EP4690433A1 - Module de turbomachine equipee d'une machine electrique - Google Patents

Module de turbomachine equipee d'une machine electrique

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Publication number
EP4690433A1
EP4690433A1 EP24723416.4A EP24723416A EP4690433A1 EP 4690433 A1 EP4690433 A1 EP 4690433A1 EP 24723416 A EP24723416 A EP 24723416A EP 4690433 A1 EP4690433 A1 EP 4690433A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
stator
rotor
extreme position
electric machine
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
EP24723416.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric MONTIN
Adrian FLORESCU
Alexandre Jean-Marie Tan-Kim
Romain TRUCO
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 Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines 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 Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP4690433A1 publication Critical patent/EP4690433A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/086—Structural association with bearings radially supporting the rotor around a fixed spindle; radially supporting the rotor directly
    • H02K7/088—Structural association with bearings radially supporting the rotor around a fixed spindle; radially supporting the rotor directly radially supporting the rotor directly
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/16—Centring rotors within the stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/09—Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Definitions

  • the technical field of the invention is that of turbomachines equipped with an electric machine.
  • the present invention relates in particular to an aircraft turbomachine module equipped with an electric machine.
  • the technical background includes in particular the documents EP 3 029 814 A2, WO 2012/159108 A2, US 2015/0171722 A1 and EP 2 369 720 A1.
  • the turbomachine comprises a low pressure body and a high pressure body, each body comprising a shaft connecting a rotor of a compressor to a rotor of a turbine.
  • an electric machine is an electromechanical device based on electromagnetism allowing the conversion of electrical energy for example into work or mechanical energy. This process is reversible and can be used to produce electricity.
  • An electric machine can also behave in motor mode according to a first operating phase and in generator mode according to a second operating phase distinct from the first.
  • the electrical machines in question here are electricity generators or reversible machines that can also work as an electric motor and which are then capable of starting a turbine or fan shaft or at least of providing it with additional power. They can be used in addition to the electricity generator usually found on the accessory gearbox (AGB) and which draws power from the high-pressure body if the electrical machine is integrated into the low-pressure body of a turbomachine.
  • AGB accessory gearbox
  • patent application FR 3 087 823 A1 describes the installation of an electric machine downstream of a blower.
  • the electric machine can also be installed downstream of a turbine shaft and driven by this shaft.
  • the electric machine has a generally annular shape and comprises a rotor and a stator.
  • the rotor and the stator each have a generally cylindrical shape extending around the axis of the turbomachine.
  • the rotor generally comprises a disk and magnetic elements (for example, permanent magnets) arranged regularly on the periphery of the disk while the stator comprises a ring supporting coils distributed regularly in an annular manner inside the stator ring.
  • the stator surrounds the rotor.
  • the stator ring and the rotor disk are concentric and the stator ring is radially outside the rotor disk.
  • the coils are arranged radially outside relative to the magnetic elements.
  • the rotor of the electric machine may be caused to move radially relative to the stator.
  • the rotor of the electric machine is fixed to a fan disk by means of a flange and screws.
  • the disk becomes significantly unbalanced and begins to orbit under the effect of a significant unbalance.
  • This imbalance can cause an eccentricity which in turn leads to the local closing of the air gap of the electric machine.
  • the eccentricity linked to the loss of blade being greatly greater than the clearance between the magnetic elements of the rotor and the coils of the stator of the electric machine, there is then contact between said magnetic elements and said coils of the electric machine.
  • the objective of the present invention is to overcome at least some of the problems mentioned in the above.
  • the present invention proposes a solution for eliminating the risk of contact between the magnetic elements of the rotor and the coils of the stator in order to avoid damaging the electric machine or modifying the dynamic situation of the turbomachine, which ultimately allows a reduction in the air gap and a gain in performance.
  • the invention relates to a module for a turbomachine, in particular for an aircraft turbomachine, comprising a shaft extending in an axial direction and an electric machine comprising:
  • a rotor coupled in rotation with the shaft of the module, the rotor comprising a disk and magnetic elements arranged regularly around the periphery of the disk, and
  • stator secured to a module housing comprising a ring and coils distributed in an annular manner inside the stator ring, the coils are arranged outside the magnetic elements of the rotor in a radial direction, characterized in that each coil is movable radially between a first extreme position and a second extreme position, each coil being maintained in the first position in normal operation and moved to the second extreme position in the event of movement of the rotor radially towards the stator coil.
  • the invention thus makes it possible to authorize the radial displacement of the elements carried by the stator of an electric machine in order to reduce the air gap, to increase the performance of the electric machine while being robust to the consumption of rotor/stator clearance.
  • the invention makes it possible to eliminate the risk of contact between the magnetic elements of the rotor and the coils of the stator in order to avoid degrading the electric machine or modifying the dynamic situation of the turbomachine.
  • the elements supported by the stator i.e. the coils
  • the extreme position i.e. in a position in which all the elements supported by the stator are at the same distance from the rotor of the electric machine.
  • the air gap of the electric machine is constant.
  • the invention makes it possible to reduce the air gap of the electric machine in normal operation, generating a gain in performance while remaining robust to particular operating cases such as high load factors.
  • This gain in performance can result in a gain in mass/size at equivalent power or a gain in power at equivalent mass.
  • the module for a turbomachine according to the invention may comprise one or more of the following features, taken in isolation from one another or in combination with one another in all technically possible combinations: - the stator has an internal surface and supports return elements, each shaped to maintain an associated coil in the first position during normal operation, each return element being arranged between the internal surface of the stator and the associated coil;
  • each return element is a spring or a blade of which a first end is connected to the internal surface of the stator and a second end opposite the first end is connected to the coil;
  • the stator comprises for each coil at least one slide configured to guide the coil in rectilinear translation in a radial direction between the first and second extreme positions;
  • each coil comprises two through holes each receiving a rod forming a slide, each rod having a circular section and extending substantially radially between a first end fixed to the internal surface of the stator and a second end shaped to form a stop for the coil in the first extreme position;
  • each coil comprises a through hole receiving a rod forming a slide, the rod extending radially between a first end fixed to the internal surface of the stator and a second end shaped to form a stop for the coil in the first extreme position, the rod having a non-circular section, preferably rectangular or oblong;
  • each coil is arranged in a gutter forming a slide
  • the gutter has a cylindrical body of a shape complementary to the associated coil and shaped to guide the coil in rectilinear translation in the radial direction between the first and second extreme positions, the cylindrical body extending radially between a first end fixed to the internal surface of the stator and a second end shaped to form a stop for the coil in the first extreme position;
  • the stator comprises, for each coil, an arm comprising a first end fixed to the coil and a second end connected to the internal surface of the stator by a pivot connection having a pivot axis extending perpendicular to the axial direction, the arm being shaped so that its pivoting causes the coil to move between the first extreme position and the second extreme position;
  • the rotor comprises for each magnetic element at least one main contact element and the stator comprises for each coil at least one secondary contact element, each main contact element of the rotor being arranged opposite a secondary contact element of the stator, the main contact element and the stator element secondary contact being shaped to avoid contact between the stator coil and the magnetic element of the rotor in the event of movement of the rotor radially towards the stator coil;
  • each primary contact element and each secondary contact element is made of bronze or non-stick polymer such as Teflon®;
  • the air gap of the electric machine defined by the distance in a radial direction between the magnetic elements and the coils in normal operation is between 0.5 mm and 10 mm.
  • the invention also relates to a turbomachine, in particular an aircraft turbomachine, comprising at least one module according to the invention and as described above.
  • the module is a blower module comprising a blower and the electric machine is mounted coaxially downstream of the blower, the rotor of the electric machine being rotatably coupled with the blower.
  • the module is a turbine module and the electric machine is mounted coaxially downstream of a turbine housing.
  • FIG. 1 is a schematic axial sectional view of an example of an aircraft turbomachine to which the invention applies, the example illustrated is a turbomachine with a high bypass ratio and reduction gear;
  • FIG. 2 is a schematic view in longitudinal section of an electrical machine equipping a module according to the invention, according to a first embodiment and in normal operation;
  • FIG. 3 represents a schematic cross-sectional view of the electric machine of Figure 2 in normal operation
  • - figure 4 is a schematic view of the section of an element supported by the stator of the electric machine of figures 2 and 3 in a plane perpendicular to the radial direction
  • - figure 5 is a schematic view of the section of an element supported by the stator of the electric machine of figures 2 and 3 in a plane perpendicular to that of figure 4;
  • FIG. 6 is a schematic view in longitudinal section of the electric machine of figure 2 in abnormal operation, in which the rotor is eccentric;
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the electric machine of Figure 6 in abnormal operation
  • FIG. 8 is a schematic view in longitudinal section of an electrical machine equipping a module according to the invention, according to a second embodiment and in normal operation;
  • FIG. 9 is a schematic view of the section of an element supported by the stator of the electric machine of figure 8 in a plane perpendicular to the radial direction;
  • FIG. 10 is a schematic view of a variant of the section of an element supported by the stator of the electric machine of figure 8 in a plane perpendicular to the radial direction;
  • FIG. 11 is a schematic view of the section of an element supported by the stator of the electric machine of figure 8 in a plane perpendicular to that of figures 9 and 10;
  • figure 12 is a schematic view in longitudinal section of the electric machine of figure 8 in abnormal operation
  • FIG. 13 is a schematic view in longitudinal section of an electrical machine equipping a module according to the invention, according to a third embodiment and in normal operation;
  • FIG. 14 is a schematic view in longitudinal section of the electric machine of Figure 13 in abnormal operation.
