EP4705624A1 - Système d'entraînement d'accessoires comprenant un embrayage à disques et une machine électrique génératrice - Google Patents

Abstract

Système d'entraînement d'accessoires comprenant un embrayage à disques et une machine électrique génératrice Un aspect de l'invention concerne un système d'entraînement d'accessoires S comprenant une machine électrique génératrice (1) et une boîte d'engrenages (2) comprenant un arbre d'entrée (20) un premier arbre de sortie (21) couplé avec un rotor (12) de la machine électrique génératrice (1), un embrayage à disques (23) entre l'arbre d'entrée (20) et le premier arbre de sortie (21), caractérisé en ce que l'embrayage à disques (23) comprend un boitier (231) solidaire en rotation avec le premier arbre de sortie (21), comprenant des dents et encoches internes, des disques menés (232) à encoches et dents externes emboité avec les dents et encoches internes du boitier (231) pour les rendre solidaire en rotation du boitier (231).

Description

DESCRIPTION

TITRE : Système d’entraînement d’accessoires comprenant un embrayage à disques et une machine électrique génératrice.

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

[0001] Le domaine technique de l’invention est celui des turbines à gaz pour moteurs aéronautiques, d'avions ou d'hélicoptères, ainsi que pour des groupes auxiliaires de puissance (ou APU, pour « Auxiliary Power Unit »).

[0002] La présente invention concerne les turbines à gaz et plus particulièrement un système d’entraînement d’accessoires comprenant une boîte d'engrenages (AGB, pour « Accessory Gear Box >>), celle-ci comprenant un embrayage pour entraîner une machine électrique génératrice.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

[0003] Dans une turbine à gaz, un certain nombre d'équipements, ou accessoires, sont entraînés par une transmission mécanique à partir d'une puissance mécanique prélevée sur un arbre haute pression ou basse pression. Cette transmission mécanique, qui comprend un ensemble de pignons logés dans un carter est dénommée boîte de transmission, boîte d'engrenages ou boîte de relais d'accessoires. Les accessoires comprennent notamment diverses pompes pour la production d'énergie hydraulique, l'alimentation en carburant, la lubrification, ainsi qu'un ou plusieurs démarreurs et/ou machines électriques génératrices. Une machine électrique génératrice installée sur une turbomachine d’un avion est en général montée sur une boîte de transmission comprenant un arbre d’entrée couplée mécaniquement à un arbre haute pression, voire un arbre basse pression. En outre la ligne d’arbre qui entraine le rotor de la machine électrique génératrice est munie d’un dispositif de protection passif ayant pour fonction de séparer physiquement la machine électrique génératrice de la boîte d'engrenages lorsqu'un incident se produit. Classiquement, ces dispositifs de protection sont munis d'une section à casser (dispositif passif) calibrée pour un couple de rupture correspondant par exemple à 5 à 10 fois le couple nominal ou opérationnel maximum.

[0004] Il est notamment connu du document FR3120656A1 , un équipement principal, par exemple une génératrice couplée de façon permanente avec un arbre haute pression et une machine électrique moteur (qui produit du couple) accouplée à l’arbre haute pression par le biais d’un embrayage.

[0005] Pour limiter la masse de la machine électrique génératrice, celle-ci ne doit pas dépasser une certaine vitesse de rotation. Ainsi, la machine électrique génératrice doit être désactivée quand la turbomachine dépasse un certain régime de rotation et peut être réactivée dès que le régime repasse sous un certain seuil.

[0006] En particulier, dans le cas d’une machine électrique montée sur une boîte d'engrenages couplée en entrée à un arbre basse pression, appelé arbre BP, la plage de régime de fonctionnement de la machine électrique génératrice est plus élevée que la plage de fonctionnement au ralenti de l’arbre BP. En conséquence, il faut que la chaine cinématique entre l’arbre BP et la machine électrique génératrice, notamment dans la boîte d'engrenages, ait un rapport de démultiplication bien supérieur à 1 , par exemple compris entre 5 et 50 pour éviter que la machine électrique génératrice tourne en dessous de sa plage de fonctionnement lorsque la turbomachine est au ralenti. En contrepartie, lorsque le régime de l’arbre BP devient plus élevé, le régime de la machine électrique génératrice entraînée peut dépasser sa plage de fonctionnement souhaitée. Il est alors nécessaire de découpler machine électrique génératrice sans découpler les autres équipements entraînés par la boîte d'engrenages.

