FR3064700A1 - Systeme de generation d'air comprenant un dispositif electromecanique, un boitier et une carte electronique - Google Patents

Systeme de generation d'air comprenant un dispositif electromecanique, un boitier et une carte electronique Download PDF

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Jacques DELERIS
Guillaume BOULET
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Abstract

Système de génération d'air (1) comprenant : - un dispositif électromécanique (100) générateur de flux d'air muni d'une ouverture d'admission d'air et d'une sortie (102), - un boitier (200) s'étendant entre une première extrémité fixée à l'ouverture d'admission d'air et une deuxième extrémité située à l'opposé de la première extrémité, ledit boitier (200) comprenant deux parties (210, 220) définissant entre elles un logement (204) fermé, chaque partie (210, 220) comprenant une paroi creuse définissant un canal (211, 221) s'étendant entre les deux extrémités du boitier (200), chaque canal (211, 221) débouchant en face de l'ouverture d'admission d'air de façon à ce que le dispositif électromécanique (100) soit alimenté par de l'air acheminé par les canaux (211, 220), et - au moins une carte électronique (300) d'alimentation ou de commande du dispositif électromécanique (100) disposée dans le logement (204) du boitier (200).

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication : 3 064 700 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 17 52879
COURBEVOIE
©) IntCI8 : F 04 D 29/40 (2017.01), F 04 D 29/58, 27/00, H 01 L 23/04
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 04.04.17. © Demandeur(s) : SAFRAN ELECTRICAL & POWER
©) Priorité : Société par actions simplifiée — FR.
©) Inventeur(s) : STEFANOVIC NICOLAS, DELERIS
JACQUES et BOULET GUILLAUME.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 05.10.18 Bulletin 18/40.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ©) Titulaire(s) : SAFRAN ELECTRICAL & POWER
apparentés : Société par actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : @) Mandataire(s) : CABINET BEAU DE LOMENIE.
SYSTEME DE GENERATION D'AIR COMPRENANT UN DISPOSITIF ELECTROMECANIQUE, UN BOITIER ET UNE CARTE ELECTRONIQUE.
FR 3 064 700 - A1
Système de génération d'air (1) comprenant:
- un dispositif électromécanique (100) générateur de flux d'air muni d'une ouverture d'admission d'air et d'une sortie (102),
- un boîtier (200) s'étendant entre une première extrémité fixée à l'ouverture d'admission d'air et une deuxième extrémité située à l'opposé de la première extrémité, ledit boîtier (200) comprenant deux parties (210, 220) définissant entre elles un logement (204) fermé, chaque partie (210, 220) comprenant une paroi creuse définissant un canal (211, 221) s'étendant entre les deux extrémités du boîtier (200), chaque canal (211,221 ) débouchant en face de l'ouverture d'admission d'air de façon à ce que le dispositif électromécanique (100) soit alimenté par de l'air acheminé par les canaux (211,220), et
- au moins une carte électronique (300) d'alimentation ou de commande du dispositif électromécanique (100) disposée dans le logement (204) du boîtier (200).
Figure FR3064700A1_D0001
Figure FR3064700A1_D0002
Figure FR3064700A1_D0003
Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne un système de génération d'air formé d'un dispositif électromécanique générateur de flux d'air, d'un boîtier et d'au moins une carte électronique, ce système pouvant notamment être mis en œuvre dans le cadre d'applications aéronautiques.
On connaît divers dispositifs électromécaniques générant des flux d'air tels des ventilateurs ou des compresseurs d'air. Un compresseur d'air pour une pile à combustible peut, par exemple, être intégré dans une turbomachine d'aéronef.
Ces dispositifs électromécaniques comprennent généralement un conduit formant une veine d'entrée d'air dans le dispositif et sont en outre associés à des composants électroniques configurés pour assurer leur alimentation en puissance ainsi que leur commande.
Diverses solutions concernant l'intégration de ces composants électroniques sont connues de l'état de l'art.
