Brevet FR3154256A1 — publié le 20250418

Procédé de communication de données pour un système de dégivrage d’une turbomachine qui comprend un référentiel fixe et un référentiel tournant, le système comprenant un transformateur électrique tournant sans contact (RTU) dont un primaire est assujetti au référentiel fixe et dont un secondaire est assujetti au référentiel tournant, le référentiel fixe comprenant une unité de protection et de contrôle de givre (IPC) ainsi qu’un dispositif d’alimentation du primaire (DC/AC) par un courant alternatif, l’unité de protection et de contrôle (IPC) transmettant des consignes au dispositif d’alimentation (DC/AC) pour ajuster un niveau de puissance électrique fournie au primaire, le référentiel tournant comprenant une hélice (1) à laquelle sont assujetties des résistances, et un commutateur pour la distribution séquentielle aux résistances de la puissance électrique transmise au secondaire. L’unité de protection et de contrôle (IPC) est programmée pour transmettre au commutateur des ordres de commutation, par l’intermédiaire du dispositif d’alimentation (DC/AC) et du transformateur (RTU), en donnant au dispositif d’alimentation (DC/AC) des consignes (Ic1, Ic2, Ic3, Ic4, Ic5, Intl) pour encoder un train d’ondes de tension (To) appliquées au primaire, le commutateur étant programmé pour décoder le train d’ondes de tension (To) récupérées au secondaire. Figure pour l’abrégé : Fig.2 Procédé de communication sans contact entre un référentiel fixe et un référentiel tournant par encodage d’un signal de puissance La présente invention concerne un procédé de communication entre un référentiel fixe et un référentiel tournant, comme le stator et le rotor d’une machine. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à la communication entre des référentiels d’une turbomachine d’aéronef, pour le dégivrage électrique d’une hélice. Etat de la technique antérieure Parce qu’il est soumis à des variations d’hygrométrie et de température, l’aéronef est susceptible de se couvrir de givre au moins sur certaines parties. C’est le cas par exemple pour une hélice d’une turbomachine d’avion. Afin d’empêcher ou de réduire la formation de givre, les pales et le cône de l’hélice sont équipés de tapis chauffants au niveau des zones exposées au givre. Les tapis fonctionnent par effet d’électrothermie, basé sur un réseau de résistances intégrées à l’hélice. Il existe diverses réalisations pour le transfert de puissance électrique et de commandes entre une partie fixe et une partie tournante, pour l’alimentation d’un système de dégivrage électrothermique d’une hélice de turbomachine. Certaines réalisations proposent une transmission de la puissance électrique et des commandes par contact. Par exemple, selon le document US 8,120,228 B2, la transmission de la puissance électrique et des commandes se fait entre des balais du stator et des pistes du rotor, lequel porte l’hélice. Cette réalisation est intéressante par sa simplicité, mais présente l’inconvénient d’une durée de vie limitée à cause du frottement des balais sur les pistes. Elle peut être acceptable sur un avion militaire, pour lequel la maintenance est fréquente. Elle est moins appropriée, voire pas du tout, sur un avion civil commercial, surtout pour une utilisation avec de nombreux trajets journaliers. En effet, dans ce cas, les coûts de maintenance et d’exploitation deviennent excessifs. Comme alternative, des réalisations proposent une transmission de la puissance électrique et des commandes sans contact. Par exemple, il est connu d’effectuer la transmission par induction magnétique en superposant un signal haute fréquence de faible énergie, pour les commandes, à un signal de puissance, pour l’effet électrothermique. Cette réalisation est intéressante, notamment parce que peu encombrante. Mais cette réalisation est complexe à mettre en œuvre, à cause des contraintes liées à la gestion des interférences entre les deux signaux superposés, d’une part, et les risques d’altération des données transmises, d’autre part. La fiabilité de cette réalisation n’est pas assurée, compte tenu de la multitude de sources de perturbations : présence d’effets transitoires liés aux commutations de charge dans une unité de contrôle tournante, entrefer important, variations de l’entrefer à cause des déplacements radiaux et axiaux de la partie mobile par rapport à la partie fixe. Un autre exemple de transmission par induction magnétique, de la puissance et des commandes, utilise un second transformateur tournant auxiliaire, dédié à la transmission des signaux de commande. Cette