EP4289053A1 - Systeme d'alimentation electrique d'un actionneur d'aeronef - Google Patents

Systeme d'alimentation electrique d'un actionneur d'aeronef

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EP4289053A1
EP4289053A1 EP22707351.7A EP22707351A EP4289053A1 EP 4289053 A1 EP4289053 A1 EP 4289053A1 EP 22707351 A EP22707351 A EP 22707351A EP 4289053 A1 EP4289053 A1 EP 4289053A1
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EP
European Patent Office
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conversion device
motor
voltage
architecture according
supercapacitor
Prior art date
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Pending
Application number
EP22707351.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Louis GRIMAUD
Didier MORONI
Mehdi Besseghair
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Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Safran Electronics and Defense SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Electronics and Defense SAS filed Critical Safran Electronics and Defense SAS
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Definitions

  • the present invention relates to the field of aeronautics and more particularly to the electrical actuation of aircraft equipment including mobile equipment such as: a landing gear, a wheel brake of the landing gear, a thrust reverser, a moving flight surface primary or secondary control such as an aileron or a flap...
  • mobile equipment such as: a landing gear, a wheel brake of the landing gear, a thrust reverser, a moving flight surface primary or secondary control such as an aileron or a flap...
  • Aircraft often include at least a single-phase electrical network and a three-phase electrical network.
  • the single-phase electrical network is considered insufficiently powerful to power moving aircraft equipment, such as flight surfaces, thrust reversers, brakes, and landing gear.
  • the three-phase electrical network is therefore used for the actuation of mobile equipment by supplying the necessary power to the electromechanical actuators used to move the mobile equipment between their various service positions.
  • the architecture of the supply system for these actuators generally comprises a supply line connecting the motors of the actuators to the three-phase electrical network.
  • the supply line usually includes:
  • the power requirements are in the form of peaks as can be seen in FIG. 1 which represents the power consumed as a function of time for an aileron actuator.
  • the power required at the time of power peaks is supplied by the three-phase network so that all the components of the power supply system must be dimensioned to absorb these power peaks. This results in a relatively high weight which is very penalizing for aeronautical applications.
  • the object of the invention is in particular to enable the supply of aircraft actuators by limiting the weight on board.
  • an architecture according to claim 1 is provided.
  • the supercapacitor that provides most of the power needed by the motor during power peaks and the network is only used to supplement it if necessary or to maintain the charge of the supercapacitor or to the power supply. of the engine excluding power peaks.
  • the supercapacitor is recharged by the engine in generator mode, when aerodynamic forces are exerted on the mobile equipment associated with the actuator and the downstream conversion device allows to regulate the voltage and the current, on the one hand, at the terminals of the motor when the latter operates in motor mode and, on the other hand, at the terminals of the supercapacitor when the motor operates in generator mode. It is therefore not necessary to dimension the whole of the architecture according to the power peaks but only the part located downstream of the supercapacitor. This results in a gain in weight and, consequently, a reduction in the fuel consumption generated by the propulsion of the aircraft.
  • the invention also relates to an aircraft comprising a three-phase on-board electrical network and a single-phase on-board electrical network, the latter forming part of an actuator power supply architecture such as that mentioned above.
  • FIG. 1 represents the power consumed as a function of time for an aileron actuator
  • FIG. 2 represents the power to be supplied and the power restored as a function of time for a thrust reverser actuator
  • FIG. 3 is a schematic view of the system for actuating aircraft equipment, according to a first embodiment of the invention, with a single-phase direct voltage on-board network and an internal high voltage bus;
  • FIG. 4 is a schematic view of the downstream conversion device of the actuation system according to the first embodiment of the invention;
  • FIG. 5 is a schematic view of the actuation system according to a second embodiment of the invention, the downstream conversion device having a structure different from that of FIG. 4;
  • FIG. 6 is a schematic view of the actuation system according to a third embodiment of the invention, with a single-phase DC voltage on-board network, the downstream conversion device of the second embodiment and an internal low-voltage bus ;
  • FIG. 7 is a schematic view of the actuation system according to a fourth embodiment identical to the third embodiment except that the upstream conversion device is reversible;
  • FIG. 8 is a schematic view of the system for actuating aircraft equipment, according to a fifth embodiment of the invention, for a single-phase alternating voltage on-board network;
  • Figure 9 is a schematic view of an aircraft according to
  • the invention is described here in application to an aircraft A comprising two on-board electrical networks, namely a three-phase electrical network El and a single-phase electrical network E2.
  • the three-phase electric network El is for example subjected to an alternating voltage of 115V or 230V and the single-phase electric network E2 is for example subjected to a direct voltage of 28V or 115V according to the embodiments envisaged.
