DE1638564A1

DE1638564A1 - Vorrichtung zur Abschirmung von Streufeldern

Info

Publication number: DE1638564A1
Application number: DE19671638564
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dieter Pohl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-04-07
Filing date: 1967-04-07
Publication date: 1970-11-05
Also published as: US3546358A; JPS4522644B1

Description

Vorrichtung zur'Abschirmung von Streufeldern ·

Die Erfindung besieht sich auf eine Vorrichtung zur Abschirmung von iitreuflüasen, vorzugsweise in Transformatoren und drehenden elektrischen Maschinen* ·

ätreuflüsse erzeugen in massiven Konstruktionsteilen und großflächigen Wänden, z.B. in elektrischen Maschinen,"erhebliche Wirbelstromverluste. Diese können durch verschiedene, bekannte Streuflußabschirmungen vermindert werden. Allerdings, treten auch in den Abschirmungen noch beachtliche Verluste auf. Werden z.B. Kupfer- oder Aluminium-Schilde verwendet, so müssen diese erhebliche Querschnitte erhalten, um den Anforderungen zu genügen. Bei Verwendung von magnetisch leitenden Abschirniblechen, z.B.

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aus Eisen, bewirkt Lamellierung der Bleche, also Unterteilung· in elektrisch isolierte Schichten, die Herabsetzung der Längs Verluste', _t die durch den in der Blechebene verlaufenden Streufluß hervorgerufen werden.- Die erheblichen Querverluste beim Ein- und Austritt des Streuflusses in die Blechebene können nur durch eine Unterteilung der Bleche in elektrisch isolierte Streifen vermindert werden.. Biese Möglichkeit kann jedoch nur beschränkt ausgenutzt werden, 4a Bleche wirtschaftlich nur bis zu Streifenbreiten von etwa 1 em unterteilt und verarbeitet werden können. ■

Die obenbezeichneten Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß zur Abschirmung mehrschichtige Drahtgewebe"vorgesehen

Bei Flächen aus parallelen Drähten werden die Ein- und Austrittsverluste verschwindend klein, da hier gleichsam Blechebenen vorliegen, die in feinste-isolierte Streifen unterteilt sind. Auch die Verluste in Längsrichtung der Ebene können auf diese V/eise noch herabgesetzt werden, insbesondere da sich Drähte noch dünner herstellen lassen als Bleche. Längs- und Querverluste werden dabei umso geringer, je dünner die Drähte sind.

Der technische Portschritt der Erfindung gegenüber dem oben geschilderten i7eg einer Unterteilung von Blechen in feinste Streifen liegt insbesondere in der Terwendung billigerer Produkte, nämlich Drahtgewebe, deren handelsübliche Formen dem vorgeschlagenen Zweck zur Optimierung noch angepaßt werden können.

Als Drahtgewebe können EiOendrahtgewebe, bei denen mindestens eine Richtung der G-ewebefäden elektrisch isoliert ist, öler bei denen eine

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Richtung der Gewebefäden aus Isolierstoffäden und die andere aus Eisen besteht, verwendet werden. Der charakteristische Aufbau von Geweben sichert die gute und gleichmäßige elektrische Isolierung der Siuendrähte. ,

Alu Iaoliarstoffäden können z.B. Kunststoffäden aus Nylon dienen. iSine besonders gute Raumausnutzung ergibt sich, wenn die Eisendrähte möglichst dicht nebeneinanderliegen. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dä3 die Dicke der Isolierstoffäden wesentlich dünner ist als die der Siaendrähte. Gute Haumausnutzung bedeutet also, daß deij durch die Abachirmvorrichtung inugesamt beanspruchte Räum zu einem f mögiichat großen Teil von dem allein magnetisch wirksamen JSisen erfüllt ist. Je besser die Raumausnutzung ist-, umso weniger Raum beansprucht die Abdchirmvorrichtung. Dies kann im Hinblick auf die meist sehr gedrängte Bauform elektrischer Maschinen von erheblicher Bedeutung sein.

P'.ir eine einfache Verarbeitung zu Verbundpaketen aus mehreren Schichten p-irilleler Drähte bieten sich Siüendraht-Kunatstoffadengeweue in, wie aie für andere Zwecke bereits bekannt sind. Dabei besteht die Kette aus Eisendraht, der Schuß .z.B. aus Nylonfäden oder umgekehrt. Die Oewebebahne.n können leicht in mannigfache Formen gebracht und mit Harzen zu Mehrschicht pake, ten -verbunden werden. Dieser Verbundstoff dürfte auch hinsichtlich tier Dauerfestigkeit Vorteile f'o^ori'ibor verklebten Blechen vai'wei j en, ά·ι Keine ausgeprägten Peytigrfeitsvorzugaebenen bestehen un.i sich ein insgesimt gleichmä.3i^ _;;erer iYerk^toff ergibt.

