FR3089715A1 - Moteur électrique intelligent à multi-bobinages découplés - Google Patents

Moteur électrique intelligent à multi-bobinages découplés Download PDF

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Abstract

Moteur électrique intelligent à multi-bobinages découplés Un moteur intelligent (10) comprenant une machine synchrone à aimants permanents (12, 12’, 12’’) et une unité électronique de commande (18), la machine synchrone (12, 12’, 12’’) comportant un ou deux rotor(s) (121, 1211, 1212) à aimants permanents et au moins un stator hexaphasé (122, 1221 à 1224) par rotor doté d’au moins deux ensembles triphasés (123, 124) formés chacun de trois bobines (1230, 1240) électriquement couplées en étoile, ladite unité électronique de commande (18) comportant un onduleur de commande (184) par stator muni de six bras (1840) indépendants configurés chacun pour piloter une phase d’un stator hexaphasé (122, 1221 à 1224). Les ensembles triphasés (123, 124) sont découplées magnétiquement et électriquement l’un par rapport à un autre. Figure pour l’abrégé : Fig. 3.

Description

Description
Titre de l'invention : Moteur électrique intelligent à multi-bobinages découplés
Domaine technique
[0001] L'invention se rapporte à un moteur électrique intelligent, notamment pour un aéronef, et plus particulièrement à l’architecture électrique d’un moteur électrique intelligent à multi-bobinages découplés à forte intégration mécanique.
Technique antérieure
[0002] Les aéronefs à décollage et atterrissage verticaux sont de plus en plus utilisés notamment dans le transport intra-urbain et inter-urbain des marchandises ou des personnes.
[0003] La révolution dans le transport aérien fait naître un besoin croissant pour la propulsion des nouveaux aéronefs, par exemple les VTOL (« Vertical Take-Off and Landing » ou aéronefs à décollage et atterrissage vertical en français). L’énergie électrique est le principal vecteur de cette révolution, de par sa souplesse de mise en œuvre, son efficience (seule l’énergie nécessaire est produite), sa fiabilité (maintenance limités) et principalement par la réduction potentielle de masse et volume qu’il engendre par rapport à un système de propulsion classique (thermique avec distribution d’énergie hydraulique ou pneumatique). En revanche, la puissance actuelle des moteurs électriques embarqués ne permet pas de rivaliser avec la puissance développé par un seul moteur thermique, il est donc nécessaire de multiplier le nombre de moteurs électriques.
[0004] Il est alors aisé de comprendre que les contraintes d’intégration mécatronique (masse et le volume) de l’ensemble moteur électrique, contrôleur (électronique de puissance et électronique de commande), filtrage et système de refroidissement est une problématique clef de ce changement, notamment pour maintenir un ensemble de propulsion dont la masse et l’encombrement restent faibles.
[0005] Il est connu une architecture d’un moteur intelligent doté d’une boîte de vitesse et d’une pluralité de bobinages indépendants, dans laquelle chaque bobinage est alimenté par un convertisseur en pont en H, mais le filtrage d’entrée n’est pas intégré. La présence d’une boîte de vitesse dans le moteur intelligent génère une dégradation de la fiabilité du moteur et une augmentation des opérations de maintenance.
[0006] Il est également connu un moteur multi-bobinages statoriques avec une topologie de convertisseur électromécanique comprenant un stator annulaire en regard, dans la direction axiale, d’un ou deux rotors annulaires, le stator comportant une pluralité de bobines et le rotor des aimants permanents. Le moteur présente une architecture électrique comportant deux groupes de trois bobines électriquement couplés en étoile, mais dont le neutre est commun aux deux groupes.
[0007] Il est aussi connu un moteur intelligent comportant deux groupes de trois bobines électriquement couplés en étoile, mais dans laquelle les deux groupes en étoile sont bobinés en même temps et à chaque fois sur une seule dent ce qui les couple au moins magnétiquement. Dans cette configuration, les neutres des deux groupes sont électriquement raccordés pour avoir un point commun électriquement et équilibrer les courants. Cette configuration est relativement peu coûteuse en termes de réalisation.
[0008] Cependant, cette configuration ne permet pas d’avoir une isolation électrique et magnétique entre les deux groupes en étoile.
Exposé de l'invention
[0009] L'invention vise à fournir une solution architecturale de moteur intelligent sans boîte de vitesse permettant à la fois d’améliorer la puissance massique du moteur pour des applications nécessitant un moteur léger, puissant et comportant son électronique de puissance et de contrôle, et de garantir la fourniture du couple mécanique aussi bien en cas de panne de bras d’onduleur de tension d’une étoile d’un stator, que dans le cas d’une panne d’un des stators.
