EP4515580A1 - Transformateur tournant segmente à grand diamètre - Google Patents

Transformateur tournant segmente à grand diamètre

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Publication number
EP4515580A1
EP4515580A1 EP23725286.1A EP23725286A EP4515580A1 EP 4515580 A1 EP4515580 A1 EP 4515580A1 EP 23725286 A EP23725286 A EP 23725286A EP 4515580 A1 EP4515580 A1 EP 4515580A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
stator
magnetic
rotating transformer
internal
Prior art date
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Pending
Application number
EP23725286.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Djemouai Hadjidj
Rachid BELFKIRA
Frédéric MEER
Jean-Michel Bernard Paul CHASTAGNIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electrical and Power SAS
Original Assignee
Safran Electrical and Power 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 Electrical and Power SAS filed Critical Safran Electrical and Power SAS
Publication of EP4515580A1 publication Critical patent/EP4515580A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18—Rotary transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/042—Rectifiers associated with rotating parts, e.g. rotor cores or rotary shafts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/245—Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/255—Magnetic cores made from particles

Definitions

  • the present invention relates to the field of power transfer between a fixed reference and a rotating reference for the electric defrosting of the propeller blades of an aircraft turbomachine and relates to a single-phase rotating transformer used for energy transmission electrical by electromagnetic induction between first and second electrical windings of this transformer.
  • the protection envisaged for the rotating parts is generally exclusively electrothermal based on electric heating mats formed by layers of resistance covering the surfaces to be protected.
  • slip ring whose principle consists of rubbing several fixed conductive rings secured to the fixed part on circular conductive tracks and secured to the rotating part, in order to create an electrical connection between the fixed part and the rotating part of the turbomachine.
  • the main aim of the present invention is therefore a large diameter rotating transformer, segmented into quarters, the maintenance of which is facilitated and does not interfere with the other systems and modules of the turbomachine of the aircraft, despite its installation in an area confined, constrained and difficult to access.
  • Another goal is to allow industrialization of this rotating transformer at lower cost and by limiting the waste of materials during manufacturing.
  • a rotating transformer intended to be installed around a rotating movable shaft, the rotating transformer consisting of a plurality of external annular stator sectors and a plurality of internal annular rotor sectors, the juxtaposition over 360° of these external annular stator and internal rotor sectors forming an external stator ring and an internal rotor ring consisting of a set of elementary stator and rotor magnetic circuits, each of the elementary stator magnetic circuits comprising an external magnetic core and a first electrical winding and each of the elementary rotor magnetic circuits comprising an internal magnetic core and a second electrical winding to allow a transfer of electrical energy by electromagnetic induction between the external stator and internal rotor rings, the internal and external magnetic cores being separated by two air gaps present on either side of the internal magnetic core, characterized in that at least the external magnetic cores have flares at each of the two air gaps to avoid a discontinuity of the field lines magnetic during the rotation of the movable shaft and in that the internal annular rotor sectors are identical and interchange
  • the external annular stator sectors are identical and interchangeable with each other and the number of elementary stator and rotor magnetic circuits per annular sector is not identical to the stator and the rotor.
  • the external annular stator sectors are electrically interconnected with each other by interconnection parts accessible for assembly/disassembly through circumferential access hatches and the internal annular rotor sectors are electrically interconnected with each other and accessible for assembly/disassembly through the circumferential access hatches.
  • the internal and external magnetic cores are formed from a stack of sheets, rolled sheets or a block of magnetic powder.
  • the stack of sheets is in the form of packs of sheets of a magnetic material such as FeSi, FeNi or FeCo, the sheets wound in the form of a magnetic material of the amorphous or nanocrystalline type, and the block of powder magnetic in the form of Amorphous powder.
  • a magnetic material such as FeSi, FeNi or FeCo
  • the external magnetic core has a C or U shape ending in the developments at the level of the air gap and the internal magnetic core has an H shape defining the developments at the level of the air gap.
  • the expansions are formed by bars having a notch allowing the branches of the C or the U to be inserted there and thus providing a larger contact surface between the branches and the bars.
  • the external U-shaped magnetic core comes from a cutting into two parts of a magnetic torus formed from a rolled sheet metal and the expansions come from a cut into four quarters of a torus cylindrical magnetic coiled sheet metal.
