FR3111244A1 - Pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires enrobé dans une couche de composite - Google Patents

Pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires enrobé dans une couche de composite Download PDF

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Abstract

Pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires enrobé dans une couche de composite La présente invention concerne un pôle d’aimant (10) formé de plusieurs aimants unitaires allongés, orientés magnétiquement longitudinalement et s’étendant parallèlement en étant solidarisés entre eux dans une tranche reliant une face avant et une face arrière du pôle d’aimant (10). Le pôle d’aimant (10) est entièrement encapsulé dans au moins une couche de composite (6) renforcée de fibres, ladite au moins une couche de composite (6) délimitant un contour extérieur du pôle d’aimant (10). Figure de l’abrégé : FIGURE 5

Description

Pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires enrobé dans une couche de composite
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires, ce pôle d’aimant étant enrobé dans une couche de composite. Ce ou ces pôles d’aimant sont avantageusement destinés à être logés dans une machine électromagnétique à flux axial.
La présente invention trouve une application avantageuse mais non limitative pour un moteur électromagnétique délivrant une forte puissance avec une vitesse de rotation du rotor élevée, ce qui est obtenu par des caractéristiques spécifiques du rotor et des aimants qu’il loge.
Un tel moteur peut être utilisé, par exemple, comme moteur électromagnétique en étant capable de tourner à hautes vitesses.
Art antérieur
Dans des applications à haute vitesse, il est nécessaire d’avoir une très bonne tenue mécanique de la partie tournante de la machine électromagnétique, c’est-à-dire le rotor, afin d’améliorer sa fiabilité.
Pour une machine électromagnétique à flux axial, le rotor comporte un corps sous forme d’un support discoïdal pour des aimants, le rotor présentant deux faces circulaires reliées par une épaisseur, le disque étant fréquemment délimité entre une couronne externe formée par une frette et une périphérie interne délimitant un évidement pour un arbre de rotation.
Les aimants sont chacun maintenus dans le support discoïdal par des moyens de maintien, un intervalle étant laissé entre les aimants.
Pour les applications à haute vitesse, la conception du rotor dans un moteur à flux axial est délicate car les forces dues aux effets centrifuges entraînent des contraintes mécaniques assez importantes dans le rotor.
Par ailleurs, les pertes par courant de Foucault deviennent prépondérantes à la fois dans les aimants et également dans la partie rotorique lorsque celle-ci est réalisée avec des matériaux conducteurs de l’électricité.
Pour un rotor qui doit tourner à des vitesses de rotation élevées, le principal désavantage d’un moteur à forte vitesse de rotation réside dans la probabilité élevée de détachement de l’aimant ou des aimants du rotor ainsi que de casse au moins partielle du rotor. Le rotor d’un tel moteur doit donc être apte à supporter des vitesses de rotation élevées.
Une solution peut être de réaliser des maillages d’aimants unitaires allongés dans des structures fibreuses et résinées, de manière à réduire les courants de Foucault et d’utiliser un corps en matériau composite pour le rotor qui ne conduise pas l’électricité, idéalement un rotor en fibre de verre, avec une frette placée à la périphérie du rotor de manière à maintenir les forces dues aux effets centrifuges.
Le document FR-A-3 064 420 décrit un pôle d’aimant en trois dimensions constitué d’une pluralité d’aimants unitaires. Le pôle d’aimant intègre au moins un maillage présentant des mailles délimitant chacune un logement pour un aimant unitaire respectif, chaque logement présentant des dimensions internes justes suffisantes pour permettre une introduction d’un aimant unitaire en son intérieur tout en laissant un espace entre le logement et l’aimant unitaire rempli par une résine renforcée de fibres, les mailles étant en matériau isolant renforcé de fibres.
Il est aussi possible de coller les aimants unitaires entre eux directement sans interposition d’un maillage comme le montre le document FR-A-3 064 419, ceci notamment par collage des aimants entre eux.
De ces deux documents, il résulte que les aimants unitaires doivent être conformés pour occuper le plus de place possible à l’intérieur du pôle d’aimant en ne laissant que l’espace nécessaire à la colle ou au maillage pour assurer le maintien des aimants unitaires dans le pôle d’aimant.
En effet, le couple que doit fournir une machine électromagnétique est proportionnel à la surface d’aimants en interaction avec les champs magnétiques produits par le ou les stators de la machine. Une diminution de la surface d’aimants entraîne donc une diminution du couple et donc de la puissance de la machine.