[0010] Dans un premier objet de l’invention, il est proposé un moteur intelligent comprenant une machine synchrone à aimants permanents et une unité électronique de commande, la machine synchrone comportant un ou deux rotor(s) à aimants permanents et au moins un stator hexaphasé par rotor doté d’au moins deux ensembles triphasés formés chacun de trois bobines électriquement couplés en étoile, et de préférence d’un premier ensemble triphasé formé de trois premières bobines électriquement couplées en étoile et d’un second ensemble triphasé formé de trois secondes bobines électriquement couplées en étoile. Ladite unité électronique de commande de la machine synchrone comporte un onduleur de commande par stator muni de six bras indépendants configurés chacun pour piloter une phase d'un stator hexaphasé.
[0011] Selon une caractéristique générale du premier objet de l’invention, les deux ensembles de bobines en étoile sont découplées magnétiquement et électriquement l’un de l’autre.
[0012] L’isolation électrique et magnétique des deux ensembles triphasés de bobines l’un par rapport à l’autre permet de supprimer les inductances interphases.
[0013] Pour un stator hexaphasé donné, le découplage magnétique et électrique des deux ensembles de bobines en étoile permet de rendre le premier ensemble de bobines indépendant du second ensemble de bobines. Cette indépendance entre les deux ensembles de bobines offre notamment au moteur intelligent une possibilité de fonctionner dans un mode dégradé dans lequel un seul des ensembles de bobines fonctionne avec les bras d’onduleur associés suite à une mise en défaut d’au moins un des bras d’onduleur de l’autre ensemble de bobines par exemple.
[0014] Dans un autre exemple de moteur intelligent doté de deux stators hexaphasés et d’un rotor, le découplage magnétique et électrique des stators hexaphasés permet en outre de rendre le premier stator indépendant du second stator. Cette indépendance entre les deux stators offre notamment au moteur intelligent une possibilité de fonctionner dans un mode dégradé dans lequel un seul stator fonctionne suite à une mise en défaut de l'autre stator par exemple.
[0015] Le moteur intelligent mentionné plus haut en référence à l’art antérieur et comportant deux ensembles de trois bobines électriquement couplés en étoile possède notamment un neutre commun aux deux ensembles de bobines. Cette configuration ne permet pas d’avoir une isolation électrique et magnétique entre les deux ensembles en étoile.
[0016] Dans le moteur intelligent selon l’invention, les deux ensembles en étoile sont bobinés successivement et non simultanément ce qui prend plus de temps qu’un bobinage simultané mais permet d’avoir un découplage magnétique et électrique. L’équilibrage des courants est réalisé par la manière de bobiner uniquement chaque ensemble de bobines. Le bobinage doit donc être plus précis que dans la configuration où les deux ensembles de bobines sont bobinés simultanément et la commande des bobines doit également être plus précise.
[0017] Ne pas relier les neutres permet de laisser plus de liberté sur la commande et donc permettre le mode dégradé.
[0018] De préférence, le moteur intelligent est dépourvu de boîte de vitesse à l’intérieur de son boîtier, le boîtier, ou carter, logeant la machine synchrone et l’unité de commande. Cela permet de réaliser un gain en volume et en masse ainsi qu’un gain en fiabilité et en maintenance.
[0019] Avantageusement, ledit au moins un stator de la machine électrique peut comprendre une couronne dentée, chaque bobine des ensembles triphasés étant bobinée autour d’une seule dent de la couronne dentée.
[0020] Le stator, ou chaque stator, peut ainsi comprendre une couronne dentée, chacune des premières bobines et des secondes bobines étant bobinée autour d’une seule dent de la couronne dentée, ce qui permet de minimiser la taille du stator, notamment la taille de la tête de bobine.
[0021] Le rotor, ou chacun des deux rotors, peut avantageusement comporter des aimants disposés selon une configuration HalBach (« Halbach array » en anglais) ce qui permet d’augmenter le couple massique du moteur intelligent.
[0022] De préférence, le stator ou chaque stator de ladite machine électrique peut être divisé en plages angulaires distinctes, le nombre de plages angulaires d’un stator correspondant au nombre d’ensembles triphasés du stator, la plage angulaire s’étendant sur un angle correspondant au résultat de la division de 360° par le nombre d’ensemble triphasés du stator.
