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 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’excellents blindages magnétiques.

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 comprenant un agencement de bobines qui reposent 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 les bobines. 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 moduler 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 dans l’un au moins des matériaux suivants qui possèdent notamment de très bonnes caractéristiques d’écrantage : 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), en NbTi (pour niobium-titane), en MgB2 (diborure de magnésium) ou tout matériau RE-Ba-Cu-0 ou RE peut être n’importe quelle terre rare.

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 solidification 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).

Toutefois, la Demanderesse s’est aperçue du fait que, dans une machine électrique comprenant des pastilles supraconductrices, les forces générées à la périphérie externe des bobines de l’induit, qui peuvent s’élever à 100 N par exemple, ont tendance à déformer les bobines ce qui crée des problèmes mécaniques de structure et est susceptible de réduire l’efficacité de la machine électrique.

EXPOSE DE L'INVENTION

Un but de l’invention est de proposer une machine supraconductrice dans laquelle les risques de déformation des bobines de l’induit sont réduits sans pour autant réduire l’efficacité de la machine électrique.

Un autre but de l’invention est d’augmenter, de manière simple et efficace, la densité de puissance des machines supraconductrices.

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 axial ou radial.

Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention, une machine électrique supraconductrice comprenant un inducteur comprenant des pastilles supraconductrice réparties circonférentiellement autour d’un axe de la machine électrique et un induit comprenant des bobines, chaque bobine présentant une bordure radialement interne et une bordure radialement externe, la bordure radialement interne et la bordure radialement externe s’étendant suivant une direction circonférentielle par rapport à l’axe. Par ailleurs, la machine électrique comprend en outre au moins une barrière de flux s’étendant circonférentiellement par rapport à l’axe, chaque barrière de flux s’étendant entre les pastilles supraconductrices et l’induit de sorte à recouvrir au moins partiellement l’une au moins parmi la bordure radialement externe et la bordure radialement interne de tout ou partie des bobines de l’induit.

Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de la machine électrique selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : la barrière de flux recouvre au moins partiellement l’une au moins parmi la bordure radialement externe et la bordure radialement interne de toutes les bobines de l’induit ; la barrière de flux recouvre toute la bordure radialement externe et/ou toute la bordure radialement interne de tout ou partie des bobines de l’induit ; chaque bobine présente en outre des bordures latérales connectant la bordure radialement interne et la bordure radialement externe, la barrière de flux recouvrant au plus 10% des bordures latérales ; la barrière de flux est discontinue et comprend au moins une fente s’étendant suivant une direction sensiblement radiale par rapport à l’axe ; la machine électrique comprend en outre une couche isolante logée dans la fente ; la barrière de flux recouvre au moins partiellement la bordure radialement interne ; elle peut alors être continue sur toute sa circonférence dans le cas d’une machine électrique flux axial ; la barrière de flux présente une forme annulaire ; la barrière de flux comprend une série de secteurs d’anneau, chaque secteur d’anneau s’étendant entre deux pastilles supraconductrices ; la barrière de flux est fixée sur l’induit ou sur l’inducteur ; la barrière de flux est solidaire des pastilles supraconductrices ; la machine électrique comprend en outre une bobine coaxiale à l’axe s’étendant radialement autour des pastilles supraconductrices, la barrière de flux étant fixée sur une face radiale interne de la bobine de l’inducteur ; un rayon externe de la barrière de flux est supérieur ou égal à un rayon externe des pastilles supraconductrices ; et/ou la machine électrique comprend une barrière de flux recouvrant au moins partiellement la bordure radialement externe de tout ou partie des bobines de l’induit et une barrière de flux supplémentaire s’étendant circonférentiellement par rapport à l’axe, ladite barrière de flux supplémentaire s’étendant entre les pastilles supraconductrices et l’induit de sorte à recouvrir au moins partiellement la bordure radialement interne de tout ou partie des bobines de l’induit.

