CH715770A1 - Système d'entraînement électrique pour un avion à propulsion électrique. - Google Patents

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CH715770A1 CH00073/19A CH732019A CH715770A1 CH 715770 A1 CH715770 A1 CH 715770A1 CH 00073/19 A CH00073/19 A CH 00073/19A CH 732019 A CH732019 A CH 732019A CH 715770 A1 CH715770 A1 CH 715770A1
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Abstract

L'invention concerne un système d'entraînement électrique pour un avion à propulsion électrique comprenant : une source d'énergie (130) ; au moins un moteur (110) ; un contrôleur principal de moteur (222A) utilisant des capteurs pour contrôler ledit au moins un moteur sur la base de paramètres mesurés avec lesdits capteurs ; un contrôleur redondant de moteur (222B) pour contrôler ledit au moins un moteur, ledit second contrôleur de moteur étant sans capteur.

Description

Domaine de l'invention
[0001] La présente invention concerne un système d'alimentation électrique ou d'entraînement pour un moteur dans un avion à propulsion électrique.
Etat de la technique
[0002] Les véhicules électriques et hybrides sont devenus de plus en plus importants pour le transport de personnes et de marchandises. Ces véhicules peuvent offrir des avantages souhaitables en matière d'efficacité énergétique par rapport aux véhicules à combustion et peuvent, en fonctionnement, polluer moins l'air que les véhicules à combustion.
[0003] Bien que la technologie des automobiles électriques et hybrides se soit considérablement développée ces dernières années, bon nombre d'innovations qui ont permis de passer des automobiles à combustion aux automobiles électriques ne s'appliquent malheureusement pas directement au développement des avions électriques ou hybrides. La fonctionnalité des automobiles et la fonctionnalité des avions sont suffisamment différentes à bien des égards pour que de nombreux éléments de conception des avions électriques et hybrides doivent être développés séparément de ceux des automobiles électriques et hybrides.
[0004] Piloter un tel avion, avec ou sans pilote, peut être dangereux. Des problèmes avec l'avion peuvent entraîner des blessures ou des pertes de vie pour les passagers dans l'avion ou les personnes au sol, ainsi que des dommages aux marchandises transportées par l'avion ou à d'autres objet autour de l'avion.
[0005] Par conséquent, toute modification de la conception d'un avion, par exemple pour permettre un fonctionnement électrique ou hybride, nécessite également un développement et des essais minutieux pour garantir la sécurité et la fiabilité. Si un avion connaît une défaillance grave en cours de vol, la perte potentielle et le risque pour la sécurité résultant de cette défaillance peuvent être très élevés, car la défaillance pourrait provoquer un crash de l'avion et poser un risque de sécurité ou de dommages matériels aux passagers ou au fret, ainsi qu'aux personnes ou aux biens au sol.
[0006] Afin de tenter d'atténuer les problèmes potentiels liés à un avion, de nombreuses organisations ont élaboré des normes de certification pour garantir que la conception et l'exploitation des avions satisfassent aux seuils d'exigence de sécurité. Les normes de certification pour les avions électriques ou hybrides sont en outre extrêmement strictes en raison des risques posés par les nouvelles conceptions d'avions. Les concepteurs d'avions ont eu du mal à trouver des moyens de respecter les normes de certification et de mettre sur le marché de nouveaux modèles d'avions électriques ou hybrides.
[0007] Ces normes de certification ont malheureusement eu pour effet de ralentir l'adoption commerciale et la production d'avions électriques ou hybrides. Les avions hybrides électriques peuvent, par exemple, utiliser de nouveaux modèles d'avions par rapport aux modèles d'avions traditionnels pour tenir compte des différences de fonctionnement entre les avions électriques ou hybrides et les avions traditionnels. Les nouvelles conceptions peuvent toutefois être sensiblement différentes des conceptions d'avions traditionnels. Ces différences peuvent soumettre les nouvelles conceptions à des essais approfondis avant la certification. La nécessité de procéder à des essais approfondis peut mobiliser beaucoup de ressources et de temps et augmenter considérablement le coût final de l'avion.
[0008] La certification de prototypes peut en outre ne pas suffire pour la certification d'applications commerciales. Au lieu de cela, une certification de chaque avion et de ses composants peut être exigée.
[0009] Au vu de ces défis, les tentatives de rendre les avions électriques et hybrides commercialement viables ont été largement infructueuses. De nouvelles approches pour la fabrication et l'exploitation d'avions électriques et hybrides continuent donc à être souhaitées.
[0010] Il est donc nécessaire de disposer de composants et de systèmes simplifiés, mais robustes, pour un avion à propulsion électrique, qui simplifient et rationalisent les exigences de certification et réduisent le coût et le temps nécessaires pour produire un avion électrique commercialement viable.
Bref résumé de l'invention
[0011] L'invention a pour but d'améliorer le système d'entraînement électrique des avions à propulsion électrique.
