CH649660A5

CH649660A5 - Eisenkern, insbesondere fuer elektrische maschinen, transformatoren, drosselspulen, motoren und generatoren und verfahren zu dessen herstellung.

Info

Publication number: CH649660A5
Application number: CH1158/79A
Authority: CH
Inventors: Hugo-Werner Geschka
Original assignee: Blum Gmbh & Co E
Priority date: 1978-02-09
Filing date: 1979-02-06
Publication date: 1985-05-31
Also published as: SE436816B; ZA79550B; SE7901120L; GB2014801B; IT7920026A0; BE874075A; JPS54114717A; NL7901021A; IT1110841B; DE2805347A1; GB2014801A; FR2423041A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Eisenkern, insbesondere für elektrische Maschinen, Transformatoren, Drosselspulen, Motoren und Generatoren, der aus einer Vielzahl Einzelkernteile zusammengesetzt ist, die aus untereinander zusammengehaltenen Einzelblechen bestehen und wobei die Einzelkernteile über Stossfiächen sich gegenüberliegen und derart angeordnet sind, dass sie einen kürzeren inneren Weg und einen längeren äusseren Weg für die magnetischen Kraftlinien bilden sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Bei Transformatoren ist es bekannt, den Eisenkern dadurch zu bilden, dass einzelne Kernteile, die aus übereinander geschichteten Blechen bestehen, zum Eisenkern zusammengesetzt werden, wobei die Kernteile über Stossstellen aneinander liegen.

Bei Generatoren und Motoren ist es bekannt, den Eisenkern, zum Beispiel des Stators, durch ein Paket von gestanzten lamellenartigen Ringen zu bilden. Weiterhin ist es bekannt, insbesondere bei grösseren Generatoren oder Motoren, den Stator aus einzelnen Blechsegmenten zu einem Hohlzylinder zu legen bzw. zu schachteln.

Bei den vorerwähnten Transformatoren besteht der Nachteil, dass an den Stossstellen bzw. Stossfiächen, an denen die magnetischen Kraftlinien umgelenkt werden - nachdem diese stets den kürzesten Weg wählen - es an den Eckzonen der Übergangsstellen der Eisenkerne zu einer Verdichtung und damit einer magnetischen Übersättigung kommt, was örtliche Überhitzung bis zum Abbrand und weiterhin Wirbelstromverluste zur Folge hat.

Bei aus gestanzten Ringen gebildeten Statoren von Elektromotoren oder Generatoren besteht der Nachteil eines grossen Materialverlustes, während bei aus Ringsegmenten gelegten Statoren für Generatoren oder Motoren der Nachteil besteht, dass eine komplizierte und aufwendige Montagearbeit besteht, nachdem die einzelnen Segmente versetzt geschichtet werden müssen, um jeden Luftspalt auf beiden Seiten von einem Segmentblech zu überdecken, damit möglichst wenig Kraftlinien an den Luftspalten austreten können.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Eisenkern gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, dessen Herstellung preiswerter möglich ist als bei den bisherigen, indem nämlich sowohl die Montagearbeit als auch der Materialeinsatz verringert werden kann und der sich darüber hinaus durch guten Wirkungsgrad und geringe elektrische Verluste auszeichnet.

Gemäss der Erfindung wird dies bei einem Eisenkern gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch erzielt, dass zwischen den sich gegenüberliegenden Stossfiächen ein sich mit zunehmender Weglänge für die magnetischen Kraftlinien verringernder magnetischer Widerstand vorhanden ist und zwischen den Stossfiächen der Einzelkernteile eine Zwischenlage vorgesehen ist.

Anhand der Figuren 1 bis 3 wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 die Erfindung anhand eines Transformators, die

Fig. 2 und 3 die Erfindung anhand eines Stators für Elektromotoren oder Generatoren.

Der Eisenkern I des Transformators gemäss Fig. 1 besteht aus zwei Schenkeln 1 und einem dazwischenliegenden Joch 2. Die Schenkel 1 sind durch eine Mehrzahl von Einzelblechen la und das Joch 2 aus einer Mehrzahl von Einzelblechen 2a

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gebildet, die aus wenigstens auf einer Seite mit einem Klebelack versehenen Blechen gestanzt, durch eine Wärmebehandlung miteinander verbunden und so zusammengehalten werden. Die einzelnen Bleche la und 2a können aber auch -gegebenenfalls zusätzlich - durch eine Schweissnaht lb oder 2b miteinander verbunden sein.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Bleche der Schenkel 1 und des Jochs 2 derart zueinander angeordnet, dass sie sich gitterartig kreuzen, das heisst in einem rechten Winkel zueinander liegen. Die Schenkel 1 und das Joch 2 liegen über Stossfiächen lc, 2c aneinander bzw. einander gegenüber, wobei zwischen den einzelnen Stossfiächen lc und 2c bzw. 2c und lc ein sich verändernder magnetischer Widerstand vorgesehen ist, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen sich verändernden Abstand 3 gebildet ist. Dieser ist so bemessen, dass er im Bereich der kürzeren Kraftlinienwege 4 am grössten und im Bereich der längeren Kraftlinienwege 5 am kleinsten ist. Dort können die Schenkel und das Joch sogar aneinander anstossen.

