WO2024041838A1 - Assembly of an electric motor and a device for controlling the electric motor, and method for controlling such an assembly - Google Patents

Assembly of an electric motor and a device for controlling the electric motor, and method for controlling such an assembly Download PDF

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WO2024041838A1
WO2024041838A1 PCT/EP2023/070846 EP2023070846W WO2024041838A1 WO 2024041838 A1 WO2024041838 A1 WO 2024041838A1 EP 2023070846 W EP2023070846 W EP 2023070846W WO 2024041838 A1 WO2024041838 A1 WO 2024041838A1
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WO
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electric motor
heat transfer
transfer fluid
stator
order
Prior art date
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PCT/EP2023/070846
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Samir NEHME
Abdoulahad THIAM
Guillaume Durand
Mathieu MAZARIN
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Safran Electrical & Power
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    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/68—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive based on the temperature of a drive component or a semiconductor component

Definitions

  • the present invention relates to the field of electric propulsion motors used in the aeronautical field.
  • the invention relates more particularly to the cooling of an electric propulsion motor.
  • an electric motor comprises a rotor rotatably mounted relative to a stator.
  • the stator is powered by a power module, in particular, a DC/AC type power converter.
  • a power module in particular, a DC/AC type power converter.
  • Such an electric motor is likely to heat up during its operation and it is necessary to evacuate the calories from said electric motor in order to allow reliable operation while guaranteeing a long lifespan.
  • an electric motor includes a cooling channel in which a heat transfer fluid circulates, in particular oil, in order to draw calories from the electric motor and ensure its cooling.
  • a heat transfer fluid circulates, in particular oil, in order to draw calories from the electric motor and ensure its cooling.
  • the temperature of the heat transfer fluid must remain within a predetermined temperature range, for example, greater than 10°C. Indeed, if the temperature of the heat transfer fluid is too low, its viscosity does not allow optimal cooling.
  • the outdoor temperature can reach -40°C and the temperature of the heat transfer fluid is not within the predetermined temperature range.
  • Such a heating system has numerous disadvantages given that it increases the bulk in the vicinity of the electric motor and penalizes the mass of the aircraft.
  • the presence of a heating system increases the length of the cooling circuit, which requires the use of a heat transfer fluid drive pump whose mass and size are high.
  • the invention thus aims to eliminate at least some of these drawbacks.
  • Document FR3080239A1 relates to a device and a method for estimating and correcting a measurement error of a position sensor of a rotor of a rotating electric machine for an electric vehicle. This document teaches how to preheat a cooling circuit of an electric vehicle.
  • US20070246302A1 teaches a system for preheating the oil of an aircraft oil tank.
  • EP2531328A0 teaches a method for warming robots in cold environments.
  • the control device is remarkable in that it is configured to issue a heating command configured to generate a heating current in the stator of the electric motor in order to heat the heat transfer fluid, the heating current comprising a non-direct component. zero and a quadratic component substantially zero so as to limit the rotation of the rotor during heating.
  • substantially zero we mean a value less than 5% of the nominal quadratic component during a command to control the rotation of the rotor.
  • the electric motor having a predetermined internal friction torque the quadratic component is less than the internal friction torque so as to prohibit any rotation.
  • the electric motor is powered only with a direct current in order to produce thermal losses without producing torque as a function of the quadratic current. These thermal losses are transmitted to the heat transfer fluid, which allows it to be brought to a current temperature for which its viscosity is optimal to cool the electric motor. Thanks to the invention, it is not necessary to provide an added heating device which would increase the mass and the size.
  • the electric motor is controlled in an indirect manner to perform a heater function without providing torque.
  • the stator extends at least partially into the cooling channel. This allows the heat transfer fluid to directly collect the calories generated by the stator and thus increase its temperature. During nominal operation, the heat transfer fluid can also optimally cool the stator.
  • the heat transfer fluid is oil or brine.
  • the invention is particularly advantageous with these fluids whose viscosity depends on temperature.
  • At least one power device is configured to supply at least the stator with the control current from an electrical power source as a function of the control order, the heat transfer fluid being configured to draw calories from the power device.
  • calories are provided, on the one hand, by the electric motor and, on the other hand, by the power device.
  • the assembly comprises at least one temperature sensor configured to measure a current temperature of the heat transfer fluid, the control device being configured to issue a heating order which is a function of the current temperature.
  • the control device being configured to issue a heating order which is a function of the current temperature.
  • the invention also relates to an aircraft comprising an assembly as presented previously
  • An electric motor thus makes it possible, for example, to heat the heat transfer fluid before it is put into service and the rotation of the rotor.
  • the cooling circuit comprises a heat transfer fluid drive pump which is activated during heating in order to collect the calories from the stator with a flow of heat transfer fluid.
  • the electric motor can be started directly.
  • the threshold temperature is between 5° and 15°C, preferably of the order of 10°C.
  • the heating order is determined to increase the current temperature of the heat transfer fluid by at least 1°C/second.
  • an assembly 1 comprising an electric motor 2 making it possible to participate in the propulsion of an aircraft.
  • the electric motor 2 comprises a stator 21 and a rotor 22 mounted movable relative to the stator 21.
  • the stator 21 comprises a plurality of windings which make it possible to generate a rotating magnetic field when the windings are powered.
  • the windings can be concentric or distributed.
  • the electric motor 2 has several notches in which the windings are mounted.
  • the rotor 22 is configured to interact magnetically with the stator 21 in order to cause it to rotate.
  • the rotor 22 is housed internally in the stator 21 but it goes without saying that the reverse is also possible.
  • the invention applies to any type of electric motor 2, in particular, a synchronous machine with permanent magnets or a machine with a wound rotor.
  • the rotor 22 is integral with one or more propulsion members, for example, a fan or a propeller as illustrated in .
  • the stator 21, in particular its windings, are powered by a source of electrical energy 30 via a power device 3.
  • the electric motor 2 is of the three-phase type.
  • the electric motor 2 is also configured to operate as a generator in order to produce electrical energy to recharge the electrical energy source 30.
  • the electrical energy source 30 is a continuous source, for example for example, an electric battery or a fuel cell.
  • the power device 3 also called power electronics, makes it possible to control the currents circulating in the rotor 22 in order to obtain, in particular, the desired rotation speed and/or torque of the rotor 22.
  • the power device 3 makes it possible to ensure a DC/AC conversion to power the stator 21.
  • the power device 3 preferably comprises an inverter comprising a plurality of controllable switches in order to control the currents circulating in the stator 21.
  • Such a power device 2 is known from skilled in the art and will not be presented in further detail.
  • the assembly 1 comprises a control device 5 configured to issue a control order O1 to the power device 3 in order to generate a control current I1 in the stator 21 of the electric motor 2 to control the rotation of the rotor 22.
  • the control device 5 indirectly controls the electric motor 2 via the power device 3 but it goes without saying that in the absence of power device 3, the control device 5 could directly control the electric motor 2.
  • the control device 5 is in the form of a calculator configured to issue a control order O1 and thus determine the control current I1 in the stator 21.
  • a control current I1 is broken down into three elementary currents for an electric motor 2 which is three-phase. According to the Park transform, the control current I1 can also be decomposed into a direct component I1d and a quadratic component I1q. In known manner, the direct component I1d represents the thermal losses while the quadratic component I1q represents the applied torque. The direct component I1d is also used in a speed acceleration mode when the voltage is insufficient.
  • the control current I1 comprises a quadratic component I1q which is non-zero (nominal quadratic component I1q).
  • the control device 5 modifies the value of the control current I1 to obtain the desired torque of the rotor 22 of the electric motor 2.
  • the direct composite I1d is thus reduced as much as possible to promote the couple.
  • a cooling circuit CR is provided (dashed lines) to take calories from the electric motor 2 and the power device 3 by circulation of a heat transfer fluid F, for example, oil or brine.
  • the cooling circuit CR comprises a tank 6 in which the heat transfer fluid F is stored and a pump 7 configured to circulate the heat transfer fluid F in the cooling circuit CR.
  • the cooling circuit CR comprises at least one heat exchanger 8 configured to exchange the calories of the heat transfer fluid F with an external fluid Fext, for example, a flow of ambient air. During the flight of the aircraft, heat exchanges are important to cool the heat transfer fluid F.
  • the cooling circuit CR comprises a temperature sensor 9 for measuring the temperature of the heat transfer fluid F.
  • the temperature sensor 9 is preferably positioned close to the tank 6 but it goes without saying that it could be positioned at a another point of the CR cooling circuit.