[0012] Selon un mode de réalisation de l'invention, un système d'entraînement électrique pour un avion à entraînement électrique comprend les éléments suivants : une source d'énergie ; au moins un moteur ; un contrôleur principal de moteur utilisant des capteurs pour contrôler ledit au moins un moteur sur la base de paramètres mesurés avec lesdits capteurs ; un contrôleur redondant de moteur pour contrôler ledit au moins un moteur, ledit second contrôleur de moteur étant sans capteur.
[0013] Cette divulgation fournit au moins quelques approches pour construire des avions à propulsion électrique à partir de composants et de systèmes qui ont été conçus pour répondre aux exigences de certification afin que l'avion lui-même puisse répondre aux exigences de certification et passer à une utilisation commerciale active.
Brève description des figures
[0014] L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple et illustré par les figures, dans lesquelles : <tb>–<SEP>la figure 1 illustre un avion, tel qu'un avion électrique ou hybride ; <tb>–<SEP>la figure 2 illustre un schéma fonctionnel simplifié d'un avion ; <tb>–<SEP>la figure 3 illustre les systèmes de gestion pour l'exploitation d'un avion ; <tb>–<SEP>la figure 4 illustre un exemple de circuit comprenant une source d'énergie, un ou plusieurs moteurs et des contrôleurs de moteur.
Description détaillée
[0015] La figure 1 illustre un avion 100, tel qu'un avion électrique ou hybride, et la figure 2 illustre un schéma fonctionnel simplifié de l'avion 100. L'avion 100 comprend au moins un moteur 110, un contrôleur de moteur 222 et une source d'énergie 130. Le moteur 110 peut être utilisé pour propulser l'avion 100 et faire en sorte que l'avion 100 vole et navigue. Le contrôleur de moteur 222 peut contrôler et surveiller le moteur 110. La source d'alimentation 130 peut alimenter le moteur 110 pour faire voler l'avion 100 et alimenter le contrôleur de moteur 222 pour permettre le fonctionnement du contrôleur de moteur 222. Le contrôleur de moteur 222 comprend une pluralité de contrôleurs, ainsi que d'autres circuits électroniques pour contrôler et surveiller les composants de l'avion 100.
[0016] La source d'énergie 130 comprend un ou plusieurs packs de batteries comprenant plusieurs éléments de batterie, tels que des éléments au lithium-ion. Les éléments de batterie peuvent être connectés en série et/ou en parallèle pour fournir une tension et un courant appropriés.
[0017] Chacun, certains, ou l'un du au moins un moteur 130 peut être un moteur électrique. Par exemple, le au moins un moteur 130 peut être un moteur triphasé, tel qu'un moteur sans balais, qui est connecté via une ligne d'alimentation électrique triphasée RST avec les contrôleurs de moteur 222. Cependant, le au moins un moteur 130 peut être un autre type de moteur, tel que n'importe quel type de moteur à courant continu ou un moteur à courant alternatif monophasé. Le au moins un moteur 130 peut déplacer un véhicule, tel qu'un véhicule aérien comme un avion. Le au moins un moteur 130 peut entraîner un propulseur (générant une poussée) ou un rotor (générant une poussée). En outre, le au moins un moteur 130 peut également fonctionner comme un générateur. Le système d'alimentation électrique ou le au moins un moteur 130 peut comprendre deux ou plusieurs moteurs électriques comme décrit plus loin. Chacun, certains, ou l'un du au moins un moteur 130 peut être un moteur électrique. Par exemple, le au moins un moteur 130 peut être un moteur triphasé, tel qu'un moteur sans balais, qui est connecté via une ligne d'alimentation électrique triphasée RST avec les contrôleurs de moteur 222. Cependant, le au moins un moteur 130 peut être un autre type de moteur, tel que n'importe quel type de moteur à courant continu ou un moteur à courant alternatif monophasé. Le au moins un moteur 130 peut déplacer un véhicule, tel qu'un véhicule aérien comme un avion. Le au moins un moteur 130 peut entraîner un propulseur (générant une poussée) ou un rotor (générant une poussée ver le haut). En outre, le au moins un moteur 130 peut également fonctionner comme un générateur. Le système d'alimentation électrique ou le au moins un moteur 130 peut comprendre deux ou plusieurs moteurs électriques comme décrit plus loin.
[0018] Le contrôleur de moteur 222 peut, par exemple, être connecté à la source d'énergie 130 par une ligne électrique biphasée ou à courant continu, ou à au moins un moteur 110 par une ligne électrique triphasée. Le contrôleur de moteur 222 peut transformer, convertir ou contrôler la puissance reçue de la source d'alimentation en signaux de commande de moteur pour commander le au moins un moteur 110. Le contrôleur de moteur 222 peut inclure un convertisseur de puissance pour convertir le courant continu de la source d'alimentation 130 en un courant alternatif (triphasé) pour le au moins un moteur 110 (le convertisseur de puissance fonctionnant comme un onduleur de puissance). Le convertisseur de puissance peut traiter différentes tensions continues d'entrée (si la source d'alimentation 130 possède une pluralité de packs de batteries avec différentes tensions continues). Si le au moins un moteur 110 agit comme générateur, le contrôleur de puissance peut convertir le courant généré par chaque phase du au moins un moteur 110 en un courant continu pour charger la source d'alimentation 130 (convertisseur de puissance fonctionnant comme redresseur). Le contrôleur de moteur 222 peut créer les signaux de commande de moteur pour le au moins un moteur 110 sur la base d'une entrée de l'utilisateur, par exemple avec une manette des gaz.