Une première solution connue consiste à fixer les composants électroniques de manière rapportée sur les bords extérieurs du conduit formant la veine d'entrée d'air du dispositif électromécanique, les uns après les autres, en fonction de l'espace disponible. A titre d'exemple, les composants électroniques sont disposés dans un boîtier de protection autour de la veine d'entrée d'air. Une telle intégration n'est cependant pas optimale. En effet, celle-ci implique notamment la ségrégation des composants électroniques sur différentes cartes électroniques, conduisant à l'obtention de volumes importants autour du conduit formant la veine d'entrée d'air comparé à son faible diamètre. De tels dispositifs munis de leurs cartes électroniques peuvent, par ailleurs, poser des problèmes d'intégration, notamment lorsque l'on souhaite les utiliser dans un aéronef.
Afin de réduire le volume occupé par le dispositif électromécanique et ses composants électroniques, une solution alternative connue consiste à intégrer une partie des composants électroniques dans un boîtier de protection formant un volume disposé sur le conduit du dispositif électromécanique, et une partie des composants électroniques dans une ogive d'un moteur d'entrainement constitutif du dispositif électromécanique. Les composants électroniques sont encore une fois répartis entre différentes cartes électroniques. Bien que le volume occupé autour de la veine d'entrée d'air du dispositif soit ainsi réduit par rapport à la solution précédente, celui-ci demeure néanmoins encore relativement important en vue de son intégration. Cette solution nécessite, par ailleurs, le passage de câbles entre l'ogive du moteur d'entrainement du dispositif électromécanique et le corps extérieur du conduit afin d'assurer les connexions entre les différentes cartes électroniques. Ainsi, une telle solution peut conduire à une dégradation des performances du dispositif électromécanique.
Par ailleurs, pour l'ensemble des solutions précitées, la ségrégation des composants électroniques entre différentes cartes électroniques nécessite la réalisation de multiples liaisons filaires inter-cartes, ces liaisons augmentant les émissions de rayonnements électromagnétiques parasites. Les solutions existantes s'avèrent donc limitées et il existe un besoin pour réduire le volume occupé par ces dispositifs, notamment en vue de les intégrer dans un aéronef.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités.
A cet effet, l'invention propose un système de génération d'air comprenant :
- un dispositif électromécanique générateur de flux d'air muni d'une ouverture d'admission d'air et d'une sortie,
- un boîtier s'étendant entre une première extrémité fixée à l'ouverture d'admission d'air et une deuxième extrémité située à l'opposé de la première extrémité, ledit boîtier comprenant deux parties définissant entre elles un logement fermé, chaque partie comprenant une paroi creuse définissant un canal s'étendant entre les deux extrémités du boîtier, chaque canal débouchant en face de l'ouverture d'admission d'air de façon à ce que le dispositif électromécanique soit alimenté par de l'air acheminé par les canaux, et
- au moins une carte électronique d'alimentation ou de commande du dispositif électromécanique disposée dans le logement du boîtier.
La réalisation d'un canal pour l'écoulement de l'air dans chaque partie formant le boîtier permet de s'affranchir de la réalisation d'un unique conduit central de circulation d'air, et ainsi de ménager dans le boîtier un logement destiné à accueillir une carte électronique. Il devient ainsi possible d'intégrer une unique carte électronique dédiée à la commande et à l'alimentation en puissance du dispositif électromécanique. Contrairement à l'état de la technique nécessitant une pluralité de cartes électroniques, la présente invention permet de réduire le volume occupé par l'électronique de commande et de puissance, élargissant les possibilités d'intégrations d'un tel système, notamment dans les aéronefs. L'utilisation d'une unique carte électronique permet en outre de réduire les coûts de fabrication de l'électronique de commande et de puissance, ainsi que de supprimer les liaisons inter-cartes. La suppression des liaisons inter-cartes conduit notamment à réduire les émissions électromagnétiques parasites et permet de supprimer les dépendances de fonctionnement inter-cartes. La fiabilité de l'électronique de commande et de puissance du dispositif s'en voit donc améliorée. Un gain de masse est également obtenu via une réduction du nombre d'entrées/sorties précédemment liées aux liaisons inter-cartes. Par ailleurs, l'air aspiré par le dispositif chemine à l'intérieur des canaux le long du logement formé par l'assemblage des parties du boîtier, permettant ainsi d'assurer le refroidissement des composants électroniques du dispositif, la chaleur émise par ces derniers étant évacuée via la circulation d'air au travers des canaux.
