Brevet FR3134916A1 — publié le 20231027

Transformateur tournant segmenté à grand diamètre Transformateur tournant destiné à être installé autour d'un arbre mobile en rotation, le transformateur tournant étant constitué d'une pluralité de secteurs annulaires de stator (22a, 22b) et d'une pluralité de secteurs annulaires de rotor (24a, 24b), la juxtaposition de ces secteurs annulaires (20) formant un anneau de stator et un anneau de rotor constitués de circuits magnétiques stator et rotor élémentaires comportant des noyaux magnétiques externes (30) et internes (34) et des premier (32) et second (36) bobinages électriques pour permettre un transfert d'énergie électrique par induction électromagnétique entre les anneaux de stator et de rotor, les noyaux magnétiques internes et externes étant séparés par un même entrefer présent de part et d’autre du noyau magnétique interne et au moins les noyaux magnétiques externes présentent des épanouissements au niveau de l’entrefer pour éviter une discontinuité des lignes de champs magnétiques pendant la rotation de l’arbre mobile. Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Transformateur tournant segmenté à grand diamètre La présente invention se rapporte au domaine du transfert de puissance entre un repère fixe et un repère tournant pour le dégivrage électrique des pales d’hélice d’une turbomachine d’aéronef et a pour objet un transformateur tournant monophasé utilisé pour la transmission d'énergie électrique par induction électromagnétique entre des premier et second bobinages électriques de ce transformateur. Sur les aéronefs électriques ou hybrides comme sur les aéronefs conventionnels, il y a plusieurs surfaces à protéger contre le givre sur les parties fixes et tournantes de la turbomachine. La protection envisagée pour les parties tournantes est en général exclusivement électrothermique à base de tapis chauffants électriques formés de nappes de résistances couvrant les surfaces à protéger. Pour assurer le transfert de puissance et donc acheminer l’énergie électrique de la partie fixe à la partie tournante où les tapis chauffants électriques sont installés, il est connu de recourir à un dispositif appelé « slip ring » dont le principe consiste à faire frotter plusieurs bagues conductrices fixes solidaires de la partie fixe sur des pistes conductrices circulaires et solidaires de la partie tournante, afin de créer une connexion électrique entre la partie fixe et la partie tournante de la turbomachine. Par ailleurs, il est connu que du fait de l’environnement sévère (thermique, électromagnétique et vibratoire) existant dans les aéronefs hybrides comportant de nombreuses charges moteurs électrifiées, l’intégration des équipements électriques est un enjeu majeur et doit répondre à de multiples contraintes liées à la fois à une accessibilité pour le montage/démontage et à un cheminement des câbles de puissance avec d’importants rayons de courbure et des servitudes comme le refroidissement. Il existe donc un besoin actuel pour une solution fiable et à durée de vie importante de transfert de puissance d’un repère fixe vers un repère tournant applicable à des arbres de rotation de grand diamètre et dans le respect des contraintes d’un équipement remplaçable en ligne sous aile (LRU : Line Replaceable Unit). La présente invention a donc pour but principal un transformateur tournant de grand diamètre, segmenté en quartiers, dont la maintenance est facilitée et n’interfère pas avec les autres systèmes et modules de la turbomachine de l’aéronef et ce malgré son installation dans une zone confinée, contrainte et difficile d’accès. Un autre but est de permettre une industrialisation de ce transformateur tournant à moindre coût et en limitant les rebuts de matériaux à la fabrication. Ces buts sont atteints par un transformateur tournant destiné à être installé autour d'un arbre mobile en rotation, le transformateur tournant étant constitué d'une pluralité de secteurs annulaires externes de stator et d'une pluralité de secteurs annulaires internes de rotor, la juxtaposition sur 360° de ces secteurs annulaires externes de stator et internes de rotor formant un anneau externe de stator et un anneau interne de rotor constitués d’un ensemble de circuits magnétiques stator et rotor élémentaires, chacun des circuits magnétiques