FR3104802A1 - Dispositif électrotechnique pour un aéronef comprenant des composants bobinés basse fréquence - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un dispositif (10) électrotechnique pour un aéronef comprenant : un boîtier (12) annulaire présentant une surface radialement interne (S12), un circuit magnétique formé par un empilement de tôles laminées et composé d’une culasse (16) annulaire, ladite culasse étant agencée sur la surface radialement interne dudit boîtier, ladite culasse présentant une surface radialement interne (S16), au moins un composant bobiné (18) basse fréquence, ledit composant bobiné étant intégré sur au moins une partie de la surface radialement interne de ladite culasse. Figure pour l'abrégé : Figure 2

Description

DISPOSITIF ÉLECTROTECHNIQUE POUR UN AÉRONEF COMPRENANT DES COMPOSANTS BOBINÉS BASSE FRÉQUENCE

L’invention concerne un dispositif électrotechnique pour un aéronef comportant des composants bobinés basse fréquence, tels que des inductances ou des transformateurs de puissance.

De façon connue, des équipements électrotechniques sont utilisés dans le domaine de l’aéronautique.

Une problématique actuelle de ces équipements concerne leur intégration et l’optimisation de leur masse et de leur volume.

Ces équipements électrotechniques peuvent comporter des composants bobinés, tels que des inductances ou des transformateurs de puissance, qui sont intégrés au sein d’un système comme par exemple de l’électronique de puissance et/ou de contrôle, un actionneur... Il est alors nécessaire d’adapter la forme et de minimiser le volume de ces composants bobinés pour leur intégration dans le système. En outre, l’intégration de ces composants bobinés doit être fiable et doit permettre d’atteindre les performances souhaitées, mais aussi doit respecter les contraintes environnementales sévères, telles que des contraintes thermiques, de compatibilité électromagnétique (CEM), ou de vibrations.

Les solutions conventionnelles pour la réalisation de composants de type inductances sont généralement basées sur des circuits magnétiques à base de matériaux de type ferrite ou composite. Ces composants sont réalisés sous la forme de barres assemblées avec un ou des supports bobinés, ou sous la forme d’un ou plusieurs tores qui sont ensuite bobinés directement sur le ou les circuits magnétiques.

Toutefois, ces composants ne sont pas compacts, et ont donc une masse et un volume importants, et de ce fait, leur intégration dans un système est complexe.

De plus, ce type de matériau a généralement une résistance mécanique faible et une faible conductivité. Il est donc nécessaire de réduire les pertes par effet Joule, ou de mettre en place un système dédié pour assurer la dissipation thermique et le maintien des composants bobinés efficace au regard des contraintes de vibrations rencontrées.

En outre, le procédé de fabrication de ces composants est généralement complexe. Ainsi, les tolérances des propriétés magnétiques de ces composants sont généralement variables, de l’ordre de 20% à 30%, ce qui influe directement sur l’incertitude des paramètres des composants obtenus lors des essais de validation en production et sur les marges à prendre en considération lors de la conception de l’équipement électrotechnique.

Les solutions conventionnelles pour la réalisation de composants de type transformateurs de puissance sont généralement basées sur des circuits magnétiques réalisés soit par des blocs de tôles formés de plusieurs parties qui sont assemblées par collage, soit par empilage alterné de plaques, ou par enroulement de ruban de tôle mince.

Toutefois, il existe généralement des entrefers résiduels, intrinsèques au mode de fabrication (notamment lors du collage de plusieurs parties formant les blocs de tôles), qui sont difficiles à maîtriser lors de la fabrication, et qui influent directement sur les caractéristiques du composant.

D’une manière générale, ces composants sont généralement de forme parallélépipédique et s’intègrent difficilement dans un boîtier ou un carter de forme circulaire. En effet, ces composants nécessitent des pièces spécifiques, tels que des cerclages de circuits coupés, pour assurer leur maintien et/ou pour réaliser leur fixation dans leur environnement.

L’invention a pour objectif de proposer une solution permettant de remédier à au moins certains de ces inconvénients.

En particulier, l’invention propose de réduire la masse et le volume, et donc l’encombrement, de ces composants, afin de faciliter leur intégration dans un boîtier de forme circulaire, mais aussi de mutualiser les composants bobinés d’un système.

À cet effet, l’invention a pour objet un dispositif électrotechnique pour un aéronef comprenant:

• un boîtier annulaire présentant une surface radialement interne,
• un circuit magnétique formé par un empilement de tôles laminées et composé d’une culasse annulaire, ladite culasse étant agencée sur la surface radialement interne dudit boîtier, ladite culasse présentant une surface radialement interne,
• au moins un composant bobiné basse fréquence, ledit composant bobiné étant intégré sur au moins une partie de la surface radialement interne de ladite culasse.

Selon l’invention, les termes «basse fréquence» correspondent à une fréquence inférieure ou égale à 500kHz suivant les matériaux utilisés.