Dans un exemple de réalisation, les parties du boîtier peuvent être fixées entre elles par l'intermédiaire de brides, deux brides correspondantes définissant entre elles une cavité en communication avec le logement du boîtier, une partie de la carte électronique étant logée dans ladite cavité. Ainsi, l'assemblage de deux brides respectives de part et d'autre de chaque partie du boîtier permet de ménager un volume supplémentaire pour l'insertion de la carte électronique entre les parties du boîtier.
Dans un exemple de réalisation, le boîtier peut être en aluminium.
Dans un exemple de réalisation, le dispositif électromécanique peut être un compresseur d'air ou un ventilateur.
L'invention propose également, selon un autre aspect, un système de pile à combustible, comprenant une pile à combustible et un compresseur d'air destiné à alimenter en air la pile à combustible, le compresseur d'air étant constitutif du système de génération d'air résumé ci-dessus.
L'invention propose également, selon un autre aspect, une turbomachine d'aéronef comprenant le système de génération d'air résumé ci-dessus.
L'invention propose également, selon un autre aspect, un aéronef comprenant la turbine ci-dessus.
Brève description des dessins
D’autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue éclatée d'un système de génération d'air selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en perspective du système de génération d'air de la figure 1 selon l'invention, et
- la figure 3 est une vue en coupe du boîtier de la figure 2 selon le plan de coupe III-III.
Description détaillée de modes de réalisation
La figure 1 illustre une vue éclatée d'un système de génération d'air 1 comprenant un dispositif électromécanique 100, un boîtier 200 et une carte électronique 300. Le système de génération d'air 1 qui va être décrit peut éventuellement, mais pas nécessairement, être intégré dans un aéronef, notamment dans la turbomachine de celui-ci.
Le dispositif électromécanique 100 est un dispositif générateur de flux d'air comprenant une ouverture 101 d'admission d'air et une sortie 102. Sur la figure 1, à titre d'exemple illustratif, le dispositif électromécanique 100 est un compresseur d'air centrifuge, recevant via son ouverture 101 un flux d'air A acheminé depuis le boîtier 200. La direction de circulation du flux d'air A dans le système de génération d'air est symbolisée par des flèches sur les figures 1 et 2. Le compresseur d'air compresse via des moyens connus le flux d'air A reçu depuis l'ouverture 101, puis l'expulse via une sortie 102. Un tel compresseur peut notamment être utilisé dans un système de pile à combustible en vue d'alimenter en air ladite pile. Dans un autre exemple non illustré, le dispositif électromécanique 100 est un ventilateur, par exemple un ventilateur assurant la circulation d'air dans des gaines de ventilation. Plus généralement, le dispositif électromécanique 100 peut être un dispositif électromécanique générateur de flux d'air comprenant notamment des éléments rotatifs tels une roue couplée à un moteur d'entrainement.
Le boîtier 200 s'étend selon un axe X entre une première extrémité 201 fixée à l'ouverture 101 d'admission d'air du boîtier 200 et une deuxième extrémité 202 située à l'opposé de la première extrémité 201. Pour permettre la fixation de la première extrémité 201 à l'ouverture 101, comme il peut être vu sur les figures 1-3, des brides 203, 103 peuvent à titre d'exemple être réalisées circonférentiellement respectivement autour du boîtier 200 et du dispositif électromécanique 100. Des moyens de fixation 33 de type vis écrou peuvent alors permettre leurs fixations respectives. Dans d'autres exemples non-illustrés, d'autres moyens peuvent être envisagés afin d'assurer la fixation de la première extrémité 201 à l'ouverture 101, par exemple un collage ou une soudure du boîtier 200 avec le dispositif électromécanique 100.