Selon un deuxième aspect, l’invention propose un aéronef comprenant une machine électrique selon le premier 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 l’art antérieur ;

La figure 2a est une vue simplifiée, éclatée et en perspective d’une machine électrique à flux axial conforme à un premier mode de réalisation de l’invention, dans laquelle la barrière de flux est fixée sur les pastilles supraconductrices ;

La figure 2b est une vue simplifiée, éclatée et en perspective d’une variante de réalisation de la figure 2a ;

La figure 3 est une vue de face d’un exemple de réalisation d’une barrière de flux annulaire ;

La figure 4a est une vue simplifiée, éclatée et en perspective d’une machine électrique à flux axial conforme à un deuxième mode de réalisation de l’invention, dans laquelle la barrière de flux est fixée sur les bobines de l’induit ; La figure 4b est une vue simplifiée, éclatée et en perspective d’une machine électrique à flux radial conforme à un troisième mode de réalisation de l’invention, dans laquelle la barrière de flux est fixée sur les bobines de l’induit ;

La figure 4c est une variante de réalisation de la machine électrique à flux radial de la figure 4b ;

La figure 5a est une vue simplifiée, éclatée et en perspective d’une machine électrique à flux axial conforme à un quatrième mode de réalisation de l’invention, dans laquelle la barrière de flux est montée radialement à l’intérieur de la bobine de l’inducteur ;

La figure 5b est une vue simplifiée, éclatée et en perspective d’une machine électrique à flux radial conforme à un cinquième mode de réalisation de l’invention, dans laquelle la barrière de flux est montée radialement à l’intérieur des bobines de l’induit ;

La figure 6 est une vue schématique d’un aéronef comprenant une machine électrique conforme à l’invention.

La figure 7 illustre un exemple d’aéronef pouvant comprendre une machine électrique conforme à 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.

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.

Dans la présente demande, on appelle axe X du rotor, son axe de rotation. La direction axiale correspond à la direction de l'axe X et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et passant par lui. Par ailleurs, la direction circonférentielle (ou latérale) correspond à une direction perpendiculaire à l'axe X et ne passant pas par lui. Sauf précision contraire, interne (respectivement, intérieur) et externe (respectivement, extérieur), respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d'un élément est plus proche de l'axe X que la partie ou la face externe du même élément. 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. 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 montées sur une structure porteuse 8 qui sont disposées dans un même plan orthogonal à l’axe X 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 entraînées 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 supraconductrices 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), en NbTi (pour niobium-titane), en MgB2 (diborure de magnésium) ou tout matériau RE-Ba-Cu-0 où RE peut être n’importe quelle terre rare.

La bobine supraconductrice 6 de l’inducteur 3 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 de l’induit 2. En d’autres termes, l’inducteur 2 est supraconducteur tandis que l’induit 3 est non- supraconducteur.

Les pastilles supraconductrices 7 peuvent présenter toute forme adaptée.

Dans un premier mode de réalisation, chaque pastille supraconductrice 7 présente, de manière connue en soi, la forme d’un disque plein (solide) (comme illustré sur la figure 1 ).

Dans un deuxième mode de réalisation, la pastille supraconductrice 7 peut être creuse afin d’adapter sa forme à l’épaisseur de pénétration du champ magnétique dans la pastille 7. Chaque pastille supraconductrice 7 comprend à cet effet une paroi circonférentielle qui présente :

- 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 de la paroi circonférentielle.

La face interne s’étend radialement à l’intérieur de la face externe. La pastille supraconductrice 7 est donc creuse en ce qu’elle présente une cavité qui, comme on le verra dans ce qui suit, peut être débouchante, traversante ou enfermée dans la pastille supraconductrice 7. La cavité est de préférence vide (dépourvue de matériau).

Optionnellement, la pastille supraconductrice 7 peut comprendre une ou plusieurs parois supplémentaires divisant la cavité en plusieurs parties. Le cas échéant, un orifice traversant peut être formé dans tout ou partie des parois. On pourra se référer au document FR2020/052301 au nom de la Demanderesse pour plus de détails sur ces différentes formes de réalisation de pastilles supraconductrices 7 avec cavité.

