Couche d'isolation sur les fils magnétiques : Une pierre d'achoppement pour les ingénieurs

Dans la production de bobines, l'isolation du fil a une influence sur une grande variété de propriétés du produit, telles que le domaine d'application, la durée de vie, les coûts ou la conception de la bobine. L'isolation des fils a également un effet sur divers facteurs au cours de la fabrication des bobines, tels que les rebuts ou le traitement ultérieur. Cet article résume les faits essentiels sur l'isolation des fils - et son effet sur la conception des bobines - à l'intention des ingénieurs.

Tout d'abord, il convient de s'interroger brièvement sur la nécessité d'isoler les fils : Seule l'isolation garantit que le courant passe effectivement à travers chaque tour. L'isolation est nécessaire pour que le nombre de spires N dans toutes les formules du champ magnétique ait un sens. En outre, la couche d'isolation protège contre les courts-circuits.

Quels sont les degrés d'isolation disponibles pour les fils de cuivre émaillés destinés à la fabrication de bobines ?

Les épaisseurs de la couche isolante et les rendements électriques correspondants sont divisés en degrés. Selon le degré, le rapport entre la surface de la section de cuivre et la surface de la section totale varie. Les degrés d'isolation décrivent une valeur minimale et une valeur maximale pour l'augmentation de l'épaisseur de la couche. Selon la norme commune IEC 60317, le degré 1 a la couche d'isolation la plus fine et le degré 3 la plus épaisse. Toutefois, des fils avec une isolation plus fine ou plus épaisse ou des tolérances réduites sont également disponibles en fonction des besoins du client.

Dans de nombreux calculs, la couche d'émail n'est pas prise en compte et le diamètre extérieur effectif est donc calculé de manière trop serrée.

Comme le montre ce tableau du fabricant de fils fins Elektrisola, un fil de 0,100 G1 avec 0,1 mm de cuivre et une couche d'isolation a un diamètre extérieur effectif de 0,108 mm à 0,117 mm.
 

Source: Elektrisola

Qu'est-ce que l'émail pour fils ?

Les émaux pour fils, également connus sous le nom d'isolation primaire, sont utilisés sur les fils ronds et plats en cuivre et en aluminium dans les moteurs, les transformateurs, les générateurs et les appareils de mesure électrique. Ils sont durcis par la chaleur sur les fils et leur principale fonction est d'assurer l'isolation électrique. Les fils ainsi revêtus sont également appelés "fils magnétiques" ou "fils de bobinage". Ces émaux pour fils doivent parfois présenter une très bonne résistance chimique et thermique, adhérer très bien aux fils de cuivre ou d'aluminium et avoir une excellente stabilité mécanique.

L'application de l'émail métallique varie en fonction de la forme et du diamètre du fil à revêtir. L'application horizontale ou verticale, à l'aide de buses ou de feutres, sont des procédés typiques de revêtement de fils.

Quels sont les matériaux les plus courants pour l'isolation des fils dans la production de bobines ?

Le choix des matériaux d'isolation est très large, la majorité étant à base de résines. En fonction de l'application, il convient de choisir une classe d'isolation différente, qui se réfère à l'épaisseur et au matériau de la couche d'isolation. La conception de l'isolation joue un rôle secondaire dans le traitement du fil, à l'exception du lubrifiant.

D'un point de vue chimique, la gamme des émaux pour fils comprend les produits suivants

• Polyuréthanes, émaux soudables,
• polyesterimides, émaux résistants à la chaleur,
• polyester amide imide, émaux résistants aux solvants.

