INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La boucle de commande 408 reçoit un ou plusieurs signaux provenant des détecteurs de marge. Dans certains modes de réalisation, la boucle de commande 408 reçoit un signal de détection combiné provenant des détecteurs de marge, et met en œuvre une boucle de commande en générant et en fournissant un ou plusieurs signaux de commande CP_CTRL au circuit de commande de pompe de charge 410 sur la base du signal de détection combiné. La boucle de commande 408 génère aussi par exemple un signal LOCK indiquant qu’un état stable a été atteint.
Le circuit de commande de pompe de charge 410 commande par exemple la pompe de charge de puits N 412 et la pompe de charge de puits P 414 en fonction des signaux de commande (CP_CTRL) fournis par la boucle de commande 408 et aussi en fonction de signaux de commande fournis par le détecteur d’asymétrie 416.
La pompe de charge de puits N 412 est couplée à un rail de polarisation de puits N 420 et génère une tension de polarisation VNW, pour polariser, par l’intermédiaire du rail 420, des puits du type N de transistors dans l’îlot. Dans certains modes de réalisation, un commutateur 422 est prévu entre la sortie VNW’ de la pompe de charge de puits N 412 et le rail de polarisation de puits N 420 permettant d’appliquer la polarisation de puits N par une tension externe par l’intermédiaire d’une entrée VNWOFF du commutateur 422. Cela permet en particulier d’appliquer une tension de polarisation par défaut quand le circuit 400 ne fonctionne plus.
De façon similaire, la pompe de charge de puits P 414 est couplée à un rail de polarisation de puits P 424 et génère une tension de polarisation VPW pour polariser, par l’intermédiaire du rail 424, des puits du type P de transistors dans l’îlot. Dans certains modes de réalisation, un commutateur 426 est prévu entre la sortie VPW’ de la pompe de charge de puits P 414 et le rail de polarisation de puits P 424 permettant d’appliquer la polarisation de puits P par une tension externe par l’intermédiaire d’une entrée VPWOFF du commutateur 426. Cela permet en particulier d’appliquer une tension de polarisation par défaut quand le circuit 400 ne fonctionne plus.
Les tensions de polarisation VNW, VPW à la sortie du circuit de polarisation adaptative 400, ou les tensions VNW’, VPW’ au niveau des sorties des pompes de charge 412, 414 respectivement, sont par exemple fournies aux détecteurs de marge 404, et sont par exemple utilisées pour polariser des transistors formant des éléments logiques de circuits de retard des détecteurs de marge 404, comme on va le décrire plus en détail ci-après.
Le détecteur d’asymétrie 416 mesure par exemple s’il y a une asymétrie entre les niveaux de tension VNW et VPW et compare cette asymétrie à une condition d’asymétrie cible. Par exemple, bien que cela ne soit pas illustré dans les figures, le détecteur d’asymétrie 416 comprend un oscillateur en anneau constitué de transistors PMOS, et un autre oscillateur en anneau constitué de transistors NMOS, et un détecteur phase fréquence pour détecter lequel des signaux générés par ces deux oscillateurs en anneau a la fréquence la plus élevée. Toutefois, d’autres mises en œuvre du détecteur d’asymétrie seraient possibles pour détecter l’asymétrie entre les vitesses de fonctionnement des dispositifs à canal P et à canal N, ou entre des caractéristiques des transistors, impactant leurs vitesses de fonctionnement respectives. Sur la base de la différence entre l’asymétrie mesurée et l’asymétrie cible, des signaux de commande sont par exemple fournis au circuit de commande de pompe de charge 410 pour adapter la tension VPW. Dans certains modes de réalisation, l’asymétrie cible peut être aussi faible que 0 pour assurer une forte symétrie entre les tensions VPW et VNW. Dans d’autres modes de réalisation, une certaine asymétrie entre les tensions VPW et VNW peut être souhaitable.
Le générateur d’horloge variable 418 reçoit par exemple un signal d’activation (ENABLE) et un signal de sélection d’horloge interne CK_I_SEL, et génère un signal d’horloge interne CK_I pour contrôler le fonctionnement temporel du circuit de prétraitement 406, de la boucle de commande 408, du circuit de commande de pompe de charge 410 et du détecteur d’asymétrie 416.
Un circuit de commande de système (SYSTEM CONTROL) 428 génère par exemple un signal de commande SLACK_SEL[] fourni aux détecteurs de marge 404 et à la boucle de commande 408. Le circuit de commande de système 428 reçoit par exemple le signal de verrouillage LOCK généré par la boucle de commande 408, et peut additionnellement recevoir d’autres entrées (non représentées), et aussi génère par exemple le signal d’activation ENABLE et le signal de sélection d’horloge interne CK_I_SEL.
