Brevet FR2779268A1 — publié le 19991203

BOBINAGE ELECTRIQUE, TRANSFORMATEUR ET MOTEUR ELECTRIQUE COMPORTANT UN TEL BOBINAGE. La présente invention concerne le domaine des bobinages électriques, en particulier des bobinages rotoriques ou statoriques de moteurs électriques. Lorsque les bobinages sont excités par des signaux à fronts raides, et non pas par des signaux sensiblement sinusoïdaux, les tensions transitoires très élevées provoquent un vieillissement accéléré du vernis d'isolation entourant le conducteur. L'accumulation de charges provoque des phénomènes de claquage de l'isolant réduisant considérablement la durée de vie des bobinages, et donc des moteurs électriques. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé dans l'art antérieur une solution consistant à entourer le conducteur par une couche d'isolation non émaillée. La demande de brevet PCT W096/42089 divulgue par exemple un conducteur revêtu d'une couche d'isolation dont la résistance varie avec la tension d'excitation. Les exemples de couche d'isolation décrits dans ce document de l'art antérieur, sont des matrices comportant des oxydes métalliques. Cette solution ne permet pas d'évacuer les charges électriques se formant lors des transitoires de tension. L'objet de l'invention est de remédier aux inconvénients de bobinages de l'art antérieur en proposant une solution à la dégradation accélérée de la couche d'isolation du fait du claquage du revêtement du conducteur. A cet effet, l'invention concerne, dans son acception la plus générale, un bobinage électrique constitué par enroulement d'un conducteur électrique comportant un revêtement pour former une pluralité de spires caractérisé en ce que ledit revêtement est choisi parmi les matériaux à résistance non linéaire. On entend par "matériau à résistance non linéaire" un matériau de faible conductivité en l'absence de champ électrique, dont la résistance est une fonction non linéaire du champ électrique auquel est soumis ledit matériau ou de la différence de potentiel appliquée audit matériau. La résistance de tels matériaux diminue lorsque la tension qui lui est appliquée augmente. Selon une première variante avantageuse, le revêtement est constitué par une alternance de couches choisies parmi les matériaux à résistance non linéaire, et de couches isolantes. De préférence, le revêtement est constitué par une couche intérieure et une couche extérieure isolante et d'une couche intermédiaire choisie parmi les matériaux à résistance non linéaire. Selon une deuxième variante, le revêtement présente un gradient de concentration de matériaux à résistance non linéaire. Selon une troisième variante, le revêtement est une couche unique choisie parmi les matériaux à résistance non linéaire. Selon un mode de réalisation particulier, le matériau à résistance non linéaire est un polymère conducteur dopé ou non dopé. De préférence le polymère conducteur est un polymère choisi parmi une polyaniline, le N-phényl P- phénylène diamine, un polythiophène, un polyarylthiopène, un polypyrolle, un polyarylvinylène, un poly (P-phénylène sulfure), un poly (P-phénylène), un paraphénylène vinylène (PPV), leurs copolymères et leur mélanges. De préférence encore le premier polymère est un copolymère autodopé choisi parmi un copolymère du N-phényl P- phénylène diamine avec un acide amino-naphtalène sulphonique, un copolymère de l'aniline avec un acide amino) naphtalène sulphonique, un copolymère de l'aniline avec l'acide 3-(3-aminobenzyloxy)-l- propane sulfonique, un copolymère de l'aniline avec l'acide 3-(2aminophénoxy)-l-propane sulfonique, un copolymère de l'aniline avec l'acide 4-(2)aminophénoxy)-1-butane sulfonique, un copolymère de l'aniline avec le 1-amino 2, 6- bis (4-sulfobutoxy) benzène, et leurs mélanges. La synthèse de ces copolymères est décrite dans le brevet européen EP-0 512 926 publié le 11 novembre 1992. Le dopant peut être par exemple l'acide chlorhydrique (HC1), L'acide sulfurique (H2S04), l'acide camphrosulphonique, ou bien encore un acide sulfonique substitué. Un brevet publié sous le numéro FR2719595 décrit des composés cristallins à propriétés ferromagnétiques d'inclusion de sels métalliques dans des copolymères dont le motif élémentaire comprend accolés un maillon d'un premier groupe de composés aminoaromatiques dérivés de la 1- naphtylamine et des formes oxydées correspondantes, et un maillon d'un second groupe de composés aminoaromatiques substitués, choisis parmi les composés mines substitués comprenant au moins deux noyaux benzéniques condensés, les composés polycycliques substitués comprenant au moins un motif aniline dans leur structure, les composés dérivés de l'aniline portant un substituant relié au noyau par un maillon éthynylidène ou paraphenylène et les composés oxydés correspondants. Selon une variante préférée, le matériau à résistance non linéaire est une matrice contenant le polymère conducteur ladite matrice et le polymère conducteur utilisant le même solvant. Avantageusement les concentration de polymère conducteur est comprise entre 1 et 30 % en volume. De préférence, la concentration de polymère conducteur est comprise entre 15 et 18 % en volume. Selon un autre mode de réalisation, le matériau à résistance non linéaire est une matrice incorporant des particules d'oxyde de zinc dopé. A titre d'exemple, le brevet européen EP351004 décrit une résistance nonlinéaire dépendant de la tension, comportant un corps fritté céramique en matériau de résistance a base d'oxyde de zinc dopé chaque fois au moins d'un métal alcalino-terreux, d'un métal de terre rare et d'un métal du groupe de fer ainsi qu'au moins de l'un des métaux du groupe d'aluminium, de gallium et/ou d'indium, présents comme oxyde, et des électrodes disposées sur les surfaces principales mutuellement opposées. Le corps de frittage est fabriqué de plusieurs couches comportant au moins une succession de couches constituée d'une couche en matériau de résistance formée sur une couche de support à électrique plus élevée par rapport au matériau de résistance dopé. Avantageusement, la concentration d'oxyde de zinc est comprise entre 1 