[0007] Cette limitation de la plage de fonctionnement de la machine électrique génératrice couplée à une boîte d'engrenages est particulièrement intéressante pour son optimisation et celle du système électrique de puissance. Cependant, l’allègement de la machine électrique génératrice n’est accessible qu’à condition de découpler / réenclencher l’équipement à partir d’une vitesse seuil choisie. Il existe donc un besoin d’un embrayage réversible pouvant supporter le couple d’entrainement de la machine électrique génératrice la plus compacte et légère possible.

RESUME DE L’INVENTION

[0008] L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant d’utiliser un embrayage à disques de manière compacte.

[0009] Un aspect de l’invention concerne un système d’entraînement d’accessoires comprenant une machine électrique génératrice et une boîte d'engrenages comprenant un arbre d’entrée apte à être couplé à un arbre de puissance d’une turbomachine, un premier arbre de sortie couplé avec un rotor de la machine électrique génératrice, un embrayage à disques entre l’arbre d’entrée et le premier arbre de sortie, caractérisé en ce que l’embrayage à disques comprend : des disques menants à encoches et dents internes solidaires en rotation avec l’arbre d’entrée, un boitier lié en rotation avec le premier arbre de sortie, comprenant des dents et encoches internes, des disques menés à encoches et dents externes emboitées avec les dents et encoches internes du boitier couplant en rotation le boitier aux disques menés.

[0010] Grâce à l’invention, l’embrayage à disques permet un découplage de manière compacte et de manière optimale pour diminuer le poids. En effet, en utilisant le grand diamètre du boitier, cela permet de limiter la masse et l’encombrement tout en procurant un rapport de démultiplication important (typiquement au moins de 10, et de manière générale supérieur à 5) pour l’entrainement de la machine électrique génératrice. En outre l’avantage d’utiliser un embrayage à disques comme moyen de découplage et de pouvoir fonctionner dans une enceinte de la boîte d'engrenages qui contient des projections d’huile (embrayage à bain d’huile). Cette huile pourra même être utilisée pour refroidir les disques de l’embrayage et évacuer les particules émises par le frottement des disques en ajoutant un système de filtration de l’huile ou utiliser celui déjà présent dans le système de lubrification de la machine électrique génératrice ou de la boîte d'engrenages.

[0011] Par un élément « couplé » à un autre élément, on entend le fait que si un des deux éléments est entraînés en rotation peu importe le sens de rotation, l’autre élément est entrainé en rotation telle que la vitesse de rotation d’un élément est fonction de la vitesse rotation de l’autre élément. Ainsi, dans cette invention : l’arbre d’entrée entrainé en rotation entraînera donc en rotation systématiquement les disques menants, les disques menés entraînés en rotation (par exemple par les disques menants dans un état embrayé) entraîneront systématiquement en rotation le boitier, l’arbre de sortie entraîné en rotation entraînera donc en rotation systématiquement le rotor de la machine électrique génératrice.

[0012] Par boîtier « lié en rotation » avec l’arbre de sortie, on entend que l’arbre de sortie en rotation entraîne en rotation le rotor de la machine électrique génératrice même en cas d’embrayage dans un état débrayé, mais peut être découplé par exemple, par un système de sécurité comprenant une partie couplée au boiter et une autre partie à l’arbre de sortie permettant de protéger le rotor de la machine électrique génératrice.

[0013] Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le système d’entraînement d’accessoires selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

[0014] Selon un mode de réalisation, l’arbre d’entrée comprend une roue dentée comprenant des encoches et des dents accouplées avec les encoches et dents des disques menants. Cela permet d’avoir un arbre d’entrée comprenant une partie de l’embrayage à disques et donc d’éviter d’entrainer un arbre intermédiaire entre l’arbre d’entrée et le rotor de la machine électrique lorsque l’embrayage est désembrayé.

[0015] Selon un mode de réalisation, la boîte d’engrenages comprend en outre un rapport d’engrenage entre le premier arbre de sortie et le boitier. Cela permet d’augmenter le rapport entre l’arbre de sortie et le boitier le plus simple possible.

[0016] Selon un exemple de ce mode de réalisation, la boîte d’engrenages comprend en outre un premier arbre intermédiaire comprend une première roue dentée engrenée avec une roue dentée du boitier et une deuxième roue dentée engrenée avec une roue dentée solidaire en rotation de l’arbre de sortie.