La représente schématiquement le générateur d’horloge variable 418 de la plus en détail selon un exemple de réalisation.
Le deuxième composant d’électronique de puissance 42 est par exemple formé par un ensemble de condensateurs configurés pour lisser la tension continue fournie par la batterie 3.
Le deuxième composant d’électronique de puissance 43 est reçu dans la deuxième zone Z C de réception du carter 41.
Le deuxième composant d’électronique de puissance 43 comporte une borne d’entrée (non illustrée) et une borne de sortie 432. Par exemple, la borne d’entrée est destinée à être raccordée électriquement à un composant fournissant une tension continue, tel que la batterie 3 ou un filtre de l’onduleur, et la borne de sortie 432 est destinée à être raccordée électriquement à un composant recevant une tension continue, tel que le premier composant d’électronique de puissance 42.
L’onduleur 4 comporte un élément d’interface 48 configuré pour former une interface conductrice thermiquement et par exemple une isolation électrique entre les bornes des composants de l’onduleur 4, notamment le premier composant d’électronique de puissance 42 et le deuxième composant d’électronique de puissance 43, et l’extrémité libre 472 des plots 47.
L’élément d’interface 48 comporte un corps qui est à la fois solide et flexible. Ce corps est ici une pâte thermique, de préférence réalisée à partir de silicone. La pâte thermique a par exemple une conductivité thermique comprise entre 1W/mK et 10W/mK, par exemple sensiblement égale à 4W/mK. La pâte thermique est susceptible de polymériser, mais reste toutefois relativement flexible, notamment sous l’effet du poids des composants.
Dans le présent mode de réalisation de l’onduleur 4, le premier composant d’électronique de puissance 42 est positionné sur la première face 443 de la plaque 441 du système de refroidissement. De cette manière, une partie de la chaleur générée par le premier composant d’électronique de puissance 42 est transférée au système de refroidissement 44.
La borne d’entrée 421 du premier composant d’électronique de puissance 42 est en regard de l’extrémité libre 472a du premier plot 47a. La borne de sortie 422 du premier composant d’électronique de puissance 42 est en regard de l’extrémité libre 472b du deuxième plot 47b.
La borne de sortie 432 du deuxième composant d’électronique de puissance 43 est en regard de l’extrémité libre 472a du premier plot 47a.
La borne d’entrée 421 du premier composant d’électronique de puissance 42 et la borne de sortie du deuxième composant d’électronique de puissance 43 sont superposées et fixées l’une à l’autre, par exemple par soudage laser, pour établir leur raccordement électrique.
Le connecteur électrique 46 est en regard de l’extrémité libre 472b du deuxième plot 47b.
La borne de sortie 422 du premier composant d’électronique de puissance 42 et le connecteur électrique 46 sont superposés et au contact l’un à l’autre pour établir leur raccordement électrique. La borne de sortie 422 et le connecteur électrique 46 sont par exemple fixés l’un à l’autre, par exemple par soudage laser.
L’élément d’interface 48 est disposé, sur la , au niveau du premier plot 47a et au niveau du deuxième plot 47b. En particulier, la représente un premier élément d’interface 48a, situé sur le premier plot 47a, et un deuxième élément d’interface 48b, situé sur le deuxième plot 47b.
Le premier élément d’interface 48a est interposé et maintenu en contact entre l’extrémité libre 472a du premier plot 47a et l’une de la borne de sortie 432 et de la borne d’entrée 421, selon que la borne de sortie 432 est située au-dessus ou en-dessous de la borne d’entrée 421.
Le deuxième élément d’interface 48b est interposé et maintenu en contact entre l’extrémité libre 472b du deuxième plot 47b et l’une de la borne de sortie 422 et du connecteur électrique 46, selon que la borne de sortie 422 est située au-dessus ou en-dessous du connecteur électrique 46.
Le corps de l’élément d’interface 48 est par exemple disposé sur l’extrémité libre 472 de chaque plot 47.
L’élément d’interface 48 est légèrement compressé entre l’extrémité libre 472 de chaque plot 47 et les bornes associées. Chaque élément d’interface 48 a une hauteur, une fois compressé et selon un axe d’extension du plot 47 sur lequel cet élément d’interface 48 est disposé, comprise entre 0,5 mm et 6 mm. De préférence, la hauteur de l’élément d’interface 48 est comprise entre 3 mm et 5 mm.
