DE2443281A1 - LAMINATED MAGNETIC CORE - Google Patents
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Description
DiPL.-ing KLAUS NEUBECKERDiPL.-ing KLAUS NEUBECKER
4 Dusseldorf 1 ■ Schadowplatz 94 Dusseldorf 1 ■ Schadowplatz 9
Westinghouse Electric Corporation,
Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A.Westinghouse Electric Corporation,
Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A.
Lamellierter MagnetkernLaminated magnetic core
Die Erfindung bezieht sich auf einen lamellierten Magnetkern für Wechselstromgeräte, insbesondere für den Stator oder Rotor dynamoeleJctrischer Maschinen, mit mindestens einer Wicklung, sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a laminated magnetic core for alternating current devices, in particular for the stator or rotor of dynamo-electric machines, with at least one winding, and to a method for its production.
Magnetkerne für Wechselstrorageräte und insbesondere für die Statoren von Elektromotoren werden für gewöhnlich aus Blechen oder Lamellen geschichtet. Diese Lamellen werden aus Elektrostahlblechen ausgestanzt, danach geglüht und isoliert und sodann zur Bildung des Magnetkernes zu einem Blechpaket übereinandergeschichtet. Die Wicklungen, gewöhnlich in der Form von Spulen, werden in Nuten eingebracht, welche in das Blechpaket eingefräst oder bereits beim Stanzen der Lamellen gebildet worden sind. Das für die Herstellung der Nuten zu entfernende Material umfaßt etwa 25-40% des gesamten Blechquerschnittes und geht als Abfall verloren«. Weiterhin ist bei einem geschichteten Magnetkern wegen der hohen Kosten für die Stanzwerkzeuge die Auswahl bei der geometrischen Form der Nuten beschränkt. Daher ist auch der erzielbare Kupfer-Füllfaktor begrenzt, weil die üblichen Verfahren zum Wickeln und Einsetzen der Spulen in die Nuten ein ausreichendes Zusammenpressen nicht gestatten. Weiter hin benötigen die Spulen relativ dicke überzüge, um sie vor Magnetic cores for AC devices and especially for the stators of electric motors are usually layered from metal sheets or lamellas. These lamellas are punched out of electrical steel sheets, then annealed and insulated and then dergeschichten to form the magnetic core to form a laminated core. The windings, usually in the form of coils, are placed in grooves which have been milled into the laminated core or which have already been formed when the lamellas are punched. The material to be removed for the production of the grooves comprises about 25-40% of the total sheet metal cross-section and is lost as waste «. Furthermore, in the case of a layered magnetic core, the choice of the geometric shape of the grooves is limited because of the high cost of the punching tools. Therefore , the achievable copper fill factor is also limited, because the usual methods of winding and inserting the coils into the grooves do not allow sufficient compression. Furthermore, the coils require relatively thick coatings in order to prevent them
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Beschädigungen durch die scharfen Kanten der Lamellen zu schützen. Da die Leiter bei den derzeitigen Herstellungsverfahren nicht zusammengepreßt werden können, wird infolge der einer Lamellenkonstruktion innewohnenden Beschränkung ein Teil des Wickelraumes nicht ausgenutzt. Der Erfindung liegt nun demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen lameliierten Magnetkern der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem sowohl der Platz, als auch das verwendete Material besser ausgenutzt ist.To protect damage caused by the sharp edges of the slats. Because the conductors are not compressed in current manufacturing processes becomes part of the winding space due to the inherent limitation of a lamellar construction not used. In contrast, the invention is based on the object of providing a laminated magnetic core of the initially introduced to create named type, in which both the space and the material used is better used.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Wicklung als vorgeformte Spule mit Längsabschnitten und querverlaufenden Endabschnitten ausgebildet ist, daß ein Massekern um die Spule herum geformt ist und mit dieser eine Einheit bildet und daß der Massekern aus einer Vielzahl als Lamellen geringster Größe ausgebildeter Mikrolamellen magnetischen Materiales besteht, welche vorbestiramte magnetische Eigenschaften aufweisen und voneinander sowie von der Spule elektrisch isoliert sind.This is achieved according to the invention in that the winding takes the form of a preformed coil with longitudinal and transverse sections End portions is formed that a ground core is formed around the coil and with this forms a unit and that the mass core consists of a large number of micro-lamellae of magnetic material designed as lamellas of the smallest size, which have predetermined magnetic properties and each other and are electrically isolated from the coil.
Ein solcher Magnetkern hat den Vorteil, daß sowohl die Leiteranordnung als auch die Magnetkernausgestaltung infolge des Wegfallens unausgenutzter Zwischenräume ganz erheblich verbessert worden sind.Such a magnetic core has the advantage that both the conductor arrangement as well as the magnetic core design as a result of the elimination of unused spaces, improved considerably have been.
