DE2805387A1

DE2805387A1 - Eisenkern fuer transformatoren, drosselspulen, elektromotoren, generatoren o.dgl. elektrische maschinen

Info

Publication number: DE2805387A1
Application number: DE19782805387
Authority: DE
Inventors: Hugo-Werner Geschka
Original assignee: Blum Eisen & Metallind
Current assignee: Blum Eisen & Metallind
Priority date: 1978-02-09
Filing date: 1978-02-09
Publication date: 1979-08-23

Description

Eisenkern für Transformatoren, Drosselspulen,
Elektromotoren, Generatoren oder dgl.
elektrische Maschinen Die Erfindung bezieht sich auf zu bildende Eisenkerne für Transformatoren, Drosselspulen, Motoren, Generatoren od. dgl. statische oder dynamische elektrische Maschinen, die aus mehreren Kernteilen bestehen, welche über Stoßstellen aufeinander aufliegen.
Für eine Art solcher elektrischer Maschinen, nämlich tür Transforratoren, ist es bereits bekannt geworden, den Eisenkern aus Draht zu wickeln. Solche Drahtwickel werden getrennt und nach Einführen der Spule oder Spulen mit ihren Trennstellen wieder zusammengefügt.
Neben dem Nachteil, daß an den Trennstellen die Drahtlagen nicht exakt aufeinanderstoßen, besteht der Nachteil, daß Mantelkerne aus Drahtwickeln bisher nicht hergestellt werden konnten. Es ist zwar bekannt, daß Transformatoren mit Drahtwickelkernen geringere Wirbelstromverluste haben, weshalb solche Transformatoren häufig fiir höhere Frequenzen eingesetzt werden.
Der Vorteil, der durch die Bauart eines Manteltransformators entsteht, war also hier bisher nicht anwendbar, obwohl Drahtkerntransformatoren an sich preiswerter herzustellen sind.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und die Möglichkeit zu schaffen, mittels Drahtwickelkernen auch Mantelkerntransformatoren oder -Drosselspulen herzustellen, den Wirkungsgrad gegenüber den bisher bekannten zu verbessern und auch für die Herstellung anderer elektrischer Maschinen, wie z.B. Elektromotoren oder Generatoren, die Vorteile auszunutzen, die unter Verwendung von Eisenkörpern, die zumindest teilweise aus gebündelten Drähten hergestellt werden-, sich ergeben.
und eine preiswerte Herstellung solcher elektrischer Maschinen zu ermöglichen.
Gemäß der Erfindung wird dies bei elektrischen Maschinen der eingangs erwähnten Art dadurch erzielt, daß wenigstens einer der Kernteile aus gebündelten Drähten besteht, der zwei Trenn- bzw. Stoßflachen hat, mit denen er auf Gegenstoßflächen eines weiteren Kernteiles, bestehend aus lamellierten Einzelblechen, aufsetzbar ist.
Der aus gebündelten Drähten bestehende Kernteil kann beispielsweise ein getrennter, z.B. C - förmiger Wickelkörper sein, der mit seinen Trenn- oder Stoßstellen auf Gegenstoß stellen des lamellierten Sisenkernes aufsetzbar ist, wobei die die Stoßstellen bildenden Drahtenden auf die Einzellagen des lamellierten Eisenlcernes zu gerichtet sind, d.h.
also, es verlaufen die einzelnen Drähte zumindest an der Stoß- bzw. Trennstelle wenigstens annähernd senkrecht zu den Unterteilungsflächen, bzw. es können die Kraftlinien in der Verlängerung der-Drähte auf die Schmalseiten der Einzelbleche auftreffen, bzw. übergehen.
Der Drahtkern kann ein aufgetrennter Wickelkörper oder Wickelkörperteil sein oder aber aus anders gebündelten Drähten bestehen.
Ein aus draht gewickelt er Kernteil kann durch Aufwickeln eines z.B. isolierten Eisendrahtes auf eine entsprechende Form gebildet werden, wobei entweder jede Spule für sich gewickelt werden kann, oder es kann ein über mehrere Spulenbreiten sich erstreckender Wickelkörper aufgebaut werden und durch Trennen senkrecht zur Wickelachse, zunächst einmal zusammenhängende Wickel hergestellt werden. Diese so gebildeten Wickel können dann quer zu den Drahtlagen getrennt werden, so daß C-, bzw. kanal- oder tunnelförmige Drahtkernstücke entstehen.