[0017] Selon un mode de réalisation, la boîte d’engrenage comprend en outre entre l’arbre de sortie et le boitier, un dispositif de sécurité de découplage au-delà d’une vitesse prédéterminée maximale supérieure à une vitesse prédéterminée maximale d’embrayage du rotor. Cela permet d’éviter d’endommager la machine électrique génératrice lorsque la turbomachine dépasse un certain régime de rotation, en cas de dispositif d’embrayage défectueux restant dans un état embrayé. Selon un exemple le dispositif de sécurité de découplage comprend un crabot et des masselottes rotatives qui sont mobiles par la force centrifuge et sont prévus pour qu’au-delà de la vitesse prédéterminée maximale cela désaccouple l’arbre de sortie du boitier. Selon un exemple, le système de sécurité peut aussi être doté d’un capteur pour informer de la mise en fonction de la sécurité. Cela permet d’informer d’une erreur sur l’embrayage pour faire l’objet d’un contrôle en atelier. Par « entre l’arbre de sortie et le boitier » on entend entre liaison mécanique et non pas dans l’espace.

[0018] Selon un mode de réalisation, l’embrayage à disques comprend : des ressorts exerçant une force pour séparer les disques menants des disques menés contigus afin de débrayer l’embrayage, un système d’activation par compression axiale, tel qu’un vérin ou un piston hydraulique, commandable pour embrayer en compressant les ressorts jusqu’à compression des disques menants et les disques menées les uns contre les autres axialement pour les accoupler.

[0019] Selon un mode de réalisation, le système comprend des équipements auxiliaires couplés en permanence en rotation avec l’arbre d’entrée par le biais de plusieurs engrenages. Cela permet que l’équipement auxiliaire soit toujours entrainé afin de maintenir une charge sur les roulements des arbres de transmission de puissance de la boîte d’engrenages et ainsi préserver leur durée de vie.

[0020] Selon un mode de réalisation, la boîte d'engrenages comprend une enceinte logeant les éléments rotatifs de la boîte d'engrenages dont une partie de l’arbre d’entrée, l’arbre de sortie, ainsi que l’embrayage, et au moins un gicleur pour amener du lubrifiant dans l’enceinte pour lubrifier les différents engrenages de la boîte d'engrenages ainsi que les disques de l’embrayage à disques. Cela permet d’utiliser l’huile présente dans la boîte d’engrenages à la fois de lubrifiant pour les engrènements et pour refroidir les disques de l’embrayage et évacuer les particules émises par le frottement des disques. Selon un exemple, le système d’entraînement d’accessoires comprend un système de filtration de l’huile pour filtrer l’huile.

[0021] Selon un mode de réalisation, le boitier comprend sur sa périphérie externe des dents engrenées avec une roue dentée d’un arbre intermédiaire couplé à l’arbre de sortie.

[0022] Un autre aspect de l’invention concerne un ensemble comprenant : un système d’entraînement d’accessoires selon le premier aspect (avec ou sans les différentes caractéristiques des modes et exemple de réalisation décrit précédemment) une turbomachine, comprenant :

-un arbre basse pression couplé à l’arbre d’entrée de la boîte d’engrenages,

-un arbre haute pression, une deuxième boîte d’engrenages comprenant un arbre d'entrée couplé à l’arbre haute pression et un arbre de sortie couplé à une machine électrique.

[0023] L’installation de la boîte d’engrenages entraînée par l’arbre BP vient en complément de la boîte d'engrenages, appelée AGB HP, couplée à l’arbre haute pression. Cela permet d’adapter la turbomachine à l’hybridation électrique de l’IPPS (i.e. l’ensemble propulsif comprenant la turbomachine). Cet équipement vient en complément d’un moteur-générateur électrique installé sur l’AGB HP et permet à l’IPPS de réaliser du transfert de puissance mécanique de l’arbre BP vers l’arbre HP via la machine électrique génératrice BP fonctionnant en générateur et alimentant la machine électrique HP fonctionnant en moteur, plus connu par les termes anglais « power sharing » ou encore transfert de puissance mécanique réversible d’un arbre vers l’autre BP, HP, plus connu par les termes anglais « power balance ». Ces transferts sont recherchés pour l’optimisation de l’opérabilité des moteurs selon les différentes phases de vol. Cette optimisation est l’un des enjeux majeurs de réduction de consommation de carburant rendue accessible par l’hybridation électrique des futurs moteurs (turbomachine + les machines électriques etc..).

[0024] Selon un mode de réalisation la deuxième boîte d’engrenages comprend un embrayage à disque monté de façon semblable à celui de la première boite d’engrenages.

[0025] Un autre aspect de l’invention concerne un ensemble comprenant : un système d’entraînement d’accessoires selon le premier aspect (avec ou sans les différentes caractéristiques des modes et exemple de réalisation décrit précédemment) une turbomachine, comprenant : -un arbre haute pression couplé à l’arbre d’entrée de la boîte d’engrenages,

-un arbre basse pression, une deuxième boîte d’engrenages comprenant un arbre d'entrée couplé à l’arbre basse pression et un arbre de sortie couplé à une machine électrique.