  • the aircraft A comprises mobile equipment including mobile flight surfaces V (primary control) and thrust reversers T. Mobile devices are moved between their different service positions by electromechanical actuators 1.
  • the aircraft A is provided with an architecture for supplying the electromechanical actuators, an architecture of which the single-phase electrical network E2 forms part.
  • the power supply architecture comprises at least one power supply line, generally designated at 100, connecting the single-phase electrical network E2 to an electric motor 2 of each of the actuators 1.
  • the circuit of the motor 2 of each actuator 1 is arranged to have a motor operating mode in which motor 1 transforms the electrical energy which supplies it into mechanical energy moving the mobile equipment and a generator operating mode in which motor 1 transforms the mechanical energy which is transmitted to it by the mobile equipment into electrical energy.
  • the invention is described here in application to the supply of a single motor; it goes without saying, however, that the supply architecture can be adapted to supply several motors. Such is for example the case when the mobile equipment is moved by several actuators each comprising a motor or several motors of a single actuator.
  • the power supply architecture preferably comprises as many power supply lines as there are a set of actuators acting on the same equipment.
  • the supply line 100 successively comprises an upstream conversion device 110, an energy storage device 120 connected by an internal bus to the upstream conversion device 110, and a downstream conversion device 130 connected by an internal bus to the energy storage 120 and to the engine.
  • the energy storage device 120 comprises supercapacitors 121 and an electronic circuit 122 for managing the operation of the supercapacitors 121.
  • the electronic circuit 122 is known in itself and monitors the charging and discharging of the supercapacitors 121 by ensuring the balancing of the charge levels between them.
  • conversion device any electric/electronic circuit making it possible to transform an input voltage into one or more output voltages.
  • the upstream conversion device 110 is arranged to convert the voltage of the single-phase electrical network E2 into a first internal bus voltage to supply the supercapacitors 121 and the upstream conversion device excluding power peak, the first bus voltage internal being single-phase and continuous.
  • the upstream conversion device 110 is dimensioned to compensate for a loss of energy from the supercapacitors 121 due to leakage currents and to supply additional energy to the downstream conversion device 130 during energy peaks.
  • the downstream conversion device 130 is reversible to provide voltage conversion both when motor 2 is in motor operating mode and when motor 2 is in generator operating mode.
  • the downstream conversion device 130 is arranged to selectively have a voltage step-down function and a voltage booster function regardless of the operating mode of the motor 2 so that the supercapacitors 121 can power the motor 2 in motor operating mode and be recharged by the engine 2 in generator operating mode.
  • the downstream conversion device 130 is thus arranged to, on the one hand, convert the first internal bus voltage into an alternating three-phase supply voltage of the windings of the motor 2 to drive the motor in motor mode and, on the other part , convert an alternating three-phase voltage supplied by the motor into the operating mode generator to a voltage suitable for recharging supercapacitors 121 .
  • downstream conversion device 130 must make it possible to regulate the input and output voltage whatever the operating mode considered: this is particularly advantageous in generator operating mode because it is then possible to lower the voltage. to prevent an overvoltage beyond the maximum voltage acceptable by the supercapacitors 121 or, on the contrary, to increase the voltage to accelerate the charging of the supercapacitors 121 (while remaining below the maximum voltage acceptable by the supercapacitors 121) .
  • the single-phase electrical network E2 supplies a low direct voltage of 28V and the first internal bus voltage is a high direct voltage equal to 270V.
  • the upstream conversion device 110 is here a step-up DC/DC converter which is sized to convert the single-phase DC voltage of 28V into the single-phase DC voltage of 270V and which is connected to the energy storage device 120 by a internal bus to the first internal bus voltage.
  • the downstream conversion device 130 comprises a Buck-boost and more precisely Y-Buck-boost topology inverter as represented in FIG.
  • This inverter comprises for each phase of motor 2 a first bridge of transistors T1 and T2 (Buck bridge) having a midpoint connected via an inductor to a midpoint of a second bridge of transistors T3 and T4 (Boost bridge) in parallel with which a capacitor is mounted.
  • the inverter is controlled in a manner known per se and for example by implementing the control method described in the document FR-A-3066660.
  • the downstream conversion device 130 comprises a DC/DC converter 131 and a step-down inverter voltage 132 both replacing the Buck-Boost type inverter of Figure 4.
  • the DC/DC converter 131 is arranged to be a voltage booster, reversible and isolated, and is connected to the energy storage device 121 by an internal bus at the first internal bus voltage, here 270V DC.