réalisation est coûteuse, encombrante, et difficile à installer sur la turbomachine. Un autre exemple de transmission de la puissance et des commandes met en œuvre un effet capacitif. Cette réalisation convient pour des applications où le transformateur est équipé de ses propres roulements, donc avec un entrefer faible, de l’ordre du millimètre, et en plus maitrisé. L’invention cherche à pallier les inconvénients précités et a pour but général l’amélioration de transfert de puissance et de commandes entre un référentiel fixe et un référentiel tournant, particulièrement pour une turbomachine d’aéronef. L’invention cherche notamment à optimiser le séquencement des alimentations de résistances électriques pour le dégivrage de pales d’hélices. L’invention veut aussi obtenir une durée de vie importante, et limiter les interventions de maintenance sur la turbomachine. L’invention cherche également à simplifier le transfert de puissance et le transfert des commandes en réduisant, voire en supprimant, les interférences et les altérations. Un autre but de l’invention est la simplification de la structure d’une turbomachine. Un but encore est une limitation des coûts de fabrication et d’utilisation. Enfin l’invention veut mettre en œuvre ses spécificités sur des turbomachines dont la partie tournante présente un grand diamètre, par exemple un mètre, voire plus. Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet un procédé de communication de données pour un système de dégivrage d’une turbomachine qui comprend un référentiel fixe et un référentiel tournant, le système comprenant un transformateur électrique tournant sans contact dont un primaire est assujetti au référentiel fixe et dont un secondaire est assujetti au référentiel tournant, le référentiel fixe comprenant une unité de protection et de contrôle de givre ainsi qu’un dispositif d’alimentation du primaire par un courant alternatif, l’unité de protection et de contrôle transmettant des consignes au dispositif d’alimentation pour ajuster un niveau de puissance électrique fournie au primaire, le référentiel tournant comprenant une hélice à laquelle sont assujetties des résistances, et un commutateur pour la distribution séquentielle aux résistances de la puissance électrique transmise au secondaire. L’unité de protection et de contrôle est programmée pour transmettre au commutateur des ordres de commutation, par l’intermédiaire du dispositif d’alimentation et du transformateur, en donnant au dispositif d’alimentation des consignes pour encoder un train d’ondes de tension appliquées au primaire, le commutateur étant programmé pour décoder le train d’ondes de tension récupérées au secondaire. Le procédé de communication utilise la voie dédiée à la transmission de puissance pour également transmettre des ordres de commutation. La même voie transmet des valeurs de nature différente. C’est pourquoi le système de dégivrage présente une structure simple, dans le sens où il n’est pas nécessaire de prévoir une voie spécifique pour transmettre les ordres de commutation. Parmi les avantages qui en découlent, on peut citer la maîtrise de la masse, de l’encombrement, ainsi que celles des coûts de fabrication et de maintenance. Le train d’ondes de tension présente des durées d’activation, des durées d’interruption fixes pré-calibrées, et des durées d’interruption variables. Les différentes durées sont reconnues et utilisées par le commutateur pour distribuer la puissance électrique aux résistances. De cette façon, le dispositif d’alimentation du référentiel fixe joue un rôle d’émetteur, et le commutateur du référentiel tournant joue un rôle de récepteur. Cela permet de gérer deux grandeurs, une durée d’activation du dégivrage et une durée de cycle de dégivrage. Un avantage qui en découle est la fiabilité de transmission des ordres de commutation et, en conséquence, une grande efficacité de dégivrage. Une commutation est effectuée par le commutateur lors d’une interruption du train d’ondes de tension. Par corollaire une continuité du train d’ondes maintient le commutateur dans l’état où il se trouve. Une interruption très courte du train d’ondes suffit à la gestion des commutations. Il en résulte avantageusement que la transmission de puissance électrique aux résistances est faite avec le meilleur rendement. Des commutations du commutateur sont effectuées à courant et à tension faibles, voire nuls. Cela réduit les contraintes sur les composants de commutation, et améliore le rendement énergétique par annulation des pertes par commutation. Seules les pertes par conduction sont à