[0023] Les premières bobines du premier ensemble sont ainsi disposées sur une première plage angulaire du stator s’étendant sur 180° mécaniques et les secondes bobines du second ensemble peuvent être disposées sur une seconde plage angulaire du stator s’étendant sur 180° mécaniques, la première plage angulaire étant distincte de la seconde plage.
[0024] Le premier ensemble de bobines et le second ensemble de bobines se situent donc sur deux parties distinctes du périmètre d’un cercle. Cela permet de maximiser le découplage magnétique et de faciliter l’isolement électrique entre les deux ensembles de bobines.
[0025] Avantageusement, l’unité de commande peut comporter en outre un module de régulation du courant dans chaque ensemble de bobines indépendamment de l’autre ensemble de bobines, un module de régulation de la vitesse du rotor.
[0026] L’unité de commande est configurée pour fonctionner avec ou sans capteur de position mécanique. Le capteur de position mécanique donne la position mécanique angulaire du rotor sur lequel le capteur est monté. Cela permet à l’unité de commande d'avoir cette information de position pour pouvoir réguler les courants dans les deux ensembles de bobinages du stator hexaphasé.
[0027] Lorsque le capteur de position n'est pas monté ou lorsqu’on perd l'information de position issue du capteur, un procédé d'estimation de position est mis en œuvre par le module de régulation de l’unité de commande pour assurer la fonction régulation des courants dans les deux bobinages du stator hexaphasé.
[0028] L’unité électronique de commande peut avantageusement comprendre en outre une interface de connexion raccordant un bus d’alimentation haute tension continue à chacun des six bras de l’onduleur et comportant un étage de découplage capacitif muni de condensateurs de mode différentiel.
[0029] Avantageusement, le moteur intelligent peut comprendre en outre, pour chaque bras d’onduleur, une carte électronique de puissance sur laquelle est montée ladite unité électronique de commande, des éléments de protection électronique de l’onduleur, au moins un moyen de mesure de courant de phase et un moyen de mesure de tension du bus haute tension continu.
[0030] Cette configuration découpée en une pluralité de cartes électroniques de puissance permet d’optimiser le volume occupé par les cartes électroniques de puissance, par exemple en les plaçant autour de l’interface de connexion, ce qui permet en outre de les rapprocher du dispositif de refroidissement et de maximiser le refroidissement des cartes de puissances lorsque le dispositif de refroidissement est montée sur la périphérie du moteur intelligent.
[0031] De préférence, le moteur intelligent comprend en outre des liaisons souples entre l’interface de connexion et chacune des cartes électroniques de puissance.
[0032] Avantageusement, la machine synchrone peut comprendre une pluralité de stators et un rotor commun à la pluralité de stators, chaque stator étant indépendant magnétiquement et électriquement les uns des autres.
[0033] La machine synchrone peut avantageusement comprendre au moins quatre stators et un premier et un second rotors, le premier rotor étant commun aux stators d’un premier ensemble d’au moins deux stators, le second rotor étant commun aux stators d’un second ensemble d’au moins deux stators, les stators du premier ensemble étant distincts des stators du second ensemble, et chaque stator étant indépendant magnétiquement et électriquement les uns des autres.
Brève description des dessins
[0034] L'invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[0035] [fig-1] La figure 1 présente schématiquement un aéronef multi-rotors muni d’un système de propulsion selon un mode réalisation de l’invention.
[0036] [fig.2] La figure 2 représente schématiquement une vue en coupe d’un moteur intelligent du système de propulsion de la figure 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention.
[0037] [fig-3] La figure 3 est une représentation schématique de l’architecture électrique selon un premier mode de réalisation de la machine électrique du moteur intelligent de la figure 2.
[0038] [fig-4] La figure 4 présente schématiquement une architecture électrique selon un deuxième mode de réalisation de la machine électrique du moteur intelligent de la figure 2.
[0039] [fig.5] La figure 5 présente schématiquement une architecture électrique selon un troisième mode de réalisation de la machine électrique du moteur intelligent de la figure 2.
Description des modes de réalisation
[0040] Sur la figure 1 est présenté de manière schématique un aéronef multi-rotors 7 muni d’un système de propulsion 9 selon un mode de réalisation de l’invention. Dans l’exemple illustré sur la figure 1, le système de propulsion 9 comprend six rotors 1 à 6 répartis sur un cercle en trait mixte multi-rotors. Les rotors 1 à 6 formant trois couples de rotors, les rotors d’un même couple étant symétriquement opposés par rapport à un centre de symétrie 8. Le premier couple de rotors comprend les rotors 1 et 6, le deuxième couple de rotors comprend les rotors 2 et 5, le troisième couple de rotors comprend les rotors 3 et 4. En outre, le système de propulsion 9 comprend un moteur intelligent 10 pour chaque rotor 1 à 6.