et 30% en volume. De préférence, la concentration d'oxyde de zinc est comprise entre 15% et 18% en volume. L'invention concerne également un transformateur et un moteur électrique comportant au moins un bobinage électrique formé par un enroulement d'un conducteur électrique comportant un revêtement caractérisé en ce que ledit revêtement est choisi parmi les matériaux à résistance non linéaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant à la figure unique annexée représentant une vue en coupe d'un fil pour la réalisation d'un bobinage selon l'invention. Le bobinage selon l'invention est constitué d'une pluralité de spires formées par enroulement d'un fil présentant une structure dont la figure unique représente une vue en coupe. Le fil est constitué par une âme conductrice non émaillée (1) entourée par une revêtement tricouche. La première couche (2) est une couche d'isolation, par exemple un vernis isolant utilisé habituellement pour l'isolation de fils conducteurs. La deuxième couche (3) est une couche d'un matériau à résistance non linéaire. La troisième couche extérieure (4) est comme la couche intérieure (2) formée par un vernis isolant utilisé habituellement pour l'isolation de fils conducteurs. La couche intermédiaire (3) constitue un écran équipotentiel assurant l'écoulement des charges se formant lors des transitoires rapides, notamment lorsque le bobinage est alimenté avec des tensions périodiques élevées, dont les signaux présentent des fronts raides. Cette couche intermédiaire présente une résistance élevée lorsque le champ électrique résultant du courant parcourant le fil conducteur (1) est faible. Par contre, lorsque le champ électrique augmente, cette couche intermédiaire devient conductrice et contribue à la limitation des risques de claquage de la couche isolante. Le matériau non linéaire peut être réalisée par une matrice contenant un polymère conducteur dopé ou non, notamment la polyaniline à des concentrations de l'ordre de 1 à 30% en volume, et de préférence de l'ordre de 15 à 18%. Le matériau non linéaire peut être choisi parmi les composés cristallins, à propriétés ferromagnétiques d'inclusion de sels métalliques dans des copolymères dont le motif élémentaire comprend accolés, un maillon d'un premier groupe de composés aminoaromatiques dérivés de la 1- naphtylamine et des formes oxydées correspondantes, et un maillon d'un second groupe de composés aminoaromatiques substitués choisis parmi les composés amines substitués comprenant au moins deux noyaux benzéniques condensés, les composés polycycliques substitués comprenant au moins un motif aniline dans leur structure, les composés dérivés de l'aniline portant un substituant relié au noyau par un maillon éthynylidène ou para-phenylène, et les composés oxydes correspondants. Le matériau non linéaire peut être réalisé par une matrice contenant des particules d'oxydes métalliques, notamment d'oxyde de zinc dopé à des concentration voisines du seuil de percolation de l'ordre de 1 à 30 % en volume, et de préférence de l'ordre de 15 à 18 %. La présente invention est susceptible de nombreuse variantes accessibles à l'homme du métier sans que l'on s'écarte de l'invention. En particulier on pourrait, sans s'écarter de l'invention utiliser tout matériau à propriétés non linéaires en champ électrique. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. REVENDICATIONS 1 - Bobinage électrique constitué par enroulement d'un conducteur électrique comportant un revêtement pour former une pluralité de spires, caractérisé en ce que ledit revêtement est choisi parmi les matériaux à résistance non linéaire. 2 - Bobinage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement est constitué par une alternance de couches choisies parmi les matériaux à résistance non linéaire, et de couches isolantes. 3 - Bobinage électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le revêtement est constitué par une couche intérieure et extérieure isolante et une couche intermédiaire choisies parmi les matériaux à résistance non linéaire. 4 - Bobinage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement présente un gradient de concentration de matériaux à résistance non linéaire. - Bobinage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement est constitué d'une couche unique choisie parmi les matériaux à résistance non linéaire. 6 - Bobinage électrique selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que le matériau à résistance non linéaire est un polymère conducteur dopé ou non dopé. 7 - Bobinage électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau à résistance non linéaire est la PANi et ses dérivés. 8 - Bobinage électrique selon un au moins des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la matrice et le polymère conducteur utilisent un solvant commun. 9 - Bobinage électrique selon une au mois des revendications 6, 7 et 8, caractérisé en ce que la concentration en polymère conducteur est comprise entre 1 et % en volume. - Bobinage électrique selon une au moins des revendication 6, 7 et 8, caractérisé en ce que la concentration en polymère conducteur est comprise entre 15 et 18 % en volume. 11 - Bobinage électrique selon l'une au moins des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau à résistance non linéaire est une matrice contenant des particules d'oxyde de zinc dopé. 12 - Bobinage électrique la revendication 11, caractérisé en ce que la concentration d'oxyde de zinc est comprise entre 1 et 30% en volume. 13 - Bobinage électrique la revendication 11, caractérisé en ce que la concentration d'oxyde de zinc est comprise entre 15% et 18% en volume. 14 - Moteur électrique comportant au moins un bobinage électrique formé par un enroulement d'un conducteur électrique comportant un revêtement, caractérisé en ce que ledit revêtement est choisi parmi les matériaux à résistance non linéaire. - Transformateur électrique comportant au moins un bobinage électrique formé par un enroulement d'un conducteur électrique comportant un revêtement, caractérisé en ce que ledit revêtement est choisi parmi les matériaux à résistance non linéaire.