EP2853022A1 - Système d'alimentation en énergie électrique comprenant une machine asynchrone et moteur de propulsion équipé d'un tel système d'alimentation en énergie électrique - Google Patents

Système d'alimentation en énergie électrique comprenant une machine asynchrone et moteur de propulsion équipé d'un tel système d'alimentation en énergie électrique

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Publication number
EP2853022A1
EP2853022A1 EP13727287.8A EP13727287A EP2853022A1 EP 2853022 A1 EP2853022 A1 EP 2853022A1 EP 13727287 A EP13727287 A EP 13727287A EP 2853022 A1 EP2853022 A1 EP 2853022A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
asynchronous machine
electrical
stator
motor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13727287.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Eric De Wergifosse
Cédric DUVAL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electrical and Power SAS
Original Assignee
Hispano Suiza SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Hispano Suiza SA filed Critical Hispano Suiza SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
    • B64D15/12—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft by electric heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D25/02—De-icing means for engines having icing phenomena
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D7/00—Rotors with blades adjustable in operation; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/0094—Structural association with other electrical or electronic devices
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K17/42—Asynchronous induction generators
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K51/00—Dynamo-electric gears, i.e. dynamo-electric means for transmitting mechanical power from a driving shaft to a driven shaft and comprising structurally interrelated motor and generator parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D2221/00—Electric power distribution systems onboard aircraft
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18—Rotary transformers

Definitions

  • Electric power supply system comprising an asynchronous machine and propulsion motor equipped with such a system
  • the invention relates to a system for supplying electrical energy, particularly for supplying electrical equipment carried by a rotating support.
  • the invention also relates to a propulsion engine equipped with such a power system.
  • the invention provides means for supplying electrical energy for electrical equipment carried by the blades of a rotor of a propulsion motor, or the blades of two rotors in inverse rotations of a propulsion motor, such as the deicing equipment of these blades or the electrical positioning systems of such blades.
  • Rotating transformers are also known that also provide electrical transmission from the fixed parts of the aircraft or the engine.
  • the laminated materials lose their properties as soon as the temperature increases (typically above 200 ° C). This results in significant losses and transformer sensitivity to vibration and shock.
  • An example of a document describing a transforming transformer in the context mentioned is WO2010 / 081654.
  • the invention aims to solve the problems mentioned above and provide a reliable solution, requiring little maintenance, having a low weight and occupying a limited space.
  • an electric power supply system comprising an asynchronous machine, an arrangement for rotating a rotor of the asynchronous machine by a rotor of a propulsion motor and an electrical connection for the motor.
  • supplying at least one electrical equipment by said rotor of the asynchronous machine characterized in that the asynchronous machine is furthermore equipped to receive alternating electrical energy by a stator of said asynchronous machine, it has, on a range predetermined speed of drive by said rotor of the propulsion motor of the rotor of the asynchronous machine, a power transfer efficiency of said stator said rotor preferred to the conversion efficiency of mechanical energy of rotation into electrical energy.
  • the asynchronous machine comprises a progressive corrugation winding at least in a rotor or in a stator. This increases the reliability of the asynchronous transformer.
  • the asynchronous machine comprises a winding with a single bar conductor notch. The number of welds required is thus reduced, which reduces the weight and bulk of the device.
  • the invention also consists, in another aspect, of a propulsion motor having a rotor carrying at least one electrical equipment, the motor comprising at least one electric power supply system as mentioned above, the electrical equipment being connected to the electrical connection of the power system.
  • a propulsion motor having a rotor carrying at least one electrical equipment, the motor comprising at least one electric power supply system as mentioned above, the electrical equipment being connected to the electrical connection of the power system.
  • the stator of the asynchronous machine is arranged to receive alternating electrical energy from the propulsion motor, by a generator, a propulsion engine accessory gearbox, or an electrical network.
  • said stator of the asynchronous machine is stationary relative to the nacelle of the propulsion motor, or stationary relative to a second rotor of the propulsion motor.
  • the motor comprises a second rotor carrying at least a second electrical equipment, the motor comprising at least a second power supply system.
  • the second electrical equipment being connected to the electrical connection of the second power system, the two power supply systems being arranged in parallel to receive, by a respective stator, the alternative electric energy from the same source.
  • a connection between the electrical equipment and the electrical connection of the supply system passes through a mechanical power transmission mechanism, or by a rotating transformer, or by a generator or by a second rotor of the propulsion engine. rotating in the opposite direction of the first rotor.
  • the equipment may in particular be a device for de-icing a blade, or an electrical positioning system for a blade.
