DE1056292B - Geschichteter Eisenkern, insbesondere fuer Magnetverstaerker, Drosselspulen od. dgl. - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist für aus Blechen geschichtete Eisenkerne von Transformatoren, Drosselspulen und insbesondere magnetische Verstärker bekannt, sie aus U-förmigen Kernteilen aufzubauen, wobei das Joch des einzelnen U-förmigen Bleches eine wesentlich größere, vorzugsweise mindestens die doppelte Breite aufweist, als sie die Schenkel der U-Form besitzen. Diese Bleche werden dabei in der üblichen Weise in den aufeinanderfolgenden Schichten derart angeordnet, daß in jeder nachfolgenden Schicht die Schenkel der U-Form sich in der entgegengesetzten Richtung erstrecken wie in der vorhergehenden Schicht. Durch einen solchen Aufbau wird erreicht, daß sich nicht Stellen in dem magnetischen Kreis ergeben, an denen in unerwünschter Weise eine vorzeitige Sättigung entsteht, d. h. bevor der bewickelte Schenkel des Eisenkernes selbst in Sättigung kommt. Durch diesen bekannten Aufbau geschichteter Kerne aus U-förmigen Blechteilen erreicht man im wesentlichen die gleiche Flußdichte über den gesamten Eisenweg in dem magnetischen Kreis, wenn die Joche die doppelte Breite haben wie die Schenkel der U-Bleche. Durch einen solchen Gesamtkernaufbau erreicht man, rein physikalisch betrachtet, bei einer Wechselstrommagnetisierung das Durchlaufen einer Magnetisierungsschleife, die in ihrer Form weitgehend übereinstimmt mit derjenigen, die der Kernwerkstoff, aus welchem die Bleche hergestellt sind, an sich besitzt, die also nicht durch den Einfluß irgendwelcher örtlicher Sättigungen in dem magnetischen Kreis verändert bzw. verschlechtert ist. Die Magnetisierungskennlinie eines guten Magnetmaterials weist aber immerhin noch eine solche .Form auf, daß sie nach ihren Sättigungsbereichen hin noch einen relativ allmählichen Übergang zeigt. Bei schlechterem Kernmaterial ist dieses allmähliche Übergehen noch ausgeprägter. In vielen Fällen wäre es jedoch für den Eisenkern elektrischer Geräte erwünscht, daß seine Magnetisierung gemäß einer möglichst rechteckigen Hystereseschleife erfolgt. Diese ist aber, wie bereits erwähnt, durch den Kernwerkstoff an sich nicht ohne weiteres in ausreichendem Maße gegeben.

Es ist bekannt, in Kernen für Transformatoren oder Drosselspulen eine abgeflachte Kennlinie dadurch zu erzielen, daß der Kern ein Joch mit vermindertem Querschnitt enthält.

Gemäß der Erfindung wird ein solcher Kern mit vermindertem Jochquerschni.tt für den Aufbau eines geschichteten Eisenkernes eines elektrischen Gerätes, wie Transformatoren, Drosselspulen und insbesondere magnetische Verstärker aus geschachtelten Blechen, aus mit ihren Schenkeln gegenläufig zueinander übereinandergelegten U-Blech-Schichten, deren Jochbreite mindestens etwa doppelt so groß ist wie die Schenkelbreite, dadurch erhalten, daß die Zahl der mit ihren Geschichteter Eisenkern,

insbesondere für Magnetverstärker,

Drosselspulen od. dgl.

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Otto Werner, Berlin-Siemensstadt,
ist als Erfinder genannt worden

Schenkeln in der einen Richtung liegenden Blechschichten derart verschieden! ist von der Zahl der Blechschichten, die mit ihren Schenkeln in der anderen Richtung liegen, daß der' eine Jochteil des Kernes einen kleineren Querschnitt als der andere Jochteil hat Bei Benutzung eines Eisenkernwerkstofres magnetisch hoher Güte mit etwa 5CWo Eisen und 50% Nickel für den Kern wird die Schichtung derart vorgenommen, daß das Verhältnis des Querschnittes des Joches mit kleinerem Querschnitt zum Querschnitt des einzelnen Schenkels des Eisenkernes etwa 9 :10 oder weniger beträgt, während bei Kernen aus einem Werkstoff geringerer magnetischer Güte bzw. mit einer weniger rechteckigen Magnetisierungsschleife dieses Verhältnis entsprechend kleiner gewählt' wird.

