Brevet FR3162950A1 — publié le 20251205

Assemblage rotorique possédant, un arbre suivant un axe de rotation, une embase s’étendant en saillie radiale de l’arbre, un anneau s’étendant en saillie radiale depuis l’embase et possédant deux faces principales dont au moins l’une comprend des emplacements recevant des aimants permanents, l’embase s’étendant en saillie axiale par rapport à l’anneau, caractérisé en ce que l’anneau est disposé à l’intérieur d’un enroulement d’au moins un élément de renforcement, allongé et souple, pour maintenir en place lesdits aimants permanents dans les emplacements ; et procédé dans lequel l’élément de renforcement comprend des fibres et les fibres sont enroulées autour de l’assemblage rotorique avec une orientation ayant un angle proche de 0° avec le premier axe de rotation, permettant ainsi de recouvrir les deux faces principales et le pourtour externe. FIGURE DE L’ABREGE: Fig. 3 Assemblage rotorique de machine à flux axial protégé par un enroulement filamentaire et procédé de fabrication d’un tel assemblage. La présente invention concerne la fabrication d’éléments de machines électriques et plus particulièrement la fixation et/ou la protection des aimants dans les machines électriques à flux axial. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION On connait des machines électriques à flux radial comprenant un stator tubulaire dans lequel est monté pour tourner un rotor cylindrique ayant une surface extérieure sur laquelle sont ménagés des emplacements recevant des aimants permanents. Les forces d’attraction magnétique résultant du flux magnétique radial produit par les aimants permanents et la force centrifuge s’exerçant sur les aimants permanents du fait de la rotation du rotor tendent à arracher les aimants permanents et sollicitent fortement la fixation des aimants permanents au rotor. Or, un aimant permanent ou d’un morceau d’aimant permanent arraché pourrait se coincer dans l’entrefer entre le rotor et le stator et bloquer la rotation du rotor. Pour renforcer la fixation des aimants permanents au rotor, il est connu de disposer une frette autour du rotor pour coiffer les aimants permanents et s’opposer ainsi à un arrachement de tout ou partie des aimants permanents. Il existe également des machines électriques à flux axial comprenant un stator faisant face à un rotor discoïdal ayant une face principale sur laquelle sont ménagés des emplacements recevant des aimants permanents. Les forces d’attraction magnétique résultant du flux magnétique axial produit par les aimants permanents tendent à arracher les aimants permanents et sollicitent fortement la fixation des aimants permanents au rotor avec les mêmes risques que pour les machines à flux radial. Pour renforcer la fixation des aimants permanents au rotor, il a été envisagé de fixer au rotor une plaque mince recouvrant les aimants permanents. Il en résulte cependant des contraintes pour ce qui concerne la fixation de la plaque et la rigidité de celle-ci. Par ailleurs, on connaît un procédé de fabrication par enroulement filamentaire utilisé par exemple pour de pièces creuses, plus particulièrement de grandes dimensions. Ces pièces creuses sont obtenues en enroulant des nappes de fils composites préimprégnés de résine sur une forme support qui constitue un mandrin. Le positionnement des nappes de fils dans un sens ou dans l'autre permet de conférer à la pièce creuse ainsi réalisée des propriétés de grande résistance mécanique dans les différentes directions et ceci moyennant une épaisseur de paroi très réduite. OBJET DE L’INVENTION L’invention a notamment pour but d’améliorer la fixation et/ou la protection des aimants permanents à un rotor. A cet effet, on prévoit, selon l’invention un assemblage rotorique possédant : un arbre suivant un axe de rotation ; une embase s’étendant en saillie radiale de l’arbre ; un anneau s’étendant en saillie radiale depuis l’embase et possédant deux faces principales dont au moins l’une comprend des emplacements recevant des aimants permanents, l’embase s’étendant en saillie axiale par rapport à l’anneau ; l’anneau étant disposé à l’intérieur d’un enroulement d’au moins un élément de renforcement , allongé et souple, pour maintenir en place lesdits aimants permanents dans les emplacements. Ainsi, l’enroulement permet un