  • Figure 1 shows a general embodiment of an electric power supply system according to the invention.
  • Figure 2 shows a particular aspect of an embodiment of a system of Figure 1.
  • Figure 3 shows another view of the particular aspect of Figure 2.
  • Figure 4 shows another view of the particular aspect of Figures 2 and 3.
  • Figure 5 shows another view of the particular aspect of Figure 2 to 4.
  • Figure 6 shows an embodiment of a propulsion engine according to the invention.
  • Figure 7 shows some aspects of the complementation of the embodiment of Figure 6.
  • Figure 8 shows another embodiment of a propulsion engine according to the invention.
  • Figure 9 shows some aspects of implementation of the embodiment of Figure 8.
  • FIG. 1 there is shown a power supply system according to a general embodiment of the invention. It comprises a machine 100 composed of a rotor 110 and a stator 120.
  • the rotor 110 is connected to a mechanical arrangement 130 for its drive by a rotor of a propulsion engine.
  • the rotor coils are connected to an electrical connection 140 for the power supply of electrical equipment.
  • the stator coils are connected to an electrical connection 150 for the application of electrical energy, including an alternative electrical energy.
  • the asynchronous machine 100 has, over a predetermined range of drive speed by the rotor of the rotor propulsion motor of the asynchronous machine, a power transfer efficiency of the stator 120 to the preferred rotor 110 with respect to the conversion efficiency.
  • mechanical energy rotation in electrical energy This is achieved by design: the transformer effect is optimized for a rotational speed range, to the detriment of the torque taken.
  • the rotor 110 is for example three-phase balanced coil. To do this, the machine has the same number of pairs of poles in the stator and the rotor, or has a winding that can adapt to the balanced three-phase current.
  • a possible design of the system of Figure 1 uses 6 pairs of poles and a gap of 1 mm.
  • a stator voltage of 120 V RMS (relative to the neutral) is applied at 600 Hz, for a supplied electrical power of 24.7 kW, while the rotor of the asynchronous machine is driven at 15 Hz.
  • the voltage obtained at the rotor then has a frequency of 690 Hz, an amplitude of 108 V RMS (relative to the neutral) for a power supplied 24 kW. It can be seen that a mechanical power of 3.3 kW is taken from the rotor and that the machine generates only 4 kW of losses, essentially related to the transformer function.
  • the predetermined range of drive speed by the rotor of the rotor propulsion motor of the asynchronous machine, on which a power transfer efficiency of the stator 120 to the rotor 110 is preferred over the conversion efficiency of mechanical energy of rotation in electrical energy is a range around the frequency of rotation of 15 Hz, for example the range 10 to 20 Hz, or the range 14 to 16 Hz.
  • the effect of optimization is illustrated by the low value of losses (4 kW), combined with a levy on the power released by the propulsion engine which, although far from being optimized, since it has on the contrary been neglected to allow the optimization of the transformer effect, is only 3.3 kW.
  • the power supplied to the electrical connection 140 is regulated by adjusting the power applied by the electrical connection 150.
  • the power level required for the stator can be, under certain conditions, lower than the output power at the rotor, thanks to the power provided by the propulsion engine.
  • the load can be observed through the asynchronous machine, to know its operating status.
  • Power can be transmitted with a stationary rotor, the operation being then only transformer type.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the winding of a rotor or a stator of the machine 100 shown in FIG. 1.
  • the same type of winding can be used both at the stator and at the rotor, but windings Different types can also be used on the stator and the rotor.
  • the winding is a progressive corrugation winding, which allows to use only one conductor bar notch rotor or stator, reducing the risk of short circuit between bars.
  • each pole comprises three conductive bars connected in parallel to the same phase of the voltage. phase.
  • portions of the conductors 301, 302 and 303 inserted in the successive notches 201, 202 and 203 form a first pole.
  • the conductors 301, 302 and 303 are oriented at a right angle all three in the same direction, and join, respectively, notches 212, 211 and 210 (that is to say that the along the periphery of the rotor or the stator, the first driver out of his slot is then the last to enter a notch).
  • the portions of the conductors between the notches constituting conductor buns, unnecessary volume and mass, and the use of a progressive corrugation coil reduces the length.
  • Drivers' buns 301, 302 and 303, between the notches 201, 202, 203 and 210, 2114 and 212, are arranged, in this embodiment, away from the notches, while the buns of the conductors 304, 305 and 306 between the notches 204 205, 206 and 213 and 214 are arranged near the notches.