[0041] Sur la figure 2 est représenté schématiquement une vue en coupe d’un moteur intelligent 10 selon un premier mode de réalisation de l’invention.
[0042] Le moteur intelligent 10 illustré sur la figure 2 comprend une machine électrique 12 agissant comme convertisseur électromécanique et doté d’une partie tournante définissant une direction axiale DA et une direction radiale DR. La figure 2 est une vue en coupe selon un plan comprenant la direction axiale DA et la direction radiale DR.
[0043] Le moteur intelligent 10 comprend en outre une roue à aubes 14, des moyens de filtrage électrique 16, une unité électronique de commande 18, et un boîtier 20, ou carter à l’intérieur duquel sont logés la machine électrique 12, l’unité électronique de commande 18 et les moyens de filtrage 16.
[0044] La roue à aubes 14 est mécaniquement couplée à la machine électrique 12 par un arbre de transmission 13 qui permet à la machine électrique d’entraîner la roue à aubes 14.
[0045] Le boîtier 20 présente une forme cylindrique creuse, avec, dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, une section circulaire. L’axe de révolution du boîtier 20 est confondu avec l’axe de rotation DA de la machine électrique 12 qui est confondu avec l’axe de rotation de l’arbre de transmission 13 et de la roue à aubes 14.
[0046] Le boîtier 20 comprend dans la direction axiale DA une première extrémité 201 et une seconde extrémité 202 opposée à la première extrémité 201. Dans la direction axiale D A, le boîtier 20 est fermé à sa première extrémité 201 par la roue à aubes 14, et à sa seconde extrémité 202 par un couvercle 22.
[0047] Le boîtier 20 comprend un dispositif de refroidissement 24 monté sur une surface radiale externe 203 du boîtier 20. Les termes interne et externe, et « intérieur » et « extérieur » sont utilisés ici en référence à la direction radiale DR dans le moteur intelligent 10.
[0048] Le dispositif de refroidissement 24 comprend un ensemble d’ailettes 240 s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la surface radiale externe 203 du boîtier 20 et forme ainsi un radiateur permettant un échange calorifique entre les ailettes 240 et un flux d’air L traversant les ailettes 240 du dispositif de refroidissement 24. Le flux d’air de refroidissement L est généré et alimenté par des aubes 140 de la roue à aubes 14 entraînée par la machine électrique 12 et est ainsi auto entretenu. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, le dispositif de refroidissement 24 comprend en outre un carter de refroidissement 245 cylindrique disposé autour des ailettes de refroidissement 240. Le carter de refroidissement 245 défini ainsi avec la surface radiale externe 203 du boîtier 20, une veine de refroidissement 248 dans laquelle le flux d’air de refroidissement L est canalisé.
[0049] Dans une variante, le moteur intelligent pourrait ne pas comprendre de roues à aubes et de carter de refroidissement afin de réduire la masse du moteur intelligent. Le moteur intelligent serait alors refroidi par le flux d’air générée par le rotor de l’aéronef, le rotor étant constitué classiquement d’une hélice liée mécaniquement directement à l’arbre de rotation mécanique du moteur intelligent.
[0050] Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2 qui représente une configuration dite « axiale » du moteur intelligent 10 selon l’invention, le moteur intelligent 10 comprend un boîtier 20 comportant un dispositif de refroidissement, une partie motrice comportant la machine électrique 12, la roue à aubes 14 et l’arbre de transmission 13, et une partie électronique séparée dans la direction axiale de la partie motrice, la partie électronique comprenant notamment les moyens de filtrage électrique 16 et l’unité de commande 18.
[0051] Pour séparer physiquement la partie motrice de la partie électronique, le moteur intelligent 10 comprend une paroi interne 15 s’étendant dans un plan radial comprenant la direction radiale DR et orthogonal à la direction axiale DA et fixée à une surface radiale interne 204 du boîtier 20. La machine électrique 12 est disposée à l’intérieur du boîtier 20 en amont de la paroi interne 15 tandis que les moyens de filtrage électrique 16 et l’unité électronique de commande 18 de la partie électronique sont disposés en aval de la paroi interne 15.
[0052] Les termes amont et aval sont utilisés ici en référence au sens d'écoulement du flux d’air de refroidissement délivré représenté par la flèche E sur la figure 2.
[0053] L’unité électronique de commande 18 comprend un convertisseur électrique statique 180 configuré pour alimenter machine électrique 12.