prendre en compte. Le dispositif d’alimentation mesure le courant du primaire, afin de surveiller et de protéger le référentiel tournant. De fait la mesure est effectuée du côté du référentiel fixe. Par ce biais le dispositif d’alimentation est en mesure de superviser le fonctionnement du système du côté du référentiel tournant. Un avantage qui en découle est la détection de pannes comme un court-circuit ou un circuit ouvert. Un autre avantage est une facilité de maintenance par identification de secteurs défaillants. De plus l’électronique tournante est simplifiée. Le dispositif d’alimentation convertit une tension continue en tension alternative. En l’occurrence, de manière non limitative, la tension continue est élevée, ce qui permet d’amener au dispositif une puissance électrique avec un câblage de masse contenue. Il en découle avantageusement qu’un aéronef muni du système pour la mise en œuvre du procédé est plus léger. Le dispositif d’alimentation est doublé. Le système opère avec deux dispositifs d’alimentation pour améliorer la disponibilité du dégivrage. L’hélice comprend au moins une paire de pales. De préférence les deux pales d’une paire sont diamétralement opposées, et réchauffées en même temps. Ainsi l’action de dégivrage est simultanée sur les deux pales. Cela préserve avantageusement l’équilibre dynamique de l’hélice, même si toutes les paires de pales ne sont pas au même niveau de dégivrage. L’invention a également pour objet un système mettant en œuvre le procédé de communication de données pour le dégivrage d’une turbomachine qui comprend un référentiel fixe et un référentiel tournant. L’invention a encore pour objet un aéronef comprenant le système mettant en œuvre le procédé. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée avec un exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 est un schéma descriptif d’une alimentation électrique d’un système de dégivrage d’une turbomachine selon l’exemple proposé de l’invention, FIG. 2 représente de manière schématique une hélice comprenant douze pales, pour la turbomachine mettant en œuvre un procédé de dégivrage pour le système de FIG. 1 , FIG. 3 illustre un cycle d’alimentation d’une paire de pales de l’hélice de FIG. 2 , FIG. 4 illustre un principe de commutation d’une paire de pales à la suivante, pour un dégivrage par intermittence, pour l’hélice de FIG. 1 et de FIG. 2 , FIG. 5 illustre un train d’ondes de tension, pour la communication de données selon l’exemple proposé. Description détaillée De manière générale, sans que cela soit représenté, un aéronef est motorisé par exemple par au moins une turbomachine comprenant une hélice. La turbomachine comprend un référentiel fixe et un référentiel tournant, le premier étant solidaire de la structure de l’aéronef, le second étant guidé par le premier et portant l’hélice. Un système de dégivrage de l’hélice comprend le référentiel fixe, le référentiel tournant, et un transformateur électrique tournant sans contact RTU dont un primaire est assujetti au référentiel fixe et dont un secondaire est assujetti au référentiel tournant. Le transformateur RTU fait partie du schéma de la FIG. 1 , à laquelle il est fait référence. De manière non limitative, le transformateur tournant RTU comprend par exemple un entrefer radial, ou un entrefer axial. Quelle que soit sa structure, le transformateur RTU assure un transfert de puissance électrique sans contact entre le référentiel fixe et le référentiel tournant. La puissance passe du primaire au secondaire. L’absence de contact électrique augmente la longévité du transformateur RTU, et contribue à une meilleure propreté. En effet, aucune poussière d’usure d’une pièce conductrice d’électricité n’est produite. Le référentiel fixe comprend une unité de protection et de contrôle du givre IPC ainsi qu’un dispositif d’alimentation du primaire DC/AC par un courant alternatif, l’unité de protection et de contrôle IPC transmettant des consignes au dispositif d’alimentation DC/AC pour ajuster un niveau de puissance électrique fournie au primaire du transformateur RTU. De manière non limitative, le système comprend deux dispositifs d’alimentation pour augmenter sa disponibilité. La turbomachine est connectée à un réseau électrique fournissant un courant continu à haute tension HVDC, ce qui permet son alimentation avec une chaîne électrique de masse réduite. Des valeurs de 450V ou de 800V, pour le courant continu, conviennent très bien. De fait, le dispositif d’alimentation du primaire convertit un courant continu en courant alternatif. Ainsi la tension disponible pour alimenter