  • FIG. 3 shows end-to-end the conductors of a phase, in a variant of the embodiment of FIG. 2.
  • the conductors are connected to the external electrical circuit at their ends 351 and 352.
  • this figure of buns at two distances from the notches, with the sequence: distant chignon, distant chignon, near bun, near bun, distant bun.
  • the first driver out of his notch is then the last to enter a notch.
  • FIG. 4 the conductors of the three phases are represented in a variant of FIGS. 2 and 3.
  • References 410 and 420 are used to represent the free ends of one of the three conductors. The same welding pattern is used for the other two conductors.
  • the driver crosses the two portions of the same conductor performing complete turns of the periphery before following them in parallel fashion, while approaching a second of the two free ends, referenced 420, the driver follows the two portions of the same conductor performing the complete rounds of the periphery in parallel without crossing them.
  • the welds near the free end with crossing are referenced 411 and 412 and the welds near the free end with crossing are referenced 421 and 422.
  • FIG. 5 shows, from end to end, the conductor of a phase, and it is specified that, if there are one conductor bars per pole, FIG. 5 represents only the number of turns of conductors divided by n, for only one of the three phases.
  • FIG. 6 shows a possible implementation of the invention on a propulsion motor with two counter-rotating rotors, for example an unsheathed fan.
  • Alternative electricity is obtained from the electrical network of the aircraft 610, the accessory gearbox 615 (AGB for "accessory gearbox"), or the engine 620 (free turbine, first rotor or rotor AFT, or second rotor or rotor FWD).
  • a generator 616 is used in the latter two cases.
  • a switch 625 under the control of a control system 626 optionally allows to choose the source of electricity. It includes, if necessary, a power converter for shaping the energy for the asynchronous machines power supply.
  • the electrical power is transferred from the fixed reference A to the two counter-rotating rotating marks B and C by two transformers 630 and 631 connected in parallel with each other at the output of the switch 625.
  • the marks B and C are two of the rotors.
  • the electric power is finally brought to the devices to be powered on the blades of these rotors, respectively referenced 650 and 651.
  • Transformers 630 and 631 are electrical power supply systems as described in connection with FIGS. 1 to 5.
  • FIG. 7 A variant of the embodiment of Figure 6 is shown in Figure 7, with other details of embodiment.
  • the alternative electrical power (reference 625) is fed from the stator of the propulsion motor (mark A) by conductive lines 700 and 710, which for the first time includes transformer 630 and continues to rotor blades 650 of rotor 640, which for the latter includes transformer 610 and continues through the mechanical power transmission mechanism PGB (for "Power Gear Box") 720, before to reach the blades 651 of the rotor 641.
  • PGB for "Power Gear Box”
  • the electrical power is first transferred from the fixed mark A to the rotating mark B in parallel by a transformer 810 and, in parallel by a transformer 820, which can also be a generator 820.
  • the mark B is that of the rotor FWD 640.
  • the blades 650 of the rotor 640 are fed by the transformer 810.
  • a transformer 830 transfers the energy supplied by the transformer or the generator 820 of the mark B to the mark C.
  • the mark C is that of the rotor AFT 641.
  • the blades 651 of the rotor 641 are powered by the transformer 830.
  • the transformers 830 and 810, and possibly the transformer 820 are electrical power supply systems as described in connection with Figures 1 to 5.
  • FIG. 9 A variant of the embodiment of Figure 8 is shown in Figure 9, with other details of embodiment.
  • the alternative electrical power (reference 625) is supplied from the stator of the propulsion motor (mark A) by conductive lines 900 and 910, which for the first includes the transformer 8100 and continues to the blades 650 of the rotor 640, and which for the second includes the transformer or generator 910 and the transformer 830, and continues to the blades 651 of the rotor 641.
  • Various bearings are shown in the figure to indicate the relative rotations of the various elements.
  • the supply lines avoid the PGB mechanical power transmission mechanism.

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Abstract

L'invention propose un système d'alimentation en énergie électrique, comprenant une machine asynchrone (100), un agencement (130) pour l'entraînement en rotation d'un rotor (110) de la machine asynchrone par un rotor d'un moteur de propulsion et une connexion électrique (140) pour l'alimentation d'au moins un équipement électrique par ledit rotor de la machine asynchrone, caractérisé en ce que la machine asynchrone (100) étant de plus équipée pour recevoir de l'énergie électrique alternative par un stator (120) de ladite machine asynchrone, elle a, sur une plage prédéterminée de vitesse d'entraînement par ledit rotor du moteur de propulsion du rotor de la machine asynchrone, un rendement de transfert d'énergie électrique dudit stator (120) audit rotor (110) privilégié par rapport au rendement de conversion d'énergie mécanique de rotation en énergie électrique.