Le dispositif selon l’invention permet d’assurer une intégration mécanique simple des composants bobinés, ce qui permet de limiter les pièces de fixation et de maintien des composants et du dispositif. En outre, le dispositif selon l’invention permet de mutualiser une pluralité de composants bobinés sur une même structure, ici la culasse.

La modularité du dispositif selon l’invention permet audit dispositif de s’adapter aux contraintes d’intégration et environnementales (contraintes de CEM, thermiques ou vibratoires).

De plus, le procédé de fabrication du circuit magnétique du dispositif selon l’invention est simple, les étapes de découpe (laser, eau, fil..) et d’assemblage des tôles laminées étant maîtrisées. Ceci permet d’assurer une variation des paramètres électriques des composants dans une plage réduite, de l’ordre de 5%.

Les composants bobinés sont confinés dans la culasse annulaire, et donc dans le boîtier annulaire, avec son environnement (par exemple une partie électronique de puissance et/ou de commande, un actionneur, une génératrice...) disposée de manière compacte, de manière à minimiser le volume du dispositif et la longueur des connexions électriques entre les composants bobinés connectés en série ou en parallèle.

La culasse sert de structure aux composants bobinés, et permet la fixation de ceux-ci au boîtier.

La culasse a avantageusement une fonction de dissipation thermique par conduction vers l’extérieur, c’est-à-dire dans une direction radialement externe. Le contact entre la culasse et le boîtier permet de faciliter la dissipation thermique des pertes fer et par effet Joule du dispositif.

Selon l’invention, le circuit magnétique et la culasse sont formés en une pièce. Ceci permet de réduire les coûts de fabrication, la masse du dispositif et d’assurer une dissipation thermique optimum des pertes vers l’extérieur.

Selon un mode de réalisation, la culasse est collée au boîtier.

Selon un autre mode de réalisation, la culasse est emmanchée à chaud sur le boîtier.

Le circuit magnétique peut être formé par un empilement de tôles laminées à base de Fer-Silicium, de Fer-Nickel, ou de Fer-Cobalt.

Le ou chaque composant bobiné peut être un transformateur de puissance et/ou une inductance. Le dispositif peut comprendre une pluralité de composants bobinés, les composants bobinés étant uniquement des transformateurs de puissance, ou uniquement des inductances, ou encore à la fois des transformateurs de puissance et des inductances.

Selon un mode de réalisation, un composant bobiné peut être réalisé par du fil rond émaillé en cuivre, en aluminium ou en alliage composite, éventuellement torsadé.

Selon un autre mode de réalisation, un composant bobiné peut être réalisé par un méplat de cuivre ou aluminium, ou par un feuillard de cuivre ou d’aluminium isolé.

Afin de garantir une homogénéisation thermique, le circuit magnétique et/ou le bobinage du composant bobiné peuvent être imprégnés et/ou encapsulés.

La culasse peut comporter au moins une excroissance s’étendant radialement depuis la surface radialement interne de ladite culasse, ladite excroissance comporte au moins une première dent, au moins une bobine étant intégrée sur ladite excroissance autour de ladite première dent. Selon l’invention, un composant bobiné est formé par une ou une pluralité de bobines intégrées à leur circuit magnétique.

L’excroissance peut comporter une pluralité de première dents, au moins une bobine étant intégrée autour de chaque première dent.

L’excroissance peut comporter deux secondes dents entourant la première dent, au moins une bobine étant intégrée sur l’excroissance entre lesdites secondes dents.

L’excroissance peut comporter une pluralité de secondes dents, deux secondes dents entourant une première dent, au moins une bobine étant intégrée entre des secondes dents, autour de chaque première dent.

Le circuit magnétique peut comporter au moins un entrefer. Un entrefer permet avantageusement de maîtriser le flux magnétique dans les composants bobinés. En effet, un entrefer permet d’éviter de dépendre des variations des propriétés électriques du matériau constituant le circuit magnétique. De plus, suivant son positionnement, le ou les entrefers peuvent permettre de simplifier la partie bobinage, dans le cas, par exemple, d’un objectif de réduction des coûts de fabrication.

Le circuit magnétique peut comporter au moins un entrefer radial, c’est-à-dire s’étendant dans la direction radialement interne.

En variante, le circuit magnétique peut comporter au moins un entrefer circonférentiel, c’est-à-dire s’étendant circonférentiellement à l’axe de la culasse.

Les composants bobinés peuvent être des composants monophasés permettant d’assurer des fonctions d’électronique de puissance, telles que du filtrage, du lissage, de la parallélisation ou du transfert d’énergie.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend deux composants bobinés basse fréquence, lesdits composants bobinés étant des bobines connectées en série, et chaque bobine étant enroulée autour d’une première dent.

Les bobines peuvent avoir une direction de flux identique. En variante, les bobines peuvent être en opposition de flux.

L’excroissance peut être pourvue d’un entrefer, afin de minimiser le ratio volume/masse du circuit magnétique et réduire la sensibilité aux variations des propriétés magnétiques du matériau du circuit magnétique.