  • the heat transfer fluid F circulates in the cooling circuit CR in a closed loop to take calories from the power device 3 then from the electric motor 2 which are then dissipated in the heat exchanger 8.
  • the heat transfer fluid F circulates from upstream to downstream in the cooling circuit CR.
  • the power device 3 is positioned upstream of the electric motor 2 but it goes without saying that it could be positioned downstream.
  • the electric motor 2 and the power device 3 could be supplied in parallel with heat transfer fluid F.
  • the electric motor 2 comprises at least one cooling channel 23 configured to be supplied by the heat transfer fluid F of the cooling circuit CR.
  • the power device 3 comprises at least one cooling channel 33 configured to be supplied by the heat transfer fluid F of the cooling circuit CR.
  • the stator 21 extends at least partially into the cooling channel 23 of the electric motor 2. This advantageously makes it possible to collect the calories generated by the stator 21 during its power supply.
  • the stator 21 and the rotor 22 are bathed in the heat transfer fluid F to allow optimal cooling.
  • the windings of the stator 21 are bathed in the heat transfer fluid F.
  • the notches of the electric motor 2 are bathed in the heat transfer fluid F.
  • the power device 3 comprises a plurality of components extending into the cooling channel 33 of the power device 3. This advantageously makes it possible to collect the calories generated by the power device 3 during power supply of the stator 21 as will be presented subsequently.
  • one or more components include fins to improve heat exchange with the heat transfer fluid F circulating in the cooling channel 33 of the power device 3, in particular, a plurality of tubular fins.
  • the electric motor 2 is configured to heat the heat transfer fluid F prior to the operational commissioning of the electric motor 2, that is to say, before the rotation of the rotor 22.
  • the control device 5 is configured to issue a heating order O2 configured to generate a heating current I2 in the stator 21 of the electric motor 2 in order to heat the heat transfer fluid F located in the cooling channel 23 of the electric motor 2.
  • the heating current I2 includes a non-zero direct component I2d and a quadratic component I2q that is substantially zero so as to limit the rotation of the rotor 22 during heating.
  • the quadratic component I2q is insufficient to rotate the rotor 22 in order to create a propulsion effort.
  • the electric motor 2 having a predetermined internal friction torque
  • the quadratic component I2q is less than the internal friction torque so as to prohibit any rotation.
  • the quadratic component I2q is less than 5% of the nominal quadratic component I1q determined when controlling the electric motor 2.
  • a heating order O2 determines a heating current I2 which largely generates thermal losses by Joule effect in the stator 21 of the electric motor 2 without rotating the rotor 22 and generating a torque. This is very advantageous since it makes it possible to heat the heat transfer fluid F prior to operational commissioning.
  • the direct component I2d makes it possible to generate electrical losses and therefore thermal energy by the Joule effect.
  • the present invention aims to achieve heating, prior to operational service in which the thermal losses are maximized and the torque minimized.
  • the power device 3 makes it possible to power a stator 21 comprising a single stator star in order to rotate the rotor 22.
  • the invention also applies to a power device 3 comprising a first power module 31 and a second power module 32 which are independent and, preferably, segregated in order to increase redundancy and reliability as illustrated in .
  • Such power modules 31, 32 are advantageous when the stator 21 comprises several stator stars 21a, 21b which can be powered independently.
  • the CR cooling circuit makes it possible to cool the two power modules 31, 32 in parallel.
  • the aircraft is stored on the ground at an airport in a cold region, for example at -40°C, and must carry out a flight (operational service). Due to external temperatures, the current temperature Tf of the heat transfer fluid F is lower than a predetermined threshold temperature Ts.
  • the threshold temperature Ts is between 5°C and 15°C, preferably of the order of 10°C.
  • the current temperature Tf of the heat transfer fluid F will be increased to reach the threshold temperature Ts and thus make it possible to optimally collect calories when the electric motor 2 is in operational operation, this is that is to say, with rotation of its rotor 22. Indeed, as explained previously, if the current temperature Tf of the heat transfer fluid F is too low, its viscosity does not allow optimal cooling.
  • the pump 7 is activated so as to circulate the heat transfer fluid F in the cooling circuit CR.
  • the electric motor 2 is not controlled and the power device 3 does not supply current to the stator 21.
  • the method comprises a step E1 consisting of measuring the current temperature Tf of the heat transfer fluid F, in particular, by means of the temperature sensor 9.
  • the method then comprises a step E2 consisting of issuing a heating order O2 to generate a heating current I2 in the stator 21 of the electric motor 2 in order to heat the heat transfer fluid F.
  • the temperature sensor 9 provides the current temperature Tf of the heat transfer fluid F to the control device 5 which issues a heating order O2 as illustrated in .
  • This O2 heating order modifies the position of the switches of the power device 3 in order to generate a heating current I2 comprising a non-zero direct component I2d and a substantially zero quadratic component I2q so as to limit the rotation of the rotor 22 during heating .
  • the quadratic component I2q is so low that the rotation of the rotor 22 is zero or almost zero, which avoids generating thrust while the aircraft is in the heating phase.
  • the direct component I2d (non-zero) of the heating current I2 generates heating by Joule effect of the stator 21 which transmits its calories to the heat transfer fluid F located in the cooling channel 23 in contact with the windings of the stator 21.
  • the direct component I2d has a constant amplitude greater than 200A peak, preferably of the order of 300A peak.
  • its frequency is low, around 10 Hz. This advantageously makes it possible to generate thermal losses of 16 kW.
  • the current is mainly converted into thermal losses.
  • the heat transfer fluid F gradually heats up in the cooling circuit CR in contact with the stator 21.
  • the heat exchanger 8 has an external fluid flow Fext which is very weak.
  • the heat exchanger 8 only slightly lowers the current temperature Tf of the heat transfer fluid F, in particular, less than the electric motor 2 increases its current temperature Tf.
  • the heat transfer fluid F is used to collect calories and increase the temperature.
  • the method comprises a step E3 consisting of monitoring the current temperature Tf of the heat transfer fluid F and adapting the direct component I2d of the heating current I2 in order to obtain the desired rise in temperature.
  • the O2 heating order is determined to increase the current temperature Tf of the heat transfer fluid F by at least 1°C/second. This allows for rapid heating and avoids delaying the flight of the aircraft. In this example, the current temperature Tf is increased by 30°C in 30 seconds.
  • the method comprises a step consisting of transmitting E4 a control order O1 configured to generate a control current I1 in the stator 21 of the electric motor 2 in order to control the rotation of the rotor 22 ( ).
  • the control device 5 issues a control order O1 determining a control current I1 whose quadratic component Iq1 is non-zero so as to allow the rotation of the rotor 22.
  • the current temperature Tf of the heat transfer fluid F is gradually increased in order to reach the threshold temperature Ts.
  • the heat transfer fluid F has optimal characteristics for dissipating calories, particularly in terms of viscosity.
  • the rotor 22 can then be rotated and the heat transfer fluid F makes it possible to collect the calories induced by the rotation both in the electric motor 2 and in the power device 3.
  • the control order O1 can then be issued so that the aircraft can carry out its flight mission.
  • an electric motor 2 can be started in a secure and reliable manner without adding additional equipment which increases the mass and bulk in the aircraft.
  • the control device 5 advantageously makes it possible to provide an O2 heating order which allows the electric motor 2 to behave like an electric heater without generating torque.

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Abstract

The invention relates to an assembly (1) of an electric motor (2) for propelling an aircraft and a control device (5), the electric motor (2) comprising a stator (21) and a rotor (22) and at least one cooling channel (CR) configured to be supplied with a heat transfer fluid (F), the control device (5) being configured to issue a control command (01) in order to control the rotation of the rotor (22), the control device (5) also being configured to issue a heating command configured to generate a heating current in the stator (21) in order to heat the heat transfer fluid (F), the heating current comprising a non-zero DC component and a substantially zero quadratic component so as to limit the rotation of the rotor (22) during heating.

Description

Ensemble d’un moteur électrique et d’un dispositif de commande du moteur électrique, procédé de contrôle d’un tel ensembleAssembly of an electric motor and an electric motor control device, method of controlling such an assembly
La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques de propulsion utilisés dans le domaine aéronautique. L’invention concerne plus particulièrement le refroidissement d’un moteur électrique de propulsion.The present invention relates to the field of electric propulsion motors used in the aeronautical field. The invention relates more particularly to the cooling of an electric propulsion motor.
