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CONDUCTEUR ISOLE.
La présente invention concerne des fils conducteurs isolés pour bobines magnétiques, du même type ,que ceux employés en appareillage électrique sous forme,de bobinages avec un noyau magnétiques. Pour abréger, on les dé- signera ci-après sous le nom de "fils magnétiques".
Il est fréquent que de tels dispositifs fonctionnent à des tempé- ratures assez élevées, d'où l'importance que les fils magnétiques employés en enroulements permettent l'emploi à de telles températures sans détérioration de l'isolement. Il est également important, et par conséquent souhaitable, que l'isolement des fils magnétiques soit d'épaisseur minimum de façon à en- combrer le moins possible l'espace disponible pour les enroulements.
On a déjà décrit plusieurs compositions organiques résistant à des températures un peu élevées, dans le cas de fils magnétiques isolés, mais on ne devait pas dépasser 105 C. La plupart des isolants organiques durent peu aux températures avoisinant 150 C. Cependant, dans certaines applications, entre autres dans les armatures de moteurs électriques, la température en fonc- tionnement atteint et même dépasse 200 C. En ce qui concerne la résistance à cette température bu à des températures plus élevées, les fluorures de car- bone et notamment le tétrafluoroéthylène polymérisé sont bien connus et cons- tituent l'idéal pour l'isolement des fils à hautes températures.
A côté de cette caractéristique satisfaisante, ces mêmes produits ont malheureusement des propriétés indésirables qui empêchent de les employer largement pour iso- ler les fils magnétiques, surtout lorsque l'encombrement de l'isolant'consti- tue un facteur important. Par exemple,, la faible résistance à l' abrasion des fluorures de carbone ne permet pas d'isoler les fils que l'on enroule au moyen de machines automatiques. De plus., ces fluorures solides gàrdent à froid une forte tendance au fluage, de sorte que, même sous les modestes sollicitations pendant l'enroulement, la confection et la mise en place des bobines, il y a
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pression du méta' sur le polymère, dont l'écoulement entraîne un courtcircuit.
Il est également bien connu que les fuorures de carbone .'polymérisés solides sont tellement inertes qu'il est difficile de lier ensemble les enroulements, parce que les vernis solides ne peuvent adhérer à leur surface. Toutefois, l'excellence de leurs caractéristiques à hautes températures rend leur emploi très séduisant,pourvu que l'on surmonte les autres difficultés et qu'il n'y ait pas accroissement indésirable d'encombrement par l'isolant. La présente invention a donc pour premier objet, de réaliser un conducteur isolé dont l'i- solement résisterait à l'enroulement par des machines automatiques à bobiner, et pouvant résister en service à 200 C. au minimum.
Un autre objet de l'invention est de permettre l'application de vernis isolant sur les spires d'un bobinage réalisé par machines automatiques.
Parmi les autres objets de l'invention, on signalera l'obtention d'un conducteur isolé par les fluorures de carbone, conservant sa résistance à l'abrasion et dont le fluage soit assez faible pour permettre les enroule- ments. Le fil magnétique doit, en outre, conserver son isolement tout en oc- cupant le minimum de volume et résistera dans ces conditions, à 200 G.
La description suivante mettra en évidence des objectifs supplémen- taires et de nouveaux aspects de l'invention. On se référera pour bien les comprendre aux dessins joints.
- les figures 1 & 2 représentent schématiquement des coupes trans- versales de conducteurs isolés conformes à l'invention et la - figure 3 représente un dispositif électrique avec un fil enroulé ayant l'une quelconque des structures représentées figures 1 & 2.
- A première vue, il était certain que seul un isolant'fluorocarboné serait satisfaisant à des températures de fonctionnement qui atteignent au moins 200 C.
D'autre part, l'absence de tube protecteur occasionnerait nécessai- rement les difficultés, car les essais avaient prouvé que la résistance au fluage et à l'abrasion, dans le cas d'un film revêtu seulement d'une fluorure dercarbone, est trop faible pour éviter les courts circuits dans l'enroule- ment fini, même très soigneusement monté. On pouvait croire, par conséquent, qu'un revêtement protecteur en une matière résistant .mieux à l'abrasion pour- rait résoudre ce problème. On sait, par exemple, que des fibres minérales en verre ou en amiante conviennent à des températures dépassant 200 C. On savait utiliser de telles fibres minérales comme revêtements extérieurs pou- vant limiter et empêcher le fluage d'un revêtement intérieur d'un fluorure de carbone polymérisé et directement appliqué au conducteur.