stator élémentaires comportant un noyau magnétique externe et un premier bobinage électrique et chacun des circuits magnétiques rotor élémentaires comportant un noyau magnétique interne et un second bobinage électrique pour permettre un transfert d'énergie électrique par induction électromagnétique entre les anneaux externe de stator et interne de rotor, caractérisé en ce que les noyaux magnétiques internes et externes sont séparés par un même entrefer présent de part et d’autre du noyau magnétique interne et au moins les noyaux magnétiques externes présentent des épanouissements au niveau de l’entrefer pour éviter une discontinuité des lignes de champs magnétiques pendant la rotation de l’arbre mobile. Ainsi, avec ce transfert de puissance sans contact, une amélioration de la fiabilité, de la durée de vie et du coût d’exploitation du transformateur est obtenu. De plus, une meilleure accessibilité au transformateur est possible facilitant son intégration dans les systèmes et modules de la turbomachine de l’aéronef. Un tel transformateur tournant est avantageusement utilisé pour le dégivrage électrique des pales d’hélice d’une turbomachine d’aéronef. De préférence, les secteurs annulaires externes de stator sont identiques et interchangeables entre eux et les secteurs annulaires internes de rotor sont identiques et interchangeables entre eux. Avantageusement, les secteurs annulaires externes de stator sont interconnectés entre eux électriquement par des pièces d’interconnexions accessibles au montage/démontage au travers de trappes d’accès circonférentielles et les secteurs annulaires internes de rotor sont interconnectés entre eux électriquement et accessibles au montage/démontage au travers des trappes d’accès circonférentielles. De préférence, les noyaux magnétiques internes et externes sont formés d’un empilement de tôles, de tôles enroulées ou d’un bloc de poudre magnétique. Avantageusement, l’empilement de tôles se présente sous forme de paquets de tôles d’un matériau magnétique comme du FeSi, FeNi ou FeCo, les tôles enroulées sous la forme d’un matériau magnétique de type amorphe ou nanocristallin, et le bloc de poudre magnétique sous la forme de poudre d’Amorphe. De préférence, le noyau magnétique externe présente une forme en C ou U terminée par les épanouissements au niveau de l’entrefer et le noyau magnétique interne présente une forme en H définissant les épanouissements au niveau de l’entrefer. Avantageusement, les épanouissements sont formés par des barres présentant une encoche permettant aux branches du C ou du U de s’y insérer et offrir ainsi une surface de contact entre les branches et les barres plus importante. Selon un exemple de réalisation, le noyau magnétique externe en U est issu d’une découpe en deux parties d’un tore magnétique formé d’une tôle enroulée et les épanouissements sont issus d’une découpe en quatre quarts de rond d’un tore magnétique cylindrique de tôles enroulées. Selon un autre exemple de réalisation, le noyau magnétique externe est issu d’un emboîtement de trois paquets de tôles en U. Selon encore un autre exemple de réalisation, le noyau magnétique externe est issu d’une pièce en forme de C dont des parties de part et d’autre d’une partie centrale ont été usinées pour obtenir les épanouissements au niveau de l’entrefer. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif et sur lesquels : la illustre une partie d’une turbomachine d’aéronef intégrant un transformateur tournant conforme à l’invention, la montre un quartier du transformateur tournant de la , la montre un premier exemple de circuits magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la , la montre un deuxième exemple de noyaux magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la , la montre un troisième exemple de noyaux magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la , la illustre une variante du stator pour le troisième exemple de noyaux magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la , la montre un quatrième exemple de noyaux magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la , et la montre un cinquième exemple de noyaux magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la . Transformateur tournant (10) destiné à être installé autour d'un arbre mobile en rotation (12), le transformateur tournant étant