Brevet FR3036871A1 — publié le 20161202

PROCEDE D'ISOLATION ELECTRIQUE HAUTE TEMPERATURE POUR MACHINE ELECTRIQUE L'invention concerne un procédé d'isolation à haute température, pour machine électrique, qui permet d'atteindre des températures supérieures aux procédés classiques. Elle décrit un procédé d'isolation innovant, qui permet d'isoler un conducteur électrique vis-à-vis de son support mécanique de façon économique. De manière connue, une machine électrique reçoit des conducteurs électriques dans son rotor et/ou dans son stator, qui sont éventuellement logés dans des encoches, lesquelles sont ménagées dans un circuit magnétique, ou dans une carcasse amagnétique, selon les cas. La description de l'invention est établie, en utilisant comme base des démonstrations une structure conventionnelle de conducteurs électriques insérés dans des encoches de tôles ferromagnétiques, dans lesquelles sont ménagées des encoches de maintien desdits conducteurs électriques. L'extension du champ d'application de l'invention à des structures non- conventionnelles, comportant un circuit magnétique différent, par exemple tridimensionnel, ou dans un autre mode de réalisation, sans circuit magnétique, se fait de façon évidente. L'invention décrite propose un procédé d'isolation entre le conducteur électrique et son support conducteur de l'électricité, lequel peut être un circuit magnétique ou amagnétique. Dans la description de l'invention, le mot « conducteur électrique » décrit au moins un fil électrique, en général plusieurs, enroulé autour d'un tube 3036871 de flux magnétique afin d'y générer un flux magnétique, lequel flux magnétique est continu ou alternatif. Dans la description de l'invention, le mot « fil électrique » décrit le ou les fils électriques formant le conducteur électrique. Lesdits fils électriques peuvent avoir une forme extérieure de méplat, hexagonale, ronde, carrée, rectangulaire, ou encore toute autre forme, régulière ou non régulière. Lesdits fils électriques peuvent être pleins ou creux. Lesdits fils électriques peuvent être constitués d'un ou plusieurs fils, isolés ou non-isolés entre 10 eux-mêmes, et regroupés afin de former un seul fil électrique, parcouru par un même courant électrique. Le conducteur électrique peut être formé par la réunion de plusieurs conducteurs électriques réunis en sous-groupes. 15 Dans la description de l'invention, l'agencement des fils électriques entre eux, au sein d'un même conducteur électrique ou au sein d'un même fil électrique, peut utiliser toutes les configurations connues de l'état de l'art, telles qu'agencement parallèle, Roebel, diagonal, torsadé ou autre forme d'agencement. 20 Dans la description de l'invention, le mot « support électrique » décrit une ou plusieurs pièces recevant un conducteur électrique, lesquelles pièces sont conductrices de l'électricité de façon partielle ou complète. Ledit ensemble de pièces peut être limité à une seule pièce, ou il peut être 25 formé de plusieurs pièces identiques ou différentes en matière et en forme. Le support électrique peut être soit ferromagnétique, soit non-ferromagnétique. Dans la description de l'invention, le procédé d'isolation électrique 30 s'applique soit d'une part à l'isolation électrique entre le conducteur 3036871 3 électrique et le support électrique, et soit d'autre part à l'isolation électrique entre les différents conducteurs électriques formant un même conducteur électrique, l'un et/ou l'autre desdits cas pouvant utiliser le procédé d'isolation de l'invention. Dans la description de l'invention, le mot « résine isolante » décrit une poudre appliquée soit par pulvérisation électrostatique, soit par tout autre procédé de l'état de l'art, sur les pièces à isoler. Certaines références de résine thermodurcissables ont été conçues pour l'application sur des 10 pièces chaudes, telles que des parois de four, de barbecue, ou de gazinière. Elles supportent des températures très élevées, voire le contact direct d'une flamme. L'invention propose de les utiliser dans le procédé d'isolation d'une machine électrique. 15 Dans la description de l'invention le mot « machine électrique » concerne toute machine électrique parmi la liste non-exhaustive suivante : machine électrique tournante, un transformateur, une inductance, un actionneur linéaire, ou tout autre objet véhiculant des flux magnétiques continus ou alternatifs. 