Il s’ensuit que ces deux demandes de brevet proposent un pôle d’aimant constitué de plusieurs aimants unitaires sous forme de plots solidarisés entre eux par collage et/ou maillage. Il est nécessaire d’utiliser des peaux de recouvrement permettant à la fois de rigidifier le rotor sur lequel sont fixés ces pôles d’aimant et d’éviter, pour chaque pôle d’aimant, le décollement des aimants unitaires les uns par rapport aux autres. Les peaux de recouvrement sont avantageusement en composite et collées sur le rotor.
Néanmoins, toujours lors de hautes vitesses de rotation et sous de fortes températures, par exemple supérieures à 120°C, il est difficile d’obtenir des colles qui tiennent à la fois des résistances mécaniques élevées à hautes températures tout en assurant une certaine souplesse de la colle entre les peaux de recouvrement du rotor et la structure du rotor, par exemple les branches du rotor, le moyeu du rotor et les divers pôles d’aimant que le rotor porte entre les branches.
Ainsi, lors de fortes vitesses de rotation, il peut y avoir des décollements de peaux de recouvrement dus à la perte en performance de la colle utilisée pour coller les peaux de recouvrement sur le rotor, d’où un maintien diminué des pôles d’aimant avec leurs aimants unitaires dans le rotor et une résistance mécanique affaiblie du rotor.
Le document FR-A-3 014 255 décrit un rotor discoïde comprenant une pluralité de pôles d'aimants disposés sur la partie périphérique du rotor autour d'un élément d'arbre ou moyeu.
Ces pôles d'aimants sont intégrés à un support ou cage en matériau isolant et rigide afin d'assurer la tenue mécanique de l'ensemble.
Le support composite n'enrobe les pôles d'aimants que sur leur surface latérale et n'enrobe le moyeu qu'au niveau de la périphérie de ce moyeu.
Dans ce document, il est utilisé des pôles d’aimants qui ne sont pas assimilables à des aimants unitaires d’un pôle d’aimant. Le support composite doit présenter une forme à escalier pour retenir les pôles d’aimant, ce qui diminue la surface disponible pour les aimants.
De plus, les pôles d’aimant s’étendent longitudinalement sensiblement dans un plan parallèle aux faces du rotor et non dans l’épaisseur du rotor. Les pôles d’aimant peuvent présenter des longueurs différentes, ceci pour s’adapter à la configuration interne définie par le support composite.
Le problème à la base de l’invention est essentiellement de rigidifier un pôle d’aimant constitué de plusieurs aimants unitaires afin que ce pôle d’aimant forme une structure d’un seul tenant avec une résistance mécanique augmentée.
A cet effet la présente invention concerne un pôle d’aimant formé de plusieurs aimants unitaires allongés, orientés magnétiquement longitudinalement et s’étendant parallèlement en étant solidarisés entre eux dans une tranche reliant une face avant et une face arrière du pôle d’aimant, caractérisé en ce que le pôle d’aimant est entièrement encapsulé dans au moins une couche de composite renforcée de fibres, ladite au moins une couche de composite délimitant un contour extérieur du pôle d’aimant.
On obtient ainsi un pôle d’aimant enrobé présentant, d’une part, une solidarisation des aimants unitaires entre eux, comme le prévoyait l’état de la technique le plus proche et, d’autre part, une rigidification extérieure par au moins une couche de composite renforcée de fibres.
En particulier, si les documents FR-A-3 064 419 et FR-A-3 064 420 prévoyaient de solidariser les aimants unitaires entre eux dans un pôle d’aimant, ces documents ne décrivaient ni ne suggéraient qu’en plus de cette solidarisation le pôle d’aimant en trois dimensions soit enrobé extérieurement d’une couche de composite renforcée de fibres.
Cela concourt à renforcer la résistance mécanique d’un pôle aimant en combinant des deux modes de solidarisation à savoir une première solidarisation des aimants unitaires entre eux et une deuxième solidarisation de l’ensemble des aimants unitaires formant pôle d’aimant, ce qui permet à un tel pôle d’aimant de résister à des vitesses de rotation élevées.
On obtient ainsi un pôle d’aimant enrobé individuellement dans une couche de composite, ce qui diminue les pertes par courant de Foucault.
La solution proposée par la présente invention est de réaliser un recouvrement fibré total de chaque pôle d’aimant pris unitairement avec des directions permettant d’assurer des tenues mécaniques dans les trois directions de l’espace du pôle d’aimant.