"Anivtr.j tier Zeicr.nun_f- werden S,Lnz->ihci tun.", ier 3rfind.unh noch näher er- -u-.r.er;. id zeigen: ..

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Figur 1 eine schematisGhe Darstellung einer magnetisch- '. leitenden Abschirraplatte, in die ein Streufluß eindringt.

Figuren 2a, b in. schematischer Darstellung den magnetischen Fluß und den Wirbelstromverlauf in einem runden Eisendraht, _:

Figuren 3a, b in schematischer Darstellung die Querdurch- ', flutung paralleler Bisendrähte,

Figur 4 in schematischer Darstellung ein handelsübliches Drahtgewebe,

■ Figuren 5a,b in schematischer Darstellung Drahtgewebe

mit verbesserter Raumausnutzung gemäß der Erfindung,

• Figur 6 in einer graphischen Darstellung das Verhältnis

der Wirbelstromverluste im Draht zu den Verlusten in Blechen oder in Streifen unterteilten Blechen bei Längsdurchflutung in Abhängigkeit vom·Drahtdurchmesser einer Drahtgewebeplatte,

Figur 7 in einer graphischen Darstellung das Verhältnis

der'■ Wirbelstromverluste in Draht zu den Verlusten in Blechen oder in Streifen unterteilten Blechen bei Querdurchfiutung in Abhängigkeit vom Drahtdurchinesser einer Drahtgewebeplatte.

In Figur i ist in einer schematischen Darstellung der allgemeine Fall einer mugnetiocn-Ieitenden Abschinnplatte, in die' ein Streufluß einaringt, gezeigt (oeitenansicht). Der in die Abschirmplatte eingedrun-

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gens¹ StreufluS wird längsgeführt und tritt dann wiete aus. Die Absehi'rmplatte 11 ist in mehrere Schichten Ϊ2 unterteilt. Die mit 13 bezeichneten Pfeile zeigen den ferlauf des Streuflusses ¥_e. In den*mit 14 bezeichneten Bereichen liegen die G-ebiete mit Querdurchflutung und in den mit 15 bezeichneten Bereichen die ßebiete mit Längsdurch- j flutung in der Abüchirmplatte. . ■-

In Figur 2 ist in sehefflatischer Darstellung die Durchflutung durch, den magnetischen Fluß und der WirbelgtromVerlaüf in einem runden Sisendraht gezeigt. In Figur 2a ist durch die Pfeile 21 der magnetische Fluß in "Längsrichtung, angedeutet durch den Pfeil 22, einea | Eisendrahtes 23 gezeigt. Ih Figur 2b sind die durch den Fluß hex-Vörgerufeneii kreisförmigen Wirbelstrome 24 um die Längsachse des Bisendrahtes dargestellt.

In den Figuren 5a und 3b ist in schematischer Darstellung die Querdurchflutung paralleler Eisendrähte bei verschiedener Lage der Drähte dargestellt» Mit "31 sind die Drähte und mit 32 die Flußverläufe bezeichnet. . ^

Figur 4 zeigt in einer schematischen Darstellung im Quersehnitti ein handelsübliches Drahtgewebe mit Isolierstoffaden. Mit 41 sind Bisendrähte und mit 4^ Isolierstoffaden bezeiehnet. -

In den Figuren. 5a und 5b sind Drahtgewebe dargestellt, die erfin~" dungsgemäß zur Verbesserung der laumausnutzüng in ihrei· Ausführungsform angepaßt sind. So zeigt Figur 5a z.B. ein Drahtgewebe mit einem Verhältnis von Drahtdicke der Drähte 51 zur Fadendicke 4er Ieolier-, stoffäden5i wie 4:1. In Figur 5bist gezeigt, daß äie Drähte 53» z.B. durch Walzen in die Form feinster Blechstreifen gebracht werden können, wie sie durch Zerschneidenvon Blechen nicht mehr herstell-

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bar sind, durch Verweben auch ale Flachärähte einwandfrei ausgerichtet und gehalten werden können. Solche Flachdrähte, aus dickerem Draht hergestellt,, können die gleiche Verminderung der Längsverluste bewirken, wie entsprechend feinere Runddrähte, wobei die ohnehin am stärksten geschwächten und verschwindend geringen Querverluste etwas angehoben werden. Ein weiterer Vorteil'ist eine höhere Baum*- füllung, da ja einem Flaehdraht, im Querschnitt betrachtet, eine Reihe von parallelen und voneinander nicht isolierten Feinstdrahten entspricht. Mit 54 sind wiederum Isolierstoffäden bezeichnet.