20 La description de l'invention est appliquée à une machine électrique tournante, afin d'en simplifier la description. Sa transposition à une autre machine électrique tournante ou statique est évidente. 25 L'état de l'art décrit abondamment les techniques d'isolement de conducteurs électriques formant des enroulements électromagnétiques. L'homme de l'art utilise typiquement des procédés de vernissage des conducteurs électriques, lesquels sont enroulés pour obtenir le nombre de spires désiré, puis insérés dans des encoches semi-fermées par exemple, 30 et isolés par une cale dite de fond d'encoche. Ce procédé est limité à des 3036871 4 températures maximales de 250`C pour les meilleurs, laquelle température limite les performances maximales d'une machine électrique, car ses pertes Joule sont liées à la puissance qu'elle délivre. Une augmentation de la température permet par conséquent d'augmenter la 5 puissance délivrée par la machine électrique, sachant que le fer a un point de Curie nettement plus élevé. L'invention décrite se caractérise par l'isolation de chacun des fils formant les conducteurs électrique et/ou son support en utilisant un procédé qui 10 consiste à : dans un premier temps enrober chacun des fils formant le conducteur électrique, ainsi que le ou les supports isolants, par une résine isolante de thermo-laquage à base de silicone, telle qu'utilisée par exemple pour le thermo-laquage de tôles planes ou 15 de fours thermiques, - dans une deuxième temps cuire la résine isolante au four à une température normale, indiquée par son fabriquant, typiquement 220`C, - dans un troisième temps assembler les éléments à froid ou à 20 chaud, - dans un quatrième temps répéter éventuellement les trois étapes précédentes sur l'ensemble assemblé. La résine isolante est éventuellement appliquée par procédé 25 électrostatique à partir d'une poudre, qui est pulvérisée. Les procédés d'application de la résine isolante sont connus et maîtrisés. Elle est traditionnellement utilisée pour peindre des surfaces de tôles, et aussi pour isoler le fond des encoches des machines électriques. 3036871 5 L'invention décrite propose d'isoler avec une résine isolante de therrnolaquage à base de silicone sur tout ou partie des éléments suivants : chaque fil électrique formant le conducteur électrique, le conducteur électrique ou le support électrique. L'introduction de silicone dans la résine 5 isolante permet d'augmenter sa tenue en température. La cuisson de la résine isolante lui confère une rigidité qui lisse les aspérités des parties métalliques du support électrique et des fils électriques. Ce procédé d'isolation est connu sous le nom de poudrage. L'invention s'en démarque en étant caractérisée, d'une première part par l'utilisation dudit poudrage à 10 la fois pour les fils électriques et pour le support électrique, et d'autre part par l'utilisation d'une résine isolante à base de silicone ou dans un mode de réalisation particulier en utilisant une résine isolante formée de silicone pure. 15 Dans un premier mode de réalisation, la résine isolante employée est la référence HT350 de la marque Interpon, qui contient de la silicone, de l'époxy et de l'acrylique, elle supporte typiquement 350`C de température maximale de fonctionnement. 20 Dans un deuxième mode de réalisation, la résine isolante employée est la référence HT450 de la marque Interpon, qui contient de la silicone et de l'acrylique, elle supporte typiquement 450`C de tem pérature maximale de fonctionnement. 25 Dans un troisième mode de réalisation, la résine isolante employée est la référence HT550 de la marque lhterpon, qui ne contient que de la silicone, elle supporte typiquement 550`C de température maxi male de fonctionnement. 3036871 6 Dans un quatrième mode de réalisation, la résine isolante employée est une résine isolante de marque quelconque qui contient au moins 98% de silicone. 5 Dans un cinquième mode de réalisation, la résine isolante employée est une résine isolante de marque quelconque qui contient au moins 20% de silicone. Dans un sixième mode de réalisation, la résine isolante employée est une 10 résine thermodurcissable, de marque quelconque, conçue pour application sur des parois de fours thermiques ou de barbecue. Dans un septième mode de réalisation, la résine isolante employée est toute référence de la gamme HT de la marque lnterpon. 