Moteur supraconducteur pour l'aéronautique

Introduction et contexte

Dans le domaine du génie électrique et plus particulièrement dans celui des moteurs électriques un des principaux challenges à relever pour les années qui viennent est l'augmentation de la puissance et du couple massique. A cette fin, nous proposons l'étude d'un inducteur supraconducteur susceptible de représenter un véritable saut technologique. Le domaine d'application relève des moteurs embarqués d'une puissance comprise entre plusieurs  MW et plusieurs dizaines de MW.

Objectif

L’idée de ce projet est de réaliser une machine supraconductrice utilisant des supraconducteurs dits à Haute Température Critique. C’est une machine supraconductrice hybride : le rotor est supraconducteur tandis que le stator est constitué de cuivre, comme pour les machines électriques classiques. Le but de ce projet est de voir si l’utilisation de supraconducteur pour les machines électriques dans un domaine comme l’aéronautique, où de fortes puissances massiques sont requises, est encore précoces ou non.

Le cahier des charges du prototype est le suivant : réaliser un moteur de 50kW tournant à 5000tr/min pour une application aéronautique.

Problématique scientifique

En fonctionnement, l'inducteur va supporter le champ de réaction créée par l'induit et ceci soulève un certain nombre de questions. D'un autre côté, le choix du fil supraconducteur pour réaliser les bobinages de l'inducteur est un point crucial et diverses technologies sont disponibles : YBCO, MgB2 ou BSCCO. Il s'agit de définir laquelle est la plus adaptée à ce type de moteur. Un dernier verrou important concerne la cryogénie du système. Quel mode de refroidissement pour ce moteur constitué de bobinages et de matériaux massifs supraconducteurs ?

Les verrous scientifiques et technologiques relèvent donc des questions suivantes :

• Quelles sont les pertes dans les supraconducteurs soumis à un champ variable ?
• Quel matériau supraconducteur choisir pour écranter au mieux le champ magnétique ?
• Quel est le comportement dans le temps d'un écran supraconducteur soumis un champ variable ?
• Quels sont les fils supraconducteurs les plus adaptés aux machines électriques ?
• Quel est le mode de refroidissement le plus adapté à ce type de moteur ?

Contact

Jean LEVEQUE : jean.leveque@univ-lorraine.fr
Thierry LUBIN : thierry.lubin@univ-lorraine.fr