Geschichteter Magnetkern. Bei manchen Arten von Magnetkernen bil det der Temperaturanstieg des Kernmaterials infolge der Hysterese- und Wirbelstromver- histe eine schwerwiegende Schranke für den Konstrukteur. Um Wirbelstromv erluste zu verringern, sind viele Magnetkerne aus Stanz blechpaketen aufgebaut.
Um den Anstieg der Temperatur gering zu halten, kann der Hystereseverlust durch Ver grössern der Kernquerschnittsfläche verrin gert werden, so dass die Kern-Flussdichte klein ist. Dadurch werden jedoch grössere Mengen von Kernmaterial und Kupfer erforderlich, da der Leiterquerschnitt mit der mittleren Windungslänge vergrössert werden muss, um die Wicklungsverluste innerhalb vernünftiger (Irenzen zu halten.
Es ist schon vorgeschlagen worden, zwi schen aufeinanderfolgenden Schichten Kühl kanäle vorzusehen, damit ein Kühlmittel <B>öl</B> oder Luft. - in den Kern gelangen kann. Der Wärmeübergang vom Kern in diese Ka näle ist jedoch wegen der zwischen benachbar ten Schichten eingesetzten Isolation zum Be schränken der Wirbelströme gering.
Es ist weiter bekannt, Kerne mit quer zu den Schichten angeordneten Kanälen zu kon struieren, damit von jeder Schicht Wärme t durch ihren Rand abgeführt werden kann. Das dadurch erzielte Ergebnis wurde aber infolge Schwierigkeiten in der Herstellung eines umbehinderten Weges für den Durch fluss des Kühlmittels verschlechtert.
Der geschichtete Magnetkern gemäss vorlie gender Erfindung mit wenigstens einem durch eine koaxiale elektrische Wicklung ma- gnetisierbaren Schenkel und mit Jochen am Ende eines jeden Schenkels zur Führung eines in dem bewickelten Schenkel induzierten ma gnetischen Flusses, wobei auch die Joche in Ebenen parallel zu den Ebenen der Eisen bleche der zugehörigen bewickelten Schenkel lamelliert sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder bewickelte Schenkel einen Kühl kanal besitzt, der sich in einem Winkel zur Ebene der geschichteten Kernbleche wenig stens auf die Länge der Wicklung durch den Schenkel erstreckt, dass der ein Joch bildende Stapel von Blechen aus einem mittleren,
zwi schen zwei äussern Teilen liegenden Teil aus Blechen grösserer Breite hergestellt ist als die äussern Teile, während die geschichteten Ble che der äussern Teile abgestuft schmäler sind, je weiter sie vom mittleren Teil entfernt lie gen, wobei die Kanten der geschichteten Ble che der äussern Teile in Richtung der Wick- hing von dieser um einen Abstand distanziert sind, der im gleichen Masse zunimmt, wie die Breite der Schichtung abnimmt, so dass der freie Zu- und Abfluss zu und aus dem Kanal am Ende der Wicklung erleichtert wird.
Die Wicklungen werden gewöhnlich sepa rat auf einer Schablone gewickelt, bevor sie auf die Kernschenkel gelegt werden, und er strecken sich annähernd bis zum Joch, so dass die maximale Kernschenkellänge zur Auf- nahme der Wicklungswindungen zur Ver fügung steht.
Die Erfindung ist auf öl- und auf luft gekühlte Kerne anwendbar. Der Kühlmittel fluss kann durch die ungleiehmässige Erwär mung des Kühlmittels eintreten oder mittels Gebläsen bzw. Pumpen herbeigeführt werden.
Die verbesserten Kühleigenschaften des Kernes nach der vorliegenden Erfindung er möglichen die Anwendung erhöhter Flussdich- ten oder die Verwendung billigerer Qualitäten von magnetischem Material.
Der Kühlkanal durch die Kernschenkel kann dadurch gebildet werden, dass jeder be wickelte Schenkel aus zwei voneinander ab stehenden Blechpaketen aufgebaut wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zei gen: Fig.l eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Leistungsumformers mit einem Teil eines Kernschenkels und zugehöriger Wick lung an der Verbindungsstelle mit einem Joch, Fig.2 einen Querschnitt (verkleinert) in der Ebene II-II der Fig. 1, und Fig. 3 ist ein Querschnitt durch den Schen kel.
Der Magnetkern weist einen aus gestanz ten Blechen aufgebauten Schenkel 1 auf. Der gezeigte Schenkel 1 ist abgestuft, so dass die äussern Punkte seines Querschnittes nahe einem Kreis liegen, der etwa dem Innenkreis einer den Kern 1 umgebenden isolierten Scha blone 2 entspricht, die eine mit dem Schenkel 1 koaxiale elektrische Wicklung 3 trägt. Der in der Wicklung 3 fliessende Strom magneti siert somit den Schenkel 1.
Der magnetische Fluss im Schenkel 1 wird durch ein ebenfalls aus Blechschichten auf gebautes Joch 4 nach andern Kernteilen ge leitet.
Um das Eisen des Schenkels 1 weitgehend ausnützen zu können, ist ein den Schenkel 1 senkrecht zu den Schichtebenen durchsetzen der Kühlkanal 5 vorgesehen.
Das Joch 4 weist einen Querschnitt auf, der, wie in Fig. 2 gezeigt ist, nach innen tra- pezförinig abgestuft ist, so dass die Quer schnitthöhe des Joches von der Mitte zur Seite stufenweise abnimmt. Damit aber nicht zu viele verschiedene Blechschnitte erforderlich sind, sind sowohl Schenkel 1 wie Joch 4 in gleicher Weise und nicht. allmählich, sondern grob abgestuft.