Le boîtier 200 est formé de deux parties 210, 220 qui lorsqu'elles sont assemblées définissent un logement 204 fermé destiné à accueillir la carte électronique 300. Dans un exemple de réalisation, chaque partie 210, 220 formant le boîtier 200 est réalisée en aluminium, d'autres matériaux pouvant être envisagés.
Chaque partie 210, 220 comprend une paroi creuse définissant un canal 211, 221 s'étendant entre les deux extrémités 201, 202 du boîtier 200. Au niveau de la première extrémité 201, chaque canal 211, 221 débouche en face de l'ouverture 101 d'admission d'air du dispositif électromécanique 100.
Ainsi, le dispositif électromécanique 100 est alimenté en air par de l'air acheminé par les canaux 211, 221. En d'autres termes, les parties 210, 220 peuvent être vues comme des capots inférieurs et supérieurs du boîtier 1, chacun de ces capots comportant une veine d'air définie par les canaux 211, 221. La sortie de ces veines d'air débouche sur l'ouverture 101 d'admission d'air du dispositif électromécanique 100. Chaque canal 211, 221 étant formé dans une partie 210, 220 distincte du boîtier 200, ces canaux sont isolés fluidiquement l'un de l'autre. Les canaux 211, 221 s'étendent dans une même direction selon l'axe X le long du logement 204 lorsque les parties 210, 220 sont assemblées. En d'autre terme, le logement 204 destiné à la carte électronique 300, formé par l'assemblage de la première partie 210 et de la deuxième partie 220, est isolé du flux d'air A traversant les canaux 211, 221, ceux-ci contournant le logement 204.
La fixation des parties 210, 220 destinées à former le boîtier 200 peut être réalisée par l'intermédiaire de brides 212, 222 formées respectivement le long de chaque partie 210, 220, parallèlement à l'axe X. Ces brides 212, 222 s'étendent en outre selon une direction radiale perpendiculaire à l'axe X. Les brides 212, 222 sont réalisées de manière à définir entre elles une cavité 205, 206 en communication avec le logement 204. L'assemblage des brides 212, 222 peut à titre d'exemple être réalisé via des moyens de fixation 213 de type vis/écrous, d'autres moyens de fixation pouvant être envisagés.
Ainsi, l'assemblage de deux brides respectives 212, 222 de part et d'autre de chaque partie 210, 220 du boîtier 200 permet de ménager un volume supplémentaire pour l'insertion de la carte électronique 300 entre les parties 210, 220 du boîtier 200. Une partie de la carte électronique 300 est alors logée dans chacune des cavités 205, 206.
La carte électronique 300 peut être maintenue dans le logement 204 et les cavités 205, 206 par divers moyens de fixation. A titre d'exemple, sur la figure 3, l'assemblage des brides 212, 222 permet de former des rainures 232 s'étendant radialement vers l'intérieur du boîtier 200, permettant ainsi de maintenir la carte électronique 300. D'autres moyens de fixation peuvent être envisagés, par exemple la carte électronique 300 peut être fixée à l'une des parties 210, 220 via un système de vis/écrous.
Par ailleurs, en vue d'optimiser l'intégration du système de génération d'air 1, par exemple pour l'utiliser dans un aéronef, la forme des parties 210, 220 peut être adaptée à la forme du dispositif électromécanique 100. Par exemple, dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le dispositif électromécanique 100 présente une forme sensiblement cylindrique selon l'axe X et son ouverture 101 d'admission d'air une forme circulaire. En conséquence, les parties 210, 220 du boîtier 200 sont réalisées sous la forme de deux demi-cylindres. Le boîtier 200 s'étend dans l'exemple illustré dans le prolongement de l'ouverture 101. Pour une telle géométrie, les canaux 211, 221 présentent alors une section en forme de C. Un tel exemple demeure illustratif, d'autres géométries pouvant être envisagées, par exemple le boîtier peut être de forme parallélépipédique et ses canaux de formes rectangulaires ou crénelées.