Aus den US-PS η 1 850 181, 1 669 648 und 1 982 689 ist es bereits bekannt, einfache Ringkerne durch Pressen von Eise*pulverteilchen herzustellen. Diese Ringkerne haben jedoch sehr schlechte magnetische Eigenschaften. Ein Grund dafür scheint darin zu liegen, daß es hier nicht möglich ist, eine ausreichende Eisendichte zu erzielen. Die magnetischen Eigenschaften ließen sich dementsprechend auch geringfügig dadurch verbessern, daß anstelle des Eisenpulvers metallisches Eisen in Form von Flocken oder Drahtstückchen verwendet wurde. Die metallischen Flocken bestanden dabei aus geschmolzenem Eisen, das in Pulverform zersprüht und sodann gewalzt wurde, um langgestreckte flache Metallteilchen zu erhalten. Eine nennenswerte Verbesserung der magnetischen Eigenschaften ließ sich dadurch jedoch nicht erzielen.It is already from US Patents η 1,850,181, 1,669,648 and 1,982,689 known to produce simple toroidal cores by pressing iron * powder particles. However, these toroidal cores have very poor magnetic properties Properties. One reason for this seems to be that it is not possible here to obtain a sufficient iron density achieve. The magnetic properties could accordingly also be improved slightly by the fact that instead of the Iron powder metallic iron in the form of flakes or bits of wire was used. The metallic flakes passed made of molten iron that was sprayed in powder form and then rolled around elongated flat metal particles to obtain. However, this did not result in any appreciable improvement in the magnetic properties.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei sich weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben. In der Zeichnung zeigen:Advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims. In the following the invention is based on a In the accompanying drawing illustrated embodiment illustrated in more detail, with further features, embodiments and advantages of the invention. In the drawing show:
Fig. 1 eine Ansicht einer vorgeformten Statorspule mit teilweise entfernter Isolation, welche in dem Magnetkern nach der Erfindung Verwendung finden kann,Fig. 1 is a view of a preformed stator coil with partially removed insulation, which is in the magnetic core can be used according to the invention,
Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch einen gefüllten Behälter zur Herstellung des Magnetkerns nach der Erfindung, Fig. 2 shows a vertical cross section through a filled container for the production of the magnetic core according to the invention,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2,Fig. 3 shows a cross section along the line III-III of Fig. 2,
Fig. 4 ein Schaubild der angelegten Spannung in Abhängigkeit von dem Leerlaufstrom,4 shows a diagram of the applied voltage as a function of the no-load current,
Fig. 5 ein Schaubild der Abhängigkeit der angelegten Spannung von der Leerlaufleistung und5 shows a diagram of the dependence of the applied voltage on the no-load power and
Fig. 6 eine Makrophotographie des Spulenquerschnittes nach Druckanwendung und Verformung mit dem Massekern zu einer geschlossenen Einheit.6 shows a macro photograph of the coil cross-section after application of pressure and deformation with the mass core a closed unit.
Das Grundmaterial des Magnetkernes nach der Erfindung besteht aus kleinen, im wesentlichen rechtkantigen Quadern aus magnetischem Material, die allgemein als "MikrolameIlen" bezeichnet werden. Das Magnetmaterial ist vorzugsweise ein kohlenstoffarmer Stahl, wie er üblicherweise für Blechbüchsen verwendet wird, und ist somit reichlich vorhanden und relativ billig. Es kann natürlich auch jedes andere ferromagnetische Material verwendet werden, das in im wesentlichen die gleiche Form gebracht werden kann. Das hier bevorzugte Material wird als sogenanntes Schwarzblech bezogen, d.h. in dem Zustand vor der Verzinnung, wie sie für die Her-The basic material of the magnetic core according to the invention consists of small, essentially rectangular cuboids made of magnetic material Material commonly referred to as "micro-lamellar" will. The magnetic material is preferably a low carbon one Steel, such as that commonly used in tin cans, is abundant and relatively cheap. Of course it can any other ferromagnetic material which can be brought into substantially the same shape can also be used. That The material preferred here is obtained as so-called black plate, i.e. in the state before tinning, as it is for the manufacture
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Stellung von Blechbüchsen vorgenommen wird. Dieses Material steht in einem weiten Dickenbereich zur Verfügung, gewöhnlich in dem Bereich zwischen 0,13 und 0,36 mm. Zwar scheint bei dem Magnetkern nach der Erfindung ein relativ großer Bereich für die Teilchengröße zufriedenstellende Ergebnisse zu liefern, doch sollten die MikrolameIlen zweckmäßigerweise eine Länge zwischen 1,27 und 1,52 mm, eine Breite zwischen 0,25 und 0,51 mm sowie eine Dicke zwischen 0,13 und 0,36 mm aufweisen. Die Mikrolamellen können mit diesen Abmessungen aus dem Blechbüchsen-Vormaterial gefertigt werden, indem es freiliegend mit einer Fräse hoher Drehzahl zerkleinert wird oder zunächst auf die gewünschte Breite aufgeschlitzt und sodann mit einer Fräse gegen eine stationäre Schneidkante geschnitten wird. In dem letzteren Falle sind Schlitz- und Schneidgerät hintereinander ausgerichtet.Position of tin cans is made. This material is available in a wide range of thicknesses, usually in the range between 0.13 and 0.36 mm. It seems that Magnetic core according to the invention to give a relatively large range for the particle size satisfactory results, however The microlollars should expediently have a length between 1.27 and 1.52 mm, a width between 0.25 and 0.51 mm and a thickness between 0.13 and 0.36 mm. The micro lamellas can be manufactured with these dimensions from the sheet metal can pre-material by exposing it with a milling cutter high speed is shredded or first slit to the desired width and then with a milling cutter against a stationary cutting edge is cut. In the latter case, the slitter and cutter are aligned one behind the other.
