Brevet FR3128072A1 — publié le 20230414

La machine électrique tournante (12) comprend un rotor (13) et un stator (14) bobiné comportant un arbre statorique (18), les bobines (21) statoriques étant insérées dans le rotor et l’arbre statorique étant inséré au centre du rotor. Au moins un capteur de position angulaire du rotor est inséré au centre de l’espace délimité par l’arbre statorique et le rotor. Figure pour l’abrégé : Fig 3 Machine électrique tournante, mini manche à retour d’effort et aéronef associés Domaine technique de l’invention L’invention concerne les machines électriques tournantes, et plus particulièrement les machines électriques tournantes équipant des mini manches à retour d’effort et des aéronefs équipés de tels mini manches. Etat de la technique antérieur Généralement un mini manche à retour d’effort comprend un moteur électrique muni de capteurs de position angulaire d’un rotor du moteur pour générer un chemin d’effort de sorte que le pilote ressente les retours d’effort à travers le mini manche. Comme cette fonctionnalité nécessite un haut niveau de sécurité, le chemin d’effort doit être doublé pour assurer une redondance du retour d’effort. La réalisation de la redondance du retour d’effort nécessite d’au moins doubler les capteurs de position du rotor du moteur électrique. Les capteurs de position comportent généralement des résolveurs. La illustre une coupe longitudinale d’un moteur électrique 1 comprenant un stator 2, un rotor 3 inséré dans le stator 2 et quatre résolveurs 4 formant deux capteurs de position redondant d’un arbre rotorique 5 du rotor 3. Chaque résolveur 4 comprend un ensemble de bobines 6 comportant une bobine d’excitation, une bobine sinus et une bobine cosinus disposées sur l’arbre rotorique 5, et un guide 7 de flux magnétique elliptique disposé sur le stator 2 séparé de l’ensemble de bobines 6 par un entrefer. Les résolveurs 4 sont superposés l’un sur l’autre. Cette superposition augmente la longueur du stator 2 et de l’arbre rotorique 5 de sorte le moteur électrique 1 occupe un encombrement important nécessitant de réserver un espace important dans un espace contraint tel qu’une cabine de pilotage d’un aéronef. De plus, comme le moteur 1 est encombrant, lors de son intégration dans la cabine de l’aéronef, le risque de collision du moteur 1 avec d’autres organes présents dans la cabine est accru. En outre, comme les résolveurs 4 sont superposés l’un sur l’autre, la longueur de l’arbre rotorique 5 est importante de sorte que la masse inertielle du rotor dégrade la dynamique du moteur 1, et augmente le moment de fléchissement et le moment de torsion de l’arbre rotorique 5. Le but de l’invention est de pallier tout ou partie de ces inconvénients. Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet une machine électrique tournante comprenant un rotor et un stator bobiné comportant un arbre statorique, les bobines statoriques étant insérées dans le rotor et l’arbre statorique étant inséré au centre du rotor. Au moins un capteur de position angulaire du rotor est inséré au centre de l’espace délimité par l’arbre statorique et le rotor. L’insertion des capteurs de position angulaire au centre de l’espace délimité par les bobines statoriques permet de diminuer l’encombrement de la machine électrique tournante pour faciliter l’intégration et le montage de ladite machine dans la cabine de pilotage de l’aéronef tout en diminuant les risques de collision avec d’autres organes de ladite cabine. En outre, comme les capteurs de position angulaire sont logés dans la partie active de la machine électrique tournante, les capteurs de position angulaire sont protégés des chocs et des perturbations magnétiques par rotor de la machine électrique tournante. De plus, la réduction de la longueur du rotor permet d’améliorer la dynamique du rotor en réduisant sa masse inertielle, en réduisant le moment de fléchissement et le moment de torsion du rotor. De préférence, le stator comprend un tore comportant les bobines statoriques bobinées autour du tore. Le bobinage des bobines statoriques bobinées autour du tore permet de réduire les pertes de flux magnétique statorique de sorte que la force électromotrice augmente. Avantageusement, le tore comprend deux demi-tores, les bobines de chaque demi-tore étant alimentées par un système d’alimentation différent. Si l’un des systèmes d’alimentation