Brevet FR3155662A1 — publié le 20250523

La machine électrique comporte un stator (4), le stator comportant une ouverture circulaire centrale (4a) et une pluralité de dents (5) s’étendant dans l’ouverture selon une direction radiale du stator et une pluralité d’ensembles de puissance (6) identiques, chaque ensemble de puissance (6) comportant une bobine (7) enroulée autour d’une des dents et un module de puissance (8) inséré dans le stator et configuré pour alimenter ladite bobine. Le module de puissance (8) de chaque ensemble de puissance (6) est disposé sur la périphérie du stator (4) en regard de la bobine (7) dudit ensemble de puissance, chaque ensemble de puissance comportant en outre un support de bobine (60), ledit module de puissance (8) étant séparé de ladite bobine (7) par le support de bobine (60). Figure pour l’abrégé : Fig 3 Machine électrique et aéronef associé L’invention concerne l’architecture de machines électriques intelligentes connues sous l’appellation anglo-saxonne « smart motor », et plus particulièrement l’intégration de modules de puissance dans lesdites machines. L’invention concerne en outre un aéronef comportant une telle machine. Techniques antérieures Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers états. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique. Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions. Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité. Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’avions, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques. Les machines intelligentes connues sous les appellations anglo-saxonne « integrated modular motor drive » et « smart motor » intègrent des composants de puissance destinés à alimenter des bobines statoriques pour améliorer l’efficacité énergétique et la fiabilité desdites machines. Les composants de l’électronique de puissance sont ainsi positionnés proches des bobines. Il est en outre connu que les bobines statoriques et les modules électroniques de puissance génèrent des pertes thermiques augmentant la température de leur environnement. Pour empêcher la détérioration des bobines statoriques et des modules électroniques de puissance, la température des bobines et la température des modules doivent être chacune inférieure à une température maximale admissible respective. Le document WO 2020/025884 divulgue une machine électrique polyphasée de type intelligente « smart motor » alimentée par un onduleur. La machine électrique polyphasée comporte des modules électroniques de puissance intégrés dans une extension du carter de ladite machine et alimentant des bobines statoriques de ladite machine. La disposition des modules électroniques de puissance sur l’extension du carter permet d’éloigner les modules des bobines statoriques pour empêcher une surchauffe des modules et des bobines, et minimise la longueur des câbles électriques reliant l’onduleur à la machine électrique. Cependant, l’extension du carter augmente l’encombrement et la masse de la machine. Comme l’espace d’implantation de la machine dans un aéronef est limitée, il est nécessaire de réduire l’espace d’implantation. En outre, il est nécessaire de réduire la masse de la machine. Le but de l’invention est de pallier tout ou partie de ces inconvénients, notamment en proposant une machine électrique intelligente ayant un encombrement réduit et une masse réduite tout en bénéficiant d’un positionnement de l’électronique de puissance au plus près des bobines. A cet effet, l'invention est le résultat des recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des systèmes d’actionnement électromécanique, notamment en environnement aéronautique. En ce sens, l’invention contribue à la réduction de l’impact environnemental des avions. Pour cela, l’invention concerne une machine électrique, comportant un stator, le stator comportant une ouverture circulaire centrale et une pluralité de dents s’étendant dans l’ouverture selon une direction radiale du stator et une pluralité d’ensembles de puissance identiques, chaque ensemble de puissance comportant une bobine enroulée autour d’une des dents et un module de puissance inséré dans le stator et configuré pour alimenter ladite bobine. Le module de puissance de chaque ensemble de puissance est disposé sur la périphérie du stator en regard de la bobine dudit ensemble de puissance, chaque ensemble de puissance comportant en outre un support de bobine, ledit module de puissance étant séparé de ladite bobine par le support de bobine, ladite bobine étant en contact avec une première face du support de bobine et ledit module de puissance étant en contact avec une deuxième face du support de bobine opposée à la première face du