Brevet FR2153050A1 — publié le 19730427

La présente invention se rapporte à des conducteurs isolés et à leur procédé de fabrication. De manière plus spécifique, elle concerne un fil magnétique isolé prévu pour être utilisé dans les stators et les rotors de machines dynamo-électriques utilisées dans les puits de pétrole. Dans certaines applications, une panne de moteur dûe à une raison quelconque, qui peut être la rupture de l'isolement électrique, peut se révéler coûteuse en terme d'heures productives perdues. Un exemple est celui des moteurs submersibles qui sont placés au fond d'un puits de pétrole. La panne d'un tel moteur nécessite la remontée du puits de l'unité de pompage complète aux fins de réparation ou de remplacement. Divers procédés ont été utilisés dans le passé pour doter un fil magnétique d'un isolement électrique qui constitue une protection sûre dans des conditions variables de température et de tension et qui assure en même temps une protection contre les solvants et l'humidité souvent présents dans les puits de pétrole. Dans les isolements, de la technique antérieure, qui ont été utilisés dans le passé, la durée de service réquise et le degré de protection exigé faisaient défaut. Un problème qui semblait propre à la technique antérieure d'isolement était les trous d'épingle. La présente invention représente un perfectionnement par rapport aux dispositifs de la technique antérieure et elle fournit un fil magnétique qui est enrubanné d'un matériau isolant, dans le cas présent un film de polyimide, avec un premier enroulement hélicotdal ayant un recouvrement supérieur à 50 ffi et un second enroulement hélicotdal enrubanné dans le sens contraire à celui du premier enroulement et dont le recouvrement est supérieur à 50 %. La présente invention fournit un fil magnétique isolé qui assure une protection sûre contre les surcharges thermiques élevées. Le film particulier décrit permet un gain d'espace qui peut être utilisé pour augmenter la quantité du cuivre afin d'obtenir un moteur plus puissant. Le fil magnétique qui en résulte est fortement étanche, sans trous d'épingle, et il fournit au conducteur une excellente protection contre les solvants et l'humidité. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite en relation avec les dessins cijoints, dans lesquels La figure 1 représente un conducteur en cours d'enrubannement au moyen d'une première couche de matériau isolant conformé ment à l'exemple préféré de réalisation de la présente invention; La figure 2 représente une coupe partielle à grande échelle d'un conducteur, enrubanné comme le représente la figure 1 qui illustre la relation de recouvrement du matériau isolant enrubanné; La figure 3 représente un conducteur en cours d'enrubannement au moyen d'une seconde couche de matériau isolant conformément à 1 exemple préféré de réalisation de la présente invention; et La figure 4 représente une coupe partielle à grande échelle d'un conducteur enrubanné comme le représente la figure 3 qui illustre la relation de recouvrement du matériau isolant enrubanné. L'isolement électrique d'un fil magnétique prévu pour être utilisé dans. une machine dynamo-électrique selon des caractéristiques de la présente invention est fourni par un film de polyimide qui assure à la fois la résistivité transversale et la résistivité superficielle requises pour limiter de fanon appropriée la transmission de courants électriques indésirés entre les parties conductrices du moteur qui sont soumises à des tensions électriques différentes pendant son fonctionnement normal. Le film de polyimide actuellement préféré pour l'utilisation dans la réalisation de la présente invention est un film Kapton modèle F recouvert d'une couche de résine de fluorocarbone Teflon FEP appliquée sur un cEté au moins pour être utilisée comme dispositif d'étanchéité. Le film de ',KaptonT F peut avoir une couche de FEP sur un côté ou sur les deux. Le FEP peut avoir de environ 0,002 mm à 0,025 mm d'épaisseur et le film de "Kaptontl peut avoir environ 0,025 mm, 0,051 mm, 0,076 mm, 0,102 mm et 0,127 mm d'épaisseur.Un exemple préféré de réalisation de la présente invention donnant des résultats acceptables était constitué d'un film de "Kapton" de environ 0,025 mm d'épaisseur avec un revêtement de FEP de environ 0,002 mm de chaque-caté. Un autre type de film Kapton utilisé dans la réalisation pratique de la présente invention est vendu sur le marché sous la référence Type 150 F 019 par la société dite E.I. DuPont De Nemours & Co., Inc. I1 s'agit d'un film de polyimide 'tKaptontl de environ 0,025 mm d'épaisseur revêtu sur un coté d'une résine thermoplastique de fluorocarbone "Teflon" FEP de 0,013 mm d'épaisseur. Comme le représente la figure 1, un conducteur allongé 10 est successivement enrubanné hélicordalement, par rapport à son axe, dans un premier sens circonférentiel qui est le sens contraire de celui des aiguilles d'une montre vu à partir d'une extrémité 11, par une couche de matériau isolant 12 représentée ici sous la forme d'un film de polyimide. Une spire individuelle, par exemple 13, a une largeur X. La spire suivante contigue 14 a une largeur Y égale à X. Le film 12 est enrubanné de manière que la spire 13 recouvre la spire 14 sur une largeur Z qui est supérieure à 50 X de la largeur (X ou Y) de l'une quelconque des spires individuelles. Le pourcentage de recouvrement représenté à la figure 1 et Jugé préférable est de 55 %. Cette relation de recouvrement est la mieux illustrée à la figure 2 dans laquelle 13, 14 et 16 représentent respectivement des spires contigus. A nouveau, X indique la largeur de la spire 14. Y indique la largeur de la spire 13 qui est égale à X. Z indique la largeur de la partie de la spire 13 qui recouvre la spire 14 et Z est représenté com8 un recouvrement à 55 S. I1 apparat qu'avec cette relation une petite partie de la spire 13 recouvrira également une partie de la spire 16. Le film est enroulé avec une tension suffisante pour