EP4158173A1 - Turbomachine equipee de machines electriques accouplees a une surface d'accouplement - Google Patents

Turbomachine equipee de machines electriques accouplees a une surface d'accouplement

Info

Publication number
EP4158173A1
EP4158173A1 EP21734390.4A EP21734390A EP4158173A1 EP 4158173 A1 EP4158173 A1 EP 4158173A1 EP 21734390 A EP21734390 A EP 21734390A EP 4158173 A1 EP4158173 A1 EP 4158173A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casing
housing
turbomachine
shaft
power transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21734390.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jordane Emile André Peltier
Boris Pierre Marcel MORELLI
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 Transmission Systems SAS
Original Assignee
Safran Transmission Systems SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Transmission Systems SAS filed Critical Safran Transmission Systems SAS
Publication of EP4158173A1 publication Critical patent/EP4158173A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/32—Arrangement, mounting, or driving, of auxiliaries
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/76—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/40—Transmission of power
    • F05D2260/403—Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05D2260/4031—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing

Definitions

  • TITLE TURBOMACHINE EQUIPPED WITH ELECTRIC MACHINES COUPLED TO A COUPLING SURFACE
  • the present invention relates to the field of turbomachines for aircraft, and in particular turbomachines equipped with electric machines.
  • the prior art includes documents FR-A1 -3041052, US-A1 -2011/1544827, EP-A1 -3511549 and EP-A1 -2239440.
  • An aircraft turbomachine such as a bypass turbomachine generally comprises a ducted fan disposed at the inlet of the turbomachine and which is driven in rotation by a low pressure shaft.
  • a reducer can be interposed between the blower and the low pressure shaft so that the blower rotates at a lower speed than that of the low pressure shaft. Reducing the speed also increases the size of the blower allowing high dilution ratios to be achieved.
  • the turbomachine ensures the production of electric current typically using a permanent magnet alternator (generally called PMA meaning "Permanent Magnet Alternator") of an accessory box known as the English acronym AGB (for Accessory Gear Box) to supply various equipment or accessories necessary for the operation of the turbomachine or the aircraft such as for example the lighting of the cabin of the aircraft, the operability of a conditioning system and air pressurization of the cabin of the aircraft or the supply of a lubricating pump for rotating members of the turbomachine.
  • PMA Permanent Magnet Alternator
  • AGB for Accessory Gear Box
  • an electrical machine which is an electromechanical device based on electromagnetism allowing the conversion of electrical energy, for example into mechanical energy (generator mode) or reversibly, allowing production. electricity from energy mechanical (motor mode).
  • the electric machine can also behave in generator mode as in motor mode.
  • the arrangement of the electrical machine within the AGB does not make it possible to provide a significant gain in electrical power for the increase in the electrical power of all the functions of the aircraft and the efficiency of the conversion of the mechanical power in electrical power is not at its maximum.
  • the integration of the electric machine in various zones of the turbomachine turns out to be complex and is constrained by the size, the temperature resistance of certain components of the electric machine, the accessibility and the performance of the turbomachine itself. -same, etc.
  • the object of the present invention is in particular to provide a solution allowing the integration of one or more items of equipment in the turbomachine while avoiding penalizing the mass of the turbomachine.
  • a turbomachine comprising a fan, a first casing of longitudinal axis X in which is driven in rotation a motor shaft along the longitudinal axis X, a second casing surrounding and coaxial with the first housing, and a drive shaft connected to the motor shaft, the drive shaft being connected on the other hand, to at least two electric machines, via a power transmission bevel gear device housed in a housing, the electric machines being intended to take or inject power on the motor shaft, and in that the housing comprises a mating surface to which the two electric machines are coupled.
  • the configuration of a single box housing the mechanical transmission angle transmission device and a single drive shaft facilitates the integration of several pieces of equipment such as electrical machines to increase the mechanical and electrical power in the turbomachine and allow a gain in terms of axial size.
  • the mating surface facilitates the arrangement of electrical machines relative to the housing.
  • the turbomachine also comprises one or more of the following characteristics, taken alone or in combination: the housing is formed integrally with the second housing the housing is formed integrally with the first housing the return device d
  • the power transmission angle comprises a main shaft with an axis substantially parallel to the longitudinal axis and which is intended to drive the power transmission shafts of the two electric machines.
  • each electric machine includes a power transmission shaft which passes through the mating surface, each power transmission shaft being arranged perpendicular to the mating surface.
  • the power transmission shafts of electric machines are arranged parallel to each other.
  • the power transmission shafts of electric machines are inclined with respect to each other.
  • the drive shaft extends substantially radially at least in part between the first housing and the second housing.
  • the drive shaft is housed in a structural member which is a casing arm or a stator vane and which extends at least in part between the first casing and the second casing.
  • the main shaft housed in the housing, comprises a first toothed wheel meshing with a first input pinion mounted on a first end of the drive shaft and a second toothed wheel intended to mesh with at least two wheels output which are carried respectively by a power transmission shaft coupled to an electric machine.
  • the turbomachine comprises a third casing which is coaxial and surrounds the second casing, the second casing and the third casing delimiting at least in part a flow stream of a secondary air flow generated by the fan, and in that the electrical machines are arranged in the flow stream; the housing is formed integrally with the third housing.
  • the motor shaft comprises an input wheel coaxial with the longitudinal axis X and cooperating with a first output pinion mounted at a second end of the drive shaft.
  • the first casing and the second casing at least partially delimit a flow stream of a primary air flow generated by the fan.
  • the blower is driven by the motor shaft via a speed reducer.
  • the pinions and the wheels are tapered.
  • each electrical machine comprises a casing which is fixed to the first casing, the second casing or the third casing.
  • each electrical machine includes a stator and a rotor, each rotor being rotatably coupled with a power transmission shaft.
  • the drive shaft is surrounded by a housing which includes an interface surface complementary to an interface surface of the housing, the housing including an orifice coaxial with an opening in the housing, the first output gear of the shaft drive extends outside the housing.
  • Figure 1 is a schematic view in axial section of a double-flow turbomachine according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic, partial and detailed view of a power transmission between a drive shaft of the turbomachine and equipment of the turbomachine according to the invention
  • Figure 3 is a schematic view of the arrangement of electric machines arranged in parallel according to the invention.
  • Figure 4 is a perspective view of two electric machines coupled to a mechanical transmission bevel gear device mounted in a housing according to the invention
  • FIG. 5 is a perspective view of two electric machines mounted in a turbomachine according to the invention.
  • FIG. 6 is another embodiment of an arrangement of two electric machines inclined with respect to one another according to the invention.
  • FIG. 1 shows an axial sectional view of a turbomachine 1 of longitudinal axis X to which the invention applies.
  • the turbomachine shown is a double-flow, double-body turbomachine intended to be mounted on an aircraft.