Par contre, ces chemises en fibre minérale augmentent le diamètre du fil d'au moins 0,07 mm, et cet accroissement relativement grand est nui- sible au facteur d'encombrement pour le fil terminé, donc inadmissible pour certaines applications. Par ailleurs, comme on sait qu'aucune substance con- nue ne se lie aux fluorures de carbone polymérisés, on ne pouvait s'atten- dre à ce qu'un film protecteur très mince, en substance quelconque mise à l'état 'liquide, pourrait se solidifier ensuite par la chaleur, tout en ayant les résistances mécaniques et à l'abrasion exigées, par simple passage du fil revétu de fluorure de carbone à travers un bain de ce liquide, d'après la technique usuelle d'émaillage des fils.
Enfin, à cause des hautes températu- res d'utilisation, les spécialistes estimaient qu'aucun matériau de ce genre ne pourrait résister à de telles températures.
@ Toutefois et de façon tout-à-fait inattendue, la Société demande- resse a découvert qu'un conducteur, isolé par une composition fluorocarbonée solide pour hautes températures, peut être ensuite revêtu d'une couche tout- a-fait mince d'un émail isolant à base d'une résine polyvinylal pendant qu'elle est liquide. En outre, une telle combinaison permet d'obtenir des fils magnétiques isolés qui ont les propriétés nécessaires de grande résistan- ce à l' abrasion et de très faible tendance au fluage à froid pour le fluorure de carbone sous-jacent.
Le fluage est également supprimé après enroulement,
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de sorte que les 'ils résultants forment des bobines des plus faciles à im- prégner par des vernis isolants qui doivent ensuite adhérer ou fixer les spi- res après cuisson. Conformément à l'invention, on fait passer le conduçteur ou fil métallique à travers un bain ou une suspension d'un fluorure de car- bone polymérisé,. par exemple le monochlorotrifluoroéthylène ou le,tétrafluo- roéthylène, etc...., puis on effectue un traitement connu qui fait fondre le fluorure de carbone polymérisé, puis le durcit en formant sur le fil, un revêtement continu,isolant et résistant à haute température.
Suivant la fi- gure 2, on peut appliquer ce revêtement 10 à un conducteur nu 11 ou bien on peut l'appliquer à un fil possédant au préalable un revêtement 12 formé d'une céramique ou d'un oxyde minéral (figure 1). Dans les deux cas, on peut;, bien entendu, appliquer plusieurs couches de fluorure de carbone, en faisant repas- ser le fil plusieurs fois dans le bain, puis dans une filière avec traitement thermique après chaque passe suivant une technique parfaitement connue des spécialistes. Alors on fait passer le fil primitivement nu ou muni d'un re- vêtement céramique, dans un bain d'émaillage à base de résine polyvinylal, puis par une filière, de sorte qu'après traitement thermique, le fil sera re- couvert d'une couche protectrice de résine polyvinylal solide 13.
Parmi les résines polyvinylal connues, on préfère le revêtement par une résine poly- vinylal phénolique et formaldéhydique. On peut préparer l'émail pour le fil du type polyvinylal-phénol-formaldéhyde par dissolution de la résine polyviny- lal, de préférence celle connue dans le commerce sous le nom de Formvar N 15-95 E, avec une résine phenolformaldéhyde dans des solvants convenables.
On peut appliquer un revêtement extérieur de la résine polyvinylal- phénolformaldéhyde en épaisseur inférieure à 25 microns. Bien que ce revête- ment ne se lie pas ou n'adhère pas à la couche intérieure fluorocarbonée, il forme une surface continue qui couvre bien et dont la résistance à l'abrasion suffit à protéger la couche intérieure et lui permet de résister aux pressions et à l'abrasion pendant le bobinage.
Par ailleurs, et, en particulier aux tem- pératures opératoires dépassant 200 C, le fil revêtu d'une composition fluorée polymérisée solide et de la résine polyvinylal-phénol-formaldéhyde présente la résistance idéale, en dépit du fait bien connu que cette dernière résine ne soit guère durable, ni adéquate lorsqu'on la soumet à une température dépas- sant 105 C. Tandis que le revêtement de résine polyvinyal-phénolformaldéhyde une fois incorporé aux dispositifs électriques, s'oxyde et prend une colora- tion foncée quand on le soumet à 200 C., il ne devient pas conducteur, reste en place;,, et continue à contenir et à fixer l'isolant fluorocarboné en masse solide dont il maintient la rigidité diélectrique.
Comparativement aux fils magnétiques isolés au fluprure de carbone, et protégés par un revêtement de fibres minérales dont l'épaisseur minimum est de 0,038 mm., soit une surépais- seur de 0,76 mm. sur le diamètre, on a obtenu des fils pour aimants conformes à l'invention et dont le maximum de surépaisseur n'était que de 0,009 mm ou plus exactement 0,0178 mm suivant le diamètre.
