FR3104804A1 - Pastille supraconductrice comprenant une cavité et machine électrique associée - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne une pastille supraconductrice (7) pour une machine électrique supraconductrice (1), ladite pastille supraconductrice (7) présentant une paroi circonférentielle (8), ladite paroi circonférentielle présentant :- une première bordure (9)- une deuxième bordure (10) opposée à la première bordure (9)- une face interne (11) reliant la première bordure (9) et la deuxième bordure (10)- une face externe (12) opposée à la face interne (11) et - une cavité (13) formée entre la première bordure (9), la deuxième bordure (10) et délimitée par la face interne (11). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Pastille supraconductrice comprenant une cavité et machine électrique associée
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine des machines électriques comprenant des pastilles supraconductrices, pouvant notamment être utilisées dans des aéronefs. En particulier, l’invention s’applique aux machines électriques comprenant des pastilles magnétisées ou non-magnétisées, aux machines électriques à aimants supraconducteurs ou à barrières de flux supraconductrices, aux machines entièrement supraconductrices (induit et inducteur supraconducteurs) ou partiellement supraconductrices (induit ou inducteur supraconducteur) ainsi qu’aux machines supraconductrices à flux radial, linéaire ou axial.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Une partie de l’ingénierie se préoccupe des futurs moyens de transport en cherchant à rendre les systèmes plus écologiques. Dans le domaine du transport aérien, différents projets et prototypes ont déjà vu le jour, comme SOLAR IMPULSE ou l’E-FAN d’Airbus. Les préoccupations environnementales, la réduction de la consommation de carburant et de bruit sont tant de critères qui encouragent l’utilisation de machines électriques. Pour pouvoir supplanter les technologies actuelles, les constructeurs aéronautiques travaillent sur l’augmentation de la puissance massique de ces machines électriques. Ainsi, une étude est conduite sur le gain qu’apporterait les matériaux supraconducteurs HTC (acronyme de haute température critique) pour les actionneurs embarqués.
Un matériau supraconducteur est un matériau qui, lorsqu’il est refroidi à une température inférieure à sa température critique, présente une résistivité nulle offrant ainsi la possibilité de faire circuler des courants continus sans pertes. De cela, plusieurs phénomènes en découlent comme la réponse diamagnétique pour toute variation du champ magnétique, permettant de réaliser d’excellent blindage magnétique.
De manière connue en soi, une machine électrique comprend un inducteur et un induit. L’inducteur comprend une bobine HTC réalisé avec des fils HTC qui génère un champ magnétique modulé par des pastilles supraconductrices, qui font office d’écrans magnétiques. L’induit, quant à lui, comprend un système de bobinage triphasé en cuivre qui repose sur un support ferromagnétique ou amagnétique. La rotation des écrans fait varier le champ magnétique et induit, par la loi de Lenz, une force électromotrice dans le bobinage. Le dimensionnement d’une telle machine conduit à une structure à flux axial sans système d’alimentation tournant (type bague/balais). La maintenance et les problèmes de sécurité, apportés par un système bague/balais tournant, sont donc évités.
Cette machine électrique est partiellement supraconductrice dans la mesure où seul l’inducteur est réalisé dans un matériau supraconducteur, par opposition à une machine totalement supraconductrice dont toutes les parties actives sont conçues avec des matériaux supraconducteurs.
Dans ce qui suit, on désignera par «inducteur» la bobine HTC et les pastilles supraconductrices configurées pour modifier le flux magnétique crée par la bobine HTC. On notera que, dans une machine électrique supraconductrice à barrières de flux, on utilise le comportement diamagnétique des pastilles supraconductrices quand elles sont refroidies hors champ. Les pastilles supraconductrices sont dans ce cas non-magnétisées et forment un écran (écrantage) qui dévie les lignes de champ, lorsqu’elles sont plongées dans un champ magnétique. Le champ magnétique est alors concentré et de forte amplitude entre les pastilles supraconductrices non-magnétisées et faible en aval de celles-ci. En variante, les pastilles supraconductrices peuvent être magnétisées et former des aimants supraconducteurs. On parle alors de machine à aimants supraconducteurs.