[0054] Le convertisseur électrique 180 est placé directement à la suite de la machine électrique 12 dans le boîtier 20 du moteur intelligent 10 ce qui permet de réduire la longueur des connexions électriques entre le convertisseur électrique 180 et la machine électrique 12 passant au travers de la paroi interne 15 et ainsi de se passer d’inductances interphases.
[0055] Le convertisseur électrique 180 comprend, dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, six cartes électroniques de puissance 1800 arrangées ensemble pour former cylindre creux à base hexagonale coaxiale avec la machine électrique 12.
[0056] Dans une variante où le convertisseur électrique comprendrait huit cartes électroniques, il formerait un cylindre à base octogonale. S’il comprenait cinq cartes électroniques, il formerait un cylindre à base pentagonale. Dans une variante où le convertisseur électrique comprendrait une unique carte électronique, il pourrait former un cylindre creux à base circulaire avec une carte électronique de puissance présentant une forme annulaire, éventuellement avec une première extrémité et une seconde extrémité en regard l’une de l’autre dans une direction orthogonale à la direction radiale DR et à la direction axiale DA.
[0057] Les cartes électroniques 1800 sont disposées en regard de la surface interne 204 du boîtier 20 pour maximiser le refroidissement des composants électroniques de puissance.
[0058] Les moyens de filtrage 16 comprennent une carte électronique de filtrage 160 sur laquelle sont montés des condensateurs 162.
[0059] Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, la carte électronique de filtrage 160 des moyens de filtrage 16 possède une forme hexagonale permettant son insertion dans le cylindre creux formé par les cartes électroniques 1800 du convertisseur électronique 180. La forme hexagonale de la carte électronique 160 coopère avec la section hexagonale du cylindre creux formé par les cartes électroniques de puissance 1800 du convertisseur électrique 180, ce qui permet d’ajuster la carte électronique de filtrage 160 au plus près des cartes électroniques de puissance 1800. Les condensateurs 162 et la carte électronique 160 sont logés dans le cylindre creux du convertisseur électrique 180.
[0060] Chaque carte électronique 1800 du convertisseur électrique 180 comprend au moins une borne de connexion 1802 s’étendant dans un plan radial comprenant la direction radiale DR et orthogonal à ladite direction axiale DA permettant de raccorder électriquement la carte électronique de filtrage 160 aux cartes électroniques de puissance 1800 du convertisseur électrique 180. Chaque borne de connexion 1802 comporte une partie ondulée lui fournissant une élasticité qui permet d’offrir une certaine liberté de mouvement à la carte électronique de filtrage 160 par rapport au convertisseur électrique 180. L’intégration du filtrage électrique dans le boîtier au plus près des éléments perturbateurs, tels que les interrupteurs de puissance des cartes électroniques de puissance 1800, permet de réduire les inductances de câblage et ainsi de réduire la masse et le volume du filtrage.
[0061] En outre, l’unité électronique de commande 18 comprend une carte électronique de commande 182 configurée pour commander le fonctionnement de la machine électrique 12. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, la carte électronique de commande 182 comprend une forme hexagonale s’étendant dans un plan radial comprenant la direction radiale DR et orthogonal à la direction axiale DA et parallèle à la carte de filtrage 160.
[0062] Le moteur intelligent 10 comprend en outre une carte électronique de supervision 26 logée à l’intérieur du boîtier 20 et en communication avec la carte électronique de commande 182. La carte électronique de supervision s’étend dans un plan radial comprenant la direction radiale DR et orthogonal à la direction axiale DA et parallèle à la carte de filtrage 160. La carte électronique de supervision 26 est disposée en regard du couvercle 22, entre le couvercle 22 et la carte électronique de commande 182.
[0063] Dans cette configuration axiale, le dispositif de refroidissement 24 est communalisé entre la machine électrique 12 et la partie électronique du moteur intelligent 10 comprenant les moyens de filtrage 16 et l’unité électronique de commande 18. Le flux d’air de refroidissement L délivré par les aubes 140 de la roue à aubes 14 circule le long de la surface radiale externe 203 du boîtier 20 et communique de manière fluidique avec les ailettes 240 du dispositif de refroidissement 24. La surface radiale externe 203 du boîtier 20 récupère à la fois la chaleur générée par la machine électrique 12 et la chaleur générée par la partie électronique, notamment par le convertisseur de puissance 180 et transfère les calories au flux d’air de refroidissement L notamment via les ailettes 240, le flux d’air L évacuant ensuite les calories hors du moteur intelligent 10.
