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Description

ISOLANT ELDCTRIQUE APPLICABLE A DES CONDUCTEURS ET METHODE DE PREPARATION
CORRESPONDANTE.

L'invention est relative à un isolement perfectionné des fils pour électro aimanta, en particulier des fils pour stators et rotors des ma- chines dynamo électriques. Les fils d'aimant comprennent des conducteurs à sections transversales variées, pas forcément rondes ou carrées, mais pou- vant être rectangulaires et plates et dont les largeurs et épaisseurs peuvent varier. Par exemple, on utilise de tels conducteurs ayant 13 mm de'large et environ 1,5 mm dépaisseur. Les isolements des fils d'aimant doivent possé- der des propriétés mécaniques et électriques exceptionnellement bonnes, car il est désirable que l'isolant encombre un minimum d9espace dans un bobinage.

Les conducteurs isolés du type des fils d'aimant auxquels s'ap- plique 19invention, sont déjà beaucoup utilises. Cependant, ceux actuelle- ment connus présentent certaines limitations dans leurs propriétés physiques- et électriques, surtout pour les sections rectangulaires larges. On a appli" que à de teis conducteurs de 19 amiante cardé ou en floche, ou encore en tres- se ou en rubano Dans tous les cas, 19 amiante est enroulé sur le fil, puis on l'imprègne de la composition isolante. L9amiante cardé tend à former des surépaisseurs sur les surfaces planes des conducteurs anguleux., de sorte que les angles et les arêtes ne sont isolés que par des couches relativement min- ces.

L'enveloppement par l'amiante en tresse est irrégulier et son épaisseur trop grande dans certains cas où 1?isolant devrait occuper l'espace minimum.

En outre, les fils d'aimant ainsi isolés ne résistent pas sans dommage à la courbure et au pliage nécessités par certaines constructions.

La présente invention apporte un perfectionnement aux fils d'ai- mant, à leur fabrication et à l'isolement électrique, par. emploi d'un ruban ' amélioré favorable à 19isolement des conducteurs électriques. A cet effet, on surmonte les difficultés ci-dessus et remédie aux défauts en appliquant sur les conducteurs électriques, ceux à section rectangulaire en particulier, des enveloppements d9un ruban minéral imprégné au préalable et recouvert de

matériaux isolants choisis comme on l'indique ci-après.

On consolide les en- veloppementa de rubans par la chaleur et la pression après leur application au fil et suivant tout arrangement. désiré de façon que l'ensemble soit si bien uni qu'il en résulte un isolant pratiquement unique. Le fil conducteur , ainsi revêtu a un isolement uniforme, adhérent, résistant à l'abrasion, aux dérangements et aux détériorations qu'entrainent la courbure, le pliage, le bouclage ou la flexion du conducteur. L'isolement résiste de façon exception- nelle aux actions thermiques et à l'humidité; sa rigidité diélectrique est considérable.

A ces avantages s'associe une épaisseur plus faible, de sorte que le fil isolé perfectionné occupe moins de volume dans l'enroulement, ce qui améliore l'efficacité de l'appareillage électrique comportant un tel fil.

Sur le dessin joint, le figure 1 donne en perspective très agran- die un élément de conducteur revêtu de l'isolement conforme à la présente in- vention; la figure 2 montre une portion d'un bobinage préformé renfermant le fil d'aimant ainsi isolé.

Aucun matériau unique actuellement connu n'a toutes les proprié- tés physiques ou chimiques requises pour isoler les fils d'aimant. L'inven- tion utilise une combinaison nouve.lle de plusieurs isolants contribuant tous au résultat final et dont l'ensemble possède les propriétés désirées. L'iso- lement est'formé en enroulant sur le conducteur, un ruban tenace, robuste, comportant des combinaisons nouvelles de compositions rédineuses, que l'on consolide par la chaleur et la pression pendant leur application, de manière à obtenir un revêtement tenace, robuste et adhérent, dans lequel l'identité de chaque matériau a complètement disparu; il équivaut donc à un revêtement unitaire combinant les propriétés désirées d'endurance à la chaleur, de ré- sistance à l'usure, de flexibilité et de faible encombrement.

Le rubant uti- lisé est formé d'un tissu de fibres minérales ou d'une majorité de telles fibres résistantes à la chaleur, comme l'amiante, les fibres de verre ou de quartz, ou analogues. Des matériau$ : en feuilles formés d'amiante et d'ar- gile colloïdale (tels que, par exemple, ceux décrits dans le brevet américain 2.493.604) sont également acceptables. On peut aussi associer plusieurs ma- tériaux de ce genre. De préférence, on emploie de l'amiante en feuilles de très bonne qualité et de minceur convenable.

Il est d'ordinaire avantageux d'imprégner ces feuilles minérales avec une petite quantité d'empois en solu- tion aqueuse, puis de sécher avant d'effectuer le traitement par isolants comme on va le décrire.. S'il y a peu d'empois, par exemple 1,5 à 2,5 % en- viron, la résistance à la chaleur ni est pratiquement pas affaiblie, mais l'empois améliore la condition physique de la feuille minérale et facilite, en particulier, son imprégnation.