Die Querschnittsform des Joches 4 erlaubt dem Kühlmittel einen beinahe ungehinderten Zufluss in bzw. Abfluss aus dem Kühlkanal 5 durch die offenen Enden der Schablone 2. Das Kühlmittel fliesst daher schnell durch den Schenkel 1, und die Wärmeabfuhr ist aLisge- zeichnet.
Die Erfindung eignet sieh besonders für Leistungstransformatoren, wo die damit er zielten Einsparungen hinsichtlich Kupfer, Ei sen und Raum den Vorteil der Erfindung sofort ersichtlich machen.
Zwischen benachbarten Paaren von Schen kelschichten können Abstandhalter vorgesehen sein, um im Sehenkel parallel zu den Schich ten weitere Kühlkanäle zu bilden.
Bei gewissen Anwendungen ist es auch vor teilhaft, die Schenkel so zu konstruieren, dass der Kühlkanal abgestuft und an der Schenkel oberfläche breiter als am Zentrum ist. Das Kühlmittel kann daher leichter in den Kühl kanal ein- und aus diesem austreten. Eine solche Anordnung ist speziell bei Beispielen anwendbar, wo die Schenkel luftgekühlt sind.
Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstan des sind darin zu finden, dass Schichten schmäler als normal verwendet werden kön nen, wodurch die Verluste im Eisen verringert werden.
Layered magnetic core. With some types of magnetic cores, the rise in temperature of the core material as a result of the hysteresis and eddy current conditions creates a serious barrier for the designer. In order to reduce eddy current losses, many magnetic cores are made from sheet metal stacks.
In order to keep the rise in temperature low, the hysteresis loss can be reduced by increasing the cross-sectional area of the core, so that the core flux density is small. As a result, however, larger amounts of core material and copper are required, since the conductor cross-section must be increased with the mean winding length in order to keep the winding losses within reasonable limits.
It has already been proposed to provide cooling channels between successive layers so that a coolant <B> oil </B> or air. - can get to the core. The heat transfer from the core in these channels is low because of the insulation used between neighbors th layers to limit the eddy currents.
It is also known to construct cores with channels arranged transversely to the layers so that heat can be dissipated from each layer through its edge. However, the result achieved was deteriorated due to difficulties in the production of an obstructed path for the flow of the coolant.
The layered magnetic core according to the present invention with at least one leg magnetizable by a coaxial electrical winding and with yokes at the end of each leg for guiding a magnetic flux induced in the wound leg, the yokes in planes parallel to the planes of the Iron sheets of the associated wound legs are laminated, is characterized in that each wound leg has a cooling channel which extends at an angle to the plane of the layered core sheets at least the length of the winding through the leg that the stack forming a yoke of sheet metal from a middle,
Between two outer parts, the part lying between two outer parts is made of sheets of greater width than the outer parts, while the layered sheets of the outer parts are gradually narrower the further away they are from the middle part, the edges of the layered sheets of the outer parts in the direction of the winding are spaced from this by a distance which increases to the same extent as the width of the stratification decreases, so that the free inflow and outflow to and from the channel at the end of the winding is facilitated.
The windings are usually wound separately on a template before they are placed on the core limbs, and they extend almost to the yoke so that the maximum core limb length is available to accommodate the winding turns.
The invention is applicable to oil and air cooled cores. The coolant flow can occur due to the uncomfortable heating of the coolant or it can be brought about by means of fans or pumps.
The improved cooling properties of the core according to the present invention enable the use of increased flux densities or the use of cheaper grades of magnetic material.
The cooling channel through the core leg can be formed in that each wound leg is built up from two stacked sheet metal stacks that stand out from one another.
An embodiment of the invention is illustrated in the drawing. It show: Fig.l a perspective view of part of a power converter with part of a core leg and associated winding at the connection point with a yoke, Fig.2 a cross section (reduced) in the plane II-II of Fig. 1, and Fig. 3 is a cross section through the angle's.
The magnetic core has a leg 1 constructed from punched metal sheets. The leg 1 shown is stepped so that the outer points of its cross-section are close to a circle which corresponds approximately to the inner circle of an insulated template 2 surrounding the core 1 and carrying an electrical winding 3 coaxial with the leg 1. The current flowing in the winding 3 thus magnetizes the leg 1.
The magnetic flux in the leg 1 is passed through a yoke 4 also built from sheet metal layers to other core parts.
In order to be able to largely utilize the iron of the leg 1, a cooling channel 5 is provided that penetrates the leg 1 perpendicular to the layer planes.
The yoke 4 has a cross section which, as shown in FIG. 2, is stepped in a trapezoidal shape, so that the cross-sectional height of the yoke gradually decreases from the center to the side. But so that too many different sheet metal cuts are not required, both leg 1 and yoke 4 are in the same way and not. gradually but roughly graduated.
The cross-sectional shape of the yoke 4 allows the coolant an almost unimpeded inflow into or outflow from the cooling channel 5 through the open ends of the template 2. The coolant therefore flows quickly through the leg 1, and the heat dissipation is shown in the drawing.
The invention is particularly suitable for power transformers, where the savings he aimed at in terms of copper, iron and space make the advantage of the invention immediately apparent.
Spacers can be provided between adjacent pairs of thigh layers in order to form further cooling channels in the limb parallel to the layers.
In certain applications, it is also advantageous to construct the legs in such a way that the cooling channel is graduated and wider on the leg surface than at the center. The coolant can therefore more easily enter and exit the cooling channel. Such an arrangement is particularly applicable to examples where the legs are air cooled.
Further advantages of the subject matter of the invention can be found in the fact that layers can be used narrower than normal, whereby the losses in the iron are reduced.