Brevet FR3135363A1 — publié le 20231110

[Rotor à aimants permanents résistant à la dilatation thermique et procédé de fabrication associé] Ce rotor (2) comprend un moyeu d’assemblage (6) destiné à être fixé sur un arbre (4), une pluralité d’aimants permanents (8) supportés par le moyeu d’assemblage (6), et une frette de maintien (10) de la pluralité d’aimants permanents, la frette de maintien (10) comprenant des enroulements croisés de fibres de renfort disposés autour de la pluralité d’aimants permanents (8), le rotor comprenant en outre un manchon de retenue (12) comprenant un enroulement unidirectionnel d’une fibre de renfort disposé autour de la frette de maintien (10). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Rotor à aimants permanents résistant à la dilatation thermique et procédé de fabrication associé Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un rotor à aimants permanents et son procédé de fabrication. En particulier, la présente invention concerne un rotor à aimants permanents destiné à être mis en rotation à très haute vitesse. De manière générale, l’invention s’applique à tout rotor ou dispositif destiné à être soumis à une forte force centrifuge et à des dilatations thermiques. Etat de la technique antérieur Un rotor à aimants permanents comprend généralement un moyeu d’assemblage positionné autour d’un arbre et configuré pour accueillir des aimants permanents sur une surface externe dudit moyeu d’assemblage. Le moyeu d’assemblage est fixé autour de l’arbre, par exemple fretté sur l’arbre. Les aimants permanents sont par exemple maintenus au contact du moyeu d’assemblage par collage. Cependant, une rotation trop importante du rotor, et donc une force centrifuge trop élevée, ne permet pas de garantir la bonne tenue de la colle entre les aimants permanents et le moyeu d’assemblage. Pour remédier à cet inconvénient, le brevet US 11,081,919 B2 propose de positionner un manchon de retenue, autour du rotor, et plus particulièrement autour des aimants permanents pour empêcher leur décollement radial par rapport à l’axe longitudinal du rotor. Le manchon de retenue est réalisé en fibre de carbone et formé par un enroulement unidirectionnel autour du rotor. Un fourreau de cuivre peut également être intercalé entre le manchon et les aimants permanents. Dans les conditions d’utilisation, le rotor peut cependant être soumis à de fortes températures générant une dilatation thermique axiale de tous les matériaux du rotor excepté la fibre de carbone du manchon de retenue qui est quasi insensible à la dilatation thermique axiale. La différence de dilatation entre le moyeu d’assemblage, les aimants permanents et le fourreau de cuivre d’une part, et le manchon de retenue en fibre de carbone d’autre part peut affaiblir mécaniquement le manchon de retenue et aller jusqu’à délaminer l’enroulement de fibre de carbone, rendant le manchon de retenue moins performant pour empêcher le décollement radial des aimants. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités et de fournir un rotor résistant à de hautes vitesses de rotation et à la dilatation thermique axiale dudit rotor. La présente invention a pour objet un rotor comprenant un moyeu d’assemblage destiné à être fixé sur un arbre, une pluralité d’aimants permanents supportés par le moyeu d’assemblage, et une frette de maintien de la pluralité d’aimants permanents, la frette de maintien comprenant des enroulements croisés de fibres de renfort disposés autour de la pluralité d’aimants permanents, rotor comprenant un manchon de retenue comprenant un enroulement unidirectionnel d’une fibre de renfort disposé autour de la frette de maintien. On entend par enroulements croisés au moins deux enroulements de fibres de renfort enroulés autour du moyeu d’assemblage annulaire et de la pluralité d’aimants permanents, les deux enroulements formant un angle non nul entre eux, qui peut par exemple être supérieur à 20°. En particulier, les enroulements croisés s’apparentent à un tissage de deux enroulements de fibres qui s’entrelacent. Ainsi, la structure de la frette de maintien présente de meilleures performances mécaniques dans la direction axiale du rotor et permet donc de mieux résister à la délamination en comparaison d’un enroulement unidirectionnel notamment en cas de dilation thermique différentielle. Dans un mode de réalisation, la ou les fibres de renfort sont des fibres de carbone imprégnées de résine. Dans un mode de réalisation particulier, le moyeu d’assemblage est réalisé dans un matériau magnétique. Avantageusement, le rotor comprend des espaceurs de préférence amagnétiques, supportés par le moyeu d’assemblage et positionnés circonférentiellement entre les aimants permanents. Dans un mode de réalisation, le moyeu d’assemblage comprend des flasques de fermeture configurés pour maintenir axialement la pluralité d’aimants permanents, les flasques