La carte électronique 300 comprend des composants électroniques pour la commande et/ou l'alimentation du dispositif électromécanique 100. Comme exposé précédemment, celle-ci est au moins disposée dans le logement 204 formé par l'assemblage des deux parties 210, 220 du boîtier 200, une partie de cette carte pouvant être logée dans une ou la totalité des cavités 205, 206. La carte électronique 300 est donc logée dans le boîtier 200. Avantageusement, l'insertion de la carte électronique 300 entre les deux parties 210, 220 du boîtier 200 permet de réaliser au moins une liaison électrique 301 en communication directe avec le dispositif électromécanique 100. La carte électronique 300 peut ainsi être raccordée électriquement au dispositif électromécanique 100 sans traverser le premier canal 211 ou le deuxième canal 221, et n'impacte donc pas l'alimentation en air du dispositif électromécanique 100. Ainsi, en vue d'assurer le raccordement électrique du dispositif électromécanique 100 avec les composants électroniques de commande et/ou de puissance de la carte électronique 300, aucune veine d'écoulement d'air ne subit de dégradation de performance liée à la présence d'éléments de raccordements électriques la traversant.
L'utilisation d'une unique carte électronique 300 disposée dans le logement 204 permet en outre de réaliser une réduction du nombre de connexions électriques par rapport aux solutions existantes, en s'affranchissant notamment d'éventuelles connexions inter-cartes. On obtient ainsi un gain en volume et en masse de l'électronique destinée au dispositif électromécanique 100, ainsi qu'une réduction des rayonnements électromagnétiques émis par les différents composants électroniques.
La structure du boîtier 200 proposé permet par ailleurs d'assurer un refroidissement efficace de l'ensemble des composants électroniques de la carte électronique 300. Lorsqu'un flux d'air A est aspiré en entrée du boîtier 200, c'est-à-dire au niveau de la deuxième extrémité 202, celui-ci pénètre dans les canaux 211, 221 et est acheminé par ces derniers. L'air circule alors au travers des canaux 211, 221 le long du logement 204, permettant par conduction thermique la dissipation de la chaleur émise par les composants de la carte électronique 300.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système de génération d'air (1) comprenant :
    - un dispositif électromécanique (100) générateur de flux d'air muni d'une ouverture (101) d'admission d'air et d'une sortie (102),
    - un boitier (200) s'étendant entre une première extrémité (201) fixée à l'ouverture (101) d'admission d'air et une deuxième extrémité (202) située à l'opposé de la première extrémité (201), ledit boitier (200) comprenant deux parties (210, 220) définissant entre elles un logement (204) fermé, chaque partie (210, 220) comprenant une paroi creuse définissant un canal (211, 221) s'étendant entre les deux extrémités (201, 202) du boitier (200), chaque canal (211, 221) débouchant en face de l'ouverture (101) d'admission d'air de façon à ce que le dispositif électromécanique (100) soit alimenté par de l'air acheminé par les canaux (211, 220), et
    - au moins une carte électronique (300) d'alimentation ou de commande du dispositif électromécanique (100) disposée dans le logement (204) du boitier (200).
  2. 2. Système de génération d'air (1) selon la revendication 1, dans lequel les parties (210, 220) du boîtier (200) sont fixées entre elles par l'intermédiaire de brides (212, 222), deux brides (212, 222) correspondantes définissant entre elles une cavité (205,206) en communication avec le logement (204) du boitier (200), une partie de la carte électronique (300) étant logée dans ladite cavité (205, 206).
  3. 3. Système de génération d'air (1) selon les revendications 1 ou 2, dans lequel l'ouverture (101) d'admission d'air du dispositif électromécanique (100) est circulaire et le boitier (200) est de forme cylindrique.
  4. 4. Système de génération d'air (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel le boitier (200) est en aluminium.
  5. 5. Système de génération d'air (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif électromécanique (100) est un compresseur d'air ou un ventilateur.
  6. 6. Système de pile à combustible, comprenant une pile à combustible et un système de génération d'air (1) selon la revendication 5, le système de génération d'air (1) étant un compresseur d'air destiné à alimenter en air la pile à
    10 combustible.
  7. 7. Turbomachine d'aéronef comprenant un système de génération d'air (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
    15
  8. 8. Aéronef comprenant une turbomachine selon la revendication 7.
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