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M E M O I R E D E S C R I P T I F PERFECTIONNEMENTS AU MONTAG DES BOBINES ELECTRIQUES.-
L'invention concerne une nouvelle méthode de fabrication des bobines électriques,permettant de les obtenir compactes, grande résistance diélectrique,insensibles à l'humidité, à l'huile et aux acides faibles. L'isolement réalisé permet également d'éviter la pénétration des poussières ou souillures diverses. De plus, sous une de ses variantes,l'invention permet d'obtenir des bobines qui résistent à des températures relativement élevées.
Dans la construction desbobines électriques selon les méthodes
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usuelles on a coutume d'utiliser des matières fibreuses et absorbantes comme lecoton, l'amiante etc... Ces matières, généralement non séchées préalablement àleur emploi, l'enfer- ment toujours quelque peu d'humidité,qui rend l'isdement défec- tueux ou tout au moins inconstant. On doit donc compléter cet isolement au moyen ,'le vernis isolants,ou de revêtements par rubans traitas.
Suivant l'invention,l'isolement de la bobine est effectif sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des matières absorbantes ou fibreuses et la construction de la bobine exige le minimum de matières et de travail. Il en résulte que la bobine est compacte,totalement dénuée d'humidité,le revêtement isolant est solide, emperméable, le pouvoir diélectrique en est très ,!,lové et le facteur .'-l'espace est réduit. A cet effet, la Compagnie demanderesse utilise un ester cellulosique,par exemple l'acéta.te de cellulose,sous forme de feuillets minces et secs ayant par exemple moins :.le 0,1 mm. d'épaisseur.
Cette matière,mise en ruban,est appliquée sur les conducteurs qui sont ensuite bobinés suivant les formes requises. un peut,si on le juge néces- saire,intercaler des couches d'acétate de cellulose entre les spires consécutives.
Cet acétate est de plus rendu thermo-plastique par un chauffage interne après montage, On peut,par exemple,chauffer l'isolant en faisant passer un courant d'intensité convenable dans les conducteurs. On peut également comprimer les bobines dans un moule approprié,chauffé à une température convenable par circulation de vapeur. Ainsi le moule étant chauffé à 1600 C., on fera durer le moulage environ 20 minutes. Cette opération amène un retrait général de l'acétate de cellulose à la surface des conducteurs et transforme le tout en une masse compacte.
On remarquera bien que cette méthode ne comporte l'emploi d'aucun solvant. Ainsi toute rupture d'isolement, par exemple par des bulles de vapeur du solvant, est complètement éliminée. En définitive,la bobine ainsi traitée constitue un solide dont la. surface extérieure est complètement
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imperméable.
Pour la formation de tell es bobines destinées aux moteurs d'induction,par exemple,l'acétate de cellulose, ou tout ester analogue,sous forme de minces feuillets secs,.)eut- être enroulé en spirale la surf-ce des conducteurs. La bobine est ensuite constituée par enroulement et subit le traitement thermique qui fait adhérer entre elles les couches successives de l'isolant. Les parties en retrait peuvent recevoir encore une couche com alimentaire d'acétate 'le cellulose en feuilles et ces couches subissent elles-mêmes la compres- sion chaud. Par ce processus, l'isolement homogène complet se trouve réalisé en conservant tous les avantages énumérés plus haut.
Le traitement thermique est également réalisable car échauffement du fil bobiné au sein d'un champ à haute fréquence pendant quelquessecondes.
L'isolant solide ainsi fabriqué pésiste particulièrement aux températures élevées et pratiquement,les bobines fabriquées ainsi peuvent être conservées indéfiniment àdes températures de l'ordre de 150 C. Les propriétés diélectriques très avantageuses de l'ester cellulosique sont conservées dans la bobine,qui est très ramassée par suite du faible taux de l'isolant mince qui a été choisi . Enfin, l'isolant étant sec et insensible à l'action des matières étrangères; humidité, poussières, etc... la durée utile de la bosine se trouve considérablement accrue.
Suivant une variante de l'invention les fils métalliques de la bobine,par exemple des fils de cuivre,sont d'abord recouverts d'une couche émaillée isolante par application Ce procédés bien connus. Par exemple, l'émaillage du fil sera réalisé dans une machine ad hoc, dont il existe un grand nombre.
