Brevet FR2556519A1 — publié le 19850614

Perfectionnement aux machines à aimants et notamment aux machines à aimants au rotor et procédé de fabrication de pièces de ces machines. La présente invention a trait à un perfectionnement aux machines à aimants et notamment aux machines à aimants au rotor, comme par ' exemple les génératrices électriques de hautes performances, ainsi qu'à un procédé de fabrication de pièces, rotors ou stators de ces machines. Le problème de la fixation des aimants sur les appareils ou machines électriques a été en général résolu par la mise en oeuvre de moyens mecaniques de fixation ou de blocage. De telles fixations exigent cependant dans tous les cas un accroissement de poids ou d'encombrement qui devient une véritable gêne dans le cas, par exemple, de rotors à aimants dans des machines très performantes. Une autre solution qui a été utilise, consiste a coller les aimants sur leurs supports par l'intermédiaire de colles qui ont été développées ces dernières années. Cependant, le collage ne peut pas résister à des températures moyennement élevées, par exemple de 200 C, que l'on peut rencontrer dans les machines tournantes. En outre, il ne se prête pas à une vérification soigneuse de la qualité de la liaison, par exemple par investigation aux rayons X. Grâce à la mise au point d'aimants de hautes performances, comme par exemple certains aimants mEtal- liques moulés ou surtout les aimants frittés du type terre rare-cobalt, on met actuellement au point des machines tournantes, et notamment des génératrices à aimants au rotor, très performantes, dans lesquelles les rotors sont entraînés à des vitesses de rotation très élevées, atteignant par exemple des vitesses périphériques. de 150 à 200 m/s, dans une ambiance de température élevée. Le collage des aimants est exclu dans de telles circonstances et l'on a donc recours aux moyens de fixation mécanique malgré la nature fragile de ces aimants.D'une façon générale, les aimants sont maintenus sur le rotor par une frette métallique périphérique qui, en raison des vitesses de rotation atteintes, doit présenter une épaisseur importante qui diminue d'autant l'entrefer et limite. les performances de la machine. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et d'apporter des perfectionnements aux machines à aimants et notamment aux machines à aimants au rotor à grandes vitesses de rotation utilisant des aimants modernes, notamment du type à terre rare. L'invention a pour objet un perfectionnement aux machines à aimants et notamment aux machines à aimants au rotor, utilisant des aimants modernes de hautes performances, tels que notamment des aimants frittés terre rarecobalt, par exemple samarium-cobalt, caractérisé en ce que le ou les aimants sont brasés sur son ou leurs supports. Par brasage, on entend dans la présente invention l'opération consistant à relier une face de l'aimant à la face correspondante présentée par son support métallique à température de fusion nettement inférieure à celle dudit support. Il peut s'agir d'un brasage proprement dit par capillarité, d'un brasage par bain liquide, soudobrasage ou soudage par apport d'un tel matériau métallique. L'idée de fixer par brasage des aimants tels que les aimants terre rare-cobalt s'avère surprenante car l'opération de brasage entraîne une augmentation locale importante de température qui provoque un échauffement de l'aimant qui tend à le démagnétiser au moins partiellement et le plus souvent totalement et à provoquer des modifications et apparitions de contraintes réputées néfastes. Dans une variante, le brasage peut être remplacé par un soudage par faisceau électronique ou par laser. De façon surprenante, l'invention a permis de montrer que les aimants, ainsi fixés par brasage, peuvent être remagnétisés en place, si nécessaire, sans la moindre difficulté par simple application d'un champ magnétique convenable. Par ailleurs, on constatc que les aimants frittés brasés sur leurs supports restent fixés même pour les plus grands efforts, l'aimant se fracturant avant que le brasage ne cède. L'invention est particulièrement adaptée à la fabrication de rotors à aimants tangentiels, c'est-à-dire dont les faces périphériques des aimants forment les pôles inducteurs, sans présence de pièces polaires. Dans de tels rotors, par exemple pour génératrices de hautes performances à grande vitesse de rotation, il est ainsi possible de suprimer la frette cylindrique périphérique épaisse auparavant necessaire. Le cas échéant, on peut simplement maintenir un fourreau cylindrique extrêmement mince autour des aimants du rotor, de façon à éviter les projections de particules se détachant des aimants, ce fourreau n'intervenant que de façon négligeable dans la définition de l'entrefer. De