[0019] Les contrôleurs de moteur peuvent comprendre un circuit de commande et un étage de puissance contrôlé par le circuit de commande. Le circuit de commande peut comprendre un processeur et une mémoire pour l'exécution d'un programme de commande, tel qu'un programme de régulation afin de régler la vitesse et le couple du ou des moteurs en fonction de paramètres mesurés avec ou sans capteurs. L'étage de puissance peut comprendre des composants électroniques de puissance, tels que des IGBT, des MOSFET, des ponts en H et/ou des filtres CEM, afin de générer les courants envoyés aux bobines du ou des moteurs contrôlés.
[0020] Comme il sera décrit, le contrôleur de moteur 222 peut comprendre un contrôleur principal de moteur 222A et un contrôleur redondant de moteur 222B. En outre, le contrôleur de moteur 222 peut comprendre, par exemple, un premier contrôleur pour alimenter le moteur à partir d'au moins un premier pack de batteries et un second contrôleur pour alimenter le moteur à partir d'au moins un autre pack de batteries.
[0021] Les contrôleurs de moteur 222 déterminent la vitesse du moteur et la comparent à la vitesse et/ou au couple de consigne que le contrôleur de moteur essaie d'atteindre - tout écart peut ensuite être ajusté dans un système en boucle fermée. Comme décrit plus loin, l'un des contrôleurs de moteur 222A est un contrôleur de moteur à capteur et utilise des capteurs, tels que des capteurs Hall, pour déterminer la position et la vitesse du rotor, tandis qu'un autre contrôleur redondant de moteur est sans capteur et utilise la force contre-électromotrice ou le moteur (c'est-à-dire la tension générée par le moteur agissant comme un générateur) pour déterminer sa vitesse et sa position.
[0022] La figure 3 illustre les composants 200 d'un avion, comme l'avion 100 des figures 1 et 2. Les composants 200 peuvent comprendre un système de gestion d'énergie 210, un système de gestion des moteurs 220 et un enregistreur 230, ainsi qu'une source d'énergie 130 comprenant un ou plusieurs packs de batteries, un ou une pluralité de contrôleurs de moteur 222, un ou plusieurs moteurs 100 et une manette de gaz 226.
[0023] Le système de gestion d'énergie 210, le système de gestion de moteur 220 et l'enregistreur 230 peuvent surveiller les communications sur un bus de communication, tel qu'un bus de réseau de contrôleurs (CAN), et communiquer via le bus de communication. Le pack batterie peut, par exemple, communiquer sur le bus de communication permettant au système de gestion de l'énergie 210 de surveiller et de contrôler le pack de batterie 212. Dans un autre exemple, le contrôleur de moteur 222 peut communiquer sur le bus de communication permettant au système de gestion de moteur 220 de surveiller et de contrôler le contrôleur de moteur 222.
[0024] L'enregistreur 230 peut stocker une partie ou la totalité des données communiquées (telles que l'état des composants, la température ou les informations de sur/sous tension provenant des composants ou d'autres capteurs) sur le bus de communication vers un dispositif de mémoire pour une référence ultérieure, comme par exemple pour une référence par le système de gestion d'énergie 210 ou le système de gestion du moteur 220 ou pour une utilisation dans le cadre du dépannage ou du débogage par un travailleur de la maintenance. Le système de gestion d'énergie 210 et le système de gestion de moteur 220 peuvent chacun émettre ou inclure une interface utilisateur qui présente des informations d'état et permet de configurer le système. Le système de gestion d'énergie 210 peut contrôler un processus de charge (par exemple, un moment de charge, un niveau de courant ou de tension) pour l'avion lorsque celui-ci est couplé à une source d'énergie externe pour charger une source d'énergie de l'avion, comme le pack de batteries 212.
[0025] Le système de gestion de moteur 220 peut fournir des commandes de contrôle au contrôleur de moteur 222, qui peut à son tour être utilisé pour faire fonctionner un ou plusieurs moteurs 100. Le contrôleur de moteur 222 peut en outre fonctionner selon les instructions de la manette des gaz 226 qui peut être commandée par un pilote de l'avion. Le ou les moteurs peuvent comprendre un moteur électrique sans balais.
[0026] Le système de gestion d'énergie 210 et le système de gestion de moteur 220 peuvent inclure le même hardware informatique ou un hardware similaire. Un même hardware peut remplir les deux fonctions.