15 Dans la description de l'invention, l'application du procédé d'isolation électrique haute température innovant concerne au moins les surfaces des conducteurs électriques et des supports électriques qui sont en regards les unes des autres, et qui doivent être séparées physiquement 20 d'une distance adaptée à la tension d'utilisation de la machine électrique, afin d'éviter les décharges électriques. De façon évidente, ledit procédé d'isolation électrique peut déborder desdites surfaces, voir recouvrir l'intégralité de la machine, afin d'en simplifier la conception. De façon préférentielle, ledit procédé d'isolation, est appliqué à l'ensemble des 25 conducteurs électriques, fils électriques et supports électriques, formant la machine électrique, utilisant la même résine sur toutes les pièces précédentes. La description de l'invention présente l'isolation d'un groupe d'au moins un 30 conducteur électrique, inséré dans un support électrique. De façon 3036871 7 évidente, une machine électrique comporte au moins un support électrique, ce qui impose d'appliquer l'isolation électrique à tous ses supports électriques. De façon évidente, la ou les opérations de cuisson/polymérisation peuvent être répétées à chaque assemblage d'un 5 groupe de conducteur dans un support électrique, ou bien ladite opération de cuisson/polymérisation peut être faite en une seule fois, une fois la machine électrique assemblée. La figure 1 présente un mode de réalisation particulier de l'invention 10 appliquée à l'isolation électrique d'un conducteur électrique 4, lequel est monté sur son support électrique 1. Le conducteur électrique 4 est formé par la réunion de plusieurs fils électriques 2, lesquels sont intégrés dans une encoche formée dans un support électrique 1. Les fils électriques sont agencés parallèlement les uns aux autres, en couches superposées 3. Le 15 nombre de couches superposées dépend de l'application, il est supérieur ou égal à l'unité. Chaque fil électrique est isolé indépendamment par une résine isolante appliquée sur le fil électrique nu, préalablement à son insertion dans le support électrique 1. Ledit fil électrique 2 est constitué de préférence de cuivre ou d'aluminium. 20 Dans un mode de réalisation particulier les fils électriques 2 ont tous sensiblement la même forme, et la même section transversale. Dans un autre mode de réalisation particulier, les fils électriques 2 ont des sections transversales différentes. 25 Dans un mode de réàlisation particulier, les fils électriques 2 sont isolés avec la même résine isolante que le support électrique 1, chacune étant apposée et éventuellement cuite séparément, puis réunis pour -former la bobine électromagnétique requise. 30 3036871 8 Dans un mode de réalisation particulier, le procédé d'isolation est appliqué en plusieurs étapes successives. Dans une première étape, préalablement à l'assemblage des conducteurs électriques 2 dans le support électrique 1, chacun des 5 conducteurs électriques 2, ainsi que le support électrique 1, sont enduits indépendamment l'un de l'autre, de résine isolante. Dans une deuxième étape et un premier mode de réalisation, chacun desdits conducteurs électriques 2, ainsi que le support électrique 1, dans sont cuits séparément à leur température de polymérisation 10 nominale. Dans une deuxième étape et un deuxième mode de réalisation, chacun desdits conducteurs électriques 2, et/ou le support électrique 1, sont cuits séparément à une température inférieure à leur température de polymérisation nominale, par exemple dans 15 une fourchette comprise en 150t et 180t. Dans lad ite deuxième étape et le deuxième mode de réalisation, le choix de ladite température de cuisson inférieure à la valeur nominale, est fixé de façon préférentielle, afin d'une part de permettre aux conducteurs électriques 2 et au support électrique 1 d'être recouverts d'un film 20 de résine qui soit suffisamment souple pour supporter le pliage lors de l'insertion, et d'autre part de permettre une meilleure adhérence lors de la dernière étape de cuisson finale entre les différentes parties assemblées. Dans ladite deuxième étape et