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Geschachtelter Magnetkern Für manche Zwecke, beispielsweise Schaltdrosseln von mechanischen Stromrichtern (Kontaktumformern), Regeldrosseln von anderen Stromrichtern, für magnetische Verstärker, für Gleichstromwandler usw., werden Drosselspulen benötigt, die sich bereits bei kleinen Strömen sprunghaft sättigen. Man hat bisher für derartige Drosselspulen meistenteils Bandkerne, vorzugsweise Ringbandkerne, vorgesehen. Dieser Aufbau hat den Nachteil, dass verhältnismässig viel hochwertiges magnetisches Material benötigt wird, und dass das Aufbringen der Wicklung bei einem geschlossenen Bandkern unbequem ist.
Die Erfindung bezweckt, einen Bandkern zu vermeiden, und schlägt einen geschachtelten Magnetkern vor, bei dem nur ein Teil des Eisenweges aus einem Material mit scharfem Sättigungsknick, das heisst mit Rechteckschleife, besteht. Erfindungsgemäss sind die hochwertigen Bleche des Mittelkernes abwechselnd gegeneinander um eine Strecke verschoben, welche grösser ist als die Blechdicke und angenähert gleich der überlappungslänge des hochwertigen Materials mit dem sonstigen Material ist.
Die Verwendbarkeit derartiger Kerne hängt von der Ausführung der Stossstellen der beiden Blechsorten ab. Man kann diese Stossstellen derart ausführen, dass man sie beidseitig schleift und durch geeignete Konstruktion so eng aneinanderpresst, dass der verbleibende Luftspalt unbeachtlich ist. Eine derartige Ausführung ist jedoch schwer zu verwirklichen. Im Sinne der Erfindung wird die Verbindungsstelle in überlapptem Stoss hergestellt. Bei der üblichen überlappung von Transformatorenkernen werden die Bleche bekanntlich abwechselnd lang und kurz ausgeführt, wobei die kurzen Bleche auf der Stirn- seite gegen die Bleche des anderen Schenkels stossen.
Eine derartige Ausführung ist für Kerne aus nor- malern Transformatorenblech ausreichend. Besteht jedoch die Stossstelle auf der einen Seite aus einem Blech mit scharfem Sättigungsknick, so ergibt sich bei der üblichen Verschachtelung ein Verlauf der Magnetisierungskennlinie, wie er in Fig.2a angedeutet ist, das heisst bei der Induktion 0,5 B"""_, tritt ein unerwünschter Knick der Magnetisierungskenn- linie auf, welcher die zur Sättigung erforderliche Feldstärke H, erheblich vergrössert.
Erwünscht ist bei den angedeuteten Geräten ein Verlauf der Magnetisie- rungskennlinie wie in Fig. 2b, wo die Feldstärke H, bedeutend kleiner ist. Um diesen Verlauf zu erreichen, muss man vermeiden, dass an der Stossstelle auch auf Längen von der Grössenordnung eines Zehntelmillimeters eine Querschnittsverminderung auftritt.
Eine solche Querschnittsverminderung auf die Hälfte des vollen Wertes tritt bei der Ausführung der normalen Verschachtelung dadurch auf, dass die stumpf gegen die Stirnseiten stossende Blechhälfte praktisch an der Stossstelle einen kleinen Luftspalt aufweist, welcher bei normalen Blechen deshalb nicht stark ins Gewicht fällt, weil die danebenliegenden Bleche betriebsmässig nicht gesättigt werden und daher einen Kurzschluss der Luftstrecken bilden.
Anders ist dies, wenn das Blech wie bei den angedeuteten Verwendungszwecken betriebsmässig zur Sättigung kommt. In diesem Fall wird in der Nähe der Sättigung der Luftspalt der Stossstelle voll wirksam, weil die daneben liegenden Bleche gesättigt sind und daher keinen magnetisch gut leitenden Nebenweg für den Luftspalt darstellen.
