Brevet FR3127854A1 — publié le 20230407

Un convertisseur électrique (1) configuré pour alimenter une machine électrique, en particulier pour aéronef, comprenant un stator annulaire et un rotor, le convertisseur électrique (1) comportant une pluralité d’onduleurs de puissance comprenant chacun une pluralité de dispositifs de puissance (3-1 ; 3-18) configurés pour être reliés au stator annulaire de manière à alimenter la machine électrique, un carter (10) comportant une pluralité de baignoires intérieures (11) et de baignoires extérieures (12), un circuit de refroidissement (9) configuré pour alimenter chaque baignoire intérieure (11) et chaque baignoire extérieure (12) en fluide de refroidissement (F), les dispositifs de puissance (3-1 ; 3-18) étant montés dans les baignoires intérieures (11) et les baignoires extérieures (12) de manière à permettre un refroidissement de l’ensemble des dispositifs de puissance (3-1 ; 3-18). Figure de l’abrégé : Figure 5 Convertisseur électrique configuré pour alimenter une machine électrique, module électrique comportant un tel convertisseur, procédé d’utilisation d’un tel module électrique La présente invention concerne le domaine du refroidissement d’un convertisseur électrique alimentant une machine électrique, en particulier, un moteur électrique d’un aéronef participant à la propulsion dudit aéronef. De manière connue, un moteur électrique peut être associé à un convertisseur électrique de manière à fournir de l’énergie mécanique à partir d’une source de tension continue, par exemple, une batterie électrique. En pratique, le convertisseur électrique permet de convertir la tension continue en une tension alternative, en particulier triphasée. Pour permettre la conversion électrique, le convertisseur électrique comporte plusieurs onduleurs de puissance ayant chacun trois modules de puissance, c’est-à-dire, un par branche d’onduleur pour un onduleur triphasé. Afin de limiter l’encombrement et de réduire la longueur de câblage, il a été proposé d’associer le moteur électrique et son convertisseur dans un même module électrique, c’est-à-dire, dans un même ensemble. En pratique, le module électrique est installé dans des environnements thermiques et vibratoires qui sont sévères et qui augmentent le risque de pannes. Pour limiter ce risque, il est connu de prévoir des redondances afin d’assurer une continuité de service. Une solution immédiate de redondance serait de prévoir deux modules électriques distincts mais cela pénalise l’encombrement et la masse de manière trop importante. Aussi, il a été proposé de fournir un convertisseur électrique comportant deux canaux fonctionnels indépendants. Autrement dit, le convertisseur électrique est partagé entre deux canaux fonctionnels qui peuvent fonctionner de manière individuelle ou de manière collective. A cet effet, un convertisseur peut comprendre un grand nombre de modules de puissance en fonction de la puissance désirée. Afin de former un module électrique compact, il a été proposé un convertisseur de forme annulaire de manière à définir intérieurement un passage longitudinal dans lequel peut être monté un arbre du moteur électrique. A cet effet, le moteur électrique s’étend longitudinalement et comporte un stator annulaire à l’intérieur duquel est monté un rotor relié à l’arbre moteur. Les modules de puissance sont organisés de manière annulaire dans le convertisseur afin d’être connectés directement au stator annulaire du moteur électrique pour diminuer la longueur des connexions électriques, et par voie de conséquence, le risque de dysfonctionnement. Afin d’être refroidis de manière optimale, les modules de puissance sont positionnés à la périphérie extérieure du convertisseur électrique de manière à maximiser les échanges thermiques avec l’extérieur du module électrique. Néanmoins, du fait des contraintes de redondance, le nombre de modules de puissance est important et les besoins en refroidissement sont très élevés. Pour loger de nombreux modules de puissance, une solution immédiate serait d’augmenter la surface extérieure en augmentant le diamètre ou la longueur du convertisseur électrique mais cela va à l’encontre des objectifs de réduction de l’encombrement et de la masse. L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant un convertisseur électrique ayant un refroidissement amélioré qui permette une redondance élevée et limite la