  • FIG. 15 is a schematic view in longitudinal section of an electrical machine equipping a module according to the invention, according to a fourth embodiment and in normal operation;
  • FIG. 16 is a schematic view in longitudinal section of the electric machine of Figure 15 in abnormal operation.
  • FIG. 1 schematically represents a twin-spool, twin-flow aircraft turbomachine 10 to which the invention applies.
  • the invention can be applied to other types of turbomachine equipped with an electric machine, for example a turboprop, without departing from the scope of the invention.
  • the turbomachine 10 has a longitudinal axis denoted C around which its various components extend.
  • the turbomachine 10 conventionally comprises a gas generator 12 upstream of which a fan 14 is arranged.
  • the fan 14 is surrounded by a fan casing 16 which is surrounded by a nacelle 18 which extends around and along a major portion of the gas generator 12.
  • the gas generator 12 here comprises two bodies, namely a low pressure body 12a or LP and a high pressure body 12b or HP. Each body comprises a compressor and a turbine.
  • upstream and downstream are defined relative to a main direction F of circulation of fluids inside the turbomachine, and here along the longitudinal axis C, that is to say from left to right with reference to FIG. 1.
  • the gas generator 12 From upstream to downstream, the gas generator 12 comprises a low pressure compressor 20, a high pressure compressor 22, a combustion chamber 24, a high pressure turbine 26 and a low pressure turbine 28.
  • the longitudinal axis C is the axis of rotation of the moving elements of the turbomachine 10, and in particular, of the turbines 26, 28.
  • the fan 14 comprises an annular row of blades 30 driven in rotation by a fan shaft 32 which is connected to the rotor of the low-pressure body 12a via a reducer 33.
  • the gas flow which passes through the fan (arrow F) is separated upstream of the gas generator 12 by an annular nozzle 34 into a radially internal annular flow, called primary flow 36 which supplies the gas generator 12, and into a radially external annular flow, called secondary flow 38 which flows between the gas generator 12 and the nacelle 18 and provides the majority of the thrust of the turbomachine.
  • An inlet casing 40 structurally connects the gas generator 12 to the fan casing 16 and to the nacelle 18.
  • the inlet casing 40 comprises an annular row of radially inner arms 42 extending into the primary flow 36, and an annular row of radially outer rectifier vanes 44 (OGV type) extending into the secondary flow 38.
  • the arms 42 are generally limited in number (less than ten) and are tubular and crossed by servitudes.
  • the number of blades 44 (OGV) is generally greater than ten.
  • the turbomachine comprises a module 100 according to the invention comprising a shaft extending in an axial direction A, parallel to the longitudinal axis of the turbomachine and an electric machine 110.
  • Zone Z1 represents an area between the fan disk 32 and the reducer 33, in which the electric machine can be installed.
  • Zone Z2 represents another zone located downstream of the low pressure turbine 28 in which the electric machine can also be installed.
  • the expressions “internal” or “interior” and “external” or “exterior” are used without limitation in reference to the radial distance from the longitudinal axis C around which the turbomachine extends, the expression “internal” defining a zone radially closer to the longitudinal axis of the nacelle, as opposed to the expression “external”.
  • the terminology axial, radial and transverse will be adopted without limitation in reference to the trihedron A, R, T indicated in the figures, the axial axis A being parallel to the longitudinal axis of the turbomachine.
  • the electric machine 110 has a generally annular shape and comprises a rotor 120 and a stator 130.
  • the rotor 120 has a generally cylindrical shape extending circumferentially around an axis of rotation coincident with the axis C of the turbomachine.
  • the rotor is coupled with the shaft of the module 100, that is to say the shaft of the fan if the electric machine is installed downstream of the fan (Zone Z1) or the shaft of the low-pressure turbine if the electric machine is installed downstream of the latter (Zone Z2).
  • the rotor 120 comprises an annular disk 122 and magnetic elements 124 arranged regularly around the periphery of the disk 122.
  • the magnetic elements 124 are, for example, permanent magnets.
  • the disk 122 comprises an upstream circumferential edge 126 called the “upstream edge” and a downstream circumferential edge 128 called the “downstream edge”.
  • the upstream 126 and downstream 128 edges extend from a circumferential bottom 129 of the disk radially outwards.
  • the magnetic elements 124 are in contact with the circumferential bottom 129 of the disk. More precisely, the magnetic elements 124 are radially external relative to the bottom circumferential 129 supporting the magnetic elements 124.
  • the magnetic elements 124 are arranged between the upstream 126 and downstream 128 edges of the disk 122 of the rotor 120.
  • the magnetic elements 124 are shrunk onto the disk 122 of the rotor 120.
  • the stator 130 comprises a ring also having a generally cylindrical shape extending circumferentially around the axis C of the module and the turbomachine.
  • the stator 130 is integral with a casing of the module, for example the fan casing 16 (zone Z1).
  • the stator ring 130 has an internal surface 132, that is to say a radially internal surface.
  • the stator ring 130 supports coils 134 distributed in an annular manner inside the ring.
  • the stator surrounds the rotor.
  • the stator ring and the rotor disk are concentric and the stator ring is radially outside the rotor disk.
  • the coils 134 are arranged facing the magnetic elements 124 of the rotor 120 in a radial direction R.
  • the magnetic elements 124 of the rotor 120 are radially inside relative to the coils 134 of the stator 130.
  • Each coil 134 has a radially inner surface 136 called the “inner surface” and a radially outer surface 137 called the “outer surface”.
  • Each coil 134 is formed of a conductive wire wound around a support, the support being fixed to the stator ring 130.
  • each coil 134 is radially movable between a first extreme position and a second extreme position.
  • Each coil 134 is held in the first position during normal operation and moved to the second extreme position in the event of movement of the rotor 120 radially towards the coil 134 of the stator 130. The second extreme position is thus radially outward relative to the first extreme position.
  • the air gap of the electric machine defined by the distance in a radial direction between the magnetic elements and the coils in normal operation is between 0.5 mm and 10 mm.
  • Figures 2 to 7 refer to a first embodiment of a module according to the invention.
  • the stator comprises, for each coil, at least one slide configured to guide in rectilinear translation in the radial direction R, the coil between the first and second extreme positions.
  • the stator 130 comprises, for each coil 134, two slides configured to guide the coil in rectilinear translation in the radial direction R between the first and second extreme positions.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate the electrical machine in normal operation, i.e. when the rotor 120 does not undergo any radial displacement due for example to unbalances.
  • the coils 134 of the stator 130 are in their first position. More specifically, they are held in the first extreme position in normal operation by return elements.
  • Each return element is supported by the internal surface 132 of the stator 130, more precisely by the internal surface 132 of the ring of the stator 130.
  • Each return element is arranged between the internal surface 132 of the stator 130 and the associated coil 134 so as to return the coil to the first extreme position.
  • the return element is a return spring 140 of which a first end 142 is connected to the stator 130 and a second end 144 opposite the first end 142 is connected to the radially outer surface 137 of the coil, more precisely to the radially outer surface of the support around which the conductive wire is wound.
  • the spring 140 is constrained in order to maintain the coil 134 in the first extreme position, that is to say in a position remote from the internal surface 132 of the stator in a radial direction R.
  • the radial stiffness of the springs 140 must be adapted to be as low as possible, in order not to influence the dynamic situation and limit the contact forces, while preserving the support of the elements under the various loads (vibration, operating loads) and with respect to the electromagnetic radial resultant.
  • the return element is a spring 140.
  • the return element may be a strip of which a first end is connected to the stator and a second end opposite the first end is connected to the coil and shaped to hold the coil in the first extreme position.
  • each coil 134 has two through holes 150. More precisely, each hole 150 is provided in the support of the coil 134. Each through hole 150 receives a rod 160 forming a slide. Each rod 160 extends substantially radially between a first end 162 fixed to the stator 130 and a second end 164 opposite the first end 162. The second end 164 is shaped to form a stop 166 for the coil 134 in the first extreme position.
  • each rod 160 has a circular section.
  • the two rods 160 are arranged in the same plane perpendicular to the axis T, that is to say extending in the axial A and radial R directions.
  • FIG. 5 shows a sectional view along plane B-B (visible in Figures 3 and 4) of the stator 130.
  • Each rod 160 has a second end 164 having a protuberance 167 of diameter greater than that of the rod at the first end 162 in order to form a stop 166 for the coil.
  • the protuberance 167 is in contact with the inner surface 136 of the coil 134.
  • the coil 134 may comprise two recesses 168 (visible in FIG. 5) each configured to receive the protuberance of a rod such that the protuberance 167 is in contact with a bottom of a recess 168 and the protuberance is entirely housed in the recess 168 such that the protuberance does not protrude inwardly beyond the inner surface of the coil.
  • the stator 130 comprises two slides per coil in order to prevent any rotation of the latter around a radial axis.
  • the rotor 120 advantageously comprises for each magnetic element 124 at least one main contact element 170 and the stator 130 also comprises for each element supported by the stator, the coils 134 in the illustrated example, at least one secondary contact element 180.
  • Each main contact element 170 of the rotor 120 is arranged facing a secondary contact element 180 of the stator 130.
  • the main contact element 170 and the secondary contact element 180 are shaped to avoid contact between the coil 134 of the stator 130 and the element magnetic 124 of the rotor 120 in the event of displacement of the rotor radially towards the stator coil (figures 6 and 7).
  • Figures 6 and 7 illustrate the electric machine in abnormal operation, that is to say when the rotor 120 undergoes a radial displacement, schematized by the arrow F1, due for example to unbalances.