Dabei können die beiden durch Trennung eines zusammenhängenden Drahtwickelkernes hergestellten C - förmigen Teile mit einem, zwischen ihren Trenn- bzw. Stoßstellen vorzusehenden Mittelkern aus lamellierten Einzelblechen zu einem Mantelkern zusammengebaut werden, Weiterhin ist es möglich, sogenannte C-I - Kerne herzustellen, indem eine der aufgetrennten Häl£-ten kombiniert wird mit einem aus lamellierten Eisenblechen bestehenden I - Teil, wobei die Drahtenden des Wickels wiederum auf die Schmalseiten der Bleche des Blechkernes zu weisen.
Um den verschiedensten Erfordernissen gerecht zu werden, können die Kernteile aus Materialien unterschiedlicher Permeabilität bestehen, dabei können die Lagen des aus gebündelten Drähten bestehenden Kernes untereinander aus Drähten llnterschiedlicLer Permeabilität bestehen und/oder die Kernteile aus Draht zu den Kernteilen aus den lamellierten Blechen unterschiedliche Permeabilität besitzen.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Drähte der Kernteile, zu einer Einheit verbunden sind, bzw. zusammengehalten werden.
Dies kann dadurch erfolgen, daß die zunächst gebildeten Wickelkörper in ein Bindemittel eingetaucht werden, wie z.B. Harz, Isoliermaterial od. dgl., welches danach aIctiviert werden kann, z.B, ausgehärtet wird.
Die Drahtkörper können aber auch aus vor dem Wickeln mit Bindemittel beschichteteii Drähten gebildet sein und nach dem Bündcln das Bindemittel aktiviert werden.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen den Übergangs- bzw. Stoß- oder Trennstellen der aus Draht gebildeten Kernteile und den Stoßstellen der aus lamellierten Blechen gebildeten Kernteile, ein sich verändernder magnetischer Widerstand vorherrscht, derart, daß umgekehrt proportional zur Länge der magnetischen Kraftlinienwege ein sich verändernder magnetischer Widerstand entsteht.
Dies kann beispielsweise durch einen sich verändernden Abstand erzielt werden, der im Bereich der kürzeren magnetischer Kraftlinienwege am größten ist. Dadurch werden die Kraftlinien, die an sich das Bestreben haben, stets den kürzesten Weg zu wählen, gezwungen, sich auf die gesamte Stoßfläche zumindest annähernd gleichmäßig zu verteilen, insbesondere dann, wenn das Produkt aus dem z.B. durch den sich verändernden Abstand zwischen den Stoßstellen gebildeten magnetischen Widerstand und der Länge des Kraftlinienflusses über die Stoßstellenlänge bzw -Tiefe zumindest annähernd gleich groß ist.
Dabei hat sich herausgestellt, daß dann, wenn der sich verändernde magnetische Widerstand durch einen sich verändernden Abstand gebildet wird, ein Winkel von 1 - 6, vorzugsweise von 1,5 bis 3 Winkelminuten zwischen den Stoßstellen besonders vorteilhaft ist.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen den Stoßstellen ein Fremdmaterial vorgesehen ist.
Dieses Fremdmaterial kann zur Sicherung des Luftspaltes, bzw. Abstandes beim Zusammenbau de einzelnen Blechpakete dienen und aus einer vorzugsweise nicht oder nur schwach magnetischen Folie bestehen, die sich nur über einen Teilbereich der Tiefe bzw. Höhe der Stoßstelle erstreckt.
Das Fremdmaterial kann aber auch ein Isoliermaterial od.dgl.
sein, oder ein Material mit sich verändernden spezifischen magnetischen Eigenschaften. Es kann dann eine gleich starke Schicht von Fremdmaterial zwischen die Stoßstellen eingefügt werden und den Bereich der kleinsten Kraftlinienwege der spezifische magnetische Widerstand am größten sein.
Weiterhin kann aber auch eine Zwischenschicht aus Material gleichen spezifischen magnetischen Widerstandes verwendet werden, wobei es dann zweckmäßig ist, wenn diese Zwischenschicht keil- oder winkelförmig ist und ihren schwächsten Querschnitt im Bereich der größten Länge der Kraftlinienwege hat.