support de bobine pour isoler thermiquement et électriquement ladite bobine dudit module . L’agencement de la bobine et du module de puissance de chaque ensemble de puissance dans le stator permet de minimiser la longueur des éléments conducteurs facilitant l’alimentation de ladite bobine par ledit module de puissance tout en limitant les transferts thermiques entre la bobine et le module de puissance et réduisant les distorsions de front montant et descendant d’un signal d’alimentation la bobine délivré par le module de puissance de sorte que l’ensemble de puissance ne comprend pas de dispositif de filtrage du signal d’alimentation. En outre l’insertion du module de puissance dans le stator permet d’améliorer la protection mécanique du module de puissance, notamment dans la variante où ce dernier est moulé avec le stator. De préférence, chaque support de bobine comprend une première portion isolante électriquement s’étendant selon la direction radiale et une deuxième portion isolante thermiquement et électriquement s’étendant selon une direction axiale du stator, la bobine dudit ensemble de puissance étant enroulée autour de la première portion, la première portion comprenant une ouverture centrale logeant une des dents du stator, la deuxième portion étant insérée entre la bobine dudit ensemble de puissance et le module de puissance dudit ensemble de puissance et comportant la première face en contact avec ladite bobine et la deuxième face en contact avec ledit module de puissance. Avantageusement, la machine comprend des éléments conducteurs reliant le module de puissance de chaque ensemble de puissance et chaque extrémité de la bobine dudit ensemble de puissance, les éléments conducteurs étant intégrées dans la deuxième portion du support de bobine dudit ensemble de puissance. De préférence, le module de puissance de chaque ensemble de puissance comprend un pont en H comprenant deux branches identiques, chaque branche comportant deux cellules de commutation reliées en série et comportant en outre deux bornes d’alimentation entre lesquelles sont positionnées lesdites cellules de commutation, un point milieu entre lesdites deux cellules de chaque branche étant relié à une extrémité de la bobine dudit ensemble de puissance. Avantageusement, chaque cellule de commutation comprend une diode et un transistor. De préférence, le stator comprend un support annulaire isolant électrique, une première face du support annulaire étant en regard de la bobine de chaque ensemble de puissance, chaque ensemble de puissance comportant en outre un module de commande relié au module de puissance, le module de commande de chaque ensemble de puissance étant disposé sur une deuxième face du support annulaire opposée à la première face. Avantageusement, la machine comporte en outre des pistes d’alimentation circulaires insérées dans le support annulaire et de préférence reliées aux bornes d’alimentation de chaque module de puissance. De préférence, la machine comporte en outre un carter et une couche thermiquement conductrice, le stator étant inséré dans le carter, la couche thermiquement conductrice étant insérée entre le carter et le module de puissance de chaque ensemble de puissance, et étant en contact avec le carter et le module de puissance de chaque ensemble de puissance. Il est également proposé un aéronef comportant une machine électrique telle que définie précédemment. De préférence, l’aéronef comporte un système d’actionnement électromécanique auquel la machine électrique est intégrée. 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 : - la figure FIG. 1 illustre schématiquement un exemple d’un aéronef selon un exemple de l’invention, - la figure FIG. 2 illustre schématiquement un exemple de réalisation du stator d’une machine selon un mode de réalisation de l’invention, - la figure FIG. 3 illustre schématiquement une coupe longitudinale partielle du stator selon ledit mode de réalisation de l’invention, - la figure FIG. 4 illustre schématiquement un exemple de réalisation d’un ensemble de puissance, et - la figure FIG. 5 illustre schématiquement un exemple de réalisation d’un module de puissance. Description détaillée On se réfère à la FIG. 1 qui illustre schématiquement un exemple d’un aéronef 1 comprenant un bus 2 d’alimentation en courant continu et une machine électrique 3 reliée au bus 2. La machine électrique 3 peut être intégrée à un système d’actionnement électromécanique de l’aéronef 1, par exemple un système d’inversion de poussée, un système d’actionnement d’ailette ou de volet. L’aéronef 1 tel que représenté est un avion. En variante, l’aéronef est un hélicoptère. La machine électrique 3 peut alternativement être intégrée dans des