Brevet FR3140222A1 — publié le 20240329

M o teur électrique intelligent modulaire Moteur intelligent (10) comprenant un convertisseur électromécanique (12), des moyens de filtrage électrique (14), une unité électronique de commande (16), deux boitiers indépendants (18, 20) présentant une forme cylindrique creuse et étant séparés dans une direction axiale DA et un dispositif de refroidissement (24), un premier boitier (18) comportant une première extrémité (180) et renfermant le convertisseur électromécanique et un second boitier (20) comportant une première extrémité (200) et renfermant les moyens de filtrage électrique et l’unité électronique de commande et le dispositif de refroidissement entourant les premier et second boitiers, moteur comportant en outre un premier capot (182) refermant une seconde extrémité du premier boitier (18) et un second capot (202) refermant une seconde extrémité du second boitier (20), les premier et second capots se faisant face et portant des connecteurs prêts à l’emploi (40, 50), l’un au moins des premier et second capots étant constitué en un matériau thermiquement isolant. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Moteur électrique intelligent modulaire La présente invention se rapporte au domaine des moteurs électriques à contrôleurs intégrés et refroidissement mutuel dits intelligents, notamment pour aéronefs, et elle concerne plus particulièrement un moteur électrique intelligent modulaire permettant une ségrégation thermique. Ces moteurs électriques intelligents sont aujourd’hui bien connus. On peut citer par exemple la demande FR3089715A1 déposée au nom de la demanderesse et qui illustre un moteur à configuration axiale pourvu d’un dispositif de refroidissement mutuel à air, la connexion de puissance, pour les signaux haute tension, étant effectuée classiquement par des contacts à visser via une grosse cosse, ou un connecteur de puissance particulièrement volumineux. Bien que ce moteur donne globalement satisfaction, il présente toutefois encore deux inconvénients majeurs. Le premier résulte de son impossibilité de montage à l’aveugle du fait des connexions précitées et le second de son manque de modularité qui interdit d’assurer la fabrication et la réparation de la partie moteur d’une part et la fabrication et la réparation de la partie électronique d’autre part sans toucher à l’ensemble du moteur, de même qu’il n’est pas possible de réutiliser une même électronique avec plusieurs versions de moteur, plus ou moins puissants, pour en réduire les couts de maintenance comme les frais de développement. Dans de tels moteurs, la recherche de modularité est complexe car il est nécessaire de combiner plusieurs problématiques, à savoir la ségrégation thermique de la zone moteur de la zone de l’électronique, les températures de fonctionnement des moteurs étant bien plus élevées que celles que peuvent supporter une électronique de contrôle intégrée, et l’optimisation de la ligne d’arbre pour permettre un gain de masse et de durée de vie. La présente invention a donc pour but principal de pallier les inconvénients précités avec un moteur intelligent dont la modularité accroisse sa capacité de réutilisation dans le cadre d’une famille de produits. Un autre but est de repartir au mieux les efforts sur l’arbre et les roulements qui assurent la rotation du moteur. Ces buts sont atteints par un moteur intelligent comprenant un convertisseur électromécanique doté d’une partie tournante définissant une direction axiale DA et une direction radiale DR, des moyens de filtrage électrique, une unité électronique de commande, deux boitiers indépendants présentant une forme cylindrique creuse et étant séparés dans la direction axiale et un dispositif de refroidissement, un premier boitier comportant une première extrémité et renfermant le convertisseur électromécanique et un second boitier comportant une première extrémité et renfermant les moyens de filtrage électrique et l’unité électronique de commande et le dispositif de refroidissement entourant les premier et second boitiers, moteur intelligent caractérisé en ce qu’il comporte en outre un premier capot refermant une seconde extrémité du premier boitier, opposée à la première extrémité, et un second capot refermant une seconde extrémité du second boitier, opposée à la première extrémité, les premier et second capots se faisant face et portant des connecteurs prêts à l’emploi, l’un au moins des premier et second capots étant constitué en un matériau thermiquement isolant. Ainsi, les connecteurs prêts à l’emploi permettent un montage « en aveugle » en une seule opération et la barrière thermique constituée par les deux capots assure une parfaite isolation entre les deux boitiers renfermant pour l’un le moteur et pour l’autre son électronique de commande et de contrôle. De préférence, les connecteurs prêts à l’emploi comportent au moins un connecteur des signaux de faible courant monté sur une platine mobile supportée par l’un des premier et second capots, et coopérant avec des