  • the DC/DC converter makes it possible to regulate the voltage at the terminals of the supercapacitors 121 .
  • the DC/DC converter 131 is here of the “Dual Active Bridge” type.
  • Step-down inverter 132 is reversible and is connected to motor 2 .
  • the DC/DC converter 131 and the step-down inverter 132 are interconnected by an internal bus isolated from the first internal bus voltage, ie here 270V DC.
  • the upstream conversion device 110 is, as before, a step-up DC/DC converter which is sized to convert the single-phase DC voltage of 28V into the single-phase DC voltage of 270V and which is connected to the energy storage device 120 by an internal bus to the first internal bus voltage.
  • the voltage applied to the supercapacitors 121 is regulated so as not to exceed the maximum voltages and currents supported by the supercapacitors 121;
  • the allowable variation in voltage on the internal bus is greatly increased (within the limit of acceptable currents) for the same amplitude of the voltages of the phases of motor 2 in order to reach the speed range sought for the motor.
  • the third embodiment of Figure 6 is identical to the second embodiment except in that the energy storage device 120 is connected to the upstream conversion device 110 by an internal bus at a first relatively low voltage, here being 28V continuously and to the downstream conversion device 130 by an internal bus at the first voltage, i.e. 28V continuous.
  • the conversion device 110 and the DC/DC converter 131 are adapted to these voltage values.
  • the DC/DC converter 131 is arranged to be a voltage booster, reversible and isolated, and is connected to the energy storage device 121 by an internal bus at the first internal bus voltage, here 270V DC.
  • the DC/DC converter 131 is arranged to greatly raise the voltage to supply the inverter 132 in motor mode and to regulate the voltage across the terminals of the supercapacitors 121 in generator mode.
  • the DC/DC converter 131 is here of the “Dual Active Bridge” type.
  • the galvanic isolation of the DC/DC converter 131 makes it possible to provide a barrier between the supercapacitors 121 and the motor 2 to avoid an uncontrolled supply of energy to the motor 2 . It also makes it possible to generate a very low DC voltage on the inverter 132 to verify its operability before it is used (“power built in test/in flight test”).
  • the upstream conversion device 110 is connected to the energy storage device 120 by an internal bus at a first relatively low voltage, here being 28 V continuously and is arranged to be reversible and have a voltage step-down function and a voltage step-up function to authorize distribution of energy from the supercapacitors 121 to the single-phase electrical network E2.
  • the downstream conversion device 130 includes a DC/DC converter 131 and a step-down inverter 132.
  • the DC/DC converter 131 is arranged to be a voltage booster, reversible and isolated, and is connected to the energy storage device 121 by an internal bus at the first internal bus voltage, here being 28V DC.
  • the step-down inverter 132 is reversible and is, on the one hand, connected to the motor 2 and, on the other hand, connected to the DC/DC converter 131 by an isolated internal bus at a second relatively high internal bus voltage either here 270V continuously.
  • the single-phase electrical network E2 delivers an alternating voltage of 115V and the upstream conversion device 110' comprises a half-wave passive rectifier or a power factor correction rectifier.
  • the rest of the supply line 100 is identical to that of Figure 3.
  • the supercapacitors 121, the circuit 122 for managing the operation of the supercapacitors 121, the upstream conversion device 110, 110' and at least part of the downstream conversion device 130 are part of the same electronic device incorporating at least one processor.
  • the actuation sequence comprises:
  • the supercapacitors 121 are sized so as not to be fully charged during the flight time of the aircraft, the complete recharging of the supercapacitors being ensured during the second driving phase. This is valid for any application implementing an actuation sequence beginning with a generating or driving phase of relatively low power followed by a generating phase.
  • an energy dissipation resistor connected to the downstream conversion device will preferably be provided to dissipate the energy produced when the motor is in generator operating mode and that the supercapacitors are saturated.
  • the power supply architecture may have a different structure from that described.
  • the downstream conversion device may comprise a converter having a Boost, Buck-boost, Cuk, etc. topology.
  • the invention is applicable to all types of equipment, the electrical actuation of aircraft equipment and in particular mobile equipment such as: a landing gear, a landing gear wheel brake, a thrust reverser, a mobile flight surface of primary or secondary control such as an aileron or a flap...