Falls die Stoßstellen durch eine Behandlung hergestellt sind, die mit einer Materialabtragung verbunden ist, z.B.
durch Schleifen, und dadurch, z.B. durch den Schleifgrat, ein magnetischer oder elektrischer Kurzschluß entsteht, was wiederum hohe Wirbelströme und damit unzulässig hohe Erwärmung zur Folge hat, wird zweckmäßigerweise dieser Schleifgrat, bzw. diese Verbindungen entfernt, z.B. durch Scheuern, Trowalisieren, elektrolytisches Abtragen, Läppen od.dgl. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn diese Verbindungen durch einen Strahtprozeß, wie beispielsweise Sandstrahlen, entfernt werden.
Anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung bei einer statischen elektrischen Maschine, nämlich einem Transformator, näher erläutert.
Es sei jedoch hervorgehoben, daß die Erfindung nicht auf die Anwendung bei Transformatoren beschränkt ist, sondern in gleicher Weise bei anderen elektrischen Maschinen, unter Verwendung von zumindest teilweise aus gebündeltem Draht hergestellten Kernteilen, mit den gleichen Vorteilen anwendbar ist.
Der Eisenkern I hat einen Mittelkern 1 und zwei Mantelkerne 2 und 3. Der Mittelkern 2 besteht aus rechteckigen Einzelflächen 1 a, die gestanzt und danach z.B. durch Verkleben miteinander verbunden sind.
Die Kernteile 2 und 3 bestehen aus gebündelten Einzeldrähten 2 a, 3 a, wobei zunächst ein 0 - förmiger Drahtwickel aus einem oder mehreren solcher Drähte gewickelt latrde und wobei die Einzeldrähte untereinander verklebt sein können.
Durch anschließendes Trennen werden Stoßstellen 2 b und 3 b gebildet, wodurch der 0 - förmige Wickelkörper in zwei C - förmige Kernteile 2, 3, zerlegt ist.
Die beiden C - förmigen Wickelteile 2 und 3 werden dann mit ihren Stoß- bzw. Fügestellen 2 b und 3 b an dem Mittelkern 1 angeformte Stoßstellen 1 b gegenübergesetzt.
Die Stoßstellen 2 b und/oder die Stoßstellen 1 b sind dabei derart ausgebildet, daß sich zwischen ihnen ein sich verändernder Abstand 4 ergibt, derart, daß der größte Abstand im Bereich der kleinsten, sich bildenden magnetischen Kraftlinienweglänge 5 vorgesehen ist und der kleinste Abstand im Bereich der größten Kraftlinienweglänge 6.
Dabei kann der Winkel zwischen den Stoß stellen, bzw. Stoßflächen zwischen 1 und 6, vorteilhafterweise jedoch zwischen 1,5 und 3 Winkelminuten betragen. Dadurch ist den Kraftlinien, die stets das Bestreben haben, an den Stoßstellen den kürzesten Weg zu wählen, nämlich vom inneren Bereich der C - förmige gen Kernteile 2 und 3 in den Mittelkern 1 überzugehen und umgekehrt, an diesen Stellen ein größerer Widerstand entgegengesetzt, wodurch die Kraftlinien sich auch nach außen verlagern und somit eine Konzentration an den dem kürzesten Weg entsprechenden Bereich vermieden wird., d.h. es wird eine örtliche Überhitzullg und Übersättigung vermieden.
Zur Au-Crechterhaltung des Abstandes kann zwischen den Stoßstellen eine Folie 7 vorgesehen sein, die vorzugsweise un aus#magnetischem Material besteht und selbstklebend sein kann.
Die Stoßstellen 1 b und 2 b werden einer Behandlung unterworfen,'um die Übergänge zwischen den einzelnen Lagen, die zuvor evtl. z.B. durch einen Schleifprozeß erzeugt wurden, zu entfernen.
Hierfür werden die Stoß-, bzw. Fügestellen 1 b und 2 b vorzugsweise ~sandgestrahlt.