contacts associés présents sur l’autre des premier et second capots. Avantageusement, la platine mobile comporte au moins deux guides de centrage assurant un alignement mutuel automatique entre le connecteur comportant au moins deux pions de centrage et ses contacts. De préférence, les connecteurs prêts à l’emploi comportent au moins un connecteur des signaux de puissance recourant à des contacts lamellaires fixés sur une platine montée sur l’un des premier et second capots, et coopérant avec des contacts associés présents sur l’autre des premier et second capots. Selon la variante de réalisation envisagée, le premier boitier renfermant le convertisseur électromécanique est monté en amont du second boitier renfermant les moyens de filtrage électrique et l’unité électronique de commande, un arbre de transmission traversant les premier et second boitiers ou bien le second boitier renfermant les moyens de filtrage électrique et l’unité électronique de commande est monté en amont du premier boitier renfermant le convertisseur électromécanique, un arbre de transmission traversant les premier et second boitiers. L’arbre de transmission est alors supporté par un premier palier monté sur le premier boitier et un second palier monté sur le second boitier. Selon une autre variante de réalisation, le second boitier renfermant les moyens de filtrage électrique et l’unité électronique de commande est monté en amont du premier boitier renfermant le convertisseur électromécanique et inversement, un arbre de transmission traversant le seul premier boitier. Alors, l’arbre de transmission est supporté par un premier palier monté sur le premier boitier et un second palier monté sur le premier capot. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur les lesquels : la illustre un premier exemple de réalisation d’un moteur électrique intelligent modulaire conforme à l’invention, la montre un détail des connexions de signaux de faible puissance du moteur de la , la montre un détail des connexions des signaux de forte puissance du moteur de la , la illustre un deuxième exemple de réalisation d’un moteur électrique intelligent modulaire conforme à l’invention, et la illustre un troisième exemple de réalisation d’un moteur électrique intelligent modulaire conforme à l’invention. Le principe de l’invention repose sur la réalisation du moteur en deux blocs indépendants isolés thermiquement l’un de l’autre et pouvant être montés séparément puis assemblés ensembles à l’aveugle. C’est à dire que l’on ne voit pas et l’on ne peut pas vérifier visuellement les connexions électriques entre le moteur et sa partie électronique de contrôle lors de sa fermeture. La illustre sur une vue en coupe un premier mode de réalisation d’un moteur électrique intelligent modulaire selon l’invention. Si ce moteur a été conçu pour le domaine aéronautique, il est bien entendu que l’architecture décrite plus avant n’est pas limitée à ce seul domaine mais trouvera application aussi dans le domaine automobile, ferroviaire ou maritime par exemple et concerne toutes machines électriques associant une partie tournante à une électronique de commande et de contrôle comme un ventilateur, une pompe ou un échangeur. Ce moteur intelligent dit à configuration axiale comprend une machine électrique 12 agissant comme convertisseur électromécanique et doté d’une partie tournante définissant dans le plan de coupe une direction axiale DA et une direction radiale DR. Le moteur intelligent comprend en outre des moyens de filtrage électrique 14, une unité électronique de commande 16, et deux blocs indépendants, ou boîtiers ou carters 18, 20, séparés dans la direction axiale et à l’intérieur desquels sont logés respectivement d’une part la partie motrice comportant la machine électrique 12 et d’autre part l’unité électronique de commande 16 et les moyens de filtrage 14. Les premier et second boîtiers 18, 20 présentent une forme cylindrique creuse, avec, dans le mode de réalisation illustré, une section circulaire, et chacun des premier et second boîtiers comprend un dispositif de refroidissement 22, 24 monté une surface radiale externe de ces boîtiers (les termes "interne" et "externe", et « intérieur » et « extérieur » étant utilisés ici en référence à la direction radiale DR dans le moteur intelligent) et comprenant un ensemble d’ailettes s’étendant radialement vers l’extérieur de sorte à former un radiateur permettant un échange calorifique entre les ailettes et un flux d’air traversant les ailettes 22, 24 du dispositif de refroidissement. Le flux d’air de refroidissement est classiquement généré de façon externe par le rotor de l’aéronef mais une génération interne au moyen d’une roue à aubes comme il est connu est bien entendu aussi possible, de même qu’un refroidissement liquide en substitution ou en complément du refroidissement par air. L’axe de révolution commun de ces boîtiers est confondu avec l’axe de rotation DA de la machine électrique 12 qui est confondu avec l’axe de rotation de son arbre de transmission 26 traversant