Vous trouverez ci-dessous une description plus détaillée des utilisations les plus courantes des différents matériaux d'isolation pour la production de bobines :

Émaux pour fils en polyuréthane (PUR)

Les fils isolés avec des vernis de polyuréthane ont une bonne soudabilité à 375°C. Des formulations spéciales permettent d'obtenir une excellente résistance aux fissures et à la corrosion. Des formulations spéciales permettent d'obtenir une excellente résistance aux fissures et aux trous d'épingle. Ces fils émaillés sont principalement utilisés dans les petits transformateurs, les minuteries, les relais, les petits moteurs, les solénoïdes, les bobines d'horloge, les transformateurs flyback, les têtes magnétiques ou les bobines automobiles telles que les relais et les bobines d'allumage.

Émaux soudables à base de fil de polyesterimide (PEI)

Les fils émaillés en polyesterimide soudables peuvent être soudés même à des températures supérieures à 450 °C dans certains cas. Les fils magnétiques revêtus présentent une bonne élasticité ainsi que de bonnes propriétés diélectriques et mécaniques. Ces revêtements sont particulièrement adaptés aux petits moteurs électriques pour relier les enroulements au collecteur. Les émaux pour fils en polyesterimide sont souvent utilisés sur les fils de bobinage pour les relais, les petits transformateurs, les petits moteurs, les disjoncteurs, les bobines d'allumage, les commutateurs magnétiques et dans les applications automobiles.

Émaux sur fil à base de polyesterimide THEIC (TPEI)

Les émaux pour fils en polyesterimide de THEIC sont très résistants à la chaleur et ont une très bonne résistance mécanique, électrique et chimique. Ces émaux sont couramment utilisés sur les fils des moteurs électriques, des équipements de réfrigération, des enroulements de transformateurs et des ballasts de lampes fluorescentes.

Émaux sur fil de polyamideimide (PAI)

Les fils émaillés en polyamideimide peuvent être utilisés en tant qu'émaux simples ou doubles ; les deux options offrent d'excellentes propriétés mécaniques et la plus grande résistance chimique. Outre le revêtement polyamideimide classique, des émaux pour fils avec lubrifiant intégré pour augmenter la vitesse d'enroulement sont également disponibles. Ces produits sont utilisés spécifiquement pour le revêtement des fils dans les moteurs électriques, les systèmes de réfrigération, les enroulements de transformateurs, les électrovannes et les ballasts pour lampes fluorescentes. 

Fils auto-adhésifs

Un autre type de fil est le fil émaillé autoliant, qui contient une deuxième couche d'émail. Toutefois, cette couche dite "auto-adhésive" n'est pas utilisée pour l'isolation, mais pour la stabilité mécanique d'une bobine. La couche d'émail auto-adhésif est à base de résines époxy, de butyral de polyvinyle ou de polyamide. Outre les exigences techniques, le processus de collage préféré est déterminant pour le choix. Dans le processus de collage, les enroulements sont collés thermiquement ou chimiquement, par exemple pour les enroulements autoportants tels que les bobines à noyau d'air. De même, différents types d'émail autoliant sont disponibles en fonction du continent.

Les fils émaillés cuits, comme les fils émaillés mentionnés ci-dessus, sont disponibles non seulement avec du cuivre comme matériau conducteur, mais aussi avec des alliages, de l'aluminium ou de l'aluminium recouvert de cuivre, entre autres, pour des bobines légères ou des conducteurs à haute résistance pour une meilleure durabilité. L'émail autopolymérisable est principalement utilisé pour les bobines des instruments de mesure, les bobines vocales (telles que les haut-parleurs), les petits moteurs et les capteurs.

En bref : Isolation des fils pour le bobinage

La variété des matériaux d'isolation ou la possibilité d'intégrer un lubrifiant dans l'isolation rendent complexe le choix de la meilleure application. Un fabricant de bobines de premier plan comme KUK Group, fort de ses années d'expérience dans des projets spécifiques à ses clients, est en mesure d'offrir les meilleurs conseils en la matière. Pour les ingénieurs, il est particulièrement important, lors de la phase de développement, de prendre en compte la couche d'isolation en plus du matériau conducteur pur. Il s'agit d'une condition préalable importante pour une conception correcte de la bobine.