  • the coils 134 of the stator towards which the rotor moves are displaced radially outwards according to the arrow F2 towards their second extreme position as soon as associated main contact elements 170 of the rotor 120 are in contact with corresponding secondary contact elements 180 of the stator 130.
  • the return element, the spring 140 in the illustrated example is even more stressed, here compressed.
  • a first main contact element 170 called the “upstream main contact element” is supported by a radially outer surface of the upstream edge 126 of the rotor disk 122 and a second main contact element 170 called the “downstream main contact element” is supported by a radially outer surface of the downstream edge 128 of the rotor disk 122.
  • a first secondary contact element 180 called “upstream secondary contact element” is supported by an upstream edge 138 of the radially inner surface 136 of the support of the coil 134 of the rotor and a second secondary contact element 180 called “downstream secondary contact element” is supported by a downstream edge 139 of the support of the radially inner surface 136 of the coil 134 of the rotor 130.
  • each primary contact element 170 and each secondary contact element 180 is made of a low friction material, preferably bronze or non-stick polymer such as Teflon® in order to limit heating and damage.
  • the primary contact elements may be shrink-fitted, screwed, or glued to the rotor disc 122.
  • the secondary contact elements may be secured to the coil support by shrink-fitting, screwing, or gluing.
  • the upstream main contact element 170 is in contact with the upstream secondary contact element 180 and the downstream main contact element 170 is in contact with the downstream secondary contact element 180, avoiding any direct contact between the coils 134 and the magnetic elements 124 which could have damaged them.
  • Figure 8 illustrates the electric machine in normal operation, that is to say when the rotor does not undergo any radial displacement due for example to unbalances.
  • the coils 134 of the stator are in their first position.
  • the coils are held in the first extreme position in normal operation by return elements.
  • the return element is a spring 140.
  • the return element can be an elastic strip as for the first embodiment.
  • Each coil 134 has a single through-hole 150 receiving a rod 160 forming a slide. More precisely, the single orifice 150 is provided in the coil support around which the conductive wire is wound.
  • the rod 160 extends substantially radially between a first end 162 fixed to the stator 130 and a second end 164 opposite the first end 162. The second end 164 is shaped to form a stop 166 for the coil 134 in the first extreme position.
  • the rod 160 has a non-circular section.
  • the rod 160 has a rectangular section as illustrated in FIG. 9 or an oblong section as illustrated in FIG. 10.
  • FIGS. 9 and 10 illustrate a sectional view along the plane A-A (visible in FIG. 8) of the stator, and in particular of a coil 134, in a plane perpendicular to the radial axis R.
  • Figure 11 shows a sectional view along plane BB (visible in Figures 9 and 10) of the stator 130.
  • the rod 160 has a second end 164 having a protrusion 167 of diameter greater than that of the rod at the first end 162 in order to form a stop 166 for the coil.
  • the protuberance 167 is in contact with the inner surface 136 of the coil 134.
  • the coil 134 may comprise a recess 168 (visible in FIG. 11 ) configured to receive the protuberance of the rod such that the protuberance 167 is in contact with a bottom of a recess 168 and that the protuberance is entirely housed in the recess 168 such that the protuberance does not protrude inwardly beyond the inner surface of the coil.
  • the rotor 120 advantageously comprises for each magnetic element 124 at least one main contact element 170 and the stator 130 also comprises for each element supported by the stator, the coils 134 in the illustrated example, at least one secondary contact element 180.
  • the description of these elements for the first embodiment also applies to the second embodiment.
  • the upstream main contact element 170 is in contact with the upstream secondary contact element 180 and the downstream main contact element 170 is in contact with the downstream secondary contact element 180, avoiding any direct contact between the coils 134 and the magnetic elements 124 which could have damaged them.
  • Figure 12 illustrates the electric machine in abnormal operation, that is to say when the rotor 120 undergoes a radial displacement, schematized by the arrow F1, due for example to unbalances.
  • the coils 134 of the stator towards which the rotor moves are displaced radially outwards according to the arrow F2 towards their second extreme position as soon as associated main contact elements 170 of the rotor 120 are in contact with corresponding secondary contact elements 180 of the stator 130.
  • the return element, the spring 140 in the illustrated example is even more stressed, here compressed.
  • Figures 13 and 14 show a third embodiment which differs from the first in that the stator 130 comprises a single slide for each coil 134, the slide being configured to guide the coil in rectilinear translation in a radial direction between the first and second extreme positions.
  • each slide associated with a coil is formed by a gutter 190 housing said coil.
  • the gutter 190 is shaped to guide the coil in rectilinear translation in a radial direction between the first and second extreme positions.
  • the gutter 190 comprises a cylindrical body 191 with a main axis denoted E and a shape complementary to the associated coil 134 and shaped to guide the coil in rectilinear translation in the radial direction between the first and second extreme positions.
  • the cylindrical body 191 extends radially between a first end 192 fixed to the stator 130 and a second end 194 shaped to form a stop 196 for the coil 134 in the first extreme position.
  • the second end 192 of the cylindrical body 191 has a protuberance 197 extending from an internal surface of the cylindrical body 191 towards the inside thereof, i.e. towards the main axis E of the cylindrical body.
  • the protuberance extends over the entire internal circumference of the second end 192 of the cylindrical body 191 to one or more free edges 198 depending on the shape of the protuberance.
  • the protuberance extends continuously or in regularly distributed portions over this entire circumference.
  • the protuberance is shaped to retain the coil 134 in the cylindrical body in the first extreme position.
  • the internal dimension D1 of the protuberance i.e.
  • the rotor 120 advantageously comprises for each magnetic element 124 at least one element main contact element 170 and the stator 130 also comprises for each element supported by the stator, the coils 134 in the illustrated example, at least one secondary contact element 180.
  • the description of these elements for the first embodiment also applies to the third embodiment.
  • Figures 15 and 16 show a fourth embodiment in which the stator 130 comprises, for each coil 134, an arm 210 comprising a first end 212 fixed to the coil 134 and a second end 214 connected to the stator by a pivot connection 215.
  • the pivot connection 215 has a pivot axis denoted F extending perpendicular to the axial direction A and to the radial direction R.
  • the arm 210 is shaped so that its pivoting causes the coil to move between the first extreme position and the second extreme position.
  • the pivot link 215 is arranged upstream of the coil. However, it can be arranged downstream of the coil.
  • the arm 210 is configured to pivot about the pivot axis F between a first position corresponding to the first extreme position of the coil 134 and a second position corresponding to the second extreme position of the coil 134.
  • the stator 130 further comprises a rod 220 extending radially between a first end 222 fixed to the internal surface 132 of the stator 130 and a second end 224 shaped to form a stop 226 for the arm 210 in the first position.
  • FIG 15 illustrates the electric machine in normal operation, i.e. when the rotor does not undergo any radial displacement due for example to unbalances.
  • the stator coils are in their first extreme position. More precisely, these are held in the first extreme position in normal operation by return elements.
  • Each return element is supported by the internal surface 132 of the stator 130.
  • Each return element is arranged between the internal surface 132 of the stator 130 and the associated coil 134 so as to maintain the coil in the first extreme position.
  • the return element is a strip 240 of which a first end 242 is connected to the stator 130 and a second end 244 opposite the first end is connected to the coil 134 and shaped to return the coil to the first extreme position.
  • the return element may be a return spring having a first end connected to the stator and a second end opposite the first end connected to the radially outer surface of the coil to return the coil to its first extreme position.
  • the rotor 120 advantageously comprises for each magnetic element 124 at least one main contact element 170 and the stator 130 also comprises for each element supported by the stator, the coils 134 in the illustrated example, at least one secondary contact element 180.
  • Each main contact element 170 of the rotor 120 is arranged facing a secondary contact element 180 of the stator 130.
  • the main contact element 170 and the secondary contact element 180 are shaped to avoid contact between the coil 134 of the stator 130 and the magnetic element 124 of the rotor 120 in the event of movement of the rotor radially towards the coil of the stator. (figure 16).
  • Figure 16 illustrates the electric machine in abnormal operation, that is to say when the rotor undergoes a radial displacement, schematized by the arrow F1, due for example to unbalances.
  • the coils 134 of the stator towards which the rotor moves are displaced radially outwards according to the arrow towards their second extreme position as soon as associated main contact elements 170 of the rotor 120 are in contact with corresponding secondary contact elements 180 of the stator 130.
  • the return element, the strip 240 in the illustrated example is even more stressed than in the first extreme position (figure 14).
  • a secondary contact element 180 called a “downstream secondary contact element” is supported by a downstream edge 139 of the radially inner surface 136 of the coil 134 of the rotor 130.
  • the primary contact elements may be shrink-fitted, screwed, or glued to the rotor disc 122.
  • the secondary contact elements may be secured to the coil support by shrink-fitting, screwing, or gluing.
  • the invention as described above thus allows the radial displacement of the elements supported by the stator of an electric machine in order to reduce the air gap, to increase performance while being robust to rotor/stator clearance consumption.
  • the inventors estimated that the invention allows a 20% reduction in the air gap compared to an electrical machine of the prior art, thus allowing a gain of approximately 5% in mass of the electrical machine at equivalent power.