[0064] Comme cela est illustré sur la figure 3, la machine électrique 12 du moteur intelligent 10 est une machine synchrone comportant un rotor 121 à aimants permanents et un stator hexaphasé 122 doté d’un premier ensemble triphasé 123 de trois premières bobines 1230 électriquement couplées en étoile et d’un second ensemble triphasé 124 de trois secondes bobines 1240 électriquement couplées en étoile.
[0065] L’unité électronique de commande 18 de la machine synchrone 12 comporte un onduleur de commande 184 muni de six bras indépendants 1840 configurés chacun pour piloter une phase du stator hexaphasé de la machine électrique 12. Les deux ensembles triphasés 123 et 124 de bobines en étoile sont découplées magnétiquement et électriquement l’un de l’autre.
[0066] Pour avoir un premier et un second ensembles triphasés 123 et 124 électriquement et magnétiquement indépendants l’un de l’autre, les bobines 1230 du premier ensemble triphasé 123 en étoile sont bobinées puis les bobines 1240 du second ensemble triphasé 124 en étoile sont bobinées à l’issu du bobinage des bobines 1230 du premier ensemble triphasé 123.
[0067] Le stator 122 comprend une couronne dentée. Chacune des premières bobines 1230 et des secondes bobines 1240 est bobinée autour d’une seule dent de la couronne dentée ce qui permet de minimiser la taille du stator 122, notamment la taille de la tête de chacune des bobines 1230 et 1240.
[0068] Le rotor 121 comporte des aimants disposés selon une configuration HalBach pour augmenter le couple massique du moteur intelligent 10.
[0069] Les premières bobines 1230 du premier ensemble triphasé 123 sont disposées sur une première plage angulaire du stator s’étendant sur 180° mécaniques et les secondes bobines 1240 du second ensemble 124 sont disposées sur une seconde plage angulaire du stator s’étendant sur 180° mécaniques. La première plage angulaire est distincte de la seconde plage, chaque plage angulaire couvrant donc un demi-cercle ce qui permet de maximiser le découplage magnétique et de faciliter l’isolement électrique entre les deux ensembles triphasés 123 et 124.
[0070] L’unité électronique de commande 18 comporte en outre un module de régulation du courant dans chaque ensemble triphasé 123 et 124 indépendamment de l’autre ensemble triphasé 124 et 123, et un module de régulation de la vitesse du rotor 121.
[0071] Le moteur intelligent 10 comprend également une interface de connexion 17 raccordant un bus d’alimentation haute tension continue à chacun des six bras 1840 de l’onduleur 184 de l’unité électronique de commande 18. L’interface de connexion 17 comporte les moyens de filtrage 16 réalisés sous la forme d’un étage de découplage capacitif muni de condensateurs de mode différentiel. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, l’interface de connexion 17 est confondue avec la carte électronique de filtrage 160.
[0072] Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, chaque carte électronique de puissance 1800 comprend des transistors de puissance 1845, des éléments de protection électronique de l’onduleur 184, un capteur de courant de phase et un capteur de tension du bus haute tension continu.
[0073] Sur la figure 4 est illustrée une machine électrique 12’ selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Dans le deuxième mode de réalisation de la machine électrique 12’, la machine synchrone 12’ comprend deux stators 1221 et 1222 et un rotor 121 commun aux deux stators 1221 et 1222.
[0074] Chaque stator 1221 et 1222 est indépendant magnétiquement et électriquement de l’autre stator 1222 et 1221. Et chaque stator 1221 et 1222 comprend un premier ensemble triphasé de bobines indépendant d’un second ensemble triphasé de bobines.
[0075] Sur la figure 5 est illustrée une machine électrique 12” selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Dans le troisième mode de réalisation de la machine électrique 12”, la machine synchrone 12” comprend quatre stators 1221, 1222, 1223 et 1224 et un premier et un second rotors 1211 et 1212. Le premier rotor 1211 est commun aux deux premiers stators 1221 et 1222, et le second rotor 1212 est commun aux deux seconds stators 1223 et 1224, les deux premiers stators 1221 et 1222 étant distincts des deux seconds stators 1223 et 1224, et chaque stator étant indépendant magnétiquement et électriquement les uns des autres.
