EP0077487B1 - Eisenkern für Transformatoren - Google Patents

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EP0077487B1
EP0077487B1 EP82109161A EP82109161A EP0077487B1 EP 0077487 B1 EP0077487 B1 EP 0077487B1 EP 82109161 A EP82109161 A EP 82109161A EP 82109161 A EP82109161 A EP 82109161A EP 0077487 B1 EP0077487 B1 EP 0077487B1
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EP
European Patent Office
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core
sheet stacks
sheets
yokes
sheet
Prior art date
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Application number
EP82109161A
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English (en)
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EP0077487A1 (de
Inventor
Rudolf Dr. Dipl.-Ing. Zahorka
Richard Dr. Dipl.-Ing. Pfeiffer
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Transformatoren Union AG
Original Assignee
Transformatoren Union AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/245—Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented

Definitions

  • the invention relates to iron cores for transformers made of very thin sheet metal lamellae made of amorphous material, with very low magnetic loss losses, core legs and yokes each being composed of a plurality of sheet metal packs lying one against the other and the sheet metal packs interlocking at the nodes between the core legs and the yokes in the manner of a brick masonry.
  • the iron cores for transformers are usually constructed from cold-rolled, grain-oriented core sheets.
  • the core plates are mortised so that the joints are offset in layers.
  • the magnetic directional sensitivity of the cold-rolled core sheets necessitates careful individual sheet nesting in order to keep the magnetic losses, especially at the core corners and nodes, small.
  • the sheets are often also stacked on top of one another in pairs, with a relatively small increase in the magnetic reversal losses.
  • the stress points are designed with 90 ° spigot or with 45 ° spigot.
  • the invention has for its object to provide a core structure for the use of core sheets with very low sheet thickness and with extremely low magnetic reversal losses, which allows technically satisfactory and economical production even very large transformer cores.
  • the laminated cores each forming a core leg, stacked in the correct position serve as a winding core for an associated winding, and that this winding holds the laminated cores together as a bandage.
  • the laminated cores of the two yokes are only inserted into the corresponding cutouts in the cored limbs after all the windings have been applied to the cores, and the laminated cores are held together in the nodes by gluing or other mechanical devices.
  • the core structure according to the invention from column-shaped laminated cores allows, in a very advantageous manner, prefabrication of these very robust and relatively insensitive assemblies also from very thin sheet metal, which is relatively sensitive in itself, so that large transformer cores, for example from amorphous metal sheets developed recently, can be economically constructed Material with very low magnetic loss is made possible.
  • Sheet packs 1 are assembled in a manner not shown from a plurality of very thin sheet metal lamellae of the same size and have the shape of cuboids.
  • the laminations are made of amorphous, ferromagnetic material and are considerably thinner than laminations made of grain-oriented transformer sheet.
  • All laminated core 1 of core legs 3 and Yokes 2 of the same iron core preferably have the same cross section, in the illustrated embodiment an elongated rectangle.
  • the core legs 3 and the yokes 2 are composed of laminated cores 1 of different lengths and / or offset in the longitudinal direction. Accordingly, a laminated core 1 alternately forms a pin at the nodes of the iron core and the next laminated core 1 with its end face forms the base of a groove.
  • the core legs 3 are mortised at the junctions with the yokes 2, all butt joints between adjacent laminated cores 1 being either parallel or at right angles to the core leg axes. To compensate for manufacturing tolerances, a small air gap is provided between the end faces of a sheet metal compact 1, each of which represents the base of a groove, and the peg engaging in this groove.
  • the laminations in the individual laminated cores 1 are glued to one another or are held together by bolts made of preferably non-magnetic material and thereby form building blocks for the iron cores of transformers which can be produced efficiently in a prefabrication.
  • the mechanical cohesion of the laminated cores 1 in the core legs 3 and the yokes 2 takes place in a conventional manner in a press frame, inter alia with the aid of press iron and bandages.
  • the pressing force for holding the laminated cores 1 together in the individual core legs 3 can advantageously be taken over by transformer windings applied directly to the core legs.
  • both the laminated cores 1 of the lower and of the upper yoke are then mortised with the ends of the core legs 3 after the windings have been applied.