  • the external magnetic core comes from a nesting of three packs of U-shaped sheets.
  • the external magnetic core comes from a C-shaped part of which parts on either side of a central part have been machined to obtain the developments at the level of the air gap.
  • Figure 1 illustrates a part of an aircraft turbomachine integrating a rotating transformer according to the invention
  • FIG. 2 shows a quarter of the rotating transformer of Figure 1
  • Figure 3 shows a first example of stator and rotor magnetic circuits composing the rotating transformer quarter of Figure 2,
  • Figure 4 shows a second example of stator and rotor magnetic cores composing the rotating transformer quarter of Figure 2,
  • Figure 5 shows a third example of stator and rotor magnetic cores composing the rotating transformer quarter of Figure 2,
  • FIG. 6 illustrates a variant of the stator for the third example of stator and rotor magnetic cores composing the rotating transformer quarter of Figure 2
  • FIG. 7 shows a fourth example of stator and rotor magnetic cores composing the rotating transformer quarter of Figure 2
  • Figure 8 shows a fifth example of stator and rotor magnetic cores composing the rotating transformer quarter of Figure 2.
  • the principle of the invention implemented is based on a segmentation of the rotating transformer into several annular sectors or quarters each having a mass and a replacement time compatible with a ground maintenance operation limiting the downtime of the aircraft , so that replacement interventions (assembly/disassembly) are facilitated and can be carried out by conventional tools through dedicated access hatches, without having to disassemble or interfere with the other parts of the aircraft turbomachine .
  • the rotating transformer 10 is mounted between a transmission shaft 12 movable in rotation forming a rotating part of the turbomachine and a casing 14 forming a fixed part of the turbomachine, provided with circumferential access hatches 14a through which each of the quarters or annular sectors of the rotating transformer can be installed or easily removed for repair or maintenance then reinstalled once these replacement interventions have been carried out.
  • Figure 2 illustrates more precisely an annular sector or quarter 20 of the rotating transformer 10 which in the example illustrated comprises two redundant channels (bearing the references a and b) axially offset, each consisting of a fixed stator quarter 22a, 22b secured to the casing and a rotating rotor quarter 24a, 24b secured to the transmission shaft, the rotor and stator quarters of each channel, mounted concentrically, being separated by an air gap (visible in the following figures).
  • the rotating transformer formed by the juxtaposition over 360° of several quarters 20 has a large diameter, of the order of a meter and more, which allows the rotor to receive a transmission shaft also of large diameter, such as a propeller shaft.
  • the 360° juxtaposition of these different annular sectors to the stator and the rotor form an outer stator ring and an inner rotor ring made up of a plurality of single-phase elementary stator and rotor magnetic circuits respectively comprising a magnetic core stator 30 and a first electric winding (primary 32) and a rotor magnetic core 34 and a second electric winding (secondary 36), the stator and rotor magnetic cores being separated by the same air gap present on either side of the rotor magnetic core and the sectors which can be electrically interconnected in series or in parallel for the transmission of electrical energy by electromagnetic induction between the first and second electrical windings of these elementary magnetic circuits of stator and rotor.
  • annular sectors are identical and interchangeable with each other.
  • the number of these elementary magnetic circuits per annular sector is not necessarily identical to the stator and the rotor, the choice of the number of magnetic circuits to the stator and the rotor being guided by design and performance optimization considerations. transfer.
  • An annular sector at the stator or rotor is designed as an LRU (Line Replaceable Unit) removable and replaceable under the wing through the circumferential access hatches 14a. They are interconnected electrically by interconnection parts (not referenced) also accessible for assembly/disassembly through the circumferential access hatches 14a.
  • LRU Line Replaceable Unit
  • annular sector in the stator or rotor is constituted by all the elements of two identical channels placed side by side in the axial plane.
  • the type of material used for the magnetic core may be different.
  • a stacking in the form of packs of sheets of a magnetic material such as FeSi, FeNi or FeCo is envisaged for the stator as for the rotor.
  • a magnetic core in rolled sheet metal of amorphous or nanocrystalline type or in the form of a powder block of any other suitable magnetic material (for example Amorphous powder) is envisaged for the stator and the rotor .