Architecture du système
[0027] Les exigences de certification peuvent être liées à une analyse des risques pour la sécurité. Une condition qui peut se produire avec un avion ou ses composants peut être attribuée à une des multiples évaluations des risques de sécurité, qui peuvent à leur tour être associées à une norme de certification particulière. La condition peut, par exemple, être catastrophique, dangereuse, majeure, mineure ou sans effet sur la sécurité. Une condition catastrophique peut être une condition susceptible d'entraîner de multiples décès ou la perte de l'avion. Une condition dangereuse peut réduire la capacité de l'avion ou l'aptitude d'un opérateur à faire face à des conditions défavorables dans la mesure où il y aurait une forte réduction de la marge de sécurité ou de la capacité fonctionnelle de l'équipage ; une détresse physique ou une charge de travail excessive de sorte que l'on ne peut pas compter sur les opérateurs pour exécuter les tâches requises avec précision ou complètement ou des blessures graves ou mortelles pour un petit nombre d'occupants de l'avion (sauf les opérateurs) ou des blessures mortelles pour le personnel au sol ou le public en général. Une condition majeure peut réduire la capacité de l'avion ou des opérateurs à faire face à des conditions de fonctionnement défavorables dans la mesure où il y aurait une réduction importante de la marge de sécurité ou de la capacité fonctionnelle, une augmentation importante de la charge de travail d'un opérateur, des conditions qui nuisent à l'efficacité de l'opérateur ou qui créent une détresse physique importante pour les occupants de l'avion (sauf l'opérateur), ce qui peut inclure des blessures, des maladies professionnelles importantes, des dommages environnementaux importants ou des dommages matériels importants. Une condition mineure peut ne pas réduire de manière significative la sécurité du système, de sorte que les actions requises par les opérateurs sont tout à fait dans les limites de leurs capacités, et peut inclure une légère réduction de la marge de sécurité ou des capacités fonctionnelles, une légère augmentation de la charge de travail comme les modifications de routine des plans de vol, une certaine gêne physique pour les occupants ou l'avion (sauf pour les opérateurs), une maladie professionnelle mineure, des dommages environnementaux mineurs ou des dommages matériels mineurs. Une condition sans effet sur la sécurité peut être une condition qui n'a aucun effet sur la sécurité.
[0028] Un avion peut être conçu de manière à ce que les différents soussystèmes de l'avion soient construits pour avoir une robustesse correspondant à leurs responsabilités et à toute norme de certification associée, ainsi que potentiellement toute redondance de sous-système.
[0029] En particulier, les dommages aux contrôleurs de moteur peuvent être des incidents très graves qui peuvent empêcher un moteur ou tous les moteurs de l'avion de fonctionner correctement et provoquer un crash. Par conséquent, un système fiable de contrôleur de moteur peut être essentiel pour la sécurité des avions électriques.
[0030] Cependant, les contrôleurs de moteur peuvent présenter des défaillances dans de rares cas qui causent des problèmes d'entraînement du moteur et/ou de surveillance des paramètres d'état du contrôleur de moteur. Par exemple, les semi-conducteurs de puissance utilisés dans les onduleurs peuvent être endommagés par une surcharge de courant, une surtension, une surchauffe ou des chocs. Dans d'autres cas, les modules hardware et/ou software utilisés pour la surveillance des paramètres du moteur ne fonctionnent pas correctement ou ne fournissent pas les paramètres corrects, de sorte que les moteurs ne sont pas contrôlés correctement ou que les défaillances du moteur ou du contrôleur du moteur ne sont pas détectées ou ne sont pas signalées correctement.
[0031] La présente divulgation fournit au moins des approches pour augmenter la fiabilité des contrôleurs de moteur dans un avion électrique. Afin de prévenir les risques d'incidents dus à des défaillances d'un contrôleur de moteur, un contrôle redondant des moteurs électriques peut être effectué avec deux contrôleurs de moteur différents, de sorte qu'au moins un moteur puisse être contrôlé avec un premier contrôleur de moteur et/ou avec un second contrôleur redondant de moteur.
[0032] A titre d'exemple, et selon la Fig. 4, une pluralité de contrôleurs de moteur 222A, 222B sont utilisés pour contrôler de manière redondante un ou une pluralité de moteurs 100, de sorte que même si l'un des contrôleurs de moteur 222A ou 222B devient défectueux, le ou les moteurs peuvent toujours être contrôlés avec le contrôleur de moteur restant, au moins pour assurer un fonctionnement à faible vitesse ou à faible puissance.
[0033] Les deux contrôleurs de moteur peuvent être supportés par un châssis d'avion.
[0034] Les deux contrôleurs de moteur 222A et 222B peuvent inclure des composants électroniques de puissance robuste pour convertir le courant continu provenant des packs de batteries 130 en courants alternatifs, comme par exemple les courants triphasés R, S, T, nécessaires à l'entraînement du ou des moteurs. Chaque contrôleur peut inclure un ou plusieurs onduleurs de puissance pour contrôler la vitesse et/ou le couple des moteurs 110 en faisant varier la fréquence et/ou la tension d'entrée du moteur.