Il est alors possible de fabriquer à la fois le pôle d’aimant et ses aimants unitaires en assurant un drapage de composite avec des fibres renforcées ayant des directions données préférentielles autour du pôle d’aimant.
L’enrobage extérieur de chaque pôle d’aimant permet aussi de lui conférer une dimension extérieure spécifiquement adaptée à son logement dans une cavité du rotor, d’où une facilité d’insertion mécanique de chaque pôle d’aimant dans le rotor lors de sa fabrication.
Avantageusement, les fibres de renforcement de ladite au moins une couche de composite sont des fibres de verre, de carbone, d’aramide ou d’une matière équivalente collées ou résinées par un matériau thermodurcissable ou thermoplastique.
Avantageusement, ladite au moins une couche de composite comprend des tissus multiaxiaux.
Avantageusement, les aimants unitaires sont solidarisés pour former un ensemble d’aimants par interposition au moins localement d’une colle ou d’une résine entre eux ou les aimants unitaires sont logés dans un maillage présentant des cavités correspondant aux sections des aimants unitaires en étant ou non collés dans le maillage. La colle ou la résine peut contenir des fibres ou non.
Un maillage présente l’avantage de permettre un maintien préalable des aimants unitaires dans le pôle d’aimant et de renforcer leur maintien final tout en présentant le désavantage de diminuer légèrement la surface d’aimants unitaires disponible le pôle d’aimant.
Un collage des aimants unitaires entre eux, possiblement moins résistant qu’un collage associé à un maillage, offre cependant une certaine liberté, étant donné que ce collage entre aimants unitaires ne peut être que partiel, ce qui présente des effets inattendus. Ceci peut être très avantageux pour des aimants unitaires poly-facettes longitudinales.
Dans ce cas, il n’est pas recherché à coller les aimants unitaires face contre face mais seulement localement sur les formes en retrait creusées dans chaque aimant unitaire et contenant alors de la colle, avantageusement sous forme de résine.
Ces zones de contact peuvent être ponctuelles, linéaires ou en arc de cercle selon le contour extérieur des aimants unitaires. C’est la colle contenue dans ces formes en retrait qui procure l’adhésion de deux aimants unitaires adjacents.
On obtient ainsi comme aimants unitaires des "cristaux" associés entre eux qui ne sont pas liés sur toute la surface de facettes ou de faces longitudinales. Au contraire, des couches de résine et de colle viennent se substituer par exemple à au moins une extrémité longitudinale afin de construire un réseau maillé aux extrémités des plots poly-facettes en tant qu’aimants unitaires avec des zones de contact entre aimants limitées.
Avantageusement, ladite au moins une couche de composite est formée par un enroulement autour de l’ensemble d’aimants de bandes intégrant les fibres de renforcement ou d’un tissu intégrant des fibres de renforcement.
Avantageusement, les bandes se chevauchent au moins partiellement en formant chacune une portion des faces avant et arrière et de la tranche du pôle d’aimant.
Avantageusement, les bandes forment au moins deux couches superposées, les bandes d’au moins une deuxième couche se croisant avec les bandes d’une première couche.
Ceci permet de renforcer le pôle d’aimant dans plusieurs directions simultanément. Les fibres de renforcement assurent le maintien du pôle d’aimant dans le sens radial, ortho-radial et axial.
Avantageusement, au moins une bande auxiliaire de fibres s’étend le long de la tranche du pôle d’aimant.
Avantageusement, le pôle d’aimant présente une forme extérieure avec des faces avant et arrière de section trapézoïdale, rectangulaire, triangulaire ou circulaire.
La forme extérieure du pôle d’aimant est principalement définie pour son insertion dans un rotor, fréquemment dans une cavité lui étant destinée.
Avantageusement, quand le pôle d’aimant présente une section avec deux côtés opposés parallèles, les bandes s’étendent perpendiculairement ou diagonalement aux deux côtés opposés parallèles.
Avantageusement, les aimants unitaires sont de forme ovoïde ou les sections des aimants unitaires sont de forme rectangulaire, carrée, triangulaire, circulaire, trapézoïdale ou polygonale.
En ce qui concerne un aimant ovoïde, en considérant un aimant unitaire en tant qu’élément élémentaire sous forme de plot, la forme idéale de ce plot est un ellipsoïde de révolution symétrique aussi appelé forme ovoïde, approximativement une sphère aplatie qui, de par sa topologie, est difficile à désaimanter car son champ magnétique relatif à l’aimantation est informe. Il n'y a en effet pas de champ tournant dans les coins des aimants unitaires.