obtenir une spire serrée. Lorsque la première couche du film 12 est complètement enrubannée autour du conducteur, de la première extrémité 11 à l'autre extrémité 17, une deuxième couche 18 de matériau isolant, représentée à la figure 3, est successivement enrubannée hélicotdalement par rapport à l'axe du conducteur 10 dans un sens circonférentiel opposé à celui du premier enrubannement 12. La deuxième couche 18 commence également à l'extrémité 11 et, vue à partir de cette extrémité, elle est enrubannée dans le sens des aiguilles d'une montre de sorte qu'une spire individuelle, par exemple 19, recouvre une spire contigue 21 de plus de 50 %. Le recouvrement représenté sur la figure est de 55 %. La relation de recouvrement des spires contiguës 19, 21 et 22 est la même que la relation des spires contigues 13, 14 et 16 précédemment expliquée. Comme on peut le constater au mieux à la figure 4, il n'y a aucun point du conducteur qui comporte moins de quatre couches de matériau isolant. Si un côté seulement des couches de matériau isolant 12 et 18 est revêtu d'un agent d'étanchéité, les couches sont enrubannées,le côté revêtu tourné vers l'intérieur. Les enrubannements hélicotdaux peuvent pratiquement être obtenus au moyen d'un matériel automatique à enrubanner. Le chauffage ou l'adhésion est ensui te effectué en chauffant le conducteur enrubanné à la température de fusion ou d'adhésion de l'agent d'étanchéité, de préférence par le passage dans un four à induction et/ou un four à radiation infrarouge. Le fil magnétique ainsi isolé peut fournir un service continu pendant une longue période de temps à des températures atteignant 2400C. Pendant de courtes périodes, cet isolement conservera ses propriétés jusqu'8 400 C. L'isolement fournit ainsi une protection sûre contre les surcharges thermiques élevées. L'isolement décrit présente une résistance diélectrique de 7.000 volts par 0,025 mm. Un isolement par film de polyimide enrubanné de cette fa çon, fait gagner de la place en comparaison des structures en verre, en pellicule et en fibre. L'espace ainsi gagné peut être utilisé pour augmenter la quantité de cuivre afin d'obtenir un moteur plus puissant. Un moteur submersible de ce type concrétisant les principes de la présente invention fournit jusqu'à 300 kW avec un diamètre de 140 mm. Le fil magnétique isolé décrit est fortement étanche et est sensiblement exempt de trous d'épingle et il assure au conducteur une excellente protection contre les solvants et l'humidité. La surface lisse et l'excellente résistance à l'abrasion du film de polyimide facilitent la construction du stator à cause de l'insertion plus facile du fil dans les encoches. Soumis à un essai de tension d'épreuve du diélectrique des matériaux minces électriques d'isolement, basé sur l'essai ASTM (American Society of Testing Materials) 1589, le film de polyimide n'a présenté aucun défaut ni trous d'épingle jusqu'à 2.000 volts en courant alternatif. Lorsqu'un fil magnétique classique est isolé selon les caractéristiques de la présente invention et utilisé comme bobinage de moteur pour une unité de pompage étanche, il augmente on- sidérablement la durée de service de ces unités. Les pannes de moteur attribuables à l'isolement ont été fortement réduites. Les économies réalisées par les exploitants des puits de pétrole sont importantes. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaetront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Fil magnétique isolé, caractérisé en ce qu'il comporte un premier enroulement hélicotdal d'un matériau isolant enrubanné autour de lui dans un premier sens circonférentiel, cet enroulement hélicoIdal étant enrubanné sur lui-même en relation de recouvrement de sorte que chaque spire recouvre la spire contiguë précédente de plus de 50 %. 2 - Fil magnétique isolé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un second enroulement hélicotdal de ma tériau isolant enrubanné en relation de recouvrement sur le premier enroulement dans un sens circonférentiel contraire à celui de ce premier enroulement, ce second enroulement hélicoïdal étant enrubanné sur lui-même en relation de recouvrement de sorte que chaque spire recouvre la spire contiguë précédente de plus de 50 %. 3 - Fil magnétique isolé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier enroulement hélicoïdal est enrubanné sur lui-mEme de sorte que chaque spire recouvre la spire contiguë précédente de sensiblement 55 %. 4 - Fil magnétique isolé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second enroulement hélicoïdal est enrubanné sur lui-même de sorte que chaque spire recouvre la spire contiguë précédente de sensiblement 55 %. 5 - Fil magnétique isolé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau isolant est un film de polyimide. 6 - Fil magnétique isolé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux enroulements de matériau isolant sunt des films de polyimide. 7 - Fil magnétique isolé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le film de polyimide est revêtu sur un côté au moins avec un agent d'étanchéité. 8 - Fil magnétique isolé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'agent d'étanchéité est une résine aufluorocar- bone tétrafluoroéthylène. 9 - Procédé d'isolation d'un fil magnétique, caractérisé en ce qu'il consiste A. à enrubanner le fil magnétique au moyen d'un premier enroulement hélicoïdal de film de polyimide, cet en rubannement étant orienté de sorte que chaque spire recouvre la spire contiguë précédente de plus de 50 %; et B. à enrubanner le fil magnétique au moyen d'un second enroulement hélicoïdal de film de polyimide dans un sens circonférentiel opposé à celui du premier enrou lement, cet enrubannement étant orienté de sorte que chaque spire recouvre la spire contiguë précédente de plus de 50 %. 10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une opération supplémentaire qui consiste à chauffer le fil enrubanné pour rendre étanches les couches de film.