[0026] Cela permet lorsque le régime de l’arbre HP devient élevé, d’éviter que le régime du générateur entraîné dépasse de sa plage de fonctionnement souhaitée en le découplant.

[0027] Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de commande de l’embrayage à disque du système d’entraînement d’accessoires selon le premier aspect de l’invention, avec ou sans les différentes caractéristiques des différents modes de réalisation, d’une turbomachine, pour coupler et découpler une transmission de couple entre l’arbre d’entrée qui est un arbre de transmission de puissance couplé à un arbre basse pression et l’arbre de sortie couplé en rotation avec la machine électrique génératrice, le procédé comprenant : une étape de commande de débrayage lorsque la vitesse de rotation de l’arbre basse pression est au-delà d’une première valeur de vitesse de rotation prédéterminée de l’arbre basse pression, le dispositif à embrayage à disques passant d’un état embrayé à un état débrayé dans lequel des disques menants sont écartés de disques menés pour découpler la machine électrique génératrice de l’arbre de transmission de puissance.

[0028] Ainsi, cela permet de découpler la machine électrique génératrice de l’arbre de transmission de puissance (appelé aussi arbre d’entrée) et donc de l’arbre basse pression de la turbomachine dès lors que la machine électrique génératrice est en dehors de sa vitesse maximale. En effet, la première valeur de vitesse de rotation prédéterminée de l’arbre basse pression est calculée selon le rapport entre cet arbre basse pression et le rotor de la machine électrique génératrice pour correspondre à une vitesse maximale du rotor.

[0029] Selon un exemple de ce mode de réalisation le dispositif à embrayage à disques comprend des disques menants couplés à l’arbre d’entrée couplé et des disques menés couplés à l’arbre de sortie couplé en rotation avec la machine électrique génératrice. [0030] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape d’embrayage comprenant une sous étape de commande d’embrayage lorsque la vitesse de rotation de l’arbre basse pression est en dessous d’une deuxième valeur de vitesse prédéterminée, d’un système d’activation par compression axiale du dispositif à embrayage à disque, puis une sous étape de compression des disques menants et des disques menés les uns contre les autres par le système d’activation entraînant le dispositif à embrayage à disques de passer de l’état débrayé à l’état embrayé.

[0031] Selon un mode de réalisation, la machine électrique génératrice comprend un mode moteur, l’étape d’embrayage comprenant : une sous étape de pré-rotation des disques menées préalablement la sous étape de compression des disques, dans lequel après la sous étape de commande d’embrayage, la machine électrique génératrice est commandé pour être en mode moteur afin d’entrainer son rotor en rotation jusqu’à une vitesse prédéterminée du rotor et

Une sous étape d’interruption de l’alimentation en mode moteur lorsque la vitesse prédéterminée du rotor est atteinte.

[0032] Cela permet de réduire les écarts de vitesse entre disques menants et disque menés avant la sous étape de compression ce qui réduit considérablement réchauffement de l’embrayage.

[0033] L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0034] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.

[0035] [Fig.1] montre une représentation schématique d’un système d’entraînement d’accessoires selon un premier mode de réalisation de l’invention.

[0036] [Fig.2] représente un agrandissement de la figure 1 .

[0037] [Fig.3] représente schématique en coupe longitudinale d’un ensemble comprenant une turbomachine d’aéronef couplé à un système d’entraînement d’accessoires selon l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE

[0038] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.

[0039] Dans la suite par dent « interne » d’un élément, on entend que les dents de l’élément font face vers l’axe de rotation de l’élément et à contrario par dent externe d’un élément, on entend que les dents s’étendent radialement à l’opposée de l’axe de rotation de l’élément, c’est à dire que la pointe de la dent est la partie de la dent la plus éloignée de l’axe de rotation.

[0040] [Fig. 1] montre une représentation schématique d’un système d’entraînement d’accessoires S selon un premier mode de réalisation de l’invention.

[0041] Le système d’entraînement d’accessoires S conne sous l’acronyme ADT de l’anglais « Accessory Drive Train » comprend une machine électrique génératrice 1 et une boîte d’engrenages 2, plus connu sous l’acronyme AGB de l’anglais « Accessory GearBox ». Dans cet exemple, il comprend en outre un équipement auxiliaire 3, en l’occurrence une pompe à huile, mais pourrait en comporter d’autres tel qu’un démarreur, une pompe à circuit hydraulique, une pompe à essence basse pression ou haute pression etc....