L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’au moins un tel pôle d’aimant comprenant une étape de formation d’un ensemble d’aimants unitaires solidarisés directement ou indirectement les uns aux autres par collage ou application d’une résine et une étape d’encapsulation de l’ensemble d’aimants unitaires dans au moins une couche de composite renforcée de fibres délimitant un contour extérieur du pôle d’aimant.
Avantageusement, ladite au moins une couche de composite renforcée de fibres est formée au moins par un enroulement de bandes flexibles ou de tissus intégrant les fibres de renforcement autour de l’ensemble des aimants unitaires.
La présente invention concerne aussi un rotor pour une machine électromagnétique à flux axial, caractérisé en ce qu’il loge au moins un pôle d’aimant précédemment décrit, les aimants unitaires s’étendant axialement au rotor dans une épaisseur du rotor, le rotor étant sous la forme d’un disque avec la face avant dudit au moins un pôle d’aimant débouchant sur une face du disque et la face arrière dudit au moins un pôle d’aimant débouchant sur la face opposée du disque.
Du fait du recouvrement de chaque pôle d’aimant pris unitairement par une couche de composite renforcée de fibres, chaque pôle d’aimant est aisément adapté à la cavité prévue pour le loger dans le rotor. Les pôles d’aimant ainsi encapsulés ont été enrobés dans trois dimensions.
Les peaux de recouvrement recouvrant chaque face du rotor ne sont plus nécessaires, ce qui diminue, d’une part, le coût de fabrication du rotor en supprimant une étape de collage des peaux de recouvrement et, d’autre part, le coût matière par la suppression de ces peaux de recouvrement.
Les peaux de recouvrement effectuaient leur action de maintien sur tous les pôles d’aimant pris en groupe tandis que la couche de composite d’un pôle d’aimant effectue un maintien spécifique de son pôle d’aimant associé, ce qui procure un maintien amélioré car individuel de tous les pôles d’aimant dans le rotor.
Avantageusement, une périphérie du rotor est formée par une couche de composite d’enrobage renforcée ou non de fibres.
Dans ce cas, il peut être associé trois formes d’enrobage ou de collage. Un premier collage assure la solidarisation des aimants unitaires entre eux. Un deuxième enrobage concerne un pôle d’aimant pris comme une entité et un troisième enrobage, avantageusement avec fibres de renforcement, concerne le rotor portant le ou les pôles d’aimant.
Un tel rotor est donc solide mécaniquement et peut résister à des vitesses de rotation élevée tout en présentant une surface aimantée optimale.
Brève description des figures
D’autres 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 :
- la figure 1 est une représentation schématique d’une vue de face d’un rotor destiné à une machine électromagnétique à flux axial selon la présente invention, le rotor portant des pôles d’aimant constitués de plusieurs aimants unitaires, les pôles d’aimant étant encapsulés individuellement dans une couche de composite renforcée de fibres,
- la figure 2 montre un pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires en cours de fabrication et non encore encapsulé dans une couche de composite, conformément à un premier mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 3 montre un pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires en cours de fabrication et identique à celui montré à la figure 2, le pôle d’aimant étant en plus revêtu d’un liant mais non encore encapsulé dans une couche de composite, ceci lors d’une étape de formation d’un pôle d’aimant conformément à un premier mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 4 montre un pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires en cours de fabrication et identique à celui montré à la figure 2, une bande de fibres de renforcement étant appliquée sur le pôle d’aimant lors d’une étape de formation d’un pôle d’aimant conformément à un deuxième mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 5 montre un pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires identique à celui montré à la figure 2 mais complètement revêtu d’au moins une couche de composite, le pôle d’aimant ainsi fabriqué étant conforme au premier ou au deuxième mode de réalisation de la présente invention selon que le liant est préalablement appliqué sur l’ensemble d’aimants unitaires ou sur les bandes de fibres de renforcement,
- la figure 6 montre un pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires en cours de fabrication en étant revêtu de deux séries de bandes de composite croisées en diagonale, conformément à un troisième mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 7 montre un pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires, le pôle d’aimant étant complet en étant revêtu d'une couche de tissu de fibres de renforcement avec les fibres orientées à 0 et 90° conformément à un quatrième mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 8 montre un pôle d’aimant à plusieurs aimants unitaires en cours de fabrication, le pôle d’aimant recevant une bande auxiliaire de composite sur sa tranche conformément à un cinquième mode de réalisation de la présente invention.