Die Einzelbleche la und 2a können aber auch in der gleichen Ebene verlaufen, also parallel zueinander sein.

Die Stossfiächen lc und 2c, die vorteilhafterweise in einem Winkel von 1-6, vorzugsweise von 1,5-3 Winkelminuten zueinander liegen, werden zweckmässigerweise durch Schleifen hergestellt und die Schleifgrate danach entfernt. Dies kann durch Läppen, Trowalisieren, Scheuern, durch elektrolytisches Abtragen erfolgen, oder aber durch einen Strahlprozess, wie beispielsweise Sandstrahlen.

Zur Einhaltung eines exakten Abstandes 3 zwischen den Stossfiächen lc und 2c kann Fremdmaterial, zum Beispiel in Form von Folienstreifen, vorzugsweise selbstklebenden Folienstreifen 6 aus nicht magnetischem Material, vorgesehen werden.

Die Verbindung der Schenkel 1 und des Jochs 2 kann, zum Beispiel durch einen durch die Bohrungen ld, 2d geführten Niet oder aber durch eine Gewindestange 7 erfolgen, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn zwischen den entsprechenden Muttern 8 und den Schenkeln 1 Leisten 9 vorgesehen werden, die ein Verziehen der einzelnen Bleche zueinander verhindern.

Figur 2 zeigt einen Statorkörper 11, der aus mehreren Einzelblechpaketen bzw. -kernen 12, 13 zusammengesetzt ist. Dabei können die lamellierten Bleche des Paketes 12 aus einem Bandwickel bestehen, der nach dem Wickeln in Segmente aufgeteilt wird. Es kann dazu ein Blech verwendet werden, welches zumindest auf einer Seite mit einem Klebelack versehen ist, wobei durch Erhitzen die einzelnen Blechlagen zusammengeklebt bzw. zusammengebacken werden, so dass nach dem Trennen jeweils eigenständige Blechkörper entstehen. Die Einzelbleche können aber auch zusätzlich oder aber allein durch eine Schweissnaht 14 verbunden werden.

Der Einzelblechkern 13 der Polschuhe kann durch Stanzen und anschliessende Hitzebehandlung - falls ein Blech mit Klebeschicht verwendet wird - zu einem Blechpaket zusam-mengefasst und gegebenenfalls zusätzlich oder aber auch allein durch eine Schweissnaht 15 zusammengehalten werden.

Die Stossfiächen 12a und 13a der Einzelblechpakete 12 und des Einzelblechkernes 13 haben umgekehrt proportional zur Länge der sich bildenden bzw. zu bildenden magnetischen Kraftlinien einen sich verändernden magnetischen Widerstand, der hier durch einen sich entsprechend verändernden Abstand 16 gebildet wird, wobei im Bereich der grössten Kraftlinienwege der geringste Abstand und im Bereich der kleinsten Kraftlinienwege der grösste Abstand vorgesehen ist. Zur Einhaltung des Abstandes ist eine Folie 17 zwischen den Stossfiächen vorgesehen.

Die Stossfiächen 12a und 13a können ebenfalls, wie in Fig. 1, durch Schleifen gebildet sein und die elektrischen bzw.

magnetischen Verbindungen, die dadurch gebildet wurden, zum Beispiel durch Sandstrahlen entfernt sein.

Die Einzelbleche 12b und 13b des Einzelblechpaketes 12 und des Einzelblechkernes 13 können dabei so zueinander angeordnet werden, dass sie sich gegenseitig gitterartig kreuzen.

Der Stator 18 gemäss Fig. 3 ist aus meherern Einzelkernteilen 19 zusammengesetzt, die wiederum aus Einzelblechen 19a gebildet und beispielsweise durch gegenseitiges Verkle- ' ben miteinander verbunden sind. Die Stossfiächen 19b zweier aneinander stossender Einzelteile des Kerns haben untereinander einen sich verändernden Abstand 20, der sich derart verändert, dass sich im Bereich der kürzeren Kraftlinienwege der grösste Abstand befindet. Die durch Materialabtragung gebildeten Stossfiächen 19b werden zweckmässigerweise durch Sandstrahlen oder einen anderen Materialabtragungs-prozess, der die Verbindungen von einer Blechlage zur anderen beseitigt, behandelt. Zwischen den Kernen ist eine Folie 21 zur Einhaltung des Abstandes vorgesehen.