  • a mixture of materials is however possible with a stator made of medium or high frequency material and a rotor made of low frequency material or vice versa.
  • Figures 3 to 8 show different possible topologies for each elementary magnetic circuit at the stator and at the rotor allowing the production of the rotating transformer according to the invention.
  • a magnetic circuit can be installed horizontally (axial air gap as illustrated) or vertically (radial air gap).
  • stator magnetic cores or external stator 30
  • developments 30a, 30b at each of the two air gaps 38a, 38b which correspond to the stator and which, by avoiding a discontinuity of the lines of Magnetic fields during the rotation of the movable shaft improve the efficiency of power transfer.
  • the rotor magnetic cores (or internal rotor 34) may also have developments 34a, 34b or not (see for example Figures 5 and 6).
  • the electrical windings 32, 36 which are not represented in Figures 4 to 8 showing only the stator and rotor magnetic cores, can be wired or in ribbons depending on the different constraints of integration and performance to be respected, and the series of three lines appearing on the magnetic cores tend to show the arrangement of the constituent sheets.
  • the external magnetic or stator core 30 has a U-shape ending in developments 30a, 30b at the level of the two axial air gaps 38a, 38b.
  • the internal magnetic or rotor core 34 has an H shape defining developments 34a, 34b at the level of these two axial air gaps present on either side of the internal magnetic core 34.
  • Figure 4 is presented an economical embodiment without waste of materials corresponding to use at medium or high frequency and in which the internal magnetic core 40 has an H shape obtained by a stack of sheets in the vertical plane and the external magnetic core 42 is made up of an assembly of three parts, namely a U-shaped part 44 resulting from a cutting into two parts of a magnetic torus formed from a rolled sheet metal and two flares 46, 48 resulting from a cutting in four quarters of a round of a cylindrical magnetic torus of wound sheets.
  • the shape of the flares can of course be adapted for reasons of mass saving by modifying the width at the junction surface between the flare and the U-shaped part 44.
  • the external magnetic core 50 in the shape of a C is cut out at the level of the air gap to leave room for the addition of a bar 52, 54 on each side of the cutout to form the flares between which the internal magnetic core 56 in the shape of an I, therefore without expansions, is placed.
  • these bars 52, 54 can advantageously each have a notch 58 allowing the branches 50a, 50b of the C-shaped part to be inserted there and thus provide a contact surface between the two parts (C /bar) more important.
  • the internal magnetic core 60 also has an H shape by a stack of sheets in the vertical plane and the external magnetic core 62 is composed of an interlocking of three packs of sheets 64, 66, 68 in the shape of a U.
  • Figure 8 shows another example of a particularly robust embodiment with an external magnetic core obtained by the simple machining of a C-shaped part 70 having an initial width equal to that of the developments at the level of the air gap as shown.
  • the material corresponding to the parts 72, 74 and without touching the parts 76, 78 forming the flares, is removed along the cutting lines illustrated in dotted lines in the figure to leave only the central part 80.
  • the internal magnetic core (not shown) can be H-shaped or I-shaped.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Recording Or Reproducing By Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Transformateur tournant destiné à être installé autour d'un arbre mobile en rotation, le transformateur tournant étant constitué d'une pluralité de secteurs annulaires de stator (22a, 22b) et d'une pluralité de secteurs annulaires de rotor (24a, 24b), la juxtaposition de ces secteurs annulaires (20) formant un anneau de stator et un anneau de rotor constitués de circuits magnétiques stator et rotor élémentaires comportant des noyaux magnétiques externes (30) et internes (34) et des premier (32) et second (36) bobinages électriques pour permettre un transfert d'énergie électrique par induction électromagnétique entre les anneaux de stator et de rotor, les noyaux magnétiques internes et externes étant séparés par un même entrefer présent de part et d'autre du noyau magnétique interne et au moins les noyaux magnétiques externes présentent des épanouissements au niveau de l'entrefer pour éviter une discontinuité des lignes de champs magnétiques pendant la rotation de l'arbre mobile.