Lorsque les composants bobinés comportent des bobines, ces bobines peuvent être couplées ou non couplées, et/ou entrelacées. Les bobines peuvent être connectées en série ou en parallèle.

Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend une pluralité de composants bobinés basse fréquence, lesdits composants bobinés étant des bobines couplées multi-phases, chaque bobine étant enroulée autour d’une première dent, et lesdites bobines étant intégrées sur toute la surface radialement interne de la culasse.

Selon un autre mode de réalisation, le composant bobiné est un transformateur ou un autotransformateur de puissance multi-phases formé par une pluralité de bobines, chaque bobine étant enroulée autour d’une première dent. Suivant le mode de fabrication adopté, un bobinage de type distribué peut être également mis en œuvre.

L’excroissance peut être pourvue d’un entrefer radial, afin d’augmenter les fuites magnétiques et les inductances propres.

L’excroissance peut être pourvue d’entrefers circonférentiel, afin de limiter le flux magnétique et d’augmenter les inductances magnétisantes ou de gérer des valeurs d’inductances de fuite si nécessaire.

Le nombre de bobine par phase dépend des contraintes d’intégration, et peut varier de sorte à réduire l’épaisseur du dispositif et à améliorer le refroidissement de ce dernier.

Le ou chaque composant bobiné peut être isolé de son circuit magnétique par un matériau isolant électriquement, par exemple un matériau du type Kapton® ou de la résine époxy.

Le boîtier et/ou la culasse peuvent être munis de moyens de refroidissement.

Les moyens de refroidissement peuvent comprendre au moins l’un des moyens suivants:

• des ailettes s’étendant radialement ou axialement depuis une surface radialement externe du boîtier et/ou de la culasse, et/ou
• des canaux de circulation de fluide, dans lesquels circule un fluide sous pression, et/ou
• des moyens de pulvérisation d’un fluide, et/ou
• des caloducs (i.e. des éléments de conducteurs de chaleur).

Les ailettes radiales ou axiales permettent d’augmenter les coefficients d’échange, dans le cas d’un refroidissement par air forcé ou par un fluide, ou dans le cas de la convection naturelle et du barbotage dans un fluide tel que de l’huile. Les ailettes peuvent être traitées par un traitement spécifique pour augmenter le rayonnement, et donc le coefficient d’échange (radiation).

Le fluide sous pression circulant dans les canaux de circulation de fluide peut être de l’huile ou de l’eau glycolée.

Les moyens de pulvérisation d’un fluide peuvent être configurés pour pulvériser de l’huile ou de l’eau sous pression.

Les moyens de refroidissement peuvent également comprendre des orifices dans la culasse et des moyens de ventilation agencés de sorte à faire circuler de l’air à travers lesdits orifices de la culasse.

Ainsi, le dispositif peut être refroidit par convection naturelle (pour de faibles densité de courant), ou par convection forcée avec de l’air circulant à l’intérieur et/ou à l’extérieur du dispositif, ou encore par convection forcée avec un fluide circulant dans le boîtier et/ou dans la culasse.

La culasse peut comporter des nervures de fixation de ladite culasse audit boîtier, lesdites nervures s’étendent longitudinalement le long de ladite culasse. Ceci permet de faciliter l’intégration du dispositif, et d’optimiser le refroidissement du dispositif.

L’invention concerne également un aéronef comportant au moins un dispositif électrotechnique selon l’invention.

La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels:

la figure 1 est une vue très schématique du dispositif selon l’invention, comprenant un composant bobiné, par exemple du type transformateur de puissance,

la figure 2 est une vue très schématique du dispositif selon l’invention, comprenant des composants bobinés, par exemple du type bobines,

la figure 3 est une vue schématique en perspective de la culasse et des composants bobinés du type bobines du dispositif selon un mode de réalisation de l’invention, et dans l’encadré A, une vue agrandie en coupe, d’une partie dudit dispositif,

la figure 4 est une vue schématique en perspective de la culasse et des composants bobinés du type bobines du dispositif selon un autre mode de réalisation de l’invention,

la figure 5 est une vue schématique d’une configuration comportant le dispositif selon l’invention,

les figures 6A et 6B sont des vues en coupe de composants bobinés intégrés dans une culasse selon un mode de réalisation l’invention, respectivement sans et avec un entrefer radial externe,

les figures 7A à 7D sont des vues en coupe de composants bobinés intégrés dans une culasse selon un mode de réalisation de l’invention, respectivement sans entrefer, avec un entrefer circonférentiel interne, avec des entrefers circonférentiels externes et avec des entrefers radiaux externes,

les figures 8A à 8E sont des vues en coupe de composants bobinés intégrés dans une culasse selon un mode de réalisation de l’invention, respectivement sans entrefer, avec un entrefer radial externe, avec un entrefer circonférentiel interne, avec des entrefers radiaux externes et avec des entrefers circonférentiels externes,

la figure 9 est une vue en coupe de composants bobinés intégrés dans une culasse selon un mode de réalisation de l’invention,

les figures 10A à 10C sont des vues en coupe de composants bobinés intégrés dans une culasse selon un mode de réalisation de l’invention, respectivement sans entrefer, avec des entrefers radiaux externes et avec des entrefers circonférentiels externes,

les figures 11A à 11C sont des vues en coupe de composants bobinés intégrés dans une culasse selon un mode de réalisation de l’invention, respectivement sans entrefer, avec des entrefers radiaux externes et avec des entrefers circonférentiels externes, et

la figure 12 est une vue en coupe de composants bobinés intégrés dans une culasse selon un mode de réalisation de l’invention.

Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures.

Les figures 1 à 4 représentent des dispositifs électrotechniques pour aéronef selon l’invention.

Un dispositif 10 comporte un boîtier 12 annulaire s’étendant autour d’un axe noté X sur les figures 1 à 4, présentant une surface S12 radialement interne et comprenant des moyens de refroidissement. Le boîtier 12 peut être un carter. Sur les figures 1 et 2, les moyens de refroidissement ont la forme d’ailettes 14 qui s’étendent radialement depuis une surface S14 radialement externe du boîtier 12.

Le dispositif comporte également un circuit magnétique formé par un empilement de tôles laminées. Les tôles laminées formant le circuit magnétique peuvent être des tôles magnétiques isolées, par un vernis ou par un traitement spécifique selon le matériau utilisé, de manière à réaliser le circuit magnétique feuilleté d’une seule pièce. Le circuit magnétique est donc découpé dans des tôles laminées en une seule partie. Il n’y a donc pas d’assemblage de plusieurs parties pour former le circuit magnétique. Ceci permet d’éviter des problèmes d’assemblage et de garantir les paramètres électriques du composant. Le circuit magnétique peut être formé par un empilement de tôles laminées à base de Fer-Silicium, de Fer-Nickel, ou de Fer-Cobalt. L’épaisseur des tôles laminées est choisie suivant les pertes par courant de Foucault envisagées contribuant au rendement du composant. À noter que la modification de l’épaisseur du circuit magnétique est un facteur qui permet d’adapter les caractéristiques du composant (inductances, tensions..) sans changer sa définition (tôles, section conducteurs…).

Le circuit magnétique est composé d’une culasse 16 annulaire s’étendant autour de l’axe X et qui présente une surface S16 radialement interne. Le circuit magnétique et la culasse sont donc formés en une pièce. La culasse 16 est agencée sur la surface S12 du boîtier 12.

La culasse 16 peut être collée, au moyen d’une pâte thermique ou d’une colle, au boîtier 12, et plus précisément sur la surface S12 du boîtier 12. En variante et de préférence, la culasse 16 est fixée par dilatation thermique, c’est-à-dire emmanchée à chaud sur le boîtier 12. Le boîtier 12 est chauffé, tandis que la culasse 16 est refroidie. Ensuite, la culasse 16 est insérée dans le boîtier 12 et vient se serrer contre la surface S12 du boîtier 12 par dilatation thermique. Ceci permet avantageusement un bon contact thermique entre la culasse et le boîtier, et donc un bon échange thermique entre la culasse et le boîtier, et de ce fait un meilleur refroidissement du dispositif. Ceci permet également d’éviter l’utilisation de pièces supplémentaires pour la fixation de la culasse au boîtier.

La culasse 16 a une fonction de dissipation thermique par conduction vers le boîtier 12. Le contact entre la culasse 16 et le boîtier 12 permet de faciliter la dissipation thermique des pertes du dispositif 10.

Bien que non représenté, les moyens de refroidissement peuvent comprendre des orifices réalisés dans la culasse 16 et des moyens de ventilation agencés de sorte à faire circuler un flux d’air ou un fluide à travers ces orifices.

Ainsi, le dispositif peut être refroidit par convection naturelle, ou par convection forcée avec de l’air circulant à l’intérieur et/ou à l’extérieur du dispositif 10, ou encore par convection forcée avec un fluide circulant dans le boîtier 12 ou dans la culasse 16.

Le dispositif 10 comporte également un ou des composants bobinés 18 basse fréquence. Les composants bobinés 18 peuvent être du type transformateur de puissance, comme représenté sur la figure 1, et/ou du type inductance, comme représenté sur les figures 2 à 4. Le dispositif 10 peut comporter uniquement des transformateurs de puissance, ou uniquement des inductances, ou encore à la fois des transformateurs de puissance et des inductances. Sur la figure 1, le composant bobiné 18 est intégré sur toute la surface S16 de la culasse 16, tandis que sur la figure 2, les six composants bobinés 18 sont intégrés sur une partie seulement de la surface S16 de la culasse 16. Bien entendu, le dispositif 10 peut comporter un nombre différent de composants bobinés 18, qui peuvent être agencés différemment sur la surface S16 de la culasse 16.