La représente une vue en perspective avant (dessin A), une vue en perspective arrière (dessin C) et une vue en coupe transversale (dessin B) d’un moteur à commande intégrée 10. Ce moteur à commande intégrée 10 comporte une machine électrique 11 et une unité électronique de commande 12, toutes deux logées dans un même carter 20. Ce carter 20 comprend deux cavités distinctes : une première cavité 21 dans laquelle est logée la machine électrique 11 et une deuxième cavité 22 dans laquelle est logée l’unité électronique de commande 12, appelée aussi unité de commande.
Si de tels moteurs à commande intégrée présentent des avantages, comme la compacité, ils présentent également l’inconvénient que l’unité de commande 12, sous sa forme classique, supporte mal les températures élevées ; en effet, à température élevée, c'est-à-dire au-delà d’environ 125°C, la durée de vie des composants électroniques est considérablement réduite. Or, en fonctionnement, la machine électrique d’un moteur à commande intégrée génère une forte chaleur qui a tendance à faire augmenter la température ambiante à l’intérieur de la première cavité 21, jusqu’à plus de 160°C. Les première et deuxième cavités étant communicantes, l’air ambiant de la deuxième cavité 22 atteint des températures bien supérieures à ce que peuvent supporter les composants de l’unité de commande 12. Ainsi, bien que les machines électriques soient en mesure de supporter des températures pouvant atteindre 160°C, voir 180°C, la température maximale supportée par l’unité de commande limite grandement les applications des moteurs à commande intégrée.
Une solution connue pour refroidir le moteur à commande intégrée consiste à installer des ailettes de refroidissement sur l’arbre d’entraînement à l’arrière de la machine électrique pour créer un courant d’air frais destiné à refroidir le carter du moteur. Cependant, cette solution ne permet pas d’empêcher l’air de la première cavité d’aller réchauffer l’air à l’intérieur de la deuxième cavité.
Une autre solution connue pour améliorer la tenue en température de l’unité de commande est de déporter l’unité de commande dans une zone dite fraiche. Cette solution consiste à déporter l’ensemble des composants électroniques formant l’unité de commande et à les relier, par des harnais électriques, à la machine électrique. Cependant, une telle solution n’est pas applicable aux moteurs à commande intégrée car, du fait même de sa déportation, l’unité de commande n’est plus agencée dans le même carter que la machine électrique et n’est donc plus « intégrée ».
Une autre solution connue pour limiter la montée en température au sein de l’unité de commande est de surdimensionner la machine électrique de sorte qu’elle puisse fonctionner à des températures plus basses, par exemple de l’ordre de 100 à 110°C, et ne pas chauffer l’unité de commande. Cette solution, qui est largement répandue dans certains domaines comme les domaines de l’industrie et du transport, engendre une augmentation de la masse du moteur à commande intégrée, ce qui est incompatible avec les contraintes aéronautiques qui nécessitent plutôt de diminuer la masse des éléments et composants des aéronefs.
Encore une autre solution envisagée pour améliorer la tenue en température de l’unité de commande est de créer des ouvertures dans la deuxième cavité pour renouveler l’air au sein de ladite cavité. Cependant, ces ouvertures entraînent un problème de pollution, notamment de pollution par la poussière, au niveau des composants électroniques de l’unité de commande dont l’un des effets est de détériorer lesdites composants électroniques et donc de diminuer leur durée de vie, ce qui est contraire au but recherché.
Une dernière solution connue pour améliorer la tenue en température de l’unité de commande consiste à intégrer un refroidissement dédié, dans le moteur à commande intégrée. Ce refroidissement, par exemple sous la forme d’un circuit de fluide (par exemple de l’air ou un liquide), est intégré à l’intérieur du carter pour refroidir non seulement les composants de l’unité de commande mais également la machine électrique. Ce refroidissement par fluide est généralement associé à une isolation thermique installée entre la machine électrique et l’unité de commande, par exemple à la jonction entre la première cavité abritant la machine électrique et la deuxième cavité abritant l’unité de commande. Cette isolation thermique se présente généralement sous la forme d’une ou plusieurs cloisons thermiques 30, montées entre les deux cavités 21, 22 pour que l’unité de commande 12 refroidie par le flux de fluide ne se réchauffe pas au contact de l’air chaud ambiant de la première cavité.