Es ist ersichtlich, daß bei einem derart ausgebildeten Xern der weitere Vorteil besteht, daß der-zwischen den aus gebündeltem Draht bestehenden Kernteilen und zwischen den aus lamellierten Blechen bestehenden Kernteilen zirkulierende magnetische Fluß unmittelbar in die einzelnes Blechlagen ein- bzw. austreten kann. Infolgedessen ist das magnetische Feld an der Stoß- bzw. an der Teilungsstelle streuarm, so daß verhältnismäßig geringe magnetische Verluste auftreten.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Aus nuß mehreren Teilen zu bildender Eisenkern für Transformatoren, Drosselspulen, Elektromotoren, Generatoren od. dgl. elektrische Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Kernteile (2, 3) aus gebündelten Drähten ( 2 a, 3 a ) besteht und Trenn- bzw. Stoßflächen (2 b, 3 b) hat, mit denen er auf Gegenstoßflächen (1 b) eines weiteren Kernteiles (1), bestehend aus lamellierten Einzelblechen (1 a), aufsetzbar ist.
2. Elektrische Maschine nach A 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stoßstellen (2 b, 3 b) bildenden Drahtenden auf die Einzellagen (1 a) des aus lamellierten Blechen bestehenden Eisenkernes (1) zu gerichtet sind.
3. Elektrische Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stoßstellen (2 b, 3 b) der aus Draht (1 a, 2 a) gebildeten Kernteilen (2, 3) und den Stoßstellen (1 b) des aus lamellierten Blechen (1 a) gebildeten Kernteilen (1) ein sich verädernder magnetischer Widerstand vorhanden ist.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verändernde magnetische Widerstand durch einen sich verändernden Abstand (4) der Stoßstellen (2 b - 1 b, 1 b - 3 b) gebildet wird, derart, daß im Bereich der kürzeren magnetischen Kraftlinien (5) der größte Abstand vorgesehen ist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Product aus Kraftlinienlänge und Abstand an allen Stellen der Stoßstellen 2 b - 1 b, 1 b - 3 b) zumindest annähernd gleich groß ist.
6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stoßstellen (2 b - 1 b; 1 b - 3 b) ein Fremdmaterial vorgesehen ist.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß das Fremdmaterial eine Folie (78 ist, vorzugsweise aus nicht oder schwach magnetischem Werkstoff und und sich nur über einen Teilbereich der Tiefe der Stoßstelle (1 b, 2 b, 3 b) erstreckt.
8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Drähte (2a, 3a) zu einer Einheit verbunden sind.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Drähte (2 a, 3 a) durch Sintauchen in ein Bindemittel, wie z.B. Harz, Isoliermaterial od. dgl. und nachfolgendes Aktivieren, wie z.B. Aushärten, untereinander verbunden sind.
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 8 bzw. 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtkernlcörper (2, 3) aus mit Binde- bzw. Isoliermittel beschichteten Drähten (2a, 3a) gebildet ist und nach dem Bündeln, wie z.B. Wickeln, das Bindemittel aktiviert wird.
11. Elektrische Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Absprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteile (1, 2, 3) aus Materialien unterschiedlicher Permeabilität bestehen.
12. Elektrische Maschine nach mindestens einer der vorherdadurch gekennzeichnet, gehenden Ansprüche * daß der Eisenkern (I) aus zwei zumindest annähernd C - förmigen,aus Draht (2a, 3a) gewicke-lten und aufgetrennten Kernteilen (2, 3) besteht, die mit ihren Trenn- bzw. Stoßstellen (2 b, 3 b) auf einem dazwischen vorzusehenden Mittelkern (1) aus lamellierten Einzelblechen (1a) anliegen.
13. Elektrische Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem gewickelten Drahtkörper, der aufgetrennt wird, zwei C - förmige Körper gebildet werden, von denen nur eines (2 od.3) zur Herstellung eines C-I-Kernes verwendet wird, wobei das I-Teil (1) aus lamellierten Einzelblechen (1a) gebildet ist.
14. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstellen (1 b, 2b, 3 b) z.B. durch Materialabtragung, wie durch Schleifen, gebildie det sind und daß die durchtMaterialabtragung gebildeten Verbindungen zwischen den einzelnen Blechen, z.B. ein Schl!ifgrat, durch eine mechanische Behandlung entfernt ist.
15. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekeunzechnet, daß die Stoßstellen (.b, 2 b, 3 b) sandgestahlt sind.