Généralement, les pastilles sont réalisées en YBCO (acronyme anglais de Yttrium Barium Copper Oxide pour Oxydes mixtes de Baryum, de Cuivre et d'Yttrium), en GdBCO (acronyme anglais de Gadolinium-Barium-Copper-Oxygen), et/ou en NbTi (pour niobium-titane) qui possèdent notamment de très bonnes caractéristiques d’écrantage.
Les pastilles sont généralement obtenues grâce au procédé de croissance de germe. On pourra notamment se référer à l’article de M. Morita, H. Teshima, et H. Hirano, «Development of oxide superconductors », Nippon Steel Technical Report, vol. 93, p. 18–23, 2006 pour plus de détails sur ce procédé. En particulier, ce type de procédé consiste à former un cristal par adjonction progressive de matière sur la surface d’un germe préexistant. Les pastilles ainsi obtenues sont donc généralement de formes circulaires ou rectangulaires. En variante, il a également été proposé de réaliser les pastilles par frittage. Cependant, la connexion inter-grain associée à ce procédé de fabrication a tendance à diminuer les performances des pastilles. Un autre procédé consiste à utiliser des rubans supraconducteurs (ou « tapes » en anglais) pour la fabrication des pastilles supraconductrices. On parle dans ce cas d’empilements de rubans (ou « stack of tapes » en anglais). Ces pastilles, dont le noyau supraconducteur est renforcé par la matrice des rubans les constituant, présentent une bonne tenue mécanique. Cette bonne tenue mécanique est particulièrement avantageuse lorsque les pastilles sont magnétisées (machine à aimants supraconducteurs).
Dans une machine électrique comprenant des pastilles supraconductrices, la distribution du flux magnétique dépend directement de la forme de l’écran qui s’oppose (machines à barrières de flux) ou guide (machine à aimants supraconducteurs) le passage du flux. Or, la Demanderesse s’est aperçue du fait que la forme circulaire des pastilles supraconductrices ne permettait pas de maximiser la densité de couple de la machine électrique ni son poids.
Un but de l’invention est d’optimiser une machine supraconductrice en fonction de son critère principal de dimensionnement, par exemple sa densité de couple, sa masse ou encore sa complexité de fabrication.
L’invention s’applique à tout type de machine supraconductrice, qui comprennent notamment les machines partiellement supraconductrices ou totalement supraconductrices, à barrières de flux ou à aimants supraconducteurs, à flux radial, linéaire ou axial.
Il est à cet effet proposé une pastille supraconductrice pour une machine électrique supraconductrice, ladite pastille supraconductrice présentantune paroi circonférentielle, ladite paroi circonférentielle présentant:
- une première bordure
- une deuxième bordure opposée à la première bordure
- une face interne reliant la première bordure et la deuxième bordure
- une face externe opposée à la face interne et
- une cavité formée entre la première bordure, la deuxième bordure et délimitée par la face interne.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de la pastille supraconductrice selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison:
- la pastille supraconductrice comprend en outre une première paroi supplémentaire recouvrant la première bordure ou affleurant ladite première bordure de sorte à recouvrir au moins partiellement la cavité.
- la pastille supraconductrice comprend en outre une deuxième paroi supplémentaire recouvrant la deuxième bordure ou affleurant ladite deuxième bordure de sorte à fermer au moins partiellement la cavité.
- la pastille supraconductrice comprend en outre une paroi supplémentaire s’étendant depuis la face interne à distance de la première bordure et de la deuxième bordure de sorte à diviser la cavité en deux parties.
- la paroi supplémentaire comprend un orifice traversant.
- la cavité est traversante de la première bordure à la deuxième bordure.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose un procédé de fabrication d’une pastille supraconductrice selon le premier aspect, ledit procédé comprenant une étape de réalisation de la paroi circonférentielle en ménageant la cavité entre la première bordure, la deuxième bordure et la face interne.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du procédé de fabrication selon le deuxième aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison:
- le procédé comprend les sous-étapes suivantes: S1: réaliser la paroi circonférentielle; S2: réaliser au moins une paroi supplémentaire; S3: assembler l’au moins une paroi circonférentielle avec l’au moins une paroi supplémentaire.