[0035] Les onduleurs de puissance peuvent être mis en œuvre, par exemple, comme de simples onduleurs, des onduleurs à plusieurs niveaux ou des dispositifs d'onduleurs de puissance avec la possibilité d'un ajustement de l'impédance en utilisant un étage amplificateur supplémentaire, ou toute combinaison entre ces solutions.
[0036] Les contrôleurs de moteur 222A et 222B comprennent en outre des modules hardware et/ou software pour la surveillance des onduleurs de puissance et des autres composants du contrôleur de moteur. Ces paramètres peuvent être utilisés pour contrôler les onduleurs de puissance en temps réel, par exemple comme entrée d'une boucle de rétroaction.
[0037] Si les deux contrôleurs de moteur sont du même type, un défaut ou une erreur de conception qui affecte un contrôleur de moteur peut également affecter le contrôleur redondant de moteur, de sorte que le gain de fiabilité peut être limité.
[0038] Les systèmes plus complexes sont généralement plus susceptibles de présenter des défauts ; par conséquent, un contrôleur de moteur complexe, c'est-à-dire un contrôleur de moteur qui comprend de nombreux composants différents, tels que des capteurs externes, est plus susceptible de présenter des défauts qu'un contrôleur de moteur plus simple. Un contrôleur de moteur aussi complexe est également plus difficile à certifier. En revanche, un contrôleur de moteur simple peut ne pas offrir toutes les fonctionnalités d'un contrôleur complexe, ou ne pas être en mesure d'entraîner un moteur à pleine vitesse ou à plein couple.
[0039] Par conséquent, afin d'augmenter la fiabilité de la fonction du contrôleur de moteur, l'un des contrôleurs de moteur est plus complexe que l'autre contrôleur redondant de moteur.
[0040] En particulier, un premier contrôleur principal de moteur 222A contrôle un ou plusieurs moteurs 110 avec un large ensemble de composants afin de fournir un ensemble complet de fonctionnalités pour contrôler le moteur à pleine vitesse et/ou à plein couple et/ou avec une efficacité accrue ou des paramètres supplémentaires.
[0041] Un autre contrôleur de moteur 222B, redondant, peut être conçu pour être simple et robuste et ainsi être en mesure de satisfaire à des normes de certification difficiles. Le contrôleur de moteur 222B, par exemple, peut être composé d'un nombre limité de composants individuels, de manière à réduire le nombre de composants individuels et d'interconnexions à certifier.
[0042] Une défaillance du contrôleur principal de moteur 222A est moins catastrophique, puisque l'autre contrôleur de moteur, redondant, 222B peut être utilisé en secours. Par conséquent, même si le contrôleur principal de moteur 222A comprend un grand nombre de composants, sa certification peut être rendue moins stricte, car une défaillance de ce contrôleur de moteur ne risque pas d'avoir un impact catastrophique, puisque le contrôleur principal de moteur peut être facilement et immédiatement remplacé par le contrôleur redondant de moteur 222B plus simple.
[0043] Selon un aspect, un contrôleur principal de moteur 222A pourrait avoir une structure plus complexe qu'un contrôleur de moteur 222B, redondant, utilisé de manière redondante pour commander le même moteur ou les mêmes moteurs 110. Dans un exemple, le premier contrôleur de moteur 222A pourrait utiliser des capteurs hardware externes, tels que des capteurs de vitesse et/ou de position, des capteurs de chaleur, et/ou des capteurs de courant, tandis que le second contrôleur de moteur 222B pourrait être sans capteur et être privé de tout capteur externe pour contrôler ses opérations.
[0044] Dans un exemple, le contrôleur principal de moteur 222A peut inclure des modules hardware et/ou software pour surveiller la vitesse et/ou la position des moteurs, ainsi que d'autres paramètres du ou des moteurs 110 ou du contrôleur de moteur 222A lui-même, et pour contrôler les courants appliqués à chaque bobine de chaque moteur contrôlé afin d'obtenir la vitesse de rotation et/ou le couple désiré. Les modules hardware peuvent comprendre des capteurs, tels que par exemple des capteurs de vitesse et/ou de position pour surveiller la vitesse de rotation et/ou la position du rotor, des capteurs de chaleur, des capteurs de courant, etc.
[0045] Le deuxième contrôleur de moteur 222B n'utilise pas de capteurs, mais peut détecter la vitesse et éventuellement la position du rotor, par exemple en mesurant et en analysant la force contre-électromotrice (back EMF) générée dans les bobines lorsque le rotor tourne. Par exemple, le deuxième contrôleur de moteur peut détecter les passages à zéro du signal de la force contre-électromotrice afin de déterminer la vitesse de rotation du rotor et, par interpolation, sa position angulaire.