Description

Description
Titre de l'invention : Transformateur tournant segmenté à grand diamètre
Domaine Technique
La présente invention se rapporte au domaine du transfert de puissance entre un repère fixe et un repère tournant pour le dégivrage électrique des pales d'hélice d'une turbomachine d'aéronef et a pour objet un transformateur tournant monophasé utilisé pour la transmission d’énergie électrique par induction électromagnétique entre des premier et second bobinages électriques de ce transformateur.
Technique antérieure
Sur les aéronefs électriques ou hybrides comme sur les aéronefs conventionnels, il y a plusieurs surfaces à protéger contre le givre sur les parties fixes et tournantes de la turbomachine. La protection envisagée pour les parties tournantes est en général exclusivement électrothermique à base de tapis chauffants électriques formés de nappes de résistances couvrant les surfaces à protéger.
Pour assurer le transfert de puissance et donc acheminer l'énergie électrique de la partie fixe à la partie tournante où les tapis chauffants électriques sont installés, il est connu de recourir à un dispositif appelé « slip ring » dont le principe consiste à faire frotter plusieurs bagues conductrices fixes solidaires de la partie fixe sur des pistes conductrices circulaires et solidaires de la partie tournante, afin de créer une connexion électrique entre la partie fixe et la partie tournante de la turbomachine.
Par ailleurs, il est connu que du fait de l'environnement sévère (thermique, électromagnétique et vibratoire) existant dans les aéronefs hybrides comportant de nombreuses charges moteurs électrifiées, l'intégration des équipements électriques est un enjeu majeur et doit répondre à de multiples contraintes liées à la fois à une accessibilité pour le montage/démontage et à un cheminement des câbles de puissance avec d'importants rayons de courbure et des servitudes comme le refroidissement.
Il existe donc un besoin actuel pour une solution fiable et à durée de vie importante de transfert de puissance d'un repère fixe vers un repère tournant applicable à des arbres de rotation de grand diamètre et dans le respect des contraintes d'un équipement remplaçable en ligne sous aile (LRU : Line Replaceable Unit).
Exposé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal un transformateur tournant de grand diamètre, segmenté en quartiers, dont la maintenance est facilitée et n'interfère pas avec les autres systèmes et modules de la turbomachine de l'aéronef et ce malgré son installation dans une zone confinée, contrainte et difficile d'accès. Un autre but est de permettre une industrialisation de ce transformateur tournant à moindre coût et en limitant les rebuts de matériaux à la fabrication.
Ces buts sont atteints par un transformateur tournant destiné à être installé autour d’un arbre mobile en rotation, le transformateur tournant étant constitué d’une pluralité de secteurs annulaires externes de stator et d’une pluralité de secteurs annulaires internes de rotor, la juxtaposition sur 360° de ces secteurs annulaires externes de stator et internes de rotor formant un anneau externe de stator et un anneau interne de rotor constitués d'un ensemble de circuits magnétiques stator et rotor élémentaires, chacun des circuits magnétiques stator élémentaires comportant un noyau magnétique externe et un premier bobinage électrique et chacun des circuits magnétiques rotor élémentaires comportant un noyau magnétique interne et un second bobinage électrique pour permettre un transfert d’énergie électrique par induction électromagnétique entre les anneaux externe de stator et interne de rotor, les noyaux magnétiques internes et externes étant séparés par deux entrefers présents de part et d'autre du noyau magnétique interne, caractérisé en ce qu'au moins les noyaux magnétiques externes présentent des épanouissements au niveau de chacun des deux entrefers pour éviter une discontinuité des lignes de champs magnétiques pendant la rotation de l'arbre mobile et en ce que les secteurs annulaires internes de rotor sont identiques et interchangeables entre eux.
Ainsi, avec ce transfert de puissance sans contact, une amélioration de la fiabilité, de la durée de vie et du coût d'exploitation du transformateur est obtenu. De plus, une meilleure accessibilité au transformateur est possible facilitant son intégration dans les systèmes et modules de la turbomachine de l'aéronef. Un tel transformateur tournant est avantageusement utilisé pour le dégivrage électrique des pales d'hélice d'une turbomachine d'aéronef.
De préférence, les secteurs annulaires externes de stator sont identiques et interchangeables entre eux et le nombre des circuits magnétiques stator et rotor élémentaires par secteur annulaire n'est pas identique au stator et au rotor.