[0042] La machine électrique génératrice 1 comprend un rotor 12 et un stator 13. Dans cet exemple, la machine électrique génératrice 1 est un alternateur ou une dynamo et ne comprend donc qu’un mode générateur de courant alternatif ou continu.

[0043] Selon un deuxième exemple, la machine électrique génératrice 1 est une machine électrique comprenant un mode moteur. La machine électrique génératrice 1 représentée est de type à entrefer radial mais pourrait être à entrefer axial.

[0044] La boîte d'engrenages 2 comprend un arbre d’entrée 20 apte à être couplé à un arbre de puissance d’une turbomachine T (représentée sur la figure 3 expliquée dans la suite) ou turbopropulseur. L’arbre de puissance de la turbomachine peut être un arbre à basse pression, par exemple d’une soufflante ou d’une turbine basse pression, ou peut être couplé à un arbre haute pression par exemple l’arbre haute pression du compresseur haute pression. Le diamètre de la soufflante peut être compris entre 20 inches et 140 inches. La turbomachine peut avoir un taux de compression de 20 à 60, et peut être simple flux, ou double flux, simple corps, double corps et triple corps, avec simple ou double turbine HP, de 1 à 8 étages de turbine BP. La boîte d’engrenages 2 peut être localisée dans ou contre un compartiment de la soufflante.

[0045] Un arbre radial, connu sous l’acronyme RDS pour l’anglais « Radial Drive Shaft » peut être engrené à une extrémité à l’arbre de puissance de la turbomachine et à l’autre extrémité à l’arbre d’entrée 20, par exemple par un engrenage à transfert d’angle, pour les coupler ensemble.

[0046] La boîte d’engrenages 2 comprend un premier arbre de sortie 21 couplé avec le rotor 12 de la machine électrique génératrice 1 et un embrayage à disques 23 pour transmettre un couple entre l’arbre d’entrée 20 et l’arbre de sortie 21.

[0047] L’embrayage à disques 23, représenté sur la figure 2 par un agrandissement de la figure 1 comprend des disques menants 230 comprenant des encoches et des dents internes solidaires en rotation avec l’arbre d’entrée 20. En l’occurrence, l’arbre d’entrée 20 comprend une roue dentée 203 comprenant des encoches et des dents accouplées avec les encoches et dents des disques menants 230. Autrement dit, la roue dentée 203 fait partie à la fois de l’arbre d’entrée 2 et de l’embrayage à disques 23. Les disques menants 230 peuvent ainsi translater axialement (par exemple sur quelques mm) sur la roue dentée 203. Selon un autre exemple, un arbre intermédiaire couplé à l’arbre d’entrée 20 comprend la roue dentée sur lequel translatent les disques menant 230.

[0048] L’embrayage à disques 23 comprend en outre un boitier 231 solidaire en rotation avec l’arbre de sortie 21 . Dans cet exemple, le boitier 231 comprend une roue dentée 2314 engrenée avec une roue dentée 243 solidaire en rotation avec l’arbre de sortie 21. Dans ce mode de réalisation, la boîte d’engrenages 2 comprend un arbre intermédiaire 24 comprenant une première roue dentée intermédiaire 243 engrenée avec la roue dentée du boitier 321 et une deuxième roue dentée intermédiaire 241 engrenée avec une roue dentée 214, en l’occurrence d’un deuxième arbre intermédiaire solidaire en rotation de l’arbre de sortie 21 . Les différentes roue dentées (2314, 243, 241 , 214) forme un rapport d’engrenage, par exemple multiplié par 15, entre le boitier 231 et le premier arbre de sortie 21 pour adapter un bas régime de l’arbre de puissance basse pression de la turbomachine au régime de la machine électrique génératrice 1 . De préférence le rapport final de multiplication entre la vitesse de rotation du rotor 12 et celle de l’arbre d’entrée 20 est supérieur à 10, par exemple autour de 30. Dans le cas d’un rapport finale de multiplication entre la vitesse de rotation du rotor 12 et celle de l’arbre d’entrée 20, plus faible, par exemple entre 10 et 20, la roue dentée 214 peut être directement engrenée avec la roue dentée 2314 du boitier 231 (c’est-à-dire que la boîte d’engrenages 2 serait dépourvue du premier arbre intermédiaire 24).