Afin de réduire l’impact environnemental d’un aéronef, il a été proposé d’utiliser des moteurs électriques pour assurer la propulsion d’un aéronef. Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers états. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.In order to reduce the environmental impact of an aircraft, it has been proposed to use electric motors to ensure the propulsion of an aircraft. Climate change is a major concern for many legislative and regulatory bodies around the world. Indeed, various restrictions on carbon emissions have been, are or will be adopted by various states. In particular, an ambitious standard applies both to new types of aircraft but also to those in circulation requiring the implementation of technological solutions in order to make them comply with current regulations. Civil aviation has been mobilizing for several years now to make a contribution to the fight against climate change.
Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions.Technological research efforts have already made it possible to very significantly improve the environmental performance of aircraft. The Applicant takes into consideration the impacting factors in all phases of design and development to obtain aeronautical components and products that consume less energy, are more respectful of the environment and whose integration and use in civil aviation have moderate environmental consequences with the aim of improving the energy efficiency of aircraft.
Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire l'empreinte environnementale de son activité.Consequently, the Applicant is constantly working to reduce its negative climate impact through the use of methods and the exploitation of virtuous development and manufacturing processes and minimizing greenhouse gas emissions to the minimum possible for reduce the environmental footprint of its activity.
Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent notamment sur les nouvelles générations de moteurs d’aéronefs employant des technologies électriques.This sustained research and development work focuses in particular on new generations of aircraft engines using electric technologies.
De manière connue, un moteur électrique comporte un rotor monté rotatif par rapport à un stator. Le stator est alimenté par un module de puissance, en particulier, un convertisseur de puissance de type continu/alternatif. Un tel moteur électrique est susceptible de s’échauffer au cours de son fonctionnement et il est nécessaire d’évacuer les calories dudit moteur électrique afin de permettre un fonctionnement fiable tout en garantissant une durée de vie importante.In known manner, an electric motor comprises a rotor rotatably mounted relative to a stator. The stator is powered by a power module, in particular, a DC/AC type power converter. Such an electric motor is likely to heat up during its operation and it is necessary to evacuate the calories from said electric motor in order to allow reliable operation while guaranteeing a long lifespan.
De manière connue, un moteur électrique comporte un canal de refroidissement dans lequel circule un fluide caloporteur, notamment de l’huile, afin de prélever des calories dans le moteur électrique et assurer son refroidissement. Pour permettre un refroidissement optimal, la température du fluide caloporteur doit demeurer dans une plage de température prédéterminée, par exemple, supérieure à 10°C. En effet, si la température du fluide caloporteur est trop faible, sa viscosité ne permet pas un refroidissement optimal.In known manner, an electric motor includes a cooling channel in which a heat transfer fluid circulates, in particular oil, in order to draw calories from the electric motor and ensure its cooling. To allow optimal cooling, the temperature of the heat transfer fluid must remain within a predetermined temperature range, for example, greater than 10°C. Indeed, if the temperature of the heat transfer fluid is too low, its viscosity does not allow optimal cooling.
Dans certaines régions froides du monde, la température extérieure peut atteindre -40°C et la température du fluide caloporteur n’est pas dans la plage de température prédéterminée. Pour éliminer cet inconvénient, il a été proposé dans l’art antérieur de monter un système de chauffage entre un réservoir de fluide caloporteur et le moteur électrique afin de chauffer le fluide caloporteur avant qu’il alimente le moteur électrique.In some cold regions of the world, the outdoor temperature can reach -40°C and the temperature of the heat transfer fluid is not within the predetermined temperature range. To eliminate this drawback, it has been proposed in the prior art to mount a heating system between a reservoir of heat transfer fluid and the electric motor in order to heat the heat transfer fluid before it powers the electric motor.
Un tel système de chauffage présente de nombreux inconvénients étant donné qu’il augmente l’encombrement au voisinage du moteur électrique et pénalise la masse de l’aéronef. En outre, la présence d’un système de chauffage augmente la longueur du circuit de refroidissement, ce qui impose de recourir à une pompe d’entrainement de fluide caloporteur dont la masse et l’encombrement sont élevés. Such a heating system has numerous disadvantages given that it increases the bulk in the vicinity of the electric motor and penalizes the mass of the aircraft. In addition, the presence of a heating system increases the length of the cooling circuit, which requires the use of a heat transfer fluid drive pump whose mass and size are high.
L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients.The invention thus aims to eliminate at least some of these drawbacks.
Le document FR3080239A1 concerne un dispositif et un procédé d’estimation et de correction d’une erreur de mesure d’un capteur de position d’un rotor de machine électrique tournante pour un véhicule électrique. Ce document enseigne de réaliser un préchauffage d'un circuit de refroidissement d'un véhicule électrique. US20070246302A1 enseigne un système de préchauffage de l’huile d’un réservoir d’huile d’un aéronef. EP2531328A0 enseigne une méthode pour réchauffer des robots dans des environnements froids.Document FR3080239A1 relates to a device and a method for estimating and correcting a measurement error of a position sensor of a rotor of a rotating electric machine for an electric vehicle. This document teaches how to preheat a cooling circuit of an electric vehicle. US20070246302A1 teaches a system for preheating the oil of an aircraft oil tank. EP2531328A0 teaches a method for warming robots in cold environments.
PRESENTATION DE L’INVENTIONPRESENTATION OF THE INVENTION
L’invention concerne un ensemble d’un moteur électrique pour la propulsion d’un aéronef, et d’un dispositif de commande du moteur électrique,
  • le moteur électrique comportant un stator et un rotor monté mobile par rapport au stator, le moteur électrique comportant au moins un circuit de refroidissement configuré pour être alimenté par un fluide caloporteur configuré pour prélever des calories au moins au stator du moteur électrique,
  • Le dispositif de commande étant configuré pour émettre un ordre de commande configuré pour générer un courant de commande dans le stator du moteur électrique afin de contrôler la rotation du rotor.
The invention relates to an assembly of an electric motor for propelling an aircraft, and a device for controlling the electric motor,
  • the electric motor comprising a stator and a rotor mounted movable relative to the stator, the electric motor comprising at least one cooling circuit configured to be powered by a heat transfer fluid configured to draw calories at least from the stator of the electric motor,
  • The control device being configured to issue a control command configured to generate a control current in the stator of the electric motor in order to control the rotation of the rotor.
Le dispositif de commande est remarquable par le fait qu’il est configuré pour émettre un ordre de chauffage configuré pour générer un courant de chauffage dans le stator du moteur électrique afin de chauffer le fluide caloporteur, le courant de chauffage comportant une composante directe non-nulle et une composante quadratique sensiblement nulle de manière à limiter la rotation du rotor lors du chauffage.The control device is remarkable in that it is configured to issue a heating command configured to generate a heating current in the stator of the electric motor in order to heat the heat transfer fluid, the heating current comprising a non-direct component. zero and a quadratic component substantially zero so as to limit the rotation of the rotor during heating.
Par sensiblement nulle, on entend une valeur inférieure à 5% de la composante quadratique nominale lors d’une commande pour contrôler la rotation du rotor. De manière préférée, le moteur électrique ayant un couple de frictions internes prédéterminé, la composante quadratique est inférieure au couple de frictions internes de manière à interdire toute rotation.By substantially zero, we mean a value less than 5% of the nominal quadratic component during a command to control the rotation of the rotor. Preferably, the electric motor having a predetermined internal friction torque, the quadratic component is less than the internal friction torque so as to prohibit any rotation.
De manière avantageuse, grâce à l’invention, le moteur électrique est alimenté uniquement avec un courant direct afin de produire des pertes thermiques sans produire de couple fonction du courant quadratique. Ces pertes thermiques sont transmises au fluide caloporteur ce qui permet de l’amener à une température courante pour laquelle sa viscosité est optimale pour refroidir le moteur électrique. Grâce à l’invention, il n’est pas nécessaire de prévoir un dispositif de chauffage rapporté qui viendrait augmenter la masse et l’encombrement. Le moteur électrique est commandé de manière détournée pour remplir une fonction de réchauffeur sans fourniture de couple.Advantageously, thanks to the invention, the electric motor is powered only with a direct current in order to produce thermal losses without producing torque as a function of the quadratic current. These thermal losses are transmitted to the heat transfer fluid, which allows it to be brought to a current temperature for which its viscosity is optimal to cool the electric motor. Thanks to the invention, it is not necessary to provide an added heating device which would increase the mass and the size. The electric motor is controlled in an indirect manner to perform a heater function without providing torque.
