Brevet FR2389982A1 — publié le 19781201

La présente invention concerne un matériau composite en vue de former un enroulement isolant autour de conducteurs électriques destinés à des machines électriques, ce matériau comprenant une couche support et une couche isolante. Les conducteurs électriques et, en particulier, les conducteurs sous forme de barres pour machines électriques sont habituellement isolés par enroulement dtun matériau en forme de bande. Afin d'améliorer la rigidité diélectrique de l'enroulement, ce dernier est imprégné ultérieurement sous vide ou sous vide et sous pression d'une résine synthétique appropriée, remplissant ainsi pratiquement tous les espaces creux et les pores existants tant dans l'enroulement qu'entre ce dernier et le conducteur. Une feuille d'isolation à base d'une matière synthétique constituerait un matériau simple pour former un enroulement et une isolation autour de conducteurs. Toutefois, des feuilles de ce type présentent un inconvénient du fait que, par suite de la stabilité relativement faible aux effluves électriques et également du fait qu'il est impossible d'assurer une imprégnation complète exempte de gaz, sans compter les hautes intensités de champs électriques nécessaires entre le conducteur et la surface de l'isolation, il se produit un vieillissement rapide dû aux sollicitations provoquées par les effluves électriques, si bien qutil est impossible d'obtenir une très longue durée de vie jusqu'à destruction (rupture).En outre, étant donné que la feuille est pratiquement exempte de pores et quelle est enroulée en enroulements serrés, il est difficile d'effectuer une imprégnation de ltenroulement, si bien que la résistance mécanique devient insuffisante par suite d'une mauvaise adhérence des couches. Un autre matériau connu est le papier mica sans support. Toutefois, ce papier a une faible résistance à la traction et à la déchirure, ce qui est particulièrement désavantageux lorsqu'un enroulement doit etre formé à la machine autour des conducteurs. Enfin, on connut déjà également des matériaux d'isolation en forme de bandes comportant une couche d'une matière support poreuse d'une haute résistance à la traction et une couche d'isolation en mica d'une haute rigidité diélectrique, les deux couches étant assemblées au moyen d'un agent liant. En ce qui concerne ce matériau, des conditions particulièrement strictes sont imposées à l'agent liant.Même lorsqu'il est utilisé en une quantité très faible, cet agent liant doit assurer une liaison suffisamment stable pour l'enroulement à la machine; il ne doit pas obstruer les pores et les espaces ----------- intermédiaires creux, en particulier, dans la couche de mica, il doit être compatible avec la résine d'imprégnation et il ne doit pas durcir, gélifier ou migrer après une longue durée de conservation meme à une température ambiante élevée, afin de préserver la souplesse et la porosité que doit avoir le matériau pour le traitement. De même, des bandes de se type nécessitent des temps d'imprégnation relativement longs. En conséquence, la présente invention a pour objet de fournir un matériau composite destiné à être enroulé autour de bobines et de conducteurs, de préférence, en forme de barres pour machines électriques, ce matériau ne présentant aucun des inconvénients décrits cidessus tandis que, en particulier, il peut être conservé- pratiquement pendant n'importe quelle période même à une température ambiante élevée lors du transport et ultérieurement sans devoir recourir à des moyens particuliers. Suivant l'invention, on réalise cet objet au moyen d'un matériau composite caracçérisé en ce que la couche d'une température de ramollissement ou de fusion inférieure est fondue par zones sur la couche ayant une température de ramollissement ou de fusion plus éle vée. Le nouveau matériau composite peut être réalisé avec une couche support d'une haute résistance à la traction et à l'allongement, si bien qu'il convient particulièrement bien pour former un enroulement à la machine autour de conducteurs. Si, en outre, on utilise du papier mica, comme couche isolante, le nouveau matériau composite possède alors également une bonne isolation électrique résistant aux effluves, de même qu'unie bonne rigidité diélectrique, ce qui permet de le transformer-en enroulements relativement minces. Avec le nouveau matériau composite exempt d'agent liant, les pores et les espaces intermédiaires creux de la couche support initiale et de la cou-che isolante initiale subsistent à tout moment, favorisant ainsi l'imprégnation au moyen d'une résine.De même, avec ce nouveau matériau composite, la résine d'imprégnation ne doit pas être déterminée en fonction d'un agent liant et de ses influences chimiques possibles, ce qui permet, en outre, d'améliorer et de définir plus exactement l'aptitude à llimprégnation du matériau, tout en raccourcissant les temps dtimprégnation ou de durcissement relativement longs par des additions