[0076] L'invention fournit ainsi une solution architecturale de moteur intelligent permettant à la fois d’améliorer la puissance massique du moteur pour des applications nécessitant un moteur léger, puissant et comportant son électronique de puissance et de contrôle, et de garantir la fourniture du couple mécanique :
• en cas de panne de bras d’onduleur de tension d’une étoile d’un stator pour un moteur intelligent soit à configuration simple stator, soit à configuration multi-stators avec un rotor, soit à configuration multi-stators avec un double rotors, ou • dans le cas d’une panne d’un des stators pour un moteur intelligent à confi guration multi-stators avec un rotor ou à configuration multi-stators avec un double rotors.

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Moteur intelligent (10) comprenant une machine synchrone à aimants permanents (12, 12’, 12”) et une unité électronique de commande (18), la machine synchrone (12, 12’, 12”) comportant un ou deux rotor(s) (121, 1211, 1212) à aimants permanents et au moins un stator hexaphasé (122, 1221 à 1224) par rotor doté d’au moins deux ensembles triphasés (123, 124) formés chacun de trois bobines (1230, 1240) électriquement couplées en étoile, ladite unité électronique de commande (18) comportant un onduleur de commande (184) par stator muni de six bras (1840) indépendants configurés chacun pour piloter une phase d’un stator hexaphasé (122, 1221 à 1224), caractérisé en ce que lesdits ensembles triphasés (123, 124) sont découplées magnétiquement et électriquement l’un par rapport à un autre. [Revendication 2] Moteur intelligent (10) selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un stator (122, 1221 à 1224) de la machine électrique (12, 12’, 12”) comprend une couronne dentée, chaque bobine (1230, 1240) des ensembles triphasés (132, 124) étant bobinée autour d’une seule dent de la couronne dentée. [Revendication 3] Moteur intelligent (10) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le(s) rotor(s) (121, 1211, 1212) comporte(nt) des aimants à configuration HalBach. [Revendication 4] Moteur intelligent (10) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le stator (122) ou chaque stator (1221, 1222, 1223, 1224) de ladite machine électrique (12, 12’, 12”) est divisé en plages angulaires distinctes, le nombre de plages angulaires d’un stator correspondant au nombre d’ensembles triphasés du stator, la plage angulaire s’étendant sur un angle correspondant au résultat de la division de 360° par le nombre d’ensemble triphasés du stator. [Revendication 5] Moteur intelligent (10) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’unité électronique de commande (18) comporte en outre un module de régulation du courant configuré pour réguler le courant dans chaque ensemble triphasé (1230, 1240) indépendamment de l’autre ensemble triphasé (1240, 1230), et un module de régulation de la vitesse du rotor (121). [Revendication 6] Moteur intelligent (10) selon l’une des revendications 1 à 5, comprenant en outre une interface de connexion (17) raccordant un bus d’alimentation haute tension continue à chacun des six bras (1840) de
    l’onduleur (184) de l’unité électronique de commande (18), l’interface de connexion (17) comportant un étage de découplage capacitif (16) muni de condensateurs de mode différentiel. [Revendication 7] Moteur intelligent (10) selon la revendication 6, comprenant en outre, pour chaque bras d’onduleur (1840), une carte électronique de puissance (1800) sur laquelle sont montés des transistors de puissance (1845), des éléments de protection électrique des transistors de puissance, des moyens de mesure de courant de phase et des moyens de mesure de tension du bus haute tension continue. [Revendication 8] Moteur intelligent (10) selon la revendication 7, comprenant en outre des liaisons souples entre l’interface de connexion (17) et chacune des cartes électroniques de puissance (1800). [Revendication 9] Moteur intelligent (10) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la machine synchrone (12’) comprend une pluralité de stators (1221, 1222) et un rotor (121) commun à la pluralité de stators (1221, 1222), chaque stator étant indépendant magnétiquement et électriquement les uns des autres. [Revendication 10] Moteur intelligent (10) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la machine synchrone (12”) comprend au moins quatre stators (1221 à 1224) et un premier et un second rotors (1211, 1212), le premier rotor (1211) étant commun aux stators (1221, 1222) d’un premier ensemble d’au moins deux stators, le second rotor (1212) étant commun aux stators (1223, 1224) d’un second ensemble d’au moins deux stators, les stators du premier ensemble étant distincts des stators du second ensemble, et chaque stator étant indépendant magnétiquement et électriquement les uns des autres.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022122216A1 (fr) * 2020-12-11 2022-06-16 Valeo Systemes Thermiques Moteur electrique sans balais a connexions electriques optimisees