[0049] L’embrayage à disques 23 comprend en outre des disques menés 232 à encoches et dents externes solidaires en rotation du boitier 231. Plus précisément, le boitier 231 comprend des cannelures formant des dents logées dans les encoches externes des disques menés 232 et des encoches logeant les dents externes des disques menés 232. Les disques menés 232 peuvent ainsi se déplacer axialement, par exemple de quelques millimètres, par rapport au boitier 231 .

[0050] Les disques menés 232 et les disques menants 230 sont agencés alternativement axialement le long de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée 20, délimités entre les extrémités axiales du boitier 231 et les extrémités axiales de la roue dentée 203 de l’arbre d’entrée 20.

[0051] Le boitier 231 peut être ouvert radialement entre deux dents ou peut aussi recouvrir les disques menés 232 et les disques menants 230. La roue dentée 203 est donc entourée par les disques menés 232 et les disques menants 230.

[0052] L’embrayage à disques 23 comprend des ressorts (non représentés) exerçant une force pour séparer les disques les uns des autres afin de débrayer l’embrayage, et un système d’activation par compression axiale 237, par exemple un ou des vérins hydrauliques, en l’occurrence une pluralité de vérins hydrauliques agencés en forme de couronne de façon coaxiale à l’arbre d’entrée 20, commandable pour compresser les ressorts jusqu’à compression des disques menants et les disques menées les uns contre les autres axialement pour les accoupler en rotation. La puissance transmise par l’embrayage à l’état embrayé est comprise entre 0,2 kW et 1000 kW.

[0053] L’embrayage à disques 23 comprend ainsi un état débrayé dans lequel les disques menés 232 sont écartés ou du moins ne sont pas compressé contre les disques menants 230 et un état embrayé dans lequel les disques menés 232 sont compressé contre les disques menants 230 et sont ainsi solidaire en rotation. [0054] Le système d’activation par compression axiale 237 peut ainsi être commandé par une unité de commande non représentée, pour activer l’embrayage (passer à l’état embrayé) en début de phase, c’est-à-dire au démarrage de la turbomachine, par exemple jusqu’à une valeur de vitesse prédéterminée maximale reçu d’un capteur de vitesse mesurant une vitesse de rotation d’un arbre entre l’arbre de puissance de la machine et l’arbre d’entrée 20. La vitesse de rotation prédéterminée maximale correspond (selon le rapport) à une vitesse de rotation prédéterminée de sécurité du rotor embrayé. La commande peut ainsi venir en fonction d’un capteur de vitesse déjà utilisé par exemple mesurant la vitesse de rotation de l’arbre basse pression couplé à l’arbre de puissance de la turbomachine. Par exemple la vitesse de rotation prédéterminée maximale est déterminée par le rapport entre le rotor et l’arbre basse pression, multiplié par la vitesse de rotation prédéterminée de sécurité du rotor embrayé.

[0055] L’unité de commande peut commander bien entendu le système d’activation par compression axiale 237 pour passer de l’état désactivé (débrayé) à l’état activer l’embrayage lorsque la vitesse mesurée est en dessous d’une deuxième valeur de vitesse de rotation prédéterminée inférieure à la valeur de vitesse prédéterminée maximale.

[0056] Dans l’exemple où la machine électrique génératrice 1 comprend un mode moteur, l’unité de commande peut commander la machine électrique génératrice 1 en mode moteur lorsque l’embrayage est à l’état désactivé et que la vitesse de rotation mesurée par le capteur descend en dessous d’une valeur prédéterminée puis ensuite commande la machine électrique génératrice 1 en mode alternateur lorsqu’une vitesse prédéterminée du rotor est atteinte.

[0057] Par exemple, lorsque l’embrayage est à l’état désactivé et que la vitesse mesurée est au-dessus de la deuxième valeur de vitesse de rotation prédéterminée, et dès que la vitesse mesurée passe en dessous de la deuxième valeur de vitesse de rotation prédéterminée, l’unité de commande commande dans un premier temps la machine électrique génératrice 1 en mode moteur, puis avant de commander le système d’activation par compression axiale 237 pour passer de l’état désactivé (débrayé) à l’état activer l’embrayage, commande la machine électrique génératrice 1 en mode alternateur à faible couple lorsque une vitesse prédéterminée du rotor est atteinte. [0058] Le fait d’utiliser le mode moteur permet de réduire les écarts de vitesse entre disques menants et disque menés avant la sous étape de compression ce qui réduit considérablement réchauffement de l’embrayage. L’utilisation du mode moteur faible couple avant l’état embrayé permet d’éviter un à-coup ou des saccades entre le rotor 12 de la machine électrique génératrice 1 et l’arbre d’entrée 20 lors du passage en mode alternateur.