De préférence, le stator s’étend au moins partiellement dans le canal de refroidissement. Cela permet au fluide caloporteur de collecter directement les calories générées par le stator et ainsi d’augmenter sa température. Lors du fonctionnement nominal, le fluide caloporteur peut en outre refroidir de manière optimale le stator.Preferably, the stator extends at least partially into the cooling channel. This allows the heat transfer fluid to directly collect the calories generated by the stator and thus increase its temperature. During nominal operation, the heat transfer fluid can also optimally cool the stator.
De préférence, le fluide caloporteur est de l’huile ou de l’eau glycolée. L’invention est particulièrement avantageuse avec ces fluides dont la viscosité est fonction de la température.Preferably, the heat transfer fluid is oil or brine. The invention is particularly advantageous with these fluids whose viscosity depends on temperature.
Selon un aspect de l’invention, au moins un dispositif de puissance est configuré pour alimenter au moins le stator avec le courant de commande à partir d’une source de puissance électrique en fonction de l’ordre de commande, le fluide caloporteur étant configuré pour prélever des calories dans le dispositif de puissance. De manière avantageuse, lors du réchauffage, des calories sont fournies, d’une part, par le moteur électrique et, d’autre part, par le dispositif de puissance.According to one aspect of the invention, at least one power device is configured to supply at least the stator with the control current from an electrical power source as a function of the control order, the heat transfer fluid being configured to draw calories from the power device. Advantageously, during reheating, calories are provided, on the one hand, by the electric motor and, on the other hand, by the power device.
De manière préférée, l’ensemble comprend au moins un capteur de température configuré pour mesurer une température courante du fluide caloporteur, le dispositif de commande étant configuré pour émettre un ordre de chauffage qui est fonction de la température courante. Ainsi, on paramètre l’ordre de chauffage et donc le courant de chauffage en fonction de la température courante de manière à obtenir la température désirée par régulation. On peut ainsi obtenir une température optimale de fluide caloporteur dans un temps donné.Preferably, the assembly comprises at least one temperature sensor configured to measure a current temperature of the heat transfer fluid, the control device being configured to issue a heating order which is a function of the current temperature. Thus, we parameterize the heating order and therefore the heating current as a function of the current temperature so as to obtain the desired temperature by regulation. We can thus obtain an optimal heat transfer fluid temperature in a given time.
L’invention concerne également un aéronef comprenant un ensemble tel que présenté précédemmentThe invention also relates to an aircraft comprising an assembly as presented previously
L’invention concerne aussi un procédé de contrôle d’un ensemble tel que présenté précédemment, le canal de refroidissement du moteur électrique étant alimenté par le fluide caloporteur, le fluide caloporteur ayant une température courante, le rotor étant à l’arrêt, le procédé comportant des étapes consistant à :
  • Emettre un ordre de chauffage pour générer un courant de chauffage dans le stator du moteur électrique afin de chauffer le fluide caloporteur, le courant de chauffage comportant une composante directe non-nulle et une composante quadratique sensiblement nulle de manière à limiter la rotation du rotor lors du chauffage.
The invention also relates to a method for controlling an assembly as presented previously, the cooling channel of the electric motor being supplied by the heat transfer fluid, the heat transfer fluid having a current temperature, the rotor being stopped, the method comprising steps consisting of:
  • Issue a heating order to generate a heating current in the stator of the electric motor in order to heat the heat transfer fluid, the heating current comprising a non-zero direct component and a substantially zero quadratic component so as to limit the rotation of the rotor during heating.
Un moteur électrique permet ainsi par exemple de réaliser un chauffage du fluide caloporteur préalablement à sa mise en service et à la rotation du rotor.An electric motor thus makes it possible, for example, to heat the heat transfer fluid before it is put into service and the rotation of the rotor.
De manière préférée, le circuit de refroidissement comporte une pompe d’entrainement de fluide caloporteur qui est activée lors du chauffage afin de collecter les calories du stator avec un débit de fluide caloporteur.Preferably, the cooling circuit comprises a heat transfer fluid drive pump which is activated during heating in order to collect the calories from the stator with a flow of heat transfer fluid.
De préférence, le procédé comporte des étapes consistant à :
  • Mesurer la température courante du fluide caloporteur,
  • Si la température courante du fluide caloporteur est inférieure à une température seuil prédéterminée, émettre un ordre de chauffage pour générer un courant de chauffage dans le stator du moteur électrique afin de chauffer le fluide caloporteur, le courant de chauffage comportant une composante directe non-nulle et une composante quadratique sensiblement nulle de manière à limiter la rotation du rotor lors du chauffage.
Preferably, the method comprises steps consisting of:
  • Measure the current temperature of the heat transfer fluid,
  • If the current temperature of the heat transfer fluid is lower than a predetermined threshold temperature, issue a heating command to generate a heating current in the stator of the electric motor in order to heat the heat transfer fluid, the heating current comprising a non-zero direct component and a substantially zero quadratic component so as to limit the rotation of the rotor during heating.
De manière préférée, le procédé comporte des étapes consistant à :
  • Si la température courante du fluide caloporteur est supérieure ou égale à la température seuil prédéterminée, émettre un ordre de commande configuré pour générer un courant de commande dans le stator du moteur électrique afin de contrôler la rotation du rotor.
Preferably, the method comprises steps consisting of:
  • If the current temperature of the heat transfer fluid is greater than or equal to the predetermined threshold temperature, issue a control command configured to generate a control current in the stator of the electric motor in order to control the rotation of the rotor.
De manière avantageuse, si le fluide caloporteur possède une température courante adaptée au refroidissement, le moteur électrique peut être démarré directement.Advantageously, if the heat transfer fluid has a current temperature suitable for cooling, the electric motor can be started directly.
De préférence, la température seuil est comprise entre 5° et 15°C, de préférence, de l’ordre de 10°C.Preferably, the threshold temperature is between 5° and 15°C, preferably of the order of 10°C.
De manière préférée, l’ordre de chauffage est déterminé pour augmenter la température courante du fluide caloporteur d’au moins 1°C/seconde.Preferably, the heating order is determined to increase the current temperature of the heat transfer fluid by at least 1°C/second.
PRESENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.The invention will be better understood on reading the description which follows, given by way of example, and referring to the following figures, given by way of non-limiting examples, in which identical references are given to similar objects .
La est une représentation schématique d’un ensemble d’un moteur électrique et d’un dispositif de commande du moteur électrique selon une forme de réalisation de l’invention. There is a schematic representation of an assembly of an electric motor and an electric motor control device according to one embodiment of the invention.
La est une représentation schématique d’un moteur électrique lors de la réception d’un ordre de commande.There is a schematic representation of an electric motor when receiving a control command.
La est une représentation schématique d’un moteur électrique lors de la réception d’un ordre de chauffage.There is a schematic representation of an electric motor when receiving a heating command.
La est une représentation schématique d’un ensemble d’un moteur électrique et d’un dispositif de commande du moteur électrique selon une autre forme de réalisation de l’invention. There is a schematic representation of an assembly of an electric motor and an electric motor control device according to another embodiment of the invention.
La est une représentation schématique d’étapes de mise en œuvre d’un procédé de contrôle selon l’invention.There is a schematic representation of steps for implementing a control method according to the invention.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.It should be noted that the figures set out the invention in detail to implement the invention, said figures being able of course to be used to better define the invention if necessary.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
En référence à la , il est représenté un ensemble 1 selon l’invention comprenant un moteur électrique 2 permettant de participer à la propulsion d’un aéronef. In reference to the , there is shown an assembly 1 according to the invention comprising an electric motor 2 making it possible to participate in the propulsion of an aircraft.
De manière connue, comme illustré à la , le moteur électrique 2 comporte un stator 21 et un rotor 22 monté mobile par rapport au stator 21. Dans cet exemple, le stator 21 comporte une pluralité de bobinages qui permettent de générer un champ magnétique tournant lorsque les bobinages sont alimentés. Les bobinages peuvent être concentriques ou distribués. De manière préférée, le moteur électrique 2 comporte plusieurs encoches dans lesquelles sont montés les bobinages.In a known manner, as illustrated in , the electric motor 2 comprises a stator 21 and a rotor 22 mounted movable relative to the stator 21. In this example, the stator 21 comprises a plurality of windings which make it possible to generate a rotating magnetic field when the windings are powered. The windings can be concentric or distributed. Preferably, the electric motor 2 has several notches in which the windings are mounted.