  • the invention is not limited to this type of turbomachine.
  • upstream is defined relative to the direction of gas flow in the turbomachine and also along the longitudinal axis (and even from left to right on figure 1).
  • radial is also defined with respect to a radial axis Z which is perpendicular to the axis X of the turbomachine.
  • This double-flow, double-body turbomachine 1 comprises a fan 2 which is mounted upstream of a gas generator or gas turbine engine 3.
  • the fan 2 comprises a plurality of fan blades 4 which extend radially from the periphery of a disc 5 through which a fan shaft 6 passes.
  • the turbomachine includes a drive shaft which extends along the longitudinal axis into a first housing.
  • a second housing is mounted around and coaxial with the first housing.
  • a third casing is mounted around and coaxial with the second casing.
  • the third case is also coaxial with the first case.
  • the gas generator 3 comprises from upstream to downstream and according to a schematic representation, a low pressure compressor (LP) 9, a high pressure compressor (HP) 10, a combustion chamber 11, a high pressure turbine 12 and a low turbine pressure 13.
  • the HP compressor 10 is connected to the HP turbine via an HP shaft 14 centered on the longitudinal axis to form a first so-called high pressure body.
  • the LP compressor is connected to the LP turbine via a LP shaft 15 centered on the longitudinal axis to form a second so-called low pressure body.
  • the BP shaft 15 extends inside the HP shaft 14.
  • the HP shaft 14, which is a first motor shaft, is driven in rotation along the longitudinal axis in the first casing (called internal casing 16).
  • the blower 2 is surrounded by the third casing (referred to as the fan casing 7) which is coaxial with the internal casing 16.
  • the fan casing 7 is carried by a nacelle 8 which extends around the gas generator 3 and along the axis. longitudinal X.
  • the fan shaft 6 is connected to a second motor shaft which drives it in rotation about the longitudinal axis X.
  • An air flow F which enters the turbomachine via the fan 2 is divided by a separating nozzle 17 of the turbomachine into a primary air flow F1 which passes through the gas generator 3 and in particular in a primary duct 18, and in a secondary air flow F2 which circulates around the gas generator 3 in a secondary stream 19.
  • the primary stream 18 and the secondary stream 19 are coaxial.
  • the secondary air flow F2 is ejected by a secondary nozzle 20 terminating the nacelle 8 while the primary air flow F1 is ejected outside the turbomachine via an ejection nozzle 21 located downstream of the gas generator .
  • the primary and secondary air flows meet at the outlet of their respective nozzles.
  • the primary stream 18 is delimited at least in part, radially, by the first casing (internal casing 16) and the second casing.
  • the secondary stream 19 is for its part delimited at least in part, radially, by the second casing and the third casing (fan casing 7 with the nacelle 8).
  • An inlet casing 22 carries the separation nozzle 15 upstream and is extended downstream by an inter-vein casing 23 which carries the ejection nozzle 21.
  • the inter-vein casing 23 is here the second casing.
  • Stator vanes, output guidelines (known by the acronym OGV) (not shown) which structurally connect the inlet casing 22 to the fan casing 7, extend substantially radially in the secondary air flow and around it. the longitudinal axis X.
  • the second motor shaft is the LP shaft 15.
  • a power transmission mechanism can be interposed between the fan shaft 6 and the LP shaft 15. The power transmission mechanism makes it possible to reduce the speed. of the blower 2 at a speed lower than that of the LP shaft 15.
  • the Power transmission mechanism allows the arrangement of a blower with a large diameter so as to increase the dilution rate.
  • the fan dilution rate is advantageously greater than 10.
  • the dilution rate is between 15 and 20.
  • the power transmission mechanism comprises a reduction gear 24 which is here a planetary gear speed reducer.
  • the reducer is housed in a lubrication chamber arranged upstream of the gas generator 3 and the internal annular casing 16.
  • the gear train of speed reducer 24 typically includes a sun gear (or internal sun gear) (not shown), a plurality of planet gears (not shown), a planet carrier (not shown), and a ring gear (outer planet gear) (not shown).
  • the sun is centered on the longitudinal axis X and is coupled in rotation with the BP shaft along the longitudinal axis X.
  • the satellites are carried by the planet carrier and are each guided in rotation around a satellite axis, here, parallel to the longitudinal axis X. Each satellite meshes with external toothings of the solar and internal toothings of the crown.
  • the planet carrier In the case of a planetary gear, the planet carrier is locked in rotation and is integral with a stator casing of the turbomachine, and the ring gear, centered on the longitudinal axis X, surrounds the solar and is coupled in rotation. with the blower shaft.
  • the planet carrier is rotatably coupled with the fan shaft and the ring gear, which is fixed in rotation, is integral with a stator housing of the turbomachine.
  • the turbomachine comprises a drive shaft 25 which is connected, on the one hand, to the high pressure shaft 14 and, on the other hand, to at least one piece of equipment or one accessory of the turbomachine.
  • the equipment is intended to take or inject power (mechanical or electrical) on the motor shaft (the high pressure shaft).
  • the equipment comprises at least one member which is driven in rotation by the high pressure shaft 14 via the drive shaft.
  • the drive shaft 25 extends substantially radially (with an inclined angle between 5 ° and 25 ° relative to the radial axis, for example) or radially. The latter also passes through a structural element which extends substantially radially at least in part between the internal casing 16 and the fan casing 7 and / or the nacelle 8.
  • the structural member is a casing arm 26 which structurally connects the inner casing 16 to the fan casing 7.
  • the structural member is a stator vane (OGV). In this event, the stator vane would be mounted in place of the arm 26 or axially near the latter.
  • Each electric machine 30, 30 ’ comprises a rotor and a stator so as to benefit from additional electrical power in the turbomachine, to supply various components of the turbomachine and / or of the aircraft.
  • Each electrical machine 30, 30 ’ operates advantageously, but not limited to, as a generator, that is to say that it allows the conversion of mechanical energy into electrical energy. In particular, it takes mechanical power to transform it into electrical energy.
  • Each electrical machine 30, 30 ’ can of course operate in motor mode so as to convert electrical energy into mechanical energy. The mechanical energy generated is injected into the turbomachine.
  • the electric machine is reversible, that is to say that it operates in generator and motor mode.
  • an input wheel 35 is carried by the high pressure shaft 14. This input wheel 35 is centered on the longitudinal axis and bears on its radially outer surface a set of teeth.
  • the input wheel 35 is advantageously conical.
  • the speed reducer 24 is arranged upstream of this input wheel 35.
  • Each electric machine 30, 30 ' is coupled to a power transmission shaft 36 which has an axis of rotation A.
  • Each power transmission shaft 36 comprises at one end an output wheel 37.
  • the output wheel 37 is centered on the axis of rotation A and is toothed.
  • Each output wheel 37 is also conical.