longueur des connexions. PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention concerne un convertisseur électrique configuré pour alimenter une machine électrique, en particulier pour aéronef, comportant un stator annulaire et un rotor, le convertisseur électrique comprenant : une pluralité d’onduleurs de puissance comprenant chacun une pluralité de dispositifs de puissance configurés pour être reliés au stator annulaire de manière à alimenter la machine électrique, un carter, de forme annulaire, s’étendant longitudinalement selon un axe X et définissant une surface radialement intérieure et une surface radialement extérieure, le carter comportant une pluralité de baignoires de refroidissement formées dans la surface radialement intérieure, appelées baignoires intérieures, et dans la surface radialement extérieure, appelées baignoires extérieures, un circuit de refroidissement configuré pour alimenter chaque baignoire intérieure et chaque baignoire extérieure en fluide de refroidissement, et les dispositifs de puissance étant montés dans les baignoires intérieures et les baignoires extérieures de manière à permettre un refroidissement de l’ensemble des dispositifs de puissance. Grâce à l’invention, les dispositifs sont écartés les uns les autres et disposés selon un anneau intérieur et un anneau extérieur, ce qui limite la formation de zones chaudes. La présence de baignoires intérieures et de baignoires extérieures permet de refroidir de manière individuelle et homogène chaque baignoire avec du fluide de refroidissement. Ainsi, un convertisseur électrique avec un grand nombre de dispositifs de puissance peut être refroidi de manière optimale tout en conservant des dimensions réduites. De manière préférée, les baignoires intérieures et/ou les baignoires extérieures ont la même position longitudinale. Ainsi, les dispositifs de puissance peuvent être reliés au stator annulaire par des câbles courts de même longueur, ce qui limite le risque de défaut électrique. Selon un aspect, le convertisseur électrique comporte autant de baignoires intérieures que de baignoires extérieures. De manière préférée, les baignoires intérieures et les baignoires extérieures sont alternées à la périphérie du carter. De manière préférée, les baignoires intérieures et les baignoires extérieures sont réparties angulairement à la périphérie du carter. Cela permet de répartir au mieux les dispositifs de puissance pour éviter un échauffement local. Selon un aspect de l’invention, le circuit de refroidissement comprend une entrée et une sortie qui sont diamétralement opposées et reliées par au moins deux branches de refroidissement indépendantes, de préférence, diamétralement opposées. Cela permet de réduire le débit ainsi que les pertes de charge. De manière préférée, le circuit de refroidissement comporte des canaux s’étendant dans l’épaisseur du carter et reliant les baignoires intérieures et les baignoires extérieures. Ainsi, le circuit de refroidissement est intégré au carter, ce qui limite l’encombrement du carter et permet d’utiliser le corps du carter pour dissiper la chaleur des dispositifs de puissance. De préférence, deux baignoires adjacentes sont reliées par une pluralité de canaux indépendants, de préférence, plus de 10. Cela permet de réduire de manière importante les pertes de charge. De préférence, au moins un dispositif de puissance comporte un module de puissance associé à un radiateur de dissipation, le radiateur de dissipation étant monté dans une baignoire intérieure ou une baignoire extérieure. L’utilisation d’un radiateur de dissipation permet de capter les calories du module de puissance de manière à les évacuer de manière optimale avec le fluide de refroidissement des baignoires. De manière préférée, le radiateur de dissipation comporte des ailettes positionnées dans la baignoire intérieure ou dans la baignoire extérieure afin d’augmenter la surface d’échange et optimiser le transfert de calories. De préférence, le dispositif de puissance comporte des organes de verrouillage configurés pour coopérer avec des organes de réception formés dans le carter de manière à maintenir le radiateur de dissipation dans la baignoire intérieure ou la baignoire extérieure. De préférence, les organes de verrouillage permettent un montage amovible. L’invention concerne également un module électrique comportant une machine électrique, en