Avantageusement, les secteurs annulaires externes de stator sont interconnectés entre eux électriquement par des pièces d'interconnexions accessibles au montage/démontage au travers de trappes d'accès circonférentielles et les secteurs annulaires internes de rotor sont interconnectés entre eux électriquement et accessibles au montage/démontage au travers des trappes d'accès circonférentielles.
De préférence, les noyaux magnétiques internes et externes sont formés d'un empilement de tôles, de tôles enroulées ou d'un bloc de poudre magnétique.
Avantageusement, l'empilement de tôles se présente sous forme de paquets de tôles d'un matériau magnétique comme du FeSi, FeNi ou FeCo, les tôles enroulées sous la forme d'un matériau magnétique de type amorphe ou nanocristallin, et le bloc de poudre magnétique sous la forme de poudre d'Amorphe.
De préférence, le noyau magnétique externe présente une forme en C ou U terminée par les épanouissements au niveau de l'entrefer et le noyau magnétique interne présente une forme en H définissant les épanouissements au niveau de l'entrefer.
Avantageusement, les épanouissements sont formés par des barres présentant une encoche permettant aux branches du C ou du U de s'y insérer et offrir ainsi une surface de contact entre les branches et les barres plus importante. Selon un exemple de réalisation, le noyau magnétique externe en U est issu d'une découpe en deux parties d'un tore magnétique formé d'une tôle enroulée et les épanouissements sont issus d'une découpe en quatre quarts de rond d'un tore magnétique cylindrique de tôles enroulées.
Selon un autre exemple de réalisation, le noyau magnétique externe est issu d'un emboîtement de trois paquets de tôles en U.
Selon encore un autre exemple de réalisation, le noyau magnétique externe est issu d'une pièce en forme de C dont des parties de part et d'autre d'une partie centrale ont été usinées pour obtenir les épanouissements au niveau de l'entrefer.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif et sur lesquels :
[Fig. 1] la figure 1 illustre une partie d'une turbomachine d'aéronef intégrant un transformateur tournant conforme à l'invention,
[Fig. 2] la figure 2 montre un quartier du transformateur tournant de la figure 1,
[Fig. 3] la figure 3 montre un premier exemple de circuits magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la figure 2,
[Fig. 4] la figure 4 montre un deuxième exemple de noyaux magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la figure 2,
[Fig. 5] la figure 5 montre un troisième exemple de noyaux magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la figure 2,
[Fig. 6] la figure 6 illustre une variante du stator pour le troisième exemple de noyaux magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la figure 2, [Fig. 7] la figure 7 montre un quatrième exemple de noyaux magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la figure 2, et
[Fig. 8] la figure 8 montre un cinquième exemple de noyaux magnétiques stator et rotor composant le quartier de transformateur tournant de la figure 2.
Description des modes de réalisation
Le principe de l'invention mis en oeuvre est basé sur une segmentation du transformateur tournant en plusieurs secteurs annulaires ou quartiers ayant chacun une masse et un temps de remplacement compatible avec une opération de maintenance au sol limitant le temps d'immobilisation de l'avion, de sorte que les interventions de remplacement (montage /démontage) sont facilitées et peuvent être réalisées par un outillage classique à travers de trappes d'accès dédiées, sans avoir à démonter ni à interférer avec les autres parties de la turbomachine de l'aéronef.
Comme le montre la figure 1 qui est une partie de turbomachine d'aéronef, le transformateur tournant 10 selon l'invention est monté entre un arbre de transmission 12 mobile en rotation formant une partie tournante de la turbomachine et un carter 14 formant une partie fixe de la turbomachine, muni de trappes d'accès circonférentielles 14a au travers desquelles chacun des quartiers ou secteurs annulaires du transformateur tournant peut être installé ou aisément retiré pour réparation ou maintenance puis réinstallé une fois ces interventions de remplacement effectuées.