Die Herstellung der Einzelkernteile für Transformatoren kann durch Übereinschichten von zum Beispiel rechteckig 1 ausgestanzten Einzelblechen erfolgen, die durch Verkleben, Verschrauben, Vernieten, Verschweissen oder dergleichen zusammengehalten werden können.

Die Herstellung einzelner lamellierter Einzelkernteile für Motoren und Generatoren kann zum Beispiel durch Herstellen eines Bandwickels und Trennen desselben erfolgen, wobei die einzelnen Lagen zum Beispiel durch Verkleben miteinander verbunden sein können. Kernteile oder Zwischenkernteile für den Eisenkörper von Generatoren oder Motoren können aber auch durch Stanzen und Übereinschichten erzeugt werden und der Zusammenhalt durch Verkleben, Vernieten, Verschrauben oder dergleichen erfolgen.

Die Ausbildung der Stossfiächen derart, dass über die Länge bzw. Tiefe derselben ein sich verändernder magnetischer Widerstand entsteht, der umgekehrt proportional ist zur Länge der magnetischen Kraftlinien, kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass über die Stossfiächen der Einzelkernteile ein sich verändernder Abstand vorherrscht, wobei die kürzeren Kraftlinienwege im Bereich des grösseren Abstandes verlaufen. Dies bedeutet, dass beim kürzesten Weg der grösste Luftspalt überwunden werden muss, während beim längsten Weg die Stossfiächen aneinander anliegen können. Dadurch verteilen sich die Kraftlinien auf die gesamte Stossfläche zumindest annähernd gleichmässig, insbesondere dann, wenn das Produkt aus dem an einer Stelle zwischen den Stossfiächen, infolge des zwischen diesen vorhandenen Abstandes, vorherrschenden, magnetischen Widerstand und der Länge des durch diese Stelle hindurchgehenden Kraftlinienflusses, über die in Richtung der Änderung des Abstandes betrachtete Länge bzw. Tiefe der Stossfiächen 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 1,5-3 Winkelminuten zwischen den Stossfiächen besonders vorteilhaft ist.

Der sich verändernde magnetische Widerstand kann aber auch durch eine Zwischenlage gebildet sein, wobei die Zwischenlage so ausgebildet bzw. aus einem derartigen Material bzw. einer Zusammenstezung besteht, dass sich der Widerstand über die Länge bzw. Tiefe der Stossfiächen entsprechend verändert. Dabei kann die Materialstärke zumindest annähernd gleich bleiben. Der veränderbare Widerstand kann aber auch durch eine Zwischenlage aus einem Material von zumindest annähernd gleichem Widerstandswert gebildet sein, wobei sich die Materialstärke entsprechend ändert.

Zur Sicherung des Luftspaltes bzw. Abstandes beim Zusammenbau der Einzelkernteile zu dem Eisenkern einer

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elektrischen Maschine kann zwischen den Stossfiächen ein Streifen einer vorzugsweise nicht oder schwach magnetischen Folie von definierter Dicke zwischengelegt werden, zum Beispiel ein selbstklebendes Band, das sich lediglich über einen Teilbereich der Stossfiächen und quer zu diesen erstreckt.

Eine durchgehende Stossfläche kann zweckmässigerweise zur Vermeidung eines zu hohen Gesamtluftspaltes durch Schleifen hergestellt werden. Dabei kann an einer oder an beiden der aneinander gegenüberliegenden Stossfiächen eine Schräge vorgesehen sein. Die durch diese Behandlung gebildeten Verbindungen der Einzelbleche untereinander, zum Beispiel durch den Schleifgrat, durch den ein magnetischer und auch elektrischer Kurzschluss entsteht, was wiederum hohe Wirbelströme und damit eine unzulässig hohe Erwärmung zur Folge hat, wird zweckmässigerweise durch eine Materialabtragung beseitigt. Dies kann zum Beispiel durch Scheuern, Trowalisieren, elektrolytisches Abtragen oder Läppen erfolgen.

Für manche Anwendungsfälle hat sich ein Strahlprozess, wie beispielsweise Sandstrahlen, als besonders ökonomisch und wirksam erwiesen.

Es kann von besonderem Vorteil sein, wenn die Einzelbleche zweier aneinander stossender Einzelkernteile derart liegen, dass sie sich gitterartig kreuzen. Dadurch kann der effektive Eisenquerschnitt optimal genutzt werden und es steht jedes Blech des einen Kernes mit jedem Blech des anderen in Verbindung.

