Brevet FR3150362A1 — publié le 20241227

STATOR POUR UN MOTEUR SUPRACONDUCTEUR L’invention concerne un stator (112) pour un moteur supraconducteur qui comporte un cœur de stator (114) cylindrique et traversé d’orifices (116) s’étendant parallèlement à un axe longitudinal (X) et répartis angulairement et régulièrement autour de l’axe longitudinal (X), et une armature (150) comportant un anneau (152) constitué de premières bandes (152a) disposées de manière concentrique les unes autour des autres, et pour chaque orifice (116), d’une barre (154) logée dans l’orifice (116) et constituée de deuxièmes bandes (154a) empilées les unes sur les autres, où chaque deuxième bande (154a) est intercalée et fixée entre deux premières bandes (152a) et où chaque première bande (152a) est intercalée et fixée entre deux deuxièmes bandes (154a). Avec un tel arrangement, la fabrication et la mise en œuvre du stator sont simplifiées. Fig. 4 STATOR POUR UN MOTEUR SUPRACONDUCTEUR La présente invention se rapporte au domaine général des moteurs supraconducteurs et plus particulièrement aux moteurs supraconducteurs comportant un stator constitué de bandes constituées d’un matériau supraconducteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La montre un moteur supraconducteur 300 de l’état de la technique, où le moteur supraconducteur 300 est vu en coupe par un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X dudit moteur supraconducteur 300. Le moteur supraconducteur 300 comporte un rotor 302 qui présente un cœur de rotor 304 réalisé dans un matériau ferromagnétique tel que l'ensemble des alliages de fer utilisés pour les machines électriques. Le cœur de rotor 304 est cylindrique et coaxial avec l’axe longitudinal X et il présente un alésage central 306 dans lequel est emmanché et fixé rigidement un arbre moteur 308 dudit moteur supraconducteur 300. L’arbre moteur 308 est coaxial avec l’axe longitudinal X. Le rotor 302 comporte également des aimants permanents 310 fixés au cœur de rotor 304 sur la périphérie de ce dernier. Il y a plusieurs aimants permanents 310 (ici au nombre de six) répartis angulairement et régulièrement autour du cœur de rotor 304 et espacés les uns des autres. Classiquement, les aimants permanents 310 sont magnétisés radialement par rapport à l’axe longitudinal X et de manière alternée de proche en proche. Le moteur supraconducteur 300 comporte un stator 312 disposé à l’extérieur du rotor 302 et comportant un cœur de stator 314 réalisé dans un matériau ferromagnétique tel que l'ensemble des alliages de fer utilisés pour les machines électriques. Le cœur de stator 314 prend une forme globalement cylindrique coaxiale avec l’axe longitudinal X. Au niveau de sa face cylindrique qui est orientée vers le rotor 302, le cœur de stator 314 présente des fentes 316 qui ici débouchent vers le rotor 302. Il y a plusieurs fentes 316 (ici au nombre de seize) réparties angulairement et régulièrement autour du rotor 302. Les fentes 316 successives sont séparées par une dent 318. Les fentes 316 sont agencées par paires. Une paire de fentes 316 est formée de deux fentes 316 non successives. En particulier, les fentes 316 d’une paire de fentes 316 sont séparées de deux fentes 316 appartenant à des paires de fentes 316 différentes. Pour chaque paire de fentes 316, le stator 312 comporte une bobine 320. Une bobine 320 est enroulée dans une paire de fentes 316, autour d’une pluralité de dents 318. Chaque bobine 320 est constituée d’un ruban en matériau supraconducteur. En particulier, le ruban de matériau supraconducteur est enroulé radialement à l’axe longitudinal X dans les fentes 316 de manière à former une bobine 320. La bobine 320 forme ainsi un empilement d’un ruban supraconducteur dans chaque fente 316. Les rubans supraconducteurs sont arrangés perpendiculairement aux lignes de champs magnétiques qui sont à l’intérieur des fentes 316. Deux fentes 316 associées à une même bobine 320 sont séparées par deux fentes 316 associées à deux autres bobines 320. Les bobines 316 sont ainsi entrelacées les unes avec les autres dans les fentes 316. Le rotor 302 et le stator 312 sont classiquement logés dans un boîtier moteur 322 qui est cylindrique et fermé à ses deux extrémités par des flancs dont au moins un est percé d’un orifice central permettant le passage de l’arbre moteur 308. Le stator 312 est monté fixe à l’intérieur du boîtier moteur 322 tandis que le rotor 302 et l’arbre moteur 308 sont montés libres en rotation à l’intérieur du boîtier moteur 322. En fonctionnement, chaque bobine 320 est alimentée électriquement pour générer un champ magnétique qui interagit avec les aimants permanents 310 pour les entraîner en rotation avec le rotor 302 et l’arbre moteur 308. Le moteur supraconducteur 300 comporte un cylindre intérieur 324 et un cylindre extérieur 326 qui sont coaxiaux avec l’axe longitudinal