Le rotor 22 est configuré pour interagir magnétiquement avec le stator 21 afin de l’entrainer en rotation. Dans cet exemple, le rotor 22 est logé intérieurement au stator 21 mais il va de soi que l’inverse est également possible. L’invention s’applique à tout type de moteur électrique 2, en particulier, une machine synchrone à aimants permanents ou une machine à rotor bobiné. Le rotor 22 est solidaire d’un ou plusieurs organes de propulsion, par exemple, d’une soufflante ou d’une hélice comme illustré à la .The rotor 22 is configured to interact magnetically with the stator 21 in order to cause it to rotate. In this example, the rotor 22 is housed internally in the stator 21 but it goes without saying that the reverse is also possible. The invention applies to any type of electric motor 2, in particular, a synchronous machine with permanent magnets or a machine with a wound rotor. The rotor 22 is integral with one or more propulsion members, for example, a fan or a propeller as illustrated in .
Dans cet exemple, toujours en référence à la , le stator 21, en particulier ses bobinages, sont alimentés par une source d’énergie électrique 30 via un dispositif de puissance 3. De préférence, le moteur électrique 2 est du type triphasé. De manière préférée, le moteur électrique 2 est également configuré pour fonctionner comme générateur afin de produire de l’énergie électrique pour recharger la source d’énergie électrique 30. Dans cet exemple, la source d’énergie électrique 30 est une source continue, par exemple, une batterie électrique ou une pile à combustible.In this example, still with reference to the , the stator 21, in particular its windings, are powered by a source of electrical energy 30 via a power device 3. Preferably, the electric motor 2 is of the three-phase type. Preferably, the electric motor 2 is also configured to operate as a generator in order to produce electrical energy to recharge the electrical energy source 30. In this example, the electrical energy source 30 is a continuous source, for example for example, an electric battery or a fuel cell.
Le dispositif de puissance 3, également appelé électronique de puissance, permet de commander les courants circulant dans le rotor 22 afin d’obtenir, notamment, la vitesse de rotation et/ou le couple désirés du rotor 22. Le dispositif de puissance 3 permet d’assurer une conversion continue/alternative pour alimenter le stator 21. Le dispositif de puissance 3 comporte de préférence un onduleur comprenant une pluralité d’interrupteurs commandables afin de commander les courants circulant dans le stator 21. Un tel dispositif de puissance 2 est connu de l’homme du métier et ne sera pas présenté plus en détails.The power device 3, also called power electronics, makes it possible to control the currents circulating in the rotor 22 in order to obtain, in particular, the desired rotation speed and/or torque of the rotor 22. The power device 3 makes it possible to ensure a DC/AC conversion to power the stator 21. The power device 3 preferably comprises an inverter comprising a plurality of controllable switches in order to control the currents circulating in the stator 21. Such a power device 2 is known from skilled in the art and will not be presented in further detail.
Toujours en référence à la , l’ensemble 1 comporte un dispositif de commande 5 configuré pour émettre un ordre de commande O1 au dispositif de puissance 3 afin de générer un courant de commande I1 dans le stator 21 du moteur électrique 2 pour contrôler la rotation du rotor 22. Dans cet exemple, le dispositif de commande 5 commande de manière indirecte le moteur électrique 2 via le dispositif de puissance 3 mais il va de soi, qu’en l’absence de dispositif de puissance 3, le dispositif de commande 5 pourrait commander directement le moteur électrique 2. Le dispositif de commande 5 se présente sous la forme d’un calculateur configuré pour émettre un ordre de commande O1 et ainsi déterminer le courant de commande I1 dans le stator 21. Still with reference to the , the assembly 1 comprises a control device 5 configured to issue a control order O1 to the power device 3 in order to generate a control current I1 in the stator 21 of the electric motor 2 to control the rotation of the rotor 22. In this example, the control device 5 indirectly controls the electric motor 2 via the power device 3 but it goes without saying that in the absence of power device 3, the control device 5 could directly control the electric motor 2. The control device 5 is in the form of a calculator configured to issue a control order O1 and thus determine the control current I1 in the stator 21.
De manière connue, un courant de commande I1 se décompose en trois courants élémentaires pour un moteur électrique 2 qui est triphasé. Selon la transformée de Park, le courant de commande I1 peut également se décomposer en une composante directe I1d et une composante quadratique I1q. De manière connue, la composante directe I1d représente les pertes thermiques tandis que la composante quadratique I1q représente le couple appliqué. La composante directe I1d est également utilisée dans un mode d’accélération de vitesse lorsque la tension est insuffisante.In known manner, a control current I1 is broken down into three elementary currents for an electric motor 2 which is three-phase. According to the Park transform, the control current I1 can also be decomposed into a direct component I1d and a quadratic component I1q. In known manner, the direct component I1d represents the thermal losses while the quadratic component I1q represents the applied torque. The direct component I1d is also used in a speed acceleration mode when the voltage is insufficient.
Pour commander le couple du rotor 22 du moteur électrique 2, le courant de commande I1 comporte une composante quadratique I1q qui est non-nulle (composante quadratique I1q nominale). Ainsi, en fonction de la commande du pilote de l’aéronef, le dispositif de commande 5 modifie la valeur du courant de commande I1 pour obtenir le couple désiré du rotor 22 du moteur électrique 2. La composite directe I1d est ainsi réduite autant que possible pour favoriser le couple.To control the torque of the rotor 22 of the electric motor 2, the control current I1 comprises a quadratic component I1q which is non-zero (nominal quadratic component I1q). Thus, depending on the command of the pilot of the aircraft, the control device 5 modifies the value of the control current I1 to obtain the desired torque of the rotor 22 of the electric motor 2. The direct composite I1d is thus reduced as much as possible to promote the couple.
Le moteur électrique 2 et le dispositif de puissance 3 génèrent des calories lors de leur fonctionnement. Aussi, comme illustré à la , il est prévu un circuit de refroidissement CR (traits discontinus) pour prélever des calories au moteur électrique 2 et au dispositif de puissance 3 par circulation d’un fluide caloporteur F, par exemple, de l’huile ou de l’eau glycolée. Dans cet exemple, le circuit de refroidissement CR comprend un réservoir 6 dans lequel est stocké le fluide caloporteur F et une pompe 7 configurée pour faire circuler le fluide caloporteur F dans le circuit de refroidissement CR. Le circuit de refroidissement CR comporte au moins un échangeur thermique 8 configuré pour échanger les calories du fluide caloporteur F avec un fluide extérieur Fext, par exemple, un flux d’air ambiant. Lors du vol de l’aéronef, les échanges thermiques sont importants pour refroidir le fluide caloporteur F.The electric motor 2 and the power device 3 generate calories during their operation. Also, as illustrated in , a cooling circuit CR is provided (dashed lines) to take calories from the electric motor 2 and the power device 3 by circulation of a heat transfer fluid F, for example, oil or brine. In this example, the cooling circuit CR comprises a tank 6 in which the heat transfer fluid F is stored and a pump 7 configured to circulate the heat transfer fluid F in the cooling circuit CR. The cooling circuit CR comprises at least one heat exchanger 8 configured to exchange the calories of the heat transfer fluid F with an external fluid Fext, for example, a flow of ambient air. During the flight of the aircraft, heat exchanges are important to cool the heat transfer fluid F.
De manière préférée, le circuit de refroidissement CR comporte un capteur de température 9 pour mesurer la température de fluide caloporteur F. Le capteur de température 9 est de préférence positionné proche du réservoir 6 mais il va de soi qu’il pourrait être positionné à un autre point du circuit de refroidissement CR.Preferably, the cooling circuit CR comprises a temperature sensor 9 for measuring the temperature of the heat transfer fluid F. The temperature sensor 9 is preferably positioned close to the tank 6 but it goes without saying that it could be positioned at a another point of the CR cooling circuit.
Ainsi, lors du fonctionnement du moteur électrique 2, le fluide caloporteur F circule dans le circuit de refroidissement CR en boucle fermée pour prélever des calories au dispositif de puissance 3 puis au moteur électrique 2 qui sont ensuite dissipées dans l’échangeur thermique 8.Thus, during the operation of the electric motor 2, the heat transfer fluid F circulates in the cooling circuit CR in a closed loop to take calories from the power device 3 then from the electric motor 2 which are then dissipated in the heat exchanger 8.
En référence à la , le fluide caloporteur F circule d’amont vers l’aval dans le circuit de refroidissement CR. Dans cet exemple, le dispositif de puissance 3 est positionné en amont du moteur électrique 2 mais il va de soi qu’il pourrait être positionné en aval. De même, le moteur électrique 2 et le dispositif de puissance 3 pourraient être alimentés parallèlement en fluide caloporteur F.In reference to the , the heat transfer fluid F circulates from upstream to downstream in the cooling circuit CR. In this example, the power device 3 is positioned upstream of the electric motor 2 but it goes without saying that it could be positioned downstream. Likewise, the electric motor 2 and the power device 3 could be supplied in parallel with heat transfer fluid F.