est défaillant, la machine électrique tournante alimentée par l’autre système d’alimentation continue de fonctionner. De préférence, le capteur de position angulaire comprend un résolveur à reluctance variable comprenant des ensembles de bobines de contrôle comportant chacun une bobine d’excitation, une bobine sinus et une bobine cosinus disposées sur l’arbre statorique et un guide de flux magnétique elliptique disposé sur le rotor, les bobines de contrôle et le guide de flux magnétique étant séparés par un entrefer. Avantageusement, le capteur de position angulaire comprend un aimant permanent elliptique disposé sur le rotor, et des moyens de mesure de la variation d’un champ magnétique selon deux directions perpendiculaires disposés sur l’arbre statorique, l’aimant et les moyens de mesure étant séparés par un entrefer. De préférence, les moyens de mesure comportent au moins un capteur à effet Hall. Avantageusement, la machine électrique tournante comporte au moins deux capteurs de position angulaire superposés redondants. De préférence, un premier capteur de position angulaire comporte un résolveur à reluctance variable tel que défini précédemment, et le deuxième capteur de position angulaire comporte un capteur de position angulaire tel que défini précédemment. La dissymétrie de technologie de capteurs permet d’augmenter la fiabilité du pilotage de la machine électrique tournante. Il est également proposé un mini manche à retour d’effort pour aéronef comprenant une machine électrique tournante telle que définie précédemment. Il est également proposé un aéronef un mini manche à retour d’effort 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 : , dont il a déjà été fait mention précédemment, illustre une coupe longitudinale d’un moteur électrique selon l’état de la technique ; illustre schématiquement un aéronef selon l’invention ; illustrent des coupes longitudinales d’un exemple de machine électrique tournante selon l’invention ; illustre un premier mode de réalisation d’un capteur angulaire selon l’invention, illustre un deuxième mode de réalisation du capteur angulaire selon l’invention, et illustre un exemple d’un tore selon l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On se réfère à la qui illustre schématiquement un aéronef 10 comportant une cabine de pilotage comprenant un mini manche 11 à retour d’effort. L’aéronef 10 peut comprendre un avion ou un hélicoptère. Le mini manche 11 comporte une machine électrique tournante 12 générant un chemin d’effort de sorte que le pilote ressente les retours d’effort à travers le mini manche 11. La machine électrique tournante 12 peut comprendre plusieurs phases. Les figures 3 et 4 illustrent des coupes longitudinales d’un exemple de machine électrique tournante 12. La machine électrique tournante 12 comprend un axe de rotation (A), un rotor 13 tournant autour l’axe (A) et un stator 14. Le rotor 13 comprend deux rangées d’aimants permanents 15, 16 situées sur deux surfaces intérieurs parallèles du rotor 13 de manière à former une cavité cylindrique 17 délimitée par les deux rangées d’aimants permanents 15, 16. Le rotor 13 est évidé en son centre. Le stator 14 comprend un arbre statorique 18 inséré dans le centre évidé du rotor 13. Le rotor 13 est maintenu en rotation dans le stator 14 par exemple par des roulements à billes 19 montés sur l’arbre statorique 18 et le rotor 13. Un premier roulement à billes 19 est disposé à une première extrémité de la cavité cylindrique 17, et un deuxième roulement à billes 19 est disposé à une deuxième extrémité de la cavité cylindrique 17. Le stator 14 comprend en outre un tore 20 comportant des bobines statoriques 21 bobinées autour du tore 20, et réalisées généralement en cuivre. Le tore 20 est inséré dans la cavité cylindrique 17 du rotor 13 de sorte que lorsque les bobines statoriques sont alimentées, le rotor 13 est animé d’un mouvement de rotation autour de l’axe de rotation (A). Comme les bobines statoriques 21 sont enroulées autour du tore 20, la totalité de la surface du tore 20 génère un flux magnétique participant à la génération d’un couple mécanique par la machine 12. Les pertes de flux magnétique statorique sont réduites de sorte que la force électromotrice augmente. On obtient ainsi une augmentation de la puissance et du couple développés par la machine 12 de sorte que la puissance massique de la