- l’étape S3 comprend les sous-étapes suivantes: S31: fixer l’au moins une paroi supplémentaire contre la face interne de la paroi circonférentielle, à distance de la première bordure et de la deuxième bordure de sorte à diviser la cavité en deux parties ou S32: fixer la paroi supplémentaire sur la première bordure de sorte à recouvrir au moins partiellement la cavité ou S34: fixer la paroi supplémentaire contre la face interne de sorte à affleurer la première bordure de sorte à recouvrir au moins partiellement la cavité.
- les étapes S32 ou S33 sont réitérées de sorte à fixer également une paroi supplémentaire sur la deuxième bordure ou contre la face interne de sorte à affleurer la deuxième bordure afin de fermer au moins partiellement la cavité.
- l’étape S2 comprend en outre une sous-étape de réalisation d’un orifice traversant dans la paroi supplémentaire.
Selon un troisième aspect, l’invention propose une machine électrique supraconductrice comprenant un inducteur comprenant au moins une pastille supraconductrice selon le premier aspect et un induit.
Selon un quatrième aspect, l’invention propose un aéronef comprenant une machine électrique selon le troisième aspect.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une vue explosée et schématique d’un exemple de machine électrique à flux axial selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 2a) est un modèle électromagnétique tridimensionnel à éléments finis d’une pastille supraconductrice conforme à l’art antérieur immergée dans un champ magnétique à amplitude fixe, où des lignes de flux magnétique ont été représentées.
La figure 2b) représente le modèle électromagnétique tridimensionnel à éléments finis de la pastille supraconductrice de la figure 2a), où des isolignes de flux magnétique ont été représentées.
La figure 3a) est un modèle électromagnétique tridimensionnel à éléments finis d’une pastille supraconductrice conforme à premier mode de réalisation immergée dans un champ magnétique à amplitude fixe, où des lignes de flux magnétique ont été représentées.
La figure 3b) représente le modèle électromagnétique tridimensionnel à éléments finis de la pastille supraconductrice de la figure 3a), où des isolignes de flux magnétique ont été représentées.
La figure 4 illustre la variation de la composante axiale du champ magnétique induit (Bz(T)) en fonction de la position angulaire (rad) du rotor de la machine électrique de la figure 1, ladite variation étant calculée via un modèle électromagnétique tridimensionnel à éléments finis d’une machine électrique, lorsque la machine électrique comprend les pastilles supraconductrices illustrées en figures 2a) et 2b) (Plein) ou en figures 3a) et 3b) (Creux).
Les figures 5a) et 5b) illustrent deux éléments formant la pastille supraconductrice conforme à un deuxième mode de réalisation de l’invention et représentée en figure 5c).
La figure 6 est une vue en coupe d’un troisième mode de réalisation d’une pastille supraconductrice conforme à l’invention.
La figure 7 est un organigramme d’étapes d’un exemple de procédé de fabrication de pastilles supraconductrices selon un mode de réalisation de l’invention.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Dans ce qui suit, l’invention va être décrite et illustrée dans le cas d’une machine électrique à flux axial partiellement supraconductrice à barrières de flux avec des pastilles non-magnétisées. Comme cela a déjà été indiqué plus haut, ceci n’est cependant pas limitatif, l’invention s’appliquant mutatis mutandis à des machines électriques comprenant des pastilles magnétisées, à des machines électriques à aimants supraconducteurs, à des machines électriques entièrement supraconductrices (induit et inducteur supraconducteurs) ainsi qu’à des machines électriques à flux radial ou linéaire.
Sur la figure 1 est représentée schématiquement une machine électrique 1 à flux axial supraconductrice à barrières de flux selon un mode de réalisation de l’invention, comprenant de manière conventionnelle une partie tournante, ou rotor, et une partie fixe, ou stator.