à la fois les premier et second boitiers et supporté à une première extrémité dans le premier boitier 18 par un premier palier 28 et à une seconde extrémité, opposée à la première dans la direction axiale DA, dans le second boitier 20 par un second palier 30. En traversant intégralement les deux blocs, l’arbre de transmission bénéficie d’une large portée entre les paliers et on minimise ainsi les efforts à la fois sur l’arbre, sur les boitiers 18, 20 et sur ces paliers. Le premier palier 28 est monté sur une première extrémité 180 du premier boitier 18 s’étendant dans un plan radial comprenant la direction radiale DR et orthogonal à la direction axiale DA et fermant le premier boitier 18 et le second palier 30 est monté sur une première extrémité 200 du second boitier 20 s’étendant également dans un plan radial comprenant la direction radiale DR et orthogonal à la direction axiale DA et fermant le second boitier 20. La première extrémité 180 du premier boitier 18 constitue avantageusement la première extrémité du moteur intelligent modulaire 10 et la première extrémité 200 du second boitier 20 constitue avantageusement la seconde extrémité du moteur 10. On notera que, dans une variante de réalisation, ces extrémités peuvent être dissociées des boitiers et former deux couvercles indépendants pour ces boitiers. Chacun des premier et second boîtiers 18, 20 comprend en outre une seconde extrémité opposée à la première extrémité, de sorte que dans la direction axiale DA les deux boîtiers 18, 20 soient aussi fermés respectivement par un premier capot 182 et par un second capot 202 se faisant face, ces deux capots étant couplés mécaniquement par vissage du bloc moteur sur le bloc électronique au moyen de vis 32 réparties régulièrement autour des deux boitiers. Ainsi, conformément à l’invention, il est donc formé deux blocs indépendants séparables physiquement l’un de l’autre et une barrière thermique est créée en intercalant ces deux capots, avantageusement constitués chacun d’un matériau thermiquement isolant, entre le bloc moteur 12 et le bloc électronique de contrôle 14, 16, chaque bloc comportant ainsi sa propre barrière thermique (toutefois selon les conditions d’exploitation une barrière thermique unique peut être suffisante, avantageusement sur le capot moteur. Cela rend les deux blocs indépendants et renforce l’isolation thermique et permet de plus par cette fermeture de les protéger pendant les phases de transport et de montage. Ces parois outre cette fonction de ségrégation thermique ont aussi pour fonction d’accueillir des connecteurs électriques prêts à l’emploi (en anglais « plug and play »), c’est-à-dire enfichables mutuellement et qui doivent être tolérants pour permettre le montage à l’aveugle souhaité impliquant une précision de montage faible. Pour ce faire, et comme le montre la , un connecteur 40 des signaux de faible courant comportant des pions de centrage 40A, 40B est monté sur une platine mobile 42 qui est capable de s’auto aligner entre la paroi formant capot 202 présente du côté du bloc électronique et supportant avantageusement cette platine et celle 182 du côté bloc moteur (toutefois un support de la platine par le capot 182 est aussi envisageable). Cet alignement automatique est réalisé grâce à au moins deux guides de centrage 44A, 44B de la platine qui mettent en relation le connecteur avec ses contacts associés avant que les propres guides de centrage 40A, 40B du connecteur rentrent en action. Pour le connecteur 50 des signaux de puissance et comme le montre la , il est recouru à des contacts lamellaires, de type Multilam® ou équivalent, fixés sur une platine 52 montée sur une des deux parois formant capot, de préférence celle 182 du bloc électronique (mais un support par la paroi 202 est aussi possible), et qui viennent se poser sur une large plage de contact présente sur l’autre paroi (non illustrée). Les tolérances et la fonction de ressort de ces contacts assurent la plage de fonctionnement désirée. L’architecture ainsi constituée et décrite précédemment permet le montage du moteur sur son électronique de puissance « en aveugle » en une seule opération, pour obtenir le produit fini et grâce aux dispositifs de couplage mécanique par vissage du bloc moteur sur le bloc électronique, la barrière thermique est prise en sandwich entre les ces deux blocs. Les connexions électriques de puissance viennent se mettre en appui l’une de l’autre avec le système de contact lamellaire qui rattrape naturellement les jeux d’assemblages et les centrages. Les connexions électriques de faible puissance réalisées par des connecteurs traditionnels (SubD ou autre) viennent s’aligner grâce aux guides de centrage et à la mobilité de la platine et donc des connecteurs et leurs contacts associés. Le refroidissement réalisé par air grâce aux ailettes situées sur tout le pourtour des boitiers est mutualisé et permet à l’air de refroidissement de passer sur les ailettes du bloc moteur pour ensuite desservir les ailettes du bloc électronique, utilisant aussi