lanceurs spatiaux ou dans des satellites. La machine électrique 3 comprend un stator 4 et un rotor 5 inséré dans une ouverture circulaire centrale 4a du stator 4. Le rotor 5 est séparé du stator 4 par un entrefer. La FIG. 2 illustre schématiquement un exemple de réalisation du stator 4. Le stator 4 comprend une culasse 4b comportant une pluralité de dents 5 s’étendant selon une direction radiale du stator 4 dans l’ouverture circulaire centrale du stator 4, et une pluralité d’ensembles de puissance 6, les ensembles de puissance étant préférentiellement identiques. Chaque ensemble de puissance 6 comporte une bobine 7 enroulée autour d’une dent 5, un module de puissance 8 inséré dans le stator 4 et relié à la bobine 7 dudit ensemble de puissance 6 pour alimenter ladite bobine 7, et un module de commande 9 relié au module de puissance 8 dudit ensemble de puissance. Le module de puissance 8 de chaque ensemble de puissance 6 est relié à la bobine 7 dudit ensemble par des éléments conducteurs 67 (non représentés sur cette figure), par exemple des pistes conductrices. Chaque ensemble de puissance 6 comporte en outre un support 60 de bobine sur lequel sont disposés la bobine 7 et le module de puissance 8 dudit ensemble. Le module de puissance 8 est disposé sur la circonférence externe du support 60 de bobine par rapport à un axe central du stator 4 en regard de la bobine 7 dudit ensemble de puissance. Le stator 4 comprend en outre un support annulaire isolant électrique 10 réalisé par exemple en matériau thermoplastique. Le support annulaire 10 isolant électrique comprend une ouverture circulaire centrale dans laquelle est insérée le rotor 5. Le rotor 5 est séparé du support annulaire 10 par un entrefer. Le support annulaire 10 comprend une première face 10a en regard de la bobine 7 de chaque ensemble de puissance 6 et une deuxième face 10b opposée à la première face 10a. Le module de commande 9 de chaque ensemble de puissance 6 est disposé sur la deuxième face 10b du support annulaire 10. Les modules de commande 9 sont disposés sur la face du support annulaire 10 opposée à celle en regard des bobines 7. Comme les bobines 7 et les modules de puissance 8 dissipent des pertes thermiques, lesdits modules de commande 9 ne sont pas échauffés par les bobines 7 et les modules de puissance 8, de sorte que la température des modules de commande 9 reste inférieure à la température maximale admissible par lesdits modules 9. La durée de vie des modules de commande 9 est prolongée. La FIG. 3 illustre schématiquement une coupe longitudinale partielle du stator 4. Le module de puissance 8 de chaque ensemble de puissance 6 est disposé sur la périphérie du stator 4 en regard de la bobine 7 dudit ensemble de puissance. Le module de puissance 8 est encapsulé dans une colle ou une résine 8a électriquement isolante et thermiquement conductrice. Chaque ensemble de puissance comprend en outre un support de bobine 60 comportant une première face 60a et une deuxième face 60b. Le module de puissance 8 de chaque ensemble de puissance 6 est séparé de la bobine 7 dudit ensemble de puissance par le support de bobine 60. La première face 60a du support de bobine 60 est en contact avec la bobine 7 et la deuxième face 60b du support de bobine 60 est en contact avec le module de puissance 8. Cet agencement de la bobine 7 et du module de puissance 8 de chaque ensemble de puissance 6 dans le stator 4 permet de minimiser la longueur des éléments conducteurs facilitant l’alimentation de ladite bobine par ledit module de puissance tout en limitant les transferts thermiques entre la bobine 7 et le module de puissance 8. En outre, comme la longueur des éléments conducteurs est réduite, les distorsions de front montant et descendant d’un signal d’alimentation de la bobine délivré par le module de puissance sont réduites de sorte que l’ensemble de puissance ne comprend pas de dispositif de filtrage du signal d’alimentation de la bobine. En outre l’insertion du module de puissance 8 dans le stator 4 permet d’améliorer la tenue mécanique du module de puissance 8. Le module de puissance 8 peut être moulé dans le stator 4 améliorant encore plus la tenue mécanique du module de puissance 8. Le support 60 de bobine comprend une première portion 61 isolante électriquement s’étendant selon la direction radiale du stator 4 et une deuxième portion 62 isolante thermiquement et électriquement s’étendant selon une direction axiale du stator 4 réalisées par exemple en matériau thermoplastique. La première portion 61 comprend la première face 60a en contact avec la bobine 7 et la deuxième face 60b en contact avec le module de puissance 8. La bobine 7 de chaque ensemble de puissance est enroulée autour de