La figure 2 illustre plus précisément un secteur annulaire ou quartier 20 du transformateur tournant 10 qui dans l'exemple illustré comporte deux voies redondantes (portant les références a et b) axialement décalées, chacune étant constituée d'un quartier de stator fixe 22a, 22b solidaire du carter et d'un quartier de rotor tournant 24a, 24b solidaire de l'arbre de transmission, les quartiers de rotor et de stator de chaque voie, montés concentriquement, étant séparés par un entrefer (visible aux figures suivantes). Le transformateur tournant formé par la juxtaposition sur 360° de plusieurs quartiers 20 présente un grand diamètre, de l'ordre du mètre et plus, qui permet au rotor de recevoir un arbre de transmission également de grand diamètre, comme un arbre d'hélice.
Selon l'invention, la juxtaposition sur 360° de ces différents secteurs annulaires au stator et au rotor forment un anneau externe de stator et un anneau interne de rotor constitués d'une pluralité de circuits magnétiques stator et rotor élémentaires monophasés comportant respectivement un noyau magnétique statorique 30 et un premier bobinage électrique (primaire 32) et un noyau magnétique rotorique 34 et un second bobinage électrique (secondaire 36), les noyaux magnétiques statorique et rotorique étant séparés par un même entrefer présent de part et d'autre du noyau magnétique rotorique et les secteurs pouvant être interconnectés électriquement en série ou en parallèle pour la transmission d’énergie électrique par induction électromagnétique entre les premier et second bobinages électriques de ces circuits magnétiques élémentaires de stator et de rotor. Tant au stator qu'au rotor, les secteurs annulaires sont identiques et interchangeables entre eux. Par contre, le nombre de ces circuits magnétiques élémentaires par secteur annulaire n'est pas forcément identique au stator et au rotor, le choix du nombre de circuits magnétiques au stator et au rotor étant guidé par des considérations de conception et d'optimisation de performances de transfert.
Un secteur annulaire au stator ou au rotor est conçu comme un LRU (Line Replaceable Unit) démontable et remplaçable sous aile au travers des trappes d'accès circonférentielles 14a. Ils sont interconnectés entre eux électriquement par des pièces d'interconnexions (non référencées) également accessibles au montage/démontage au travers des trappes d'accès circonférentielles 14a.
On notera que dans le cas illustré où la solution de transfert de puissance est redondée, un secteur annulaire au stator ou au rotor est constitué par l'ensemble des éléments de deux voies identiques placées côte à côte dans le plan axial.
Selon la fréquence d'utilisation envisagée, le type de matériau utilisé pour le noyau magnétique pourra être différent. Ainsi, pour un usage à fréquence basse, un empilement sous forme de paquets de tôles d'un matériau magnétique comme du FeSi, FeNi ou FeCo est envisagé pour le stator comme pour le rotor. Pour un usage à moyenne ou haute fréquence, un noyau magnétique en tôle enroulée de type amorphe ou nanocristallin ou sous forme de bloc de poudre de tout autre matériau magnétique adapté (par exemple en poudre d'Amorphe) est envisagé pour le stator et le rotor. Un mélange de matériaux est toutefois envisageable avec un stator en matériau moyenne ou haute fréquence et un rotor en matériau basse fréquence ou vice et versa.
Les figures 3 à 8 montrent différentes topologies envisageables pour chaque circuit magnétique élémentaire au stator et au rotor permettant la réalisation du transformateur tournant selon l'invention. On notera qu'un tel circuit magnétique peut être installé horizontalement (entrefer axial tel qu'illustré) ou verticalement (entrefer radial). Ces topologies ont toutes en commun le fait que les noyaux magnétiques statoriques (ou externe de stator 30) présentent des épanouissements 30a, 30b au niveau de chacun des deux entrefers 38a, 38b qui se correspondent au stator et qui en évitant une discontinuité des lignes de champs magnétiques pendant la rotation de l'arbre mobile améliorent l'efficacité du transfert de puissance. Les noyaux magnétiques rotoriques (ou interne de rotor 34) peuvent présenter également des épanouissements 34a, 34b ou non (voir par exemple les figures 5 et 6). On notera que, pour des raisons de simplification, les bobinages électriques 32, 36 qui ne sont pas représentés sur les figures 4 à 8 ne montrant que les seuls noyaux magnétiques stator et rotor, peuvent être filaires ou en rubans selon les différentes contraintes d'intégration et de performances à respecter, et les séries de trois traits figurant sur les noyaux magnétiques tendent à montrer la disposition des tôles les constituants.