Die Folge ist eine Scherung der Magnetisierungskennlinie etwa in der oberen Hälfte, wie sie in Fig. 2a angedeutet ist. Nach der Erfindung wird dies dadurch vermieden, dass die überlappung derart ausgeführt wird, dass auch nicht auf kleinsten Strecken der Stossstellen eine Verminderung des Eisenquerschnittes des Sättigungsmaterials auftritt.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Die Bleche 1. des Mittelschenkels des Magnetkernes sind gegeneinander abwechselnd um die Strecke s verschoben.
Dadurch entstehen auf beiden Seiten des Mittelkernes 1 Schlitze von der Tiefe s, in welche die Bleche 2 des Querschenkels hineingeschoben werden. Die nach links verschobenen Bleche des Kernes 1 geben ihren Kraftfluss an die linken Querbleche 2 ab, die nach rechts verschobenen an die rechten Querbleche 2. Dabei tritt keinerlei Querschnittsverminderung an der Stossstelle auf, wenn die überlappung s grösser als die Dicke @ und die Höhe h der Querbleche 2 grösser als die Breite b der Bleche 1 gemacht wird.
Da flach aufeinandergefügte Bleche auch bei verhältnismässig grossem Druck noch -einen gewissen Luftspalt von der Grössenordnung Hundertstelmillimeter darstellen, kann man die Wirkung dieses Luftspaltes auf die Magnetisierungskennlinie dadurch unwirksam machen, dass man die überlappung s gross gegenüber der Blechdicke d wählt, beispielsweise 10- bis 100mal grösser. Bei einer Blechdicke von 0,1 mm ergibt sich dabei eine L7berlappung von 1 bis 10 mm.
Die Stossstellen der Bleche 2 mit den Blechen 3 werden ebenso oder auch auf normale Weise ausgeführt; letzteres dann, wenn man für die Bleche 2 und 3 eine grosse Höhe h und ein Material wählt, dessen Sättigungsinduktion weit höher liegt als die der Bleche 1. Vorteilhafterweise kann man für die Bleche 2 und 3 Kaltwalzblech in Vorzugsrichtung benutzen. Wie man aus der Zeichnung sieht, ist für das ausgeführte Beispiel wesentlich, dass sich der Kraftfluss des Mittelschenkels 1 nach Art eines Mantelumspanners nach zwei Seiten hin schliesst. Die Verschiebung der Mittelschenkel ge- geneinander bedeutet eine Herabsetzung des Eisenfüllfaktors des Mittelschenkels.
Man wird diese Verschiebung so klein wie möglich wählen, damit die Wicklung 4 den Eisenkern möglichst eng umschliesst und die Luftinduktivität dieser Wicklung bei gesättigtem Mittelkern 1 so klein wie möglich wird. Letzteres ist bei den angedeuteten Verwendungszwecken notwendig unter anderem, um den Leistungsfaktor der Stromrichter hoch zu halten.
Statt die beiden Blechsorten Blech für Blech ineinander zu verschachteln, kann man auch jeweils mehrere Lagen des hochwertigen Bleches zusammen mit mehreren Lagen des Bleches des Schlussjoches verschachteln oder für letzteres von vornherein ein dickeres Blech vorsehen. Man kann auch mehrere Lagen des hochwertigen Bleches miteinander verkleben und so grössere Blechdicken verschachteln.
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Nested magnetic core For some purposes, e.g. switching chokes of mechanical power converters (contact converters), regulating chokes of other power converters, for magnetic amplifiers, for direct current converters, etc., choke coils are required which are suddenly saturated even with small currents. Up to now, band cores, preferably toroidal cores, have mostly been provided for such choke coils. This structure has the disadvantage that a relatively large amount of high-quality magnetic material is required and that the application of the winding is inconvenient when the tape core is closed.
The aim of the invention is to avoid a tape core, and proposes a nested magnetic core in which only part of the iron path consists of a material with a sharp saturation kink, that is to say with a rectangular loop. According to the invention, the high-quality sheets of the central core are alternately shifted from one another by a distance which is greater than the sheet thickness and approximately equal to the overlap length of the high-quality material with the other material.