[0059] La roue dentée 2314 du boitier 231 est représentée schématiquement comme déportée axialement par rapport au dent et encoche solidaire en rotation avec les disques menés 232 mais pourrait être formée sur la périphérie externe du boitier 231 en entourant les disques menés 232 et les disques menants 230.

[0060] La boîte d’engrenages 2 comprend optionnellement, ici représenté en pointillé, un dispositif de sécurité de découplage 22 couplé entre le deuxième arbre intermédiaire comprenant la roue dentée 214 et l’arbre de sortie 21 .

[0061] Le dispositif de sécurité de découplage 22 est prévu pour qu’au-delà d’une vitesse de rotation de sécurité prédéterminée supérieure à la vitesse de rotation prédéterminée de sécurité du rotor embrayé. Le dispositif de sécurité de découplage 22 comprend par exemple un crabot et des masselottes rotatives qui sont mobiles par la force centrifuge et sont prévus pour que au-delà de la vitesse de rotation de sécurité prédéterminée cela désaccouple l’arbre de sortie 21 du deuxième arbre intermédiaire et donc du boitier 231.

[0062] La boîte d’engrenages 2 comprend, dans cet exemple, un quatrième arbre intermédiaire 26 comprenant une roue dentée intermédiaire 260 engrenée entre une roue dentée de transmission 206 de l’arbre d’entrée 20 et une roue de sortie 207 d’un deuxième arbre de sortie 27 couplé à l’équipement auxiliaire 3. L’équipement auxiliaire 3 est donc toujours couplé en rotation avec l’arbre d’entrée 20. Bien entendu, la boîte d’engrenages 2 peut comprendre une pluralité d’arbre de sortie et d’arbre intermédiaire, par exemple une vingtaine d’arbres et d’engrenages.

[0063] En particulier, la figure 3 représente un autre aspect de l’invention qui concerne aussi un ensemble comprenant un système d’entraînement d’accessoires S selon l’invention, par exemple celui décrit précédemment, la turbomachine T, comprenant l’arbre basse pression 510 couplé à l’arbre d’entrée 20 de la boîte d’engrenages 2 par le biais en l’occurrence d’un arbre de transmission radial R1 . La turbomachine T comprend en outre un arbre haute pression 410 couplé à un arbre de transmission R2 d’un deuxième système d’entraînement d’accessoires S2 comprenant une machine électrique moteur (qui produit un couple) et une deuxième boîte d’engrenages comprenant un arbre de sortie couplé à la machine électrique moteur.

[0064] La turbomachine T représentée est de type à double corps et double flux et comprend, à l’amont, une soufflante 520 montée dans un carter de soufflante 300 dans laquelle sont monté les deux systèmes d’entraînements d’accessoires S, S2. La turbomachine T comprend d’amont en aval, la soufflante 520, un compresseur basse pression 530, un compresseur haute pression 420, une chambre de combustion 600, une turbine haute pression 430 et une turbine basse pression 540. La turbine basse pression 540 est couplée à l’arbre basse pression 510 pour entraîner en rotation le compresseur basse pression 530 et la soufflante 520, formant ensemble un corps basse pression 500. La turbine haute pression 430 est quant à elle couplée à l’arbre haute pression 410 pour entraîner en rotation le compresseur haute pression 420, formant ensemble un corps haute pression 400. L’arbre haute pression 410 s’étend extérieurement autour de l’arbre basse pression 510 selon l’axe longitudinal X.

[0065] L’installation de la boîte d’engrenages 2 du premier système S entraînée par l’arbre BP vient en complément de la boîte d'engrenages, appelée AGB HP du deuxième système S2, couplée à l’arbre haute pression. Cela permet d’adapter la turbomachine à l’hybridation électrique de l’IPPS (i.e. l’ensemble propulsif comprenant la turbomachine). La machine électrique moteur installé sur l’AGB HP et permet à l’IPPS de réaliser du transfert de puissance mécanique de l’arbre basse pression 510 vers l’arbre haute pression 410 via la machine électrique génératrice 1 fonctionnant en générateur et alimentant la machine électrique moteur du deuxième système S2 fonctionnant en moteur, plus connu par les termes anglais « power sharing » ou encore transfert de puissance mécanique réversible, plus connu par les termes anglais « power balance ». Ces transferts sont recherchés pour l’optimisation de l’opérabilité des moteurs selon les différentes phases de vol. Cette optimisation est l’un des enjeux majeurs de réduction de consommation de carburant rendue accessible par l’hybridation électrique des futurs moteurs (turbomachine + les machines électriques etc..).