Toutes les figures sont à prendre en combinaison et il peut être fait référence lors de la description d’une figure à des références se trouvant sur une des autres figures.
Un seul aimant unitaire d’un premier ou d’un deuxième groupe est référencé aux figures mais ce qui est énoncé pour cet aimant unitaire est valable pour tous les aimants unitaires du même groupe. Il en va de même pour un seul pôle d’aimant référencé à la figure 1 ou une seule bande de fibres de renforcement pour une séries de bandes.
Description détaillée de l'invention
En se référant à la figure 1, cette figure 1 montre un rotor 1 selon la présente invention. Le rotor 1 peut présenter des branches 3 intercalant entre deux banches adjacentes un pôle d’aimant 10 constitué de plusieurs aimants unitaires polygonaux mais de telles branches 3 ne sont pas obligatoires dans le cadre de la présente invention.
Un tel rotor 1 peut servir dans un moteur ou une génératrice électromagnétique, avantageusement à flux axial.
Le rotor 1, avantageusement sensiblement circulaire sous forme de couronne, présente un corps comportant un moyeu 2 interne concentrique à un axe central 7 de rotation du rotor 1 ou axe médian longitudinal du rotor 1. Les branches 3 s’étendent radialement dans le rotor 1 par rapport à l’axe central 7 de rotation à partir du moyeu 2 interne vers une frette 8 formant un pourtour externe circulaire du rotor 1.
Une telle frette 8 peut être insérée, de manière connue, autour du rotor 1 afin d’assurer le maintien aux forces centrifuges du rotor 1.
Le moyeu 2 et les branches 3 peuvent être d’un même tenant et former un corps de rotor 2, 3. Au moins un pôle d’aimant 10 comprenant une pluralité d’aimants unitaires de petite taille est logé dans chaque espace délimité entre deux branches 3 adjacentes, les aimants unitaires n’étant pas visibles à la figure 1 car revêtus par une couche de composite 6 faites de bandes 6a de fibres de renforcement mais ces aimants unitaires sont visibles par exemple aux figures 2, 4 et 8.
En se référant à toutes les figures, la présente invention concerne un pôle d’aimant 10 formé de plusieurs aimants unitaires 4 allongés, orientés magnétiquement longitudinalement et s’étendant parallèlement en étant solidarisés entre eux.
Cette solidarisation se fait dans une épaisseur du pôle d’aimant 10 c’est-à-dire à travers une tranche 10a présentée par le pôle d’aimant 10 et reliant une face avant et une face arrière du pôle d’aimant 10.
Les faces avant et arrière sont destinées à être portées par une face respective d’un rotor 1 sous forme de disque, les aimants unitaires 4 s’étendant en longueur dans l’épaisseur du rotor 1.
Un ou des gros aimants peuvent être ainsi décomposés en une pluralité de petits ou micro-aimants. Un aimant de dimensions importantes est sujet à des pertes par courants de Foucault plus importantes que son équivalent en petits ou micro-aimants. L’utilisation de petits aimants ou de micro-aimants permet donc de réduire ces pertes qui sont préjudiciables au fonctionnement du rotor 1.
Ceci était connu de l’état de la technique le plus proche.
Conformément à une caractéristique essentielle de la présente invention, le pôle d’aimant 10 est entièrement encapsulé dans au moins une couche de composite 6 renforcée de fibres.
La ou les couches de composite 6 délimitent ainsi un contour extérieur du pôle d’aimant 10.
Un pôle d’aimant 10 est constitué de multiples aimants unitaires 4, avantageusement sous forme de plots solidarisés entre eux par un liant. Sous charges axiales importantes ou lors de vitesses de rotation élevées, le liant solidarisant les aimants unitaires 4 peut ne pas suffire et le pôle d’aimant 10 peut se désagréger.
Il est donc nécessaire, pour atteindre des vitesses élevées, de s’assurer que chaque pôle d’aimant 10 logé dans un rotor 1 de moteur électromagnétique reste compact afin que, ni les aimants unitaires 4 ni le liant, ne soient éjectés hors du rotor 1.
La présente invention prévoit l’encapsulation individuel d’un pôle d’aimant 10 par une couche de composite 6 résistante mécaniquement et non conductrice de courant.
Ceci implique que cette couche de composite 6, dans un but de renfort mécanique et de liant d’un pôle d’aimant 10, doit rester en place sous des efforts qui provoqueraient la rupture du pôle d’aimant 10 sans un tel renfort.