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Abstract

L'invention concerne un module (100) pour une turbomachine, notamment pour une turbomachine d'aéronef, comprenant un arbre s'étendant selon une direction axiale et une machine électrique (110) comprenant : - un rotor (120) couplé en rotation avec l'arbre du module, le rotor comprenant un disque (122) et des éléments magnétiques (124) arrangés régulièrement en périphérie du disque, et - un stator (130) solidaire d'un carter du module comprenant un anneau et des bobines (134) réparties de manière annulaire à l'intérieur de l'anneau du stator, les bobines sont arrangées à l'extérieur des éléments magnétiques du rotor suivant une direction radiale, caractérisé en ce que chaque bobine est mobile radialement entre une première position extrême et une deuxième position extrême, chaque bobine étant maintenue dans la première position en fonctionnement normal et déplacée vers la deuxième position extrême en cas de déplacement du rotor radialement vers la bobine du stator.

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L’INVENTION : MODULE DE TURBOMACHINE EQUIPEE D’UNE MACHINE ELECTRIQUE
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine technique de l’invention est celui des turbomachines équipées d’une machine électrique.
La présente invention concerne notamment un module de turbomachine d’aéronef équipé d’une machine électrique.
TECHNIQUE ANTÉRIEURE
L’arrière-plan technique comprend notamment les documents EP 3 029 814 A2, WO 2012/159108 A2, US 2015/0171722 A1 et EP 2 369 720 A1 .
Le monde aéronautique se pose aujourd'hui de nombreuses questions quant à la pertinence d'utiliser des moteurs hybrides pour l'aviation commerciale. L'utilisation de l'énergie électrique est aujourd'hui envisagée non seulement pour répondre à des fonctions de l'aéronef mais également pour électrifier des fonctions de la turbomachine. Ce constat conduit à étudier des solutions d'architecture moteur hybridée, combinant l'énergie fossile du carburant et l'énergie électrique pour assurer l'entraînement de la partie propulsive (soufflante ou turbine de la turbomachine) et l'alimentation de certaines fonctions moteurs et/ou aéronef.
Ces architectures peuvent notamment se baser sur une architecture de type à grand taux de dilution et à réducteur, mais aussi à multiple corps (deux ou trois). Dans ces architectures, la turbomachine comprend un corps basse pression et un corps haute pression, chaque corps comportant un arbre reliant un rotor d'un compresseur à un rotor d'une turbine.
Il est connu d'équiper une turbomachine d'aéronef avec une machine électrique. On rappelle qu'une machine électrique est un dispositif électromécanique basé sur l'électromagnétisme permettant la conversion d'énergie électrique par exemple en travail ou énergie mécanique. Ce processus est réversible et peut servir à produire de l'électricité.
Ainsi, suivant l'usage final d'une machine électrique, on utilise les termes de :
- générateur pour désigner une machine électrique produisant de l'énergie électrique à partir d'une énergie mécanique, - moteur pour une machine électrique produisant une énergie mécanique à partir d'une énergie électrique.
Une machine électrique peut également se comporter en mode moteur selon une première phase de fonctionnement et en mode générateur selon une deuxième phase de fonctionnement distincte de la première.
Ainsi, les machines électriques dont il est question ici sont des génératrices d’électricité ou des machines réversibles pouvant aussi travailler en moteur électrique et qui sont alors aptes à faire démarrer un arbre de turbine ou de soufflante ou du moins à lui apporter un surcroît de puissance. Elles peuvent venir en complément de la génératrice d’électricité qu’on trouve habituellement sur le boîtier d’accessoires (AGB) et qui prélève de la puissance sur le corps haute pression si la machine électrique est intégrée sur le corps basse pression d’une turbomachine.
Plusieurs zones d'installation sont possibles mais les avantages et les inconvénients de chacune sont nombreux et divers (problème d'intégration mécanique de la machine, tenue en température de la machine, accessibilité de la machine, etc.). Par exemple, la demande de brevet FR 3 087 823 A1 décrit l’installation d’une machine électrique en aval d’une soufflante. En outre, la machine électrique peut également être installée en aval d’un arbre de turbine et entraînée par cet arbre.
La machine électrique présente une forme générale annulaire et comprend un rotor et un stator. Le rotor et le stator ont chacun une forme générale cylindrique s'étendant autour de l'axe de la turbomachine. Le rotor comprend en général un disque et des éléments magnétiques (par exemple, des aimants permanents) arrangés régulièrement en périphérie du disque tandis que le stator comprend un anneau supportant des bobines réparties régulièrement de manière annulaire à l’intérieur de l’anneau du stator. Le stator entoure le rotor. Autrement dit, l’anneau du stator et le disque du rotor sont concentriques et l’anneau du stator est radialement extérieur au disque du rotor. En d’autres termes, les bobines sont disposées radialement à l’extérieur par rapport aux éléments magnétiques.
En fonctionnement nominal, deux types d’efforts s’appliquent sur le rotor d’une machine électrique : un couple (résistif ou moteur selon les cas de fonctionnement), et un effort radial.
Lors de cas de fonctionnement particuliers, comme de fortes charges de manœuvres, de balourd ou autre dysfonctionnement, le rotor de la machine électrique peut être amené à se déplacer radialement vis-à-vis du stator. Par exemple, dans le cas d’une machine électrique arrangée en aval d’une soufflante, le rotor de la machine électrique est fixé à un disque de la soufflante par l’intermédiaire d’une bride et de vis. En cas de perte d’une aube du disque de soufflante, le disque devient fortement déséquilibré et se met à orbiter sous l’effet d’un balourd conséquent. Ce déséquilibre peut provoquer un excentrement qui entraîne à son tour la fermeture locale de l’entrefer de la machine électrique. L’excentrement lié à la perte d’aube étant grandement supérieur au jeu entre les éléments magnétiques du rotor et les bobines du stator de la machine électrique, il y a alors contact entre lesdits éléments magnétiques et lesdites bobines de la machine électrique.
Aujourd’hui l’entrefer d’une machine électrique est calculé de manière à éviter tout contact entre les éléments magnétiques du rotor et les bobines du stator. Cela impose plusieurs contraintes :
- soit un entrefer important pour répondre aux cas de manœuvre ou de défaillance importants,
- soit un découplage mécanique le plus complet possible entre la machine électrique et le reste de la turbomachine ce qui impose des contraintes d’intégration comme décrit dans le brevet FR 3 087 823.
Or, un entrefer important nuit aux performances de la machine électrique et le découplage mécanique impose des contraintes d’intégration importants (ajout d’éléments de découplage, positionnement de l’ensemble à l’aval de la turbomachine, etc...).
L’objectif de la présente invention est de pallier à au moins certains des problèmes évoqués dans ce qui précède. En particulier, la présente invention propose une solution permettant de supprimer le risque de contact entre les éléments magnétiques du rotor et les bobines du stator afin d’éviter de dégrader la machine électrique ou de modifier la situation dynamique de la turbomachine ce qui permet au final une réduction de l’entrefer et un gain en performance.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
À cet effet, l’invention concerne un module pour une turbomachine, notamment pour une turbomachine d’aéronef, comprenant un arbre s’étendant selon une direction axiale et une machine électrique comprenant :
- un rotor couplé en rotation avec l’arbre du module, le rotor comprenant un disque et des éléments magnétiques arrangés régulièrement en périphérie du disque , et
- un stator solidaire d’un carter du module comprenant un anneau et des bobines réparties de manière annulaire à l’intérieur de l’anneau du stator, les bobines sont arrangées à l’extérieur des éléments magnétiques du rotor suivant une direction radiale, caractérisé en ce que chaque bobine est mobile radialement entre une première position extrême et une deuxième position extrême, chaque bobine étant maintenue dans la première position en fonctionnement normal et déplacée vers la deuxième position extrême en cas de déplacement du rotor radialement vers la bobine du stator.
L’invention permet ainsi d’autoriser le déplacement radial des éléments portés par le stator d’une machine électrique afin de réduire l’entrefer, d’augmenter les performances de la machine électrique tout en étant robuste aux consommations de jeu rotor / stator. En d’autres termes, l’invention permet de supprimer le risque de contact entre les éléments magnétiques du rotor et les bobines du stator afin d’éviter de dégrader la machine électrique ou de modifier la situation dynamique de la turbomachine.
En fonctionnement normal, les éléments supportés par le stator, c’est-à-dire les bobines, sont maintenus dans la position extrême, c’est-à-dire dans une position dans laquelle tous les éléments supportés par le stator sont à une même distance du rotor de la machine électrique. Autrement dit, l’entrefer de la machine électrique est constant.
Tandis qu’en fonctionnement anormal, par exemple sous facteur de charge, de balourd ou autre dysfonctionnement, les éléments supportés par le stator sont repoussés radialement vers l’extérieur par le rotor. Le déplacement des éléments supportés par le stator radialement vers l’extérieur permet de supprimer le risque de contact entre les éléments magnétiques du rotor et les bobines du stator. De ce fait, ni la machine électrique ne subit aucune dégradation ni la situation dynamique de la turbomachine n’est modifiée.
Ainsi, l’invention permet de diminuer l’entrefer de la machine électrique en fonctionnement normal engendrant un gain en performance tout en restant robuste aux cas de fonctionnement particuliers comme les forts facteurs de charge. Ce gain en performance peut se traduire par un gain masse/encombrement à puissance équivalente ou un gain en puissance à masse équivalente.
De plus, les contraintes d’intégration de la machine électrique sont allégées car il n’est plus nécessaire de découpler la machine électrique totalement du reste de la turbomachine ou de la positionner à une position faiblement impactée par les facteurs de charge.