  • the substantially radial drive shaft 25 comprises a first end which carries a first input pinion 38 and a second end which bears a first output pinion 39. These pinions 38, 39 are provided with teeth and are conical. Each output wheel 37 of the power transmission shaft 36 meshes with the first input pinion 38 of the drive shaft 25 via at least one main shaft 50. This main shaft 50 extends along an axis of rotation B. The main shaft 50 also includes a first toothed wheel 51 and a second toothed wheel 52.
  • the first input pinion 38 meshes with the first toothed wheel 51 forming an angle gear.
  • the angle transmission transmits a rotational movement between two shafts which are not parallel.
  • the second toothed wheel 52 meshes with each output wheel 37 of the power transmission shafts 36.
  • the output wheel 37 of each power transmission shaft 36, the first input gear 38 of the drive shaft 25 and the main shaft 50 (with its first and second toothed wheels 51, 52) form a first power transmission bevel gear 40.
  • the latter is arranged kinematically between the drive shaft 25 and the electrical machines 30, 30 '.
  • the first power transmission bevel gear 40 is housed in a transmission housing or casing 41 (see Figure 4) which surrounds and supports the gears (formed by pinions and wheels ).
  • the housing 41 is hollow.
  • a single (single) housing is provided here for the coupling of electrical machines.
  • the main shaft is housed in this housing.
  • the housing 41 is integral with the blower housing 7 (third housing).
  • the housing 41 is formed integrally (either integrally) with the fan housing.
  • the housing 41 is fixed to the fan casing by means of a weld, threaded elements (screwed flanges, etc.), connecting rods or any other fastening means.
  • the housing 41 is in one piece with the nacelle 8.
  • the housing 41 which surrounds and supports the gears (formed by pinions and wheels) is integral with the inter-vein casing 23 (second casing).
  • the housing 41 is integrally formed (either integrally) with the inner casing 23.
  • the casing may project radially outward from a radially outer surface 48 of the inter-vein casing.
  • the housing 41 is fixed to the inter-vein casing by means of a weld, threaded elements (screwed flanges, etc.), connecting rods or any other fixing means.
  • the drive shaft 25 extends substantially radially between the internal casing 16 and the inter-vein casing 23.
  • the housing 41 is integral with the internal housing 16.
  • the housing 41 is in particular integral with a wall of the internal housing.
  • the casing may project from a radially outer or inner surface of the wall of the inner casing 16.
  • the casing 41 is fixed to the inner casing by means of welding, threaded elements (screwed flanges , etc.), connecting rods or any other means of fixing.
  • the drive shaft extends substantially radially inside the internal housing 16.
  • the “core zone” is located in the internal casing 16 or in the inter-vein casing 23 (ie between the primary vein 18 and the secondary vein 19).
  • the core zone is a fire zone (around the combustion chamber).
  • the housing is made of a metallic material.
  • the housing 41 is made of a metallic material or a metallic alloy.
  • the material or the metal alloy comprises steel, aluminum, magnesium, titanium or even a metal alloy.
  • the housing can be produced by an additive manufacturing process, by casting or even by machining.
  • each stator of each electric machine 30, 30 ' is fixed to a fixed element and the rotor is linked to the kinematic chain.
  • each stator is fixed to the housing 41.
  • the latter is for example mounted on the internal wall of the housing.
  • each stator is mounted on the internal wall of a casing 46 of the electric machine 30, which casing is fixed and also fixed to the casing 41.
  • the casing 46 of each electric machine 30 may be, depending on the embodiments described above, fixed to the inner casing 16, the inner-vein casing 23 or the fan casing 7.
  • the rotor of the electric machine 30 the latter is coupled in rotation with the power transmission shaft 36 .
  • the housing 41 includes a mating surface 42 which is defined in a plane which is perpendicular to the axis of rotation of the main shaft 50.
  • the plane is substantially radial.
  • This coupling surface 42 in particular generally flat.
  • generally planar we mean that the surface is planar or is curved with a small radius of curvature.
  • the mating surface 42 is provided with the through holes 43.
  • L' power transmission shaft 36 of each electric machine extends at least partly in the housing 41.
  • the drive shaft 25 is also housed in a housing 47 which is fixed to the housing 41 via fasteners.
  • the fasteners include, for example, screws, nuts, studs or any element allowing rapid assembly and disassembly without destruction of the housings and housings.
  • the housing 41 comprises an interface surface which is defined in a plane perpendicular to the drive shaft 25. An opening is defined in this interface surface and from which the drive shaft rises. 25. The latter is housed at least in part in the housing 41.
  • the drive shaft 25 is enveloped by the housing 47 which is also hollow.
  • the drive shaft 25 passes through the housing 47.
  • the housing 47 also includes an interface surface complementary to the interface surface of the housing and an orifice coaxial with the opening of the housing 41.
  • the first output gear 39 s 'extends outside the housing 47.
  • the axes of rotation A of the power transmission shafts 36 are parallel to the longitudinal axis X.
  • the shafts of rotation A are also parallel to each other.
  • the axes are also defined in the same plane.
  • each electric machine 30 is arranged radially outside the fan casing 7.
  • the latter is installed in the nacelle 8.
  • the latter offers more latitude for the integration of the electrical machine (s) because it is less encumbered by equipment than in other parts of the turbomachine.
  • each electrical machine 30, 30 ’ is arranged in the flow duct 19 of the secondary air flow.
  • the electrical machines are housed around a radially outer surface 48 of the intervein housing.
  • the electric machine 30 is arranged substantially flush with the radially outer surface 48 of the second casing, here of the inter-vein casing 23. The installation of the electric machines at this location makes it possible to save money. clutter.
  • the secondary flow of the secondary vein, in which the electrical machines extend allows them to be cooled.
  • electrical machine housings can be mounted directly to or away from the surface of the housings so as to allow air circulation.
  • the input wheel 35 meshes with the first output pinion 39 of the drive shaft 25, forming an angle transmission.
  • the input wheel 35 and the first output pinion 39 form a second power transmission bevel gear device 45 which is arranged between the high pressure shaft 14 and the drive shaft 25.
  • the cooperation between the input wheel 35 and the first output pinion 39 ensures, during a rotation of the high pressure shaft 14 along the longitudinal axis, also the rotation of the drive shaft 25 along its axis substantially radial. In this way, the rotation of the drive shaft generates the rotation of the power transmission shafts 36 of each electric machine 30, 30 'along their axes of rotation A.
  • the power transmission shafts 36 provide them with mechanical power during their rotations and which will be converted into electrical power. This additional electrical power will be available once the turbomachine has started, and in particular, during flight and in the landing phase.
  • the electrical energy can be stored advantageously in an energy storage element on board the airplane, such as a battery or at least one fuel cell.
  • the electrical machines and the storage element are electrically connected.
  • the turbomachine is also equipped with an electric motor which is intended to be supplied with electric current by each electric machine (in motor mode).