de fermeture étant fixés à une portion centrale du moyeu d’assemblage autour de laquelle sont disposées la pluralité d’aimants permanents ou venus de matière avec ladite portion centrale du moyeu d’assemblage. Dans un mode de réalisation particulier, le rotor comprend un fourreau métallique amagnétique positionné directement autour de la pluralité d’aimants permanents, la frette de maintien étant disposée radialement autour du fourreau métallique. Dans un autre mode de réalisation, le rotor comprend un fourreau métallique amagnétique interposé radialement entre le moyeu d’assemblage et la pluralité d’aimants permanents, le moyeu d’assemblage supportant la pluralité d’aimants permanents par l’intermédiaire du fourreau métallique amagnétique. Avantageusement, le fourreau métallique amagnétique comprend du cuivre. L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un rotor tel que défini précédemment, le procédé comprenant les étapes suivantes : - Fixation de la pluralité d’aimants permanents de sorte que le moyeu d’assemblage supporte lesdits aimants permanents ; - Mise en place de la frette de maintien autour de la pluralité d’aimants permanents par tissage ou par glissement de ladite frette de maintien pré-tissée ; - Mise en place du manchon de retenue autour de la frette de maintien par tissage ou par glissement dudit manchon de retenue pré-tissé. Dans un mode de mise en œuvre, la frette de maintien comprend des fibres de renfort et une matrice de résine, les fibres de renfort étant imprégnées dans un bain de résine préalablement à l’étape de mise en place de la frette de maintien autour de la pluralité d’aimants permanents. Brève description des figures D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : est une vue en coupe longitudinale schématique d’un rotor selon l’invention et dans un premier mode de réalisation ; est une vue en coupe selon l’axe II-II de la ; est une vue en coupe longitudinale schématique d’un rotor selon l’invention et dans un second mode de réalisation ; et est une représentation des différentes étapes du procédé de fabrication du rotor selon l’invention. Rotor (2) comprenant un moyeu d’assemblage (6) destiné à être fixé sur un arbre (4), une pluralité d’aimants permanents (8) supportés par le moyeu d’assemblage (6), et une frette de maintien (10) de la pluralité d’aimants permanents, caractérisé en ce que la frette de maintien (10) comprend des enroulements croisés de fibres de renfort disposés autour de la pluralité d’aimants permanents (8), le rotor comprenant en outre un manchon de retenue (12) comprenant un enroulement unidirectionnel d’une fibre de renfort disposé autour de la frette de maintien (10). Rotor selon la revendication 1, dans lequel la ou les fibres de renfort sont des fibres de carbone imprégnées de résine. Rotor selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel le moyeu d’assemblage (6) est réalisé dans un matériau magnétique. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des espaceurs de préférence amagnétiques (22), supportés par le moyeu d’assemblage (6) et positionnés circonférentiellement entre les aimants permanents (8). Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyeu d’assemblage (6) comprend des flasques de fermeture (16 ; 18) configurés pour maintenir axialement la pluralité d’aimants permanents (8), les flasques de fermeture (16 ; 18) étant fixés à une portion centrale (14) du moyeu d’assemblage (6) autour de laquelle sont disposées la pluralité d’aimants permanents (8) ou venus de matière avec ladite portion centrale (14) du moyeu d’assemblage (6). Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un fourreau métallique (20) amagnétique positionné directement autour de la pluralité d’aimants permanents (8), la frette de maintien (10) étant disposée radialement autour du fourreau métallique (20). Rotor selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un fourreau métallique (20) amagnétique interposé radialement entre le moyeu d’assemblage (6) et la pluralité d’aimants permanents (8), le moyeu d’assemblage (6) supportant la pluralité d’aimants permanents (8) par l’intermédiaire du fourreau métallique (20) amagnétique. Rotor selon l’une des revendications 6 et 7, dans lequel le fourreau métallique (20) amagnétique comprend du cuivre. Procédé de fabrication d’un rotor (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend : - une étape de fixation (32) de la pluralité d’aimants permanents de sorte que le moyeu d’assemblage (6) supporte lesdits aimants permanents (8) ; - une étape de mise en place (36) de la frette de maintien (10) autour de la pluralité d’aimants permanents (8) par tissage ou par glissement de ladite frette de maintien (10) pré-tissée ; et - une étape de mise en place (38) du manchon de retenue (12) autour de la frette de maintien (10) par tissage ou par glissement dudit manchon de retenue (12) pré-tissé.