Les fibres de renforcement de la ou des couches de composite 6 peuvent être des fibres de verre, de carbone, d’aramide ou d’une matière équivalente collées ou résinées par un matériau thermodurcissable ou thermoplastique.
Il est aussi possible que la ou les couches de composite 6 comprennent des tissus 6b multiaxiaux avec des fibres orientées selon différentes directions, donc une ou des couches de composite 6 à renfort textile.
Le terme tissu 6b est à prendre dans son sens large comme signifiant une bande élargie textile pouvant être tissée ou non tissée.
Dans chaque pôle d’aimant 10, selon une première configuration, les aimants unitaires 4 peuvent être solidarisés pour former un ensemble d’aimants par interposition au moins localement d’une colle ou d’une résine entre eux.
Dans une deuxième configuration, les aimants unitaires 4 sont logés dans un maillage présentant des cavités correspondant aux sections des aimants unitaires 4 en étant ou non collés dans le maillage.
La figure 2 montre un pôle d’aimant 10 en préparation avec un ensemble d’aimants unitaires 4 solidarisés entre eux, ce qui correspond à un pôle d’aimant 10 conforme à l’état de la technique mais aussi à un pôle d’aimant 10 non terminé selon la présente invention.
La figure 3 montre le même pôle d’aimant 10 en préparation un peu plus avancée avec un ensemble d’aimants unitaires 4 revêtu ou enduite d’au moins une couche de liant 9, par exemple deux couches de liant croisées.
Il n’est cependant pas nécessaire de passer lors de la fabrication d’un pôle d’aimant 10 par cette étape d’enduction, le liant 9 pouvant être appliqué directement sur une bande 6a, 6d ou un tissu 6b de fibres de renforcement formant la ou les couches de composite 6 renforcé de fibres, comme il sera vu aux figures 4 et 6.
Ainsi, à la figure 4 une bande 6a de fibres de renforcement est directement collée sur l’ensemble des aimants unitaires 4 sans enduction préalable de l’ensemble des aimants unitaires 4, la bande 6a portant le liant sur sa face tournée vers l’ensemble des aimants unitaires 4.
La figure 5 montre un pôle d’aimant 10 terminé selon les modes de réalisation des figures 3 ou 4 avec des bandes 6a de fibres s’étendant sensiblement perpendiculairement à deux côtés opposés parallèles du pôle d’aimant 10, ce qui n’est pas obligatoire.
La figure 6 montre un pôle d’aimant 10 non terminé comprenant au moins deux couches de composite 6 réalisées par l’entrecroisement d’une première série de bandes 6a avec une deuxième série de bandes 6d s’étendant selon un angle différent a de la première série.
A cette figure, les deux séries de bandes 6a et 6d ne sont pas croisées à angle droit mais vers les 45°, ce qui n’est pas obligatoire, un autre angle de croisement pouvant être utilisé.
La figure 7 montre un pôle d’aimant 10 terminé en étant encapsulé dans une couche de tissu 6b de fibres renforcées ou lit de fibres renforcées avec deux orientations différentes des fibres dont une orientation de base à 0° et une orientation à 90° par rapport à l’orientation de base, ce qui n’est pas obligatoire un autre angle de croisement des fibres ou fils dans le tissu 6b pouvant être sélectionné.
Il s’ensuit que les bandes 6a, 6d de fibres de renforcement de la figure 6 peuvent directement être remplacées par un tissu 6b de la figure 7 qui, de la même façon, peut être collé par-dessus l’ensemble des aimants unitaires 4 lors de la fabrication du pôle d’aimant 10.
Ainsi, la ou les couches de composite 6 renforcée de fibres peuvent être formées au moins par un enroulement de bandes 6a, 6d flexibles ou de tissus 6c intégrant les fibres de renforcement autour de l’ensemble des aimants unitaires 4.
La figure 8 montre un mode de réalisation devant être combiné avec d’autres modes de réalisation pour réaliser une encapsulation complète de l’ensemble d’aimants unitaires 4 pour réaliser un pôle d’aimant 10.
Dans ce mode de réalisation montré à la figure 8, au moins une bande auxiliaire 6c de fibres peut s’étendre le long de la tranche 10a du pôle d’aimant 10.