Généralement des couches successives de compositions huileuses; huile de lin,huile de bois de Chine,huile de kérosène etc... sont chauffées à des températures relativement élevées une fois déposées sur le cuivre; aux environs de 342 C.
on ob-
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tient 1' isolant qui possède la plus grande rigidité diélectrique et le facteur d'espace le plus réduit. De tels émaux résistent à des températures exceptionnellement hautes une fois incorporées dans ''les bobine?.)
Ces filsémaillés sont alors enroulés sur un noyau convenable, chaque couche du conducteur étant séparée des coucaes contiguües au moyen d'une très mince feuille d'un ester cellulosique tel que l'acétate de cellulose; on prendra de préférence des feuillets d'acétate de cellulose d'une épaisseur d'environ 0,025 mm. pour les raisons exposées plus loin.
Une fois la bobine totalement constituée avec ses couches intermédiaires d'acétate de cellulose on la. porte vers 150 C. en général, entre 150 et 130 C. et par tous moyens appropriés, Les couches d'acétate de cellulose se ramollissent, puis gonflent,et finalement prennent du retrait. Simultanément les spires de cuivre émaillé se dilatent, et l'air renfermé dans la bobine se raréfie. Toutes ces actions physi- ques convergent vers la contraction finale de la bobine au cours derefroidissement, et elle acquiert le maximum de densité et de rigidité.
Quand la bobine atteint sa temp'érature la plus élevée, on la plonge dans un bain d'un vernis isolant convenable maintenu à la température ordinaire. 'De préférence,on uti.li- se un vernis renfermant une résine du type alkyd. On laisse refroidir la bobine Jans le bain jusqu'à la température ambiante, puis on la retire, on l'égoutte, on la¯ retourne bout pour. bout et on durcit le revêtement extérieur par étuvage de préférence entre 150 et 190 C.
On peut également laisser durcir le vernis l'air, mais le durcissement est meilleur si on l'exécute à chaud, Si on a utilisé une résine alkyd pour cette imprégnation finale, on peut prendre soit une résine siccative à l'air, soit une résine ne pouvant durcir que par cuisson. Cette dernière,en général préférable,pourra être durcie dans un four ou une étuve dont la température soit facile à. régler. Il est commode d'employer un appareil
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chauffé électriquement. Dans certains cas, exactement comme avec le processus ci-dessus, le chauffage final pourra être réalisé en disposant la bobine dans un champ à haute fréquence, pendant une très courte durée.
Le traitement final remplit d'isolant les vides qui subsisteraient à l'intérieur de la bobine, et recouvre toute la surface avec une matière qui résiste aux influences atmosphériques ou diverses.
De même que la première méthode décrite ci-dessus,celleci permet d'obtenir une bobine compacte,très résistante à toutes les causes de dégradation. L'acétate -le cellulose a pour effet de réduire les dimensions des bobines tout en leur assurant une résistance diélectrique particulièrement élevée. Comme dans le premier cas, les propriétés thermoplastiques de l'acétate de cellulose conduisent aux mêmes avantages. On remarquera que l'invention permet 11'éviter complètement l'emploi de tomtes matières fibreuses, donc irrégu- lières et sensibles l'humidité.
Les bobines fabriquées ainsi conviennent à tous les emplois électriques : solénoïdes, aimants, relais, appareils de mesure, transformateurs, contacteurs, bobines de champ, etc...
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M E M O I R E D E S C R I P T I F PERFECTION IN THE ASSEMBLY OF ELECTRIC COILS.-
The invention relates to a new method of manufacturing electric coils, making it possible to obtain them compact, high dielectric strength, insensitive to humidity, oil and weak acids. The insulation achieved also makes it possible to avoid the penetration of dust or various soils. In addition, under one of its variants, the invention makes it possible to obtain coils which withstand relatively high temperatures.
In the construction of electric coils according to the methods
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usual, it is customary to use fibrous and absorbent materials such as cotton, asbestos, etc. These materials, generally not dried prior to their use, always trap a little moisture, which renders the defect. - killer or at least inconstant. We must therefore complete this isolation by means, 'the insulating varnish, or coatings by treated tapes.
According to the invention, the insulation of the coil is effective without the need for the use of absorbent or fibrous materials and the construction of the coil requires the minimum of materials and labor. The result is that the coil is compact, completely devoid of humidity, the insulating coating is solid, waterproof, the dielectric power is very,!, Coiled and the factor .'- space is reduced. For this purpose, the Applicant Company uses a cellulose ester, for example cellulose acetate, in the form of thin and dry sheets having for example less: .le 0.1 mm. thick.