[0046] Étant donné qu'un second contrôleur redondant de moteur peut comprendre moins de composants, et en particulier moins ou pas de modules hardware pour la surveillance des paramètres des moteurs, sa certification peut être plus facile et sa fiabilité peut être accrue. Par exemple, comme le second contrôleur redondant peut être sans capteur, il peut être rendu simple, facile à certifier et fiable.
[0047] Comme le second contrôleur de moteur n'a pas de capteurs, il ne peut déterminer la vitesse et la position du rotor que lorsqu'un signal de force contre-électromotrice est généré. Cela rend le contrôle du moteur à 0 tr/min difficile, mais comme le second contrôleur n'est utilisé qu'en secours en vol lorsque le premier contrôleur de moteur est défaillant,
[0048] Le contrôleur principal de moteur 222A peut utiliser des modules logiciels plus complexes et/ou des algorithmes plus complexes pour contrôler le ou les moteurs 110 que le second contrôleur de moteur 222B. Par exemple, le contrôleur principal de moteur peut offrir une régulation plus complexe, basée sur des signaux de rétroaction fournis par des capteurs externes, que le contrôleur de moteur redondant qui n'offre qu'une simple régulation sans capteurs.
[0049] Les contrôleurs de moteur 222A, 222B peuvent échanger des informations en temps réel avec le système de gestion de moteur 220 afin de contrôler le ou les moteurs de la manière souhaitée, et d'envoyer des paramètres et des diagnostics, y compris les paramètres mesurés par les capteurs, au système de gestion de moteur.
[0050] Le second contrôleur redondant de moteur 222B peut assurer un contrôle redondant des moteurs entraînés et une transmission redondante des paramètres mesurés sur ces moteurs.
[0051] Le contrôleur principal de moteur 222A peut être utilisé pour entraîner le ou les moteurs à pleine vitesse et/ou à plein couple. Le contrôleur redondant de moteur 222B peut être utilisé pour entraîner le ou les mêmes moteurs seulement jusqu'à une vitesse et un couple plus limités. Par exemple, le contrôleur redondant de moteur 222B peut fournir une puissance maximale (comme par exemple 65KW) qui est suffisante pour entraîner le ou les moteurs 110 à une vitesse maximale (comme par exemple le nombre de tours/minute) et au couple requis pendant un vol continu ou de croisière, mais qui serait insuffisante pour le décollage. Le premier contrôleur de moteur pourrait fournir une puissance maximale plus élevée (par exemple 90KW).
[0052] Le contrôleur principal de moteur 222A pourrait dissiper plus de chaleur dans ses semi-conducteurs de puissance que le second contrôleur de moteur 222B. Dans un cas, le contrôleur principal de moteur peut comprendre un système de dissipation de chaleur 111, comme par exemple un système de refroidissement liquide, qui est plus efficace que le système de dissipation de chaleur à base d'air utilisé pour refroidir le contrôleur redondant de moteur 222B. Le système de dissipation de la chaleur 111 utilisé pour refroidir le premier contrôleur de moteur peut également être utilisé pour refroidir le ou les moteurs 110.
[0053] Le contrôleur redondant de moteur 222B pourrait avoir un poids et un volume plus limités que le contrôleur principal de moteur 222A, en raison de l'ensemble plus restreint de composants et de fonctionnalités. Il pourrait également être plus facile de concevoir un contrôleur redondant de moteur capable de fonctionner dans une large gamme de température et/ou de rayonnement puisque ce contrôleur de moteur 222B a moins de composants. Par conséquent, l'ajout de ce contrôleur redondant de moteur n'a qu'un impact limité sur le poids, le volume, l'opérabilité et/ou la portée de l'avion.
[0054] Dans un mode de réalisation, le contrôleur principal de moteur 222A et le contrôleur redondant de moteur 222B partagent un étage de puissance électronique commun, comprenant par exemple des IGBT, des MOSFET, des ponts en H et/ou des filtres CEM communs, mais utilisent deux circuits de commande différents pour contrôler cet étage de puissance. Dans ce cas, le circuit de commande du contrôleur principal de moteur utilise un logiciel plus complexe et s'appuie sur des capteurs externes pour contrôler la vitesse et le couple du ou des moteurs contrôlés, tandis que le circuit de commande du contrôleur redondant de moteur utilise une régulation plus simple, avec un logiciel plus simple, ou sans logiciel, et sans capteurs.
[0055] Le contrôleur redondant de moteur 222B comprend de préférence un commutateur 2222 pour l'activer, en remplacement du contrôleur principal de moteur 222A, en cas de défaillance du contrôleur principal de moteur 222A. Ce commutateur peut de préférence être actionné par le pilote et a pour effet d'alimenter le contrôleur redondant de moteur, de déconnecter le ou les moteurs 110 du contrôleur principal de moteur 222A, et/ou de connecter le contrôleur de moteur 222B au(x) moteur(s) 110. Le commutateur peut également avoir pour effet de déconnecter la source d'alimentation (le pack de batteries) 130 du contrôleur principal de moteur 222A.