Le module pour une turbomachine selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le stator présente une surface interne et supporte des éléments de rappel, chacun conformé pour maintenir une bobine associée dans la première position en fonctionnement normal, chaque élément de rappel étant arrangé entre la surface interne du stator et la bobine associée ;
- chaque élément de rappel est un ressort ou une lamelle dont une première extrémité est reliée à la surface interne du stator et une seconde extrémité opposée à la première extrémité est reliée à la bobine;
- le stator comporte pour chaque bobine au moins une glissière configurée pour guider en translation rectiligne selon une direction radiale la bobine entre les première et deuxième positions extrêmes ;
- chaque bobine comporte deux orifices traversants recevant chacun une tige formant glissière, chaque tige ayant une section circulaire et s’étendant sensiblement radialement entre une première extrémité fixée à la surface interne du stator et une seconde extrémité conformée pour former une butée pour la bobine dans la première position extrême ;
- chaque bobine comporte un orifice traversant recevant une tige formant glissière, la tige s’étendant radialement entre une première extrémité fixée à la surface interne du stator et une seconde extrémité conformée pour former une butée pour la bobine dans la première position extrême, la tige ayant une section non circulaire, de préférence rectangulaire ou oblongue ;
- chaque bobine est arrangée dans une gouttière formant glissière, la gouttière présente un corps cylindrique de forme complémentaire à la bobine associée et conformé pour guider la bobine en translation rectiligne selon la direction radiale entre les première et deuxième positions extrêmes, le corps cylindrique s’étendant radialement entre une première extrémité fixée à la surface interne du stator et une seconde extrémité conformée pour former une butée pour la bobine dans la première position extrême ;
- le stator comporte, pour chaque bobine, un bras comprenant une première extrémité fixée à la bobine et une deuxième extrémité reliée à la surface interne du stator par une liaison pivot ayant un axe de pivotement s’étendant perpendiculairement à la direction axiale, le bras étant conformé de sorte que son pivotement entraîne le déplacement de la bobine entre la première position extrême et la deuxième position extrême ;
- le rotor comporte pour chaque élément magnétique au moins un élément de contact principal et le stator comporte pour chaque bobine au moins un élément de contact secondaire, chaque élément de contact principal du rotor étant arrangé en vis-à-vis d’un élément de contact secondaire du stator, l’élément de contact principal et l’élément de contact secondaire étant conformés pour éviter un contact entre la bobine du stator et l’élément magnétique du rotor en cas de déplacement du rotor radialement vers la bobine du stator ;
- chaque élément de contact principal et chaque élément de contact secondaire est en bronze ou en polymère antiadhésif tel que le Téflon® ;
- l’entrefer de la machine électrique défini par la distance selon une direction radiale entre les éléments magnétiques et les bobines en fonctionnement normal est compris entre 0,5 mm et 10 mm.
L’invention concerne également une turbomachine, notamment turbomachine d’aéronef, comprenant au moins un module selon l’invention et tel que décrit précédemment.
De préférence, le module est un module de soufflante comportant une soufflante et la machine électrique est montée coaxialement en aval de la soufflante, le rotor de la machine électrique étant couplé en rotation avec la soufflante.
Alternativement, le module est un module de turbine et la machine électrique est montée coaxialement en aval d’un carter de turbine.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un exemple de turbomachine d'aéronef à laquelle s’applique l’invention, l’exemple illustré est une turbomachine à fort taux de dilution et réducteur ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d’une machine électrique équipant un module selon l’invention, selon un premier mode de réalisation et en fonctionnement normal ;
- la figure 3 représente une vue schématique en coupe transverse de la machine électrique de la figure 2 en fonctionnement normal ;
- la figure 4 est une vue schématique de la section d’un élément supporté par le stator de la machine électrique des figures 2 et 3 dans un plan perpendiculaire à la direction radiale ; - la figure 5 est une vue schématique de la section d’un élément supporté par le stator de la machine électrique des figures 2 et 3 dans un plan perpendiculaire à celui de la figure 4 ;
- la figure 6 est une vue schématique en coupe longitudinale de la machine électrique de la figure 2 en fonctionnement anormal, dans lequel le rotor est excentré ;
- la figure 7 est une vue schématique en coupe transverse de la machine électrique de la figure 6 en fonctionnement anormal ;
- la figure 8 est une vue schématique en coupe longitudinale d’une machine électrique équipant un module selon l’invention, selon un deuxième mode de réalisation et en fonctionnement normal ;
- la figure 9 est une vue schématique de la section d’un élément supporté par le stator de la machine électrique de la figure 8 dans un plan perpendiculaire à la direction radiale ;
- la figure 10 est une vue schématique d’une variante de la section d’un élément supporté par le stator de la machine électrique de la figure 8 dans un plan perpendiculaire à la direction radiale ;
- la figure 11 est une vue schématique de la section d’un élément supporté par le stator de la machine électrique de la figure 8 dans un plan perpendiculaire à celui des figures 9 et 10 ;
- la figure 12 est une vue schématique en coupe longitudinale de la machine électrique de la figure 8 en fonctionnement anormal ;
- la figure 13 est une vue schématique en coupe longitudinale d’une machine électrique équipant un module selon l’invention, selon un troisième mode de réalisation et en fonctionnement normal ;
- la figure 14 est une vue schématique en coupe longitudinale de la machine électrique de la figure 13 en fonctionnement anormal. ;
- la figure 15 est une vue schématique en coupe longitudinale d’une machine électrique équipant un module selon l’invention, selon un quatrième mode de réalisation et en fonctionnement normal ; et
- la figure 16 est une vue schématique en coupe longitudinale de la machine électrique de la figure 15 en fonctionnement anormal.
Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente schématiquement une turbomachine 10 d'aéronef à double corps et double flux à laquelle s’applique l’invention. Bien entendu, l’invention peut s’appliquer à d’autres types de turbomachine équipée d’une machine électrique, par exemple un turbopropulseur, sans sortir du cadre de l'invention.
La turbomachine 10 présente un axe longitudinal noté C autour duquel s'étendent ses différents composants.
La turbomachine 10 comporte de façon classique un générateur de gaz 12 à l'amont duquel est disposée une soufflante 14. La soufflante 14 est entourée par un carter de soufflante 16 qui est entouré par une nacelle 18 qui s'étend autour et le long d'une majeure partie du générateur de gaz 12.
Le générateur de gaz 12 comprend ici deux corps, à savoir un corps basse pression 12a ou BP et un corps haute pression 12b ou HP. Chaque corps comprend un compresseur et une turbine.
Dans la présente invention, et de manière générale, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à une direction principale F de circulation des fluides à l'intérieur de la turbomachine, et ici suivant l’axe longitudinal C, c'est-à-dire de la gauche vers la droite en référence à la figure 1 .
De l'amont vers l'aval, le générateur de gaz 12 comprend un compresseur basse pression 20, un compresseur haute pression 22, une chambre de combustion 24, une turbine haute pression 26 et une turbine basse pression 28.
L’axe longitudinal C est l’axe de rotation des éléments mobiles de la turbomachine 10, et en particulier, des turbines 26, 28.
La soufflante 14 comprend une rangée annulaire d'aubes 30 entraînée en rotation par un arbre de soufflante 32 qui est relié au rotor du corps basse pression 12a par l'intermédiaire d'un réducteur 33. Le flux de gaz qui traverse la soufflante (flèche F) est séparé à l'amont du générateur de gaz 12 par un bec annulaire 34 en un flux annulaire radialement interne, appelé flux primaire 36 qui alimente le générateur de gaz 12, et en un flux annulaire radialement externe, appelé flux secondaire 38 qui s'écoule entre le générateur de gaz 12 et la nacelle 18 et fournit la majeure partie de la poussée de la turbomachine.
Un carter d'entrée 40 relie structurellement le générateur de gaz 12 au carter de soufflante 16 et à la nacelle 18. Le carter d'entrée 40 comprend une rangée annulaire de bras 42 radialement internes s'étendant dans le flux primaire 36, et une rangée annulaire d'aubes redresseurs 44 (du type OGV) radialement externes s'étendant dans le flux secondaire 38. Les bras 42 sont en général en nombre limités (moins de dix) et sont tubulaires et traversés par des servitudes. Le nombre d'aubes 44 (OGV) est en général supérieur à dix.
La turbomachine comporte un module 100 selon l’invention comprenant un arbre s’étendant selon une direction axiale A, parallèle à l’axe longitudinal de la turbomachine et une machine électrique 1 10.
La zone Z1 représente une zone située entre le disque de soufflante 32 et le réducteur 33, dans laquelle la machine électrique peut être installée.
La zone Z2 représente une autre zone située en aval de la turbine basse pression 28 dans laquelle la machine électrique peut également être installée.
Dans la description, les expressions « interne » ou « intérieur » et « externe » ou « extérieur » sont utilisées à titre non limitatif en référence à l'éloignement radial par rapport à l'axe longitudinal C autour duquel s’étend la turbomachine, l'expression « interne » définissant une zone radialement plus proche de l'axe longitudinal de la nacelle, par opposition à l'expression « externe ». Par ailleurs, dans la description et les revendications, on adoptera à titre non limitatif la terminologie axial, radial et transversal en référence au trièdre A, R, T indiqué sur les figures, l’axe axial A étant parallèle à l’axe longitudinal de la turbomachine.
En référence aux figures 2 à 7 et 10 à 12, la machine électrique 1 10 a une forme générale annulaire et comprend un rotor 120 et un stator 130.
Le rotor 120 a une forme générale cylindrique s'étendant circonférentiellement autour d’un axe de rotation confondu avec l'axe C de la turbomachine. Le rotor est couplé avec l’arbre du module 100, c’est-à-dire l’arbre de la soufflante si la machine électrique est installée en aval de la soufflante (Zone Z1 ) ou l’arbre de la turbine basse pression si la machine électrique est installée en aval de celle-ci (Zone Z2).
