Brevet FR3125656A1 — publié le 20230127

Système propulsif électrique d’aéronef Système propulsif électrique (100) d’aéronef comprenant : - un moteur (110) comprenant un rotor creux (111), et - un dispositif d’électronique de puissance et de commande (120), dans lequel le dispositif d’électronique de puissance et de commande (120) comprend au moins deux pistes électriques en forme d’anneau comprenant chacune au moins deux onduleurs, les onduleurs étant connectés en parallèle entre eux, caractérisé en ce que les pistes électriques délimitent une partie circulaire creuse (121) du dispositif d’électronique de puissance et de commande (120), la partie circulaire creuse (121) étant placée dans l’axe du rotor creux (111) du moteur (110). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Système propulsif électrique d’aéronef La présente invention se rapporte au domaine général des systèmes propulsifs électriques d’aéronef, et plus particulièrement à l’intégration mécatronique d’un dispositif d’électronique de puissance et de commande d’un système propulsif électrique. La propulsion électrique ou hybride électrique/thermique des aéronefs conventionnels (CTOL), des aéronefs à décollage et atterrissage court (STOL) et des aéronefs à décollage et atterrissage vertical (VTOL) est réalisée par un ou plusieurs moteurs électriques. L’architecture conventionnelle de contrôle du moteur électrique est composée d’une source de tension continue reliée par des harnais de puissance à un dispositif d’électronique de puissance et de commande, lui-même relié par des harnais de puissance à un moteur électrique, lui-même raccordé à une hélice via un rotor ou une boîte de vitesse. Généralement, le dispositif d’électronique de puissance et de commande comprend des onduleurs et pour chaque onduleur des modules de puissance, un circuit de filtrage, des cartes de pilotage des modules de puissance et des cartes d’interface et de contrôle. L’intégration mécatronique de cette architecture est souvent de type parallélépipédique et réalisée dans des boitiers volumineux. De plus, pour des fortes puissances (supérieures à 200 kW), les dispositifs d’électronique de puissance et de commande sont de plus en plus lourds et encombrants, et les harnais de puissance utilisés sont des harnais en cuivre de diamètre important engendrant des pertes thermiques. Il est donc souhaitable de disposer d’une nouvelle architecture de contrôle d’un moteur électrique moins encombrante et de masse réduite tout en restant fiable dans des environnements de plus en plus sévères aux niveaux thermique et vibratoire. L’invention concerne un système propulsif électrique d’aéronef comprenant : un moteur comprenant un rotor creux, et un dispositif d’électronique de puissance et de commande, dans lequel le dispositif d’électronique de puissance et de commande comprend au moins deux pistes électriques en forme d’anneau comprenant chacune au moins deux onduleurs, les onduleurs étant connectés entre eux en parallèle, caractérisé en ce que les pistes électriques délimitent une partie circulaire creuse du dispositif d’électronique de puissance et de commande, la partie circulaire creuse étant placée dans l’axe du rotor creux du moteur. En plaçant les pistes électriques du dispositif d’électronique de puissance et de commande en anneaux, on obtient un dispositif d’électronique de puissance et de commande de forme circulaire creuse qui permet de faire passer un arbre de pilotage de pas d’hélice au centre de l’électronique de puissance. Grâce à cette géométrie circulaire, on peut adosser le dispositif d’électronique de puissance et de commande au moteur, et ainsi réduire le nombre de harnais de puissance et donc réduire la masse et la taille du système propulsif. Enfin, le fait d’avoir plusieurs pistes au sein du dispositif d’électronique de puissance et de commande permet d’améliorer la disponibilité de la chaîne de puissance, car les pistes sont redondantes entre elles. Selon une caractéristique particulière de l’invention, les anneaux formés par les pistes électriques du dispositif d’électronique de puissance et de commande sont concentriques, un des anneaux formant une surface interne de la partie circulaire creuse et un autre des anneaux formant une surface externe de la partie circulaire creuse. Cela permet d’avoir un dispositif d’électronique de puissance et de commande compact, et d’assurer un refroidissement homogène des pistes, notamment lorsqu’un circuit de refroidissement est commun au moteur et au dispositif d’électronique de puissance et de commande. Selon une caractéristique particulière de l’invention, le dispositif d’électronique de puissance et de commande a une puissance comprise entre 400 kW et 1 MW, par exemple 540 kW, dans lequel chaque piste électrique a une puissance comprise entre 200 kW et 500 kW, par exemple 270 kW, et chaque onduleur a une puissance supérieure ou égale à 70 kW, par exemple 90 kW. Les pistes électriques sont ainsi équivalentes et quand une est en défaut, les autres peuvent prendre le relais sans que la panne se propage. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le moteur est un moteur à aimants permanents. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le système comprend un actionneur de pas d’hélices placé au moins en partie dans la partie circulaire creuse du dispositif d’électronique de puissance et de commande et dans l’axe du rotor creux du moteur. Dans ce cas, l’actionneur peut être adossé à la structure du dispositif d’électronique de puissance et de commande afin de le fixer. L’actionneur peut également être contrôlé par le dispositif d’électronique de puissance et de commande ou par un autre organe de contrôle extérieur. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le système comprend un circuit de refroidissement par fluide configuré pour refroidir le moteur et le dispositif d’électronique de puissance et de commande. Selon un mode de réalisation de l’invention, le système est un système propulsif d’aéronef à décollage et atterrissage vertical (VTOL). Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système est un système propulsif d’aéronef à décollage et atterrissage court (STOL). Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système est un système propulsif d’aéronef conventionnel (CTOL). Un autre objet de l’invention est un aéronef à propulsion électrique ou hybride électrique/thermique comprenant un système propulsif selon l’invention. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. La représente, de manière schématique et partielle, un système propulsif électrique selon un mode de réalisation de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, une vue externe d’un dispositif d’électronique de puissance et de commande selon un mode de réalisation de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, une vue interne d’un dispositif d’électronique de puissance et de commande selon un mode de réalisation de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, une piste électrique du dispositif d’électronique de puissance et de commande selon un mode de réalisation de l’invention. Système propulsif électrique (100) d’aéronef comprenant : un moteur (110) comprenant un rotor creux (111), et un dispositif d’électronique de puissance et de commande (120, 220), dans lequel le dispositif d’électronique de puissance et de commande (120, 220) comprend au moins deux pistes électriques (230, 231, 330) en forme d’anneau comprenant chacune au moins deux onduleurs (240, 340), les onduleurs étant connectés en parallèle entre eux, caractérisé en ce que les pistes électriques délimitent une partie circulaire creuse (121, 221) du dispositif d’électronique de puissance et de commande, la partie circulaire creuse étant placée dans l’axe du rotor creux du moteur. Système propulsif électrique selon la revendication 1, dans lequel les anneaux formés par les pistes électriques du dispositif d’électronique de puissance et de commande sont concentriques, un des anneaux formant une surface interne de la partie circulaire creuse et un autre des anneaux formant une surface externe de la partie circulaire creuse. Système propulsif électrique selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le dispositif d’électronique de puissance et de commande a une puissance comprise entre 400 kW et 1 MW, dans lequel chaque piste électrique a une puissance comprise entre 200 kW et 500 kW et chaque onduleur a une puissance supérieure ou égale à 70 kW. Système propulsif électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le moteur est un moteur à aimants permanents. Système propulsif électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un actionneur de pas d’hélices (150) placé au moins en partie dans la partie circulaire creuse du dispositif d’électronique de puissance et de commande et dans l’axe du rotor creux du moteur. Système propulsif électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un circuit de refroidissement par fluide configuré pour refroidir le moteur et le dispositif d’électronique de puissance et de commande. Système propulsif électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le système est un système propulsif d’aéronef à décollage et atterrissage vertical. Système propulsif électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le système est un système propulsif d’aéronef à décollage et atterrissage court. Système propulsif électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le système est un système propulsif d’aéronef conventionnel. Aéronef à propulsion électrique ou à propulsion hybride thermique/électrique comprenant un système propulsif électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.