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Abstract

Architecture d'alimentation d'actionneurs d'aéronef, comprenant un réseau électrique de bord, monophasé, relié par une ligne d'alimentation à un moteur électrique d'au moins un actionneur, la ligne d'alimentation comprenant successivement un dispositif de conversion amont pour convertir la tension du réseau électrique de bord en une tension adaptée à la ligne d'alimentation en aval, au moins un supercondensateur associé à un circuit électronique de gestion du fonctionnement du supercondensateur, et un dispositif de conversion aval destiné à être raccordé au moteur; le dispositif de conversion aval étant réversible pour assurer une conversion de tension à la fois lorsque le moteur est en mode de fonctionnement moteur et lorsque le moteur est en mode de fonctionnement générateur, le dispositif de conversion aval étant agencé pour avoir sélectivement une fonction abaisseur de tension et une fonction élévateur de tension quel que soit le mode de fonctionnement du moteur de telle manière que le supercondensateur puisse alimenter le moteur en mode de fonctionnement moteur et être rechargé par le moteur en mode de fonctionnement générateur.

Description

SYSTEME D' ALIMENTATION ELECTRIQUE D'UN ACTIONNEUR D'AERONEF
La présente invention concerne le domaine de l'aéronautique et plus particulièrement 1 ' actionnement électrique d'équipements d'aéronef dont des équipements mobiles comme : un atterrisseur , un frein de roue d' atterrisseur, un inverseur de poussée, une surface de vol mobile de commande primaire ou secondaire telle qu'un aileron ou un volet...
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Les aéronefs comprennent souvent au moins un réseau électrique monophasé et un réseau électrique triphasé.
Le réseau électrique monophasé est considéré comme insuffisamment puissant pour alimenter les équipements mobiles de l'aéronef, comme les surfaces de vol, les inverseurs de poussée, les freins et les atterrisseurs . Le réseau électrique triphasé est donc utilisé pour 1' actionnement des équipements mobiles en fournissant la puissance nécessaire aux actionneurs électromécaniques utilisés pour déplacer les équipements mobiles entre leurs différentes positions de service.
Ainsi, l'architecture du système d'alimentation de ces actionneurs comprend généralement une ligne d'alimentation reliant les moteurs des actionneurs au réseau électrique triphasé. La ligne d'alimentation comprend le plus souvent :
- un filtre d'entrée pour éliminer les perturbations électriques (surtensions, surintensités) transmises par le réseau électrique triphasé et auxquelles sont sensibles les composants du système d'alimentation ;
- un redresseur de type pont de diodes, transformateur/redresseur, ou à correction de facteur de puissance (RFC) ; un limiteur de courant ;
- un filtre amorti de type LC pour limiter les appels de courant au démarrage et éviter un effondrement de la tension d'entrée ;
- une capacité de découplage ;
- un onduleur triphasé ;
- une résistance de dissipation ou de freinage ;
- un filtre de sortie d'onduleur.
Il apparaît que les besoins en puissance se présentent sous forme de pics comme visible sur la figure 1 qui représente la puissance consommée en fonction du temps pour un actionneur d'aileron. La puissance nécessaire au moment des pics de puissance est fournie par le réseau triphasé de sorte que l'ensemble des composants du système d'alimentation doit être dimensionné pour absorber ces pics de puissance. Il en résulte un poids relativement important très pénalisant pour les applications aéronautiques.
OBJET DE L'INVENTION
L' invention a notamment pour but de permettre l'alimentation d' actionneurs d'aéronef en limitant le poids embarqué.
RESUME DE L’INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l'invention une architecture selon la revendication 1.
Ainsi, c'est le supercondensateur qui fournit l'essentiel de la puissance nécessaire au moteur lors des pics de puissance et le réseau ne sert qu'à compléter le cas échéant celle-ci ou à maintenir la charge du supercondensateur ou à l'alimentation du moteur hors pics de puissance. En outre, le supercondensateur est rechargé par le moteur en mode générateur, lorsque des forces aérodynamiques s'exercent sur l'équipement mobile associé à l'actionneur et le dispositif de conversion aval permet de réguler la tension et le courant, d'une part, aux bornes du moteur lorsque celui-ci fonctionne en mode moteur et, d'autre part, aux bornes du supercondensateur lorsque le moteur fonctionne en mode générateur. Il n'est donc pas nécessaire de dimensionner l'ensemble de l'architecture en fonction des pics de puissance mais uniquement la partie située en aval du supercondensateur. Il en résulte un gain de poids et, en conséquence, une diminution de la consommation de carburant engendrée par la propulsion de 1' aéronef .