Le rotor 120 comprend un disque annulaire 122 et des éléments magnétiques 124 arrangés régulièrement en périphérie du disque 122. Les éléments magnétiques 124 sont par exemple des aimants permanents.
Dans les exemples illustrés sur les figures 2 à 7 et 10 à 12, le disque 122 comporte un bord circonférentiel amont 126 dit « bord amont » et un bord circonférentiel aval 128 dit « bord aval ». Les bords amont 126 et aval 128 s’étendent à partir d’un fond circonférentiel 129 du disque radialement vers l’extérieur. Les éléments magnétiques 124 sont en contact avec le fond circonférentiel 129 du disque. Plus précisément, les éléments magnétiques 124 sont radialement extérieurs par rapport au fond circonférentiel 129 supportant les éléments magnétiques 124.
De plus, les éléments magnétiques 124 sont arrangés entre les bords amont 126 et aval 128 du disque 122 du rotor 120.
Généralement, les éléments magnétiques 124 sont frettés sur le disque 122 du rotor 120.
Le stator 130 comporte un anneau présentant également une forme générale cylindrique s'étendant circonférentiellement autour de l'axe C du module et de la turbomachine. Le stator 130 est solidaire d’un carter du module, par exemple du carter de soufflante 16 (zone Z1 ).
L’anneau du stator 130 comporte une surface interne 132, c’est-à-dire une surface radialement intérieure.
L’anneau du stator 130 supporte des bobines 134 réparties de manière annulaire à l’intérieur de l’anneau.
Le stator entoure le rotor. Autrement dit, l’anneau du stator et le disque du rotor sont concentriques et l’anneau du stator est radialement extérieur au disque du rotor. Les bobines 134 sont arrangées en vis-à-vis des éléments magnétiques 124 du rotor 120 suivant une direction radiale R. En d’autres termes, les éléments magnétiques 124 du rotor 120 sont radialement intérieurs par rapport aux bobines 134 du stator 130.
Chaque bobine 134 comporte une surface radialement intérieure 136 dite « surface intérieure » et une surface radialement extérieure 137 dite « surface extérieure ».
Chaque bobine 134 est formée d’un fil conducteur enroulé autour d’un support, le support étant fixé à l’anneau du stator 130.
Selon l’invention, chaque bobine 134 est mobile radialement entre une première position extrême et une deuxième position extrême. Chaque bobine 134 est maintenue dans la première position en fonctionnement normal et déplacée vers la deuxième position extrême en cas de déplacement du rotor 120 radialement vers la bobine 134 du stator 130. La deuxième position extrême est ainsi radialement extérieure par rapport à la première position extrême.
Selon l’invention, l’entrefer de la machine électrique défini par la distance selon une direction radiale entre les éléments magnétiques et les bobines en fonctionnement normal est compris entre 0,5 mm et 10 mm. Les figures 2 à 7 font référence à un premier mode de réalisation d’un module selon l’invention.
Selon ce premier mode de réalisation, le stator comporte, pour chaque bobine, au moins une glissière configurée pour guider en translation rectiligne selon la direction radiale R, la bobine entre les première et deuxième positions extrêmes.
Plus précisément, selon ce premier mode de réalisation, le stator 130 comporte, pour chaque bobine 134, deux glissières configurées pour guider en translation rectiligne selon la direction radiale R la bobine entre les première et deuxième positions extrêmes. Les figures 2 et 3 illustrent la machine électrique en fonctionnement normal, c’est-à-dire lorsque le rotor 120 ne subit aucun déplacement radial dû par exemple à des balourds. Dans ce cas, les bobines 134 du stator 130 sont dans leur première position. Plus précisément, celles-ci sont maintenues dans la première position extrême en fonctionnement normal par des éléments de rappel. Chaque élément de rappel est supporté par la surface interne 132 du stator 130, plus précisément par la surface interne 132 de l’anneau du stator 130. Chaque élément de rappel est arrangé entre la surface interne 132 du stator 130 et la bobine 134 associée de sorte à rappeler la bobine dans la première position extrême.
Dans l’exemple illustré, l’élément de rappel est un ressort 140 de rappel dont une première extrémité 142 est reliée au stator 130 et une seconde extrémité 144 opposée à la première extrémité 142 est reliée à la surface radialement extérieure 137 de la bobine, plus précisément à la surface radialement extérieure du support autour duquel le fil conducteur est enroulé. En fonctionnement normal, le ressort 140 est contraint afin de maintenir la bobine 134 dans la première position extrême, c’est-à-dire dans une position éloignée de la surface interne 132 du stator selon une direction radiale R. La raideur radiale des ressorts 140 doit être adaptée pour être la plus faible possible, afin de ne pas influer sur la situation dynamique et limiter les efforts de contact, tout en préservant l'appui des éléments sous les divers chargements (vibratoires, charges de manœuvre) et vis à vis de la résultante radiale électromagnétique.
Dans l’exemple illustré, l’élément de rappel est un ressort 140. En variante, l’élément de rappel peut être une lamelle dont une première extrémité est reliée au stator et une seconde extrémité opposée à la première extrémité est reliée à la bobine et conformée pour maintenir la bobine dans la première position extrême.
En outre, chaque bobine 134 comporte deux orifices 150 traversants. Plus précisément, chaque orifice 150 est ménagé dans le support de la bobine 134. Chaque orifice 150 traversant reçoit une tige 160 formant glissière. Chaque tige 160 s’étend sensiblement radialement entre une première extrémité 162 fixée au stator 130 et une seconde extrémité 164 opposée à la première extrémité 162. La deuxième extrémité 164 est conformée pour former une butée 166 pour la bobine 134 dans la première position extrême.
En regard de la figure 4 qui illustre une vue en coupe selon le plan A-A (visible sur la figure 2) du stator, et notamment d’une bobine 134, dans un plan perpendiculaire à l’axe radial R, chaque tige 160 présente une section circulaire. Les deux tiges 160 sont agencées dans un même plan perpendiculaire à l’axe T, c’est-à-dire s’étendant selon les directions axiale A et radiale R.
La figure 5 représente une vue en coupe selon le plan B-B (visible sur les figures 3 et 4) du stator 130. Chaque tige 160 présente une deuxième extrémité 164 ayant une protubérance 167 de diamètre supérieure à celui de la tige à la première extrémité 162 afin de former une butée 166 pour la bobine.
Dans l’exemple illustré sur la figure 2, la protubérance 167 est en contact avec la surface interne 136 de la bobine 134. Alternativement, la bobine 134 peut comporter deux évidements 168 (visibles sur la figure 5) configurés chacun pour recevoir la protubérance d’une tige de sorte que la protubérance 167 est en contact avec un fond d’un évidement 168 et que la protubérance est entièrement logée dans l’évidement 168 de sorte que la protubérance ne dépasse pas vers l’intérieur au-delà de la surface interne de la bobine. Cette caractéristique permet avantageusement d’éviter un éventuel contact avec un élément magnétique du rotor et donc un éventuel endommagement de celui-ci même en fonctionnement normal.
Dans ce mode de réalisation, le stator 130 comporte deux glissières par bobine afin d’empêcher toute rotation de cette dernière autour d’un axe radial.
De plus, afin de garantir l’absence de contact entre les éléments magnétiques 124 du rotor 120 et les éléments supportés par le stator 130, les bobines 134 dans l’exemple illustré, le rotor 120 comporte avantageusement pour chaque élément magnétique 124 au moins un élément de contact principal 170 et le stator 130 comporte également pour chaque élément supporté par le stator, les bobines 134 dans l’exemple illustré, au moins un élément de contact secondaire 180. Chaque élément de contact principal 170 du rotor 120 est arrangé en vis-à-vis d’un élément de contact secondaire 180 du stator 130. L’élément de contact principal 170 et l’élément de contact secondaire 180 sont conformés pour éviter un contact entre la bobine 134 du stator 130 et l’élément magnétique 124 du rotor 120 en cas de déplacement du rotor radialement vers la bobine du stator (figures 6 et 7).
Les figures 6 et 7 illustrent la machine électrique en fonctionnement anormal, c’est-à- dire lorsque le rotor 120 subit un déplacement radial, schématisé par la flèche F1 , dû par exemple à des balourds. Dans ce cas, les bobines 134 du stator vers lesquelles le rotor se déplace, sont déplacées radialement vers l’extérieur selon la flèche F2 vers leur deuxième position extrême dès que des éléments de contact principaux 170 du rotor 120 associés sont en contact avec des éléments de contact secondaires 180 correspondants du stator 130. L’élément de rappel, le ressort 140 dans l’exemple illustré, est encore plus contraint, ici compressé.
Le déplacement des éléments supportés par le stator, les bobines 134 dans l’exemple illustré, radialement vers l’extérieur suite au contact des éléments de contact principaux 170 du rotor avec les éléments de contact secondaires 180 correspondants du stator 130 permet de supprimer tout contact entre les éléments magnétiques 124 du rotor et les bobines 134 du stator. De ce fait, ni la machine électrique ne subit de dégradation ni la situation dynamique de la turbomachine n’est modifiée.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 2 à 7, un premier élément de contact principal 170 dit « élément de contact principal amont » est supporté par une surface radialement extérieure du bord amont 126 du disque 122 du rotor et un deuxième élément de contact principal 170 dit « élément de contact principal aval » est supporté par une surface radialement extérieure du bord aval 128 du disque 122 du rotor.