En particulier, la culasse 16 sert de structure aux composants bobinés, et permet la fixation de ceux-ci au boîtier 12. Les composants bobinés 18 sont ainsi confinés dans la partie radialement interne de la culasse 16, et donc dans le boîtier 12. La culasse permet avantageusement de pouvoir adapter le nombre de composants bobinés en fonction du besoin du dispositif et de l’intégration du dispositif à son environnement.

Le bobinage d’un composant bobiné 18 peut être réalisé par du fil rond émaillé en cuivre, en aluminium ou en alliage composite, éventuellement torsadé, ou bien par un méplat de cuivre ou d’aluminium, ou encore par un feuillard de cuivre ou d’aluminium isolé. Ce bobinage, ainsi que le circuit magnétique, peuvent être imprégnés et/ou encapsulés.

Le circuit magnétique permet de canaliser le flux magnétique des composants bobinés18.

La culasse 16 peut comporter des excroissances 20 s’étendant radialement depuis la surface S16. Une excroissance 20 peut comporter au moins une dent centrale 21a entourée de deux dents extérieures 21b. En alternative, une excroissance 20 peut comporter uniquement une ou une pluralité de dents centrales 21a, ou uniquement deux dents extérieures 21b. Comme représenté dans l’encadré A de la figure 3, une bobine18 est intégrée sur une excroissance 20. Une ou des bobines intégrées à son circuit magnétique forment un composant bobiné. Cette bobine est enroulée autour de la dent centrale 21a, et est entourée des deux dents extérieures 21b. La dent centrale 21a peut être reliée circonférentiellement à son extrémité radiale aux dents extérieures 21b par une portion de liaison 23.

Comme représenté dans l’encadré A de la figure 3, une bobine 18 peut être isolée de la culasse 16, et donc de son circuit magnétique, par un matériau isolant électriquement 22, par exemple un matériau du type Kapton® ou de la résine époxy.

Comme représenté dans l’encadré A de la figure 3, l’excroissance 20 peut être pourvue d’entrefers 24 radiaux. Ces entrefers 24 s’étendent dans la direction radialement interne, c’est-à-dire depuis l’excroissance 20 et en direction de l’axe X. Ces entrefers 24 radiaux sont agencés sur la portion de liaison 23 reliant la dent centrale 21a et les dents extérieures21b.

La culasse 16 peut comporter des nervures 26 de fixation au boîtier 12, comme représenté sur la figure 4. Ces nervures 26, ou décrochements radiaux, de la culasse 16 s’étendent longitudinalement, c’est-à-dire selon l’axe X, le long de la culasse 16. Ces nervures 26 permettent de faciliter l’intégration et d’améliorer le refroidissement du dispositif 10. En effet, grâce à ce positionnement des nervures 26, la fixation de la culasse 16 au boîtier 12 ne perturbe pas le flux d’air de refroidissement.

La figure 5 représente un exemple de configuration qui comporte un dispositif selon l’invention. Le dispositif comporte six bobines Lc11, Lc12, Lc13, Lc21, Lc22 et Lc23 non couplées qui sont configurées pour paralléliser deux onduleurs 30, 32 pour commander un actionneur électrique 34. Les bobines Lc11-Lc23 sont connectées à l’actionneur 34 via un connecteur 48 et des câbles de puissance 50a, 50b, 50c. Les bobines Lc11-Lc23 sont des bobines interphases. Ces bobines sont configurées pour limiter le courant de défaut entre chaque même phase des onduleurs 30, 32 et pour limiter les surtensions aux bornes de l’actionneur électrique 34. Les bobines Lc11-Lc23de l’encadré B de la figure 5 correspondent aux bobines 18 de la figure 3. Les onduleurs 30, 32 peuvent être des convertisseurs de puissance continu-alternatif (DC-AC, acronyme de l’expression anglais «Direct Current – Alternative Current»). Les onduleurs 30, 32 forment une partie électronique de puissance 46, qui est connectée à une carte électronique de contrôle 36, qui forme une partie électronique de commande. La carte électronique de contrôle 36 est connectée, via un connecteur 38, à un bus de communication 40. Les onduleurs 30, 32 sont connectés, via un connecteur 42, à un bus à courant continu 44. L’ensemble des bobines Lc11-Lc23, de l’électronique de puissance 46 et de l’électronique de commande 36 forment l’équipement 52 qui est agencé dans la culasse 16, et donc dans le boîtier 12.

Comme représenté sur les figures 6A et 6B, le dispositif peut comprendre deux bobines 54a, 54b connectées en série et ayant une direction de flux identique. Ces bobines sont des composants monophasés qui permettant d’assurer des fonctions de filtrage, lissage ou de parallélisation. Les bobines 54a, 54b sont intégrées sur une excroissance 20 de la culasse 16. Sur ces figures, l’excroissance 20 comporte uniquement deux dents extérieures 21b, qui sont reliées entre elles par une portion de liaison 23 à leur extrémité radiale. Chaque bobine 54a, 54b est enroulée autour d’une dent extérieure 21b. Ces bobines 54a, 54b ne sont pas entièrement entourées par l’excroissance 20. Ces bobines peuvent être réalisées sur une ou plusieurs excroissances 20 de la culasse 16 afin de minimiser leur hauteur.