un même flux de refroidissement. On notera que si dans l’architecture précitée, le bloc électronique est positionné en amont du bloc moteur par rapport au sens de circulation de l’air, profitant ainsi de l’air de refroidissement le plus frais, il est aussi possible d’opter pour une architecture inverse illustrée à la avec le bloc moteur 18 positionné en amont du bloc électronique 20 dans le cas où l’installation avion serait faite de sorte que l’air circule d’abord au travers de la partie électronique pour ensuite se diriger vers la partie moteur. De même et comme le montre la , il est possible d’installer les premier 28 et second 30 paliers uniquement dans le bloc moteur. C’est le cas classiquement quand le moteur est séparé de son électronique. Dans cette configuration, l’arbre de transmission 26 se limite à la seule traversée du bloc moteur 12, le premier palier 28 étant monté sur la première extrémité 180 du premier boitier 18 (formant ou non couvercle) et le second palier 30 sur le premier capot 182. Les deux dispositions des boitiers sont alors possibles avec un premier boitier en amont du second boitier ou inversement (premier en aval du second). Moteur intelligent (10) comprenant un convertisseur électromécanique (12) doté d’une partie tournante définissant une direction axiale DA et une direction radiale DR, des moyens de filtrage électrique (14), une unité électronique de commande (16), deux boitiers indépendants (18, 20) présentant une forme cylindrique creuse et étant séparés dans la direction axiale et un dispositif de refroidissement (24), un premier boitier (18) comportant une première extrémité (180) et renfermant le convertisseur électromécanique et un second boitier (20) comportant une seconde extrémité (200) et renfermant les moyens de filtrage électrique et l’unité électronique de commande, et le dispositif de refroidissement entourant les premier et second boitiers, moteur intelligent caractérisé en ce qu’il comporte en outre un premier capot (182) refermant une seconde extrémité du premier boitier (18), opposée à la première extrémité du premier boitier, et un second capot (202) refermant une seconde extrémité du second boitier (20), opposée à la première extrémité du second boitier, les premier et second capots se faisant face et portant des connecteurs prêts à l’emploi (40, 50), l’un au moins des premier et second capots étant constitué en un matériau thermiquement isolant. Moteur intelligent selon la revendication 1, dans lequel les connecteurs prêts à l’emploi comportent au moins un connecteur (40) des signaux de faible courant monté sur une platine mobile (42) supportée par un des premier et second capots (182, 202), et coopérant avec des contacts associés présents sur l’autre des premier et second capots (202, 182). Moteur intelligent selon la revendication 2, dans lequel la platine mobile comporte au moins deux guides de centrage (44A, 44B) assurant un alignement mutuel automatique entre le connecteur comportant au moins deux pions de centrage (40A, 40B) et ses contacts. Moteur intelligent selon la revendication 1, dans lequel les connecteurs prêts à l’emploi comportent au moins un connecteur (50) des signaux de puissance recourant à des contacts lamellaires (52) fixés sur une platine (52) montée sur l’un des premier et second capots (182, 202), et coopérant avec des contacts associés présents sur l’autre des premier et second capots (202, 182). Moteur intelligent selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier boitier (18) renfermant le convertisseur électromécanique est monté en amont du second boitier (20) renfermant les moyens de filtrage électrique et l’unité électronique de commande, un arbre de transmission (26) traversant les premier et second boitiers. Moteur intelligent selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le second boitier (20) renfermant les moyens de filtrage électrique et l’unité électronique de commande est monté en amont du premier boitier (18) renfermant le convertisseur électromécanique, un arbre de transmission (26) traversant les premier et second boitiers. Moteur intelligent selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel l’arbre de transmission (26) est supporté par un premier palier (28) monté sur le premier boitier (18) et un second palier (30) monté sur le second boitier (20). Moteur intelligent selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le second boitier (20) renfermant les moyens de filtrage électrique et l’unité électronique de commande est monté en amont du premier boitier (18) renfermant le convertisseur électromécanique et inversement, un arbre de transmission (26) traversant le seul premier boitier. Moteur intelligent selon la revendication 8, dans lequel l’arbre de transmission (26) est supporté par un premier palier (28) monté sur le premier boitier (18) et un second palier (30) monté sur le premier capot (182). Système de propulsion d’un aéronef comprenant au moins un moteur intelligent selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.