correspondantes à la résine d'imprégnation. Enfin, le nouveau matériau peut etre conservé pratiquement indéfiniment et même à des températures relativement élevées sans subir des modifications inopportunes, tandis qu'il peut également être transporté à de grandes distances. Dans les formes de réalisation préférées du nouveau matériau composite, comme couche isolante, on utilise un papier mica disponible dans le commerce et, comme couche support, on emploie sélectivement une feuille ou un voile de matière synthétique ou encore un tissu ou un voile de fibres de verre La forme de réalisation dans laquelle on utilise une feuille de matière synthétique comme couche support, présente plusieurs avantages. Par exemple, dans cette forme de réalisation, on peut réaliser des enroulements qui, après imprégnation ét durcissement, ont des tensions de rupture plus élevées que des enroulements réalisés avec les supports connus constitués d'un tissu de fibres de verre. De plus, cette forme de réalisation ne comporte pas les apprêts et les enduits qui sont inévitables dans les tissus de fibres de verre.Enfin, les feuilles de matière synthétique sont également plus économiques que les tissus de fibres de verre. Lorsque la feuille de matière synthétique est perforée, on peut choisir les diamètres et la disposition mutuelle des différentes perforations de telle sorte que la résine d'imprégnation pénètre convenablement dans ltenroulement. En outre, on peut choisir un matériau en feuille qui réagit avec la résine d'imprégnation et qui, par exemple, est dissous par cette dernière afin dtassurer une imprégnation optimale. Un procédé préféré pour la réalisation du nouveau matériau composite est caractérisé en ce que la couche support et la couche isolante sont superposées, tandis que l'on chauffe, par zones, au moins la couche ayant la température de ramollissement ou de fusion inférieure jusqu'à ce qu'on atteigne cette température de ramollissement ou de fusion. On décrira ci-après quelques formes de réalisation préférées du matériau composite de l'invention, ainsi que da son procédé de réalisation en se référant aux dessins annexés. Dans ces derniers, l'épaisseur des feuilles ou du tissu, les diamètres des perforations et la largeur des zones fondues sont fortement agrandis et ne sont pas représentés à l'échelle.Dans les dessins annexés la figure la est une vue en plan d'une première forme de réalisation du nouveau matériau composite comportantune feuille support en matière synthétique; la figure lb est une coupe du matériau représenté en figure la, cette coupe étant prise suivant la ligne I-I; la figure 2a est une vue en plan d'une deuxième forme de réalisation du nouveau matériau composite comportant une feuille support en matière synthétique; la figure 2b est une coupe du matériau représenté en figure 2a, cette coupe étant prise suivant la ligne II-II; la figure 3 est une coupe d'une troisième forme de réalisation du nouveau matériau composite comportant un tissu de fibres de verre; la figure 4 est une illustration schématique d'un dispositif prévu pour la réalisation d'un matériau composite du type représenté en figure 3;; la figure 5 est une illustration schématique d'un dispositif prévu pour la réalisation d'un matériau composite du type représenté dans les figures 2a et 2b, et la figure 6 est une illustration schématique d'un dispositif prévu pour la réalisation d'un matériau composite du type représenté dans les figures la et lb. Les figures la et lb représentent schématiquement et respectivement une vue en plan et une vue en coupe d'une première forme de réalisation du nouveau matériau composite sous forme d'une bande. Ce matériau composite 10 comporte une feuille support en matière synthétique ll et un papier mica 12 du type disponible dans le commerce. Sur la surface voisine du papier mica, la feuille support en matière synthétique comporte des lignes de fusion 16, 17, lB s'étendant en travers du sens longitudinal et le long desquelles la matière synthétique est fondue sur le papier mica en formant un assemblage mécaniquement stable. En outre, la feuille support en matière synthétique et le papier mica comportent des perforations i9, 20 ou 23, -24 qui, lors de l'imprégnation, fa-cilitent la pénétration de la résine.Il convient de souligner que les lignes de fusion précitées peuvent également être réalisées sous forme d'une succession de points de fusion écartés l'un de l'autre ou très rapprochés ou encore qui se chevauchent. La deuxième forme de réalisation (représentée schématiquement et respectivement par une vue en plan et une vue en coupe dans les figures 2a et 2b) du nouveau matériau composite en bande 30 comprend également une feuille support en matière synthétique 31 et un papier mica 32 disponible dans le commerce. Dans cette forme de réalisation, le papier mica et la feuille de matière synthétique comportent des. trous mutuellement affleurants 13, 14, 15, 26, 27, 33 et 34. Dans