L'invention a également pour objet un aéronef comportant un réseau électrique de bord triphasé et un réseau électrique de bord monophasé, ce dernier faisant partie d'une architecture d'alimentation d' actionneur telle que celle précitée.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier et non limitatif de 1' invention .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
La figure 1 représente la puissance consommée en fonction du temps pour un actionneur d'aileron ;
La figure 2 représente la puissance à fournir et la puissance restituée en fonction du temps pour un actionneur d' inverseur de poussée ;
La figure 3 est une vue schématique du système d' actionnement d'un équipement d'aéronef, selon un premier mode de réalisation de l'invention, avec un réseau de bord monophasé à tension continue et un bus interne haute tension ; La figure 4 est une vue schématique du dispos iti f de conversion aval du système d' actionnement selon le premier mode de réalisation de l ' invention ;
La figure 5 est une vue schématique du système d' actionnement selon un deuxième mode de réalisation de l ' invention, le dispositi f de conversion aval ayant une structure di f férente de celui de la figure 4 ;
La figure 6 est une vue schématique du système d' actionnement selon un troisième mode de réalisation de l ' invention, avec un réseau de bord monophasé à tension continue , le dispositi f de conversion aval du deuxième mode de réalisation et un bus interne basse tension ;
La figure 7 est une vue schématique du système d' actionnement selon un quatrième mode de réalisation identique au troisième mode de réalisation sauf en ce que le dispositi f de conversion amont est réversible ;
La figure 8 est une vue schématique du système d' actionnement d' un équipement d' aéronef , selon un cinquième mode de réalisation de l ' invention, pour un réseau de bord monophasé à tension alternative ;
La figure 9 est une vue schématique d' un aéronef selon
1 ' invention .
DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION
En référence à la figure 9 , l ' invention est ici décrite en application à un aéronef A comprenant deux réseaux électriques de bord, à savoir un réseau électrique triphasé El et un réseau électrique monophasé E2 . Le réseau électrique triphasé El est par exemple soumis à une tension alternative de 115V ou 230V et le réseau électrique monophasé E2 est par exemple soumi s à une tension continue de 28V ou 115V selon les modes de réalisation envisagés . L' aéronef A comprend des équipements mobiles dont des surfaces mobiles de vol V ( commande primaire ) et des inverseurs de poussée T . Les équipements mobiles sont déplacés entre leurs différentes positions de service par des actionneurs électromécaniques 1.
L'aéronef A est pourvu d'une architecture d'alimentation des actionneurs électromécaniques, architecture dont fait partie le réseau électrique monophasé E2.
L'architecture d'alimentation comprend au moins une ligne d'alimentation, généralement désignée en 100, reliant le réseau électrique monophasé E2 à un moteur électrique 2 de chacun des actionneurs 1. Le circuit du moteur 2 de chaque actionneur 1 est agencé pour avoir un mode de fonctionnement moteur dans lequel le moteur 1 transforme l'énergie électrique qui l'alimente en une énergie mécanique déplaçant l'équipement mobile et un mode de fonctionnement générateur dans lequel le moteur 1 transforme l'énergie mécanique qui lui est transmise par l'équipement mobile en une énergie électrique. Pour des raisons de simplification, l'invention est ici décrite en application à l'alimentation d'un unique moteur ; il va de soi cependant que l'architecture d'alimentation peut être adaptée à l'alimentation de plusieurs moteurs. Tel est par exemple le cas lorsque l'équipement mobile est déplacé par plusieurs actionneurs comportant chacun un moteur ou plusieurs moteurs d'un unique actionneur. L'architecture d'alimentation comprend de préférence autant de lignes d'alimentation que d'ensemble d' actionneurs agissant sur un même équipement.
La ligne d'alimentation 100 comprend successivement un dispositif de conversion amont 110, un dispositif de stockage d'énergie 120 relié par un bus interne au dispositif de conversion amont 110, et un dispositif de conversion aval 130 relié par un bus interne au dispositif de stockage d'énergie 120 et au moteur.
Le dispositif de stockage d'énergie 120 comprend des supercondensateurs 121 et un circuit électronique 122 de gestion du fonctionnement des supercondensateurs 121. Le circuit électronique 122 est connu en lui-même et surveille la charge et la décharge des supercondensateurs 121 en veillant à l ' équilibrage des niveaux de charge entre ceux- ci .
Par dispositi f de conversion, on entend tout circuit électrique/électronique permettant de trans former une tension d' entrée en une ou plusieurs tensions de sortie .
Plus précisément , le dispositi f de conversion amont 110 est agencé pour convertir la tension du réseau électrique monophasé E2 en une première tension de bus interne pour alimenter les supercondensateurs 121 et le dispositi f de conversion amont hors pic de puissance , la première tension de bus interne étant monophasée et continue . Le dispositi f de conversion amont 110 est dimensionné pour compenser une perte d' énergie des supercondensateurs 121 due à des courants de fuite et pour fournir un complément d' énergie au dispositi f de conversion aval 130 lors des pics d' énergie .