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Description

  • Die Erfindung betrifft Eisenkerne für Transformatoren aus sehr dünnen Blechlamellen aus amorphem Werkstoff, mit sehr niedrigen Ummagnetisierungsverlusten, wobei Kernschenkel und Joche jeweils aus mehreren aneinanderliegenden Blechpaketen zusammengesetzt sind und wobei die Blechpakete an den Knotenstellen zwischen den Kernschenkeln und den Jochen nach Art eines Ziegelmauerwerks ineinandergreifen.
  • Die Eisenkerne für Transformatoren werden üblicherweise aus kaltgewalzten, kornorientierten Kernblechen aufgebaut. Dabei werden, wie in dem Buch « Die Transformatoren von Küchler in der 2. Auflage auf den Seiten 13 und 14 angegeben ist, die Kernbleche verzapft so aufeinandergeschichtet, daß die Stoßstellen schichtweise gegeneinander versetzt sind. Die magnetische Richtungsempfindlichkeit der kaltgewalzten Kernbleche erzwingt dabei eine sorgfältige Einzelblechschachtelung, um die Ummagnetisierungsverluste besonders an den Kernecken und Knotenpunkten klein zu halten. Zur Erleichterung der Schichtarbeit werden unter Inkaufnahme einer verhältnismäßig geringen Erhöhung der Ummagnetisierungsverluste die Bleche häufig auch paarweise verschachtelt aufeinandergeschichtet. Je nach Größe der zulässigen Ummagnetisierungsverluste sind dabei die Stroßstellen mit 90°-Verzapfungen oder mit 45°-Verzapfungen ausgeführt.
  • Seit langer Zeit werden derartige aus verzapft geschichteten Einzelblechen hergestellte Kerne bevorzugt, die sowohl wegen ihres besseren magnetischen Schlusses als auch hinsichtlich des Wegfallens besonderer Spannkonstruktionen dem Stumpf gestoßenen Kern überlegen sind.
  • Beim Verzapfen werden die einzelnen Kernbleche wie oben ausgeführt so aufeinandergeschichtet, daß die Stoßstellen schichtweise gegeneinander versetzt sind. Zur Erleichterung der Schichtarbeit werden die Bleche häufig paarweise aufeinandergelegt. (FR-A-514079 und US-A-1 365 569).
  • Durch die DE-A-2151960 ist darüberhinaus bekannt, alle Einzelbleche eines Transformatorkernes zur Minderung der Geräuschentwicklung durch einen elastischen Kleber miteinander zu verbinden. In einer derartigen Anordnung bildet der Transformatorkern ein einziges unteilbares Bauteil und ist demzufolge aus fertigungstechnischen Gründen lediglich für kleinere Transformatoren einsetzbar.
  • Durch die DE-A-2914123 ist es andererseits bekannt, Eisenkerne für Transformatoren aus amorphen Metallegierungen mit sehr niedrigen Ummagnetisierungsverlusten aufzubauen. Kernbleche aus diesen amorphen Metallegierungen sind jedoch noch dünner als das bisher übliche Transformatorblech und sind daher bei Schichten von Kernen nur schlecht handhabbar und erhöhen den erforderlichen Aufwand zum Schichten von Kernen auch durch die in Folge ihrer geringeren Stärke größere Anzahl von erforderlichen Einzelblechen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den Einsatz von Kernblechen mit sehr geringer Blechdicke und mit extrem niedrigen Ummagnetisierungsverlusten einen Kernaufbau anzugeben, der eine technisch befriedigende und wirtschaftliche Fertigung auch sehr großer Transformatorkerne zuläßt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
  • daß jeweils eine Vielzahl von Blechlamellen zu säulenförmigen, sich selbst tragenden, formbeständigen Blechpaketen fest zusammengefügt ist,
  • daß die Blechlamellen innerhalb eines Blechpaketes miteinander verklebt sind,
  • daß alle Blechpakete den gleichen rechteckigen Querschnitt aufweisen und lediglich hinsichtlich ihrer Länge unterschiedliche Quader darstellen, so daß alle Stoßfugen zwischen den Blechpaketen an den Knotenstellen entweder rechtwinklig oder parallel zu den Kernschenkelachsen sind.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die jeweils einen Kernschenkel bildenden Blechpakete lagerichtig aufeinandergelegt als Wickelkern für eine zugehörige Wicklung dienen und daß diese Wicklung als Bandage die Blechpakete zusammenhält. Dabei werden die Blechpakete beider Joche erst nach dem Aufbringen aller Wicklungen auf die Kernschenkel in die entsprechende Aussparungen der Kernschenkel eingesetzt und sind die Blechpakete in den Knotenstellen untereinander durch Kleben oder sonstige mechanische Vorrichtungen zusammengehalten.
  • Der erfindungsgemäße Kernaufbau aus säulenförmigen Blechpaketen erlaubt in sehr vorteilhafter Weise eine Vorfertigung dieser sehr robusten und verhältnismäßig unempfindlichen Baugruppen auch aus für sich allein jeweils verhältnismäßig empfindlichen sehr dünnen Blechen, so daß ein wirtschaftlicher Aufbau von großen Transformatorkernen, beispielsweise aus in jüngerer Zeit entwickelten Blechen aus amorphem Werkstoff, mit sehr niedrigen Ummagnetisierungsverlusten ermöglicht ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
    • Figur 1 zeigt die Verzapfung eines Joches mit einem Endschenkel und
    • Figur 2 die Verzapfung eines Mittelschenkels mit Jochen.
  • Blechpakete 1 sind in nicht näher dargestellter Art und Weise aus einer Vielzahl von untereinander gleich großen, sehr dünnen Blechlamellen zusammengefügt und haben die Form von Quadern. Die Blechlamellen bestehen aus amorphem, ferromagnetischen Werkstoff und sind erheblich dünner als Blechlamellen aus kornorientiertem Transformatorblech.
  • Alle Blechpakete 1 von Kernschenkeln 3 und Jochen 2 desselben Eisenkerns haben vorzugsweise den gleichen Querschnitt, beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein langgestrecktes Rechteck. Die Kernschenkel 3 und die Joche 2 sind aus unterschiedlich langen und/oder in Längsrichtung gegeneinander versetzten Blechpaketen 1 zusammengesetzt. Demzufolge bildet an den Knotenstellen des Eisenkerns jeweils abwechselnd ein Blechpaket 1 einen Zapfen und das nächste Blechpaket 1 mit seiner Stirnfläche den Grund einer Nut. Durch entsprechende Schichtung der Blechpakete 1 sind die Kernschenkel 3 an den Knotenstellen mit den Jochen 2 verzapft, wobei alle Stoßfugen zwischen einander benachbarten Blechpaketen 1 entweder parallel oder rechtwinklig zu den Kernschenkelachsen sind. Zwischen den jeweils den Grund einer Nut darstellenden Stirnflächen eines Blechpaktes 1 und dem in diese Nut eingreifenden Zapfen ist zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen ein kleiner Luftspalt vorgesehen.
  • Die Blechlamellen in den einzelnen Blechpaketen 1 sind miteinander verklebt oder werden durch Bolzen aus vorzugsweise unmagnetischem Werkstoff zusammengehalten und bilden dadurch rationell in einer Vorfertigung herstellbare Bausteine für die Eisenkerne von Transformatoren. Der mechanische Zusammenhalt der Blechpakete 1 in den Kernschenkeln 3 und den Jochen 2 erfolgt in üblicher Weise in einem Preßgestell unter anderem unter Zuhilfenahme von Preßeisen und Bandagen.
  • Die Preßkraft zum Zusammenhalt der Blechpakete 1 in den einzelnen Kernschenkeln 3 kann in vorteilhafter Weise durch unmittelbar auf die Kernschenkel aufgebrachte Transformatorwicklungen übernommen sein. Bei der letztgenannten Ausführung werden dann sowohl die Blechpakete 1 des unteren als auch des oberen Joches erst nach dem Aufbringen der Wicklungen auf die Kernschenkel 3 mit deren Enden verzapft.