le deuxième mode de réalisation, il est possible de ne cuire à la température 25 nominale de polymérisation, soit que les conducteurs électriques 2, soit que le support électrique 1. Dans une troisième étape chacun desdits conducteurs électriques 2 est inséré dans le support électrique 1, puis lesdits conducteurs électriques 2 sont éventuellement isolés une seconde fois par 30 dépôt d'une deuxième couche de résine isolante sur l'ensemble 3036871 formé par leur assemblage, laquelle résine isolante est de préférence identique à la résine utilisée à la première étape. Dans une quatrième étape, l'ensemble des conducteurs électriques 2 et le support électrique 1 sont cuits à leur température de polymérisation nominale. Dans la description de l'invention, la température de polymérisation est associée à un cycle de chauffe et de refroidissement, qui est spécifique à chaque résine, lequel est indiqué clairement par son fabriquant. 10 Typiquement, ladite température de polymérisation vaut sensiblement 220t, laquelle valeur est inférieure à la température maximale d'utilisation. La répétition de l'imprégnation par la résine d'isolation permet de rendre 15 les fils électriques solidaires du support électrique et la pré-cuisson à une température inférieure à la température de polymérisation permet de solidariser les éléments entre eux, et donc de renforcer leur tenue mécanique et la transmission de la chaleur. 20 L'invention décrite est caractérisée par l'utilisation d'une poudre isolante à base de silicone sur chacun des conducteurs électriques et sur les supports électriques formant une machine électrique, laquelle poudre est La figure 1 présente le cas particulier, à titre d'illustration, de l'organisation 25 des conducteurs électriques dans un support électrique. Le procédé d'isolation haute température de l'invention peut être utilisé pour réaliser une armature une armature à griffe en tôle ou à dents amovibles, ou une machine homopolaire composée, synchrone ou 30 asynchrone. La machine électrique résultante peut être commandée par 3036871 10 un algorithme de commande en boucle ouverte de tension, associé éventuellement à un procédé de réduction du bruit de son codeur. Tous les éléments qui ont été présentés dans cette invention peuvent être 5 étendus à d'autres machines électriques tournantes ou statiques, comportant un nombre quelconque de phases électriques et de pôles électromagnétiques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits, mais s'étend à toute modification et variante évidente pour un homme du métier, tout en restant dans l'étendue de la 10 protection définie dans les revendications annexées. REVENDICATIONS1. Procédé d'isolation électrique à haute température d'une machine électrique, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'application d'une couche de résine isolante à base de silicone sur tout ou partie de conducteurs électriques formant la machine électrique, ainsi que sur tout ou partie de supports électriques, en ce que l'application de résine isolante est effectuée sur tout ou partie des surfaces des conducteurs électriques et des supports électriques, qui sont en regards les unes des autres, et en ce que la résine est caractérisée par une teneur en silicone d'au moins 20%. 2. Procédé d'isolation électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que qu'il comporte : - une première étape de cuisson préalable à température de polymérisation séparément des conducteurs électriques d'une part, et des supports électriques d'autre part, puis - une deuxième étape de résinage supplémentaire de l'ensemble formé par les conducteurs électriques préalablement assemblés dans leurs supports isolants respectifs, puis - une troisième étape de cuisson de l'ensemble formé par les conducteurs électriques et les supports électriques. 3. Procédé d'isolation électrique selon la revendication précédente, caractérisé par, à la première étape, une cuisson préalable à une température inférieure à la température de polymérisation des conducteurs électriques séparément, d'une part, et/ou des supports électriques, d'autre part. 4. Machine électrique tournante comportant des conducteurs électriques et des supports électriques selon le procédé d'isolation électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes.