Brevet FR3135300A1 — publié le 20231110

Un ensemble propulsif comprenant une turbomachine à gaz et une machine électrique (3) comprenant une pluralité de machines électriques élémentaires (31), positionnées circonférentiellement autour d’un premier arbre de machine électrique (4) et d’un deuxième arbre de machine électrique (5) à une même distance radiale, le premier arbre de machine électrique (4) et le deuxième arbre de machine électrique (5) s’étendant selon un même axe longitudinal (W), la pluralité de machines électriques élémentaires (31) définissant au moins un premier ensemble de machines électriques élémentaires (31A) et un deuxième ensemble de machines électriques élémentaires (31B), le premier ensemble de machines électriques élémentaires (31A) est relié mécaniquement au moins au premier arbre de machine électrique (4) et le deuxième ensemble de machines électriques élémentaires (31B) est relié mécaniquement au moins au deuxième arbre de machine électrique (5). Figure de l’abrégé : Figure 4 Ensemble propulsif pour aéronef comprenant une turbomachine à gaz et une machine électrique montée sur deux arbres rotatifs La présente invention concerne le domaine des ensembles propulsifs utilisés pour la propulsion d’un aéronef et concerne en particulier un ensemble propulsif comprenant une turbomachine à gaz associée à une machine électrique pouvant fonctionner dans un mode moteur pour assurer la propulsion électrique ou dans un mode générateur pour alimenter par exemple une batterie électrique ou un réseau électrique de l’aéronef. De manière connue, un aéronef comprend une turbomachine permettant de participer à la propulsion d’un aéronef à partir de l’accélération d’un flux d’air circulant d’amont en aval. On connait un ensemble propulsif comprenant une turbomachine à gaz, entrainant un organe propulsif, communément désigné « fan », pour assurer la propulsion d’un aéronef. La turbomachine à gaz s’étend axialement selon l’axe longitudinal et comprend, de manière connue, un corps basse pression et un corps haute pression. Afin d’augmenter les conditions d’opérabilité d’une turbomachine en fonction des conditions de vol, il est connu de prévoir une machine électrique, montée sur l’un des corps, notamment haute pression, afin de l’entrainer en rotation. La machine électrique peut alternativement emmagasiner de l’énergie, pour alimenter un réseau électrique ou recharger une batterie. A ce titre, on connait du document US20170320584A1 une machine électrique permettant de transférer de l’énergie à un arbre d’une turbomachine. En référence à la , la machine électrique M comprend une pluralité de machines électriques élémentaires ME, réparties circonférentiellement autour d’un arbre A à entrainer. Chaque machine électrique élémentaire ME comprend un rotor élémentaire et une couronne d’entrainement élémentaire CE montée sur le rotor élémentaire et qui coopère avec une couronne dentée C montée sur l’arbre A. La rotation de l’ensemble des couronnes d’entrainement élémentaires CE entraine en rotation la couronne dentée C et inversement, suivant le mode de fonctionnement de la machine électrique M (moteur ou générateur décrits précédemment). Dans le document US20170320584A1, toutes les machines électriques élémentaires ME sont identiques et tournent selon une même vitesse de rotation de manière à pouvoir seconder la turbomachine par exemple lorsque celle-ci ne fournit pas suffisamment d’énergie. Autrement dit, les machines électriques élémentaires fonctionnent ensemble pour fournir de l’énergie de manière à répondre à un besoin spécifique unique. Il a été proposé d’utiliser la machine électrique pour entrainer plusieurs arbres indépendants afin de pouvoir notamment entrainer des équipements accessoires de la turbomachine. Du fait de sa structure, la machine électrique ne permet d’entrainer les arbres qu’à une même vitesse de rotation, ce qui présente un intérêt limité. Pour éliminer cet inconvénient, une solution serait de prévoir deux machines électriques distinctes ou d’adjoindre un réducteur à la machine électrique. De tels montages sont complexes et augmentent l’encombrement de manière importante. L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant un ensemble propulsif comprenant une turbomachine et une machine électrique apte à entrainer deux arbres indépendants à des vitesses de rotation distinctes, tout en étant peu encombrant et simple à intégrer à un ensemble propulsif existant. PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention concerne un ensemble propulsif pour la propulsion d’un aéronef, l’ensemble propulsif comprenant : une turbomachine à gaz comprenant au moins un premier arbre de turbomachine rotatif et un deuxième arbre de turbomachine rotatif, une machine électrique comprenant une pluralité de machines électriques élémentaires, la pluralité de machines électriques élémentaires étant positionnées circonférentiellement autour d’un premier arbre de machine électrique et d’un deuxième arbre de machine électrique à une même distance radiale, le premier arbre de machine électrique et le deuxième arbre de machine électrique s’étendant selon un même axe longitudinal, le premier arbre de machine électrique étant relié mécaniquement au premier arbre de turbomachine, le deuxième arbre de machine électrique étant relié mécaniquement au deuxième arbre de turbomachine, la pluralité de machines électriques élémentaires définissant au moins un premier ensemble de machines électriques élémentaires et un deuxième ensemble de machines électriques élémentaires. L’ensemble propulsif est remarquable en ce que le premier ensemble de machines électriques élémentaires est relié mécaniquement au moins au premier arbre de machine électrique et le deuxième ensemble de machines électriques élémentaires est relié mécaniquement au moins au deuxième arbre de machine électrique. Un tel ensemble propulsif dans lequel deux ensembles de machines électriques sont reliés à deux arbres différents permet d’entrainer les deux arbres de manière indépendante pour répondre par exemple à deux besoins distincts. Deux arbres entrainés indépendamment peuvent également tourner à deux vitesses de rotation différentes, ce qui permet de répondre à des besoins spécifiques différents. Autrement dit, grâce à l’invention, les deux ensembles de machines électriques peuvent être totalement dissociés pour fonctionner de manière indépendante. Grâce à l’invention, deux arbres liés à un ensemble propulsif peuvent tourner de manière indépendante au moyen de deux ensembles de machines électriques distincts, montés dans une même machine électrique. L’encombrement de l’ensemble propulsif selon l’invention est ainsi avantageusement limité. De plus, deux ensembles de machines électriques dissociés peuvent permettre par exemple au premier ensemble de machines électriques de recevoir de l’énergie, par exemple pour recharger une batterie, et au deuxième ensemble de machines électriques de fournir de l’énergie pour alimenter un moteur par exemple. Dans une forme de réalisation, la turbomachine à gaz comprenant un nombre d’arbres rotatifs strictement supérieur à deux, la pluralité de machines électriques élémentaires de la machine électrique définissant un nombre d’ensembles de machines électriques strictement supérieur à deux, chaque ensemble de machines électriques est relié mécaniquement à un arbre distinct. Dans une forme de réalisation, le premier arbre de machine électrique est le premier arbre de turbomachine et le deuxième arbre de machine électrique est le deuxième arbre de turbomachine. Dans cette forme de réalisation, la machine électrique est montée à proximité immédiate des arbres de la turbomachine. Dans une deuxième forme de réalisation, le premier arbre de machine électrique est distinct du premier arbre de turbomachine et le deuxième arbre de machine électrique est distinct du deuxième arbre de turbomachine. Le premier arbre de machine électrique et le deuxième arbre de machine électrique coopèrent de préférence par engrenage avec le premier arbre de turbomachine et le deuxième arbre de turbomachine. Dans cette forme de réalisation, la machine électrique est montée de préférence dans un boitier d’accessoires de la turbomachine ou AGB pour « Auxiliary Gear Box ». De manière préférée, l’ensemble propulsif comprend une première couronne d’entrainement principale montée solidairement sur le premier arbre de machine électrique et coaxiale au premier arbre de machine électrique et une deuxième couronne d’entrainement principale montée solidairement sur le deuxième arbre de machine électrique et coaxiale au deuxième arbre de machine électrique. Une telle configuration permet aux deux couronnes d’entrainement de fonctionner de manière indépendante. Dans une forme de réalisation, la première couronne d’entrainement principale est une première couronne d’engrenage et la deuxième couronne d’entrainement principale est une deuxième couronne d’engrenage. Dans une première forme de réalisation, la première couronne d’entrainement principale et la deuxième couronne d’entrainement principale comprenant des dents d’entrainement, la première couronne d’entrainement principale et la deuxième couronne d’entrainement principale présentant un diamètre similaire, la première couronne d’entrainement principale et la deuxième couronne d’entrainement principale présentent des nombres de dents différents, permettant avantageusement un rapport de réduction différent entre les deux arbres rotatifs. Les deux arbres rotatifs peuvent ainsi tourner de manière simple à des vitesses de rotation différentes. Dans une deuxième forme de réalisation, la première couronne d’entrainement principale et la deuxième couronne d’entrainement principale comprenant des dents d’entrainement, la première couronne d’entrainement principale et la deuxième couronne d’entrainement principale présentant un diamètre similaire, la première couronne d’entrainement principale et la deuxième couronne d’entrainement principale présentent un nombre de dents identique. Dans une telle configuration, les deux couronnes d’entrainement principales peuvent ainsi tourner à des vitesses de rotation identiques tout en fonctionnant de manière indépendante. Dans une troisième forme de réalisation, la première couronne d’entrainement principale et la deuxième couronne d’entrainement principale comprenant des dents d’entrainement, la première couronne d’entrainement principale et la deuxième couronne d’entrainement principale présentant un diamètre différent, la première couronne d’entrainement principale et la deuxième couronne d’entrainement principale présentent un nombre de dents identique. Dans une telle configuration, les deux couronnes d’entrainement principales peuvent ainsi tourner à des vitesses de rotation différentes tout en fonctionnant de manière indépendante. De manière préférée, chaque machine électrique élémentaire de la pluralité de machines électriques élémentaires comprenant une couronne d’entrainement auxiliaire configurée pour tourner selon un axe de rotation parallèle à l’axe longitudinal, la couronne d’entrainement auxiliaire de chaque machine électrique élémentaire du premier ensemble de machines électriques élémentaires coopère avec la première couronne d’entrainement principale montée sur le premier arbre de machine électrique, et la couronne d’entrainement auxiliaire de chaque machine électrique élémentaire du deuxième ensemble de machines électriques élémentaires coopère avec la deuxième couronne d’entrainement principale montée sur le deuxième arbre de machine électrique. Une telle configuration permet de relier distinctement les couronnes d’entrainement auxiliaires des deux ensembles de machines électriques aux deux couronnes d’entrainement principales montées sur les deux arbres différents. Dans une forme de réalisation préférée, la machine électrique comporte circonférentiellement une alternance de machines électriques élémentaires appartenant au premier ensemble de machines électriques élémentaires et de machines électriques élémentaires appartenant au deuxième ensemble de machines électriques élémentaires. Les machines électriques élémentaires des deux ensembles de machines électriques sont ainsi réparties de manière équilibrée sur la circonférence de la machine électrique, permettant en outre un entrainement réparti sur la circonférence de la machine électrique. De manière préférée, les machines électriques élémentaires du premier ensemble de machines électriques élémentaires et du deuxième ensemble de machines électriques élémentaires sont réparties circonférentiellement de manière homogène autour de l’axe longitudinal. La machine électrique est ainsi équilibrée, grâce à la répartition des masses des machines électriques élémentaires, ce qui permet de limiter l’apparition d’efforts mécaniques trop importants dans la machine électrique. Dans une forme de réalisation préférée, chaque machine électrique élémentaire comprenant un stator élémentaire, la machine électrique comprenant un premier stator formé par la pluralité de stators élémentaires du premier ensemble de machines électriques élémentaires et un deuxième stator formé par la pluralité de stators élémentaires du deuxième ensemble de machines électriques élémentaires, le premier stator et le deuxième stator sont reliés respectivement à un premier dispositif de puissance et à un deuxième dispositif de puissance. Deux dispositifs de puissance indépendants permettent de commander indépendamment la circulation de courant électrique dans les deux stators. Les vitesses de rotation du premier arbre de machine électrique et du deuxième arbre de machine électrique peuvent ainsi aisément être commandées indépendamment l’une de l’autre. De manière préférée, le premier stator et le deuxième stator possèdent la même position axiale. Le premier stator et le deuxième stator sont de préférence, avantageusement imbriqués l’un dans l’autre permettant de diminuer l’encombrement de la machine électrique. Dans une forme de réalisation, chaque machine électrique élémentaire du premier ensemble de machines électriques élémentaires étant configurée pour tourner selon une première vitesse de rotation, chaque machine électrique élémentaire du deuxième ensemble de machines électriques élémentaires est configurée pour tourner selon une deuxième vitesse de rotation différente de la première vitesse de rotation. Chaque arbre de machine électrique rotatif peut ainsi tourner à une vitesse de rotation propre. Les deux arbres de machine électrique tournant à des vitesses de rotation différentes permettent de fournir simultanément deux sources d’énergie distinctes par exemple à deux équipements différents dont les besoins seraient différents. Dans une forme de réalisation, chaque machine électrique élémentaire du premier ensemble de machines électriques élémentaires étant configurée pour tourner selon un premier sens de rotation, chaque machine électrique élémentaire du deuxième ensemble de machines électriques élémentaires est configurée pour tourner selon un deuxième sens de rotation différent du premier sens de rotation. Chaque arbre de machine électrique rotatif peut ainsi tourner selon un sens de rotation propre. Les deux arbres de machine électrique peuvent tourner de manière contra-rotative. Dans une forme de réalisation, le premier ensemble de machines électriques est relié mécaniquement uniquement au premier arbre de machine électrique et le deuxième ensemble de machines électriques est relié mécaniquement uniquement au deuxième arbre de machine électrique, permettant un fonctionnement indépendant des deux ensembles de machines électriques. Dans une forme de réalisation alternative, au moins une machine électrique élémentaire du premier ensemble de machines électriques ou du deuxième ensemble de machines électriques est reliée mécaniquement à la fois au premier arbre de machine électrique et au deuxième arbre de machine électrique. Une telle configuration permet à la machine électrique élémentaire de fournir simultanément de l’énergie aux deux arbres de machine électrique. De manière alternative, le premier ensemble de machines électriques et le deuxième ensemble de machines électriques sont reliés mécaniquement à la fois au premier arbre de machine électrique et au deuxième arbre de machine électrique. Dans une forme de réalisation, chaque machine électrique élémentaire étant configurée pour fonctionner selon un mode dit « moteur » et selon un mode dit « générateur », toutes les machines électriques élémentaires du premier ensemble de machines électriques élémentaires étant configurées pour fonctionner selon un même premier mode (moteur ou générateur), toutes les machines électriques élémentaires du deuxième ensemble de machines électriques sont configurées pour fonctionner selon un même deuxième mode (moteur ou générateur), différent du premier mode. Il est ainsi possible au moyen d’une unique machine électrique à la fois d’emmagasiner de l’énergie dans un premier dispositif de puissance et de fournir de l’énergie à partir d’un deuxième dispositif de puissance par exemple. De manière alternative, toutes les machines électriques élémentaires du premier ensemble de machines électriques et du deuxième ensemble de machines électriques sont configurées pour fonctionner selon un même mode (moteur ou générateur). Dans une première forme de réalisation, la première couronne d’entrainement principale est positionnée axialement entre la machine électrique et la deuxième couronne d’entrainement principale. Dans une deuxième forme de réalisation, la machine électrique est positionnée axialement entre la première couronne d’entrainement principale et la deuxième couronne d’entrainement principale. L’invention concerne également un aéronef comprenant au moins un ensemble propulsif tel que décrit précédemment. L’invention concerne en outre un procédé de fonctionnement d’un ensemble propulsif tel que décrit précédemment, le procédé comprenant : une étape de rotation du premier arbre de machine électrique entrainant le premier ensemble de machines électriques élémentaires, et une étape de rotation du deuxième arbre de machine électrique entrainant le deuxième ensemble de machines électriques élémentaires, le deuxième arbre de machine électrique tournant indépendamment du premier arbre de machine électrique. De manière alternative, l’invention concerne un procédé de fonctionnement d’un ensemble propulsif tel que décrit précédemment, le procédé comprenant : une étape d’activation du premier ensemble de machines électriques élémentaires, entrainant en rotation le premier arbre de machine électrique, et une étape d’activation du deuxième ensemble de machines électriques élémentaires, entrainant en rotation le deuxième arbre de machine électrique. PRESENTATION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables. La est une représentation schématique d’une machine électrique selon l’art antérieur. La est une représentation schématique d’un ensemble propulsif comprenant une machine électrique selon une première forme de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’un ensemble propulsif comprenant une machine électrique selon une deuxième forme de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique de la machine électrique des figures 2 et 3 selon une première forme de réalisation de l’invention. La est une vue en coupe partielle de la machine électrique de la . La est une représentation schématique d’une machine électrique selon une deuxième forme de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique des stators de la machine électrique selon une forme de réalisation de l’invention. La est un schéma des étapes d’un procédé de fonctionnement de l’ensemble propulsif selon un mode de mise en œuvre de l’invention. Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Ensemble propulsif (1) pour la propulsion d’un aéronef, l’ensemble propulsif (1) comprenant : une turbomachine à gaz (2) comprenant au moins un premier arbre de turbomachine (21) rotatif et un deuxième arbre de turbomachine(22) rotatif, une machine électrique (3) comprenant une pluralité de machines électriques élémentaires (31), la pluralité de machines électriques élémentaires (31) étant positionnées circonférentiellement autour d’un premier arbre de machine électrique (4) et d’un deuxième arbre de machine électrique (5) à une même distance radiale, le premier arbre de machine électrique (4) et le deuxième arbre de machine électrique (5) s’étendant selon un même axe longitudinal (W), le premier arbre de machine électrique (4) étant relié mécaniquement au premier arbre de turbomachine (21), le deuxième arbre de machine électrique (5) étant relié mécaniquement au deuxième arbre de turbomachine (22), la pluralité de machines électriques élémentaires (31) définissant au moins un premier ensemble de machines électriques élémentaires (31A) et un deuxième ensemble de machines électriques élémentaires (31B), ensemble propulsif (1) caractérisé en ce que le premier ensemble de machines électriques élémentaires (31A) est relié mécaniquement au moins au premier arbre de machine électrique (4) et le deuxième ensemble de machines électriques élémentaires (31B) est relié mécaniquement au moins au deuxième arbre de machine électrique (5). Ensemble propulsif (1) selon la revendication 1, comprenant une première couronne d’entrainement principale (6) montée solidairement sur le premier arbre de machine électrique (4) et coaxiale au premier arbre de machine électrique (4) et une deuxième couronne d’entrainement principale (7) montée solidairement sur le deuxième arbre de machine électrique (5) et coaxiale au deuxième arbre de machine électrique (5). Ensemble propulsif (1) selon la revendication 2, dans lequel chaque machine électrique élémentaire (31) de la pluralité de machines électriques élémentaires (31) comprenant une couronne d’entrainement auxiliaire (34) configurée pour tourner selon un axe de rotation (A) parallèle à l’axe longitudinal (X), la couronne d’entrainement auxiliaire (34) de chaque machine électrique élémentaire (31) du premier ensemble de machines électriques élémentaires (31A) coopère avec la première couronne d’entrainement principale (6) montée sur le premier arbre de machine électrique (4), et la couronne d’entrainement auxiliaire (34) de chaque machine électrique élémentaire (31) du deuxième ensemble de machines électriques élémentaires (31B) coopère avec la deuxième couronne d’entrainement principale (7) montée sur le deuxième arbre de machine électrique (5). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 2 et 3, dans lequel la première couronne d’entrainement principale (6) est positionnée axialement entre la machine électrique (3) et la deuxième couronne d’entrainement principale (7). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 2 et 3, dans lequel la machine électrique (3) est positionnée axialement entre la première couronne d’entrainement principale (6) et la deuxième couronne d’entrainement principale (7). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la machine électrique (3) comporte circonférentiellement une alternance de machines électriques élémentaires (31) appartenant au premier ensemble de machines électriques élémentaires (31A) et de machines électriques élémentaires (31) appartenant au deuxième ensemble de machines électriques élémentaires (31B). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les machines électriques élémentaires (31) du premier ensemble de machines électriques élémentaires (31A) et du deuxième ensemble de machines électriques élémentaires (31B) sont réparties circonférentiellement de manière homogène autour de l’axe longitudinal (W). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel, chaque machine électrique élémentaire (31) comprenant un stator élémentaire (33), la machine électrique (3) comprenant un premier stator (SA) formé par la pluralité de stators élémentaires (33) du premier ensemble de machines électriques élémentaires (31A) et un deuxième stator (SB) formé par la pluralité de stators élémentaires (33) du deuxième ensemble de machines électriques élémentaires (31B), le premier stator (SA) et le deuxième stator (SB) sont reliés respectivement à un premier dispositif de puissance (DPA) et à un deuxième dispositif de puissance (DPB). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel chaque machine électrique élémentaire (31) du premier ensemble de machines électriques élémentaires (31A) étant configurée pour tourner selon une première vitesse de rotation (vA), chaque machine électrique élémentaire (31) du deuxième ensemble de machines électriques élémentaires (31B) est configurée pour tourner selon une deuxième vitesse de rotation (vB) différente de la première vitesse de rotation (vA). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel chaque machine électrique élémentaire (31) étant configurée pour fonctionner selon un mode dit « moteur » et selon un mode dit « générateur », toutes les machines électriques élémentaires (31) du premier ensemble de machines électriques élémentaires (31A) étant configurées pour fonctionner selon un même premier mode (moteur ou générateur), toutes les machines électriques élémentaires (31) du deuxième ensemble de machines électriques élémentaires (31B) sont configurées pour fonctionner selon un même deuxième mode (moteur ou générateur) différent du premier mode. Aéronef comprenant au moins un ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 10. Procédé de fonctionnement d’un ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 10, le procédé comprenant : une étape de rotation du premier arbre de machine électrique (4) entrainant le premier ensemble de machines électriques élémentaires (31A), et une étape de rotation du deuxième arbre de machine électrique (5) entrainant le deuxième ensemble de machines électriques élémentaires (31B), le deuxième arbre de machine électrique (5) tournant indépendamment du premier arbre de machine électrique (4).