Les bords longitudinaux de la bande auxiliaire 6c de fibres peuvent être rabattues sur les faces avant et arrière du pôle d’aimant 10 afin de recouvrir les arrêtes du pôle d’aimant 10. Ceci est par exemple montré aux figures 5 et 6.
Pour tous les modes de réalisation, la ou les couches de tissu 6b ou lit de fibres de renforcement ou les bandes 6a, 6d de fibres de renforcement servent, en plus d’encapsuler le pôle d’aimant 10 individuellement en un tout, à maintenir les aimants unitaires 4 entre eux, en plus de leur solidarisation préalable lors de la formation d’un ensemble d’aimants unitaires 4.
Les fibres peuvent être placées selon différentes orientations, enroulées sans discontinuité, où placées manuellement morceaux par morceaux.
Les fibres peuvent être pré-enduites, fixées sur le pôle d’aimant 10, par exemple lors de la cuisson de la résine.
Les fibres peuvent être collées, de préférence avec la même colle ou une colle compatible avec la colle solidarisant les aimants unitaires 4. Ceci peut se faire directement dans un moule lors du processus de fabrication du pôle d’aimant 10.
Les fibres peuvent faire le tour du pôle d’aimant 10, dans plusieurs directions et les différentes couches ou séries de bandes 6a, 6d de fibres peuvent se croiser pour créer un tissage multiaxial.
La ou les couches de composite 6 peuvent être formées par un enroulement autour de l’ensemble d’aimants de bandes 6a, 6d intégrant les fibres de renforcement ou d’un tissu 6b intégrant des fibres de renforcement.
Les bandes 6a, 6d de fibres de renforcement peuvent se chevaucher au moins partiellement en formant chacune une portion des faces avant et arrière et de la tranche 10a du pôle d’aimant 10.
Par exemple, les bandes 6a, 6d de fibres de renforcement peuvent former au moins deux couches superposées, les bandes 6d d’au moins une deuxième couche se croisant avec les bandes 6a d’une première couche.
Ceci peut par exemple être vu à la figure 6 à laquelle les bandes 6d de la seconde couche font un angle a avec les bandes 6a de la première couche.
Le pôle d’aimant 10 peut présenter une forme extérieure avec des faces avant et arrière de section trapézoïdale, rectangulaire, triangulaire ou circulaire. Ceci dépend essentiellement de son utilisation, par exemple pour son adaptation dans une cavité spécifique pratiquée dans un rotor 1 pour le ou chaque pôle d’aimant 10.
Quand le pôle d’aimant 10 présente une section avec deux côtés opposés parallèles, les bandes 6a, 6d peuvent s’étendre perpendiculairement ou diagonalement aux deux côtés opposés parallèles. Ceci est montré notamment à la figure 6.
Les aimants unitaires 4 peuvent être de forme ovoïde ou les sections des aimants unitaires 4 peuvent être de forme rectangulaire, carrée, triangulaire, circulaire, trapézoïdale ou polygonale, avantageusement hexagonale.
L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’au moins un tel pôle d’aimant 10 tel que décrit précédemment.
Le procédé selon l’invention comprend une étape de formation d’un ensemble d’aimants unitaires 4 solidarisés directement ou indirectement les uns aux autres par collage ou application d’une résine.
L’application de la résine peut se faire par imprégnation, coulée, injection ou autre.
Cette étape de formation d’un ensemble d’aimants unitaires 4 est suivie d’une étape d’encapsulation de l’ensemble d’aimants unitaires 4 dans au moins une couche de composite 6 renforcée de fibres délimitant un contour extérieur du pôle d’aimant 10.
En se référant plus particulièrement à la figure 1, la présente invention concerne aussi un rotor 1 pour une machine électromagnétique à flux axial, le rotor 1 logeant au moins un pôle d’aimant 10 précédemment décrit, les aimants unitaires 4 s’étendant axialement au rotor 1 dans une épaisseur du rotor 1.
Le rotor 1 est sous la forme d’un disque avec la face avant dudit au moins un pôle d’aimant 10 débouchant sur une face du disque et la face arrière dudit au moins un pôle d’aimant 10 débouchant sur la face opposée du disque.
A la figure 1, il est décrit un rotor 1 à branches 3 et cerclé d’une frette 8 mais ces caractéristiques sont seulement optionnelles. Ceci vaut aussi pour la forme du moyeu 2.
De manière avantageuse mais non limitative, une périphérie du rotor 1 peut être formée par une couche de composite d’enrobage renforcée ou non de fibres.