  • the electric motor and each electric machine 30, 30 ’ are electrically connected by electrical wiring.
  • This electric motor is arranged at the level of the fan casing and downstream of the electric machines.
  • the electrical power produced by the electric machines is sent to the drive shaft through the electric motor or alternatively through the battery or the fuel cell.
  • the electric power drives the drive shaft in rotation which in turn drives the motor shaft, here the high pressure shaft 14. This makes it possible to improve the performance of the engine, for example, and to reduce fuel consumption for supplying fuel. the combustion chamber.
  • the power transmission shafts 36 are inclined to each other (in a plane in which the axes A are defined). Each axis of rotation A forms an angle a (alpha) of approximately 45 ° with the axis of rotation B of the main shaft 50. This arrangement avoids oil lines which run through the secondary stream.
  • the first and second power transmission shafts 36 form substantially a V, with the apex of the V formed by the first toothed wheel 51.
  • the two electrical machines 30, 30 ' operate simultaneously and create redundancy so as to have more mechanical or electrical power. This makes it possible in particular to have a minimum of available power if one of the electrical machines is faulty.
  • the electric machines 30, 30 ' can operate independently of one another.
  • the axes of the first and second power transmission shafts 36 are defined in the same radial plane, perpendicular to the longitudinal axis.
  • the machine (s) is / are configured to inject mechanical power to the high pressure shaft by the electric motor which drives it in rotation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

L'invention concerne une turbomachine comprenant une soufflante, un premier carter d'axe longitudinal X dans lequel est entrainé en rotation un arbre moteur suivant l'axe longitudinal X, un deuxième carter (23) entourant et coaxial avec le premier carter, et un arbre d'entraînement relié à l'arbre moteur. Selon l'invention, l'arbre d'entraînement est relié d'autre part, à au moins deux machines électriques, via un dispositif de renvoi d'angle de transmission de puissance logé dans un boîtier (41), les machines électriques étant destinées à prélever ou injecter une puissance sur l'arbre moteur, et en ce que le boîtier (41) comprend une surface d'accouplement (42) à laquelle sont couplées les deux machines électriques.

Description

DESCRIPTION
TITRE : TURBOMACHINE EQUIPEE DE MACHINES ELECTRIQUES ACCOUPLEES A UNE SURFACE D’ACCOUPLEMENT
Domaine de l’invention
La présente invention est relative au domaine des turbomachines pour aéronefs, et notamment des turbomachines équipées de machines électriques.
Etat de la technique
L’art antérieur comprend les documents FR-A1 -3041052, US-A1 -2011/1544827, EP- A1 -3511549 et EP-A1 -2239440.
Une turbomachine d’aéronef telle qu’une turbomachine double flux comprend de manière générale une soufflante carénée disposée en entrée de la turbomachine et qui est entraînée en rotation par un arbre basse pression. Un réducteur peut être interposé entre la soufflante et l’arbre basse pression pour que la soufflante tourne à une vitesse inférieure à celle de l’arbre de basse pression. La réduction de la vitesse permet également d’augmenter la taille de la soufflante permettant alors d’atteindre des taux de dilution élevés.
Outre la propulsion de l’aéronef, la turbomachine assure la production de courant électrique à l’aide typiquement d’un alternateur à aimant permanent (généralement appelé PMA signifiant « Permanent Magnet Alternator ») d’un boîtier d’accessoires connu sous l’acronyme anglais AGB (pour Accessory Gear Box) pour alimenter différents équipements ou accessoires nécessaires au fonctionnement de la turbomachine ou de l’aéronef comme par exemple l’éclairage de la cabine de l’aéronef, l’opérabilité d’un système de conditionnement et de pressurisation d’air de la cabine de l’aéronef ou encore l’alimentation d’une pompe de lubrification d’organes tournants de la turbomachine.
Il est connu d’équiper le boîtier d’accessoires d’une machine électrique qui est un dispositif électromécanique basé sur l’électromagnétisme permettant la conversion d’énergie électrique par exemple en énergie mécanique (mode générateur) ou de manière réversible, permettant la production de l’électricité à partir d’une énergie mécanique (mode moteur). La machine électrique peut se comporter également en mode générateur comme en mode moteur.
Face au défi environnemental dans le domaine aéronautique et aux besoins de puissances électriques croissants concomitamment avec le nombre d’équipements et de nouvelles fonctions de l’aéronef, il est nécessaire de trouver et de compléter ces sources d’énergie; la question de l’hybridation de la turbomachine se pose donc.
L’agencement de la machine électrique au sein de l’AGB ne permet pas d’apporter un gain significatif de puissance électrique pour l’accroissement de la puissance électrique de l’ensemble des fonctions de l’aéronef et le rendement de la conversion de la puissance mécanique en puissance électrique n’est pas à son maximum. De plus, l’intégration de la machine électrique dans diverses zones de la turbomachine s’avère complexe et est contrainte par l’encombrement, la tenue en température de certains composants de la machine électrique, l’accessibilité, la performance de la turbomachine elle-même, etc.
Résumé de l’invention
La présente invention a notamment pour objectif de fournir une solution permettant l’intégration d’un ou de plusieurs équipements dans la turbomachine tout en évitant de pénaliser la masse de la turbomachine.
Nous parvenons à cet objectif, conformément à l’invention, grâce à une turbomachine comprenant une soufflante, un premier carter d’axe longitudinal X dans lequel est entraîné en rotation un arbre moteur suivant l’axe longitudinal X, un deuxième carter entourant et coaxial avec le premier carter, et un arbre d’entraînement relié à l’arbre moteur, l’arbre d’entraînement étant relié d’autre part, à au moins deux machines électriques, via un dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance logé dans un boîtier, les machines électriques étant destinées à prélever ou injecter une puissance sur l’arbre moteur, et en ce que le boîtier comprend une surface d’accouplement à laquelle sont couplées les deux machines électriques.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, la configuration d’un unique boîtier logeant le dispositif de renvoi d’angle de transmission mécanique et d’unique arbre d’entrainement, facilite l’intégration de plusieurs équipements tels que des machines électriques pour augmenter les puissances mécanique et électrique dans la turbomachine et permet un gain au niveau de l’encombrement axial. La surface d’accouplement facilite l’agencement des machines électriques par rapport au boîtier.