De manière connue en soi, la machine électrique 1 à flux axial supraconductrice comprend un induit 2 et un inducteur 3. L’induit 2 comporte un agencement 4 de bobines électromagnétiques 5 non supraconductrices, généralement en cuivre, définissant une direction, une direction circonférentielle et une direction radiale. L’inducteur 3 comporte une bobine supraconductrice 6 coaxiale à l’agencement 4 des bobines électromagnétiques 5 de l’induit 2 et des pastilles supraconductrices 7 disposées dans un même plan orthogonal à la direction axiale DR et radialement à l’intérieur de la bobine supraconductrice 6. Optionnellement, l’inducteur 3 comprend en outre une culasse statorique comportant une couronne de fer 8. Ici, le rotor est formé par les pastilles supraconductrices 7 qui sont entrainées en rotation autour d’un axe de rotation s’étendant selon la direction axiale. Le stator est formé par l’agencement 4 de bobines électromagnétiques 5 et la bobine supraconductrice 6.
Les pastilles supraconductrices 7 sont en matériau supraconducteur et sont réparties de manière équidistante autour de l’axe de rotation, ce qui permet une variation spatiale du champ électromagnétique dans l’entrefer. Ici, les pastilles supraconductrice 7 sont non-magnétisées. En variante, les pastilles supraconductrices 7 pourraient être magnétisées. Par exemple, les pastilles sont réalisées en YBCO (acronyme anglais de Yttrium Barium Copper Oxide pour Oxydes mixtes de Baryum, de Cuivre et d'Yttrium), en GdBCO (acronyme anglais de Gadolinium-Barium-Copper-Oxygen), et/ou en NbTi (pour niobium-titane).
La bobine supraconductrice 6 de l’inducteur 2 est une bobine supraconductrice statique alimentée en courant continu. Le cas échéant, lorsque la machine électrique 1 comprend une culasse 4, celle-ci assure une tenue mécanique des bobines électromagnétiques 5 et garantit une surface de refroidissement plus importante. En d’autres termes, l’inducteur 2 est supraconducteur tandis que l’induit 3 est non-supraconducteur.
Une pastille supraconductrice conventionnelle présente, de manière connue en soi, la forme d’un disque. De par leur procédé de fabrication, les disques sont pleins (solides).
Afin d’optimiser la machine électrique, l’invention propose d’adapter la forme de la pastille supraconductrice 7 à l’épaisseur de pénétration du champ magnétique dans la pastille 7.
Plus précisément, la pastille supraconductrice 7 comprendune paroi circonférentielle 8, ladite paroi circonférentielle 8 présentant:
- une première bordure 9
- une deuxième bordure 10 opposée à la première bordure 9
- une face interne 11 reliant la première bordure 9 et la deuxième bordure 10
- une face externe 12 opposée à la face interne 11 et
- une cavité 13 formée entre la première bordure 9, la deuxième bordure 10 et délimitée par la face interne 11 de la paroi circonférentielle 8.
La face interne 11 s’étend radialement à l’intérieur de la face externe 12. La pastille supraconductrice 7 est donc creuse en ce qu’elle présente une cavité 13 qui, comme on le verra dans ce qui suit, peut être débouchante (figure 5c), traversante (figures 3a) et 3b) ou enfermée dans la pastille supraconductrice 7 (figure 6). La cavité est de préférence vide (dépourvue de matériau).
Avantageusement, la cavité 13 de la pastille supraconductrice 7 est dimensionnée de sorte à maximiser la puissance de la variation du champ magnétique lors de la rotation du rotor, tout en minimisant la masse des pastilles supraconductrices 7 afin de permettre une augmentation de la vitesse de rotation du rotor. En effet, la réalisation d’une pastille supraconductrice 7 avec une cavité 13 réduit la masse de la pastille supraconductrice 7. Cependant, comme on peut le voir sur la figure 4, l’absence de matière au niveau de la cavité 13 dans la pastille supraconductrice 7 peut affecter la modulation du flux de champ magnétique, et donc la puissance du moteur électrique.
