du courant mesuré parcourant ladite bobine statorique (16, 17, 23, 24) à un seuil d’activation, et la comparaison de la dérivée temporelle de la résistance électrique estimée (R est ) à un seuil d’inactivation, et dans lequel si l’intensité du courant mesurée est inférieure au seuil d’activation ou la dérivée temporelle de la résistance électrique estimée est supérieure au seuil d’inactivation, le procédé comprend l’assignation à la résistance estimée (R est ) de la dernière valeur de la résistance estimée (R est ) lorsque l’intensité du courant mesurée est supérieure au seuil d’activation et la dérivée temporelle de la résistance électrique estimée est inférieure au seuil d’inactivation. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’estimation de la température (T est ) de la bobine à partir de la valeur de la résistance estimée comprend le calcul de la température estimée à partir de la loi de Matthiessen reliant la température estimée à l’estimation de la résistance électrique (R est ), à une valeur de résistance électrique du matériau de la bobine à une température de référence (R(To)) et à une température caractéristique du matériau (Tcu) de la bobine à laquelle le matériau présente une résistance nulle à une pression de 1 bar. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre l’estimation d’une température de surveillance (T probe ) de la bobine à partir de la température estimée (T est ) de la bobine et d’un filtre du premier ordre. Dispositif d’estimation (34) de la température d’une bobine statorique (16, 17, 23, 24) de palier magnétique (12, 13) de suspension magnétique d’un rotor (30) et reliée par des fils de liaison à des circuits d’asservissement de la position du rotor, comprenant : des moyens de mesure de la tension électrique (37) aux bornes des fils de liaison de ladite bobine statorique, des moyens de mesure de l’intensité du courant (38) parcourant ladite bobine statorique, un filtre adaptatif (39, 60, 70) configuré pour estimer la résistance électrique de la bobine statorique et des fils de liaison à partir de la tension électrique mesurée et de l’intensité du courant mesurée, et des moyens d’estimation de la température (42, 70) de la bobine à partir de la valeur de la résistance estimée. Dispositif selon la revendication 8, comprenant en outre des moyens d’estimation d’une température de surveillance (44, 70) de la bobine. Système à suspension magnétique comportant une machine rotative à suspension magnétique (1) comprenant un palier magnétique de suspension magnétique (12, 13) supportant un rotor (30) de ladite machine, et un dispositif d’estimation de la température (34) selon l’une des revendications 8 ou 9.