Dans un troisième mode de réalisation illustré sur les figures 2, 4a et 5a, la forme des pastilles supraconductrices 7 est adaptée (optimisée) de sorte à maximiser le rapport écrantage/masse des pastilles 7, c’est-à-dire que la forme des pastilles supraconductrices 7 est adaptée afin que la variation de la composante axiale du champ magnétique induit, et donc l’écrantage du flux magnétique, soit maximal, tout en minimisant la masse des pastilles supraconductrices 7. On peut ainsi obtenir une augmentation de la vitesse de rotation du rotor et donc de la puissance de la machine électrique 1 . A cet effet, les pastilles supraconductrices 7 peuvent avoir une forme polygonale présentant au moins cinq côtés. Par exemple, la pastille 7 présente une forme hexagonale, de préférence celle d’un hexagone régulier isométrique. En variante, la face 8 de chaque pastille supraconductrice 7 présente la géométrie et les dimensions d’un secteur d’anneau. Par secteur d’anneau, on comprendra ici la forme délimitée d’une part par deux cercles coaxiaux, de diamètre différent, et d’autre part par deux segments de droite issus du centre des cercles. Le secteur d’anneau comprend ainsi deux côtés opposés courbes et deux côtés opposés droits.

On pourra se référer au document FR2020/052301 au nom de la Demanderesse pour plus de détails sur ces différentes formes de réalisation de pastilles supraconductrices 7

Les bobines 5 de l’induit 2 peuvent également présenter toute forme adaptée. De manière connue en soi, les bobines 5 peuvent notamment présenter une forme de secteur d’anneau, comme illustré sur les figures 2, 4a, et 5a.

Quelle que soit la forme des bobines 5 de l’induit 2, chaque bobine présente une bordure radialement interne 10, une bordure radialement externe 9 et des bordures latérales 11 qui relient la bordure radialement interne 10 et la bordure radialement externe 9. La bordure radialement interne 10 et la bordure radialement externe 9 s’étendent suivant une direction circonférentielle par rapport à l’axe X tandis que les bordures latérales 11 sont sensiblement radiales. Afin de réduire les risques de déformation des bobines 5 de l’induit 2 tout en améliorant la densité de puissance de la machine électrique 1 , la machine électrique 1 comprend en outre une barrière de flux 12 s’étendant circonférentiellement par rapport à l’axe X, entre les pastilles supraconductrices 7 et l’induit 2 de sorte à recouvrir au moins partiellement la bordure radialement externe 9 de tout ou partie des bobines 5 de l’induit 2. En d’autres termes, la barrière de flux 12 est positionnée de sorte à masquer la bordure radialement externe 9 des bobines 5. En effet, les forces au niveau de la bordure radialement externe 9 (ou tête) des bobines 5 (qui peuvent par exemple atteindre 100 N) ne produisent pas de couple. Or, comme nous l’avons vu plus haut, ces forces tendent à déformer les bobines 5. Grâce à la barrière de flux 12, le champ magnétique est alors écranté au niveau de la bordure radialement externe 9 des bobines 5 et redirigé de l’induit 2 vers les régions actives de la machine électrique 1 , c’est- à-dire radialement en direction des bordures latérales 11 et de la bordure radialement interne 10 des bobines 5, ce qui permet d’augmenter la densité de puissance de la machine électrique 1.

De préférence, la barrière de flux 12 est placée devant l’induit 2 de sorte à recouvrir au moins partiellement la bordure radialement externe 9 de toutes les bobines 5 de l’induit 2. De la sorte, le champ magnétique est écranté au niveau de la bordure radiale externe des bobines 5 sur toute la circonférence de l’induit 2. L’induit 2 est ainsi protégé des déformations éventuelles et la densité de puissance de la machine électrique 1 est maximisée.

La barrière de flux 12 est de préférence réalisée dans un matériau supraconducteur. En particulier, la barrière de flux 12 peut être réalisée dans l’un quelconque des matériaux supraconducteurs envisagés pour les pastilles supraconductrices 7 listés plus haut. Le cas échéant, la barrière de flux 12 peut être réalisée dans le même matériau supraconducteur que les pastilles 7.

Dans une forme de réalisation, la barrière de flux 12 est placée devant l’induit 2 de sorte à recouvrir toute la bordure radialement externe 9 des bobines 5. Toutefois, afin de ne pas dégrader la densité de puissance de la machine électrique 1 , au plus 10% de la surface des bordures latérales 11 des bobines 5 de l’induit 2 sont recouvertes par la barrière de flux 12.