La feuille minérale (renforcée par l'empois) peut être sous forme de ruban ; onl'imprègne d'abord avec une substance thermo-plastique pour en ' élever la résistance mécanique et la flexibilité et en améliorer les proprié- tés isolantes et diélectriques. L'imprégnant ne doit pas devenir dur et fra- gile à la température à laquelle il consolide la feuille ou le ruban età laquelle on effectue l'enveloppement, parce que le fil isolé doit pouvoir être tordu ou courbé. Un imprégnant thermoplastique convenable, ayant les proprié- tés voulues, consiste en une solution des copolymères résineux d'acrylate dè méthyle et d'acrylate d'éthyle.

Les imprégnants à utiliser peuvent renfermer' 50 à 90 % de ce dernier, contre 50 à 10 % d'acrylate de méthyle, mais on pré- fère se limiter à 70-90% d'acrylate d'éthyle avec 30 à 10 % d'acrylate de mé- thyle dans le copolymérisat. On trouve dans le commerce un matériau de ce genre, vendu sous le nom d'Acryloid C-5. Le matériau en feuille est garni ou saturé avec une solution des acrylates dans un solvant volatil comme le toluène; une solution à 20 % de solide est satisfaisante. On chasse, par é- vaporation, le solvant de la feuille imprégnée-,, de façon qu'après son départ le matériau remerme environ 20 à 23 % de résine solide.

Si cette imprégnation améliore la résistance mécanique, la fle- ¯ xibilité et les propriétés diélectriques, la résistance à l'abrasion et la tenacité sont encore insuffisantes. On complète donc l'effet en revêtant le

matériau, en 19imprégnant, plus ou moins, au moyen d'une matière plastique
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thermo-durcissable ayant les propriétés voulues et résistant à la 'ChaleUr..( '" Un matériau convenable de ce genre est constitué par une résine artificielle
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obtenue en intercondensant une résine éthox,3.ne et un polyester acide poly- mérisable. De préférence,

on choisit une substance (telle que décrite dans le brevet belge déposé comme 2me perfectionnement au brevet principal du 25
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octobre 1952 pour 00omposîtions résineuses polyester acide-hoxyl3.ne); qui' résulte dc 19interaction d9une résine éthoxyline et dun polyester renfermant des groupes carboxyles libres, et obtenu en faisant réàgir un alcool dihydri- que, comme 19 éthylène glycol, et un acide éthylénique en position alpha, di- carboxylé en position alpha et beta, ou l'anhydride de cet*acide, par exemple
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19 anhydride maléique La résine éthoxyline-est une résine époxyde complexe, formée par un dérivé. polyéthéré d'un composé organique polyhydrique, tel que un alcool ou un phénol polyhydriques, et renfermant des groupes époxy.

En
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choisissant ce produit. intercondensé incomplètement, donc soluble et fusible, on peut par simple traitement. thermique, 11' amener à l'état dur, insoluble et infusible. Pour abréger, cette résine sera désignée sous le nom de- résine- A.

Avant da appl3quer 19 enveloppement par la feuille ou le ruban, le.conducteur métallique à isoler est revêtu d'une couche convenable 6 d'un adhésif faisant prise par la chaleur et qui peut être de 1-'un des types viny- liques, polyester, époxyde, comme la résine A ci-dessus, ou phénolique.
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D'ordinaire, l'adhésif est associé avec un solvant ou un dispersif@cony-ena- blé. Une composition tout-à-fait adéquate est formée par un mélange de ré- aines contenant du styrène, de l'acétate polyvinylique- et un polyester as-
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sqoiant les mainate et adipate dwdipropyléne glycol; de préférence, on y a ajouté un peroxyde catalyseur en faible- proportion.

Après assemblage ou bobinage des conducteurs isolés par le ruban imprégné, un traitement thermique provoque la fusion de la résine ci-dessus en faisant adhérer entre elles les couches contiguës du ruban. En achevant la prise et la condensation, on obtient une liaison tenace entre les couches
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adjacentes. A 19extérieur, 19enroulement revêtu de résine a un fôrte ré-¯ sistance à 1'abrasion et à la chaleur.

Facultativement, on peut appliquer à l'extérieur un second re- vêtement d9une résine B un peu différente de la résine A. Ce second revête- ment diffère physiquement du premier en ce qu'il est préalablement amené à
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l'état solide puis mieropulvérîsê. On Inappliqué donc sous forme de poudre ou de farine sur la résine A appliquée d'abord.

Cette résine en poudre est formée d'un produit solide partiellement condensé et préparé par l'interac- tion d'un mélange de deux ingrédients : la) un polyester acide à faible pdds moléculaire, renfermant des groupes carboxyles libres et formé par la réac-
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tion d'un alcool polyhydrique, comme la glycérine, et d'un acide ou anhydride dicarboxylé non polymérisable, comme 1-laaîde ou l8anhydride phtalique; 20) une résine époxyde complexe telle que définie ci-dessus. Pour abréger, ce produit d,9intercondensation, qui est décrit dans le brevet belge déposé le 25 octobre 1952 pour "Compositions résineuses polyesteracide-éthoxyline", sera appelé résine B.