Eine Erhöhung der Raumausnutzung der erfindungsgemäßen Abschirmvor-.- -.richtung, kann weiterhin durch andere Methoden erreicht werden, z.B._s durch andere Ufefeearten» Man kann die Drahtkettfäden dichter setzen. Dazu muß der SehiuS mit sehr" feinem Isolierstof faden - zur Beibehaltung der Festigkeit jedoöli z.B» vieifädig - durchgeführt werden, statt z.B. in herkömmlicher Weise ein- oder zweifädig mit einer Padendieke, die etwa der Drahtdicke entspricht. Weiterhin kann durch Erhitzen von bereits geschichteten Drahtgewebebahnen bis zum Erweichen der Isolierstoffäden z.B. thermoplastische Kunststoffäden und durch gleich-P zeitiges oder nachgeordnetes brassen der Abstand, der von den Kunststoffäden auch zwischen den Drahtebenen gehalten wird, vermindert, werden. Auf diese Weise können die Schichten auch miteinander -verbacken werden. Die Festigkeit kann dadurch weiter verbessert^ werden, da das Bindungssystem praktisch nicht mehr schichtorientiert ist. Das Verbinden der Gewebebahnen zu einem Mahrsehiehtsi;off kann in ; üblicher Weise, wie zur Herstellung herkömmlicher Sehiehtstoffe, ] mB. Hartgewebe, erfolgen. Es kann weiterhin herbeigeführt oder verbessert werden durch Zwischenlagen aus Thermoplastfolien oder Thermoplastgeweben oder Thermoplastfließen oder Thermoplastmatten oder

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durch Zustreuen von Thermo- oder Duroplastpulver oder geschnitzelten Thermo- oder Duroplasten und anschließendem Pressen¹unter Wärme oder durch Verwenden von Klebe- oder Bindemitteln z.B. durch Tränken mit Gießhirz. Beim Zusammenpressen von Schichten kann ein minimaler Restabstand durch eingewebte oder -gelegte Isolierstoffäden von höherer thermischer Festigkeit oder durch elektrische Isolierung der Drahteϊ wie 3ie in bekannter Weise für" Bleche vorgesehen wird, gesichert werden. Die Drahtgewebeschichten können auch durch einge- ' spritzte verflüssigte Thermoplaste verbunden sein.'

.'/erden die Gewebebahnen in gleicher Richtung bezüglich ihres Auf- i b.ius aufeinandergelegt und zu Mehrschichtpaketen verbunden, so ergeben 3 ich für ein Μ·ι te rial aus Draht in Kette und 3chuß zwei magnetische Vor ~j_f;.i richtungen, für ein Material aus Draht und Isolierjfjffiden etnz Vorzugsrichtung in Drahtrichtung* Eine Vorzugsrichtun^ kinn :;.B. vorteilhaft für Streuflüsse von bekannter und gleichbi ei binder H; chtUHt; vorgesehen werden. Zugleich wird damit der Eisen-'luersclinitt der Acachirnivorrichtung magnetisch am besten ausgenutzt«

Durch Aufe-n:inderschichten der Gewebebahnen in verschiedener Richtun_f: rinnen beliebig· viele, verschiedene magnetische Vorzugsrich- i i'inr^n-t er*taprecheni den Dralrtriahtungen Vorgesehen werden, wie es .f'.ir wmdernie 3treuf^üase oder solche von verschiedener Richtung erforaeriic:. sein kann. .-_■■_

Die mignetischen Vorzugsrichtungen müssen nicht geradlinig sein, sondern können Jen durch die jeweiligen Verhältnisse gegebenen vorteilhiftesten Kurvenbahnen folgen, da die Drahtgewebe - insbesondere v, r aer Verv-inaung zum Mehrychichtpiket - leicht sowohl in der Jci.icht V'?r.:o^:: il3 auch senkrecht da au gebogen werden können.

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Eine Verbesserung der magnetischen Leitfähigkeit senkrecht zur.Richtung der Drähte, von Schicht zu Schicht oder von einer Drahtrichtung zur anderen, kann durch Zugabe von Eisenpulver zu den genannten Bindemitteln erzielt werden. -

Die beschriebenen Verbundarten können auch in beliebiger Kombination angewendet werden.

In Figur 6 ist in einer graphischen Darstellung das Verhältnis der Wirbelstromverluste P. im Draht zu den Verlusten P^ in Blechen oder in Streifen unterteilten Blechen bei Längsdurchflutung in Abhängigkeit, vom Drahtdurchmesser D eines Drahtes in einer Drahtgewebeplatte gezeigt. Auf der Abszisse ist der Drahtdurchmesser D in mm und auf der Ordinate das Verhältnis P,/Pv aufgetragen. Die Zahlenwerte an den Geraden beziehen sich auf den Parameter, und zwar auf die Blechbzw. !Blechstreifendicke in mm.