En outre , le dispositi f de conversion aval 130 est réversible pour assurer une conversion de tension à la fois lorsque le moteur 2 est en mode de fonctionnement moteur et lorsque le moteur 2 est en mode de fonctionnement générateur . Le dispositi f de conversion aval 130 est agencé pour avoir sélectivement une fonction abaisseur de tension et une fonction élévateur de tension quel que soit le mode de fonctionnement du moteur 2 de telle manière que les supercondensateurs 121 puissent alimenter le moteur 2 en mode de fonctionnement moteur et être rechargés par le moteur 2 en mode de fonctionnement générateur . Le dispositi f de conversion aval 130 est ainsi agencé pour, d' une part , convertir la première tension de bus interne en une tension triphasée alternative d' alimentation des enroulements du moteur 2 pour pi loter le moteur en mode moteur et , d' autre part , convertir une tension triphasée alternative fournie par le moteur en mode de fonctionnement générateur en une tension adaptée au rechargement des supercondensateurs 121 . En ef fet , le dispositi f de conversion aval 130 doit permettre de réguler la tension en entrée et en sortie quel que soit le mode de fonctionnement considéré : ceci est particulièrement intéressant en mode de fonctionnement générateur car il est alors possible d' abaisser la tension pour empêcher une surtension au-delà de la tension maximale acceptable par les supercondensateurs 121 ou, au contraire , d' augmenter la tension pour accélérer la charge des supercondensateurs 121 ( tout en restant en-dessous de la tension maximale acceptable par les supercondensateurs 121 ) .
Dans le premier mode de réalisation représenté à la figure 3 , le réseau électrique monophasé E2 fournit une basse tension continue de 28V et la première tension de bus interne est une haute tension continue égale à 270V .
Le dispositi f de conversion amont 110 est ici un convertisseur continu/continu élévateur de tension qui est dimensionné pour convertir la tension monophasée continue de 28V en la tension monophasée continue de 270V et qui est relié au dispositi f de stockage d' énergie 120 par un bus interne à la première tension de bus interne .
Le dispositi f de conversion aval 130 comprend un onduleur à topologie Buck-boost et plus précisément Y-Buck-boost comme représenté à la figure 4 . Cet onduleur comprend pour chaque phase du moteur 2 un premier pont de transistors Tl et T2 (pont Buck) ayant un point milieu relié via une inductance à un point milieu d' un deuxième pont de transistors T3 et T4 (pont Boost ) en parallèle duquel est monté un condensateur . L' onduleur est piloté de manière connue en elle-même et par exemple en mettant en œuvre le procédé de commande décrit dans le document FR-A-3066660 . Dans le deuxième mode de réalisation, et en référence à la figure 5 , le dispositi f de convers ion aval 130 comprend un convertisseur continu/continu 131 et un onduleur abaisseur de tension 132 remplaçant tous deux l ' onduleur de type Buck-Boost de la figure 4 .
Le convertisseur continu/continu 131 est agencé pour être élévateur de tens ion, réversible et isolé , et est relié au dispositi f de stockage d' énergie 121 par un bus interne à la première tension de bus interne soit ici 270V continue . Le convertisseur continu/continu permet de réguler la tension aux bornes des supercondensateurs 121 . Le convertisseur continu/continu 131 est ici de type « Dual Active Bridge » .
L' onduleur abaisseur de tension 132 est réversible et est relié au moteur 2 .
Le convertisseur continu/continu 131 et l ' onduleur abaisseur de tension 132 sont reliés entre eux par un bus interne isolé à la première tens ion de bus interne soit ici 270V continue .
Le dispositi f de conversion amont 110 est comme précédemment un convertisseur continu/continu élévateur de tension qui est dimensionné pour convertir la tension monophasée continue de 28V en la tension monophasée continue de 270V et qui est relié au dispositi f de stockage d' énergie 120 par un bus interne à la première tension de bus interne .
On note que :
- dans le mode générateur, la tension appliquée aux supercondensateurs 121 est régulée pour ne pas dépasser les tensions et courants maximums supportés par les supercondensateurs 121 ;
- dans le mode moteur, la variation admissible de tension sur le bus interne est fortement élargie ( dans la limite des courants acceptables ) pour une même amplitude des tensions des phases du moteur 2 afin d' atteindre le domaine de vitesse recherchée pour le moteur .