Description

Système d'alimentation en énergie électrique comprenant une machine asynchrone et moteur de propulsion équipé d'un tel système
d'alimentation en énergie électrique
Domaine technique et art antérieur
L'invention porte sur un système d'alimentation en énergie électrique, notamment pour alimenter un équipement électrique porté par un support en rotation. L'invention porte aussi sur un moteur de propulsion équipé d'un tel système d'alimentation.
En particulier, l'invention fournit des moyens d'alimentation en énergie électrique pour des équipements électriques portés par les pales d'un rotor d'un moteur de propulsion, ou les pales de deux rotors en rotations inverses d'un moteur de propulsion, tels que les équipements de dégivrage de ces pales ou les systèmes de positionnement électrique de telles pales.
On connaît des systèmes d'alimentation électrique de tels dispositifs utilisant une transmission électrique depuis les parties fixes de l'avion ou du moteur à l'aide de dispositifs à balais, comme par exemple dans le document US4621978. Néanmoins ceux-ci sont lourds, peu fiables, et demandent une maintenance régulière ainsi qu'un système de refroidissement en fonctionnement. Des problèmes de compatibilité avec des matières huileuses présentes dans leur environnement sont aussi constatés.
On connaît également des transformateurs tournants assurant aussi la transmission électrique depuis les parties fixes de l'avion ou du moteur. Il existe de tels transformateurs basse fréquence (moins de 1 kHz) qui possèdent une architecture de type U ou E avec des topologies cherchant à résoudre le problème de feuilletage des matériaux. Par contre, dans les domaines de hautes fréquences (plus de 1 kHz) et de forte puissance (plus de 5 kW), les matériaux feuilletés perdent leurs propriétés dès que la température augmente (typiquement au-delà de 200 °C). Il en résulte des pertes importantes et une sensibilité des transformateurs aux vibrations et aux chocs. Un exemple de document décrivant un transformateur tournant dans le contexte évoqué est WO2010/081654.
On connaît aussi le document FR 2962271 enseigne, sur un support en rotation, d'apporter de l'électricité par utilisation d'une machine asynchrone fonctionnant en générateur auto-excité.
L'invention vise à résoudre les problèmes évoqués ci-dessus et fournir une solution fiable, nécessitant peu de maintenance, ayant un poids faible et occupant un espace limité.
Résumé de l'invention
Pour cela il est proposé un système d'alimentation en énergie électrique, comprenant une machine asynchrone, un agencement pour l'entrainement en rotation d'un rotor de la machine asynchrone par un rotor d'un moteur de propulsion et une connexion électrique pour l'alimentation d'au moins un équipement électrique par ledit rotor de la machine asynchrone, caractérisé en ce que la machine asynchrone étant de plus équipée pour recevoir de l'énergie électrique alternative par un stator de ladite machine asynchrone, elle a, sur une plage prédéterminée de vitesse d'entraînement par ledit rotor du moteur de propulsion du rotor de la machine asynchrone, un rendement de transfert d'énergie électrique dudit stator audit rotor privilégié par rapport au rendement de conversion d'énergie mécanique de rotation en énergie électrique.
En faisant ce choix de conception, on peut mettre en place une machine asynchrone alimentant un équipement électrique par son rotor, et dont la masse et le volume sont nettement abaissés par rapport à une génératrice asynchrone telle que celle présentée dans l'art antérieur. On conserve l'avantage d'utiliser une machine asynchrone par rapport à un transformateur tournant de type U ou E, puisque l'on n'a pas de problème de feuilletage de matériaux. Les besoins en maintenance sont de plus très faibles.
Dans un mode de réalisation particulier, la machine asynchrone comporte un bobinage ondulé progressif au moins dans un rotor ou dans un stator. Cela permet d'augmenter la fiabilité du transformateur asynchrone.
Dans un mode de réalisation particulier, la machine asynchrone comporte un bobinage avec une seule barre conductrice par encoche. Le nombre de soudures nécessaire est ainsi diminué, ce qui permet de diminuer le poids et l'encombrement du dispositif.
L'invention consiste également, selon un autre aspect, en un moteur de propulsion dont un rotor porte au moins un équipement électrique, le moteur comprenant au moins un système d'alimentation en énergie électrique tel qu'évoqué plus haut, l'équipement électrique étant relié à la connexion électrique du système d'alimentation. Un tel moteur a des performances améliorées, du fait de l'utilisation en son sein d'un dispositif plus léger, moins encombrant et plus fiable, pour alimenter en énergie électrique les équipements électriques portés par le rotor du moteur de propulsion.