Plus précisément, la majorité du courant dans les pastilles supraconductrices 7 se développe sur une fine longueur de pénétration à partir de ses faces externes. La figure 2a) présente la distribution des lignes de champ magnétique à proximité d’une pastille supraconductrice 7 conventionnelle (disque plein) obtenue par un modèle électromagnétique tridimensionnel à éléments finis (H-formulation). On pourra notamment se référer à l’article de M.D Ainslie et al., «Modeling and Electrical Measurement of Transport AC Loss in HTS-Based Supercondicting Coils for Electric Machines», IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 21, n°3, pp 3265-3268, 2011 pour plus de détails sur ce type de modèle.
Le rayon de la pastille supraconductrice conventionnelle est ici de 4 cm. Cette pastille supraconductrice conventionnelle est immergée dans un champ magnétique de 3 T (Tesla) et a une densité de courant critique de 1000 A/mm². En raison de la loi de Lenz et des propriétés des matériaux supraconducteurs, un courant de filtrage (« screening current » en anglais) est développé à partir de la périphérie de la pastille supraconductrice pour annuler le champ magnétique interne. L’épaisseur de pénétration dépend de l’intensité du champ magnétique dans lequel la pastille supraconductrice est immergée, ainsi que des propriétés électriques intrinsèques de la pastille. On peut noter que, sur la figure 2a), l’épaisseur de pénétration est plus importante suivant l’axe r que suivant l’axe z. L’épaisseur de pénétration suivant l’axe z est donc proportionnelle à la distance au centre de la pastille supraconductrice conventionnelle. La figure 2a) met également en lumière la façon dont les lignes de champ sont déviées par la pastille supraconductrice conventionnelle.
La figure 2b) présente les isolignes de flux magnétique. La densité de flux magnétique derrière les pastilles supraconductrices conventionnelles est très faible, ce qui confirme et illustre le principe d’écrantage décrit plus haut. La variation spatiale du champ magnétique produit par la bobine inductrice, réalisée par la rotation des pastilles supraconductrices au rotor, est primordiale pour le fonctionnement d’une machine électrique à barrières de flux. En effet, pour un fonctionnement de la machine électrique en mode générateur, c’est la variation du champ magnétique qui génère une force électromagnétique dans les bobines statiques de l’induit 2. Si l’épaisseur de pénétration de la pastille supraconductrice est trop élevée, les performances de la machine électrique sont dégradées.
En comparaison, la figure 3a) présente la distribution des lignes de champ magnétique à proximité d’une pastille supraconductrice 7 conforme à un premier mode de réalisation de l’invention, obtenue avec le même modèle électromagnétique tridimensionnel à éléments finis (H-formulation).
Dans ce premier mode de réalisation, la cavité 13 de la pastille supraconductrice 7 est traversante et débouche à la fois au niveau de la première bordure 9 et de la deuxième bordure 10. En d’autres termes, la pastille supraconductrice 7 forme un anneau. Sur les figures 3a) et 3b, une portion de la pastille supraconductrice 7 a été omise afin de permettre la visualisation des lignes de flux magnétique et des isolignes de flux magnétique au sein de la pastille supraconductrice 7. On comprendra cependant que la pastille supraconductrice 7 forme un anneau complet et que la cavité 13 ne débouche pas dans la face externe 12 de la paroi circonférentielle 8.
La figure 4 représente l’induction pour une machine électrique donnée comprenant des pastilles supraconductrices 7 conformes au figures 2a) et 2b (courbe Plein) et pour cette même machine électrique dans laquelle les pastilles supraconductrices 7 conformes au premier mode de réalisation des figures 3a) et 3b sont utilisées (courbe Creux). Il ressort que la présence de la cavité 13 dans les pastilles supraconductrices 7 conformes au premier mode de réalisation de l’invention affecte la modulation du flux magnétique. En effet, la variation de la composante axiale du champ magnétique induit Bz(T) des pastilles supraconductrices 7 conformes au premier mode de réalisation est réduite de 30% par rapport à la variation du champ magnétique induit avec des pastilles supraconductrices 7 conventionnelles. Par ailleurs, l’écrantage du flux magnétique est maximal pour un angle θ = 0.4 rad puis diminue pour θ appartenant à [0.4 rad; 0.9 rad]. Ainsi, la faible épaisseur de pénétration selon l’axe z contribue de façon non négligeable à l’écrantage du flux.