The usability of such cores depends on the design of the joints between the two types of sheet metal. These joints can be designed in such a way that they are grinded on both sides and, thanks to a suitable construction, pressed together so closely that the remaining air gap is irrelevant. However, such a design is difficult to achieve. In the context of the invention, the connection point is produced in an overlapped joint. With the usual overlapping of transformer cores, the metal sheets are known to be made alternately long and short, with the short metal sheets abutting on the front side against the metal sheets of the other leg.
Such a design is sufficient for cores made from normal transformer sheet. However, if the joint on one side consists of a sheet metal with a sharp saturation kink, the usual nesting results in a course of the magnetization characteristic as indicated in FIG. 2a, that is, with induction 0.5 B "" "_, an undesired kink in the magnetization characteristic occurs, which considerably increases the field strength H, required for saturation.
In the devices indicated, a course of the magnetization characteristic as in FIG. 2b, where the field strength H, is significantly smaller, is desired. In order to achieve this progression, one must avoid a reduction in cross-section at the joint, even at lengths of the order of a tenth of a millimeter.
Such a cross-section reduction to half of the full value occurs when the normal nesting is carried out in that the sheet metal half butt against the end faces practically has a small air gap at the joint, which is not very important in normal sheets because the adjacent ones Sheets are not saturated during operation and therefore form a short circuit in the clearances.
This is different when the sheet metal, as in the case of the indicated uses, is saturated during operation. In this case, the air gap of the joint becomes fully effective in the vicinity of saturation, because the metal sheets lying next to them are saturated and therefore do not represent a magnetically highly conductive bypass for the air gap.
The result is a shear of the magnetization characteristic approximately in the upper half, as indicated in Fig. 2a. According to the invention, this is avoided in that the overlap is carried out in such a way that there is no reduction in the iron cross-section of the saturation material even on the smallest stretches of the joints.
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In Fig. 1 of the drawing, an embodiment of the invention is illustrated. The sheets 1. of the central leg of the magnetic core are shifted against each other alternately by the distance s.
This creates slots on both sides of the central core 1 with a depth s into which the metal sheets 2 of the transverse leg are pushed. The sheets of core 1 shifted to the left transfer their power flow to the left transverse sheets 2, those shifted to the right to the right transverse sheets 2. There is no reduction in cross-section at the joint if the overlap s is greater than the thickness @ and the height h the transverse sheet 2 is made larger than the width b of the sheets 1.
Since sheets placed flat on top of each other still represent a certain air gap of the order of magnitude of a hundredth of a millimeter even with relatively high pressure, the effect of this air gap on the magnetization characteristic can be made ineffective by choosing the overlap s to be large compared to the sheet thickness d, for example 10 to 100 times greater. With a sheet thickness of 0.1 mm, there is an overlap of 1 to 10 mm.
The joints of the sheets 2 with the sheets 3 are carried out in the same way or in the normal way; the latter if a large height h and a material is selected for the sheets 2 and 3 whose saturation induction is far higher than that of the sheets 1. Advantageously, cold rolled sheet can be used for the sheets 2 and 3 in the preferred direction. As can be seen from the drawing, it is essential for the example carried out that the flow of force of the central leg 1 closes on two sides in the manner of a jacket brace. The displacement of the middle legs in relation to one another means a reduction in the iron fill factor of the middle leg.
This shift is chosen to be as small as possible so that the winding 4 encloses the iron core as closely as possible and the air inductance of this winding is as small as possible when the central core 1 is saturated. The latter is necessary for the indicated purposes, among other things, to keep the power factor of the converters high.
Instead of nesting the two types of sheet metal one sheet at a time, several layers of the high-quality sheet metal can be nested together with several layers of the sheet metal of the end yoke or a thicker sheet metal can be provided for the latter from the outset. You can also glue several layers of the high-quality sheet together and thus nest larger sheet thicknesses.