Selon différents agencements possibles, le stator de la machine asynchrone est agencé pour recevoir de l'énergie électrique alternative du moteur de propulsion, par une génératrice, d'un boîtier d'entraînement des accessoires du moteur de propulsion, ou d'un réseau électrique alternatif. Selon d'autres différents agencements possibles, ledit stator de la machine asynchrone est immobile par rapport à la nacelle du moteur de propulsion, ou immobile par rapport à un deuxième rotor du moteur de propulsion.
Dans un mode de réalisation particulier, le moteur comporte un deuxième rotor portant au moins un deuxième équipement électrique, le moteur comprenant au moins un deuxième système d'alimentation en énergie électrique tel qu'évoqué plus haut, le deuxième équipement électrique étant relié à la connexion électrique du deuxième système d'alimentation, les deux systèmes d'alimentation en énergie électrique étant agencés en parallèle pour recevoir, par un stator respectif, de l'énergie électrique alternative d'une même source. Ainsi, on peut équiper de cette manière une soufflante non carénée à deux rotors contrarotatifs.
Selon différents agencements possibles, une liaison entre l'équipement électrique et la connexion électrique du système d'alimentation passe par un mécanisme de transmission de puissance mécanique, ou par un transformateur tournant, ou par une génératrice ou par un deuxième rotor du moteur de propulsion tournant en sens inverse du premier rotor.
L'équipement peut notamment être un dispositif de dégivrage d'une pale, ou un système de positionnement électrique d'une pale.
Brève description des figures
L'invention va maintenant être décrite en relation avec les figures annexées suivantes :
La figure 1 présente un mode général de réalisation d'un système d'alimentation en énergie électrique selon l'invention.
La figure 2 présente un aspect particulier d'un mode de réalisation d'un système de la figure 1.
La figure 3 présente une autre vue de l'aspect particulier de la figure 2.
La figure 4 présente une autre vue de l'aspect particulier des figures 2 et 3.
La figure 5 présente une autre vue de l'aspect particulier de la figure 2 à 4.
La figure 6 présente un mode de réalisation d'un moteur de propulsion selon l'invention. La figure 7 présente certains aspects complémentation du mode de réalisation de la figure 6.
La figure 8 présente un autre mode de réalisation d'un moteur de propulsion selon l'invention.
La figure 9 présente certains aspects d'implémentation du mode de réalisation de la figure 8.
Exposé détaillé de l'invention
En figure 1, on a représenté un système d'alimentation électrique selon un mode général de réalisation de l'invention. Il comprend une machine 100 composée d'un rotor 110 et d'un stator 120. Le rotor 110 est relié à un agencement mécanique 130 pour son entraînement par un rotor d'un moteur de propulsion. Les bobines du rotor sont reliées à une connexion électrique 140 pour l'alimentation électrique d'un équipement électrique. Les bobines du stator sont reliées à une connexion électrique 150 pour l'application d'une énergie électrique, notamment une énergie électrique alternative. La machine asynchrone 100 a, sur une plage prédéterminée de vitesse d'entraînement par le rotor du moteur de propulsion du rotor de la machine asynchrone, un rendement de transfert d'énergie électrique du stator 120 au rotor 110 privilégié par rapport au rendement de conversion d'énergie mécanique de rotation en énergie électrique. Cela est obtenu par conception : l'effet transformateur est optimisé pour une plage de vitesse de rotation, au détriment du couple prélevé.
Le rotor 110 est par exemple bobiné triphasé équilibré. Pour se faire, la machine possède le même nombre de paires de pôles au stator et au rotor, ou possède un bobinage pouvant s'adapter au courant triphasé équilibré.
Par exemple, une conception possible du système de la figure 1 utilise 6 paires de pôles et un entrefer de 1 mm. On applique une tension au stator de 120 V RMS (par rapport au neutre) à 600 Hz, pour une puissance électrique fournie de 24.7 kW, alors que le rotor de la machine asynchrone est entraîné à 15 Hz. La tension obtenue au rotor a alors une fréquence de 690 Hz, une amplitude de 108 V RMS (par rapport au neutre) pour une puissance fournie de 24 kW. On constate qu'une puissance mécanique de 3.3 kW est prélevée sur le rotor et que la machine engendre seulement 4 kW de pertes, essentiellement liées à la fonction transformateur.