De façon similaire, un premier élément de contact secondaire 180 dit « élément de contact secondaire amont » est supporté par un bord amont 138 de la surface radialement intérieure 136 du support de la bobine 134 du rotor et un deuxième élément de contact secondaire 180 dit « élément de contact secondaire aval » est supporté par un bord aval 139 du support de la surface radialement intérieure 136 de la bobine 134 du rotor 130.
De préférence, chaque élément de contact principal 170 et chaque élément de contact secondaire 180 est en matériau à faible coefficient de friction, de préférence en bronze ou en polymère antiadhésif comme le Téflon® afin de de limiter les échauffements et les dégradations. En outre, les éléments de contact principaux peuvent être frettés, vissés ou collés au disque 122 du rotor. De façon similaire, les éléments de contact secondaires peuvent être fixés au support de la bobine par frettage, vissage ou collage.
Ainsi, en fonctionnement anormal, l’élément de contact principal 170 amont est en contact avec l’élément de contact secondaire 180 amont et l’élément de contact principal 170 aval est en contact avec l’élément de contact secondaire 180 aval évitant tout contact direct entre les bobines 134 et les éléments magnétiques 124 qui aurait pu les endommager.
Les figures 8 à 1 1 représentent un deuxième mode de réalisation qui diffère du premier en ce que le stator 130 comporte une unique glissière pour chaque bobine 134, la glissière étant configurée pour guider en translation rectiligne selon une direction radiale la bobine entre les première et deuxième positions extrêmes.
La figure 8 illustre la machine électrique en fonctionnement normal, c’est-à-dire lorsque le rotor ne subit aucun déplacement radial dû par exemple à des balourds. Dans ce cas, les bobines 134 du stator sont dans leur première position. Comme pour le premier mode réalisation, les bobines sont maintenues dans la première position extrême en fonctionnement normal par des éléments de rappel.
Dans l’exemple illustré, l’élément de rappel est un ressort 140. Toutefois, l’élément de rappel peut être une lamelle élastique comme pour le premier mode réalisation.
Chaque bobine 134 comporte un unique orifice 150 traversant recevant une tige 160 formant glissière. Plus précisément, l’unique orifice 150 est ménagé dans le support de la bobine autour duquel le fil conducteur est enroulé. La tige 160 s’étend sensiblement radialement entre une première extrémité 162 fixée au stator 130 et une seconde extrémité 164 opposée à la première extrémité 162. La deuxième extrémité 164 est conformée pour former une butée 166 pour la bobine 134 dans la première position extrême.
Afin d’éviter une rotation de la bobine 134 autour de l’axe de la tige 160, la tige 160 présente une section non circulaire. Notamment, la tige 160 présente une section rectangulaire telle qu’illustrée sur la figure 9 ou une section oblongue telle qu’illustrée sur la figure 10. Les figures 9 et 10 illustrent une vue en coupe selon le plan A-A (visible sur la figure 8) du stator, et notamment d’une bobine 134, dans un plan perpendiculaire à l’axe radial R.
La figure 1 1 représente une vue en coupe selon le plan B-B (visible sur les figures 9 et 10) du stator 130. Comme pour le premier mode de réalisation, la tige 160 présente une deuxième extrémité 164 ayant une protubérance 167 de diamètre supérieure à celui de la tige à la première extrémité 162 afin de former une butée 166 pour la bobine.
Dans l’exemple illustré sur la figure 8, la protubérance 167 est en contact avec la surface interne 136 de la bobine 134. Alternativement, la bobine 134 peut comporter un évidement 168 (visible sur la figure 1 1 ) configuré pour recevoir la protubérance de la tige de sorte que la protubérance 167 est en contact avec un fond d’un évidement 168 et que la protubérance est entièrement logée dans l’évidement 168 de sorte que la protubérance ne dépasse pas vers l’intérieur au-delà de la surface interne de la bobine. Cette caractéristique permet avantageusement d’éviter un éventuel contact avec un élément magnétique du rotor et donc un éventuel endommagement de celui-ci même en fonctionnement anormal.
De façon similaire au premier mode de réalisation, afin de garantir l’absence de contact entre les éléments magnétiques 124 du rotor 120 avec les éléments supportés par la stator 130, les bobines 134 dans l’exemple illustré, le rotor 120 comporte avantageusement pour chaque élément magnétique 124 au moins un élément de contact principal 170 et le stator 130 comporte également pour chaque élément supporté par le stator, les bobines 134 dans l’exemple illustré, au moins un élément de contact secondaire 180. La description de ces éléments pour le premier mode de réalisation s’applique également au deuxième mode de réalisation.
Ainsi, en fonctionnement anormal (figure 12), l’élément de contact principal 170 amont est en contact avec l’élément de contact secondaire 180 amont et l’élément de contact principal 170 aval est en contact avec l’élément de contact secondaire 180 aval évitant tout contact direct entre les bobines 134 et les éléments magnétiques 124 qui aurait pu les endommager.
La figure 12 illustre la machine électrique en fonctionnement anormal, c’est-à-dire lorsque le rotor 120 subit un déplacement radial, schématisé par la flèche F1 , dû par exemple à des balourds. Dans ce cas, les bobines 134 du stator vers lesquelles le rotor se déplace, sont déplacées radialement vers l’extérieur selon la flèche F2 vers leur deuxième position extrême dès que des éléments de contact principaux 170 du rotor 120 associés sont en contact avec des éléments de contact secondaires 180 correspondants du stator 130. L’élément de rappel, le ressort 140 dans l’exemple illustré, est encore plus contraint, ici compressé.
Le déplacement des éléments supportés par le stator, les bobines 134 dans l’exemple illustré, radialement vers l’extérieur suite au contact des éléments de contact principaux 170 du rotor avec les éléments de contact secondaires 180 correspondants du stator 130 permet de supprimer tout contact entre les éléments magnétiques 124 du rotor et les bobines 134 du stator. De ce fait, ni la machine électrique ne subit de dégradation ni la situation dynamique de la turbomachine n’est modifiée.
Les figures 13 et 14 représentent un troisième mode de réalisation qui diffère du premier en ce que le stator 130 comporte une unique glissière pour chaque bobine 134, la glissière étant configurée pour guider en translation rectiligne selon une direction radiale la bobine entre les première et deuxième positions extrêmes.
Dans ce troisième mode de réalisation, chaque glissière associée à une bobine est formée par une gouttière 190 logeant ladite bobine. La gouttière 190 est conformée pour guider en translation rectiligne selon une direction radiale la bobine entre les première et deuxième positions extrêmes. A cet effet, la gouttière 190 comporte un corps cylindrique 191 d’axe principal noté E et de forme complémentaire à la bobine 134 associée et conformé pour guider la bobine en translation rectiligne selon la direction radiale entre les première et deuxième positions extrêmes. Le corps cylindrique 191 s’étend radialement entre une première extrémité 192 fixée au stator 130 et une seconde extrémité 194 conformée pour former une butée 196 pour la bobine 134 dans la première position extrême.
Dans l’exemple illustré sur les figures 13 et 14, la deuxième extrémité 192 du corps cylindrique 191 présente une protubérance 197 s’étendant à partir d’une surface interne du corps cylindrique 191 vers l’intérieur de celui-ci, c’est-à-dire vers l’axe principal E du corps cylindrique. La protubérance s’étend sur toute la circonférence intérieure de la deuxième extrémité 192 du corps cylindrique 191 jusqu’à un ou des bords libres 198 selon la forme de la protubérance. La protubérance s’étend continûment ou par portions régulièrement réparties sur toute cette circonférence. De ce fait, la protubérance est conformée pour retenir la bobine 134 dans le corps cylindrique dans la première position extrême. En d’autres termes, la dimension interne D1 de la protubérance, c’est-à-dire la dimension selon la direction axiale entre les bords libres 198 de la protubérance 197 est inférieure à la dimension D2 de la bobine selon la même direction axiale. Dans l’exemple illustré, la dimension D2 est la dimension du support de la bobine 134 qui est plus large que la partie enroulée de la bobine.
Comme pour les premier et deuxième mode de réalisations, afin de garantir l’absence de contact entre les éléments magnétiques 124 du rotor 120 avec les éléments supportés par la stator 130, les bobines 134 dans l’exemple illustré, le rotor 120 comporte avantageusement pour chaque élément magnétique 124 au moins un élément de contact principal 170 et le stator 130 comporte également pour chaque élément supporté par le stator, les bobines 134 dans l’exemple illustré, au moins un élément de contact secondaire 180. La description de ces éléments pour le premier mode de réalisation s’applique également au troisième mode de réalisation.
Ainsi, en fonctionnement anormal illustré sur la figure 14, suite au déplacement du rotor en direction du stator, l’élément de contact principal 170 amont est en contact avec l’élément de contact secondaire 180 amont et l’élément de contact principal 170 aval est en contact avec l’élément de contact secondaire 180 aval évitant tout contact direct entre les bobines 134 et les éléments magnétiques 124 qui aurait pu les endommager.
Les figures 15 et 16 représentent un quatrième mode de réalisation dans lequel le stator 130 comporte, pour chaque bobine 134, un bras 210 comprenant une première extrémité 212 fixée à la bobine 134 et une deuxième extrémité 214 reliée au stator par une liaison pivot 215. La liaison pivot 215 présente un axe de pivotement noté F s’étendant perpendiculairement à la direction axiale A et à la direction radiale R. Le bras 210 est conformé de sorte que son pivotement entraîne le déplacement de la bobine entre la première position extrême et la deuxième position extrême.