Cependant, dans les deux exemples (courbe ‘Plein’ et courbe ‘Creux’), la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique est identique. Or, comme cela a été exposé préalablement, cette vitesse de rotation peut être augmentée dans le cas des pastilles supraconductrices 7 de l’invention, les cavités 13 réduisant leur masse. Cette augmentation de la vitesse de rotation du rotor permet donc d’augmenter la puissance du moteur électrique et de compenser, partiellement ou totalement, la réduction de la variation du champ magnétique due à la présence de la cavité 13.
Dans un deuxième mode de réalisation (voir notamment figure 5c)), la pastille supraconductrice 7 comprend en outre au moins une paroi supplémentaire 16 s’étendant depuis la face interne 11 de la paroi circonférentielle 8, au sein de la cavité 13.
La paroi supplémentaire 16 peut être placée à distance de la première bordure 9 et de la deuxième bordure 10, comme cela est illustré en Figure c), de sorte à diviser la cavité 13 en deux parties (de volume égal ou différent) ou en variante affleurer la première bordure 9 ou la deuxième bordure 10 et boucher ainsi au moins partiellement la cavité 13 au niveau d’une desdites bordures 9, 10. Par affleurer, on comprendra que la face de la paroi supplémentaire 16 qui est opposée à la cavité 13 s’étend dans le prolongement de la bordure 9, 10 qu’elle affleure pour former une surface sensiblement lisse.
Cette forme de réalisation permet ainsi d’obtenir une pastille supraconductrice 7 avec une cavité 13 et la paroi supplémentaire 16 qui forme un écran, ce qui a pour effet d’augmenter l’écrantage du flux magnétique pour θ appartenant à [0.4 rad; 0.9 rad] en comparaison avec une pastille supraconductrice 7 conforme au premier mode de réalisation. Simultanément, la masse de la pastille supraconductrice conforme à ce deuxième mode de réalisation reste inférieure à celle des pastilles supraconductrices 7 conventionnelles. Ce deuxième mode de réalisation forme donc un meilleur compromis écrantage/masse que le premier mode de réalisation.
Optionnellement, dans une variante de réalisation, la pastille supraconductrice 7 peut comprendre une première paroi supplémentaire 16 affleurant la première bordure 9 et une deuxième paroi supplémentaire 16 affleurant la deuxième bordure 10. Dans cette variante de réalisation, l’écrantage est alors sensiblement comparable à celui obtenu avec une pastille supraconductrice 7 conventionnelle, tout en réduisant sa masse. En effet, la variation de la composante axiale du champ magnétique induit Bz(T) des pastilles supraconductrices 7 conformes à cette variante de réalisation est sensiblement égale à celle des pastilles supraconductrices 7 conventionnelles. De plus, la masse des pastilles supraconductrices 7 étant réduite, il est possible d’augmenter la vitesse de rotation du rotor et donc d’améliorer la puissance du moteur électrique en comparaison avec les moteurs électrique conventionnels.
Cette variante de réalisation forme donc encore un meilleur compromis écrantage/masse.
Dans un troisième mode de réalisation (voir figure 6), la pastille supraconductrice 7 comprend en outre au moins une paroi supplémentaire 14, 15 rapportée et fixée sur l’une au moins parmi la première bordure 9 et la deuxième bordure 10.
Cette forme de réalisation permet ainsi d’obtenir une pastille supraconductrice 7 avec une cavité 13 et au moins une paroi supplémentaire 14, 15 qui forme un écran, ce qui a pour effet d’augmenter l’écrantage du flux magnétique pour θ appartenant à [0.4 rad; 0.9 rad] en comparaison avec une pastille supraconductrice 7 conforme au premier mode de réalisation. Simultanément, la masse de la pastille supraconductrice conforme à ce deuxième mode de réalisation reste inférieure à celle des pastilles supraconductrices 7 conventionnelles.