La barrière de flux 12 peut être fixée sur l’induit 2 ou sur l’inducteur 3.

De préférence, la barrière de flux 12 est fixée sur une partie tournante (rotor) de la machine électrique 1 , par exemple sur les pastilles supraconductrices 7 et/ou sur la structure porteuse 8 sur laquelle sont montées les pastilles supraconductrices 7. Cette configuration permet en effet d’utiliser une barrière de flux 12 ayant une épaisseur plus grande (de l’ordre de dix à vingt millimètres d’épaisseur) et donc d’améliorer l’écrantage du champ magnétique. En effet, lorsque la barrière de flux 12 est fixée au niveau du rotor, elle peut être monobloc avec les pastilles supraconductrices 7 utilisées pour la modulation du flux. Ces pastilles 7 sont typiquement plus épaisses que la barrière de flux 12 servant à la protection (une bonne qualité d’écrantage étant requise pour la modulation du champ). Cependant, lorsque la barrière de flux 12 et les pastilles 7 sont monobloc, par simplicité de réalisation, elles pourront avoir la même épaisseur. Une conséquence est alors l’amélioration de l’écrantage pour la barrière de flux 12 ‘protectrice’.

En variante, la barrière de flux 12 peut être montée sur le stator, par exemple sur la bobine 6 de l’inducteur 3 ou sur les bobines 5 de l’induit 2. Dans ce cas, l’épaisseur de la barrière de flux 12 peut être inférieure à un millimètre pour ne pas gêner le fonctionnement de la machine électrique 1. En effet, lorsque la barrière de flux 12 est montée sur les bobines 5 de l’induit 2, elle se trouve alors au niveau de l’entrefer de la machine électrique 1. Or, cet entrefer doit être aussi petit que possible car il est directement proportionnel au couple de la machine électrique (et donc à sa puissance). C’est pourquoi dans cette configuration, il est préférable de limiter l’épaisseur de la barrière de flux 12.

Un rayon externe de la barrière de flux 12 est supérieur ou égal à un rayon externe des pastilles supraconductrices 7 afin d’assurer un écrantage efficace du champ magnétique au niveau des bordures radialement externes des bobines 5 de l’induit 2. Par rayon externe de la barrière de flux 12, on comprendra ici le rayon maximal de la barrière de flux 12, mesuré depuis l’axe X de rotation. Par rayon externe des pastilles supraconductrices 7, on comprendra ici le rayon maximal desdites pastilles 7, mesuré depuis l’axe X de rotation.

Ainsi, lorsque la barrière de flux 12 est fixée sur les pastilles supraconductrices 7 ou sur leur structure porteuse 8, ladite barrière de flux 12 s’étend au moins partiellement radialement à l’extérieur des pastilles supraconductrices 7.

La barrière de flux 12 peut s’étendre de manière sensiblement continue autour de l’axe X de rotation. Toutefois, la barrière de flux 12 comprend au moins une discontinuité 13 pour éviter que la barrière de flux 12 n’écrante le champ magnétique au sein des pastilles supraconductrices 7. En effet, en l’absence de discontinuité 13, des boucles de courant seraient susceptibles de se former à la périphérie des pastilles supraconductrices 7, écrantant ainsi le champ magnétique à l’intérieur des pastilles 7, ce qui nuirait au fonctionnement de la machine électrique 1 .

La discontinuité 13 peut être obtenue par la forme même de la barrière de flux 12, qui peut comprendre une pluralité de sections séparées les unes des autres, ou en réalisant une fente 13 dans la barrière de flux 12 (comme illustré sur la figure 3), ladite fente 13 permettant ainsi de casser les boucles de courant. Optionnellement, pour garantir la discontinuité de la barrière de flux 12, une couche isolante 14 peut être placée dans la fente 13 formée dans la barrière de flux 12. L’épaisseur de la fente 13 peut alors être sensiblement égale à l’épaisseur de la couche isolante 14. La couche isolante 14 peut par exemple comprendre un film polyimide tel que du Kapton présentant une épaisseur de 0,025 mm.

La barrière de flux 12 peut présenter une hauteur sensiblement égale à la hauteur de la bordure radialement externe 9 des bobines 5. Par hauteur, on comprendra ici la dimension suivant une direction radiale à l’axe X de rotation.