Sur la figure 3, correspondant à un usage à basse fréquence, le noyau magnétique externe ou statorique 30 présente une forme en U terminée par des épanouissements 30a, 30b au niveau des deux entrefers axiaux 38a, 38b. Le noyau magnétique interne ou rotorique 34 présente quant à lui une forme en H définissant des épanouissements 34a, 34b au niveau de ces deux entrefers axiaux présent de part et d'autre du noyau magnétique interne 34.
Sur la figure 4 est présentée une réalisation économique sans gaspillage de matériaux correspondant à un usage en moyenne ou haute fréquence et dans laquelle le noyau magnétique interne 40 présente une forme de H obtenu par un empilement de tôles dans le plan vertical et le noyau magnétique externe 42 est constitué d'un assemblage de trois pièces, à savoir une pièce 44 en forme de U issue d'une découpe en deux parties d'un tore magnétique formé d'une tôle enroulée et deux épanouissements 46, 48 issus d'une découpe en quatre quarts de rond d'un tore magnétique cylindrique de tôles enroulées. La forme des épanouissements peut bien entendu être adaptée pour des raisons de gain de masse en modifiant la largeur au niveau de la surface de jonction entre l'épanouissement et la pièce 44 en forme de U.
Sur la figure 5, le noyau magnétique externe 50 en forme de C est découpé au niveau de l'entrefer pour laisser la place à l'ajout d'une barre 52, 54 de chaque côté de la découpe pour former les épanouissements entre lesquels le noyau magnétique interne 56 en forme de I, donc sans épanouissements, est placé. Comme illustré à la figure 6, ces barres 52, 54 pourront avantageusement présenter chacune une encoche 58 permettant aux branches 50a, 50b de la pièce en forme de C de s'y insérer et offrir ainsi une surface de contact entre les deux pièces (C/barre) plus importante.
Sur l'exemple de réalisation de la figure 7, plus spécialement adaptée à un usage à basse fréquence et aussi sans gaspillage de matériaux à la découpe, le noyau magnétique interne 60 présente également une forme de H par un empilement de tôles dans le plan vertical et le noyau magnétique externe 62 est composé d'un emboîtement de trois paquets de tôles 64, 66, 68 en forme de U.
Enfin, la figure 8 montre un autre exemple de réalisation particulièrement robuste avec un noyau magnétique externe obtenu par le simple usinage d'une pièce 70 en forme de C ayant une largeur initiale égale à celle des épanouissements au niveau de l'entrefer comme illustré. La matière correspondant aux parties 72, 74 et sans toucher aux parties 76, 78 formant les épanouissements, est enlevée selon les lignes de coupe illustrées en pointillés sur la figure pour ne laisser que la partie centrale 80.
On obtient ainsi un noyau magnétique final avec une largeur inférieure à l'épanouissement au niveau du passage du bobinage électrique. Le noyau magnétique interne (non représenté) peut être en forme de H ou de I.
Si à titre d'application, il a été fait référence au dégivrage des pales d'hélice d'une turbomachine d'aéronef, parmi les autres applications possibles, notamment dans l’industrie aéronautique, qui peuvent tirer profit de l’utilisation de transformateurs tournants, on peut citer, la remontée d'informations de capteurs de couple pour le calage variable d’aubes dans les avions et le calage du pas d’hélice dans les hélicoptères, par exemple. Pour de telles applications, la suppression du collecteur à balais frottant classique et son remplacement par un transformateur tournant sont avantageux car il permet de fiabiliser le matériel en supprimant le risque de panne créé par l’usure des balais.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Transformateur tournant (10) destiné à être installé autour d'un arbre mobile en rotation (12), le transformateur tournant étant constitué d'une pluralité de secteurs annulaires externes de stator (22a, 22b) et d'une pluralité de secteurs annulaires internes de rotor (24a, 24b), la juxtaposition sur 360° de ces secteurs annulaires externes de stator et internes de rotor formant un anneau externe de stator et un anneau interne de rotor constitués de circuits magnétiques stator et rotor élémentaires, chacun des circuits magnétiques stator élémentaires comportant un noyau magnétique externe (30, 42, 52, 62, 70) et un premier bobinage électrique (32) et chacun des circuits magnétiques rotor élémentaires comportant un noyau magnétique interne (34, 40, 56, 60, 76) et un second bobinage électrique (36) pour permettre un transfert d'énergie électrique par induction électromagnétique entre les anneaux externe de stator et interne de rotor, les noyaux magnétiques internes et externes étant montés concentriquement et séparés par deux entrefers (38a, 38b) présents de part et d'autre du noyau magnétique interne, caractérisé en ce qu'au moins les noyaux magnétiques externes (30) présentent des épanouissements (30a, 30b) au niveau de chacun des deux entrefers (38a, 38b) pour éviter une discontinuité des lignes de champs magnétiques pendant la rotation de l'arbre mobile (12) et en ce que les secteurs annulaires internes de rotor sont identiques et interchangeables entre eux.