Tant qu'il n'est pas protégé de quelque manière, le ruban repouvert de résine A partiellement durcie, adhère à lui-même, par exemple dans les rouleaux de ce ruban', d'où une certaine difficulté pour l'appliquer aux conducteurs avec les machines enrouleuses usuelles '(non re- présentées) .

La résine B, étant dure et fragile à son état de condensation
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partielle, se prête â la mieropulv4risation,. Cette poudre est.donc étalée ..sur le revêtement de la résine A, appliquée en premier lieu, et ces deux ré- sines étant compatibles entre elles,. on soumet le ruban à la chaleur et à la pression. La résine B se ramollit vers 130 G.; ramollie ou fondue, c'est un bon adhésif. Non seulement le.revêtement externe de résine B empêche l'adhérence du ruban- dans le rouleau, mais il améliore les propriétés de 1,i- solant composé après qu'on a enroulé le ruban sur le conducteur et qu'il a fait prise par la chaleur et par la pression.

La figure 1 montre un élément de fil d'aimant rectangulaire. 1. à échelle très agrandie et sur lequel on a enroulé avec superposition partielle le ruban 2 imprégné et enduit comme on vient de le décrire-. Le dessin indique en 3 la matière minérale fibreuse imprégnée, avec son revêtement 4 de résine thermodurcissable, ainsi que le revêtement extérieur 5 de résine B en poudrer.

Dans certains cas, on peut superposer plusieurs couches du même ruban sur le conducteur, bien qu'on ne l'ait pas représenté.

Le conducteur enveloppé, dont la section droite peut être quel - conque, ronde ou rectangulaire, est soumis à la chaleur et à la pression pour' amener les deux résines A & B à l'état.insoluble et infusible. En- général, il suffit de chauffer vers 200 à 250 C. et d'appliquer une pression d'environ 70 à 210 gr par cm .9 la. température et la pression choisies dépendant des dimensions du conducteur isolé. Eventuellement, on peut renouveler ce traite- ment par la chaleur et la pression une ou plusieurs fois. Les enveloppements se trouvent alors si bien consolidées qu'ils ont pratiquement perdu leur indi- vidualité de couche. Le revêtement résultant à,une grande rigidité diélec- trique et peut fonctionner indéfiniment vers 150 C.

Son 'épaisseur est prati- quement uniforme, sans surépaisseurs en certains endroits, ni amincissements en d'autres. La minceur et l'uniformité de lisdant sont telles qu'un bobina- ge comme celui schématisé figure 2 a des dimensions d'ensemble plus petites et permet de- loger davantage de spires dans un même espace. En dessinant les appareils électriques, on peut donc prévoir plus de cuivre ou de métal con- ducteur par unité de section droite d'un électroaimant ou d'une bobine, d'où un gain d'efficacité.

La figure 2 fait comprendre, en outre, les tensions par flexion et torsion auxquelles un fil d'aimant est soumis pendant la fabrication des bobines.; Dans la plupart des cas (figure 2), on a coutume de courber les bandes individuelles suivant des dimensions étroites, pour obtenir en 7 une zone courbée suivant une surface presque plane. De telles courbures impo- sent des tensions sévères à l'isolant; toutefois, celui-ci n'éprouve aucun, dommage s'il est fabriqué- conformément à la présente invention.

Il est bien entendu que l'on ne désire pas se limiter à ces for- mes particulières, données simplement à titre d'exemple et sans aucun carac- tère restrictif, et que, par conséquent, toutes les variantes utilisant les mêmes moyens techniques et ayant même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.

Claims

RESUME.

I - Isolant électrique, notamment pour conducteurs utilisés en bobinages, comprenant une matière fibreuse minérale en feuilles, imprégnée d'un copolymère d'acrylates de méthyle et d'éthyle, puis revêtue d'un produit- partiellement condensé d'une résine éthoxyline avez un polyester acide poly- mérisable. On peut compléter le revêtement et l'empêcher d'être collant à l'état non totalement condensé, en le saupoudrant d'une résine solide, fine- ment pulvérisée, obtenue par intercondensation partielle d'une résine éthoxy-' line avec un polyester acide non polymérisable, par exemple du type glycéro- phtalique.

II - Application des feuilles isolantes obtenues au revêtement de conducteurs pour bobinages, notamment en enroulant ces feuilles avec che- vauchement partiel sur le conducteur avant la prise totale des résines étho- xylines, puis en achevant leur prise par cuisson à température élevée (200-250 C.), éventuellement sous faible surpression (70-210 gr par cm2).

III - A titre de produits industriels nouveaux, les conducteurs <Desc/Clms Page number 5> électriques isolés à 1'aide de l'isolant revendiqué sous I-, éventuellement de la manière revendiquée sous II.- En annexe 1 dessin.