X. Le cylindre intérieur 324 est disposé entre le rotor 302 et le stator 312, et le cylindre extérieur 326 est disposé autour du stator 312 et à l’intérieur du boîtier moteur 322. Le cylindre intérieur 324 et le cylindre extérieur 326 s’étendent entre les deux flancs auxquels ils sont fixés hermétiquement pour délimiter entre eux et les deux flancs, une chambre 328 dans laquelle est logé le stator 312 et qui peut être mise au vide. Dans le cadre d’un moteur supraconducteur 300, les bobines 320 doivent être refroidies pour améliorer leur rendement. À cette fin, pour chaque fente 316, des tubes 330 sont disposés dans le fond de la fente 316 entre la bobine 320 logée dans la fente 316 et le cœur de stator 314. Ces tubes 330 sont fluidiquement connectés à une source d’un fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant est alors injecté dans les tubes 330 pour refroidir les bobines 320. Bien qu’un tel arrangement donne de bons résultats, il est souhaitable de trouver un nouvel arrangement qui simplifie le procédé de fabrication du stator et son implantation dans le moteur supraconducteur. Un objet de la présente invention est de proposer un moteur supraconducteur qui comporte un stator constitué de bandes entrelacées et constituées d’un matériau supraconducteur. À cet effet, est proposé un stator pour un moteur supraconducteur comportant un rotor mobile en rotation autour d’un axe longitudinal, où le stator est destiné à être disposé à l’extérieur du rotor et comporte : - un cœur de stator cylindrique, réalisé dans un matériau ferromagnétique, où le cœur de stator est traversé d’orifices s’étendant parallèlement à l’axe longitudinal et répartis angulairement et régulièrement autour de l’axe longitudinal, et - une armature comportant un anneau constitué de premières bandes réalisées dans un matériau supraconducteur et disposées de manière concentrique les unes autour des autres, et pour chaque orifice, d’une barre logée dans l’orifice et constituée de deuxièmes bandes réalisées dans un matériau supraconducteur et empilées les unes sur les autres, où chaque deuxième bande est intercalée et fixée entre deux premières bandes et où chaque première bande est intercalée et fixée entre deux deuxièmes bandes. Avec un tel arrangement, la fabrication et la mise en œuvre du stator sont simplifiées. Avantageusement, le stator comporte un anneau thermique disposé autour de l’anneau et dans lequel est logée une canalisation de refroidissement destinée à être fluidiquement connectée à un circuit réfrigérant et pour chaque barre, une bande thermique disposée entre la barre et le cœur de stator et solidaire de l’anneau thermique. Avantageusement, chaque fixation d’une deuxième bande à une première bande est réalisée par soudure. L’invention propose également un moteur supraconducteur comportant un rotor avec un cœur de rotor portant des aimants permanents et mobile en rotation autour de l’axe longitudinal et un stator selon l'une des variantes précédentes, où le stator est disposé à l’extérieur du rotor. L’invention propose également un aéronef comportant au moins un moteur supraconducteur selon la variante précédente. Avantageusement, l’aéronef comporte un circuit réfrigérant comportant une source de fluide réfrigérant, ladite source de fluide réfrigérant étant connectée fluidiquement à chaque canalisation de refroidissement. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : est une vue en coupe d’un moteur supraconducteur selon l’invention, est une vue en perspective d’une armature pour un stator d’un moteur supraconducteur selon l’invention, est un agrandissement du détail II de la , est une vue en perspective du stator pour le moteur supraconducteur selon l’invention, est une vue en coupe par un plan radial IV du stator de la , et est une vue en coupe d’un moteur supraconducteur de l’état de la technique. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION La montre un moteur supraconducteur 100 selon l’invention en coupe par un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X du moteur supraconducteur 100. Le moteur supraconducteur 100 présente globalement la même structure que le moteur supraconducteur 300 de l’état de la technique. Le moteur supraconducteur 100 comporte un rotor 102 qui est mobile en rotation autour de l’axe longitudinal X et qui présente un cœur de rotor 104 réalisé dans un matériau ferromagnétique tel que l'ensemble des alliages de fer utilisés pour les machines électriques. Le cœur de rotor 104 est cylindrique et coaxial avec l’axe longitudinal X et il présente un alésage central 106 dans lequel est emmanché et fixé rigidement un arbre moteur 108 dudit moteur supraconducteur 100. L’arbre moteur 108 est coaxial avec l’axe longitudinal X. Le rotor 102 comporte également des aimants permanents 110 fixés au cœur de rotor 104 sur la périphérie de ce dernier. Il