Étude expérimentale des limites mécaniques d'un rotor haute vitesse à aimants permanents montés librement en surface

Abstract

L’électrification des transports fait graduellement son entrée dans le domaine de l’aéronautique. Pour des appareils aériens, la densité de puissance du système de propulsion est cruciale, car elle augmente directement l’autonomie de l’appareil ainsi que sa charge utile. Une approche pour augmenter la densité de puissance du système de propulsion serait de combiner une machine synchrone à aimants permanents haute vitesse à un boitier de réduction. La stratégie proposée est d’augmenter la densité de puissance du moteur grâce à l’augmentation de la vitesse tangentielle du rotor. Cependant, plusieurs facteurs limitent l’augmentation de cette vitesse, dont l’augmentation des contraintes au rotor qui est l’un des plus importants. Ce projet propose donc de développer un rotor haute vitesse, à aimants permanents montés librement en surface, adapté à une machine synchrone de densité de puissance élevée. Il s’agit d’une variante d’une configuration standard d’un rotor à aimants permanents qui offre plusieurs avantages concrets comme l’utilisation du plein potentiel d’une manche de retenue en carbone. Dans le but d’augmenter la vitesse tangentielle du rotor, les contraintes dans celui-ci sont définies et prédites afin d’éviter tous bris ou dysfonctionnement. Les contraintes admises au rotor au niveau des aimants et de la manche de retenue sont donc évaluées en prenant en considération les paramètres déjà présents dans la littérature, mais en ajoutant la segmentation circonférentielle des aimants, le jeu d’assemblage ainsi que leur hauteur. Des essais destructifs en rotation à des vitesses allant jusqu’à 118 000 rpm (correspondant à une vitesse tangentielle de 400 m/s) ont permis de déterminer les limites d’une manche de retenue en composite, mais aussi des aimants permanents sur lesquels des fissures ont été observées lors d’essais expérimentaux. Ces tests prouvent qu’il est mécaniquement possible d’opérer un rotor à aimants permanents à cette vitesse de rotation avec les technologies de pointe actuelles. La vitesse tangentielle atteinte de 400 m/s est 33% supérieure à celle des machines haute vitesse les plus rapides de la littérature.