[Revendication 2] Transformateur tournant selon la revendication 1, dans lequel les secteurs annulaires externes de stator sont identiques et interchangeables entre eux.
[Revendication 3] Transformateur tournant selon la revendication 1, dans lequel le nombre des circuits magnétiques stator et rotor élémentaires par secteur annulaire n'est pas identique au stator et au rotor.
[Revendication 4] Transformateur tournant selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel les secteurs annulaires externes de stator sont interconnectés entre eux électriquement par des pièces d'interconnexions accessibles au montage/démontage au travers de trappes d'accès circonférentielles (14a).
[Revendication 5] Transformateur tournant selon la revendication 4, dans lequel les secteurs annulaires internes de rotor sont interconnectés entre eux électriquement et accessibles au montage/démontage au travers des trappes d'accès circonférentielles (14a).
[Revendication 6] Transformateur tournant selon l'une quelconque de revendications 1 à 5, dans lequel les noyaux magnétiques interne et externe (30, 42, 52, 62, 70 ; 34, 40, 56, 60, 76) sont formés d'un empilement de tôles, de tôles enroulées ou d'un bloc de poudre magnétique.
[Revendication 7] Transformateur tournant selon la revendication 6, dans lequel l'empilement de tôles se présente sous forme de paquets de tôles d'un matériau magnétique comme du FeSi, FeNi ou FeCo, les tôles enroulées sous la forme d'un matériau magnétique de type amorphe ou nanocristallin, et le bloc de poudre magnétique sous la forme de poudre d'Amorphe.
[Revendication 8] Transformateur tournant selon l'une quelconque de revendications 1 à 7, dans lequel le noyau magnétique externe (30, 42, 52, 62, 70) présente une forme en C ou U terminée par les épanouissements (30a, 30b ; 46, 48 ; 52, 54 ; 66, 68) au niveau de l'entrefer et le noyau magnétique interne (34, 40, 56, 60, 76) présente une forme en H définissant les épanouissements (34a, 34b) au niveau de l'entrefer ou en forme de I sans épanouissements.
[Revendication 9] Transformateur tournant selon la revendication 8, dans lequel les épanouissements (52, 54 ; 66, 68) sont formés par des barres présentant une encoche (58) permettant aux branches du C ou du U de s'y insérer et offrir ainsi une surface de contact entre les branches et les barres plus importante.
[Revendication 10] Transformateur tournant selon la revendication 8, dans lequel le noyau magnétique externe (42) est issu d'une découpe en deux parties d'un tore magnétique formé d'une tôle enroulée (44) et les épanouissements sont issus d'une découpe en quatre quarts de rond d'un tore magnétique cylindrique de tôles enroulées (46, 48).
[Revendication 11] Transformateur tournant selon la revendication 8, dans lequel le noyau magnétique externe (62) est issu d'un emboîtement de trois paquets de tôles en U (64, 66, 68).
[Revendication 12] Transformateur tournant selon la revendication 8, dans lequel le noyau magnétique externe est issu d'une pièce (70) en forme de C dont des parties (72, 74) de part et d'autre d'une partie centrale (80) ont été usinées pour obtenir les épanouissements (76, 78) au niveau de l'entrefer.
[Revendication 13] Utilisation d'un transformateur tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour le dégivrage électrique des pales d'hélice d'une turbomachine d'aéronef.
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