la zone de ces trous, la feuille de matière synthétique comporte des retroussements annulaires 37, 38 pénétrant dans les trous voisins du papier mica et fusionnés sur ces derniers. Ces retroussements annulaires assurent une fixation efficace entre la feuille de matière synthétique et le papier mica. Il est entendu que, même dans cette forme de réalisation, la feuille de matière synthétique et/ou le papier mica peuvent comporter des perforations supplémentaires pour la pénétration de la résine lors de l'imprégnation ultérieure. La troisième forme de réalisation (représentée schématiquement en coupe en figure 3) du nouveau matériau composite 45 comprend un support 46 constitué d'un tissu de fibres de verre, ainsi qu'un papier mica 47. Le tissu de fibres de verre utilisé comporte une simple armure-toile dans laquelle les fibres de la chaine et les fibres de la trame sont alternativement soulevées ou abaissées de telle sorte que les élévations des fibres de chaîne 50 et les élévations des fibres de trame 51, 52, 53 viennent se placer sur le papier mica 47.Dans la forme de réalisation illustrée, les fibres de chaîne 50 et les fibres de trame 51, 52, 53 sont fusionnées pratiquement à tous les points de contact 54, 55, 56 ou 57, 56,- 59 sur le papier mica. il est entendu que, même dans cette forme de réalisation du matériau composite, le papier mica 47 peut etre perforé. En outre, il est entendu que le matériau composite possède également la résistance requise meme si le tissu de fibres de verre n'est pas fusionné sur le papier mica à tous les endroits entrant en contact avec ce dernier. Dans les formes de réalisation du nouveau matériau composite qui ont été décrites ci-dessus, les deux couches, dont une assure principalement la résistance mécanique à la traction et l'autre, pour une bonne part, l'isolation électrique et stable aux effluves, sont assemblées mutuellement en zones distinctes. Cet assemblage est assuré par échauffement local des couches, du moins dans les zones d'assemblage prévues. En l'occurrence, on veille à ce que le matériau de la couche ayant la température de ramollissement ou de fusion la plus basse fonde sur la couche du matériau ayant la tempéra- ture de ramollissement ou de fusion la plus élevée, formant ainsi une liaison au moins plastique se solidifiant lors du refroidissement ultérieur. La figure 4 représente schématiquement un dispositif pour la réalisation d'un procédé approprié, en particulier, pour la fabrication du matériau composite du type représenté en figure 3. Dans ce procédé, à partir de rouleaux d'alimentation correspondants 62, 63, on déroule un papier mica disponible dans le commerce 60 et un tissu de fibres de verre 90 également disponible dans le commerce et, via des rouleaux de guidage 64, 65, ce papier et ce tissu arrivent dans l'espace compris entre un cylindre de marquage 67 et un cylindre à contre-pression 68. Le cylindre 67 comporte plusieurs languettes de marquage s'étendant axialement et dont seules les languettes 70, 71 et 72 sont désignées par des chiffres de référence pour des raisons de clarté. Le cylindre de marquage est raccordé à un circuit d'un agent réfrigérant.Le cylindre à contre-pression 68 a une surface lisse de forme stable et peut etre chauffé. Les deux cylindres sont montés dans un bâti de machine (non représenté) et l'on prévoit un dispositif permettant de régler l'écartement entre les deux cylindres avec une très grande précision. Vu dans le sens de défilement du matériau (indiqué par la flèche 77), derrière le cylindre de marquage et le cylindre à contre-pression, on prévoit une paire de cylindres presseurs 73, 74 pressés l'un contre l'autre par des ressorts puissants. Enfin, le dispositif comporte également un rouleau 76 sur lequel le matériau composite fini est enroulé. Il est entendu que les sens de rotation et les vitesses périphériques de tous les rouleaux et cylindres sont mutuellement synchronisés, afin que le papier mica, le tissu de fibres de verre et le matériau composite fini puissent défiler à travers le dispositif en étant tendus d'une manière appropriée et sans se déplacer mutuellement. Dans cette forme de réalisation du procédé, le papier mica et le tissu de fibres de verre déroulés, des rouleaux d'alimentation 62, 63 sont placés l'un contre liautre par les deux rouleaux de guidage 64, 65, puis ils passent dans l'espace compris entre le cylindre de marquage 67 et le cylindre à contre-pression 68. Le cylindre à contrepression 68 est chauffé à une température à laquelle, même sur la surface éloignée de ce cylindre, le papier mica appliqu-é 60 est échauffé suffisamment pour ramollir ou faire fondre superficiellement les zones du tissu de fibres de verre qui ont été pressées par les languettes de marquage du cylindre 67. Grâce au refroidissement du cylindre de marquage 67, le tissu de fibres de verre n'est chauffé que légèrement et certainement pas jusqu'au ramollissement sur la surface éloignée du papier