maintien en position résistant des aimants permanents sans modifier la conception de l’assemblage rotorique par ailleurs. Selon des caractéristiques optionnelles, utilisées individuellement ou tout ou partie en combinaison : l’élément de renforcement s’étend de manière tangentielle à l’embase, sur chacune des faces principales de l’anneau ; l’anneau présente une rugosité de surface agencée pour s’opposer à un glissement latéral de l’élément allongé ; l’élément de renforcement comprend au moins une bande de fibres composites ; la machine électrique à flux axial possède un tel assemblage rotorique. On prévoit également, selon l’invention un procédé de fixation des aimants permanents à l’anneau d’un assemblage rotorique, par enroulement d’un élément de renforcement allongé et souple autour de l’anneau, comprenant les étapes de : - disposer les aimants permanents dans les logements ménagés sur l’une des faces principales de l’anneau ; - entrainer en rotation l’assemblage rotorique autour d’un premier axe de rotation ; - dévider l’élément de renforcement d’un applicateur mobile effectuant une révolution autour de l’assemblage rotorique autour d’un deuxième axe de rotation, le deuxième axe de rotation étant coplanaire et formant un angle avec le premier axe de rotation, ledit angle étant choisi pour former un motif d’enroulement prédéterminé de l’élément allongé autour de l’anneau. Encore, selon des caractéristiques optionnelles, utilisées individuellement ou tout ou partie en combinaison : l’élément allongé est positionné autour de l’assemblage rotorique en effectuant un nombre de tours permettant au motif formé sur l’assemblage rotorique d’avoir une structure régulière et homogène ; le nombre de motifs effectués lors d’un enroulement est supérieur à un, et ou chacun de ces motifs est positionné sur l’assemblage rotorique avec un décalage angulaire ; l’élément de renforcement comprend des fibres et les fibres sont enroulées autour de l’assemblage rotorique avec une orientation ayant un angle proche de 0° avec le premier axe de rotation, permettant ainsi de recouvrir les deux faces principales et le pourtour externe de l’anneau. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier et non limitatif de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : FIG. 1 est une vue globale d’un assemblage rotorique ; FIG. 2 est une vue schématique d’un enroulement polaire autour d’un rotor discoïdal selon le procédé décrit dans l’invention ; [Fig. 3a] est une illustration montrant le début de l’opération d’enroulement filamentaire, selon le procédé de l’invention ; [Fig. 3b] est une illustration montrant une première phase intermédiaire de l’opération d’enroulement filamentaire, selon le procédé de l’invention ; [Fig. 3c] est une illustration montrant une deuxième phase intermédiaire de l’opération d’enroulement filamentaire, selon le procédé de l’invention ; [Fig. 3d] est une illustration montrant la fin de l’opération d’enroulement filamentaire, selon le procédé de l’invention ; FIG. 4 est une illustration de l’angle α formé entre le sens de la bande et l’axe de rotation du rotor, formé lors de l’enroulement sur le pourtour externe, DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION En référence à la FIG. 1 , il est visible un assemblage rotorique 1 que nous nommerons rotor 1, possédant un arbre 2 suivant le sens de l’axe de rotation du rotor 1, à partir de cet arbre 2 s’étend en saillie radiale une embase 3 circulaire, et de cette embase 3 s’étend également en saillie radiale un anneau ou disque 4. L’embase 3 et le disque 4 sont centrés sur l’axe de rotation du rotor. Le disque 4 possède deux faces principale 4.1, planes, et l’embase 3 s’étend en saillie axiale de chacune des deux faces principales 4.1. Le disque 4 possède également une surface périphérique reliant les deux faces principales 4.1 et formant un pourtour externe 4.2 du disque 4. Les faces principales 4.1 du disque 4 définissent des emplacements recevant chacun un aimant permanent 5 ici en forme de secteur angulaire. Les aimants ont un vecteur d’aimantation (entre pôle sud et pôle nord) s’étendant parallèlement à l’axe de rotation. Un tel rotor est par exemple celui d’une machine électrique synchrone à aimants permanents dans laquelle ledit rotor se trouve entre deux stators coaxiaux