le primaire du transformateur RTU est alternative, ce qui permet le passage de la puissance au secondaire, par l’action d’un champ magnétique alternatif. L’unité de protection et de contrôle IPC transmet des consignes au dispositif d’alimentation DC/AC pour ajuster un niveau de puissance électrique fournie au primaire. Le référentiel tournant, quant à lui, comprend l’hélice à laquelle sont assujetties des résistances. Ces dernières sont par exemple réalisées sous la forme de tapis chauffants fonctionnant par effet d’électrothermie, tapis intégrés aux pales au niveau de zones exposées au givre. Le référentiel tournant comprend aussi un commutateur pour la distribution séquentielle aux résistances de la puissance électrique transmise au secondaire. L’unité de protection et de contrôle IPC est programmée pour transmettre au commutateur des ordres de commutation, par l’intermédiaire du dispositif d’alimentation DC/AC et du transformateur RTU, en donnant au dispositif d’alimentation DC/AC des consignes pour encoder un train d’ondes de tension appliquées au primaire, le commutateur étant programmé pour décoder le train d’ondes de tension transmises au secondaire par le primaire. Un encodage crée des durées d’activation et des durées d’interruption dans un train d’ondes de tension. En conséquence, ce dernier véhicule la puissance électrique d’une part, et des codes exploités pour le fonctionnement du commutateur d’autre part. Dans l’exemple décrit, comme le montre la FIG. 2 de manière non limitative, une hélice 1 comprend six paires de pales P1, P2, P3, P4, P5, P6, chaque paire étant appelée segment. Les deux pales d’un segment sont opposées diamétralement. Les pales sont réparties de manière régulière à la périphérie de l’hélice, avec deux séries de pales P1 à P6. L’écart angulaire entre deux pales successives est de 30°, et l’écart angulaire entre deux pales d’un segment est de 180°. De manière non limitative, les pales P1 à P6 ont toutes la même structure. Elles ont toutes la même longueur. La distribution séquentielle aux résistances de la puissance électrique est faite par segment. Les deux pales d’un même segment sont alimentées simultanément. Les segments P1 à P6 sont alimentés à tour de rôle, selon des cycles, par exemple successivement. La FIG. 3 montre l’alimentation du premier segment P1, avec une durée d’activation de dégivrage D1 selon l’abscisse Ox, une durée de cycle D selon l’abscisse Ox, et l’intensité de la puissance électrique selon l’ordonnée Oy. La durée D1 est variable et dépend des conditions givrantes. Le commutateur reçoit les informations sur les conditions givrantes de façon intrinsèque par ajustement de la durée D1. La FIG. 4 montre l’alimentation successive des six paires de pales ou segments P1, P2, P3, P4, P5 et P6. De manière non limitative, les durées respectives d’activation de dégivrage D1, D2, D3, D4, D5 et D6, selon l’abscisse Ox, sont égales. Ces durées sont variables, dépendent des conditions givrantes, et sont calculées par le superviseur du système. Le commutateur reçoit les informations sur les conditions givrantes de façon intrinsèque par ajustement des durées D1 à D6. La durée de cycle D est également référencée sur la FIG. 4 . Une interruption d’activation I sépare deux séquences d’activation successives des segments P1 à P6. La distribution séquentielle de la puissance est réalisée par le commutateur, sur instructions de l’unité de protection et de contrôle du givre IPC, comme le montre la FIG. 5 . Le train d’ondes fourni au commutateur, référencé To, s’effectue dans le temps selon l’axe des abscisses Ox, avec une intensité selon l’axe des ordonnées Oy. L’unité de protection et de contrôle IPC interrompt le train d’ondes To avec différentes durées. Tout d’abord, il est prévu des interruptions Ic1, Ic2, Ic3, Ic4 et Ic5 de durée fixe. Celles-ci sont interprétées par le commutateur comme des ordres de changement de segment, pour passer d’un segment n à un segment n+1. Ensuite, il est prévu des interruptions Intl de durée variable selon les conditions givrantes, chacune d’entre-elles étant interprétée par le commutateur comme la fin d’une séquence d’alimentation de l’ensemble des segments P1 à P6. La durée de cette interruption Intl est ajustée pour tenir compte de la durée D d’un cycle de dégivrage. Une durée d’interruption Intl variable peut intervenir à tout moment. Le commutateur est programmé pour relancer une nouvelle séquence de dégivrage en repartant du premier segment P1, lors de la remise sous tension. Chaque commutation effectuée par le commutateur, à l’ouverture comme à