Machine électrique à Haute Température grâce au procédé Sol-Gel

À propos de ce projet

Type de projet
Thèse Région

Thématique
Matériaux et composants innovants du Génie Électrique

Statut
En cours

Année
2018 - 2021

Budget

Localisation
Béthune

Technologie

Composants électroniques
Eco-conception
Efficacité Energétique
Energy
Génie électrique
Matériaux
matériaux électriques innovants

Contexte

De nombreuses applications, notamment celles liées au transport, requièrent des machines électriques dont la puissance doit être de plus en plus importante tout en conservant des caractéristiques de volume et de masse les plus réduites possibles. Une des solutions pour augmenter la puissance massique des machines électriques tournantes passe par un accroissement des densités de courants qui parcourent les bobinages, ce qui a pour conséquence une augmentation significative des températures de fonctionnement.

Pour dépasser la limite de 240°C liée à l’utilisation de polymères organiques pour le Système d’Isolation Electrique de la machine, il est indispensable de mettre en œuvre des matériaux nouveaux. Les matériaux inorganiques sont prometteurs pour augmenter largement la température (jusqu’à 500°C). Cependant, les études menées au LSEE (Laboratoire Systèmes Electrotechniques et Environnement) ont montré que leurs caractéristiques mécaniques très limitées imposent de repenser la structure de la machine en profondeur. Pour travailler dans des gammes de température médianes tout en conservant une structure de machine relativement classique, le procédé Sol-Gel (Solidification-Gélification) apparaît comme une solution très séduisante : il permet d’obtenir des composés hybrides entre les matériaux organiques et inorganiques.

Objectif

Dans le cadre de ce projet, le procédé Sol-Gel sera appliqué à l’émaillage d’un fil de cuivre destiné au bobinage d’une machine électrique haute température. L’objectif sera de valider les méthodes de dépôt sur le cuivre via ce procédé et de jauger l’influence de l’utilisation de ce nouveau fil sur la puissance massique d’une machine optimisée pour un fonctionnement à 400°C.

Il s’agit d’un sujet pluridisciplinaire qui requiert l’implication de plusieurs partenaires :

  • Le LSEE, laboratoire de recherche travaillant à l’efficacité environnementale des machines électriques tournantes et des transformateurs. En d’autres termes, le laboratoire travaille à des composants électromagnétiques plus performants, contraints par leurs usages et acceptés dans leur environnement ;
  • Green Isolight  International, entreprise dont le  domaine  d’intérêt concerne les procédés innovant d’émaillage et les vernis spéciaux ;
  • Materia Nova,  centre de recherche et de développement  belge (Mons) spécialisé dans  les  matériaux  nouveaux  et possédant  une expérience reconnue dans le domaine des procédés Sol-Gel.

Retombées

Sur le plan scientifique, ce travail amènera des technologies nouvelles pour la mise au point de machines haute température et permettra de développer et d’optimiser une nouvelle méthode d’émaillage des conducteurs en prenant en compte les attendus de l’application finale.

Ceci soulignera la possibilité de mettre les problématiques d’isolation au cœur de la démarche de dimensionnement. Un algorithme itératif de dimensionnement prenant en compte l’équilibre thermique du moteur sera ainsi disponible et pourra être appliqué à d’autres machines.

Sur le plan industriel, deux avancées intéressantes pourront émerger de ces travaux :

  • proposer à moyen terme sur le marché un fil émaillé tenant en température (au moins 400°C/ 20 000h) tout en restant compatible avec les contraintes environnementales imposées lors d’une production en Europe ;
  • optimiser les solutions Sol-Gel, notamment leur nature et les épaisseurs nécessaires pour optimiser le coût du produit.

Porteur(s) du projet

Université d’Artois

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LSEE (Laboratoire Systèmes Électrotechniques et Environnement)

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