au rotor et les aimants permanents 5 engendrent un flux axial, entre le rotor et les stators, qui produit un effort d’attraction axiale. Les aimants permanents 5 sont maintenus en place sur le disque 4 par au moins un enroulement 6 d’un élément de renforcement allongé souple. Cet élément de renforcement allongé souple est dans notre cas, une bande 7 de fibres. L’enroulement 6 est agencé de sorte à recouvrir au moins partiellement les deux faces 4.1 et le pourtour externe 4.2 du disque 4. L’enroulement 6 a pour fonction de bloquer axialement les aimants permanents 5, afin d’éviter que lesdits aimants permanents 5 ou une partie desdits aimants permanents 5 se détachent lors de l’utilisation du rotor. Cet enroulement 6 est apte à maintenir les aimants permanents 5 soumis à des efforts axiaux lié à l’attraction magnétique et à des efforts radiaux engendrés par la rotation du rotor, tout en limitant significativement l’épaisseur du disque 4 du rotor 1. L’enroulement 6 est ici agencé autour du rotor 1 de telle manière que certains tronçons de la bande 7 enroulée autour du rotor 1 peuvent avoir un angle proche de 0° avec l’axe de rotation du rotor 1, permettant ainsi de recouvrir les deux faces principales 4.1 du disque 4 en plus du pourtour externe 4.2. L’angle entre la bande 7 et l’axe de rotation du rotor 1 est désigné α sur la FIG. 4 . La bande 7 recouvre la totalité du disque 4 et est répartie de manière régulière autour du disque 4. Les tronçons de la bande 7 s’étendant sur chaque face principale 4.1 du disque 4 sont tangents à l’embase 3. On notera que la bande 7 est suffisamment souple pour épouser les angles de la géométrie du disque 4, notamment au niveau des arêtes entre les faces principales 4.1 et le pourtour externe 4.2. Il est prévu dans le rotor 1 un élément de correction du balourd, c’est-à-dire un élément lié au rotor permettant d’améliorer l’équilibrage du rotor 1 en rotation. Par exemple, dans le cas où la répartition de la bande 7 ne serait pas parfaitement homogène, il nécessaire d’effectuer un rééquilibrage du rotor 1 en corrigeant le balourd. Pour cela, on peut prévoir de fixer sur l’embase 3 des masses d’équilibrage, par vissage ou soudage, ou de procéder localement à un enlèvement de matière par exemple. Il est en outre important que la bande 7 enroulée autour du disque 4 ne perturbe pas le fonctionnement de la machine électrique et plus particulièrement le cheminement du flux magnétique émis par les aimants permanents : la bande 7 ne doit pas constituer un écran magnétique bloquant ou altérant le flux magnétique. On évitera donc par exemple d’utiliser dans la bande 7 des fibres conductrices de flux magnétique qui pourrait détourner le flux magnétique. L’épaisseur de la bande 7 ou l’épaisseur cumulée aux endroits où se superposent des tronçons de bande 7 doivent être inférieurs à l’entrefer maximal entre rotor et stators dans la machine électrique. La masse de bande 7 enroulée autour du disque 4 doit également être compatible avec la vitesse de rotation prévue du rotor 1 et les efforts maximaux supportables par les paliers dans lesquels l’arbre 2 est monté. Le procédé de fabrication de l’assemblage rotorique va maintenant être décrit. On commence par fabriquer de manière connue en elle-même l’arbre 2, l’embase 3 et le disque 4 du rotor 1, par exemple par forgeage, moulage, usinage, et/ou assemblage. Des emplacements sont définis sur le disque 4 pour accueillir les aimants permanents 5 qui y sont fixés par exemple par collage. La fixation complète et définitive des aimants permanents est obtenue par une opération d’enroulement qui va être décrite en référence aux figures 2, 3a à 3d et 4. L’opération d’enroulement est ici réalisée selon une méthode d’enroulement dit polaire sur une machine d’enroulement comprenant un bâti 10, un support 11 monté sur le bâti 10 pour supporter et entrainer en rotation le rotor 1 autour d’un axe de révolution X1 coïncidant avec l’axe de rotation du rotor 1 et un applicateur de bande 12 monté sur le bâti 10 pour pivoter autour du support 11 selon un axe de révolution X2 situé dans le même plan que l’axe de révolution X1. Ainsi, en faisant pivoter le rotor 1 autour de l’axe de révolution X1 et l’applicateur de bande 12 autour de l’axe de révolution X2 de manière simultanément et régulière, la bande 