Es können auch andere Ausgangsmaterialien mit gleich guten Ergebnissen verwendet werden, zum Beispiel Stahlwolle und Schrott- und Barrenspäne. In Spezialmotoren, beispielsweise für Flugzeuge , kann auch Kobalteisenschrott zu Mikrolamellen verarbeitet werden.Other starting materials can be used with equally good results can be used, for example steel wool and scrap and ingot shavings. In special engines, for example for aircraft , cobalt iron scrap can also be processed into micro-lamellas.
Bei der Herstellung der Mikrolamellen in der beschriebenen Weise wird das Material ganz erheblich mechanisch beansprucht. Da das Material in einem Magnetkern verwendet werden soll, müssen wieder günstige magnetische Eigenschaften erreicht werden. Hierzu müssen die dem Stahl bei der Herstellung der Mikrolamellen mitgeteilten Spannungen wieder gelöst werden. Weiterhin erfolgt eine Behandlung durch Dekarbonisieren und Desoxidieren, so daß eine Magnetkernstruktur mit hoher Dichte oder hohem Füllfaktor erzielt werden kann, die ebenfalls ausgezeichnete magnetische Eigenschaften aufweist. Bei der Herausarbeitung der magnetischen Eigenschaften erfolgt zweckmäßigerweise ein Glühen der Mikrolamellen bei Temperaturen zwischen etwa 700 und 800 C. Diese Temperaturen reichen aus, um die in den Mikrolamellen bei ihrer Herstellung erzeugten Spannungen wieder zu lösen.During the production of the micro-lamellas in the manner described, the material is subjected to considerable mechanical stress. Since that If material is to be used in a magnetic core, favorable magnetic properties must be achieved again. To do this you have to the stresses imparted to the steel during the manufacture of the micro-lamellas are released again. Treatment is also carried out by decarburizing and deoxidizing so that a magnetic core structure of high density or high fill factor is achieved which also has excellent magnetic properties. When working out the magnetic properties The micro-lamellae are expediently annealed at temperatures between approximately 700 and 800 C. These temperatures are sufficient to release the tensions generated in the micro-lamellas during their manufacture.
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Zum Dekarbonisieren der MikrolameIlen wird zu Beginn der Wärmebehandlung in dem angegebenen Temperaturbereich eine Umgebung mit nassem Wasserstoff verwendet, der einen Taupunkt oberhalb etwa 16° C aufweist. Die Umgebung mit nassem Wasserstoff vermag den Kohlenstoffgehalt auf einen Wert unterhalb ungefähr 0,01 Gewichtsprozent herabzusetzen» Diese WasserstoffUmgebung wird über den erhitzten Mikrolamellen für einen Zeitraum bis zu zwei Stunden aufrechterhalten, bis der gewünschte niedrige Kohlenstoffgehalt erreicht ist» Dann wird das Glühen innerhalb des angegebenen Temperaturbereiches in einer trockenen Wasserstoff atmosphäre abgesetzt, welche die Mikrolamellen zu Desoxidieren vermag. Es hat sich herausgestellt, daß Formiergas und andere stark oxidierende Umgebungen, die auf dem Stahl Oxide erzeugen, nicht angewendet werden können, da die Dicke der Oxidschicht den Eisen-Füllfaktor ungünstig beeinflußt und dadurch die endgültigen magnetischen Eigenschaften des fertigen Magnetkernes entsprechend verschlechtert. Die Umgebung mit trockenem Wasserstoff wird mit einem Taupunkt von weniger als ungefähr -40° C. ebenfalls für einen Zeitraum von ungefähr zwei Stunden aufrechterhalten. Danach werden die Mikrolamellen unter dem Schutzgas auf Raumtemperatur abgekühlt.To decarbonize the micro-strips, the heat treatment begins In the specified temperature range, an environment with wet hydrogen is used, which has a dew point above is around 16 ° C. The wet hydrogen environment can reduce the carbon content to a value below approximately 0.01 percent by weight to reduce »This hydrogen environment is maintained over the heated micro-lamellas for a period of up to two hours until the desired low Carbon content is reached »Then the annealing is within the specified temperature range in a dry hydrogen atmosphere, which is able to deoxidize the micro-lamellae. It has been found that forming gas and other strongly oxidizing environments that produce oxides on the steel cannot be used because of the thickness of the oxide layer adversely affects the iron fill factor and thereby the final magnetic properties of the finished magnetic core accordingly deteriorated. The dry hydrogen environment will have a dew point less than approximately Maintain -40 ° C for a period of approximately two hours. Then the micro-lamellas are placed under the Protective gas cooled to room temperature.