La turbomachine comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : le boîtier est formé d’un seul tenant avec le deuxième carter le boîtier est formé d’un seul tenant avec le premier carter le dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance comprend un arbre principal d’axe sensiblement parallèle à l’axe longitudinal et qui est destiné à entraîner des arbres de transmission de puissance des deux machines électriques. chaque machine électrique comprend un arbre de transmission de puissance qui traverse la surface d’accouplement, chaque arbre de transmission de puissance étant agencé perpendiculairement à la surface d’accouplement. les arbres de transmission de puissance des machines électriques sont agencés parallèlement l’un par rapport à l’autre. les arbres de transmission de puissance des machines électriques sont inclinés l’un par rapport à l’autre. l’arbre d’entraînement s’étend sensiblement radialement au moins en partie entre le premier carter et le deuxième carter. l’arbre d’entraînement est logé dans un l’élément structural qui est un bras de carter ou une aube de stator et qui s’étend au moins en partie entre le premier carter et le deuxième carter. l’arbre principal, logé dans le boîtier, comprend une première roue dentée engrenant avec un premier pignon d’entrée monté sur une première extrémité de l’arbre d’entraînement et une deuxième roue dentée destinée à s’engrener avec au moins deux roues de sortie qui sont portées respectivement par un arbre de transmission de puissance couplé à une machine électrique. la turbomachine comprend un troisième carter qui est coaxial et entoure le deuxième carter, le deuxième carter et le troisième carter délimitant au moins en partie une veine d’écoulement d’un flux d’air secondaire généré par la soufflante, et en ce que les machines électriques sont agencées dans la veine d’écoulement le boîtier est formé d’un seul tenant avec le troisième carter. l’arbre moteur comprend une roue d’entrée coaxiale à l’axe longitudinal X et coopérant avec un premier pignon de sortie monté à une deuxième extrémité de l’arbre d’entrainement. le premier carter et le deuxième carter délimitent au moins en partie une veine d’écoulement d’un flux d’air primaire généré par la soufflante. la soufflante est entraînée par l’arbre moteur par l’intermédiaire d’un réducteur de vitesse. les pignons et les roues sont coniques. chaque machine électrique comprend une enveloppe qui est fixée sur le premier carter, le deuxième carter ou le troisième carter. chaque machine électrique comprend un stator et un rotor, chaque rotor étant est couplé en rotation avec un arbre de transmission de puissance. l’arbre d’entraînement est enveloppé par un carter qui comprend une surface d’interface complémentaire d’une surface d’interface du boîtier, le carter comprenant un orifice coaxial avec une ouverture du boîtier, le premier pignon de sortie de l’arbre d’entraînement s’étend à l’extérieur du carter.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux figures suivantes annexées :
[Fig.1 ] La figure 1 est une vue schématique et en coupe axiale d’une turbomachine double flux selon l’invention ;
[Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique, partielle et de détails d’une transmission de puissance entre un arbre moteur de la turbomachine et un équipement de la turbomachine selon l’invention ;
[Fig. 3] La figure 3 est une vue schématique de l’agencement des machines électriques agencées parallèlement selon l’invention ;
[Fig. 4] La figure 4 est une vue en perspective de deux machines électriques couplées à un dispositif de renvoi d’angle de transmission mécanique monté dans un boîtier selon l’invention ;
[Fig. 5] La figure 5 est une vue en perspective de deux machines électriques montées dans une turbomachine selon l’invention ; et [Fig. 6] La figure 6 est un autre mode de réalisation d’un agencement de deux machines électriques inclinées l’une par rapport à l’autre selon l’invention.
Description détaillée de l’invention
La figure 1 montre une vue en coupe axiale d’une turbomachine 1 d’axe longitudinal X à laquelle s’applique l’invention. La turbomachine représentée est une turbomachine double flux et double corps destinée à être montée sur un aéronef. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce type de turbomachine.
Dans la présente demande, les termes « amont », « aval », « axial » et « axialement » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans la turbomachine et également suivant l’axe longitudinal (et même de gauche à droite sur la figure 1). Les termes « radial », « radialement », « interne » et « externe » sont également définis par rapport à un axe radial Z qui est perpendiculaire à l’axe X de la turbomachine.
Cette turbomachine 1 à double flux et double corps comprend une soufflante 2 qui est montée en amont d’un générateur de gaz ou moteur de turbine à gaz 3. La soufflante 2 comprend une pluralité d’aubes de soufflante 4 qui s’étendent radialement depuis la périphérie d’un disque 5 traversé par un arbre de soufflante 6.
La turbomachine comprend un arbre moteur qui s’étend suivant l’axe longitudinal dans un premier carter. Un deuxième carter est monté autour et coaxial avec le premier carter. Un troisième carter est monté autour et coaxial avec le deuxième carter. Le troisième carter est également coaxial au premier carter.
Le générateur de gaz 3 comprend d’amont en aval et suivant une représentation schématique, un compresseur basse pression (BP) 9, un compresseur haute pression (HP) 10, une chambre de combustion 11 , une turbine haute pression 12 et une turbine basse pression 13. Le compresseur HP 10 est relié à la turbine HP via un arbre HP 14 centré sur l’axe longitudinal pour former un premier corps dit haute pression. Le compresseur BP est relié à la turbine BP via un arbre BP 15 centré sur l’axe longitudinal pour former un deuxième corps dit basse pression. L’arbre BP 15 s’étend à l’intérieur de l’arbre HP 14. L’arbre HP 14, qui est un premier arbre moteur, est entraîné en rotation suivant l’axe longitudinal dans le premier carter (dénommé carter interne 16).
La soufflante 2 est entourée du troisième carter (dénommé carter de soufflante 7) qui est coaxial avec le carter interne 16. Le carter de soufflante 7 est porté par une nacelle 8 qui s’étend autour du générateur de gaz 3 et suivant l’axe longitudinal X. L’arbre de soufflante 6 est relié à un deuxième arbre moteur qui l’entraîne en rotation autour de l’axe longitudinal X.
Un flux d’air F qui entre dans la turbomachine via la soufflante 2 est divisé par un bec de séparation 17 de la turbomachine en un flux d’air primaire F1 qui traverse le générateur de gaz 3 et en particulier dans une veine primaire 18, et en un flux d’air secondaire F2 qui circule autour du générateur de gaz 3 dans une veine secondaire 19. La veine primaire 18 et la veine secondaire 19 sont coaxiales. Le flux d’air secondaire F2 est éjecté par une tuyère secondaire 20 terminant la nacelle 8 alors que le flux d’air primaire F1 est éjecté à l’extérieur de la turbomachine via une tuyère d’éjection 21 située en aval du générateur de gaz. Les flux d’air primaire et secondaire se rejoignent en sortie de leurs tuyères respectives.
La veine primaire 18 est délimitée au moins en partie, radialement, par le premier carter (carter interne 16) et le deuxième carter. La veine secondaire 19 est quant à elle délimitée au moins en partie, radialement, par le deuxième carter et le troisième carter (carter de soufflante 7 avec la nacelle 8). Un carter d’entrée 22 porte le bec de séparation 15 en amont et est prolongé en aval par un carter inter-veine 23 qui porte la tuyère d’éjection 21 . Le carter inter-veine 23 est ici le deuxième carter.