This material, banded, is applied to the conductors which are then wound into the required shapes. one can, if deemed necessary, interpose layers of cellulose acetate between consecutive turns.
This acetate is also made thermoplastic by internal heating after assembly. The insulation can, for example, be heated by passing a current of suitable intensity through the conductors. The coils can also be compressed in a suitable mold, heated to a suitable temperature by circulation of steam. Thus, the mold being heated to 1600 C., the molding will be made to last about 20 minutes. This operation brings about a general shrinkage of cellulose acetate from the surface of the conductors and transforms the whole into a compact mass.
It will be noted that this method does not involve the use of any solvent. Thus any break in insulation, for example by vapor bubbles of the solvent, is completely eliminated. Ultimately, the coil thus treated constitutes a solid whose. outer surface is completely
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raincoat.
For the formation of such coils intended for induction motors, for example, cellulose acetate, or any similar ester, in the form of thin dry sheets,.) Could have been wound in a spiral the surface of the conductors. The coil is then formed by winding and undergoes the heat treatment which causes the successive layers of insulation to adhere to each other. The recessed portions may receive a further layer of food acetate sheet cellulose and these layers themselves are hot compressed. By this process, complete homogeneous isolation is achieved while retaining all the advantages listed above.
Heat treatment is also possible because the wound wire heats up in a high-frequency field for a few seconds.
The solid insulation thus manufactured is particularly resistant to high temperatures and in practice, the coils thus manufactured can be kept indefinitely at temperatures of the order of 150 C. The very advantageous dielectric properties of the cellulose ester are preserved in the coil, which is very dense due to the low rate of the thin insulation that was chosen. Finally, the insulation being dry and insensitive to the action of foreign matter; humidity, dust, etc ... the useful life of bosine is considerably increased.
According to a variant of the invention, the metal wires of the coil, for example copper wires, are first of all covered with an insulating enamel layer by application of this well known process. For example, the enameling of the wire will be carried out in an ad hoc machine, of which there are a large number.
Usually successive layers of oily compositions; linseed oil, Chinese wood oil, kerosene oil etc ... are heated to relatively high temperatures once deposited on the copper; around 342 C.
we ob-
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holds the insulator which has the greatest dielectric strength and the smallest space factor. Such enamels resist exceptionally high temperatures when incorporated into `` the coils ?.)
These enamelled son are then wound on a suitable core, each layer of the conductor being separated from the contiguous layers by means of a very thin sheet of a cellulose ester such as cellulose acetate; cellulose acetate sheets with a thickness of about 0.025 mm are preferably taken. for the reasons explained below.
Once the coil has been completely formed with its intermediate layers of cellulose acetate, it is there. door to 150 C. in general, between 150 and 130 C. and by any appropriate means, the layers of cellulose acetate soften, then swell, and finally shrink. Simultaneously the enamelled copper turns expand, and the air trapped in the coil becomes scarce. All these physical actions converge towards the final contraction of the coil during cooling, and it acquires the maximum of density and rigidity.
When the coil reaches its highest temperature, it is immersed in a bath of a suitable insulating varnish maintained at ordinary temperature. Preferably, a varnish comprising an alkyd-type resin is used. The coil is allowed to cool in the bath to room temperature, then it is removed, drained, and turned upside down. boils and the outer coating is cured by baking preferably between 150 and 190 C.
The varnish can also be left to harden in the air, but the hardening is better if it is carried out hot, If an alkyd resin has been used for this final impregnation, one can take either an air-drying resin or a resin that can only harden by firing. The latter, generally preferable, can be hardened in an oven or an oven whose temperature is easy to. adjust. It is convenient to use a device
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electrically heated. In some cases, just as with the above process, the final heating can be achieved by placing the coil in a high frequency field, for a very short time.
The final treatment fills the voids that would remain inside the coil with insulation, and covers the entire surface with a material that is resistant to atmospheric or various influences.
Like the first method described above, this makes it possible to obtain a compact coil, very resistant to all the causes of degradation. The acetate-cellulose has the effect of reducing the dimensions of the coils while ensuring them a particularly high dielectric strength. As in the first case, the thermoplastic properties of cellulose acetate lead to the same advantages. It will be noted that the invention makes it possible to completely avoid the use of all fibrous materials, therefore irregular and sensitive to humidity.
The coils manufactured in this way are suitable for all electrical uses: solenoids, magnets, relays, measuring devices, transformers, contactors, field coils, etc.