Dans une première forme de réalisation, la barrière de flux 12 est de forme globalement annulaire. Plus précisément, comme illustré sur les figures 3, 5a et 5b, la barrière de flux 12 peut présenter la forme d’un disque dans lequel est réalisé un orifice traversant de sorte à obtenir une bande annulaire. Comme indiqué plus haut, la bande annulaire 12 peut être sensiblement continue. Le cas échéant, la bande annulaire 12 comprend une fente 13 configurée pour casser les boucles de courant et, optionnellement, une couche isolante 14 placée dans la fente 13 (comme illustré en figure 3).

Dans une deuxième forme de réalisation (figure 2a), lorsqu’elle est fixée sur le rotor, la barrière de flux 12 peut comprendre une série de sections 12a, par exemple des secteurs d’anneau 12a, s’étendant circonférentiellement autour de l’axe X de rotation et équiréparties sur la circonférence.

Chaque secteur d’anneau 12a de la barrière de flux 12 s’étend entre deux pastilles supraconductrices 7 adjacentes.

Chaque secteur d’anneau 12a peut être solidaire d’au moins une pastille supraconductrice 7. Par exemple, chaque secteur d’anneau 12a peut être solidaire des deux pastilles 7 adjacentes. Le cas échéant, chaque secteur d’anneau 12a peut être fabriqué d'une pièce avec au moins une pastille supraconductrice 7 adjacente. Toutefois, comme indiqué ci- avant, une discontinuité 13 doit être ménagée afin de ne pas relier de manière continue toutes les pastilles supraconductrices 7 : le cas échéant, au moins l’un des secteurs d’anneau 12a comprend alors au moins une fente 13 dans laquelle peut éventuellement être insérée une couche isolante 14 comme décrit plus haut, afin d’empêcher la formation de boucles de courant.

Dans cette forme de réalisation, les pastilles supraconductrices 7 peuvent en outre présenter un rayon maximal sensiblement égal au rayon externe de la barrière de flux 12 afin d’assurer un écrantage efficace du champ magnétique au niveau des bordures radialement externes des bobines 5 de l’induit 2. On notera que, dans cette configuration, le rayon maximal des pastilles supraconductrices 7 est plus grand que le rayon maximal conventionnel des pastilles supraconductrices des machines électriques de l’art antérieur, de sorte que la partie radialement externe des pastilles supraconductrices 7 fasse partie de la barrière de flux 12 et recouvre au moins partiellement la bordure radialement externe 9 de toutes les bobines 5 de l’induit 2.

Dans une troisième forme de réalisation illustrée sur les figures 2b et 4a-4c, la barrière de flux 12 comprend un ensemble de sections 12a formant ensemble une couronne qui s’étend sur toute la périphérie de la partie (structure support, pastilles supraconductrices 7, bobine de l’inducteur 3 ou bobines 5 de l’induit 2) de la machine électrique 1 sur laquelle elle est fixée. Les sections 12a de la couronne 12 peuvent présenter toute forme adaptée et sont équiréparties autour de l’axe X de rotation. Par exemple, les sections 12a de la couronne 12 peuvent chacune présenter une forme de secteur d’anneau dont la hauteur est sensiblement égale à la hauteur de la bordure radialement externe 9 des bobines 5.

Au moins une discontinuité 13 est ménagée dans la barrière de flux 12 afin de ne pas relier de manière continue toutes les sections 12a. Par exemple, au moins l’une des sections 12a de la couronne 12 comprend au moins une fente 13 dans laquelle peut éventuellement être insérée une couche isolante 14 comme décrit plus haut, afin d’empêcher la formation de boucles de courant. En variante, les sections 12a de la couronne 12 peuvent être séparées deux à deux, le cas échéant avec interposition d’une couche isolante 14 entre deux sections 12a adjacentes.