Des aubes de stator, directrices de sortie (connues sous l’acronyme OGV) (non représentées) qui relient structurellement le carter d’entrée 22 au carter de soufflante 7, s’entendent sensiblement radialement dans le flux d’air secondaire et autour de l’axe longitudinal X.
Dans le présent exemple, le deuxième arbre moteur est l’arbre BP 15. Un mécanisme de transmission de puissance peut être intercalé entre l’arbre de soufflante 6 et l’arbre BP 15. Le mécanisme de transmission de puissance permet de réduire la vitesse de la soufflante 2 à une vitesse inférieure à celle de l’arbre BP 15. D’autre part, le mécanisme de transmission de puissance permet l’agencement d’une soufflante avec un diamètre important de manière à augmenter le taux de dilution. Le taux de dilution de la soufflante est avantageusement supérieur à 10. Préférentiellement, le taux de dilution est compris entre 15 et 20.
En référence à la figure 1 , le mécanisme de transmission de puissance comprend un réducteur 24 qui est ici un réducteur de vitesse à train planétaire. Bien entendu un réducteur de vitesse à train épicycloïdal est envisageable. Le réducteur est logé dans une enceinte de lubrification agencée en amont du générateur de gaz 3 et le carter interne 16 annulaire. Le train d’engrenage du réducteur de vitesse 24 comprend typiquement un solaire (ou planétaire interne) (non représenté), une pluralité de satellites (non représenté), un porte-satellites (non représenté), et une couronne (planétaire externe) (non représentée). Le solaire est centré sur l’axe longitudinal X et est couplé en rotation avec l’arbre BP suivant l’axe longitudinal X. Les satellites sont portés par le porte-satellites et sont chacun guidés en rotation autour d’un axe de satellite, ici, parallèle à l’axe longitudinal X. Chaque satellite engrène avec des dentures externes du solaire et des dentures internes de la couronne. Dans le cas d’un train planétaire, le porte-satellites est bloqué en rotation et est solidaire d’un carter de stator de la turbomachine, et la couronne, centrée sur l’axe longitudinal X, entoure le solaire et est couplée en rotation avec l’arbre de soufflante. A l’inverse, dans le cas du train épicycloïdal, le porte-satellites est couplé en rotation avec l’arbre de soufflante et la couronne qui est fixe en rotation, est solidaire d’un carter de stator de la turbomachine.
La turbomachine comprend un arbre d’entrainement 25 qui est relié d’une part, à l’arbre haute pression 14 et d’autre part, à au moins un équipement ou un accessoire de la turbomachine. L’équipement est destiné à prélever ou injecter une puissance (mécanique ou électrique) sur l’arbre moteur (l’arbre haute pression). L’équipement comprend au moins un organe qui est entraîné en rotation par l’arbre haute pression 14 via l’arbre d’entrainement. L’arbre d’entraînement 25 s’étend sensiblement radialement (avec un angle incliné entre 5° et 25° par rapport à l’axe radial par exemple) ou radialement. Celui-ci traverse également un élément structural qui s’étend sensiblement radialement au moins en partie entre le carter interne 16 et le carter de soufflante 7 et/ou la nacelle 8. Dans le présent exemple, l’élément structural est un bras de carter 26 qui relie structurellement le carter interne 16 au carter de soufflante 7. De manière alternative, l’élément structural est une aube de stator (OGV). Dans cette éventualité, l’aube de stator serait montée à la place du bras 26 ou à proximité axialement de celui-ci.
En référence aux figures 3 à 6, il y a deux machine électriques 30, 30’.
Chaque machine électrique 30, 30’ comprend un rotor et un stator de manière à bénéficier d’une puissance électrique supplémentaire dans la turbomachine, pour alimenter divers organes de la turbomachine et/ou de l’aéronef. Chaque machine électrique 30, 30’ fonctionne avantageusement, mais non limitativement, en tant que générateur, c’est-à-dire que celle-ci permet la conversion d’énergie mécanique en énergie électrique. En particulier, celle-ci prélève de la puissance mécanique pour la transformer en énergie électrique. Chaque machine électrique 30, 30’ peut bien entendu fonctionner en mode moteur de manière à convertir de l’énergie électrique en énergie mécanique. L’énergie mécanique générée est injectée dans la turbomachine. Dans le présent exemple, la machine électrique est réversible, c’est- à-dire que celle-ci fonctionne en mode générateur et moteur.
Comme nous pouvons le voir précisément sur les figures 1 à 3, une roue d’entrée 35 est portée par l’arbre haute pression 14. Cette roue d’entrée 35 est centrée sur l’axe longitudinal et porte sur sa surface radialement externe une série de dents. La roue d’entrée 35 est avantageusement conique. Le réducteur de vitesse 24 est agencé en amont de cette roue d’entrée 35.
Chaque machine électrique 30, 30’ est couplée à un arbre de transmission de puissance 36 qui présente un axe de rotation A. Chaque arbre de transmission de puissance 36 comprend à une extrémité une roue de sortie 37. La roue de sortie 37 est centrée sur l’axe de rotation A et est dentée. Chaque roue de sortie 37 est également conique.
L’arbre d’entrainement 25, sensiblement radial, comprend une première extrémité qui porte un premier pignon d’entrée 38 et une deuxième extrémité qui porte un premier pignon de sortie 39. Ces pignons 38, 39 sont pourvus de dents et sont coniques. Chaque roue de sortie 37 de l’arbre de transmission de puissance 36 engrène avec le premier pignon d’entrée 38 de l’arbre d’entraînement 25 via au moins un arbre principal 50. Cet arbre principal 50 s’étend suivant un axe de rotation B. L’arbre principal 50 comprend également une première roue dentée 51 et une deuxième roue dentée 52.
Plus précisément, le premier pignon d’entrée 38 engrène avec la première roue dentée 51 en formant un renvoi d’angle. Le renvoi d’angle permet de transmettre un mouvement de rotation entre deux arbres qui ne sont pas parallèles.
La deuxième roue dentée 52 engrène avec chaque roue de sortie 37 des arbres de transmission de puissance 36.
La roue de sortie 37 de chaque arbre de transmission de puissance 36, le premier pignon d’entrée 38 de l’arbre d’entrainement 25 et l’arbre principal 50 (avec ses première et deuxième roues dentées 51 , 52) forment un premier dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance 40. Ce dernier est disposé cinématiquement entre l’arbre d’entraînement 25 et les machines électriques 30, 30’.
Suivant l’exemple de la figure 1 , le premier dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance 40 est logé dans un boîtier ou carter de transmission 41 (cf. figure 4) qui enveloppe et supporte les engrenages (formés des pignons et roues). En d’autres termes, le boîtier 41 est creux. Un seul (unique) boîtier est prévu ici pour l’accouplement des machines électriques. L’arbre principal est logé dans ce boîtier.