Comme application particulière d'un fil magnétique isolé, la figu- re 3 représente un élément de dispositif pour un moteur ou une génératrice qui fonctionne à des températures d'au moins 200 C; et qui comprend un ar- bre 14, un noyau 15 monté sur l'arbre et un enroulement 16 constitué par les fils isolés et bobinés autour du noyau 15.
Ainsi la combinaison sur un conducteur d'un isolant formé d'un revêtement intérieur en fluorure de carbone convenable apte à résister aux hautes températures, et d'une couche externe exceptionnellement mince en ré- sine polyvinylal phénol-formaldéhyde permet d'obeuir du fil magnétique isolé pouvant fonctionner au-dessus de 200 C. bien que chacun de ces oonsti - tuants,.utilisé isolément de l'autre, ne permette pas de résister à une telle température. Ce résultat s'associe au minimum d'encombrement et à une ex- ' cellente résistance aux manutentions mécaniques et aux pressions occasionnées par l'emploi des machines automatiques à bobiner.
Bien qu'on n'ait représenté et décrit qu'une forme de réalisation de l'invention, il est bien évident qu'on ne désire pas se limiter à cette forme particulière, donnée simplement à titre d'exemple et sans aucun carac-
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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.
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INSULATED CONDUCTOR.
The present invention relates to insulated conducting wires for magnetic coils, of the same type as those used in electrical equipment in the form of coils with a magnetic core. For brevity, they will be referred to hereinafter as "magnetic wires".
It is common for such devices to operate at fairly high temperatures, hence the importance that the magnetic wires used in windings allow use at such temperatures without deterioration of the insulation. It is also important, and therefore desirable, that the insulation of the magnetic wires be of minimum thickness so as to occupy as little as possible the space available for the windings.
We have already described several organic compositions resistant to somewhat high temperatures, in the case of insulated magnetic wires, but one should not exceed 105 C. Most organic insulators last little at temperatures around 150 C. However, in certain applications , inter alia in the armatures of electric motors, the operating temperature reaches and even exceeds 200 C. With regard to the resistance to this temperature drunk at higher temperatures, carbon fluorides and in particular polymerized tetrafluoroethylene are well known and are ideal for insulating wires at high temperatures.
Besides this satisfactory characteristic, these same products unfortunately have undesirable properties which prevent them from being widely used for insulating magnetic wires, especially when the size of the insulation is an important factor. For example, the low abrasion resistance of carbon fluorides does not make it possible to insulate the wires which are wound by means of automatic machines. In addition, these solid fluorides give a strong tendency to creep in the cold, so that, even under the modest stresses during the winding, the making and the positioning of the coils, there is
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pressure of the meta 'on the polymer, the flow of which causes a short circuit.
It is also well known that solid polymerized carbon fluorides are so inert that it is difficult to bond the windings together, because solid varnishes cannot adhere to their surface. However, their excellent high temperature characteristics make their use very attractive, provided that the other difficulties are overcome and that there is no undesirable increase in bulkiness by the insulation. The first object of the present invention is therefore to provide an insulated conductor whose isolation would resist winding by automatic winding machines, and which can withstand a minimum of 200 C. in service.
Another object of the invention is to allow the application of insulating varnish on the turns of a coil produced by automatic machines.
Among the other subjects of the invention, it will be noted that a conductor is obtained which is insulated by carbon fluorides, which retains its abrasion resistance and whose creep is low enough to allow windings. The magnetic wire must, moreover, maintain its insulation while occupying the minimum volume and will withstand under these conditions, 200 G.
The following description will highlight additional objects and new aspects of the invention. To fully understand them, reference will be made to the accompanying drawings.
- Figures 1 & 2 schematically show cross-sections of insulated conductors according to the invention and - Figure 3 shows an electrical device with a wound wire having any one of the structures shown in Figures 1 & 2.
- At first glance, it was certain that only a fluorocarbon insulator would be satisfactory at operating temperatures reaching at least 200 C.
On the other hand, the absence of a protective tube would necessarily cause the difficulties, since the tests had shown that the creep and abrasion resistance, in the case of a film coated only with dercarbon fluoride, is. too weak to avoid short circuits in the finished winding, even very carefully mounted. It would be believed, therefore, that a protective coating of a more abrasion resistant material could solve this problem. It is known, for example, that mineral fibers of glass or asbestos are suitable for temperatures exceeding 200 C. It has been known to use such mineral fibers as exterior coatings which can limit and prevent the creep of an interior coating of a fluoride. of carbon polymerized and directly applied to the conductor.