La plage prédéterminée de vitesse d'entraînement par le rotor du moteur de propulsion du rotor de la machine asynchrone, sur laquelle un rendement de transfert d'énergie électrique du stator 120 au rotor 110 est privilégié par rapport au rendement de conversion d'énergie mécanique de rotation en énergie électrique est une plage autour de la fréquence de rotation de 15 Hz, par exemple la plage 10 à 20 Hz, ou la plage 14 à 16 Hz. Dans l'exemple présenté, l'effet d'optimisation s'illustre par la faible valeur de pertes (4 kW), combinée avec un prélèvement sur la puissance dégagée par le moteur de propulsion qui, bien que loin d'être optimisée, puisqu'elle a au contraire été négligée pour permettre l'optimisation de l'effet transformateur, est de seulement 3.3 kW.
La régulation de la puissance fournie à la connexion électrique 140 se fait par réglage de la puissance appliquée par la connexion électrique 150. Le niveau de puissance requis au stator peut être, dans certaines conditions, inférieur à la puissance de sortie au rotor, grâce à la puissance fournie par le moteur de propulsion. La charge peut être observée à travers la machine asynchrone, pour connaître son état de fonctionnement.
De la puissance peut être transmise avec un rotor immobile, le fonctionnement étant alors uniquement de type transformateur.
On précise que la machine asynchrone peut avoir une topologie de type à variation de flux radial ou axial. En figure 2 on a présenté un mode de réalisation du bobinage d'un rotor ou d'un stator de la machine 100 présentée en figure 1. Le même type de bobinage peut être utilisé à la fois au stator et au rotor, mais des bobinages différents peuvent aussi être utilisés au stator et au rotor. Le bobinage est un bobinage ondulé progressif, qui permet de n'utiliser qu'une barre de conducteur par encoche du rotor ou du stator, diminuant les risques de court-circuit entre barres.
Sur la figure 2, 14 encoches sont représentées et numérotées 201 à 214, et le bobinage comprend 9 conducteurs, numérotées 301 à 309. Dans le mode de réalisation présenté, chaque pôle comprend trois barres conductrices reliées en parallèle à la même phase de la tension triphasée.
Ainsi, des portions des conducteurs 301, 302 et 303 insérées dans les encoches successives 201, 202 et 203 forment un premier pôle. A la sortie des encoches respectives, les conducteurs 301, 302 et 303 sont orientés suivant un angle droit tous les trois dans la même direction, et rejoignent, respectivement des encoches 212, 211 et 210 (c'est-à-dire que, le long de la périphérie du rotor ou du stator, le premier conducteur sorti de son encoche est ensuite le dernier à rentrer dans une encoche).
Les portions des conducteurs entre les encoches constituant des chignons de conducteur, de volume et masse inutiles, et dont l'utilisation d'un bobinage ondulé progressif permet de diminuer la longueur. Les conducteurs 304, 305 et 306, reliés en parallèle à une deuxième phase de la tension alternative triphasée, occupent quant à eux respectivement les encoches 204, 205 et 206, puis, après un angle droit et une section de type chignon rejoignent des encoches, respectivement non représentée et référencée 214 et 213 sur la figure (à nouveau, le premier conducteur sorti de son encoche est ensuite le dernier à rentrer dans une encoche). On distingue également sur la figure les conducteurs 307, 308 et 309 qui occupent les encoches 207, 208 et 209 et qui sont reliés en parallèle à la troisième phase de la tension triphasée. Les chignons des conducteurs 301, 302 et 303, entre les encoches 201, 202, 203 et 210, 2114 et 212, sont disposés, dans ce mode de réalisation, à distance des encoches, alors que les chignons des conducteurs 304, 305 et 306 entre les encoches 204, 205, 206 et 213 et 214 sont disposés à proximité des encoches.
En figure 3, on a représenté, de bout en bout, les conducteurs d'une phase, dans une variante du mode de réalisation de la figure 2. Les conducteurs sont reliés au circuit électrique externe à leurs extrémités 351 et 352. On retrouve sur cette figure des chignons à deux distances des encoches, avec la séquence : chignon distant, chignon distant, chignon proche, chignon proche, chignon distant. Sur cet arrangement, à nouveau, le premier conducteur sorti de son encoche est ensuite le dernier à rentrer dans une encoche.