constitué d'une pluralité de secteurs annulaires externes de stator (22a, 22b) et d'une pluralité de secteurs annulaires internes de rotor (24a, 24b), la juxtaposition sur 360° de ces secteurs annulaires externes de stator et internes de rotor formant un anneau externe de stator et un anneau interne de rotor constitués de circuits magnétiques stator et rotor élémentaires, chacun des circuits magnétiques stator élémentaires comportant un noyau magnétique externe (30, 42, 52, 62, 70) et un premier bobinage électrique (32) et chacun des circuits magnétiques rotor élémentaires comportant un noyau magnétique interne (34, 40, 56, 60, 76) et un second bobinage électrique (36) pour permettre un transfert d'énergie électrique par induction électromagnétique entre les anneaux externe de stator et interne de rotor, caractérisé en ce que les noyaux magnétiques internes et externes sont montés concentriquement et séparés par un même entrefer (38a, 38b) présent de part et d’autre du noyau magnétique interne et au moins les noyaux magnétiques externes présentent des épanouissements au niveau de l’entrefer pour éviter une discontinuité des lignes de champs magnétiques pendant la rotation de l’arbre mobile (12). Transformateur tournant selon la revendication 1, dans lequel les secteurs annulaires externes de stator sont identiques et interchangeables entre eux. Transformateur tournant selon la revendication 1, dans lequel les secteurs annulaires internes de rotor sont identiques et interchangeables entre eux. Transformateur tournant selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel les secteurs annulaires externes de stator sont interconnectés entre eux électriquement par des pièces d’interconnexions accessibles au montage/démontage au travers de trappes d’accès circonférentielles (14a). Transformateur tournant selon la revendication 4, dans lequel les secteurs annulaires internes de rotor sont interconnectés entre eux électriquement et accessibles au montage/démontage au travers des trappes d’accès circonférentielles (14a). Transformateur tournant selon l’une quelconque de revendications 1 à 5, dans lequel les noyaux magnétiques interne et externe (30, 42, 52, 62, 70 ; 34, 40, 56, 60, 76) sont formés d’un empilement de tôles, de tôles enroulées ou d’un bloc de poudre magnétique. Transformateur tournant selon la revendication 6, dans lequel l’empilement de tôles se présente sous forme de paquets de tôles d’un matériau magnétique comme du FeSi, FeNi ou FeCo, les tôles enroulées sous la forme d’un matériau magnétique de type amorphe ou nanocristallin, et le bloc de poudre magnétique sous la forme de poudre d’Amorphe. Transformateur tournant selon l’une quelconque de revendications 1 à 7, dans lequel le noyau magnétique externe (30, 42, 52, 62, 70) présente une forme en C ou U terminée par les épanouissements (30a, 30b ; 46, 48 ; 52, 54 ; 66, 68) au niveau de l’entrefer et le noyau magnétique interne (34, 40, 56, 60, 76) présente une forme en H définissant les épanouissements (34a, 34b) au niveau de l’entrefer ou en forme de I sans épanouissements. Transformateur tournant selon la revendication 8, dans lequel les épanouissements (52, 54 ; 66, 68) sont formés par des barres présentant une encoche (58) permettant aux branches du C ou du U de s’y insérer et offrir ainsi une surface de contact entre les branches et les barres plus importante. Transformateur tournant selon la revendication 8, dans lequel le noyau magnétique externe (42) est issu d’une découpe en deux parties d’un tore magnétique formé d’une tôle enroulée (44) et les épanouissements sont issus d’une découpe en quatre quarts de rond d’un tore magnétique cylindrique de tôles enroulées (46, 48). Transformateur tournant selon la revendication 8, dans lequel le noyau magnétique externe (62) est issu d’un emboîtement de trois paquets de tôles en U (64, 66, 68). Transformateur tournant selon la revendication 8, dans lequel le noyau magnétique externe est issu d’une pièce (70) en forme de C dont des parties (72, 74) de part et d’autre d’une partie centrale (80) ont été usinées pour obtenir les épanouissements (76, 78) au niveau de l’entrefer. Utilisation d’un transformateur tournant selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 pour le dégivrage électrique des pales d’hélice d’une turbomachine d’aéronef.