Avec une telle isolation thermique, la deuxième cavité 22 est sensiblement close, obturée, sans échange fluidique entre la première et la deuxième cavité. De plus, les cartes et autres composants électroniques ( ) formant l’unité de commande 12 sont des éléments statiques, qui ne sont pas en rotation dans la deuxième cavité ; l’air qui règne dans cette deuxième cavité est donc un air stagnant, qui ne circule pas. En outre, pour des raisons d’encombrement, les cartes électroniques au sein de la deuxième cavité 22 sont généralement proches les unes des autres, ce qui ne favorise pas la circulation de l’air. Or, il a été constaté que certaines zones à l’intérieur de la deuxième cavité 22 sont plus chaudes que d’autres. En effet, certaines cartes électroniques génèrent plus de chaleur que d’autres, ce qui engendre des points chauds. Comme le montre la , qui représente une cartographie en température de l’intérieur de la deuxième cavité, les zones chaudes Zc sont localisées dans une même moitié de la deuxième cavité, alors que des zones froides Zf sont localisées dans la moitié opposée de la deuxième cavité. Du fait de la stagnation de l’air au sein de la deuxième cavité, il n’existe aucun échange thermique au sein de ladite deuxième cavité et les composants situés dans les zones chaudes Zc, ou points chauds, présentent une durée de vie encore plus restreinte que ceux situés dans les zones froides Zf de la deuxième cavité.
Il existe donc un réel besoin d’une technologie permettant d’améliorer la tenue en température des composants de l’unité de commande en empêchant la création de points chauds dans la deuxième cavité.
Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus de points chauds dans la deuxième cavité du moteur à commande intégrée, le demandeur propose un moteur à commande intégrée dans lequel un dispositif de brassage d’air est installé dans la deuxième cavité afin d’homogénéiser la température de l’air au sein de ladite deuxième cavité et ainsi améliorer les performances thermiques du moteur.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un moteur à commande intégrée comprenant : une machine électrique dotée au moins d’une partie tournante montée sur un arbre d’entraînement, une unité électronique de commande pour piloter la machine électrique, un carter comprenant une première cavité dans laquelle est logée la machine électrique et une deuxième cavité dans laquelle est logée l’unité électronique de commande, la première et la deuxième cavités étant toutes deux traversées par l’arbre d’entraînement, la deuxième cavité étant fermée par au moins une paroi à proximité de la première cavité, caractérisée en ce qu’il comporte un dispositif de brassage d’air, logé dans la deuxième cavité et générant une circulation de l’air au sein de la deuxième cavité de sorte à homogénéiser une température de l’air au sein de ladite deuxième cavité.
La circulation d’un flux d’air au sein de la deuxième cavité permet d’homogénéiser thermiquement l’air ambiant de la deuxième cavité afin d’éviter la création de points chauds. Avec un air ambiant thermiquement homogène, les composants de l’unité de commande ont une durée de vie plus uniforme, ce qui rallonge la durée de vie globale de l’unité de commande.
Avantageusement, le dispositif de brassage d’air est monté solidaire autour de l’arbre d’entraînement et entraîné en rotation par ledit arbre d’entraînement
Monter le dispositif de brassage d’air directement sur l’arbre d’entraînement permet d’assurer la rotation dudit dispositif tout en évitant l’ajout d’un matériel de rotation présentant un encombrement inopportun pour l’espace disponible au sein de la deuxième cavité.
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le moteur à commande intégrée selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : le dispositif de brassage d’air comporte au moins un élément agitateur monté solidaire sur l’arbre d’entraînement, dans zone dégagée de la deuxième cavité. l’élément agitateur est une ailette s’étendant axialement le long de l’arbre d’entraînement. le dispositif de brassage d’air comporte plusieurs éléments agitateurs répartis le long du pourtour de l’arbre d’entraînement. l’élément agitateur comporte une forme globalement rectangulaire avec au moins une portion en saille s’étendant radialement entre des cartes et composants électroniques au sein de la deuxième cavité. l’élément agitateur est une pale s’étendant radialement depuis l’arbre d’entraînement vers une paroi circulaire de la deuxième cavité. le dispositif de brassage d’air comporte plusieurs éléments agitateurs, positionnés concentriquement les uns et les autres autour de l’arbre d’entraînement. les éléments agitateurs sont solidaires les uns des autres et positionnés entre la paroi de la deuxième cavité et une carte électronique. l’élément agitateur est une lame courbée. le carter comporte des orifices de drainage localisés dans une paroi de la deuxième cavité et coopérant avec le dispositif de brassage d’air pour homogénéiser thermiquement l’air au sein de ladite deuxième cavité.