la première portion 61 du support 60 dudit ensemble. La première portion 61 comprend une ouverture centrale 63 logeant une dent 5 du stator. La deuxième portion 62 est insérée entre la bobine 7 dudit ensemble de puissance et le module de puissance 8 dudit ensemble de puissance. Les épaisseurs des première et deuxième portions 61, 62 peuvent être identiques ou différentes. Comme représenté sur la FIG. 3 , le support 60 de bobine peut être réalisé en une seule pièce comportant les première et deuxième portions. En variante, le support 60 de bobine peut être réalisé à partir de différentes pièces dissociées et assemblées entre elles, par exemple une première pièce formant la première portion 61 et une deuxième pièce formant la deuxième portion 62. Des pistes 64 conductrices d’alimentation circulaires sont insérées dans le support annulaire 10 et reliées à des bornes d’alimentation de chaque module de puissance 8. Les pistes 64 sont en outre reliées au bus 2 de sorte que les pistes 64 alimentent chaque module de puissance 8 à partir du bus 2. Les pistes 64 sont en outre reliées à chaque module de commande 9 pour alimenter chaque module de commande 9 à partir du bus 2. La machine 2 peut en outre comporter un carter 65, le stator 4 étant inséré dans le carter 65. Une couche thermiquement conductrice 66 réalisée par exemple en aluminium est insérée entre le carter 65 et le module de puissance 8 de chaque ensemble de puissance 6, de sorte que la couche thermiquement conductrice 66 est en contact avec le carter 65 et le module de puissance 8 de chaque ensemble de puissance 6. La couche thermiquement conductrice 66 permet de transférer des calories dissipées par chaque module de puissance 8 à travers la couche de résine ou de colle 8a encapsulant le module de puissance 8 dans le carter 65 par conduction pour refroidir ledit module de puissance 8. La FIG. 4 illustre schématiquement un exemple de réalisation de l’ensemble de puissance 6. Les éléments conducteurs reliant le module de puissance 8 de l’ensemble de puissance 6 et chaque extrémité de la bobine 7 de l’ensemble de puissance 6 sont intégrées dans la deuxième portion 62 du support 60 de la bobine 7. Les éléments conducteurs comprennent par exemple des pistes 67 conductrices noyées dans la deuxième portion 62 du support 60 de bobine 7. La FIG. 5 illustre schématiquement un exemple de réalisation du module de puissance 8. Le module de puissance 8 comprend dans ce mode de réalisation un pont en H comprenant deux branches identiques 70, 71. Chaque branche 70, 71 comprend deux cellules 72, 73 de commutation reliées en série et s’étendant entre les deux bornes d’alimentation 74, 75 reliées aux pistes 64. Une première cellule 72 de chaque branche 70, 71 comprend une première connexion 72a reliée à une première borne d’alimentation 74, une deuxième connexion 72b opposée, et une entrée de commande 72c reliée au module de commande 9 associé au module de puissance 8. La deuxième cellule 73 de chaque branche 70, 71 comprend une première connexion 73a reliée à la deuxième connexion 72b de la première cellule 72 de ladite branche, une deuxième connexion 73b opposée reliée à la deuxième borne d’alimentation 75, et une entrée de commande 73c reliée au module de commande 9 associé au module de puissance 8. Un point milieu 76 entre la deuxième connexion 72b de la première cellule 72 de la première branche 70 et la première connexion 73a de la deuxième cellule 73 de la première branche 70 est reliée à une première sortie 77 du module de puissance 8. Un point milieu 78 entre la deuxième connexion 72b de la première cellule 72 de la deuxième branche 71 et la première connexion 73a de la deuxième cellule 73 de la deuxième branche 71 est reliée à une deuxième sortie 79 du module de puissance 8. Chaque cellule 72, 73 de commutation comprend par exemple un transistor 80 et une diode 81. Le transistor 80 est par exemple un transistor à effet de champ du type à grille isolée MOSFET (« metal-oxide-semiconductor field-effect transistor » an anglais), de type à grille bipolaire isolée IGBT « insulated-gate bipolar transistor » en anglais), de type nitrure de gallium GaN ou de type carbure de silicium SiC. La source du transistor 80 et la cathode de la diode 81 sont reliées à la première connexion 72a, 73a de la cellule 72, 73, le drain du transistor 80 et l’anode de la diode 81 sont reliés à la deuxième connexion 72b, 73b de la cellule 72, 73, et la grille du transistor 80 est reliée à l’entrée de commande 72c, 73c de la cellule 72, 73. Les modules de puissance 8 permettent de piloter la rotation du rotor 4 dans le sens horaire et anti-horaire selon la commutation des cellules 72, 73. Les sorties 77, 79 sont reliées aux