Brevet FR3149735A1 — publié le 20241213

Machine électrique à flux axial dont le disque rotor 50 porte des plots magnétiques 40, chacun constitué d’aimants élémentaires 10 assemblés par collage en piles 20,21,22,23,24,25 positionnées dans une structure 30, caractérisé en ce que les plans médians des piles 20 à 25 sont sécants selon une ligne 42, parallèle à l’axe de rotation du disque rotor 50, située en dehors de celui-ci et qu’ainsi, les aimants, les plus éloignées de l’axe de rotation du disque, aux extrémités des piles forment une arche. Figure pour l’abrégé: Fig.6 Disque rotor de machine électrique à flux magnétique axial pour vitesse de rotation élevée. DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne un moteur ou une génératrice électrique dite à flux magnétique axial du type comportant un rotor discoïde à plusieurs plots d’aimants permanents encadré par deux stators plats de forme annulaire à plusieurs bobines réparties radialement de manière régulière et dont l’axe de chacune d’elles est orienté parallèlement à celui du rotor. Plus précisément, l’invention concerne un disque rotor capable d’atteindre une vitesse de rotation très élevée. ETAT DE LA TECHNIQUE Le disque d’une machine électrique à flux magnétique axial a un diamètre bien plus élevé que le rotor d’une machine classique à flux magnétique radial. Faire monter la vitesse de rotation d’une machine à flux axial à une valeur comparable de celle d’un rotor d’une machine à flux radial, c’est être confronté à une difficulté sérieuse de tenue mécanique et risque d’éclatement en raison de la force de centrifugation qui s’exerce sur les pôles d’aimant. Dans la publication FR3064422, le rotor est composé d’une structure annulaire centrale d’où partent radialement des branches entre lesquelles sont logés des blocs d’aimants fortement segmentés. Ces blocs d’aimants sont cerclés d’une frette dont le rôle est de s’opposer aux forces de centrifugation. Dans la publication FR3107999, le rotor a également une structure annulaire centrale d’où partent radialement des branches. La structure annulaire centrale et les branches forment un bloc et de préférence en matériau composite chargé de fibres de verre. Les branches et les blocs d’aimants ont des bords en dents de scie de forme conjuguée. Ainsi, la surface de collage est augmentée et contribue avec la frette, d’épaisseur réduite, à la résistance aux forces de centrifugation. PRESENTATION DE L’INVENTION Pouvoir attendre une vitesse de rotation très élevée, au-delà de 15000, voire 20000 tr/min n’est possible que si l’on sait contrer les forces de centrifugation auxquels les blocs d’aimants sont soumis. Augmenter la vitesse de rotation, c’est aussi la manière élégante d’augmenter la puissance délivrée par la machine. L’augmentation du couple, seconde possibilité, est moins avantageuse car signifie augmentation de la masse d’aimant, de densité de courant dans les bobinages , donc de coût. Par ailleurs, Une machine électrique, qu’elle soit à flux magnétique axial ou radial, pour qu’elle puisse atteindre les vitesses très élevées, possède un rotor particulier combinant flux magnétique apporté par des aimants et induction. On a ainsi un moteur électrique qui a, en son rotor, deux manières de jouer avec le flux magnétique statorique: l’induction et les aimants permanents. L'avantage est de pouvoir passer de l'un à l'autre selon le contexte de roulage, et donc d'exploiter les avantages de ces deux manières de faire tourner le rotor. Pour les petites vitesses le calculateur va privilégier les aimants permanents et à haute vitesse l’induction. De manière avantageuse, le besoin en aimant est réduit et atténue la problématique de la centrifugation. L’invention propose un rotor équipé de blocs d’aimants constitués d’aimants élémentaires identiques préassemblés en piles par collage, les isolant électriquement les uns des autres. Plusieurs piles, ayant un nombre d’aimants différent, sont assemblées dans une carcasse support en matériau isolant, pour former un bloc élémentaire. Les interstices sont, entre les piles d’une part et avec la structure d’autre part, comblés de résine. Les prolongements des plans médians des piles ont une intersection linéaire commune parallèle à l’axe du rotor située en dehors du disque. Les aimants, de chaque pile, les plus éloignés de l’axe de rotation du disque forment une arche, comparable à un barrage hydraulique, propice à supporter la force de centrifugation de l’ensemble des aimants constituant un bloc. Chaque bloc est ensuite inséré dans la structure discoïde à laquelle il est collé. L’arche prend appui sur la structure discoïde et la sollicite à la fois en compression et en traction. La structure du disque est en matériau conducteur, à faible densité pour limiter l’inertie totale, de résistance mécanique suffisante, par exemple en aluminium. La structure entoure les blocs aimants, permet une circulation des courants apportant l’effet induction. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION Ces caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : est la représentation des piles d’aimants élémentaires. est la représentation de la structure d’accueil des piles d’aimants. est une vue d’un plot d’aimants constitué de la structure avec les piles d’aimants insérées. est une vue d’un plot d’aimants constitué de la structure avec les piles d’aimants insérées après l’opération de résinage. est une vue de face de la structure du disque rotor. est une vue de face d’une portion du disque rotor assemblé. est la vue d’un plot d’aimant et de la ligne de convergence, réduite à un point, des plans médians, réduits à des lignes, des piles d’aimants élémentaires est une vue d’un plot monté dans la structure du disque et ses sollicitations en compression et en traction lors de la rotation. est une vue partielle du disque et la représentation de la boucle de courant induit. Le rotor de la machine électrique est un disque comportant des plots d’aimants élémentaires 10. Dans une première phase, selon la représentation de la , ils sont assemblés par collage en piles 20,21,22,23,24 et 25. Ensuite ces piles 20 à 25 sont mises en place dans une structure 30 représentée de face seule sur la . elle comporte un pourtour 31, des surépaisseurs locales 32 d’appui des piles sur le pourtour 31 et des ergots 33,34,35,36,37 et 38 de positionnement et d’orientation des piles les unes par rapport aux autres. La montre les piles 20 à 25 dans la structure 30. La montre le plot magnétique 40 après l’opération de fixation par collage des piles 20 à 25 dans la structure 30, par remplissage de tous les interstices entre les piles et avec le pourtour 31. La est une vue de face du disque rotor 50 nu. Il est composé d’une structure discoïde 51 conductrice d’électricité en matériau peu dense. Elle possède une ouverture centrale 52 de centrage sur un moyeu non représenté, de plusieurs trous 53 répartis régulièrement pour le passage des vis de fixation, d’ouvertures 54 d’accueil des plots d’aimants et de perçages 55 destinés à l’équilibrage par des remplissages partiels. la est une vue partielle de face du disque assemblé 60. Après la mise en place des plots magnétiques 40, est réalisée une opération de solidarisation avec la structure discoïde 51 par collage, par remplissage de résine 61 des interstices entre les plots magnétiques 40 et la structure discoïde 51. La montre, pour un plot magnétiques 40 en place dans la structure discoïde 51, les plans d’orientation 41 des piles d’aimant et la ligne 42 de convergence de ces plans. Cette ligne 42 en dehors du disque est la conséquence de l’orientation particulière des piles d’aimants 20 à 25 de sorte que l’ensemble des aimants à l’extrémité extérieure forment une courbe à l’image d’une arche de barrage hydraulique très résistante aux forces de centrifugation d’intensité élevée à grande vitesse de rotation, due à la masse propre des aimants. la montre l’impact de la centrifugation et la réaction de résistance de la structure discoïde 51. Les forces de centrifugation 70 convergent vers l’axe de rotation du disque. La forme d’arche met les aimants en compression qui prennent appui sur la structure discoïde 51. la conséquence pour la structure discoïde 51 est la mise en contrainte de compression dans la zone 56 entre deux zones d’accueil de plots magnétiques, de traction dans le pontage périphérique 57 du disque au-delà de chaque plot et de traction dans la zone 58 radiale entre chaque plot jusqu’à la zone de compression 56. la montre le circuit de bouclage de courant induit 80 dans la structure discoïde 51 conductrice autour des plots magnétiques 40. Le circuit est la succession des zones 57,56a,58a,59,58b,56b. Suivant la position des zones 56a,56b,58a,58b dans le flux magnétique statorique axial, le courant circule du centre vers la périphérie du disque ou inversement. Le courant induit circulant dans les zones 56a,58a, est de sens opposé à celui dans les zones 56b,58b. Machine électrique à flux magnétique axial dont le disque rotor (50) porte des plots magnétiques (40), chacun constitué d’aimants élémentaires (10) assemblés par collage en piles (20,21,22,23,24,25) positionnées dans une structure (30), caractérisé en ce que les plans médians des piles (20 à 25) sont sécants selon une ligne (42), parallèle à l’axe de rotation du disque rotor (50), située en dehors de celui-ci et qu’ainsi, les aimants, les plus éloignées de l’axe de rotation du disque, aux extrémités des piles forment une arche. Machine électrique à flux magnétique axial selon la revendication 1 caractérisée en ce que les piles d’aimants (20 à 25) sont constituées d’aimants élémentaires identiques et assemblés par collage, les isolant électriquement les uns des autres. Machine électrique à flux magnétique axial selon les revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que les piles d’aimants (20 à 25) sont assemblées dans une structure (30) en matériau isolant, pour former un plot magnétique (40). Les interstices entre les piles d’aimants (20 à 25) d’une part et avec la structure (30) d’autre part sont comblés de résine (36). Machine électrique à flux magnétique axial selon la revendication précédente caractérisée en ce que chaque plot magnétique (40) est inséré dans la structure discoïde (51) à laquelle il est solidarisé par remplissage de résine (61) des interstices entre la périphérie du plot magnétique (40) et l’ouverture d’accueil (54). Machine électrique à flux magnétique axial selon la revendication précédente caractérisée en ce que chaque plot magnétique (40), soumis à la centrifugation prend appui sur la structure discoïde (51) et la sollicite à la fois en compression dans les zones (56) et en traction dans les zones (57,58). Machine électrique à flux magnétique axial selon les revendications 4 ou 5 caractérisée en ce que la structure discoïde (51) est en matériau conducteur, à faible densité pour limiter l’inertie totale, mais de résistance mécanique suffisante pour s’opposer aux contraintes de centrifugation provoquées par les plots magnétiques (40). Machine électrique à flux magnétique axial selon les revendications 5 et 6 caractérisée en ce que La structure discoïde (51) forme par la succession des zones (57,56a,58a,59,58b,56b) une boucle conductrice autour de chaque plots magnétiques (40), ce qui permet une circulation de courant (80) apportant un effet induction.