machine 12 est optimale. En outre, le couple généré ne présente pas d’ondulation de couple ni de couple de détente. En variante, les bobines statoriques 21 sont bobinées sur des dents du tore 20 disposées en regard de l’une des deux rangées d’aimant permanent 15, 16. La machine électrique tournante 12 comprend en outre des capteurs de position angulaire du rotor 13 comportant quatre résolveurs 22, 23, 24, 25 à reluctance variable superposés et insérés dans l’espace délimité par l’arbre statorique 18 et le rotor 13. Selon un mode de réalisation, les résolveurs 22, 23, 24, 25 sont superposés et insérés dans l’espace délimité par les bobines statoriques 21 et entre l’arbre statorique 18 et le rotor 13. De préférence, les capteurs de position angulaire sont insérés au centre de l’espace délimité par les bobines statoriques 21. L’insertion des capteurs de position angulaire au centre de l’espace délimité par les bobines statoriques 21 permet de diminuer l’encombrement de la machine électrique tournante 12 permettant de raccourcir la longueur du rotor 13 selon l’axe de rotation (A), et l’encombrement de la machine électrique tournante 12. La diminution de l’encombrement de machine électrique tournante 12 permet de faciliter l’intégration et le montage de ladite machine dans la cabine de pilotage de l’aéronef 10 en diminuant les risques de collision avec d’autres organes de ladite cabine. En outre, comme les capteurs de position angulaire sont logés dans la partie active de la machine électrique tournante 12, dans l’espace délimité par les bobines statoriques, les capteurs de position angulaire sont protégés des chocs et des perturbations magnétiques par rotor de la machine électrique tournante 12. La réduction de la longueur du rotor 13 permet d’améliorer la dynamique du rotor 13 en réduisant le moment de fléchissement et le moment de torsion du rotor 13. Comme les capteurs de position angulaire sont disposés entre les deux roulements à billes 19 maintenus en rotation le rotor 13 par rapport au stator 14, la raideur de l’arbre statorique 18 et du rotor 13 est augmentée permettant d’obtenir des mesures de position angulaire plus précise. On suppose que les quatre résolveur 22, 23, 24, 25 sont identiques. Seul le premier résolveur 22 est détaillé. La illustre une vue du premier résolveur 22. Le premier résolveur 22 comprend une carcasse 26 disposée sur l’arbre statorique 18 et un guide de flux magnétique 27 elliptique disposé sur le rotor 13 et entourant la carcasse 26. La carcasse 26 comprend dix têtes de bobines 28a à 28j réparties régulièrement sur la carcasse 26. Bien entendu, la carcasse 26 peut comprendre un nombre différent de têtes de bobines réparties régulièrement sur la carcasse 26. Un ensemble de bobines de contrôle 29 comportant une bobine d’excitation 30, une bobine sinus 31 et une bobine cosinus 32 sont enroulées sur chaque tête de bobine 28a à 28j. La bobine d’excitation 30, la bobine sinus 31 et la bobine cosinus 32 d’un ensemble de bobines de contrôle 29 sont séparées par un isolant (non représenté) empêchant un court-circuit entre lesdites bobines. Les ensembles de bobines de contrôle 29 et le guide de flux magnétique 27 sont séparés par un entrefer 33. Des bornes de connexion 34, 35, 36 sont reliées aux bobines d’excitation 30, aux bobines sinus 31 et aux bobines cosinus 32. Lorsque le bobine d’excitation est excitée par un signal sinusoïdal, des signaux sont générés dans la bobine sinus et la bobine cosinus. Les caractéristiques des signaux dépendent de la position du guide de flux magnétique 27 relié au rotor 13. L’analyse des signaux générés permet de déterminer la position angulaire du rotor 13 par rapport au stator 14 et de piloter la position du rotor 13 afin de générer le retour d’effort dans le mini manche 11. Les résolveurs 22, 23, 24, 25 sont reliés entre eux de façon redondante afin d’améliorer la fiabilité de commande de la machine électrique tournante 12 et permettre de diagnostiquer la défaillance de l’un des résolveurs. Par exemple, un premier et un deuxième résolveurs 22, 23 sont reliés de manière redondante à une première voie de contrôle, et un troisième et un quatrième résolveurs 24, 25 sont reliés de manière redondante à une deuxième voie de contrôle de sorte que si les résolveurs d’une même voie de contrôle ne délivrent pas des signaux identiques, ladite voie de contrôle est