Dans l’exemple illustré, la liaison pivot 215 est arrangé en amont de la bobine. Toutefois, elle peut être arrangé en aval de celle-ci.
En effet, le bras 210 est configuré pour pivoter autour de l’axe de pivotement F entre une première position correspondant à la première position extrême de la bobine 134 et une deuxième position correspondant à la deuxième position extrême de la bobine 134.
Ainsi, le stator 130 comporte en outre une tige 220 s’étendant radialement entre une première extrémité 222 fixée à la surface interne 132 du stator 130 et une seconde extrémité 224 conformée pour former une butée 226 pour le bras 210 dans la première position.
Par exemple, le bras 210 comporte un orifice traversant à sa deuxième extrémité 214 recevant la tige 220 et la deuxième extrémité 224 de la tige 220 comporte une protubérance 227 de diamètre/dimension supérieur à celui de la tige à sa première extrémité 222 afin de former une butée 226 pour le bras 210.
La figure 15 illustre la machine électrique en fonctionnement normal, c’est-à-dire lorsque le rotor ne subit aucun déplacement radial dû par exemple à des balourds. Dans ce cas, les bobines du stator sont dans leur première position extrême. Plus précisément, celles- ci sont maintenues dans la première position extrême en fonctionnement normal par des éléments de rappel. Chaque élément de rappel est supporté par la surface interne 132 du stator 130. Chaque élément de rappel est arrangé entre la surface interne 132 du stator 130 et la bobine 134 associée de sorte à maintenir la bobine dans la première position extrême.
Dans l’exemple illustré, l’élément de rappel est une lamelle 240 dont une première extrémité 242 est reliée au stator 130 et une seconde extrémité 244 opposée à la première extrémité est reliée à la bobine 134 et conformée pour rappeler la bobine dans la première position extrême.
Toutefois, en variante, l’élément de rappel peut être un ressort de rappel dont une première extrémité est reliée au stator et une seconde extrémité opposée à la première extrémité est reliée à la surface radialement extérieure de la bobine pour rappeler la bobine dans sa première position extrême.
De plus, afin de garantir l’absence de contact entre les éléments magnétiques 124 du rotor 120 et les éléments supportés par la stator 130, les bobines 134 dans l’exemple illustré, le rotor 120 comporte avantageusement pour chaque élément magnétique 124 au moins un élément de contact principal 170 et le stator 130 comporte également pour chaque élément supporté par le stator, les bobines 134 dans l’exemple illustré, au moins un élément de contact secondaire 180. Chaque élément de contact principal 170 du rotor 120 est arrangé en vis-à-vis d’un élément de contact secondaire 180 du stator 130. L’élément de contact principal 170 et l’élément de contact secondaire 180 sont conformés pour éviter un contact entre la bobine 134 du stator 130 et l’élément magnétique 124 du rotor 120 en cas de déplacement du rotor radialement vers la bobine du stator (figure 16).
La figure 16 illustre la machine électrique en fonctionnement anormal, c’est-à-dire lorsque le rotor subit un déplacement radial, schématisé par la flèche F1 , dû par exemple à des balourds. Dans ce cas, les bobines 134 du stator vers lesquelles le rotor se déplace, sont déplacées radialement vers l’extérieur selon la flèche vers leur deuxième position extrême dès que des éléments de contact principaux 170 du rotor 120 associés sont en contact avec des éléments de contact secondaires 180 correspondants du stator 130. L’élément de rappel, la lamelle 240 dans l’exemple illustré, est encore plus contrainte que dans la première position extrême (figure 14).
Plus précisément, les bobines 134 du stator vers lesquelles le rotor se déplace, sont pivotées autour de l’axe de pivotement F entraînant un déplacement radial vers l’extérieur desdites bobines.
Le déplacement des éléments supportés par le stator, les bobines 134 dans l’exemple illustré, radialement vers l’extérieur, suite au contact des éléments de contact principaux 170 du rotor avec les éléments de contact secondaires 180 correspondants du stator 130, permet de diminuer fortement voire supprimer tout risque de contact entre les éléments magnétiques 124 du rotor et les bobines 134 du stator. De ce fait, ni la machine électrique ne subit de dégradation ni la situation dynamique de la turbomachine n’est modifiée.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 15 et 16, un élément de contact principal 170 dit « élément de contact principal aval » est supporté par une surface radialement extérieure du bord aval 128 du disque 122 du rotor.
De façon similaire, un élément de contact secondaire 180 dit « élément de contact secondaire aval » est supporté par un bord aval 139 de la surface radialement intérieure 136 de la bobine 134 du rotor 130.
De préférence, chaque élément de contact principal 170 et chaque élément de contact secondaire 180 est en matériau à faible coefficient de friction, de préférence en bronze ou en polymère antiadhésif tel que le Téflon® afin de limiter les échauffements et les dégradations.
En outre, les éléments de contact principaux peuvent être frettés, vissés ou collés au disque 122 du rotor. De façon similaire, les éléments de contact secondaires peuvent être fixés au support de la bobine par frettage, vissage ou collage.
L’invention telle que décrite précédemment permet ainsi le déplacement radial des éléments supportés par le stator d’une machine électrique afin de réduire l’entrefer, d’augmenter les performances tout en étant robuste aux consommations de jeu rotor / stator.
En effet, les inventeurs ont estimé que l’invention permet une réduction de 20% de l’entrefer par rapport à une machine électrique de l’art antérieur permettant ainsi un gain d’environ 5% en masse de la machine électrique à puissance équivalente.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Module (100) pour une turbomachine, notamment pour une turbomachine d’aéronef, comprenant un arbre s’étendant selon une direction axiale et une machine électrique (110) comprenant :
- un rotor (120) couplé en rotation avec l’arbre du module, le rotor comprenant un disque (122) et des éléments magnétiques (124) arrangés régulièrement en périphérie du disque , et
- un stator (130) solidaire d’un carter du module comprenant un anneau et des bobines (134) réparties de manière annulaire à l’intérieur de l’anneau du stator, les bobines sont arrangées à l’extérieur des éléments magnétiques du rotor suivant une direction radiale, caractérisé en ce que chaque bobine est mobile radialement entre une première position extrême et une deuxième position extrême, chaque bobine étant maintenue dans la première position en fonctionnement normal et déplacée vers la deuxième position extrême en cas de déplacement du rotor radialement vers la bobine du stator.
2. Module selon la revendication 1 , dans lequel le stator (130) présente une surface interne (132) et supporte des éléments de rappel (140, 240), chacun conformé pour maintenir une bobine (134) associée dans la première position en fonctionnement normal, chaque élément de rappel (140, 240) étant arrangé entre la surface interne (132) du stator et la bobine associée.
3. Module selon la revendication 2, dans lequel chaque élément de rappel est un ressort (140) ou une lamelle (240) dont une première extrémité est reliée à la surface interne (132) du stator et une seconde extrémité opposée à la première extrémité est reliée à la bobine.
4. Module selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le stator (130) comporte pour chaque bobine (134) au moins une glissière configurée pour guider en translation rectiligne selon une direction radiale la bobine entre les première et deuxième positions extrêmes.
5. Module selon la revendication 4, dans lequel chaque bobine comporte deux orifices (150) traversants recevant chacun une tige (160) formant glissière, chaque tige (160) ayant une section circulaire et s’étendant sensiblement radialement entre une première extrémité (162) fixée à la surface interne (132) du stator (130) et une seconde extrémité (164) conformée pour former une butée (166) pour la bobine (134) dans la première position extrême.
6. Module selon la revendication 4, dans lequel chaque bobine (134) comporte un orifice traversant (150) recevant une tige (160) formant glissière, la tige s’étendant radialement entre une première extrémité (162) fixée à la surface interne (132) du stator (130) et une seconde extrémité (164) conformée pour former une butée (166) pour la bobine (134) dans la première position extrême, la tige ayant une section non circulaire, de préférence rectangulaire ou oblongue.
7. Module selon la revendication 4, dans lequel chaque bobine (134) est arrangée dans une gouttière (190) formant glissière, la gouttière présente un corps cylindrique (191 ) de forme complémentaire à la bobine associée et conformé pour guider la bobine en translation rectiligne selon la direction radiale entre les première et deuxième positions extrêmes, le corps cylindrique s’étendant radialement entre une première extrémité (192) fixée à la surface interne (132) du stator et une seconde extrémité (194) conformée pour former une butée (196) pour la bobine dans la première position extrême.
8. Module selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le stator (130) comporte, pour chaque bobine (134), un bras (210) comprenant une première extrémité (212) fixée à la bobine (134) et une deuxième extrémité (214) reliée à la surface interne (132) du stator par une liaison pivot (215) ayant un axe de pivotement (F) s’étendant perpendiculairement à la direction axiale (A), le bras (210) étant conformé de sorte que son pivotement entraîne le déplacement de la bobine (134) entre la première position extrême et la deuxième position extrême.
9. Module selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le rotor comporte pour chaque élément magnétique au moins un élément de contact principal (170) et le stator (130) comporte pour chaque bobine (134) au moins un élément de contact secondaire (180), chaque élément de contact principal du rotor étant arrangé en vis- à-vis d’un élément de contact secondaire du stator, l’élément de contact principal et l’élément de contact secondaire étant conformés pour éviter un contact entre la bobine du stator et l’élément magnétique du rotor en cas de déplacement du rotor radialement vers la bobine du stator.
10. Turbomachine, notamment turbomachine d’aéronef, comprenant au moins un module selon l’une des revendications précédentes.
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