Selon l’invention, en référence à la , le moteur électrique 2 comporte au moins un canal de refroidissement 23 configuré pour être alimenté par le fluide caloporteur F du circuit de refroidissement CR. De manière analogue, le dispositif de puissance 3 comporte au moins un canal de refroidissement 33 configuré pour être alimenté par le fluide caloporteur F du circuit de refroidissement CR.According to the invention, with reference to the , the electric motor 2 comprises at least one cooling channel 23 configured to be supplied by the heat transfer fluid F of the cooling circuit CR. Similarly, the power device 3 comprises at least one cooling channel 33 configured to be supplied by the heat transfer fluid F of the cooling circuit CR.
Dans cette forme de réalisation, le stator 21 s’étend au moins partiellement dans le canal de refroidissement 23 du moteur électrique 2. Cela permet de manière avantageuse de collecter les calories générées par le stator 21 lors de son alimentation. De manière préférée, le stator 21 et le rotor 22 sont baignés dans le fluide caloporteur F pour permettre un refroidissement optimal. En particulier, les bobinages du stator 21 sont baignés dans le fluide caloporteur F. De manière préférée, les encoches du moteur électrique 2 sont baignées dans le fluide caloporteur F.In this embodiment, the stator 21 extends at least partially into the cooling channel 23 of the electric motor 2. This advantageously makes it possible to collect the calories generated by the stator 21 during its power supply. Preferably, the stator 21 and the rotor 22 are bathed in the heat transfer fluid F to allow optimal cooling. In particular, the windings of the stator 21 are bathed in the heat transfer fluid F. Preferably, the notches of the electric motor 2 are bathed in the heat transfer fluid F.
De manière analogue, le dispositif de puissance 3 comporte une pluralité de composants s’étendant dans le canal de refroidissement 33 du dispositif de puissance 3. Cela permet de manière avantageuse de collecter les calories générées par le dispositif de puissance 3 lors de l’alimentation du stator 21 comme cela sera présenté par la suite. De manière préférée, un ou plusieurs composants comportent des ailettes pour améliorer les échanges thermiques avec le fluide caloporteur F circulant dans le canal de refroidissement 33 du dispositif de puissance 3, en particulier, une pluralité d’ailettes tubulaires. Analogously, the power device 3 comprises a plurality of components extending into the cooling channel 33 of the power device 3. This advantageously makes it possible to collect the calories generated by the power device 3 during power supply of the stator 21 as will be presented subsequently. Preferably, one or more components include fins to improve heat exchange with the heat transfer fluid F circulating in the cooling channel 33 of the power device 3, in particular, a plurality of tubular fins.
Selon l’invention, le moteur électrique 2 est configuré pour chauffer le fluide caloporteur F préalablement à la mise en service opérationnel du moteur électrique 2, c’est à- dire, préalablement à la rotation du rotor 22.According to the invention, the electric motor 2 is configured to heat the heat transfer fluid F prior to the operational commissioning of the electric motor 2, that is to say, before the rotation of the rotor 22.
Selon l’invention, en référence à la , le dispositif de commande 5 est configuré pour émettre un ordre de chauffage O2 configuré pour générer un courant de chauffage I2 dans le stator 21 du moteur électrique 2 afin de chauffer le fluide caloporteur F situé dans le canal de refroidissement 23 du moteur électrique 2. Le courant de chauffage I2 comporte une composante directe I2d non-nulle et une composante quadratique I2q sensiblement nulle de manière à limiter la rotation du rotor 22 lors du chauffage.According to the invention, with reference to the , the control device 5 is configured to issue a heating order O2 configured to generate a heating current I2 in the stator 21 of the electric motor 2 in order to heat the heat transfer fluid F located in the cooling channel 23 of the electric motor 2. The heating current I2 includes a non-zero direct component I2d and a quadratic component I2q that is substantially zero so as to limit the rotation of the rotor 22 during heating.
Par sensiblement nulle, on entend que la composante quadratique I2q est insuffisante pour faire tourner le rotor 22 afin de créer un effort de propulsion. De manière préférée, le moteur électrique 2 ayant un couple de frictions internes prédéterminé, la composante quadratique I2q est inférieure au couple de frictions internes de manière à interdire toute rotation. Selon un aspect préféré, la composante quadratique I2q est inférieure à 5% de la composante quadratique I1q nominale déterminé lors de la commande du moteur électrique 2.By substantially zero, we mean that the quadratic component I2q is insufficient to rotate the rotor 22 in order to create a propulsion effort. Preferably, the electric motor 2 having a predetermined internal friction torque, the quadratic component I2q is less than the internal friction torque so as to prohibit any rotation. According to a preferred aspect, the quadratic component I2q is less than 5% of the nominal quadratic component I1q determined when controlling the electric motor 2.
Ainsi, un ordre de chauffage O2 détermine un courant de chauffage I2 qui génère très majoritairement des pertes thermiques par effet Joule dans le stator 21 du moteur électrique 2 sans faire tourner le rotor 22 et générer un couple. Cela est très avantageux étant donné que cela permet de chauffer le fluide caloporteur F de manière préliminaire à la mise en service opérationnel. La composante directe I2d permet de générer des pertes électriques et donc de l’énergie thermique par effet Joule. Ainsi, au lieu de minimiser les pertes thermiques et de maximiser le couple lorsque le moteur électrique 2 est en service opérationnel, la présente invention vise à réaliser un chauffage, préliminairement au service opérationnel dans lequel les pertes thermiques sont maximisées et le couple minimisé.Thus, a heating order O2 determines a heating current I2 which largely generates thermal losses by Joule effect in the stator 21 of the electric motor 2 without rotating the rotor 22 and generating a torque. This is very advantageous since it makes it possible to heat the heat transfer fluid F prior to operational commissioning. The direct component I2d makes it possible to generate electrical losses and therefore thermal energy by the Joule effect. Thus, instead of minimizing thermal losses and maximizing the torque when the electric motor 2 is in operational service, the present invention aims to achieve heating, prior to operational service in which the thermal losses are maximized and the torque minimized.
Dans l’exemple de la , le dispositif de puissance 3 permet d’alimenter un stator 21 comportant une unique étoile statorique afin d’entrainer en rotation le rotor 22. Néanmoins, l’invention s’applique également à un dispositif de puissance 3 comportant un premier module d’alimentation 31 et un deuxième module d’alimentation 32 qui sont indépendants et, de préférence, ségrégués afin d’augmenter la redondance et la fiabilité comme illustré à la . De tels modules d’alimentation 31, 32 sont avantageux lorsque le stator 21 comporte plusieurs étoiles statoriques 21a, 21b pouvant être alimentées indépendamment. Comme illustré à la , le circuit de refroidissement CR permet de refroidir en parallèle les deux modules d’alimentation 31, 32.In the example of the , the power device 3 makes it possible to power a stator 21 comprising a single stator star in order to rotate the rotor 22. However, the invention also applies to a power device 3 comprising a first power module 31 and a second power module 32 which are independent and, preferably, segregated in order to increase redundancy and reliability as illustrated in . Such power modules 31, 32 are advantageous when the stator 21 comprises several stator stars 21a, 21b which can be powered independently. As illustrated in , the CR cooling circuit makes it possible to cool the two power modules 31, 32 in parallel.
Un exemple de mise en œuvre d’un procédé de contrôle selon l’invention va être dorénavant présenté en référence à la .An example of implementation of a control method according to the invention will now be presented with reference to the .
Dans cet exemple, l’aéronef est stocké au sol dans un aéroport dans une région froide, par exemple à -40°C, et doit réaliser un vol (service opérationnel). Du fait des températures extérieures, la température courante Tf du fluide caloporteur F est inférieure à une température seuil Ts prédéterminée. De manière préférée, la température seuil Ts est comprise entre 5°C et 15°C, de préférence, de l’ordre de 10°C.In this example, the aircraft is stored on the ground at an airport in a cold region, for example at -40°C, and must carry out a flight (operational service). Due to external temperatures, the current temperature Tf of the heat transfer fluid F is lower than a predetermined threshold temperature Ts. Preferably, the threshold temperature Ts is between 5°C and 15°C, preferably of the order of 10°C.