mica. Par suite de la pression exercée par les languettes de marquage sur le tissu de fibres de verre, ainsi qu'on l'a décrit ci-dessus, les zones ramollies ou fondues sont fusionnées par voie plastique sur le mica. Lors de son passage entre la paire de cylindres presseurs 73, 74, le matériau composite est à nouveau pressé, empechant ainsi une séparation de la liaison plastique au cours du refroidissement. Le matériau composite fini est alors enroulé sur le rouleau 76. Il est entendu que, dans le procédé décrit, on peut utiliser du papier mica qui a déjà été préalablement perforé, que du papier mica non perforé peut être perforé lors de son entrée dans le dispositif et, de préférence, avant la réunion dans les rouleaux de guidage 64, 65 ou encore que le matériau composite fini peut être perforé dans la zone située entre les cylindres presseurs 73, 74 et le rouleau enrouleur 76. La figure 5 représente schématiquement un dispositif pour la réalisation d'un procédé particulièrement approprié pour fabriquer un matériau composite du type représenté dans les figures 2a et 2b. Dans ce dispositif, l'alimentation des deux matériaux lamifiés, de même que la sortie du matériau composite fini sont pratiquement identiques à celles du dispositif représenté en figure 4; c'est la raison pour laquelle on n'en donnera pas une nouvelle description. Contrairement au dispositif représenté en figure 4, une feuille de matière synthétique est enroulée sur le rouleau d'alimentation 63. Dans ce dispositif, entre les rouleaux de guidage 64, 65 et la paire de rouleaux presseurs 73, 74 et en dessous du parcours de défilement des feuilles, on dispose une table 80 pouvant être chauffée et comportant au moins un trou vertical 81.Sur cette table, sont fixés deux serre-flans a2, 83 sollicités par des ressorts. En outra, sur cette table et dans le prolongement du passage 81, est prévue une aiguille 84 pouvant être chauffée et fixée à un piston BS à mouvement ascendant et descendant. Lors du fonctionnement de ce dispositif, le papier mica 60 glissant sur la table BO est chauffé à une température à laquelle la surface de la feuille de matière synthétique 61 qui est presse par les serre-flans 82, 83, est ramollie. Ltaiguille chauffée 84 effectuant des mouvements ascendants et descendants rapides, perfore la feuille de matière synthétique et le papier mica en pressant une partie de la matière synthétique ramollie dans les trous ainsi pratiqués dans le papier mica. De la sorte, la matière synthétique forme les -retroussements 37 et 38 représentés en figure 2b. Il est entendu que le dispositif peut comporter plusieurs aiguilles disposées en une rangée transversalement au sens longitudinal du parcours de défilement des feuilles. La figure 6 représente schématiquement un dispositif pour la réalisation d'un procédé particulièrement approprié pour fabriquer un matérieu composite du type représenté dans les figures la et lb. Dans ce cas également, les dispositifs prévus pour ltalimentation des deux matériaux lamifiés et la sortie du matériau composite fini, sont réalisés de la même manière que les dispositifs représentés dans les figures 4 et 5. Le papier mica et une feuille de matière synthétique sont enroulés sur les deux rouleaux d'alimentation 62, 63. La table 91 située entre les rouleaux de guidage 64, 65 et la paire de rouleaux presseurs 73, 74, ne peut être chauffée. Au-dessus de cette table, sont prévus une source lumineuse 92 pour des rayons laser, ainsi qu'un dispositif de commande numérique 93 pour ces rayons. Le rayon laser 94 est dirigé sur les matériaux défilant entre les serre-flans 82, 83. Lors du fonctionnement de ce dispositif, à l'aida du dispos- tif de commande 93, le rayon laser est dévié continuellement ou progressivement transversalement au sens de défilement de la feuille de matière synthétique et du papier mica. L'intensité du rayon laser est réglée de telle sorte que les zones de la feuille de matière synthétique qui sont exposées au rayon laser, ramollissent et viennent se fusionner au papier mica. Pour l'application décrite, on peut utiliser une source lumineuse de rayons laser disponible dans le commerce, comportant un dispositif de commande numérique également disponible dans le commerce. Avec ce dispositif, on peut fusionner, sur le papier mica, des feuilles de matière synthétique, des tissus de fibres synthétiques et des voiles de matière synthétique, mais également des tissus et des voiles de fibres de verre. Moyennant une modulation appropriée du rayon laser, avec ce dispositif, non seulement on peut fusionner la couche support sur la couche isolante ou inversement, mais on peut également forer, dans le matériau composite, des trous qui, comme on l'a indiqué dans l'introduction de la présente spécification, facilitent l'imprégnation ultérieure d'un enroulement fini. Il est entendu que les procédés et dispositifs décrits peuvent s'appliquer à des matériaux lamifiés de différentes largeurs. En