Optionnellement, et comme illustré sur la figure 6, une première paroi supplémentaire 14 est rapportée et fixée sur la première bordure 9 et une deuxième paroi supplémentaire 15 est rapportée et fixée sur la deuxième bordure 10 de sorte à fermer la cavité 13. Comme pour la variante de réalisation du deuxième mode de réalisation décrite plus haut, l’écrantage obtenu grâce à cette pastille supraconductrice 7 est sensiblement comparable à celui obtenu avec une pastille supraconductrice 7 conventionnelle, tout en réduisant sa masse de sorte qu’il est possible d’augmenter la vitesse de rotation du rotor et d’améliorer la puissance du moteur électrique.
Le cas échéant, dans le deuxième et le troisième mode de réalisation, l’une au moins des parois supplémentaires 14, 15, 16 peut comprendre un orifice traversant, de préférence coaxial avec la paroi circonférentielle 8, de sorte à réduire encore la masse de la pastille supraconductrice 7. Cet orifice traversant réduit cependant l’écrantage de la pastille supraconductrice 7.
Les pastilles supraconductrices 7 conformes à l’invention sont obtenues suivant un procédé de fabrication S comprenant la réalisation de la paroi circonférentielle 8 en ménageant la cavité 13 entre la première bordure 9, la deuxième bordure 10 et la face interne 11.
Pour cela, au cours d’une étape S1, la paroi circonférentielle 8 est réalisée.
A cet effet, la paroi circonférentielle 8 peut être obtenue conventionnellement par empilement de rubans (ou « stack of tapes » en anglais). Dans ce cas, les rubans peuvent être prédécoupés de sorte à former un trou au centre puis empilés jusqu’à atteindre l’épaisseur voulue pour la paroi circonférentielle 8. Par épaisseur, on comprendra ici la distance entre la face interne 11 et la face externe 12 de la paroi circonférentielle 8 suivant un axe radial à l’axe de symétrie de la pastille supraconductrice 7.
En variante, la paroi circonférentielle 8 est obtenue par croissance de germe. Dans cette variante de réalisation, la paroi circonférentielle 8 obtenue a la forme d’un disque plein. Il est donc nécessaire de l’usiner afin de former la cavité 13, par exemple par perçage.
Suite à cette étape S1, on dispose donc une pastille supraconductrice 7 conforme au premier mode de réalisation, comprenant une paroi circonférentielle 8 dans laquelle est formée une cavité 13 traversante et débouchante de la première bordure 9 de la paroi circonférentielle 8 à la deuxième bordure 10.
Pour fabriquer une pastille supraconductrice 7 conforme au deuxième ou au troisième mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape S2 de réalisation d’au moins une paroi supplémentaire 14, 15, 16.
La paroi supplémentaire 14, 15, 16 peut être obtenue selon l’un quelconque des procédés de fabrication conventionnels de pastilles supraconductrices 7, par exemple par croissance de germe ou empilement de rubans. Cette paroi supplémentaire 14, 15, 16 peut en effet être considérée comme une pastille supraconductrice 7 conventionnelle.
En variante, la paroi supplémentaire 14, 15, 16 peut comprendre un orifice traversant. Dans cette variante de réalisation, la paroi supplémentaire 14, 15, 16 est alors obtenue suivant les mêmes étapes de fabrication décrites à l’étape S1 que la paroi circonférentielle 8.
Puis au cours d’une étape S3, la ou les parois supplémentaires 14, 15, 16 obtenues à l’étape S2 sont assemblées, par exemple par collage, avec la paroi circonférentielle 8.
A cet effet, une paroi supplémentaire 14, 16 peut:
  • soit être fixée contre la face interne 11 de la paroi circonférentielle 8, à distance de la première bordure 9 et de la deuxième bordure 10 (étapes S31),
  • soit être rapportée et fixée sur la première bordure 9 (étape S32).
  • soit être fixée contre la face interne 11 de sorte à affleurer la première bordure 9 (étape S33).