En figure 4, on a représenté les conducteurs des trois phases, dans une variante des figures 2 et 3. Il y a ici trois barres conductrices par pôles, comme dans les figures précédentes. Un seul conducteur est utilisé pour chaque phase. Il fait trois fois le tour complet de la périphérie du rotor ou du stator, entre deux extrémités libres, et en étant soudé à la masse de celui-ci en quatre points, dont deux à proximité de la première extrémité libre, et deux à proximité de la deuxième extrémité libre. Les références 410 et 420 sont utilisées pour représenter les extrémités libres d'un des trois conducteurs. Le même schéma de soudure est utilisé pour les deux autres conducteurs. A l'approche d'une première des deux extrémités libres, référencée 410, le conducteur croise les deux portions du même conducteur effectuant les tours complets de la périphérie avant de les suivre de manière parallèle, alors qu'à l'approche d'une deuxième des deux extrémités libres, référencée 420, le conducteur suit les deux portions du même conducteur effectuant les tours complets de la périphérie de manière parallèle sans les croiser. Les soudures à proximité de l'extrémité libre avec croisement sont référencées 411 et 412 et les soudures à proximité de l'extrémité libre avec croisement sont référencées 421 et 422.
En figure 5, on a représenté, de bout en bout le conducteur d'une phase, et on précise que s'il y a n barres conductrices par pôle, la figure 5 ne représente que le nombre de tours de conducteurs divisé par n, pour une seule des trois phases.
En figure 6, on a représenté une implémentation possible de l'invention sur un moteur de propulsion à deux rotors contrarotatifs, comme par exemple une soufflante non carénée.
De l'électricité alternative est obtenue, soit du réseau électrique de l'avion 610, soit de la boîte d'engrenages d'entraînement des accessoires 615 (AGB pour « accessory gear box »), soit du moteur 620 (turbine libre, premier rotor ou rotor AFT, ou deuxième rotor ou rotor FWD). Dans les deux derniers cas, une génératrice 616, respectivement 621, est utilisée. Un interrupteur 625, sous le contrôle d'un système de commande 626 permet éventuellement de choisir la source d'électricité. Il comprend, si nécessaire, un convertisseur de puissance pour la mise en forme de l'énergie pour l'alimentation des machines asynchrones. La puissance électrique est transférée du repère fixe A aux deux repères tournants contrarotatifs B et C par deux transformateurs 630 et 631 montés en parallèle l'un de l'autre en sortie de l'interrupteur 625. Les repères B et C sont deux des rotors FWD 640 et AFT 641, respectivement. La puissance électrique est enfin amenées aux dispositifs à alimenter sur les pales de ces rotors, référencés respectivement 650 et 651.
Les transformateurs 630 et 631 sont des systèmes d'alimentation en énergie électrique tels que décrits en relation avec les figures 1 à 5.
Une variante du mode de réalisation de la figure 6 est représentée en figure 7, avec d'autres détails de réalisation. La puissance électrique alternative (référence 625) est amenée du stator du moteur de propulsion (repère A) par des lignes conductrices 700 et 710, qui pour la première inclut le transformateur 630 et se poursuit jusqu'aux pales 650 du rotor 640, et qui pour la deuxième inclut le transformateur 610 et se poursuit en traversant le mécanisme de transmission de puissance mécanique PGB (pour « Power Gear Box ») 720, avant de parvenir aux pales 651 du rotor 641. Divers paliers sont représentés sur la figure pour indiquer les rotations relatives des différents éléments.
En figure 8, on a représenté une autre implémentation possible de l'invention également sur un moteur de propulsion à deux rotors contrarotatifs.
De l'électricité alternative est obtenue, comme précédemment, soit du réseau électrique de l'avion 610, soit de la boîte d'engrenages d'entraînement des accessoires 615, soit du moteur 620.
La puissance électrique est tout d'abord transférée du repère fixe A au repère tournant B en parallèle par un transformateur 810 et, en parallèle par un transformateur 820, qui peut aussi être une génératrice 820. Le repère B est celui du rotor FWD 640. Les pales 650 du rotor 640 sont alimentées par le transformateur 810. Un transformateur 830 transfère l'énergie fournie par le transformateur ou la génératrice 820 du repère B au repère C. Le repère C est celui du rotor AFT 641. Les pales 651 du rotor 641 sont alimentées par le transformateur 830. Les transformateurs 830 et 810, et éventuellement le transformateur 820 sont des systèmes d'alimentation en énergie électrique tels que décrits en relation avec les figures 1 à 5.
Ce montage série permet de palier à certaines contraintes d'intégration.