préférence, les aimants brasés sont des aimants frittes à terres rares, par exemple terre rare-cobalt tel que samarium-cobalt Sm-Co 5 ou Sm-Co 17. La température dè brasage est en général supérieure à 300"C. Elle dépend des brasures utilisées mais dans chaque cas particulier, on choisira une brasure à température de fusion nettement supérieure à la température qui risque d'être atteinte dans la machine tournante. Les brasures utilisées sont des brasures du commerce qui doivent avoir un grand pouvoir mouillant. A titre d'exemple, on peut citer les brasures - CASTOLIN 1802, vendue par la société française CASTOLIN à CHATILLON sous BAGNEUX fondant vers 740"C et adhérant et coulant bien lorsque l'ai mant et son support atteignent la température de 620"C environ. - LASTEK 31 venduepar la société française LASTEK à EVRY. - LYON-ALEMAND T117 vendue par la société française COMPTOIR LyON-ALLEMAND LOUYOT et Cie à PARIS L'invention a également pour objet un Procédé de fabrication de pièces de machines à aimants, et notam ment de stators et surtout rotors1 caractérisé en ce que l'on fixe l'aimant tel que defini auparavant, notamment un aimant cobalt-lanthanide, sur son support par fusion métallique, notamment par brasage. En variante, l'aimant peut également être fixé par soudage électronique ou au laser. Si l'aimant a été désaimanté totalement ou par tiellement, on le réaimante après brasure conformément à une caractéristique avantageuse de l'invention. Il suffit pour cela de réaliser un. aimanteur tout à fait usuel dont les deux pièces polaires sont adaptées, par leur forme, aux formes des faces apparentes des aimants. D'une façon générale, des intensités magnétiques de 1,5 à 2 Tesla sont suffisantes. Selon une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, on peut, pour éviter la désaimantation de l'aimant, traiter la surface à fixer de l'aimant et de son support pour la rendre compatible avec une brasure à l'étain ou au plomb. dépôts Ces traitements peuvent consister en 1 étalliques On peut par exemple argenter ou cuivrer lesdites surfaces par des traitements électrolytiques. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif, et se réfb- rant au dessinannexé dans lequel - la figure 1 représente une vue en élévation d'un rotor à quatre aimants1 - la figure 2 représente une coupe A-A de la figure 1. Le rotor représenté sur le dessin présente, outre son axe 1 avec ses portées la, 16, un noyau d'acier doux 2 de forme cylindrique. Sur ce noyau sont fixés quatre aimants 3 en Sm-Co 5, dont les polarités apparaissent sur la figure 2. Les faces intérieures de ces aimants 3 sont cylindriques concaves et épousent la forme- cylindrique du noyau 2 qui forme leur support. Après. nettoyage, dégraissage, lavage et séchage, les aimants 3 et le noyau 2 sont chauffés à 600 "C environ . La brasure, CASTOLIN 1802 est appliquée aux deuxpièces.On laisse ensuite l'ensemble se refroidir lentement. Le rotor ainsi constitué est ensuite réaimanté par un aimanteur dont les deux pièces polaires épousent les formes extérieures cylindriques de deux aimants 3 consécutifs. L'aimantation se fait pendant une fraction de seconde avec une intensité de 1,8 Tesla. Le rotor représenté, dont le diamètre de noyau 2 est-de 28 mm, est ensuite entouré d'un fourreau cylindrique amagnétique de 0,5 mm d'épaisseur. Bien entendu, les faces intérieures des aimants peuvent avoir d'autres formes, par exemple planes auquel cas le noyau présente des méplats correspondants. REVENDICATIONS 1. Perfectionnement aux machines à aimants, et notamment aux machines à aimants au rotor, utilisant des aimants modernes de haute performance, tels que des aimants frittés terre rare-cobalt, caractérisé en ce que le ou les aimants sont fixés sur son rouleur support par brasage ou soudure à faisceau électronique ou laser. 2. Perfectionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de brasage est supérieure à 300 C. 3. Perfectionnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on utilise une soudure fondant vers 740"C, du type CASTOLIN 1802. 4. Procédé de fabrication de pièces de machines à aimants, et notamment de stators et rotors, caractérisé en ce que l'on fixe un aimant moderne de haute performance, tel que notamment un aimant fritté terre rare-cobalt, sur son support par brasage ou fusion métallique équivalente, tel que soudage électronique ou laser. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on réaimante l'aimant fixé sur son support. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'on traite la surface fixée de l'aimant pour la rendre compatible avec une brasure à l'étain ou au plomb. 7. Procédé selon l'une des revendications. 4 et 5, caractérisé en ce que l'on argente ou cuivre la surface fixe de l'aimant et de son support.