Résumé - Ixarm

Application des supraconducteurs dans l’étude de nouvelles structures d’inducteur
 Noms et coordonnées des porteurs de projet
Doctorant : MALÉ Gaël
Co-directeur : LUBIN Thierry
Directeur de thèse : LÉVÊQUE Jean
Laboratoire : GREEN – UHP, Faculté des Sciences et Technologies - BP 70239
54506 Vandoeuvre lès Nancy CEDEX
Financement : Bourse de la Délégation Générale de l’Armement
 Sujet de la recherche
Dans un moteur conventionnel, l’amplitude de l’induction dans l’entrefer est de l’ordre de 0,8 Tesla. Or,
les matériaux supraconducteurs permettent d’atteindre des niveaux d’induction magnétique que nous ne
pourrions envisager avec les matériaux classiques et ainsi obtenir une augmentation de la puissance et du
couple massique.
Un moteur électrique fonctionne sur le principe de l’interaction de deux champs magnétiques. On a
alors la possibilité d’augmenter le couple d’une machine, soit en agissant sur le champ tangentiel H
t
(produit par l’induit) soit en augmentant l’induction normale B
n
(produite par l’inducteur) ou bien les deux.
La structure proposée sur la Figure 1 représente un inducteur supraconducteur. Il est susceptible de
créer un champ radial plus important que dans les machines de technologie classique. Cet inducteur
comprend :
- Deux solénoïdes alimentés par des courants opposés qui créent une induction magnétique importante,
- Des pastilles supraconductrices qui, par leur propriété d’écrantage du champ magnétique, modulent les
lignes de champ afin de créer une induction d’entrefer alternative comme dans une machine à
inducteur conventionnel (à aimants ou bobiné).
Cette structure permet d’atteindre des inductions
d’entrefer d’environ 2T et par conséquent
d’augmenter le couple dans les mêmes
proportions.
Des travaux menés au sein du Laboratoire
GREEN-UHP à Nancy ont montré la faisabilité
d’un tel inducteur et un moteur synchrone
utilisant la même structure d’inducteur a été
construit et testé avec succès.
Cependant, un des verrous technologiques à
lever est la possibilité de réaliser des écrans
supraconducteurs de grande taille pour un
inducteur de moteur de forte puissance.
 Résumé des travaux et principaux résultats obtenus
- Dimensionnement et calculs basés sur un modèle simplifié. La topologie 3D de la structure considérée
exige un modèle de calcul tridimensionnel. Une simplification 2D a été envisagée et un modèle simplifié a
été établi afin de prédéterminer les variations de l’induction dans l’entrefer. La comparaison des résultats
de ce modèle avec ceux issus d’un calcul 3D par éléments finis valide le modèle avec l’avantage d’avoir
des temps de calculs réduits.
- Étude d’écran supraconducteur massif de grande taille. Deux types d’écran existent, soit des dépôts
en couches minces soit des matériaux massifs. Or les tailles maximales d’écran supraconducteur massif
sont inférieures à 10x10 cm² pour l’YBCO. Ceci est insuffisant pour la topologie de machine étudiée. La
juxtaposition de plusieurs pastilles pour constituer un damier « multicouches » permet d’atteindre des
tailles d’écrans importantes.
 Perspectives envisagées
Les tests menés dans l’azote liquide (77K) doivent être complétés par des essais à températures moins
élevées. En effet, les matériaux supraconducteurs présentent de meilleures propriétés lorsque la température
de fonctionnement diminue. L’utilisation d’un « cryocooler » permettrait de réaliser de tels essais.
Le calcul 3D de l’inducteur en tenant compte de la loi de comportement réelle des matériaux
supraconducteurs est un objectif à atteindre. Une formulation utilisant le champ magnétique comme
variable d’état devrait permettre de faire ce calcul.
Pastilles HTc
Solénoïdes
Supraconducteurs
Champ
Magnétique
Courant (+I)
Courant (
-
I)
Figure
1
. Représentation de l’inducteur