y a plusieurs aimants permanents 110 (ici au nombre de six) répartis angulairement et régulièrement autour du cœur de rotor 104 et espacés les uns des autres. Classiquement, les aimants permanents 110 sont magnétisés radialement par rapport à l’axe longitudinal X et de manière alternée nord-sud de proche en proche. Le moteur supraconducteur 100 comporte un stator 112 disposé à l’extérieur du rotor 102 et comportant un cœur de stator 114 cylindrique et coaxial avec l’axe longitudinal X et donc disposé à l’extérieur du rotor 102. Le cœur de stator 114 est réalisé dans un matériau ferromagnétique tel que l'ensemble des alliages de fer utilisés pour les machines électriques. Le cœur de stator 114 est traversé par un nombre pair d’orifices 116 (ici au nombre de seize) qui traversent le cœur de stator 114 parallèlement à l’axe longitudinal X. Selon un autre mode de réalisation non représenté, il est possible d’avoir un nombre impair d’orifices 116. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté ici, chaque orifice 116 débouche vers le rotor 102, au niveau d’une surface intérieure du cœur de stator 114 orientée vers l’axe longitudinal X, mais dans un autre mode de réalisation non représenté, les orifices 116 peuvent être partiellement fermés au niveau de la surface intérieure du cœur de stator 114. Les orifices 116 sont répartis angulairement et régulièrement autour du rotor 102 et donc de l’axe longitudinal X. le moteur supraconducteur 100 comporte également une armature 150 qui est représentée seule sur la et avec le cœur de stator 114 sur la . L’armature 150 comporte un anneau 152 et pour chaque orifice 116, d’une barre 154 logée dans l’orifice 116 et solidaire de l’anneau 152. Sur les Figs. 2 à 4, il y a uniquement six barres 154 au lieu des seize présentes sur la pour des raisons de simplification des dessins. La montre un agrandissement d’une zone de jonction entre l’anneau 152 et une barre 154. L’anneau 152 est constitué de premières bandes 152a qui sont réalisées dans un matériau supraconducteur et qui sont disposées de manière concentrique les unes autour des autres et de manière coaxiale avec l’axe longitudinal X. De la même manière, chaque barre 154 s’étend parallèlement à l’axe longitudinal X et est constituée de deuxièmes bandes 154a qui sont réalisées dans un matériau supraconducteur et qui sont empilées les unes sur les autres selon une direction radiale par rapport à l’axe longitudinal X. La section de chaque deuxième bande 154a est ainsi orientée orthoradialement autour de l’axe longitudinal X. Au niveau de la zone de fixation entre une barre 154 et l’anneau 152, chaque deuxième bande 154a est intercalée et fixée entre deux premières bandes 152a et chaque première bande 152a est intercalée et fixée entre deux deuxièmes bandes 154a. L’armature 150 forme ainsi un seul élément qui peut être facilement mis en place dans le moteur supraconducteur 100 par insertion de chaque bras 154 dans l’orifice 116 correspondant. Lors de l’insertion des barres 154 dans les orifices 116, l’anneau 152 vient contre une face du cœur de stator 114 et classiquement, chaque barre 154 est alimentée électriquement par un système d’alimentation électrique. Chaque fixation d’une deuxième bande 154a à une première bande 152a est réalisée par soudure ce qui permet avec l’alternance des premières bandes 152a et des deuxièmes bandes 154a de réduire les résistances de jonctions et les pertes dues à la soudure. Pour limiter l’augmentation de température dans le moteur supraconducteur 100, un système de refroidissement est mis en place et la montre un mode de réalisation particulier d’un tel système de refroidissement. À cette fin, le stator 112 comporte un anneau thermique 170 disposé et fixé autour de l’anneau 152 et donc autour du rotor 102. Dans l’anneau thermique 170 est logée une canalisation de refroidissement 170a. La canalisation de refroidissement 170a est par ailleurs fluidiquement connectée à un circuit réfrigérant dans lequel circule un fluide caloporteur. Le fluide caloporteur se charge alors de calories en traversant la canalisation de refroidissement 170a et rejoint le circuit réfrigérant où les calories sont évacuées. La canalisation de refroidissement 170a s’étend autour de l’anneau 152 et présente une première et une deuxième extrémités, où la première extrémité est fluidiquement connectée à une sortie du circuit réfrigérant et où la deuxième extrémité est fluidiquement connectée à une entrée du circuit réfrigérant. La canalisation de refroidissement 170a et le circuit réfrigérant forment ainsi une boucle dans laquelle le fluide caloporteur circule. Le circuit réfrigérant comporte entre autres, une source de fluide caloporteur, une pompe qui met en mouvement le fluide caloporteur et un échangeur thermique qui est associé à une source froide pour évacuer les calories du fluide caloporteur. Pour récupérer les calories des bras 154 et les transmettre au fluide caloporteur, pour chaque barre 154, le stator 112 comporte une bande thermique 172 disposée entre la barre 154 et le cœur de stator 114 et solidaire de l’anneau thermique 170. Chaque bande thermique 172 et l’anneau thermique 170 sont réalisés dans des matériaux présentant des conductivités thermiques élevées. La bande thermique 172 est disposée contre la deuxième bande 154a la plus extérieure et se retrouve donc dans le fond de l’orifice 116, c'est-à-dire du côté opposé au rotor 102. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté ici, le rotor 102 et le stator 112 sont logés dans un boîtier moteur 122 qui est cylindrique et fermé à ses deux extrémités par des flancs dont au moins un est percé d’un orifice central permettant le passage de l’arbre moteur 108. Le stator 112 est monté fixe à l’intérieur du boîtier moteur 122 tandis que le rotor 102 et l’arbre moteur 108 sont montés libres en rotation à l’intérieur du boîtier moteur 122. En fonctionnement, chaque barre 154 est alimentée électriquement par un courant alternatif pour générer un champ magnétique qui interagit avec les aimants permanents 110 pour les entraîner en rotation avec le rotor 102 et l’arbre moteur 108. Pour chaque barre 154, l’alimentation électrique s’effectue depuis les extrémités libres desdites barres 154, c'est-à-dire au niveau des extrémités situées à l’opposé de l’anneau 152. Comme pour le moteur supraconducteur 300 de l’état de la technique, le moteur supraconducteur 100, dans le mode de réalisation de l’invention présenté ici, comporte un cylindre intérieur 124 et un cylindre extérieur 126 qui sont coaxiaux avec l’axe longitudinal X. Le cylindre intérieur 124 est disposé entre le rotor 102 et le stator 112 et le cylindre extérieur 126 est disposé autour du stator 112 et à l’intérieur du boîtier moteur 122. Le cylindre intérieur 124 et le cylindre extérieur 126 s’étendent entre les deux flancs auxquels ils sont fixés hermétiquement pour délimiter entre eux (les deux cylindres intérieur 124 et extérieur 126) et les deux flancs, une chambre 128 dans laquelle est logé le stator 112 et qui peut être mise au vide. Dans une utilisation dans un aéronef, ledit aéronef comporte au moins un moteur supraconducteur 100 selon l’invention. Avec le système de refroidissement, l’aéronef comporte alors le circuit réfrigérant avec la source de fluide caloporteur qui est ainsi connectée fluidiquement à chaque canalisation de refroidissement 170a. Stator (112) pour un moteur supraconducteur (100) comportant un rotor (102) mobile en rotation autour d’un axe longitudinal (X), où le stator (112) est destiné à être disposé à l’extérieur du rotor (102) et comporte : - un cœur de stator (114) cylindrique, réalisé dans un matériau ferromagnétique, où le cœur de stator (114) est traversé d’orifices (116) s’étendant parallèlement à l’axe longitudinal (X) et répartis angulairement et régulièrement autour de l’axe longitudinal (X), et - une armature (150) comportant un anneau (152) constitué de premières bandes (152a) réalisées dans un matériau supraconducteur et disposées de manière concentrique les unes autour des autres, et pour chaque orifice (116), d’une barre (154) logée dans l’orifice (116) et constituée de deuxièmes bandes (154a) réalisées dans un matériau supraconducteur et empilées les unes sur les autres, où chaque deuxième bande (154a) est intercalée et fixée entre deux premières bandes (152a) et où chaque première bande (152a) est intercalée et fixée entre deux deuxièmes bandes (154a). Stator (112) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte un anneau thermique (170) disposé autour de l’anneau (152) et dans lequel est logée une canalisation de refroidissement (170a) destinée à être fluidiquement connectée à un circuit réfrigérant et pour chaque barre (154), une bande thermique (172) disposée entre la barre (154) et le cœur de stator (114) et solidaire de l’anneau thermique (170). Stator (112) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque fixation d’une deuxième bande (154a) à une première bande (152a) est réalisée par soudure. Moteur supraconducteur (100) comportant un rotor (102) avec un cœur de rotor (104) portant des aimants permanents (110) et mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et un stator (112) selon l'une des revendications précédentes, où le stator (112) est disposé à l’extérieur du rotor (102). Aéronef comportant au moins un moteur supraconducteur (100) selon la revendication précédente. Aéronef selon la revendication précédente, en dépendance avec la revendication 2, caractérisé en ce que ledit aéronef comporte un circuit réfrigérant comportant une source de fluide réfrigérant, ladite source de fluide réfrigérant étant connectée fluidiquement à chaque canalisation de refroidissement (170a).