Afin de minimiser le ratio volume/masse du circuit magnétique et de réduire la dépendance aux variations de propriétés magnétiques du matériau utilisé pour la réalisation du circuit magnétique, un entrefer 24 radial peut être ajouté, comme présenté sur la figure 7B. Ainsi, l’excroissance 20 est munie d’un entrefer 24 qui s’étend dans une direction radialement interne. L’entrefer 24 radial est agencé sur la portion de liaison 23 des dents extérieures 21b de l’excroissance 20.

Comme représenté sur les figures 7A à 7D, le dispositif peut comprendre une bobine 56 non couplée. Cette bobine 56 est intégrée dans une excroissance 20 de la culasse, et plus précisément enroulée autour de la dent centrale 21a de l’excroissance 20. Cette bobine 56 est entourée des deux dents extérieures 21b de l’excroissance 20. Ces dents extérieures forment des branches de retour sur la bobine 56. Ceci permet de réduire les problèmes de CEM, et en particulier les émissions rayonnées qui sont induites par les flux de fuites des bobines, et qui peuvent venir perturber les cartes électroniques, capteurs et autres composants bobinés situés à proximité. Ces dents extérieures permettent de canaliser une partie de ce flux magnétique.

Le circuit magnétique de la figure 7A ne comporte pas d’entrefer, tandis que les circuits magnétiques des figures 7B à 7D comportent un ou des entrefers 24.

Comme représenté sur la figure 7B, l’entrefer 24 circonférentiel peut être positionné sur la dent centrale 21a. Ceci permet de réduire les perturbations entre les composants bobinés.

Comme représenté sur la figure 7C, les entrefers 24 circonférentiels peuvent être positionnés sur les dents extérieures 21b. Comme représenté sur la figure 7D, les entrefers 24 radiaux peuvent être positionnés sur les dents extérieures 21b, et plus précisément sur la portion de liaison 23 entre les dents extérieures 21b. La position des entrefers sur les dents extérieures permet avantageusement de faciliter l’opération de bobinage.

Comme représenté sur les figures 8A à 8E, le dispositif peut comprendre deux bobines 58a, 58b bobinées afin d’être en opposition de flux. Les bobines 58a, 58b sont entrelacées ou couplées. En particulier, les composants sont des inductances interphases couplées ou de mode commun. Les bobines 58a, 58b sont intégrées dans une excroissance 20 de la culasse 16.

Sur les figures 8A et 8B, l’excroissance 20 comporte uniquement deux dents extérieures 21b, qui sont reliées entre elles par une portion de liaison 23 à leur extrémité radiale. Chaque bobine 58a, 58b est enroulée autour d’une dent extérieure 21b. Ces bobines 58a, 58b ne sont pas entièrement entourées par l’excroissance20. Comme représenté sur la figure 8B, un entrefer 24 radial peut être positionné sur la portion de liaison 23 entre les dents extérieures 21b.

Cependant, avec cette disposition topologie, le flux magnétique résultant se referme dans l’air, ce qui peut provoquer des courants induits dans les éléments métalliques environnant et venir perturber des cartes électroniques ou des composants bobinés à proximité.

Sur la figure 8C, l’excroissance 20 comporte deux dents extérieures 21b, qui sont reliées entre elles par une portion de liaison 23 à leur extrémité radiale. Comme précédemment, chaque bobine 58a, 58b est enroulée autour d’une dent extérieure 21b. Ces bobines 58a, 58b ne sont donc pas entièrement entourées par l’excroissance 20. Une dent supplémentaire, ici une dent centrale 21a, est ajoutée par rapport aux figures 8A et 8B afin de canaliser ce flux résultant et maîtriser l’inductance de fuite du composant. Les bobines 58a, 58b sont séparées par la dent centrale 21a.

Sur les figures 8D et 8E, l’excroissance 20 comporte deux dents centrales 21a, qui sont reliées entre elles par une portion de liaison 23 à leur extrémité radiale. Chaque bobine 58a, 58b est enroulée autour d’une dent centrale 21a. Des dents supplémentaires, ici deux dents extérieures 21b, sont ajoutées par rapport aux figures 8A et 8B afin de canaliser ce flux résultant et maîtriser l’inductance de fuite du composant. Chaque bobine 58a, 58b est entourée par une dent extérieure 21b et par l’autre bobine 58b, 58a. Ainsi, ces bobines 58a, 58b sont entièrement entourées.

Comme représenté sur la figure 8C, un entrefer 24 circonférentiel peut être positionné sur la dent centrale 21a. Ceci permet de canaliser le flux magnétique dans la dent centrale 21a, qui a une réluctance équivalente élevée par rapport à la réluctance principale, de sorte que l’inductance mutuelle est la plus élevée possible (gestion du mode différentiel).