Le troisième mode de réalisation de la figure 6 est identique au deuxième mode de réalisation sauf en ce que le dispositi f de stockage d' énergie 120 est relié au dispositi f de conversion amont 110 par un bus interne à une première tension relativement basse soit ici 28V en continu et au dispositi f de conversion aval 130 par un bus interne à la première tension soit 28V en continu . Le dispositi f de conversion 110 et le convertisseur continu/continu 131 sont adaptés à ces valeurs de tension . Ainsi , le convertisseur continu/continu 131 est agencé pour être élévateur de tension, réversible et isolé , et est relié au dispositi f de stockage d' énergie 121 par un bus interne à la première tension de bus interne soit ici 270V continue . Le convertisseur continu/continu 131 est agencé pour élever fortement la tension pour alimenter l ' onduleur 132 en mode moteur et réguler la tension aux bornes des supercondensateurs 121 en mode générateur . Le convertisseur continu/continu 131 est ici de type « Dual Active Bridge » .
L' isolation galvanique du convertisseur continu/continu 131 permet de fournir une barrière entre les supercondensateurs 121 et le moteur 2 pour éviter une fourniture d' énergie non maîtrisée au moteur 2 . I l permet en outre d' engendrer une tension continue très faible sur l ' onduleur 132 pour véri fier son opérabilité avant son utilisation (« power built in test / in flight test ») . Selon le quatrième mode de réalisation illustré à la figure 7 , le dispositi f de conversion amont 110 est relié au dispositi f de stockage d' énergie 120 par un bus interne à une première tension relativement basse soit ici 28V en continu et est agencé pour être réversible et avoir une fonction abaisseur de tension et une fonction élévateur de tension pour autoriser une distribution d' énergie des supercondensateurs 121 vers le réseau électrique monophasé E2 .
Comme précédemment , le dispositif de conversion aval 130 comprend un convertisseur continu/continu 131 et un onduleur abaisseur de tension 132.
Le convertisseur continu/continu 131 est agencé pour être élévateur de tension, réversible et isolé, et est relié au dispositif de stockage d'énergie 121 par un bus interne à la première tension de bus interne soit ici 28V en continu. L'onduleur abaisseur de tension 132 est réversible et est, d'une part, relié au moteur 2 et, d'autre part, relié au convertisseur continu/continu 131 par un bus interne isolé à une deuxième tension de bus interne relativement haute soit ici 270V en continu.
Il est alors possible de stocker de l'énergie dans des moyens de stockage répartis dans l'aéronef et reliés au réseau électrique monophasé E2.
Selon le cinquième mode de réalisation de la figure 8, le réseau électrique monophasé E2 délivre une tension alternative de 115V et le dispositif de conversion amont 110' comprend un redresseur passif simple alternance ou un redresseur à correction de facteur de puissance. Le reste de la ligne d'alimentation 100 est identique à celle de la figure 3.
Dans tous les modes de réalisation, les supercondensateurs 121, le circuit 122 de gestion de fonctionnement des supercondensateurs 121, le dispositif de conversion amont 110, 110' et au moins une partie du dispositif de conversion aval 130 font partie d'un même dispositif électronique incorporant au moins un processeur.
Pour 1 ' actionnement de l'inverseur de poussée T, on note sur la figure 2 que la séquence d' actionnement comprend :
- une première phase motrice dans laquelle les supercondensateurs 121 doivent fournir un pic de puissance relativement court pour initier le mouvement de l'inverseur de poussée T vers sa position sortie,
- une deuxième phase génératrice, dans laquelle les forces aérodynamiques entraînent l' inverseur de poussée T j usqu' à sa position sortie et le moteur 2 agissant en générateur recharge les supercondensateurs 121 ,
- une troisième phase motrice dans laquelle les supercondensateurs 121 doivent fournir un pic de puissance relativement long pour ramener l ' inverseur de poussée T depuis sa position sortie vers sa position rentrée .
De préférence dans cette application, les supercondensateurs 121 sont dimensionnés pour ne pas être chargés à fond pendant un temps de vol de l ' aéronef , le rechargement complet des supercondensateurs étant assurée pendant la deuxième phase motrice . Ceci est valable pour toute application mettant en œuvre une séquence d' actionnement débutant par une phase génératrice ou motrice de relativement faible puissance suivie d' une phase génératrice .
Lorsqu' il existe un risque de sursaturation des supercondensateurs lors de la phase génératrice , on prévoira de préférence une résistance de dissipation d' énergie reliée au dispositi f de conversion aval pour dissiper l ' énergie produite lorsque le moteur est en mode de fonctionnement générateur et que les supercondensateurs sont saturés .
Bien entendu, l ' invention n' est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l ' invention telle que définie par les revendications .
En particulier, l ' architecture d' alimentation peut avoir une structure di f férente de celle décrite .