Une variante du mode de réalisation de la figure 8 est représentée en figure 9, avec d'autres détails de réalisation. La puissance électrique alternative (référence 625) est amenée du stator du moteur de propulsion (repère A) par des lignes conductrices 900 et 910, qui pour la première inclut le transformateur 8100 et se poursuit jusqu'aux pales 650 du rotor 640, et qui pour la deuxième inclut le transformateur ou génératrice 910 et le transformateur 830, et se poursuit jusqu'aux pales 651 du rotor 641. Divers paliers sont représentés sur la figure pour indiquer les rotations relatives des différents éléments. Dans cette variante, les lignes d'alimentation évitent le mécanisme de transmission de puissance mécanique PGB.
L'invention a été décrite en relation avec des modes de réalisation qui sont non limitatifs, et elle s'étend à toutes les variantes dans le cadre de la portée des revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'alimentation en énergie électrique, comprenant une machine asynchrone (100), un agencement (130) pour l'entraînement en rotation d'un rotor (110) de la machine asynchrone par un rotor d'un moteur de propulsion et une connexion électrique (140) pour l'alimentation d'au moins un équipement électrique par ledit rotor de la machine asynchrone, caractérisé en ce que la machine asynchrone (100) étant de plus équipée pour recevoir de l'énergie électrique alternative par un stator (120) de ladite machine asynchrone, elle a, sur une plage prédéterminée de vitesse d'entraînement par ledit rotor du moteur de propulsion du rotor de la machine asynchrone, un rendement de transfert d'énergie électrique dudit stator (120) audit rotor (110) privilégié par rapport au rendement de conversion d'énergie mécanique de rotation en énergie électrique.
2. Système d'alimentation selon la revendication 1, dans lequel la machine asynchrone comporte un bobinage ondulé progressif (Fig. 2-5) au moins dans un rotor ou dans un stator.
3. Système d'alimentation selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la machine asynchrone comporte un bobinage avec une seule barre conductrice (301-309) par encoche (201-214).
4. Moteur de propulsion dont un rotor (640, 641) porte au moins un équipement électrique, le moteur comprenant au moins un système d'alimentation en énergie électrique (630, 631 ; 810, 830) selon l'une des revendications 1 à 3, l'équipement électrique étant relié à la connexion électrique du système d'alimentation.
5. Moteur selon la revendication 4, dans lequel ledit stator de la machine asynchrone est agencé pour recevoir de l'énergie électrique alternative du moteur de propulsion (620), par une génératrice (621).
6. Moteur selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel ledit stator de la machine asynchrone est agencé pour recevoir de l'énergie électrique alternative d'un boîtier d'entraînement des accessoires (615) du moteur de propulsion, par une génératrice (615).
7. Moteur selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel ledit stator de la machine asynchrone est agencé pour recevoir de l'énergie électrique alternative d'un réseau électrique alternatif (610).
8. Moteur selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel ledit stator de la machine asynchrone (630, 631 ; 810) est immobile par rapport à une nacelle (A) du moteur de propulsion.
9. Moteur selon l'une des revendications 4 à 8, dans lequel ledit stator de la machine asynchrone (830) est immobile par rapport à un rotor (640) du moteur de propulsion.
10. Moteur selon l'une des revendications 4 à 9, comportant un deuxième rotor (640, 641) portant au moins un deuxième équipement électrique, le moteur comprenant au moins un deuxième système d'alimentation en énergie électrique (630, 631 ; 810, 830) selon la revendication 1, le deuxième équipement électrique étant relié à la connexion électrique du deuxième système d'alimentation, les deux systèmes d'alimentation en énergie électrique étant agencés en parallèle pour recevoir, par un stator respectif, de l'énergie électrique alternative d'une même source (625).
11. Moteur selon l'une des revendications 4 à 10, dans lequel une liaison entre l'équipement électrique et la connexion électrique du système d'alimentation passe par un mécanisme de transmission de puissance mécanique (720).
12. Moteur selon l'une des revendications 4 à 11, dans lequel une liaison entre l'équipement électrique et la connexion électrique du système d'alimentation passe par un transformateur tournant (820).
13. Moteur selon l'une des revendications 4 à 12, dans lequel une liaison entre l'équipement électrique et la connexion électrique du système d'alimentation passe par un deuxième rotor (640) du moteur de propulsion tournant en sens inverse du premier rotor (641).
14. Moteur selon l'une des revendications 4 à 13, dans lequel l'équipement comprend un dispositif de dégivrage d'une pale.
15. Moteur selon l'une des revendications 4 à 14, dans lequel l'équipement comprend un système de positionnement électrique d'une pale.
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