Selon un second aspect, l’invention concerne une machine électrique pour aéronef, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un moteur à commande intégrée selon le premier aspect.
La , déjà décrite, représente une cartographie en température de l’intérieur de la deuxième cavité du moteur ;
La représente une vue schématique en coupe transversale d’un moteur à commande intégrée selon l’invention, sur lequel plusieurs modes de réalisation sont représentés ;
La représente schématiquement une vue de côté en coupe partielle (dessin A), une vue en perspective partielle (dessin B) et une vue en perspective complète (dessin C) d’un moteur à commande intégrée selon un premier mode de réalisation de l’invention, ainsi qu’une vue en section d’une ailette d’un mode de réalisation du dispositif de brassage intégré dans la deuxième cavité du moteur (dessin D) ;
La représente schématiquement une vue de côté en coupe partielle (dessin A), une vue en perspective partielle (dessin B) et une vue en perspective complète (dessin C) d’un moteur à commande intégrée selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
La et la représentent schématiquement les vues de côté en coupe partielle du moteur à commande intégrée selon respectivement le premier et le deuxième modes de réalisation, sur lesquelles sont indiquées les trajectoires des flux d’air engendrés par le dispositif de brassage d’air ; et
La représente schématiquement une vue en perspective d’un troisième mode de réalisation du dispositif de brassage d’un moteur à commande intégrée selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE Un exemple de réalisation d’un moteur à commande intégrée, dont la deuxième cavité est équipée d’un dispositif de brassage d’air assurant une homogénéisation thermique au sein de la cavité, est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple.
Un exemple d’un moteur à commande intégrée selon l’invention est représenté, en coupe, sur la . Cette coupe du moteur à commande intégrée de l’invention est une coupe transversale suivant le plan YZ du repère XYZ, où Z est la direction longitudinale, Y est la direction radiale et X est la direction transversale. Le moteur à commande intégrée 10, appelé plus simplement moteur, comporte une machine électrique 11 logée dans la première cavité 21 du carter 20 et une unité de commande 12 logée dans la deuxième cavité 22 dudit carter 20. Les première et deuxième cavités sont distinctes l’une de l’autre, séparées par une ou plusieurs cloisons thermiques 30.
Le moteur 10 comporte en outre un arbre d’entraînement 40 qui traverse le carter 20 de part en part et s’étend suivant l’axe longitudinal Z. En effet, afin de réduire les efforts sur les paliers de l’arbre d’entraînement, il est choisi d’utiliser, dans le moteur de l’invention, un arbre dit « traversant » qui traverse non seulement la première cavité 21 mais également la deuxième cavité 22 du carter 20. En effet, bien que les composants électroniques de l’unité de commande 12 ne sont pas solidaires de l’arbre d’entraînement 40 (et ne sont donc pas entraînés en rotation par ledit arbre), ils sont répartis autour de l’arbre d’entraînement 40 qui traverse la deuxième cavité 22 en son centre. L’invention propose d’utiliser l’arbre d’entraînement 40 présent dans la deuxième cavité 22 pour entraîner un dispositif de brassage d’air 50 et/ou 60 en rotation. La rotation de ce dispositif de brassage d’air 50 et/ou 60 permet de générer une circulation de l’air au sein de la deuxième cavité 22, en particulier entre les différents composants et cartes électroniques 120 de l’unité de commande 12. Cette circulation de l’air à l’intérieur de la deuxième cavité 22 permet d’homogénéiser, ou uniformiser, la température de l’air régnant dans ladite deuxième cavité de sorte à éviter la création de points chauds. En effet, le brassage de l’air régnant dans la deuxième cavité permet de mélanger, ou mixer, l’air froid des zones froides Zf avec l’air chaud des zones chaudes Zc de sorte à obtenir une uniformité thermique au sein de la deuxième cavité 22.
Le dispositif de brassage d’air 50, 60, appelé plus simplement dispositif de brassage, est monté sur l’arbre d’entraînement 40 de façon solidaire. Selon les modes de réalisation, le dispositif de brassage d’air peut être une pièce ou un ensemble de pièces rapportées et fixées sur l’arbre d’entraînement 40, par exemple par soudage ou brasage ou tout autre procédé d’assemblage ; alternativement, le dispositif de brassage 50, 60 peut être fabriqué d’une seule pièce avec l’arbre d’entraînement ou une partie de l’arbre d’entraînement, par exemple par emboutissage, matriçage ou fabrication additive ou tout autre procédé de fabrication .