extrémités de la bobine 7 par l’intermédiaire des éléments conducteurs 67. Le module de puissance 8 de chaque ensemble de puissance permet par exemple de piloter la bobine dudit ensemble de puissance indépendamment d’une information de contrôle issue d’un autre dispositif de l’aéronef, notamment indépendamment des autres ensembles de puissance de sorte que les ensembles de puissance forment un système de commande de la machine décentralisé et autonome. Machine électrique (3) comportant un stator (4), le stator comportant une ouverture circulaire centrale (4a) et une pluralité de dents (5) s’étendant dans l’ouverture selon une direction radiale du stator (4) et une pluralité d’ensembles de puissance (6) identiques, chaque ensemble de puissance (6) comportant une bobine (7) enroulée autour d’une des dents et un module de puissance (8) inséré dans le stator et configuré pour alimenter ladite bobine, caractérisée en ce que le module de puissance (8) de chaque ensemble de puissance (6) est disposé sur la périphérie du stator (4) en regard de la bobine (7) dudit ensemble de puissance, chaque ensemble de puissance comportant en outre un support de bobine (60), ledit module de puissance (8) étant séparé de ladite bobine (7) par le support de bobine (60), ladite bobine (7) étant en contact avec une première face (60a) du support de bobine (60) et ledit module de puissance (8) étant en contact avec une deuxième face (60b) du support de bobine (60) opposée à la première face du support de bobine pour isoler thermiquement et électriquement ladite bobine (7) dudit module (8). Machine selon la revendication 1, dans laquelle chaque support (60) de bobine comprend une première portion (61) isolante électriquement s’étendant selon la direction radiale et une deuxième portion (62) isolante thermiquement et électriquement s’étendant selon une direction axiale du stator (4), la bobine (7) dudit ensemble de puissance (6) étant enroulée autour de la première portion (61), la première portion (61) comprenant une ouverture centrale (63) logeant une des dents (5) du stator, la deuxième portion (62) étant insérée entre la bobine (7) dudit ensemble de puissance et le module de puissance (8) dudit ensemble de puissance et comportant la première face (60a) en contact avec ladite bobine (7) et la deuxième face (60b) en contact avec ledit module de puissance (8). Machine selon la revendication 2, la machine comprenant des éléments conducteurs (67) reliant le module de puissance (8) de chaque ensemble de puissance (6) et chaque extrémité de la bobine (7) dudit ensemble de puissance, les éléments conducteurs (67) étant intégrés dans la deuxième portion (62) du support (60) de bobine dudit ensemble de puissance. Machine selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le module de puissance (8) de chaque ensemble de puissance (6) comprend un pont en H comprenant deux branches identiques (70, 71), chaque branche comportant deux cellules de commutation (72, 73) reliées en série et comportant en outre deux bornes d’alimentation (74, 75) entre lesquelles sont positionnées lesdites cellules de commutation (72, 73), un point milieu (76, 78) entre lesdites deux cellules (72, 73) de chaque branche étant relié à une extrémité de la bobine (7) dudit ensemble de puissance. Machine électrique selon la revendication 4, dans laquelle chaque cellule de commutation (72, 73) comprend une diode (81) et un transistor (80). Machine électrique selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle le stator (4) comprend un support annulaire (10) isolant électrique, une première face (10a) du support annulaire étant en regard de la bobine (7) de chaque ensemble de puissance (6), chaque ensemble de puissance comportant en outre un module de commande (9) relié au module de puissance (8), le module de commande (9) de chaque ensemble de puissance étant disposé sur une deuxième face (10b) du support annulaire opposée à la première face (10a). Machine selon la revendication 6, comportant en outre des pistes (64) d’alimentation circulaires insérées dans le support annulaire (10). Machine selon l’une des revendications 1 à 7, comportant en outre un carter (65) et une couche (66) thermiquement conductrice, le stator (4) étant inséré dans le carter, la couche thermiquement conductrice étant insérée entre le carter (65) et le module de puissance (8) de chaque ensemble de puissance (6), et étant en contact avec le carter et le module de puissance de chaque ensemble de puissance. Aéronef (1) comportant une machine électrique (3) selon l’une des revendications 1 à 8. Aéronef selon la revendication 9, comprenant un système d’actionnement électromécanique auquel la machine électrique (3) est intégrée.