Comme représenté sur la figure 8D, les entrefers 24 radiaux peuvent être positionnés sur les dents extérieures 21b, et plus précisément sur la portion de liaison 23 entre les dents extérieures 21b. Comme représenté sur la figure 8E, les entrefers 24 circonférentiels peuvent être positionnés sur les dents extérieures 21b. Ceci permet avantageusement d’avoir une version cuirassée, en canalisant le flux magnétique résultant dans les dents extérieures 21b.

Afin de réaliser un filtrage en mode commun et différentiel dans un système multi-phase, les composants bobinés peuvent être des bobines multi-phases couplées. La figure 9 présente un exemple de réalisation d’un dispositif comprenant des bobines couplées triphasées réalisées par bobinage concentrique. Sur cette figure, un ensemble de bobines 60 est intégré sur toute la surface S16 de la culasse 16. Ces bobines 60 peuvent être connectées en parallèle ou en série. Les bobines 60 sont agencées autour de dents 21 de l’excroissance 20 de la culasse 16.

Un transformateur, ou un autotransformateur, de puissance multi-phases à flux libre peut être formé par une pluralité de bobines. Les bobines peuvent être connectées en série ou en parallèle respectivement suivant la fonctionnalité du composant (connexion en étoile, en triangle, en zigzag..). Le nombre de bobines dépend de la fonction souhaitée. Les figures 10A à 10C représentent un exemple de réalisation d’un dispositif comprenant un transformateur de puissance multi-phases formé par des bobines 62a, 62b, 63a, 63b, 64a, 64b triphasées de type cuirassée, les bobines étant intégrées localement sur une partie seulement de la surface S16 de la culasse 16. Les bobines 62a, 63a, 64a sont des bobines primaires et les bobines 62b, 63b, 64b sont des bobines secondaires. Les bobines 62a-64b peuvent avoir une isolation galvanique (i.e. il n’y a pas de connexion entre les bobines de chaque phase).

Sur les figures 10A à 10B, l’excroissance 20 comporte trois dents centrales 21a-1, 21a-2, 21a-3 et deux dents extérieures 21b, qui sont reliées entre elles par une portion de liaison 23 à leur extrémité radiale. Les bobines 62a-62b sont enroulées autour d’une première dent 21a-1, tandis que les bobines 63a-63b sont enroulées autour d’une deuxième dent 21a-2 et les bobines 64a-64b autour d’une troisième dent 21a-3. Plus précisément, les bobines 62a-62b sont concentriques, la bobine 62b étant enroulée autour de la bobine 62a. De même, les bobines 63a-63b sont concentriques, la bobine 63b étant enroulée autour de la bobine 63a. De même, les bobines 64a-64b sont concentriques, la bobine 64b étant enroulée autour de la bobine 64a. La bobine 62b est entourée par une dent extérieure 21b-1 et par la deuxième dent centrale 21a-2. La bobine 64b est entourée par une dent extérieure 21b-2 et par la deuxième dent centrale 21a-2. Ainsi, les bobines 62a-64b sont entièrement entourées. Sur ces figures, il y a ainsi deux bobines intégrées autour de chaque dent 21a-1, 21a-2 et 21a-3, une pour la partie primaire, et une pour la partie secondaire.

Le circuit magnétique de la figure 10A ne comporte pas d’entrefer, tandis que les circuits magnétiques des figures 10B et 10C comportent des entrefers 24.

Comme représenté sur la figure 10B, les entrefers 24 radiaux peuvent être positionnés sur les dents extérieures 21b, et plus précisément sur la portion de liaison 23 entre les dents extérieures 21b. Ceci permet avantageusement d’augmenter les fuites magnétiques et les inductances propres.

Comme représenté sur la figure 10C, les entrefers 24 circonférentiels peuvent être positionnés sur les dents centrales 21a-1, 21a-2, 21a-3. Ceci permet avantageusement de limiter le flux magnétique. Lorsque les entrefers sont positionnés sur les dents extérieures, ceci permet d’augmenter les inductances magnétisantes.

Les entrefers permettent d’ajuster au mieux les paramètres du transformateur de puissance, et de réduire l’impact du matériau composant le circuit magnétique.

Selon les contraintes d’intégration, le nombre de dents ou de bobines par phase peut être augmenté. De même, le motif développé sur l’ensemble de la culasse peut être modifié, en connectant chaque bobine de même phase en série ou en parallèle pour réduire l’épaisseur du dispositif et améliorer le refroidissement.

Par exemple, les figures 11A à 11C représentent respectivement les figures 10A à 10C, avec une répétition du transformateur sur toute la surface S16 de la culasse 16. Les bobines primaires 62a, 63a, 64a et les bobines secondaires 62b, 63b, 64b sont intégrées sur toute la circonférence de la surface S16 de la culasse 16. Cette configuration permet avantageusement de maximiser l’espace central de la culasse 16.