Le rotor 1 peut faire partie d’une machine électromagnétique à flux axial, associé à un ou plusieurs stators. Il peut y avoir aussi plusieurs rotors 1 dans la machine électromagnétique.
L’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n’ont été donnés qu’à titre d’exemples.

Claims (15)

  1. Pôle d’aimant (10) formé de plusieurs aimants unitaires (4) allongés, orientés magnétiquement longitudinalement et s’étendant parallèlement en étant solidarisés entre eux dans une tranche (10a) reliant une face avant et une face arrière du pôle d’aimant (10), caractérisé en ce que le pôle d’aimant (10) est entièrement encapsulé dans au moins une couche de composite (6) renforcée de fibres, ladite au moins une couche de composite (6) délimitant un contour extérieur du pôle d’aimant (10).
  2. Pôle d’aimant (10) selon la revendication précédente, dans lequel les fibres de renforcement de ladite au moins une couche de composite (6) sont des fibres de verre, de carbone, d’aramide ou d’une matière équivalente collées ou résinées par un matériau thermodurcissable ou thermoplastique.
  3. Pôle d’aimant (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une couche de composite (6) comprend des tissus (6b) multiaxiaux.
  4. Pôle d’aimant (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les aimants unitaires (4) sont solidarisés pour former un ensemble d’aimants par interposition au moins localement d’une colle ou d’une résine entre eux ou les aimants unitaires (4) sont logés dans un maillage présentant des cavités correspondant aux sections des aimants unitaires (4) en étant ou non collés dans le maillage.
  5. Pôle d’aimant (10) selon la revendication précédente, dans lequel ladite au moins une couche de composite (6) est formée par un enroulement autour de l’ensemble d’aimants de bandes (6a, 6d) intégrant les fibres de renforcement ou d’un tissu (6b) intégrant des fibres de renforcement.
  6. Pôle d’aimant (10) selon la revendication précédente, dans lequel les bandes (6a, 6d) se chevauchent au moins partiellement en formant chacune une portion des faces avant et arrière et de la tranche (10a) du pôle d’aimant (10).
  7. Pôle d’aimant (10) selon la revendication précédente, dans lequel les bandes (6a, 6d) forment au moins deux couches superposées, les bandes (6d) d’au moins une deuxième couche se croisant avec les bandes (6a) d’une première couche.
  8. Pôle d’aimant (10) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel au moins une bande auxiliaire (6c) de fibres s’étend le long de la tranche (10a) du pôle d’aimant (10).
  9. Pôle d’aimant (10) selon l’une quelconque des quatre revendications précédentes, lequel présente une forme extérieure avec des faces avant et arrière de section trapézoïdale, rectangulaire, triangulaire ou circulaire.
  10. Pôle d’aimant (10) selon la revendication précédente, dans lequel, quand le pôle d’aimant (10) présente une section avec deux côtés opposés parallèles, les bandes (6a, 6d) s’étendent perpendiculairement ou diagonalement aux deux côtés opposés parallèles.
  11. Pôle d’aimant (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les aimants unitaires (4) sont de forme ovoïde ou les sections des aimants unitaires (4) sont de forme rectangulaire, carrée, triangulaire, circulaire, trapézoïdale ou polygonale.
  12. Procédé de fabrication d’au moins un pôle d’aimant (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant une étape de formation d’un ensemble d’aimants unitaires (4) solidarisés directement ou indirectement les uns aux autres par collage ou application d’une résine et une étape d’encapsulation de l’ensemble d’aimants unitaires (4) dans au moins une couche de composite (6) renforcée de fibres délimitant un contour extérieur du pôle d’aimant (10).
  13. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ladite au moins une couche de composite (6) renforcée de fibres est formée au moins par un enroulement de bandes (6a, 6d) flexibles ou de tissus (6c) intégrant les fibres de renforcement autour de l’ensemble des aimants unitaires (4).
  14. Rotor (1) pour une machine électromagnétique à flux axial, caractérisé en ce qu’il loge au moins un pôle d’aimant (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, les aimants unitaires (4) s’étendant axialement au rotor (1) dans une épaisseur du rotor (1), le rotor (1) étant sous la forme d’un disque avec la face avant dudit au moins un pôle d’aimant (10) débouchant sur une face du disque et la face arrière dudit au moins un pôle d’aimant (10) débouchant sur la face opposée du disque.
  15. Rotor (1) selon la revendication précédente, dans lequel une périphérie du rotor (1) est formée par une couche de composite d’enrobage renforcée ou non de fibres.
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