7 est enroulée sur le disque 4 en formant des circuits (les tronçons rectilignes s’étendant sur la face principale 2.1 se croisent autour de l’embase 2 en formant sensiblement une lettre majuscule A – voir la [Fig. 3a] sur lequel on voit le premier circuit) jusqu’à former un motif homogène sur le disque 4 (sur la [Fig. 3b], on voit que les tronçons rectilignes s’étendant sur la face principale 2.1 se croisent autour de l’embase 2 en formant sensiblement six lettres majuscules A entremêlées les uns aux autres et régulièrement décalées angulairement les unes par rapport aux autres). On dit que le motif est homogène en ce sens qu’il est équilibré autour de l’axe de rotation du disque 4 et n’engendre donc pas de balourd en théorie. En répétant ce motif homogène tout en le décalant angulairement par rapport au précédent (voir la [Fig. 3c] représentant trois motif homogènes accolés), on peut recouvrir la totalité du disque 4 (voir la [Fig. 3d] représentant six motif homogènes accolés). On note que la réalisation d’un enroulement polaire nécessite deux degrés de rotations différents entre l’axe de rotation de la pièce à sur laquelle la bande 7 est enroulée et l’axe de révolution de l’applicateur 8. Ainsi, lors de l’enroulement polaire de la bande 7 autour du disque 4 du rotor 1, ledit rotor 1 est en rotation selon l’axe de révolution X1, l’applicateur de bande 12 est en révolution autour de l’axe de révolution X2. Ces deux axes de révolution X1 et X2 sont coplanaires et se croisent au centre du rotor 1. L’angle formé par les axes de révolution X1 et X2 est constant pendant l’enroulement et sa valeur a une influence sur le motif de l’enroulement 6 formé par la bande 7 autour du disque 4 du rotor 1. On note que l’agencement du motif est influencé par plusieurs facteurs comme par exemple, le diamètre du disque 4, le diamètre de l’embase 3, l’épaisseur du disque 4, ou encore l’épaisseur de la bande 7. L’épaisseur de la bande 7, l’angle α et le diamètre du disque 4 sont choisis de sorte à éviter un glissement de la bande 7 sur le disque 4 lors de l’opération d’enroulement notamment au niveau du pourtour externe 4.2. On comprend que, comme chaque tronçon rectiligne de bande 7 s’étendant sur les faces principales 4.1 du disque 4 tangente l’embase 3, il y a une superposition de tronçons bande 7 au voisinage de ladite embase 3 et donc une surépaisseur dont il convient de s’assurer qu’elle n’excède pas l’entrefer prévu entre rotor et stator. Eventuellement, on peut prévoir une embase de plus petit diamètre de telle manière que ladite surépaisseur se trouve en regard d’un dégagement ménagé dans une partie non active du stator. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications. En particulier, bien qu’ici l’embase 3 est de forme circulaire, il est possible qu’elle soit de forme différente, comme un polygone régulier par exemple, les tronçons rectilignes de bande 7 pourront être parallèles aux faces de ce polygone. Bien qu’ici l’anneau formant le disque 4 du rotor 1 est de forme circulaire, on envisage le cas où cette partie annulaire est d’une autre forme telle qu’un polygone régulier par exemple, l’enroulement de bande 7 autour de ce rotor serait alors possiblement moins soumis au glissement de la bande 7 sur le pourtour externe 4.2. Bien qu’ici les arêtes formées par la rencontre du pourtour externe avec les faces du disque soient saillantes, il est possible que ces arêtes soient remplacées par des congés, ou des chanfreins, voir même que le pourtour externe ne soit qu’une arrête. Bien qu’ici l’élément allongé choisi pour former l’enroulement 6 comprend une bande, il est possible que l’enroulement 6 soit réalisé à partir de fil(s), de fibre(s), ou même d’un film souple, d’épaisseur ou de largeur variable. Bien qu’ici la bande 7 enroulée autour du rotor 1 est un matériau composite comprenant des fibres continues et une résine faisant office de matrice, elle peut être composée de tout autre matériaux souples composites ou non. Bien qu’ici un décalage angulaire est prévu entre l’application de chaque circuit d’enroulement, il est possible qu’un décalage angulaire constant soit appliqué à l’enroulement de sorte à former un unique circuit plus dense en enroulement de bande 7, possiblement mieux équilibré. Les fibres comprises par la bande 7 peuvent être