considérée comme défaillante. La voie de contrôle défaillante est désactivée et des signaux de contrôle délivrés par l’autre voie de contrôle sont pris en compte. Bien entendu, lorsque la machine électrique tournante 12 est implémentée pour des applications ne nécessitant pas un tel niveau de fiabilité, la machine 12 peut comprendre un seul capteur de position angulaire. Selon un deuxième mode de réalisation, le capteur de position angulaire comprend un aimant permanent 37 elliptique disposé sur le rotor 13, et des moyens de mesure 38 de la variation d’un champ magnétique selon deux directions perpendiculaires disposés sur l’arbre statorique 18 ( ). L’aimant permanent elliptique et les moyens de mesure sont séparés par un entrefer 39. Les moyens de mesure comportent par exemple au moins un capteur à effet Hall. Afin d’augmenter encore plus la fiabilité du pilotage de la machine électrique tournante 12, les capteurs de position angulaire comprennent des résolveurs et des capteurs à effet Hall associés aux aimants permanents pour obtenir une dissymétrie de technologie de capteurs. Par exemple, les premier et troisième résolveurs 22, 24 sont remplacés par des capteurs à effet Hall associés aux aimants permanents. La illustre un exemple d’un tore 20 comprenant les bobines statoriques 21. Le tore 20 est formé de deux demi-tores 40, 41 sur lesquels sont bobinées les bobines statoriques 21. Afin d’augmenter encore plus la fiabilité de pilotage de la machine électrique tournante 12, les bobines statoriques 21 de chaque demi-tore 40, 41 sont alimentées par un système d’alimentation 42, 43 différent, par exemple du type triphasé. Si l’un des systèmes d’alimentation 42, 43 est défaillant, la machine électrique tournante 12 de type triphasé continue de fonctionner en étant alimentée par seulement l’autre système d’alimentation. Bien entendu, la machine électrique tournante 12 est du type polyphasé et peut comprendre plus de trois phases. Machine électrique tournante (12) comprenant un rotor (13) et un stator (14) bobiné comportant un arbre statorique (18), les bobines (21) statoriques étant insérées dans le rotor et l’arbre statorique étant inséré au centre du rotor, caractérisée en ce qu’au moins un capteur de position angulaire du rotor est inséré au centre de l’espace délimité par l’arbre statorique et le rotor. Machine électrique selon la revendication 1, dans laquelle le stator (14) comprend un tore (20) comportant les bobines statoriques (21) bobinées autour du tore. Machine électrique selon la revendication 2, dans laquelle le tore (20) comprend deux demi-tores (28, 29), les bobines de chaque demi-tore étant alimentées par un système d’alimentation différent (30, 31). Machine selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le capteur de position angulaire comprend un résolveur (22, 23, 24, 25) à reluctance variable comprenant des ensembles de bobines de contrôle (26) comportant chacun une bobine d’excitation (30), une bobine sinus (31) et une bobine cosinus (32) disposées sur l’arbre statorique et un guide de flux magnétique (27) elliptique disposé sur le rotor, les bobines de contrôle et le guide de flux magnétique étant séparés par un entrefer (34). Machine selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le capteur de position angulaire comprend un aimant permanent (37) elliptique disposé sur le rotor (13), et des moyens de mesure (38) de la variation d’un champ magnétique selon deux directions perpendiculaires disposés sur l’arbre statorique (18), l’aimant et les moyens de mesure étant séparés par un entrefer (39). Machine selon la revendication 5, dans laquelle les moyens de mesure comportent au moins un capteur à effet Hall. Machine selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comportant au moins deux capteurs de position angulaire (22, 23, 24, 25) superposés redondants. Machine selon la revendication 7, dans laquelle un premier capteur de position angulaire comporte un résolveur à reluctance variable (22, 23, 24, 25) selon la revendication 4, et le deuxième capteur de position angulaire comporte un capteur de position angulaire selon la revendication 5. Mini manche (11) à retour d’effort pour aéronef comprenant une machine électrique tournante (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Aéronef (10) comportant un mini manche (11) à retour d’effort selon la revendication 9.