particulier pour aéronef, comprenant un stator annulaire et un rotor, et un convertisseur électrique, tel que présenté précédemment, dont les dispositifs de puissance sont reliés au stator annulaire de manière à alimenter la machine électrique. De manière préférée, le stator annulaire possède sensiblement le même diamètre que le carter du convertisseur électrique de manière à réaliser des connexions électriques de faible longueur. De manière préférée, le convertisseur électrique est alimenté par une source de tension continue. Selon un premier aspect, le convertisseur électrique comportant un circuit de refroidissement, désigné ci-après premier circuit de refroidissement, la machine électrique comportant un circuit de refroidissement, désigné ci-après deuxième circuit de refroidissement, le premier circuit de refroidissement et le deuxième circuit de refroidissement sont alimentés en série en fluide de refroidissement. On tire avantageusement partie des faibles pertes de charge pour associer les deux circuits de refroidissement et ainsi gagner en compacité. Selon un deuxième aspect, le convertisseur électrique comportant un circuit de refroidissement, désigné ci-après premier circuit de refroidissement, la machine électrique comportant un circuit de refroidissement, désigné ci-après deuxième circuit de refroidissement, le premier circuit de refroidissement et le deuxième circuit de refroidissement sont alimentés en parallèle en fluide de refroidissement. L’invention concerne également un procédé d’utilisation d’un module électrique, tel que présenté précédemment, comprenant des étapes consistant à : Alimenter la machine électrique par les dispositifs de puissance du convertisseur électrique, Faire circuler un fluide de refroidissement dans le circuit de refroidissement du convertisseur électrique de manière à refroidir lesdits dispositifs de puissance. 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’un module électrique selon une forme de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique en coupe d’une machine électrique du module électrique de la . La est une représentation schématique d’un convertisseur électrique relié à un stator de la machine électrique. La est une représentation schématique en perspective d’un convertisseur électrique selon une forme de réalisation selon l’invention. La est une représentation schématique en coupe transversale d’un convertisseur électrique avec un circuit de refroidissement à deux branches. La est une représentation schématique d’une baignoire extérieure du convertisseur de la sans dispositif de puissance. La est une représentation schématique d’une étape de montage d’un dispositif de puissance dans la baignoire extérieure de la . La est une représentation schématique de côté d’un dispositif de puissance et d’une baignoire extérieure. La est une représentation schématique d’un dispositif de puissance monté dans une baignoire extérieure de la . La est une représentation schématique d’une première forme de réalisation d’un circuit de refroidissement dans le module électrique. La est une représentation schématique d’une deuxième forme de réalisation d’un circuit de refroidissement dans le module électrique. La est une représentation schématique d’une troisième forme de réalisation d’un circuit de refroidissement dans le module électrique. 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. Convertisseur électrique (1) configuré pour alimenter une machine électrique (2), en particulier pour aéronef, comportant un stator annulaire (21) et un rotor (22), le convertisseur électrique (1) comprenant : une pluralité d’onduleurs de puissance (O1-O6) comprenant chacun une pluralité de dispositifs de puissance (3-1 ; 3-18) configurés pour être reliés au stator annulaire (21) de manière à alimenter la machine électrique (2), un carter (10), de forme annulaire, s’étendant longitudinalement selon un axe X et définissant une surface radialement intérieure (S1) et une surface radialement extérieure (S2), le carter (10) comportant une pluralité de baignoires de refroidissement formées dans la surface radialement intérieure (S1), appelées baignoires intérieures (11), et dans la surface radialement extérieure (S2), appelées baignoires extérieures (12), un circuit de refroidissement (9) configuré pour alimenter chaque baignoire intérieure (11) et chaque baignoire extérieure (12) en fluide de