alignées, tressés, enroulées, ou tissées entre elles et liées par une résine, une matrice ou tout autre procédé de fabrication. Le pourtour externe 4.2 et/ou les faces principales 4.1 du disque 4 peuvent présenter une rugosité de surface agencée pour s’opposer à un glissement latéral de l’élément allongé 7 par rapport au disque 4. L’enroulement 6 peut comprendre un unique motif homogène. Même si celui-ci ne recouvre pas totalement les aimants permanents, il assure quand même un maintien en place des aimants permanents. L’invention est applicable à tout type de machine électrique ayant un rotor tournant portant des aimants engendrant un flux magnétique parallèlement à l’axe de rotation du rotor. L’angle α peut ne pas être voisin de zéro degré. Une pièce rapportée annulaire peut être positionnée autour du pourtour externe afin de maintenir les aimants lors de la fabrication du rotor, ou bien, en adaptant le processus de fabrication le positionnement de la bande 7 peut suffire à maintenir radialement les aimants en place. Bien que l’invention ait été décrite en application à une machine électrique synchrone à aimants permanents comprenant un rotor entre deux stators coaxiaux au rotor. L’invention est applicable à tout type de machine comprenant au moins un rotor pourvu d’aimants et au moins un stator. Assemblage rotorique (1) possédant : un arbre (2) suivant un axe de rotation (X1) ; une embase (3) s’étendant en saillie radiale de l’arbre ; un anneau (4) s’étendant en saillie radiale depuis l’embase (3) et possédant deux faces principales (4.1) dont au moins l’une comprend des emplacements recevant des aimants permanents (5), l’embase s’étendant en saillie axiale par rapport à l’anneau (4) ; caractérisé en ce que l’anneau (4) est disposé à l’intérieur d’un enroulement (6) d’au moins un élément de renforcement (7), allongé et souple, pour maintenir en place lesdits aimants permanents dans les emplacements. Assemblage rotorique (1) selon la revendication 1, dans lequel l’élément de renforcement (7) s’étend de manière tangentielle à l’embase (3), sur chacune des faces principales (4.1) de l’anneau (4). Assemblage rotorique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’anneau (4) présente une rugosité de surface agencée pour s’opposer à un glissement latéral de l’élément allongé (7). Assemblage rotorique (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément de renforcement (7) comprend au moins une bande de fibres composites. Machine électrique à flux axial possédant un assemblage rotorique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Procédé de fixation des aimants permanents (5) à l’anneau (4) d’un assemblage rotorique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, par enroulement d’un élément de renforcement (7) allongé et souple autour de l’anneau, comprenant les étapes de : - disposer les aimants permanents (5) dans les logements ménagés sur l’une des faces principales (4.1) de l’anneau (4) ; - entrainer en rotation l’assemblage rotorique autour d’un premier axe de rotation (X1) ; - dévider l’élément de renforcement (7) d’un applicateur (8) mobile effectuant une révolution autour de l’assemblage rotorique (1) autour d’un deuxième axe de rotation (X2), le deuxième axe de rotation (X2) étant coplanaire et formant un angle avec le premier axe de rotation (X1), ledit angle étant choisi pour former un motif d’enroulement prédéterminé de l’élément allongé (7) autour de l’anneau (4). Procédé selon la revendication 6, dans lequel l’élément allongé (7) est positionné autour de l’assemblage rotorique (1) en effectuant un nombre de tours permettant au motif formé sur l’assemblage rotorique (1) d’avoir une structure régulière et homogène. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le nombre de motifs effectués lors d’un enroulement est supérieur à un, et ou chacun de ces motifs est positionné sur l’assemblage rotorique (1) avec un décalage angulaire. Procédé selon l’une quelconques des revendications 6 à 8, dans lequel l’élément de renforcement (7) comprend des fibres et les fibres sont enroulées autour de l’assemblage rotorique (1) avec une orientation ayant un angle proche de 0° avec le premier axe de rotation (X1), permettant ainsi de recouvrir les deux faces principales (4.1) et le pourtour externe (4.2) de l’anneau (4).