FR3122045A1 (fr) * 2021-04-18 2022-10-21 Safran Electrical & Power Module électrique configuré pour être relié à un arbre de puissance d’une turbomachine pour aéronef et procédé d’assemblage d’un tel module
FR3140222A1 (fr) 2022-09-27 2024-03-29 Safran Electrical & Power Moteur électrique intelligent modulaire

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11794913B2 (en) * 2020-10-20 2023-10-24 The Boeing Company Integrated electric propulsion unit
FR3121803B1 (fr) * 2021-04-09 2024-07-26 Safran Helicopter Engines Dispositif de contrôle d’au moins un moteur électrique pour propulseur d’aéronef
US20230348082A1 (en) * 2022-04-30 2023-11-02 Beta Air, Llc Hybrid propulsion systems for an electric aircraft
US11634232B1 (en) * 2022-04-30 2023-04-25 Beta Air, Llc Hybrid propulsion systems for an electric aircraft
US11639230B1 (en) * 2022-04-30 2023-05-02 Beta Air, Llc System for an integral hybrid electric aircraft
CA3223465A1 (fr) * 2022-12-22 2024-06-22 Tenax International S.P.A. Balayeuse de chaussee

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1761130A (zh) * 2004-10-11 2006-04-19 中国科学院电工研究所 一种永磁同步电动机
US20110316461A1 (en) * 2010-06-29 2011-12-29 Ac Propulsion, Inc. Open Delta Motor Drive With Integrated Recharge
US20160036308A1 (en) * 2014-08-01 2016-02-04 Falcon Power, LLC Variable torque motor/generator/transmission
US20170353083A1 (en) * 2016-06-01 2017-12-07 Abb Technology Ag Brushless electrical machine
EP3367556A1 (fr) * 2017-02-24 2018-08-29 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Dispositif et procédure permettant de tester un module de puissance comprenant un convertisseur de puissance multicanal et une machine électrique multiphase et un multicanal synchrone

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5350034B2 (ja) * 2009-03-25 2013-11-27 日本ムーグ株式会社 電動機システム
EP3107195A1 (fr) * 2015-06-16 2016-12-21 InDriveTec AG Système d'entraînement de moteur linéaire
DE102016119892B4 (de) * 2015-10-21 2022-04-28 Denso Corporation Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine
JP6439726B2 (ja) * 2016-03-17 2018-12-19 トヨタ自動車株式会社 車両
CN106533108B (zh) * 2016-12-29 2024-04-26 苏州昱泽智能科技有限公司 一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体
US9906183B1 (en) * 2017-01-30 2018-02-27 Otis Elevator Company Parallel interleaved 2-level or 3-level regenerative drives
JP7006541B2 (ja) * 2017-12-28 2022-01-24 株式会社デンソー 回転電機
DE102019102777A1 (de) * 2018-10-26 2020-04-30 Infineon Technologies Ag Pulsweitenmodulations-Mustergenerator und entsprechende Systeme, Verfahren und Computerprogramme

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1761130A (zh) * 2004-10-11 2006-04-19 中国科学院电工研究所 一种永磁同步电动机
US20110316461A1 (en) * 2010-06-29 2011-12-29 Ac Propulsion, Inc. Open Delta Motor Drive With Integrated Recharge
US20160036308A1 (en) * 2014-08-01 2016-02-04 Falcon Power, LLC Variable torque motor/generator/transmission
US20170353083A1 (en) * 2016-06-01 2017-12-07 Abb Technology Ag Brushless electrical machine
EP3367556A1 (fr) * 2017-02-24 2018-08-29 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Dispositif et procédure permettant de tester un module de puissance comprenant un convertisseur de puissance multicanal et une machine électrique multiphase et un multicanal synchrone

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022122216A1 (fr) * 2020-12-11 2022-06-16 Valeo Systemes Thermiques Moteur electrique sans balais a connexions electriques optimisees
FR3117699A1 (fr) * 2020-12-11 2022-06-17 Valeo Systemes Thermiques Moteur électrique sans balais à connexions électriques optimisées
FR3122045A1 (fr) * 2021-04-18 2022-10-21 Safran Electrical & Power Module électrique configuré pour être relié à un arbre de puissance d’une turbomachine pour aéronef et procédé d’assemblage d’un tel module
WO2022223337A1 (fr) 2021-04-18 2022-10-27 Safran Electrical & Power Module électrique configuré pour être relié à un arbre de puissance d'une turbomachine pour aéronef et procédé d'assemblage d'un tel module
FR3140222A1 (fr) 2022-09-27 2024-03-29 Safran Electrical & Power Moteur électrique intelligent modulaire
WO2024069094A1 (fr) 2022-09-27 2024-04-04 Safran Electrical & Power Moteur electrique intelligent modulaire

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