[0056] Le contrôleur principal de moteur 222A et/ou le second contrôleur de moteur 222B, redondant, sont connectés à un bus numérique, tel qu'un bus CAN, du véhicule. Le bus CAN peut être utilisé à des fins de diagnostic du contrôleur principal de moteur 222A et pour commander le contrôleur principal de moteur à l'aide de signaux envoyés sur le bus par le système de gestion de moteur 2220 et la manette des gaz 226. Le bus CAN peut également être utilisé à des fins de diagnostic du contrôleur redondant de moteur 222B. Il est préférable que le contrôleur redondant de moteur ne puisse pas être commandé par le bus CAN, afin de simplifier la certification de ce contrôleur de moteur et du bus CAN.
Caractéristiques supplémentaires et terminologie
[0057] Bien que les exemples fournis ici puissent être décrits dans le contexte d'un avion, tel qu'un avion électrique ou hybride, une ou plusieurs caractéristiques peuvent s'appliquer à d'autres types de véhicules utilisables pour le transport de passagers ou de marchandises. Par exemple, une ou plusieurs caractéristiques peuvent être utilisées pour améliorer la construction ou le fonctionnement d'automobiles, de camions, de bateaux, de sous-marins, de vaisseaux spatiaux, d'aéroglisseurs, ou d'autres véhicules similaires.
[0058] Le terme „sans capteur“, tel qu'il est utilisé ici, outre son sens ordinaire, peut désigner un composant, un système ou un dispositif capable de mesurer un paramètre physique sans aucun capteur externe supplémentaire. Par exemple, n'importe quel contrôleur de moteur qui peut déterminer la vitesse et/ou la position d'un rotor à partir des courants CEM générés dans les bobines des moteurs, sans aucun capteur de vitesse ou de position indépendant ou séparé, est dit „sans capteur“. Un contrôleur de moteur est également dit sans capteur si le système de contrôle en boucle fermée utilisé pour réguler la vitesse du rotor ne repose sur aucun capteur physique externe, tel que les capteurs à effet Hall.
[0059] De nombreuses autres variations que celles décrites dans le présent document seront apparentes à partir de cette divulgation. Par exemple, en fonction du mode de réalisation, certains actes, événements ou fonctions de n'importe quel algorithme décrit ici peuvent être exécutés dans un ordre différent, peuvent être ajoutés, fusionnés ou laissés de côté (par exemple, tous les actes ou événements décrits ne sont pas nécessaires pour la pratique des algorithmes). En outre, dans certaines formes de réalisation, les actes ou événements peuvent être exécutés simultanément, par exemple, par un traitement multi-thread, un traitement d'interruption, ou des processeurs multiples ou des cœurs de processeur ou sur d'autres architectures parallèles, plutôt que séquentiellement. En outre, différentes tâches ou processus peuvent être exécutés par différentes machines ou systèmes informatiques qui peuvent fonctionner ensemble.
[0060] Les divers blocs logiques, modules et étapes d'algorithme décrits ici peuvent être mis en œuvre sous forme de hardware électronique, de software ou de combinaisons des deux. Afin d'illustrer clairement cette interchangeabilité du hardware et du software, divers composants, blocs, modules et étapes ont été décrits ci-dessus en termes de fonctionnalité. Le fait que cette fonctionnalité soit mise en œuvre sous forme de hardware ou de software dépend de l'application particulière et des contraintes de conception imposées au système global. La fonctionnalité décrite peut être mise en œuvre de différentes manières pour chaque application particulière, mais ces décisions de mise en œuvre ne doivent pas être interprétées comme entraînant une divergence par rapport au contenu de la divulgation.
[0061] Les divers blocs logiques et modules décrits en rapport avec les modes de réalisation présentés ici peuvent être mis en œuvre ou exécutés par une machine, un microprocesseur, une machine d'état, un processeur de signal numérique (DSP), un circuit intégré spécifique à une application (ASIC), ou un autre dispositif logique programmable, transistor logique, des composants hardware discrets, ou toute combinaison de ceux-ci, conçus pour exécuter les fonctions décrites ici. Un processeur hardware peut comprendre des circuits électriques ou des circuits logiques numériques configurés pour traiter des instructions exécutables par ordinateur. Dans une autre variante, un processeur comprend un réseau de portes programmables (Field Programmable Gate Arrays-FPGA) ou un autre dispositif programmable qui exécute des opérations logiques sans traiter d'instructions exécutables par ordinateur. Un processeur peut également être mis en œuvre sous la forme d'une combinaison de dispositifs informatiques, par exemple une combinaison d'un système de traitement numérique de signaux (Digital Signal Processing - DSP) et d'un microprocesseur, une pluralité de microprocesseurs, un ou plusieurs microprocesseurs en liaison avec un cœur DSP ou n'importe quelle autre configuration de ce type. Un environnement informatique peut comprendre tout type de système informatique, y compris, mais sans s'y limiter, un système informatique basé sur un microprocesseur, un ordinateur central, un processeur de signaux numériques, un dispositif informatique portable, un contrôleur ou un moteur de calcul dans un appareil, pour n'en citer que quelques-uns.