Grâce au procédé de contrôle selon l’invention, la température courant Tf du fluide caloporteur F va être augmentée pour atteindre le température seuil Ts et ainsi permettre de collecter de manière optimale des calories lorsque le moteur électrique 2 est en fonctionnement opérationnel, c’est-à-dire, avec rotation de son rotor 22. En effet, comme expliqué précédemment, si la température courant Tf du fluide caloporteur F est trop faible, sa viscosité ne permet pas un refroidissement optimal.Thanks to the control method according to the invention, the current temperature Tf of the heat transfer fluid F will be increased to reach the threshold temperature Ts and thus make it possible to optimally collect calories when the electric motor 2 is in operational operation, this is that is to say, with rotation of its rotor 22. Indeed, as explained previously, if the current temperature Tf of the heat transfer fluid F is too low, its viscosity does not allow optimal cooling.
En référence à la , la pompe 7 est activée de manière à faire circuler le fluide caloporteur F dans le circuit de refroidissement CR. A l’état initial, le moteur électrique 2 n’est pas commandé et le dispositif de puissance 3 ne fournit pas de courant au stator 21.In reference to the , the pump 7 is activated so as to circulate the heat transfer fluid F in the cooling circuit CR. In the initial state, the electric motor 2 is not controlled and the power device 3 does not supply current to the stator 21.
Le procédé comporte une étape E1 consistant à mesurer la température courante Tf du fluide caloporteur F, en particulier, au moyen du capteur de température 9.The method comprises a step E1 consisting of measuring the current temperature Tf of the heat transfer fluid F, in particular, by means of the temperature sensor 9.
Si la température courante Tf du fluide caloporteur F est inférieure à la température seuil Ts, le procédé comporte ensuite une étape E2 consistant à émettre un ordre de chauffage O2 pour générer un courant de chauffage I2 dans le stator 21 du moteur électrique 2 afin de chauffer le fluide caloporteur F. En pratique, le capteur de température 9 fournit la température courante Tf du fluide caloporteur F au dispositif de commande 5 qui émet un ordre de chauffage O2 comme illustré à la . Cet ordre de chauffage O2 modifie la position des interrupteurs du dispositif de puissance 3 afin de générer un courant de chauffage I2 comportant une composante directe I2d non-nulle et une composante quadratique I2q sensiblement nulle de manière à limiter la rotation du rotor 22 lors du chauffage. La composante quadratique I2q est si faible que la rotation du rotor 22 est nulle ou quasi-nulle, ce qui évite de générer de la poussée alors que l’aéronef est en phase de chauffage.If the current temperature Tf of the heat transfer fluid F is lower than the threshold temperature Ts, the method then comprises a step E2 consisting of issuing a heating order O2 to generate a heating current I2 in the stator 21 of the electric motor 2 in order to heat the heat transfer fluid F. In practice, the temperature sensor 9 provides the current temperature Tf of the heat transfer fluid F to the control device 5 which issues a heating order O2 as illustrated in . This O2 heating order modifies the position of the switches of the power device 3 in order to generate a heating current I2 comprising a non-zero direct component I2d and a substantially zero quadratic component I2q so as to limit the rotation of the rotor 22 during heating . The quadratic component I2q is so low that the rotation of the rotor 22 is zero or almost zero, which avoids generating thrust while the aircraft is in the heating phase.
La composante directe I2d (non-nulle) du courant de chauffage I2 engendre un échauffement par effet Joule du stator 21 qui transmet ses calories au fluide caloporteur F situé dans le canal de refroidissement 23 en contact avec les bobinages du stator 21. Dans cet exemple, la composante directe I2d possède une amplitude constante supérieure à 200A pic, de préférence, de l’ordre de 300A pic. De manière préférée, sa fréquence est faible de l’ordre de 10 Hz. Cela permet avantageusement de générer des pertes thermiques de 16 kW. Ainsi, le courant est converti majoritairement en pertes thermiques.The direct component I2d (non-zero) of the heating current I2 generates heating by Joule effect of the stator 21 which transmits its calories to the heat transfer fluid F located in the cooling channel 23 in contact with the windings of the stator 21. In this example , the direct component I2d has a constant amplitude greater than 200A peak, preferably of the order of 300A peak. Preferably, its frequency is low, around 10 Hz. This advantageously makes it possible to generate thermal losses of 16 kW. Thus, the current is mainly converted into thermal losses.
Comme la pompe 7 est activée, le fluide caloporteur F s’échauffe progressivement dans le circuit de refroidissement CR au contact du stator 21. Etant donné que l’aéronef est au sol, l’échangeur de chaleur 8 possède un débit de fluide extérieur Fext qui est très faible. Il en résulte que l’échangeur de chaleur 8 n’abaisse que faiblement la température courante Tf du fluide caloporteur F, en particulier, moins que le moteur électrique 2 n’augmente sa température courante Tf.As the pump 7 is activated, the heat transfer fluid F gradually heats up in the cooling circuit CR in contact with the stator 21. Given that the aircraft is on the ground, the heat exchanger 8 has an external fluid flow Fext which is very weak. As a result, the heat exchanger 8 only slightly lowers the current temperature Tf of the heat transfer fluid F, in particular, less than the electric motor 2 increases its current temperature Tf.
Contrairement à un fonctionnement classique dans lequel le fluide caloporteur F est utilisé pour dissiper des calories, le fluide caloporteur F est utilisé pour collecter des calories et monter en température.Unlike conventional operation in which the heat transfer fluid F is used to dissipate calories, the heat transfer fluid F is used to collect calories and increase the temperature.
De manière préférée, le procédé comporte une étape E3 consistant à surveiller la température courante Tf du fluide caloporteur F et à adapter la composante directe I2d du courant de chauffage I2 afin d’obtenir la montée en température désirée. De préférence, l’ordre de chauffage O2 est déterminé pour augmenter la température courante Tf du fluide caloporteur F d’au moins 1°C/seconde. Cela permet de réaliser un chauffage rapide et évite de retarder le vol de l’aéronef. Dans cet exemple, la température courante Tf est augmentée de 30°C en 30 secondes.Preferably, the method comprises a step E3 consisting of monitoring the current temperature Tf of the heat transfer fluid F and adapting the direct component I2d of the heating current I2 in order to obtain the desired rise in temperature. Preferably, the O2 heating order is determined to increase the current temperature Tf of the heat transfer fluid F by at least 1°C/second. This allows for rapid heating and avoids delaying the flight of the aircraft. In this example, the current temperature Tf is increased by 30°C in 30 seconds.
Toujours en référence à la , lorsque la température courante Tf du fluide caloporteur F est supérieure ou égale à la température de seuil Ts, par exemple, 10°C. Le procédé comporte une étape consistant à émettre E4 un ordre de commande O1 configuré pour générer un courant de commande I1 dans le stator 21 du moteur électrique 2 afin de contrôler la rotation du rotor 22 ( ). De manière préférée, le dispositif de commande 5 émet un ordre de commande O1 déterminant un courant de commande I1 dont la composante quadratique Iq1 est non nulle de manière à permettre la rotation du rotor 22.Still with reference to the , when the current temperature Tf of the heat transfer fluid F is greater than or equal to the threshold temperature Ts, for example, 10°C. The method comprises a step consisting of transmitting E4 a control order O1 configured to generate a control current I1 in the stator 21 of the electric motor 2 in order to control the rotation of the rotor 22 ( ). Preferably, the control device 5 issues a control order O1 determining a control current I1 whose quadratic component Iq1 is non-zero so as to allow the rotation of the rotor 22.
Grâce à l’invention, la température courante Tf du fluide caloporteur F est augmentée progressivement afin d’atteindre la température seuil Ts. A une telle température seuil Ts, le fluide caloporteur F possède des caractéristiques optimales pour dissiper des calories, notamment, en termes de viscosité. Le rotor 22 peut alors être mis en rotation et le fluide caloporteur F permet de collecter les calories induites par la rotation aussi bien dans le moteur électrique 2 que dans le dispositif de puissance 3. L’ordre de commande O1 peut ensuite être émis afin que l’aéronef puisse réaliser sa mission de vol.Thanks to the invention, the current temperature Tf of the heat transfer fluid F is gradually increased in order to reach the threshold temperature Ts. At such a threshold temperature Ts, the heat transfer fluid F has optimal characteristics for dissipating calories, particularly in terms of viscosity. The rotor 22 can then be rotated and the heat transfer fluid F makes it possible to collect the calories induced by the rotation both in the electric motor 2 and in the power device 3. The control order O1 can then be issued so that the aircraft can carry out its flight mission.