Für den Aufbau des Kernes brauchen dabei nicht

unbedingt U-förmige Bleche aus einem einzigen Stück benutzt zu werden. Die U-Form kann vielmehr auch.

in an sich bekannter Weise gebildet werden aus zwei Schenkelteilen und einem zwischen das eine Ende der beiden Schenkel eingelegten Jochteil, wobei vorzugsweise die Stoßstellen zwischen den Joohteilen und den Schenkeln der Blechschicht die nichtparallelen Seiten des trapezförmigen Jochteiles bilden. Der Aufbau des Kernes so, daß der Querschnitt des einen der Joche kleiner ist als der Querschnitt der Schenkel des Eisenkernes, ergibt, wie bereits angegeben, die Wirkung, daß bei einer Magnetisierung des Eisenkernes dieser Jochteil bereits in die Sättigung übergeht, während die Eisenkernteile der Schenkel und des zweiten Joches sich noch im ungesättigten Teil der Kennlinie des Magnetwerkstoffes befinden. Bei weiterer Steigerung der Durchflutung kann somit der Fluß durch den gesamten Eisenkern nicht-weiter ansteigen; der Fluß

909 508/363

Claims (2)

durch die Schenkel könnte nur dann eine weitere Vergrößerung erfahren, wenn ein Streufluß durch die Luft das gesättigte Joch überbrückt. Da dieser Luftspaltweg bei einem solchen Aufbau aber verhältnismäßig groß ist, gehört eine sehr große Durchflutung dazu, um den Fluß durch die Magnetschenkel um einen geringen Betrag zu steigern. Zur weiteren näheren Erläuterung der durch die Erfindung erreichbaren technischen Effekte soll nunmehr der Einfachheit halber auf die Figuren der Zeichnungen Bezug genommen werden. In diesen zeigen die Fig. 1 und 2 ein Beispiel für den neuen erfindungsgemäßen Kernaufbau in zwei einander entsprechenden Rissen, wobei die Bleche zur Veranschaulichung übertrieben dick dargestellt sind. Die Fig. 2 ist ein Schnitt des Kernes gemäß der Linie H-II nach Fig. 1. Der Kern ist aufgebaut aus U-förmigen Blechen 1 und 2, von denen die Bleche 1 mit ihren Schenkeln gegenläufig zu den Schenkeln der Bleche 2 für die Bildung des Kernes geschichtet sind. 3 und 4 bezeichnen auf dem Eisenkern angeordnete Wicklungen. Die Fig. 3 veranschaulicht an Hand zweier Magnetisierungskennlinien für den benutzten Eisenwerkstoff den nach der Erfindung erreichten Effekt. Die ausgezogen wiedergegebene Magnetisierungskennlinie würde diejenige sein, welche sich ergibt, wenn der Aufbau des Eisenkernes nicht in der Weise erfolgen würde, wie es die Fig. 1 und 2 beispielsweise für die Erfindung veranschaulichen, sondern in der Weise, daß jeweils auf ein in der einen Richtung mit seinen Schenkeln liegendes Blech das nachfolgende Blech mit seinen Schenkeln in der entgegengesetzt liegenden Richtung aufgelegt ist. Das Merkmal eines solchen Kernes ist, daß der Querschnitt jedes der Joche des Eisenkernes stets gleich oder größer ist als der Querschnitt der Schenkel des Eisenkernes, da die Breite des Jochsteges des einzelnen Bleches mindestens doppelt so groß wie die Breite des Schenkels der Bleche ist. Die zweite in gestrichelten Linien wiedergegebene Magnetisierungskennlinie gilt für einen Kernaufbau gemäß den Figuren 1 und 2. Aus dem Vergleich beider Kennlinien ist bereits zu entnehmen, daß die Magnetisierungskennlinie eines Eisenkernes der üblichen Schichtung nur einen allmählichen Übergang zu den Sättigungsbereichen der Kennlinie aufweist, während bei der Magnetisierungskennlinie des neuen Kernes ein demgegenüber schroffer Übergang stattfindet. Für die Magnetisierung bis zur Sättigung errechnet sich für das Joch mit dem kleinen Querschnitt die erforderliche Durchflutung aus der zur Sättigung des Werkstoffes erforderlichen Feldstärke und der Eisenweglänge des Joches. Der übrige Teil des Kernes wird nicht bis zur Sättigung beansprucht, da in ihm für den gleichen Fluß wie im Joch mit kleinem Querschnitt ein größerer Eisenquerschnitt zur Verfugung steht; es tritt in diesem Teil des Kernes vielmehr lediglich eine Magnetisierung auf, deren Wert noch einem Punkt auf dem gestreckten Teil der Magnetisierungskennlinie entspricht. Die für den nicht gesättigten Teil des Kernes erforderliche Durchflutung errechnet sich daher aus der der halben Schleifenbreite des Werkstoffes entsprechenden Feldstärke und der Eisenweglänge dieses Teiles des Kernes. Nimmt man an, daß der Werkstoff bis zur Sättigung eine Feldstärke benötigt, die dreimal so groß ist wie die Feldstärke α entsprechend der halben Breite der ■Magnetisierungsschleife, so ergibt sich für einen Kern, dessen Joch mit vermindertem Querschnitt eine Eisenweglänge gleich ein Achtel des gesamten Eisen- weges (s) besitzt, die bis zur Sättigung erforderliche Durchflutung zu — s-a = 10 s-a. Vergleichsweise benötigt ein" gleich großer Kern mit gleichem Querschnitt über die gesamte Eisenweglänge zur Erreichung der Sättigung eine Durchflutung 8 , 24 — s-3a = -z- s- a. Diese ist also 2,4mal so groß. Es ist zu erkennen, daß durch die Anwendung des neuen Kernes für elektrische Geräte, wie Transformatoren, Drosselspulen und insbesondere Magnetverstärker, zur Erreichung der Sättigung der Kernanordnung eine wesentlich geringere Amperewindungszahl erforderlich ist und daß außerdem in vorteilhafter Weise ein schrofferer Übergang an der Magnetisierungskennlinie von den senkrechten Teilen der Hystereseschleife in ihre Sättigungsbereiche gewährleistet ist. Das ergibt beispielsweise für Magnetverstärker den Vorzug, daß ihre Kennlinie verbessert wird. Wie bereits oben angedeutet, kann im Rahmen der Erfindung das Verhältnis des Querschnittes des Joches kleineren Querschnittes zum Querschnitt der Schenkel des Eisenkernes an sich frei gewählt werden in Anpassung an die jeweils zu beherrschenden Verhältnisse und das hierzu gewählte Eisenkernmaterial. Sollte die durch die U-Form der Bleche vorgegebene Länge des Jochteiles verringerten Querschnittes größer sein, als es für den angstrebten Effekt an sich erforderlich ist, so können zwischen die U-Schenkel und Joche der benachbarten Bleche noch Hilfsanlagen von geringerer Länge als der Jochlänge aus vorzugsweise dem gleichen magnetischen Werkstoff wie der übrige Kern eingefügt werden, so daß die effektive Länge der vorzeitig gesättigten Eisenwegstrecke entsprechend herabgesetzt ist. 40 Patentansprüche:

1. Geschichteter Eisenkern für elektrische Geräte, wie Transformatoren, Drosselspulen und insbesondere Magnetverstärker, aus mit ihren Schenkeln gegenläufig zueinander übereinandergelegten U-förmigen Bkchschichfcen, die eine Jotihbreite aufweisen, welche mindestens etwa doppelt so groß wie die Schenkelbreite der Bleche ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der mit ihren Schenkeln in der einen Richtung liegenden Blechschichten derart verschieden ist von derjenigen, die mit ihren Schenkeln in der anderen Richtung liegen, daß der eine Jochteil des Kernes einen kleineren Querschnitt als der andere Jochteil hat, und zwar bei Benutzung eines Nickeleisenwerkstoffes hoher magnetischer Güte mit etwa 50% Eisen und 50°/» Nickel für den Kern das Verhältnis des Querschnittes des Joches mit dem kleineren Querschnitt zum Querschnitt des einzelnen Schenkels des Eisenkernes etwa 9 zu 10 oder weniger beträgt, während bei Kernen aus einem Werkstoff geringerer magnetischer Güte bzw. mit einer weniger rechteckigen Hystereseschleife dieses Verhältnis entsprechend kleiner gewählt ist.

2. Geschichteter Eisenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die U-Form der einzelnen Blechschicht in an sich bekannter Weise zusammengesetzt ist aus zwei Schenkelteilen und