la fermeture, s’exécute à courant et à tension faibles, voire nuls. Cela réduit les contraintes sur les composants et améliore le rendement par l’annulation des pertes par commutation. Par sa maîtrise des cycles appliqués, le dispositif d’alimentation a connaissance à tout instant de la référence du segment alimenté. Ainsi, par une mesure du courant effectuée au primaire du transformateur, du côté fixe, le dispositif d’alimentation est en mesure d’assurer la surveillance du référentiel tournant ; il peut détecter des pannes comme un court-circuit ou un circuit ouvert pour chacun des segments P1 à P6. Une variante de l’exemple décrit consiste à introduire un codage supplémentaire de la durée d’interruption pour transmettre la référence P1, P2, P3, P4, P5, P6 de segment au commutateur. La durée fixe d’interruption Ic1, Ic2, Ic3, Ic4, Ic5 est remplacée par un ensemble de plages de durée, selon les valeurs suivantes. Segment P1 : à la mise sous tension, Segment P2 : durée d’interruption par exemple de 10 à 15ms, Segment P3 : durée d’interruption par exemple de 20 à 25ms, Segment P4 : durée d’interruption par exemple de 30 à 35ms, Segment P5 : durée d’interruption par exemple de 35 à 40ms, Segment P6 : durée d’interruption par exemple de 45 à 50ms. Pause entre deux cycles avec une durée variable selon les cycles. D’une manière générale, l’invention présente l’avantage de la simplicité, sa mise en œuvre se faisant par des programmations spécifiques au niveau de l’unité de protection et de contrôle, ainsi qu’au niveau du commutateur. Bien évidemment, l’invention n’est pas limitée à l’exemple de réalisation et de mise en œuvre décrit précédemment, et comprend tous les équivalents qui entrent dans la portée des revendications qui vont suivre. En particulier, il est possible de prévoir un nombre de pales différent. Encore, un dispositif d’alimentation peut utiliser une tension alternative disponible sur l’aéronef. Procédé de communication de données pour un système de dégivrage d’une turbomachine qui comprend un référentiel fixe et un référentiel tournant, le système comprenant un transformateur électrique tournant sans contact (RTU) dont un primaire est assujetti au référentiel fixe et dont un secondaire est assujetti au référentiel tournant, le référentiel fixe comprenant une unité de protection et de contrôle de givre (IPC) ainsi qu’un dispositif d’alimentation (DC/AC) du primaire par un courant alternatif, l’unité de protection et de contrôle (IPC) transmettant des consignes au dispositif d’alimentation (DC/AC) pour ajuster un niveau de puissance électrique fournie au primaire, le référentiel tournant comprenant une hélice (1) à laquelle sont assujetties des résistances, et un commutateur pour la distribution séquentielle aux résistances de la puissance électrique transmise au secondaire, caractérisé par le fait que l’unité de protection et de contrôle (IPC) est programmée pour transmettre au commutateur des ordres de commutation, par l’intermédiaire du dispositif d’alimentation (DC/AC) et du transformateur (RTU), en donnant au dispositif d’alimentation (DC/AC) des consignes (Ic1, Ic2, Ic3, Ic4, Ic5, Intl) pour encoder un train d’ondes de tension (To) appliquées au primaire, le commutateur étant programmé pour décoder le train d’ondes de tension (To) récupérées au secondaire. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le train d’ondes de tension (To) présente des durées d’activation (D1, D2, D3, D4, D5, D6), des durées d’interruption fixes pré-calibrées (Ic1, Ic2, Ic3, Ic4, Ic5), et des durées d’interruption variables (Intl). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une commutation est effectuée par le commutateur lors d’une interruption du train d’ondes de tension. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel des commutations du commutateur sont effectuées à courant et à tension faibles, voire nuls. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif d’alimentation (DC/AC) mesure le courant du primaire, afin de surveiller et de protéger le référentiel tournant. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, pour lequel le dispositif d’alimentation (DC/AC) convertit une tension continue en tension alternative. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, pour lequel le dispositif d’alimentation (DC/AC) est doublé. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, pour lequel l’hélice (1) comprend au moins une paire de pales (P1, P2, P3, P4, P5, P6). Système mettant en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Aéronef comprenant le système selon la revendication 9.