Optionnellement, afin d’améliorer encore la protection de l’induit et la densité de puissance de la machine électrique 1 , la machine électrique 1 comprend une barrière de flux 12’ supplémentaire s’étendant circonférentiellement par rapport à l’axe X, entre les pastilles supraconductrices 7 et l’induit 2 de sorte à recouvrir au moins partiellement la bordure radialement interne 10 de tout ou partie des bobines 5 de l’induit 2 (voir par exemple figure 6). En d’autres termes, la barrière de flux 12’ supplémentaire est positionnée de sorte à masquer la bordure radialement interne 10 des bobines 5. En effet, les forces au niveau de la bordure radialement interne 10 (ou pied) des bobines 5 ne produisent pas non plus de couple. Grâce à la barrière de flux 12’ supplémentaire, le champ magnétique est alors écranté au niveau de la bordure radialement interne 10 des bobines 5 et redirigé de l’induit 2 vers les régions actives de la machine électrique 1 , c’est-à-dire radialement en direction des bordures latérales 11 et de la bordure radialement externe 9 des bobines 5, ce qui permet d’augmenter la densité de puissance de la machine électrique 1 et de protéger la bordure radialement interne 10 des déformations.

La barrière de flux supplémentaire 12’ peut présenter les mêmes configurations (montée sur l’induit ou l’inducteur, sur la partie rotor ou la partie stator ; forme annulaire (première forme de réalisation) ou en secteur d’anneaux (deuxième ou troisième forme de réalisation) ; etc.), les mêmes matériaux constitutifs et la même épaisseur que la barrière de flux 12, à l’exception du fait qu’elle est positionnée devant la bordure radialement interne 10 des bobines 5 et non devant la bordure radialement externe 9. Ainsi, la barrière de flux supplémentaire 12’ est placée devant l’induit 2 de sorte à recouvrir au moins partiellement la bordure radialement interne 10 de toutes les bobines 5 de l’induit 2.

La barrière de flux supplémentaire 12’ peut présenter une hauteur sensiblement égale à la hauteur de la bordure radialement interne 10 des bobines 5.

On notera qu’une machine électrique 1 (à flux axial ou radial) peut comprendre l’une au moins parmi la barrière de flux 12 recouvrant au moins partiellement la bordure radialement externe 9 des bobines 5 et la barrière de flux supplémentaire 12’ recouvrant au moins partiellement la bordure radialement interne 10 des bobines 5.

Par ailleurs, dans le cas d'une machine axiale comme illustré sur la figure 6, et contrairement à la barrière de flux 12 placée au niveau de la bordure radialement externe 9, la barrière de flux supplémentaire 12’ peut être continue sur toute sa circonférence. En effet, la formation de boucles de courant dans la barrière de flux supplémentaire 12’ dans ce type de machine électrique 1 n’a pas pour conséquence d’écranter des zones utiles à la génération du couple de la machine électrique 1. On notera toutefois que la présence de discontinuités dans la barrière de flux supplémentaire 12’ ne gêne pas son fonctionnement.

Procédé de fabrication

La barrière de flux 12 (et/ou, le cas échéant, la barrière de flux supplémentaire 12’) peut être obtenue par croissance de germes ou par empilement de rubans.

Lorsque la barrière de flux 12, 12’ est obtenue par croissance de germes, le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes :

- réalisation d’une pièce type pastille conventionnelle, en forme de disque ou de rectangle par croissance de germes selon la forme finale la plus approchante de la barrière de flux 12 ;

- usinage de la pièce ainsi obtenue de sorte à obtenir la forme finale de la barrière de flux 12.

Dans le cas d’une barrière de flux 12, 12’ du type bande annulaire (figure 3), la pièce obtenue par croissance de germes a de préférence la forme d’un disque et l’étape d’usinage consiste à réaliser un orifice central traversant dans le disque de sorte de sorte à obtenir la bande.

Dans le cas d’une barrière de flux 12, 12’ du type couronne comprenant une pluralité de secteurs jointifs, la pièce obtenue par croissance de germes peut également avoir la forme d’un disque et l’étape d’usinage consiste à réaliser un orifice central traversant dans le disque et à former les différentes sections de la couronne. Dans le cas d’une barrière de flux 12, 12’ comprenant plusieurs secteurs d’anneaux distincts, la pièce obtenue par croissance de germes peut avoir la forme d’un disque ou d’un rectangle et l’étape d’usinage consiste à réaliser les portions de cercle coaxiaux et les deux segments de droite qui les relient pour obtenir le secteur d’anneau.