refroidissement (F), et les dispositifs de puissance (3-1 ; 3-18) étant montés dans les baignoires intérieures (11) et les baignoires extérieures (12) de manière à permettre un refroidissement de l’ensemble des dispositifs de puissance (3-1 ; 3-18). Convertisseur électrique (1) selon la revendication 1, dans lequel les baignoires intérieures (1) et/ou les baignoires extérieures (12) ont la même position longitudinale. Convertisseur électrique (1) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel le convertisseur électrique (1) comporte autant de baignoires intérieures (11) que de baignoires extérieures (12). Convertisseur électrique (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les baignoires intérieures (11) et les baignoires extérieures (12) sont alternées à la périphérie du carter (10). Convertisseur électrique (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les baignoires intérieures (11) et les baignoires extérieures (12) sont réparties angulairement à la périphérie du carter (10). Convertisseur électrique (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le circuit de refroidissement (9) comprend une entrée (9A) et une sortie (9B) qui sont diamétralement opposées et reliées par au moins deux branches de refroidissement indépendantes (B1, B2), de préférence, diamétralement opposées. Convertisseur électrique (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le circuit de refroidissement (9) comporte des canaux (90) s’étendant dans l’épaisseur du carter (10) et reliant les baignoires intérieures (11) et les baignoires extérieures (12). Convertisseur électrique (1) selon la revendication 7, dans lequel deux baignoires adjacentes (11, 12) sont reliées par une pluralité de canaux indépendants (90), de préférence, plus de 10. Convertisseur électrique (1) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel au moins un dispositif de puissance (3-1 ;3-18) comporte un module de puissance (4) associé à un radiateur de dissipation (5), le radiateur de dissipation (5) étant monté dans une baignoire intérieure (11) ou une baignoire extérieure (12). Convertisseur électrique (1) selon la revendication 9 dans lequel le radiateur de dissipation (5) comporte des ailettes (51) positionnées dans la baignoire intérieure (11) ou dans la baignoire extérieure (12). Convertisseur électrique (1) selon l’une des revendications 9 à 10, dans lequel le dispositif de puissance (3-1 ;3-18) comporte des organes de verrouillage (7) configurés pour coopérer avec des organes de réception (15) formés dans le carter (10) de manière à maintenir le radiateur de dissipation (5) dans la baignoire intérieure (11) ou la baignoire extérieure (12). Module électrique (M) comportant : une machine électrique (2), en particulier pour aéronef, comprenant un stator annulaire (21) et un rotor (22), et un convertisseur électrique (1) selon l’une des revendications 1 à 11, dont les dispositifs de puissance (3-1 ; 3-18) sont reliés au stator annulaire (21) de manière à alimenter la machine électrique (2). Module électrique (M) selon la revendication 12, dans lequel, le convertisseur électrique (1) comportant un circuit de refroidissement (9), désigné ci-après premier circuit de refroidissement (9), la machine électrique (2) comportant un circuit de refroidissement, désigné ci-après deuxième circuit de refroidissement (9’), le premier circuit de refroidissement (9) et le deuxième circuit de refroidissement (9’) sont alimentés en série en fluide de refroidissement (F). Module électrique (M) selon la revendication 12, dans lequel, le convertisseur électrique (1) comportant un circuit de refroidissement (9), désigné ci-après premier circuit de refroidissement (9), la machine électrique (2) comportant un circuit de refroidissement, désigné ci-après deuxième circuit de refroidissement (9’), le premier circuit de refroidissement (9) et le deuxième circuit de refroidissement (9’) sont alimentés en parallèle en fluide de refroidissement (F). Procédé d’utilisation d’un module électrique (M), selon l’une des revendications 12 à 14, comprenant des étapes consistant à : Alimenter la machine électrique (2) par les dispositifs de puissance (3-1 ;3-18) du convertisseur électrique (1), Faire circuler un fluide de refroidissement (F) dans le circuit de refroidissement (9) du convertisseur électrique (1) de manière à refroidir lesdits dispositifs de puissance (3-1 ;3-18).