Le cas échéant, les étapes S32 et S33 peuvent être réitérées afin de rapporter et fixer une deuxième paroi supplémentaire 15, 16 sur la deuxième bordure 10 ou de sorte à affleurer la deuxième bordure 10, afin de fermer la cavité 13.

Claims (13)

  1. Pastille supraconductrice (7) pour une machine électrique supraconductrice (1), ladite pastille supraconductrice (7) présentantune paroi circonférentielle (8), ladite paroi circonférentielle présentant:
    - une première bordure (9)
    - une deuxième bordure (10) opposée à la première bordure (9)
    - une face interne (11) reliant la première bordure (9) et la deuxième bordure (10)
    - une face externe (12) opposée à la face interne (11) et
    - une cavité (13) formée entre la première bordure (9), la deuxième bordure (10) et délimitée par la face interne (11).
  2. Pastille supraconductrice (7) selon la revendication 1, comprenant en outre une première paroi supplémentaire (14, 16) recouvrant la première bordure (9) ou affleurant ladite première bordure (9) de sorte à recouvrir au moins partiellement la cavité (13).
  3. Pastille supraconductrice (7) selon la revendication 2, comprenant en outre une deuxième paroi supplémentaire (15, 16) recouvrant la deuxième bordure (10) ou affleurant ladite deuxième bordure (10) de sorte à fermer au moins partiellement la cavité (13).
  4. Pastille supraconductrice (7) selon la revendication 1, comprenant en outre une paroi supplémentaire (16) s’étendant depuis la face interne (11) à distance de la première bordure (9) et de la deuxième bordure (10) de sorte à diviser la cavité (13) en deux parties.
  5. Pastille supraconductrice (7) selon l’une des revendications 2 à 4, dans laquelle la paroi supplémentaire (14, 15, 16) comprend un orifice traversant.
  6. Pastille supraconductrice (7) selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle la cavité (13) est traversante de la première bordure (9) à la deuxième bordure (10).
  7. Procédé de fabrication (S) d’une pastille supraconductrice (7) selon l’une des revendications 1 à 6, ledit procédé (S) comprenant une étape (S1) de réalisation de la paroi circonférentielle (8) en ménageant la cavité (13) entre la première bordure (9), la deuxième bordure (10) et la face interne (11).
  8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, comprenant les sous-étapes suivantes:
    S1: réaliser la paroi circonférentielle (8)
    S2: réaliser au moins une paroi supplémentaire (14, 15, 16),
    S3: assembler l’au moins une paroi circonférentielle (8) avec l’au moins une paroi supplémentaire (14, 15, 16).
  9. Procédé de fabrication (S) selon la revendication 8, dans lequel l’étape S3 comprend les sous-étapes suivantes:
    S31: fixer l’au moins une paroi supplémentaire (16) contre la face interne (11) de la paroi circonférentielle (8), à distance de la première bordure (9) et de la deuxième bordure (10) de sorte à diviser la cavité (13) en deux parties ou
    S32: fixer la paroi supplémentaire (14, 16) sur la première bordure (9) de sorte à recouvrir au moins partiellement la cavité (13) ou
    S34: fixer la paroi supplémentaire (16) contre la face interne (11) de sorte à affleurer la première bordure (9) de sorte à recouvrir au moins partiellement la cavité (13).
  10. Procédé de fabrication (S) selon la revendication 9, dans lequel les étapes S32 ou S33 sont réitérées de sorte à fixer également une paroi supplémentaire (15, 16) sur la deuxième bordure (10) ou contre la face interne (11) de sorte à affleurer la deuxième bordure (10) afin de fermer au moins partiellement la cavité (13).
  11. Procédé de fabrication (S) selon l’une des revendications 8 à 10, dans lequel l’étape S2 comprend en outre une sous-étape de réalisation d’un orifice traversant dans la paroi supplémentaire (14, 15, 16).
  12. Machine électrique (1) supraconductrice comprenant un inducteur (3) comprenant au moins une pastille supraconductrice (7) selon l’une des revendications 1 à 6 et un induit (2).
  13. Aéronef comprenant une machine électrique selon la revendication 12.
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