Le boîtier 41 est monobloc avec le carter de soufflante 7 (troisième carter). De manière avantageuse, le boîtier 41 est formé d’un seul tenant (soit venu de matière) avec le carter de soufflante. De manière alternative, le boîtier 41 est fixé sur le carter de soufflante au moyen d’une soudure, d’éléments filetés (brides vissées, etc.), de bielles ou tout autre moyen de fixation. Suivant une autre alternative, le boîtier 41 est monobloc avec la nacelle 8.
Suivant un autre mode de réalisation représenté sur la figure 5, le boîtier 41 qui enveloppe et supporte les engrenages (formés des pignons et roues) est monobloc avec le carter inter-veine 23 (deuxième carter). De manière avantageuse, le boîtier 41 est formé d’un seul tenant (soit venu de matière) avec le carter interne 23. Le boîtier peut être en saillie radialement vers l’extérieur depuis une surface radialement externe 48 du carter inter-veine. De manière alternative, le boîtier 41 est fixé sur le carter inter-veine au moyen d’une soudure, d’éléments filetés (brides vissées, etc.), de bielles ou tout autre moyen de fixation. Dans ce cas de figure, l’arbre d’entraînement 25 s’étend sensiblement radialement entre le carter interne 16 et le carter inter-veine 23.
Suivant encore un autre mode de réalisation non représenté, le boîtier 41 est monobloc avec le carter interne 16. Le boîtier 41 est en particulier venu de matière avec une paroi du carter interne. Le boîtier peut s’étendre en saillie depuis une surface radialement externe ou interne de la paroi du carter interne 16. De manière alternative, le boîtier 41 est fixé sur le carter interne au moyen d’une soudure, d’éléments filetés (brides vissées, etc.), de bielles ou tout autre moyen de fixation. Dans ce cas de figure, l’arbre d’entraînement s’étend sensiblement radialement à l’intérieur du carter interne 16.
Ces configurations (boîtier monobloc avec le carter inter ou avec le carter inter-veine) permet que la machine électrique soit placée au plus de la « zone core » de la turbomachine et en étant sensiblement parallèle à l’axe de la turbomachine. La « zone core » est située dans le carter interne 16 ou dans le carter inter-veine 23 (soit entre la veine primaire 18 et la veine secondaire 19). De plus, la zone core est une zone feu (autour de la chambre de combustion).
Le boîtier est réalisé dans un matériau métallique. Le boîtier 41 est réalisé dans un matériau métallique ou un alliage métallique. De manière avantageuse, mais non limitativement, le matériau ou l’alliage métallique comprend de l’acier, de l’aluminium, du magnésium, du titane ou encore un alliage métallique.
Le boîtier peut être réalisé par un procédé de fabrication additive, par fonderie ou encore par usinage.
Avantageusement, le stator de chaque machine électrique 30, 30’ est fixé sur un élément fixe et le rotor est lié à la chaîne cinématique. En particulier, chaque stator est fixé au boîtier 41. Celui-ci est par exemple monté sur la paroi interne du boîtier. De manière alternative chaque stator est monté sur la paroi interne d’une enveloppe 46 de la machine électrique 30, laquelle enveloppe est fixe et aussi fixée au boîtier 41. L’enveloppe 46 de chaque machine électrique 30 peut être, selon les modes de réalisation décrits ci-dessus, fixée sur le carter interne 16, le carter interne-veine 23 ou le carter de soufflante 7. Quant au rotor de la machine électrique 30, celui-ci est couplé en rotation avec l’arbre de transmission de puissance 36.
Sur les figures 4 et 5, le boîtier 41 comprend une surface d’accouplement 42 qui est définie dans un plan qui est perpendiculaire à l’axe de rotation de l’arbre principal 50. Le plan est sensiblement radial. Cette surface d’accouplement 42 en particulier globalement plane. Par « globalement plane », nous entendons que la surface est plane ou est incurvée avec un faible rayon de courbure. La surface d’accouplement 42 est pourvue des orifices traversants 43. Chaque arbre de transmission de puissance 36, couplé à une machine électrique 30, 30’ s’étend depuis la surface d’accouplement 42, en traversant un orifice traversant 43. L’arbre de transmission de puissance 36 de chaque machine électrique s’étend au moins en partie dans le boîtier 41.
Comme cela est représenté sur la figure 4, l’arbre d’entraînement 25 est également logé dans un carter 47 qui est fixé au boîtier 41 via des organes de fixation. Les organes de fixation comprennent par exemple des vis, écrous, goujons ou tout élément permettant un montage et un démontage rapides et sans destructions des boîtiers et carters. En particulier, le boîtier 41 comprend une surface d’interface qui est définie dans un plan perpendiculaire à l’arbre d’entraînement 25. Une ouverture est définie dans cette surface d’interface et depuis laquelle s’élève l’arbre d’entraînement 25. Ce dernier est logé au moins en partie dans le boîtier 41 . L’arbre d’entraînement 25 est enveloppé par le carter 47 qui est creux également. L’arbre d’entrainement 25 traverse le carter 47. Le carter 47 comprend également une surface d’interface complémentaire de la surface d’interface du boîtier et un orifice coaxial avec l’ouverture du boîtier 41. Le premier pignon de sortie 39 s’étend à l’extérieur du carter 47.
Dans les exemples des figures 2 à 5, les axes de rotation A des arbres de transmission de puissance 36 sont parallèles à l’axe longitudinal X. Les arbres de rotation A sont également parallèles entre eux. Les axes sont également définis dans un même plan.
Suivant un exemple de réalisation, tel que représenté sur la figure 1 , chaque machine électrique 30 est agencée radialement à l’extérieur du carter de soufflante 7. Avantageusement, celle-ci est installée dans la nacelle 8. Cette dernière offre plus de latitude pour l’intégration de la ou les machines électriques car celle-ci est moins encombrée par des équipements que dans d’autres parties de la turbomachine.
Dans un autre mode de réalisation tel que celui de la figure 5, chaque machine électrique 30, 30’ est agencée dans la veine d’écoulement 19 du flux d’air secondaire. Les machines électriques sont logées autour d’une surface radialement externe 48 du carter inter-veine. De manière avantageuse, mais non limitativement, la machine électrique 30 est disposée de manière sensiblement affleurante avec la surface radialement externe 48 du deuxième carter, ici du carter inter-veine 23. L’installation des machines électriques à cet endroit permet un gain d’encombrement. De plus, le flux secondaire de la veine secondaire, dans laquelle s’étendent les machines électriques, permet de les refroidir.
Par le sensiblement affleurant, nous entendons que les enveloppes de machines électriques peuvent être montées directement sur la surface des carters ou être à distance de celle-ci de sorte à permettre une circulation d’air.