outra, comme on l'a déjà indiqué, la couche support et la couche isolante peuvent être perforées indépendamment l'une de l'autre, par exemple, dans la zone située entre les rouleaux d'alimentation et les rouleaux de guidage, ou encore le matériau composite fini peut être perforé, par exemple, après la fusion de la couche support sur la couche isolante et devant la paire de cylindres presseurs. Pour les deux opérations de perforation, on peut parfaitement utiliser des rayons laser. Les dispositifs décrits peuvent également être combinés avec des dispositifs de découpage découpant le matériau composite fini dans le sens longitudinal à la largeur appropriée pour l'enrou- lement. Pour cette opération de découpage, on peut également utiliser un rayon laser. Quoique, dans la description ci-dessus, on mentionne généralement une feuille de matière synthétique et un tissu de fibres de verre uniquement pour la couche support et du papier mica uniquement pour la couche isolante, en ce qui concerne le nouveau matériau composite; on peut néanmoins utiliser toutes les autres matières premières connues de l'homme de métier pour ces applications. La détermination des conditions de travail appropriées telles que la vitesse de défilement, la température, la pression, l'intensité et l'orienta- tion du rayon laser, etc,.. dépend essentiellement des matières premières utilisées et de leurs dimensions. Etant donné que le choix d'une combinaison de matières premières optimales pour une application prédéterminée, de même que la détermination des conditions de travail les mieux appropriées pour le traitement de cette combinaison, font partie des connaissances de l'homme de métier, il n'en sera pas donné expressément une description dans la présente spécification. - R E V E N D I C A T I O N S l.- Matériau composite en vue de former un enroulement isolant autour de conducteurs électriques pour machines électriques, ce matériau comportant une couche support et une couche isolante, caractérisé en ce que la couche ayant la température de ramollissement ou de fusion la plus basse est fusionnée par zones sur la couche ayant la température de ramollissement ou de fusion la plus élevée. 2.- Matériau composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche support est une feuille ou un voile de matière synthétique et la couche isolante, un papier mica. 3.- Matériau composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche support est un tissu ou un voile de fibres de verre et la couche isolante, un papier mica. 4.- Matériau composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les zones d'assemblage sont réalisées sous forme de lignes dirigées transversalement et/ou parallèlement au sens longitudinal du matériau composite. 5.- Matériau composite suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les lignes d'assemblage sont formées de plusieurs points écartés l'un de l'autre ou directement adjacents. 6.- Matériau composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque zone d'assemblage comporte une perforation pratiquée dans la couche isolante et sur le bord intérieur de laquelle sont fusionnées des parties du matériau dont est constituée la couche support. 7:- Matériau composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche support et la couche isolante comportent des perforations mutuellement décalées et/ou affleurantes. 8.- Procédé de fabrication d'un matériau composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche support et la couche isolante sont placées l'une sur l'autre, tandis qu'au moins la couche ayant la température de ramollissement ou de fusion la plus basse, est chauffée par zones jusqu'à la température de ramollissement ou de fusion. 9.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la couche support et la couche isolante sont pressées ensemble au moins dans les zones chauffées jusqu'à la température de ramollissement ou de fusion. 10.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que, pour ltéchauffement localement limité des zones de fusion prévues, on chauffe la face extérieure de la couche ayant la température de ramollissement ou de fusion la plus élevée, tandis que l'on refroidit la face extérieure de la couche ayant la température de ramollissement ou de fusion inférieure et, dans la zone de contact des deux couches, la température est supérieure à la plus basse des deux températures de ramollissement ou de fusion. 11.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que, pour ltéchauffement par zones de la couche ayant la température de ramollissement ou de fusion la plus basse, on utilise une énergie de rayonnement. 12.- Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'on utilise un rayonnement laser. 13.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que, pour fusionner des parties du matériau de la couche support sur le bord intérieur des perforations pratiquées dans la couche isolante, on utilise un rayonnement laser.