Par exemple , le dispositi f de conversion aval peut comprendre un convertisseur ayant une topologie Boost , Buck-boost , Cuk...
On peut prévoir de dimensionner les supercondensateurs pour assurer seuls la fourniture des pics de puissance , le réseau électrique de bord ne servant qu' à compenser les pertes de charge par courant de fuite .
Il est possible de précharger les supercondensateurs préalablement au vol , ou de charger ceux-ci uniquement pendant le vol , selon la durée de celui-ci .
L' invention est applicable à tout type d' équipements l ' actionnement électrique d' équipements d' aéronef et notamment les équipements mobiles comme : un atterrisseur , un frein de roue d' atterrisseur , un inverseur de poussée , une surface de vol mobile de commande primaire ou secondaire telle qu' un aileron ou un volet...

Claims

REVENDICATIONS
1 . Architecture d' alimentation d' actionneurs d' aéronef , comprenant un réseau électrique de bord, monophasé , relié par une ligne d' alimentation à un moteur électrique d' au moins un actionneur, la ligne d' alimentation comprenant successivement un dispositif de conversion amont pour convertir la tension du réseau électrique de bord en une tension adaptée à la ligne d' alimentation en aval , au moins un supercondensateur associé à un circuit électronique de gestion du fonctionnement du supercondensateur, et un dispositif de conversion aval destiné à être raccordé au moteur ; le dispositif de conversion aval étant réversible pour assurer une conversion de tension à la fois lorsque le moteur est en mode de fonctionnement moteur et lorsque le moteur est en mode de fonctionnement générateur, le dispositif de conversion aval étant agencé pour avoir sélectivement une fonction abaisseur de tension et une fonction élévateur de tension quel que soit le mode de fonctionnement du moteur de telle manière que le supercondensateur puisse alimenter le moteur en mode de fonctionnement moteur et être rechargé par le moteur en mode de fonctionnement générateur .
2 . Architecture selon la revendication 1 , dans laquelle le dispositif de conversion aval comprend un onduleur à topologie Buck-Boost .
3 . Architecture selon la revendication 1 , dans laquelle le dispositif de conversion aval comprend un convertisseur continu/continu élévateur, réversible et isolé , relié au supercondensateur et un onduleur abaisseur de tension réversible relié en série au convertisseur continu/continu élévateur et au moteur .
4 . Architecture selon la revendication 3 , dans laquelle le convertisseur continu/continu élévateur est de type « Dual Active Bridge » .
5. Architecture selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle le convertisseur continu/continu élévateur est relié à l'onduleur abaisseur de tension réversible par un bus haute tension continue (270V) isolé.
6. Architecture selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle l'onduleur abaisseur de tension est intégré dans un circuit électronique de puissance du moteur.
7. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif de conversion amont est dimensionné pour compenser une perte d'énergie du supercondensateur due à des courants de fuite.
8. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le réseau électrique de bord délivre une tension continue (28V) , le dispositif de conversion amont comprenant un convertisseur continu/continu .
9. Architecture selon la revendication 8, dans laquelle le dispositif de conversion amont est agencé pour être réversible et avoir une fonction abaisseur de tension et une fonction élévateur de tension pour autoriser une distribution d'énergie du supercondensateur vers le réseau électrique de bord.
10. Architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le réseau électrique de bord délivre une tension alternative (115V) , le dispositif de conversion amont comprenant un redresseur passif simple alternance ou un redresseur à correction de facteur de puissance.
11. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le supercondensateur est relié au dispositif de conversion amont et au dispositif de conversion aval par un bus haute tension continue (270V) .
12. Architecture selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 10, dans laquelle le supercondensateur est relié au dispositif de conversion amont et au dispositif de conversion aval par un bus basse tension continue (28V) .
13. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le supercondensateur, le circuit de gestion de fonctionnement du supercondensateur, le dispositif de conversion amont et au moins une partie du dispositif de conversion aval font partie d'un même dispositif électronique incorporant un processeur .
14. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le supercondensateur est dimensionné pour ne pas être chargé à fond pendant un temps de vol de l'aéronef.
15. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle une résistance de dissipation d'énergie est reliée au dispositif de conversion aval pour dissiper l'énergie produite lorsque le moteur est en mode de fonctionnement générateur et que le supercondensateur est saturé.
16. Aéronef comportant un réseau électrique de bord triphasé et un réseau électrique de bord monophasé, ce dernier faisant partie d'une architecture d'alimentation d' actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes mises en œuvre dans l'aéronef pour alimenter des actionneurs de l'aéronef.
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