[0062] Les étapes d'une méthode, d'un processus ou d'un algorithme décrit en relation avec les éléments divulgués ici peuvent être incorporées directement dans le hardware, dans un module logiciel stocké dans un ou plusieurs dispositifs de mémoire et exécuté par un ou plusieurs processeurs, ou dans une combinaison des deux. Un module logiciel peut résider dans une mémoire RAM, une mémoire flash, une mémoire ROM, une mémoire EPROM, une mémoire EEPROM, des registres, un disque dur, un disque amovible, un CD-ROM, ou toute autre forme de support de stockage non transitoire lisible par ordinateur, de média, ou de stockage physique d'ordinateur connu dans la technique. Un exemple de support de stockage peut être couplé au processeur de sorte que celui-ci puisse lire des informations sur le support de stockage et écrire des informations sur celui-ci. Dans l'alternative, le support de stockage peut être intégré au processeur. Le support de stockage peut être volatil ou non volatil. Le processeur et le support de stockage peuvent résider dans un ASIC.
[0063] Les termes conditionnels utilisés dans le présent document, tels que, entre autres, „peut“, „pourrait“, „par exemple“ et autres, sauf indication contraire , ou autrement compris dans le contexte tel qu'il est utilisé, sont généralement destinés à indiquer que certaines formes de réalisation comprennent, tandis que d'autres ne comprennent pas, certaines caractéristiques, éléments ou états. Ainsi, ce langage conditionnel n'a généralement pas pour but d'impliquer que des caractéristiques, des éléments ou des états sont d'une manière ou d'une autre requis pour une ou plusieurs formes de réalisation ou qu'une ou plusieurs formes de réalisation comportent nécessairement une logique permettant de décider, avec ou sans l'intervention ou l'incitation de l'auteur, si ces caractéristiques, éléments ou états sont inclus ou doivent être réalisés dans une forme de réalisation particulière. Les termes „comprenant“, „incluant“, „ayant“ et autres sont synonymes et sont utilisés de manière inclusive et ouverte et n'excluent pas les éléments, caractéristiques, actes, opérations, etc. supplémentaires. En outre, le terme „ou“ est utilisé dans son sens inclusif (et non dans son sens exclusif) de sorte que lorsqu'il est utilisé, par exemple, pour relier une liste d'éléments, le terme „ou“ signifie un, certains ou tous les éléments de la liste. En outre, le terme „chacun“, tel qu'il est utilisé ici, outre son sens ordinaire, peut désigner tout sous-ensemble d'un ensemble d'éléments auquel le terme „chacun“ est appliqué.

Claims (8)

1. Un système d'entraînement électrique pour un avion à propulsion électrique comprenant : une source d'énergie (130) ; au moins un moteur (110) ; un contrôleur principal de moteur (222A) utilisant des capteurs pour contrôler ledit au moins un moteur sur la base de paramètres mesurés avec lesdits capteurs ; un contrôleur redondant de moteur (222B) pour contrôler ledit au moins un moteur, ledit second contrôleur de moteur étant sans capteur.
2. Le système d'entraînement électrique selon la revendication 1, ledit contrôleur redondant de moteur (222B) comprenant moins de composants que le contrôleur principal de moteur (222A).
3. Le système d'entraînement électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, ledit contrôleur redondant de moteur (222B) comprenant moins de fonctionnalités que le contrôleur principal de moteur (222A).
4. Le système d'entraînement électrique selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant un commutateur pour activer manuellement ledit contrôleur redondant de moteur (222B) au lieu dudit contrôleur principal de moteur (222A).
5. Le système d'entraînement électrique selon la revendication 4, ledit commutateur étant connecté de manière à relier ledit moteur (110) soit au contrôleur principal de moteur (222A), soit au contrôleur redondant de moteur (222B).
6. Le système d'entraînement électrique selon la revendication 4, ledit commutateur étant connecté de manière à relier ladite source d'alimentation (113) soit avec le contrôleur principal de moteur (222A), soit avec le contrôleur redondant de moteur (222B).
7. Le système d'entraînement électrique selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant un système de refroidissement à base de liquide (111) pour dissiper la chaleur produite par ledit contrôleur principal de moteur (222A) ; et un système de refroidissement à base d'air pour dissiper la chaleur produite par ledit contrôleur redondant de moteur (222B).
8. Méthode de pilotage d'un avion à propulsion électrique comprenant : alimenter au moins un moteur (110) à partir d'une source de puissance (130), en utilisant soit un contrôleur principal de moteur (222A) utilisant des capteurs pour contrôler ledit au moins un moteur sur la base de paramètres mesurés avec lesdits capteurs ; soit un contrôleur redondant de moteur (222B), sans capteur, pour contrôler ledit au moins un moteur.
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