On the other hand, these mineral fiber jackets increase the diameter of the yarn by at least 0.07 mm, and this relatively large increase is detrimental to the bulk factor for the finished yarn, and therefore unacceptable for certain applications. On the other hand, since no known substance is known to bind to polymerized carbon fluorides, a very thin protective film, in any substance liquid state, could not be expected. , could then solidify by heat, while having the mechanical resistance and abrasion required, by simply passing the wire coated with carbon fluoride through a bath of this liquid, according to the usual technique of enamelling of son.
Finally, because of the high operating temperatures, specialists believed that no such material could withstand such temperatures.
@ However, and quite unexpectedly, the Applicant Company has discovered that a conductor, insulated with a solid fluorocarbon composition for high temperatures, can then be coated with a quite thin layer of an insulating enamel based on a polyvinyl resin while it is liquid. In addition, such a combination results in insulated magnetic wires which have the necessary properties of high abrasion resistance and very low cold creep tendency for the underlying carbon fluoride.
Creep is also eliminated after winding,
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so that the resulting 'they form coils which are easier to impregnate with insulating varnishes which must then adhere or fix the coils after curing. In accordance with the invention, the conductor or metal wire is passed through a bath or a suspension of a polymerized carbon fluoride. for example monochlorotrifluoroethylene or, tetrafluoroethylene, etc ...., then a known treatment is carried out which melts the polymerized carbon fluoride, then hardens it, forming on the wire a continuous coating, insulating and resistant to high temperature.
According to FIG. 2, this coating 10 can be applied to a bare conductor 11 or it can be applied to a wire previously having a coating 12 formed of a ceramic or an inorganic oxide (FIG. 1). In both cases, it is of course possible to apply several layers of carbon fluoride, by feeding the wire several times in the bath, then in a die with heat treatment after each pass according to a technique well known to specialists. . Then the wire, originally bare or provided with a ceramic coating, is passed through an enamelling bath based on polyvinylal resin, then through a die, so that after heat treatment, the wire will be covered with a protective layer of solid polyvinylal resin 13.
Among the known polyvinyl resins, coating with a phenolic formaldehyde polyvinyl resin is preferred. The enamel for the polyvinylal-phenol-formaldehyde type wire can be prepared by dissolving the polyvinylal resin, preferably that known commercially as Formvar N 15-95 E, with a phenolformaldehyde resin in solvents. suitable.
An exterior coating of the polyvinylalphenolformaldehyde resin can be applied in a thickness of less than 25 microns. Although this coating does not bond or adhere to the fluorocarbon inner layer, it forms a continuous surface which covers well and whose abrasion resistance is sufficient to protect the inner layer and allow it to withstand pressures. and abrasion during winding.
On the other hand, and in particular at operating temperatures exceeding 200 ° C., the wire coated with a solid polymerized fluorinated composition and the polyvinylal-phenol-formaldehyde resin exhibits ideal resistance, despite the well-known fact that the latter resin is hardly durable, nor adequate when subjected to a temperature exceeding 105 C. While the coating of polyvinyal-phenolformaldehyde resin when incorporated into electrical devices oxidizes and takes on a dark color when used. subject to 200 C., it does not become a conductor, remains in place; ,, and continues to contain and fix the solid mass fluorocarbon insulator of which it maintains the dielectric strength.
Compared to magnetic wires insulated with carbon flupride, and protected by a coating of mineral fibers, the minimum thickness of which is 0.038 mm., Ie an excess thickness of 0.76 mm. on the diameter, wires were obtained for magnets in accordance with the invention and whose maximum extra thickness was only 0.009 mm or more exactly 0.0178 mm depending on the diameter.
As a particular application of an insulated magnetic wire, Figure 3 shows a device element for a motor or generator which operates at temperatures of at least 200 ° C; and which comprises a shaft 14, a core 15 mounted on the shaft and a winding 16 formed by the insulated wires wound around the core 15.
Thus the combination on a conductor of an insulator formed of an internal coating of suitable carbon fluoride able to withstand high temperatures, and of an exceptionally thin external layer of polyvinylal phenol-formaldehyde resin makes it possible to obtain the wire. Magnetic insulated device capable of operating above 200 C. although each of these oonsti - tants, used in isolation from the other, cannot withstand such a temperature. This result is combined with minimum bulk and excellent resistance to mechanical handling and to the pressures caused by the use of automatic winding machines.
Although only one embodiment of the invention has been shown and described, it is obvious that we do not wish to limit ourselves to this particular form, given simply by way of example and without any character.
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restrictive and that, consequently, all the variants using the same technical means and having the same object as the arrangements indicated above, would come within the scope of the invention as they did.