5 Es kann weiterhin von Vorteil sein, wenn die Einzelkernteile aus Blechen unterschiedlicher Permeabilität bestehen. Infolgedessen haben also entweder die Bleche der Einzelkernteile untereinander und/oder die Einzelkernteile zueinander unterschiedliche Magnetisierungsverluste.

io Es kann dann aus Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung bestehen, die infolge der Kernorientierung ihres Werkstoffs geringere Magnetisierungsverluste haben.

Obwohl eines der Einzelkernteile eines auf diese Weise gebildeten Manteltransformators aus geringerwertigem Werk-15 stoff bestehen kann, ist es dennoch möglich, eine sehr hohe Leistung des Transformators zu erzielen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern bezieht sich auch auf andere Eisenkerne verschiedener statischer oder dynamischer elektri-20 scher Maschinen, zum Beispiel auch solchen, bei denen wenigstens einzelne Kernteile aus gebündelten Drähten hergestellt sind.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Eisenkern, insbesondere für elektrische Maschinen, Transformatoren, Drosselspulen, Motoren und Generatoren, der aus einer Vielzahl Einzelkernteile (1,2; 12, 13; 19) zusammengesetzt ist, die aus untereinander zusammengehaltenen Einzelblechen (la, 2a; 12b, 13b; 19a) bestehen und wobei die Einzelkernteile über Stossfiächen sich gegenüberliegen und derart angeordnet sind, dass sie einen kürzeren inneren Weg (4) und einen längeren äusseren Weg (5) für die magnetischen Kraftlinien bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den sich gegenüberliegenden Stossfiächen (lc, 2c; 12a, 13a; 19b) ein sich mit zunehmender Weglänge (4, 5) für die magnetischen Kraftlinien verringernder magnetischer Widerstand vorhanden ist und zwischen den Stossfiächen der Einzelkernteile (1,2; 12, 13; 19) eine Zwischenlage (6; 17; 21) vorgesehen ist.

2. Eisenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Stossfiächen (lc, 2c, 12a, 13a, 12b, 19b) der Einzelkernteile (1,2,12, 13, 19) ein sich verändernder Abstand (3,

16.20) vorherrscht, derart, dass die kürzeren Kraftlinienwege (4) im Bereich des grösseren Abstandes verlaufen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Eisenkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stossfiächen (lc-2c, 2c-lc; 12a-13a; 19b— 19b) in einem Winkel von 1 bis 6, vorzugsweise von 1,5 bis 3 Winkelminuten zueinander verlaufen.

4. Eisenkern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass längs einer Kraftlinie (4, 5) das Produkt aus dem magnetischen Widerstand zwischen zwei benachbarten Stossfiächen (lc, 2c) und dem Abstand (3) dieser Stossfiächen (lc; 2c) für alle Kraftlinien annähernd gleich gross ist.

5. Eisenkern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Widerstand zwischen Teilen (1,2) des Eisenkerns (I) durch eine Zwischenlage (6,

17.21) mit über die Länge von deren Stossfiächen (lc, 2c)

sich verändernden magnetischen Widerstand gebildet ist.

6. Eisenkern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsänderung durch sich ändernde Materialstärke (3) der Zwischenlage (6, 17, 21) erreicht wird.

7. Eisenkern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verändernde Widerstandswert durch einen sich in Abhängigkeit der Länge des Kraftlinienweges (4, 5) über die Länge der Zwischenlage verändernden spezifischen Widerstand erzielbar ist.

8. Eisenkern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherung des Luftspaltes zwischen den Stossfiächen (lc, 2c, 12a, 13a, 19b) eine nicht oder nur schwach magnetische Folie (6, 17, 21) definierter Dicke vorgesehen ist.

9. Eisenkern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Folie (6, 17,21) nur über einen Teilbereich an den Stossfiächen (lc, 2c, 12a, 13a, 19b) erstreckt.

10. Eisenkern nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verändernde magnetische Widerstand durch eine Anbringung einer entsprechenden Schräge an einer und/oder beiden Stossfiächen (lc, 3c, 12a, 13a, 19b) gebildet ist.

11. Eisenkern nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass die Stossfiächen (lc, 2c, 12a, 13a, 19b) gesandstrahlt sind.

12. Eisenkern nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Blechlagen (la, 2a, 12b, 13b) zweier aneinander stossender Einzelkernteile (1, 2; 2,1 ; 12,13) sich gitterartig kreuzend zueinander liegen.

13. Eisenkern nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkernteile (1,2, 12, 13, 19) aus Blechen unterschiedlicher Permeabilität bestehen.

14. Verfahren zum Herstellen eines Einzelkernes nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stossfiächen (lc, 2c; 12a, 13a; 19b) durch eine Materialabtragung bildet und sie einer Behandlung zur Entfernung der dabei gebildeten metallischen Verbindung zwischen den Einzelblechen unterwirft.