Lorsque la barrière de flux 12, 12’ est obtenue par empilement de rubans, le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes : prédécoupage des rubans suivant la forme (bande annulaire, couronne, secteurs d’anneaux) de la barrière de flux 12, 12’ ; empilement des rubans ainsi prédécoupés de manière conventionnelle pour obtenir la barrière de flux 12, 12’ ; et optionnellement, usinage de la pastille supraconductrice 7 ainsi obtenue. optionnellement, lorsque la barrière de flux 12 est continue sur sa circonférence, usinage d’une ou de plusieurs fentes 13 et, le cas échéant, insertion d’une couche isolante 14 telle que décrite ci-avant.

Le cas échéant, lorsque la barrière de flux 12 est fixée sur les pastilles supraconductrices 7, la barrière de flux 12 et les pastilles supraconductrices 7 peuvent être formées intégralement et en une seule pièce. En d’autres termes, la barrière de flux 12 et les pastilles supraconductrices 7 peuvent être fabriquées simultanément par croissance de germes ou par empilement de rubans. L’épaisseur de la barrière de flux 12 est alors égale à l’épaisseur des pastilles supraconductrices 7 (généralement, de l’ordre de dix à vingt millimètres).

On notera que, lorsque la barrière de flux 12 est fixée sur le stator, la barrière de flux 12 est de préférence réalisée par empilement de rubans afin de pouvoir obtenir des épaisseurs inférieures à un millimètre.

Application aux machines électriques à flux radial

Dans le cas d’une machine supraconductrice à flux radial (voir par exemple les figures 4b, 4c et 5b), l’inducteur 3 comporte une bobine supraconductrice avant 6 et une bobine supraconductrice arrière 6’ qui sont annulaires et coaxiales à l’axe de rotation X et des pastilles supraconductrices 7 montées sur une structure porteuse 8 qui sont disposées circonférentiellement par rapport à l’axe X. L’induit 2 quant à lui comprend un agencement de bobines 5 disposées circonférentiellement par rapport à l’axe X, radialement à l’extérieur des pastilles supraconductrices 7.

Les bobines 5 de l’induit 2 peuvent chacune présenter une forme sensiblement rectangulaire dont un plus grand côté s’étend parallèlement à l’axe X du rotor. Les bobines 5 sont assemblées bord à bord le long de leur plus grand côté de sorte à définir un ensemble sensiblement cylindrique autour de l’axe X de rotation.

L’invention décrite ci-avant s’applique alors mutatis mutandis aux bobines 5 de l’induit 2 d’une machine électrique 1 à flux radial. La bordure radialement externe 9 des bobines 5 correspond alors à la bordure des bobines 5 (petit côté du rectangle) qui est adjacente à la bobine supraconductrice avant 6 tandis que la bordure radialement interne 10 correspond à la bordure des bobines 5 qui est opposée à la bordure radialement externe 9 et qui est adjacente à la bobine supraconductrice arrière 6’. Les bordures latérales 11 correspondent quant à elles aux grands côtés du rectangle. En particulier, la ou les barrières de flux 12, 12’ peuvent être placée radialement à l’intérieur de l’induit 2 de sorte à recouvrir au moins partiellement la bordure radialement externe 9 et/ou interne 10 de toutes les bobines 5 de l’induit 2. La machine électrique 1 peut donc comprendre une barrière de flux 12 au niveau des bordures radialement externes 9 des bobines 5 et/ou une barrière de flux 12’ au niveau des bordures radialement internes 10. Par ailleurs, la ou les barrières de flux 12, 12’ peuvent être fixées sur l’induit 2 ou sur l’inducteur 3, c’est-à-dire montées radialement à l’intérieur de la ou des bobines 6, 6’ de l’inducteur 3 (figure 5b), sur les bobines 5 de l’induit 2 ou sur les pastilles supraconductrices 7, comme illustré en figures 4b et 4c. Les barrières de flux 12, 12’ peuvent en outre présenter l’une quelconque des formes décrites ci-avant et comprendre au moins une discontinuité 13 pour éviter que la barrière de flux 12 n’écrante le champ magnétique au sein des pastilles supraconductrices 7.

La machine électrique 1 peut notamment être utilisée dans un aéronef 100.