Un transformateur, ou un autotransformateur multi-phases à flux forcé peut être implémenté localement sur une partie seulement de la surface S16 de la culasse 16, comme présenté en figure 12. Le transformateur comporte six composants bobinés 66a, 66b, 68a, 68b, 70a et 70b.

Sur la figure 12, l’excroissance 20 comporte une dent centrale 21a et deux dents extérieures 21b. Les bobines 66a-66b sont enroulées autour d’une première dent extérieure 21b, tandis que les bobines 68a-68b sont enroulées autour de la dent centrale 21a, et que les bobines 70a-70b sont enroulées autour d’une seconde dent extérieure 21b. Plus précisément, les bobines 66a-66b sont concentriques, la bobine 66b étant enroulée autour de la bobine 66a. De même, les bobines 68a-68b sont concentriques, la bobine 68b étant enroulée autour de la bobine 68a; et les bobines 70a-70b sont concentriques, la bobine 70b étant enroulée autour de la bobine 70a. Les bobines 66b et 70b ne sont pas entièrement entourées.

Le circuit magnétique de la figure 12 ne comporte pas d’entrefer. Bien entendu, ce circuit magnétique peut comporter un entrefer sur l’excroissance 20, comme décrit précédemment pour les figures 10B, 10C, 11B et 11C.

De même que précédemment, pour des contraintes d’intégration, le nombre de dents ou de bobines par phase peut être augmenté ou le motif développé sur l’ensemble de la culasse peut être modifié en connectant chaque bobine de même phase en série ou en parallèle de sorte à réduire l’épaisseur du dispositif.

Claims (11)

1. Dispositif (10) électrotechnique pour un aéronef comprenant:

   • un boîtier (12) annulaire présentant une surface radialement interne (S12),
   • un circuit magnétique formé par un empilement de tôles laminées et composé d’une culasse (16) annulaire, ladite culasse étant agencée sur la surface radialement interne dudit boîtier, ladite culasse présentant une surface radialement interne (S16),
   • au moins un composant bobiné (18) basse fréquence, ledit composant bobiné étant intégré sur au moins une partie de la surface radialement interne de ladite culasse.
2. Dispositif (10) électrotechnique selon la revendication 1, dans lequel la culasse (16) comporte au moins une excroissance (20) s’étendant radialement depuis la surface radialement interne (S16) de ladite culasse, ladite excroissance comporte au moins une première dent (21a), au moins une bobine (18) étant intégrée sur ladite excroissance autour de ladite première dent.
3. Dispositif (10) électrotechnique selon la revendication 2, dans lequel ladite excroissance (20) comporte deux secondes dents (21b) entourant ladite première dent (21a), la au moins une bobine (18) étant intégrée sur l’excroissance entre lesdites secondes dents.
4. Dispositif (10) électrotechnique selon l’une des revendications 2 ou 3, comprenant au moins deux composants bobinés (18) basse fréquence, ladite excroissance (20) comportant deux premières dents, lesdits composants bobinés étant des bobines (54a, 54b; 58a, 58b) connectées en série, chaque bobine étant enroulée autour d’une première dent.
5. Dispositif (10) électrotechnique selon l’une des revendications 2 ou 3, comprenant une pluralité de composants bobinés (18) basse fréquence, ladite excroissance (20) comportant une pluralité de premières dents, lesdits composants bobinés étant des bobines (60) couplées multi-phases, chaque bobine étant enroulée autour d’une première dent, et lesdites bobines étant intégrées sur toute la surface radialement interne (S16) de la culasse (16).
6. Dispositif (10) électrotechnique selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel le composant bobiné (18) est un transformateur ou un autotransformateur de puissance multi-phases formé par une pluralité de bobines (62a, 62b, 62c, 64a, 64b, 64c), ladite excroissance (20) comportant une pluralité de premières dents (21a), chaque bobine étant enroulée autour d’une première dent.
7. Dispositif (10) électrotechnique selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le circuit magnétique comporte au moins un entrefer (24).
8. Dispositif (10) électrotechnique selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le ou chaque composant bobiné (18) est isolé de son circuit magnétique par un matériau isolant électriquement (22).
9. Dispositif (10) électrotechnique selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le boîtier (12) et/ou la culasse (16) est muni de moyens de refroidissement (14).
10. Dispositif (10) électrotechnique selon la revendication 9, dans lequel les moyens de refroidissement comprennent au moins l’un des moyens suivants:

    • des ailettes (14) s’étendant radialement ou axialement depuis une surface radialement externe du boîtier (12) et/ou de la culasse (16), et/ou
    • des canaux de circulation de fluide, dans lesquels circule un fluide sous pression, et/ou
    • des moyens de pulvérisation d’un fluide, et/ou
    • des caloducs.
11. Aéronef comportant au moins un dispositif (10) électrotechnique selon l’une des revendications 1 à 10.