Claims (4)

1. Eisenkern für Transformatoren aus sehr dünnen Blechlamellen aus amorphem Werkstoff, mit sehr niedrigen Ummagnetisierungsverlusten, wobei Kernschenkel (3) und Joche (2) jeweils aus mehreren aneinanderliegenden Blechpaketen (1) zusammengesetzt sind und wobei die Blechpakete (1) an den Knotenstellen zwischen den Kernschenkeln (3) und den Jochen (2) nach Art eines Ziegelmauerwerks ineinandergreifen, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils eine Vielzahl von Blechlamellen zu säulenförmigen, sich selbst tragenden, formbeständigen Blechpaketen (1) fest zusammengefügt ist,
daß die Blechlamellen innerhalb eines Blechpaketes (1) miteinander verklebt sind,
daß alle Blechpakete (1) den gleichen rechteckigen Querschnitt aufweisen und lediglich hinsichtlich ihrer Länge unterschiedliche Quader darstellen, so daß alle Stoßfugen (4) zwischen den Blechpaketen (1) an den Knotenstellen entweder rechtwinklig oder parallel zu den Kernschenkelachsen sind.
2. Eisenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einen Kernschenkel (3) bildenden Blechpakete (1) lagerichtig aufeinandergelegt als Wickelkern für eine zugehörige Wicklung dienen und daß diese Wicklung als Bandage die Blechpakete (1) zusammenhält.
3. Eisenkern nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechpakete (1) beider Joche (2) erst nach dem Aufbringen aller Wicklungen auf die Kernschenkel in die entsprechenden Aussparungen der Kernschenkel (3) eingesetzt sind.
4. Eisenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechpakete (1) in den Knotenstellen untereinander durch Kleben verbunden sind.
EP82109161A 1981-10-16 1982-10-04 Eisenkern für Transformatoren Expired EP0077487B1 (de)

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