Par ailleurs, la roue d’entrée 35 engrène avec le premier pignon de sortie 39 de l’arbre d’entraînement 25 en formant un renvoi d’angle. En particulier, la roue d’entrée 35 et le premier pignon de sortie 39 forment un deuxième dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance 45 qui est disposé entre l’arbre haute pression 14 et l’arbre d’entrainement 25. La coopération entre la roue d’entrée 35 et le premier pignon de sortie 39 assure, lors d’une rotation de l’arbre haute pression 14 suivant l’axe longitudinal, la rotation également de l’arbre d’entraînement 25 suivant son axe sensiblement radial. De la sorte, la rotation de l’arbre d’entraînement engendre la rotation des arbres de transmission de puissance 36 de chaque machine électrique 30, 30’ suivant leurs axes de rotation A. Ainsi, dans le cas d’un fonctionnement moteur des machines électriques, les arbres de transmission de puissance 36 leur fournissent la puissance mécanique lors de leurs rotations et qui sera convertie en puissance électrique. Cette puissance électrique supplémentaire sera disponible une fois que la turbomachine a démarré, et en particulier, pendant le vol et en phase d’atterrissage. L’énergie électrique peut être stockée avantageusement dans un élément de stockage d’énergie embarquée dans l’avion, tel qu’une batterie ou au moins une pile à combustible. Les machines électriques et l’élément de stockage sont reliés électriquement.
La turbomachine est également équipée d’un moteur électrique qui est destiné à être alimenté en courant électrique par chaque machine électrique (en mode moteur). A cet effet, le moteur électrique et chaque machine électrique 30, 30’ sont reliés électriquement par un câblage électrique. Ce moteur électrique est agencé au niveau du carter de soufflante et en aval des machines électriques. Dans le cas d’injection de puissance sur un des arbres moteurs, la puissance électrique produite par les machines électriques est envoyée à l’arbre moteur par l’intermédiaire du moteur électrique ou alternativement par la batterie ou la pile à combustible. La puissance électrique entraîne en rotation l’arbre d’entraînement qui entraîne à son tour l’arbre moteur, ici l’arbre haute pression 14. Cela permet d’améliorer les performances du moteur par exemple et de réduire la consommation de carburant pour alimenter la chambre de combustion.
Dans un autre mode de réalisation illustré sur la figure 6, les arbres de transmission de puissance 36 sont inclinés entre eux (dans un plan dans lequel sont définis les axes A). Chaque axe de rotation A forme un angle a (alpha) d’environ 45° avec l’axe de rotation B de l’arbre principal 50. Cet agencement permet d’éviter des canalisations d’huile qui cheminent dans la veine secondaire. Les premier et deuxième arbres de transmission de puissance 36 forment sensiblement un V, avec le sommet du V formé par la première roue dentée 51 .
Les deux machines électriques 30, 30’ fonctionnent simultanément et créent une redondance de sorte à avoir plus de puissance mécanique ou électrique. Cela permet en particulier d’avoir un minimum de puissance disponible si une des machines électriques est défaillante. Suivant un exemple de réalisation, les machines électriques 30, 30’ peuvent fonctionner indépendamment l’une de l’autre. Les axes des premier et deuxième arbres de transmission de puissance 36 sont définis dans un même plan radial, perpendiculaire à l’axe longitudinal. La ou les machines est/sont configurée(s) pour injecter de la puissance mécanique à l’arbre haute pression par le moteur électrique qui l’entraîne en rotation.

Claims

REVENDICATIONS
1 . T urbomachine (1 ) comprenant une soufflante (2), un premier carter (16) d’axe longitudinal X dans lequel est entraîné en rotation un arbre moteur (14, 15) suivant l’axe longitudinal X, un deuxième carter (23) entourant et coaxial avec le premier carter (16), et un arbre d’entraînement (25) relié d’une part, à l’arbre moteur (14, 15) et d’autre part, à au moins deux machines électriques (30, 30’), via un dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance (40) logé dans un boîtier (41), les machines électriques (30, 30’) étant destinées à prélever ou injecter une puissance sur l’arbre moteur (14, 15), le dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance (40) comprenant un arbre principal (50) d’axe sensiblement parallèle à l’axe longitudinal et qui est destiné à entraîner des arbres de transmission de puissance (36) des deux machines électriques (30, 30’), le boîtier (41 ) comprenant une surface d’accouplement (42) à laquelle sont couplées les deux machines électriques, caractérisé en ce que l’arbre principal (50), logé dans le boîtier (41 ), comprend une première roue dentée (51 ) engrenant avec un premier pignon d’entrée (38) monté sur une première extrémité de l’arbre d’entraînement (25) et une deuxième roue dentée (52) destinée à s’engrener avec au moins deux roues de sortie (37) qui sont portées respectivement par un arbre de transmission de puissance (36) couplé à une machine électrique (30, 30’).
2. Turbomachine (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le boîtier (41 ) est formé d’un seul tenant avec le deuxième carter (23).
3. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque machine électrique (30, 30’) comprend un arbre de transmission de puissance (36) qui traverse la surface d’accouplement (42), chaque arbre de transmission de puissance (36) étant agencé perpendiculairement à la surface d’accouplement (42).
4. Turbomachine (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les arbres de transmission de puissance (36) des machines électriques (30, 30’) sont agencés parallèlement l’un par rapport à l’autre.
5. Turbomachine (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les arbres de transmission de puissance (36) des machines électriques (30, 30’) sont inclinés l’un par rapport à l’autre.
6. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’arbre d’entraînement (25) s’étend sensiblement radialement au moins en partie entre le premier carter (16) et le deuxième carter (23).
7. Turbomachine (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’arbre d’entraînement (25) est logé dans un l’élément structural qui est un bras de carter ou une aube de stator et qui s’étend au moins en partie entre le premier carter (16) et le deuxième carter (23).
8. Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’arbre moteur (14, 15) comprend une roue d’entrée (35) coaxiale à l’axe longitudinal X et coopérant avec un premier pignon de sortie (39) monté à une deuxième extrémité de l’arbre d’entrainement (25).
9. Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que qu’elle comprend un troisième carter (7) qui est coaxial et entoure le deuxième carter (23), le deuxième carter (23) et le troisième carter (7) délimitant au moins en partie une veine d’écoulement (19) d’un flux d’air secondaire généré par la soufflante (2), et en ce que les machines électriques (30, 30’) sont agencées dans la veine d’écoulement (19).
10. Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque machine électrique (30, 30’) comprend une enveloppe qui est fixée sur le premier carter, le deuxième carter ou le troisième carter.
11. Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque machine électrique (30, 30’) comprend un stator et un rotor, chaque rotor étant est couplé en rotation avec un arbre de transmission de puissance (36).
12. Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’arbre d’entraînement (25) est enveloppé par un carter (47) qui comprend une surface d’interface complémentaire d’une surface d’interface du boîtier, le carter comprenant un orifice coaxial avec une ouverture du boîtier (41 ), le premier pignon de sortie (39) de l’arbre d’entraînement (25) s’étendant à l’extérieur du carter (47).
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