Aus dieser graphischen Darstellung ist einfach die Verlustminderung durch Verwendung von Drahtgeweben bei Längsdurchflutung abzulesen. 3o werden z.B. durch Verwendung von Drahtgewebe-..mit einem .Drahtdurchmesser von O,5 mm gegenüber Blechen mit einer Bleehdicke von 5 mm die Längsveriuste auf,etwa 1 ?ί herabgesetzt. Bei gleicher Dicke von Draht und Blech werden die Verluste auf etwa 40 $> gesenkt.

In Figur 7 ist in einer graphischen Darstellung das Verhältnis der ] tfirbelstromverluste P^ im Draht zu den Verlusten P_fc in Blechen oder }_ in Streifen unterteilten Blechen bei Querdürchflutung in Abhängigkeit ^! vom Drahtdurchmesser D eines Drahtes in einer Drahtgewebeplatte dar«- g'estellt. Auf der Abszisse ist wiederum der Drahtdurchmesser D in mm und auf der Ordinate das Verhältnis P_d/P_fe aufgetragen. Die Zahlen-

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werte an den Kurven beziehen sich· wiederum auf den Parameter, und zjvar auf die Blech- bzw. Blechstreifenbreite in cm.

Hinsichtlich der Querverluste verhalten aiolj Vollblechplatten und Paicete aus lamellierten Blechen gleich. Bine bedeutende Verminderung der Querverluste wurde bereits durch Unterteilung der Blechschichten in Streifen erzielt. Aus der graphischen Darstellung gemäß Figur 7 ist ersichtlich, welchen Vorteil die Verwendung-von Drahtgewebe gegegenüber Blechstreifen zur Abschirmung bringt. Z.B. ergibt sick bei einer Streifenbreite von 10 mm und einem Drahtdurchmeaser von 0»5 mm eine Verlustminderung von P^/P^ auf etwa 1 ?4, Bei den Vergleichen nach Bild 6 und 7 sind gleiches Volumen und gleiche mittlere Induktion für Blech und Draht zugrunde gelegt, aowie mittlere Bigenschaftswerte für einfaches Dynamo- und Stahlblech«

15 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims

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A j Belegexemplar

_-■"."'■'-■ , Darf nichtgeändert werden Patentansprüche ^L ■ —

.ι Vorrichtung zur Abschirmung von Streuflüssen, vorzugsweise in Tranaformatoren und drehenden elektrischen Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschirmung mehrschichtige Drahtgewebe vor- ' gesehen sind. ■

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Eisendrahtgewebe vorgesehen sind, bei denen mindestens eine Richtung der Gewebefäden elektrisch isoliert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Drahtgewebe vorgesehen sind, bei denen eine Richtung der Gewebefäden aus Isolierstoffäden besteht, die andere aus Bisendraht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Isolierstoffäden wesentlich dünner ist als die Dicke der Eisendrähte.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisendrähte Plachclrähte sind. .- ■ ν

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anaprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne GewebebahneÄl hinsichtlich der Richtung der Drähte gleichgerichtet aufeinander geiaöhiöÄtet sind.

7. Vorrichtung na ah öinem der Anaprüche 1 pig 5, dadurch gekennzeiehnet, daß einzel

ne Gewebebahnen hinsichtlich der Richtung der Drähte

in verschiedenejr Richtung aufeinander geschichtet sind,

. Vorrichtung nach einem der "vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet-, daß Schichten der Drahtgewebe in einer für herkömmliche

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. , η PLA 67/1193

.Schichtstoffe bekannten Weise zu Verbundpaketen verbunden sind.

.). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dart die Drahtgewebeschichten durch Klebe- oder«Bindemittel *■ verbunden sind.

10. Vorrichtung na.cn einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtgewebeschichten durch Tränken mit Gießharz verbunden sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi3 7, dadurch gekennseicnnet, dai die Drahtgewebeschichten durch Erhitzen der bereits I geschichteten Gewebeb ihnen bis zum Erweichen der Isolierstoffäden unter gleichseitigem oder naengeordnetem Pressen verbunden sind.

12. Vorrichtung nicn einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet» daß die Drahtgewebeschichten durch Zwischenlagen aus Thermopl istfolien, -gewebe, -fließen oder -matten und an- , · ochlieiiendem Pressen unter Wärme verbunden sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, das die Drahtgewebeschichten durch Einbringen zwischen die Schichten oder äußeres Aufbringen von pulverförmigen, gekernten

oJer geschnifselten Thermo- oder Duroplasten und anschließendem Pressen unter Wärme verbunden sind. . " ■

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- :

zeichnet, daß die Drahtgewebeschichten durch Einspritzen verflüjsigter Thermoplaste verbunden sind.

15« Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge-Kennzeichnet, daß das zum Verbund der Drahtgewebeschichten verwendete Bindemittel mit Eisenpulver vermischt ist. -

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