[0066] Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.

Claims

REVENDICATIONS

[Revendication 1] Système d’entraînement d’accessoires (S) comprenant une machine électrique génératrice (1 ) et une boîte d'engrenages (2) comprenant un arbre d’entrée (20) apte à être couplé à un arbre de puissance d’une turbomachine, un premier arbre de sortie (21 ) couplé avec un rotor (12) de la machine électrique génératrice (1 ), un embrayage à disques (23) entre l’arbre d’entrée (20) et le premier arbre de sortie (21 ), caractérisé en ce que l’embrayage à disques (23) comprend :

- des disques menants (230) à encoches et dents internes solidaires en rotation avec l’arbre d’entrée (20),

- un boitier (231 ) lié en rotation avec le premier arbre de sortie (21 ), comprenant des dents et encoches internes,

- des disques menés (232) à encoches et dents externes emboitées avec les dents et encoches internes du boitier (231 ) couplant en rotation le boitier (231 ) aux disques menés (232).

[Revendication 2] Système d’entraînement d’accessoires selon la revendication 1 , dans lequel l’arbre d’entrée (20) comprend une roue dentée (203) comprenant des encoches et des dents accouplées avec les encoches et dents des disques menants (230).

[Revendication 3] Système d’entraînement d’accessoires selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la boîte d’engrenages (2) comprend en outre un rapport d’engrenage entre le premier arbre de sortie (21 ) et le boitier (231 ).

[Revendication 4] Système d’entraînement d’accessoires selon la revendication 3, dans lequel la boîte d’engrenages (2) comprend en outre un premier arbre intermédiaire (24) comprenant une première roue dentée (243) engrenée avec une roue dentée (2314) du boitier (321 ) et une deuxième roue dentée (241 ) engrenée avec une roue dentée (214) solidaire en rotation de l’arbre de sortie (21 ).

[Revendication 5] Système d’entraînement d’accessoires selon l'une quelconque des revendications, dans lequel la boîte d’engrenage (2) comprend en outre entre l’arbre de sortie (21 ) et le boitier (321 ), un dispositif de sécurité de découplage (22) au-delà d’une vitesse prédéterminée maximale supérieure à une vitesse prédéterminée maximale d’embrayage du rotor (12).

[Revendication 6] Système d’entraînement d’accessoires selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’embrayage à disques (23) comprend :

- des ressorts exerçant une force pour séparer les disques menants des disques menés contigus afin de débrayer l’embrayage,

- un système d’activation par compression axiale (237), tel qu’un vérin ou un piston hydraulique, commandable pour embrayer en compressant les ressorts jusqu’à compression des disques menants et les disques menées les uns contre les autres axialement pour les accoupler.

[Revendication 7] Système d’entraînement d’accessoires selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant des équipements auxiliaires (3) couplés en permanence en rotation avec l’arbre d’entrée (20) par le biais de plusieurs engrenages.

[Revendication 8] Système d’entraînement d’accessoires selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la boîte d'engrenages (2) comprend une enceinte logeant les éléments rotatifs de la boîte d'engrenages (2) dont une partie de l’arbre d’entrée (20), l’arbre de sortie, ainsi que l’embrayage, et au moins un gicleur pour amener du lubrifiant dans l’enceinte pour lubrifier les différents engrenages de la boîte d'engrenages (2) ainsi que les disques de l’embrayage à disques (23).

[Revendication 9] Procédé de commande de l’embrayage à disque (23) du système d’entraînement d’accessoires (S) selon l’une des revendications précédentes dans une turbomachine, pour coupler et découpler une transmission de couple entre l’arbre d’entré couplé à un arbre basse pression et l’arbre de sortie couplé en rotation avec la machine électrique génératrice, le procédé comprenant :

- une étape de commande de débrayage lorsque la vitesse de rotation de l’arbre basse pression est au-delà d’une première valeur de vitesse de rotation prédéterminée de l’arbre basse pression, le dispositif à embrayage à disques passant d’un état embrayé à un état débrayé dans lequel des disques menants sont écartés des disques menés pour découpler la machine électrique génératrice de l’arbre d’entrée.

[Revendication 10] Procédé de commande de l’embrayage à disques du système d’entraînement d’accessoires (S), selon la revendication 9, comprenant en outre une étape de commande d’embrayage lorsque la vitesse de rotation de l’arbre basse pression est en dessous d’une deuxième valeur de vitesse prédéterminée, dans lequel un système d’activation par compression axiale du dispositif à embrayage à disques est activé pour compresser les disques menants et les disques menés les uns contre les autres.