De manière avantageuse, si la température courante Tf du fluide caloporteur T est supérieure ou égale à la température seuil Ts préalablement au démarrage du moteur électrique 2, aucun ordre de chauffage O2 n’est émis par le dispositif de commande 5 et le moteur électrique 2 peut être démarré directement.Advantageously, if the current temperature Tf of the heat transfer fluid T is greater than or equal to the threshold temperature Ts prior to starting the electric motor 2, no heating order O2 is issued by the control device 5 and the electric motor 2 can be started directly.
Grâce à l’invention, un moteur électrique 2 peut être démarré de manière sécurisée et fiable sans ajout d’équipement rapporté qui augmente la masse et l’encombrement dans l’aéronef. Le dispositif de commande 5 permet avantageusement de fournir un ordre de chauffage O2 qui permet au moteur électrique 2 de se comporter comme un chauffage électrique sans engendrer de couple.Thanks to the invention, an electric motor 2 can be started in a secure and reliable manner without adding additional equipment which increases the mass and bulk in the aircraft. The control device 5 advantageously makes it possible to provide an O2 heating order which allows the electric motor 2 to behave like an electric heater without generating torque.

Claims (9)

  1. Ensemble (1) d’un moteur électrique (2) pour la propulsion d’un aéronef, et d’un dispositif de commande (5) du moteur électrique (2),
    • Le moteur électrique (2) comportant un stator (21) et un rotor (22) monté mobile par rapport au stator (21), le moteur électrique (2) comportant au moins un circuit de refroidissement (CR) configuré pour être alimenté par un fluide caloporteur (F) configuré pour prélever des calories au moins au stator (21) du moteur électrique (2),
    • Le dispositif de commande (5) étant configuré pour émettre un ordre de commande (O1) configuré pour générer un courant de commande (I1) dans le stator (21) du moteur électrique (2) afin de contrôler la rotation du rotor (22),
    • c aractérisé par le fait que le dispositif de commande (5) est configuré pour
    • Mesurer la température courante (Tf) du fluide caloporteur (F),
    • Si la température courante (Tf) du fluide caloporteur (F) est inférieure à une température seuil (Ts) prédéterminée comprise entre 5° et 15°C, émettre un ordre de chauffage (O2) configuré pour générer un courant de chauffage (I2) dans le stator (21) du moteur électrique (2) afin de chauffer le fluide caloporteur (F), le courant de chauffage (I2) comportant une composante directe (I2d) non-nulle et une composante quadratique (I2q) sensiblement nulle de manière à limiter la rotation du rotor (22) lors du chauffage
    • Si la température courante (Tf) du fluide caloporteur (F) est supérieure ou égale à la température seuil (Ts) prédéterminée, émettre (E3) un ordre de commande (O1) configuré pour générer un courant de commande (I1) dans le stator (21) du moteur électrique (2) afin de contrôler la rotation du rotor (22).
    Assembly (1) of an electric motor (2) for propulsion of an aircraft, and of a control device (5) of the electric motor (2),
    • The electric motor (2) comprising a stator (21) and a rotor (22) mounted movably relative to the stator (21), the electric motor (2) comprising at least one cooling circuit (CR) configured to be powered by a heat transfer fluid (F) configured to draw calories at least from the stator (21) of the electric motor (2),
    • The control device (5) being configured to issue a control command (O1) configured to generate a control current (I1) in the stator (21) of the electric motor (2) in order to control the rotation of the rotor (22) ,
    • c characterized by the fact that the control device (5) is configured to
    • Measure the current temperature (Tf) of the heat transfer fluid (F),
    • If the current temperature (Tf) of the heat transfer fluid (F) is lower than a predetermined threshold temperature (Ts) between 5° and 15°C, issue a heating order (O2) configured to generate a heating current (I2) in the stator (21) of the electric motor (2) in order to heat the heat transfer fluid (F), the heating current (I2) comprising a non-zero direct component (I2d) and a quadratic component (I2q) substantially zero so to limit the rotation of the rotor (22) during heating
    • If the current temperature (Tf) of the heat transfer fluid (F) is greater than or equal to the predetermined threshold temperature (Ts), issue (E3) a control order (O1) configured to generate a control current (I1) in the stator (21) of the electric motor (2) in order to control the rotation of the rotor (22).
  2. Ensemble (1) selon la revendication 1, dans lequel le stator (21) s’étend au moins partiellement dans le canal de refroidissement (23).Assembly (1) according to claim 1, in which the stator (21) extends at least partially into the cooling channel (23).
  3. Ensemble (1) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel le fluide caloporteur (F) est de l’huile ou de l’eau glycolée.Assembly (1) according to one of claims 1 to 2, in which the heat transfer fluid (F) is oil or brine.
  4. Ensemble (1) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant au moins un dispositif de puissance (3) configuré pour alimenter au moins le stator (21) avec le courant de commande (I1) à partir d’une source de puissance électrique (30) en fonction de l’ordre de commande (O1), le fluide caloporteur (F) étant configuré pour prélever des calories dans le dispositif de puissance (3).Assembly (1) according to one of claims 1 to 3, comprising at least one power device (3) configured to supply at least the stator (21) with the control current (I1) from a power source electrical (30) as a function of the control order (O1), the heat transfer fluid (F) being configured to draw calories from the power device (3).
  5. Ensemble (1) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant au moins un capteur de température (9) configuré pour mesurer une température courante (Tf) du fluide caloporteur (F), le dispositif de commande (5) étant configuré pour émettre un ordre de chauffage (O2) qui est fonction de la température courante (Tf).Assembly (1) according to one of claims 1 to 4, comprising at least one temperature sensor (9) configured to measure a current temperature (Tf) of the heat transfer fluid (F), the control device (5) being configured to issue a heating order (O2) which is a function of the current temperature (Tf).
  6. Aéronef comprenant un ensemble (1) selon l’une des revendications 1 à 5.Aircraft comprising an assembly (1) according to one of claims 1 to 5.
  7. Procédé de contrôle d’un ensemble (1) selon l’une des revendications 1 à 5, le canal de refroidissement (23) du moteur électrique (2) étant alimenté par le fluide caloporteur (F), le fluide caloporteur (F) ayant une température courante (Tf), le rotor (22) étant à l’arrêt, le procédé comportant des étapes consistant à :
    • Mesurer (E1) la température courante (Tf) du fluide caloporteur (F),
    • Si la température courante (Tf) du fluide caloporteur (F) est inférieure à une température seuil (Ts) prédéterminée comprise entre 5° et 15°C, émettre (E2) un ordre de chauffage (O2) pour générer un courant de chauffage (I2) dans le stator (21) du moteur électrique (2) afin de chauffer le fluide caloporteur (F), le courant de chauffage (I2) comportant une composante directe (I2d) non-nulle et une composante quadratique (I2q) sensiblement nulle de manière à limiter la rotation du rotor (22) lors du chauffage,
    • Si la température courante (Tf) du fluide caloporteur (F) est supérieure ou égale à la température seuil (Ts) prédéterminée, émettre (E3) un ordre de commande (O1) configuré pour générer un courant de commande (I1) dans le stator (21) du moteur électrique (2) afin de contrôler la rotation du rotor (22).
    Method for controlling an assembly (1) according to one of claims 1 to 5, the cooling channel (23) of the electric motor (2) being supplied by the heat transfer fluid (F), the heat transfer fluid (F) having a current temperature (Tf), the rotor (22) being stopped, the method comprising steps consisting of:
    • Measure (E1) the current temperature (Tf) of the heat transfer fluid (F),
    • If the current temperature (Tf) of the heat transfer fluid (F) is lower than a predetermined threshold temperature (Ts) between 5° and 15°C, issue (E2) a heating order (O2) to generate a heating current ( I2) in the stator (21) of the electric motor (2) in order to heat the heat transfer fluid (F), the heating current (I2) comprising a non-zero direct component (I2d) and a substantially zero quadratic component (I2q) so as to limit the rotation of the rotor (22) during heating,
    • If the current temperature (Tf) of the heat transfer fluid (F) is greater than or equal to the predetermined threshold temperature (Ts), issue (E3) a control order (O1) configured to generate a control current (I1) in the stator (21) of the electric motor (2) in order to control the rotation of the rotor (22).
  8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la température seuil (Ts) est de l’ordre de 10°C.Method according to claim 7, in which the threshold temperature (Ts) is of the order of 10°C.
  9. Procédé selon l’une des revendications 7 à 8, dans lequel l’ordre de chauffage (O2) est déterminé pour augmenter la température courante (Tf) du fluide caloporteur (F) d’au moins 1°C/seconde.
    Method according to one of claims 7 to 8, in which the heating order (O2) is determined to increase the current temperature (Tf) of the heat transfer fluid (F) by at least 1°C/second.
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