Um in dem fertigen Magnetkern geringe Verluste zu erzielen, müssen die Mikrolamellen gegeneinander elektrisch isoliert werden. Hierfür hat sich eine Behandlung mit Magnesiummethylat als besonders günstig erwiesen, um auf den Lamellen eine isolierende Schicht zu erzeugen, weil eine solche Isolierschicht sehr dünn und flexibel genug ist, um den beim Formen auftretenden Drücken zu widerstehen. Es können zwar auch andere Isolierschichten verwendet werden f doch bewirkt diese Schicht einen ausreichenden Widerstand zwischen den Lamellen, so daß der fertige Magnetkern geringe Kernverluste und andere günstige magnetische Eigenschaften aufweist.In order to achieve low losses in the finished magnetic core, the micro-lamellae must be electrically isolated from one another. For this purpose, treatment with magnesium methylate has proven to be particularly beneficial in order to produce an insulating layer on the lamellae, because such an insulating layer is very thin and flexible enough to withstand the pressures that occur during molding. It can be used although also other insulating layers f but causes this layer so that the finished magnet core has a sufficient resistance between the laminations, low core losses and other favorable magnetic properties.
Das Verfahren nach der Erfindung kann für die Herstellung beliebiger Magnetkerne verwendet werden, und ist auch anderen TechnikenThe method according to the invention can be used for the production of any Magnetic cores are used, and other techniques are also used
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zugänglich/ wie der sogenannten "Freiformung" oder der sogenannten "Festformung1·. Die folgende Beschreibung bezieht sich jedoch speziell auf ein Verfahren zum Formen von Statoren mit eingebetteten Wicklungen , obzwar das Verfahren in gleicher Weise sowohl auf statische als auch auf dynamische elektrische Geräte anwendbar ist, bei denen elektrische Leiter in einen Magnetkern eingegossen werden.accessible / like the so-called "free forming" or the so-called "fixed forming 1. However, the following description relates specifically to a method for forming stators with embedded windings, although the method is equally applicable to both static and dynamic electrical devices is where electrical conductors are cast into a magnetic core.
Die Erfindung wird hier anhand der Herstellung des Stators eines Elektromotores beschrieben. In Fig. 1 ist eine vorgefertigte Statorspule 10 dargestellt, die eine Anzahl sich senkrecht erstreckender Längsabschnitte 12 aufweist, die bei nach den bisher bekannten Verfahren hergestellten Elektromotoren in den Nuten des Statorpaketes verlaufen würden. Die Längsabschnitte 12 werden durch querverlaufende Endabschnitte 14 miteinander verbunden. Zweckmäßigerweise wird die Statorspule 10 auf einer Wickelform hergestellt. Sie wird üblicherweise aus einem elektrischen Leiterdraht, sogenanntem Magnetdraht, gefertigt und mit einer weiteren Isolationsschicht 16 aus Kunststoff oder dergleichen versehen. Die Isolationsschicht 16 soll eine Dicke haben, die ungefähr 76 Mikrometer nicht überschreitet, und die Form der Statorspule 10 bewahren, wenn sie aus der Wickelform entnommen wird.The invention is described here with reference to the manufacture of the stator of an electric motor. In Fig. 1 is a prefabricated Stator coil 10 shown, which has a number of vertically extending longitudinal sections 12, which in the previous Known methods produced electric motors would run in the grooves of the stator. The longitudinal sections 12 are connected to one another by transverse end sections 14. The stator coil 10 is expediently on a winding form manufactured. It is usually made of an electrical conductor wire, so-called magnet wire, and provided with a further insulation layer 16 made of plastic or the like. The insulation layer 16 should have a thickness not exceeding approximately 76 micrometers and the shape of the stator coil Keep 10 when removed from the form.
In Fig. 2 ist ein Behälter 20 dargestellt, der einen Boden 22 und sich nach oben erstreckende Seitenwände 24 aufweist, die mit dem Boden 22 einstückig sind. Der Behälter 20 besteht aus elastisch biegsamem Polyurethan, das in die gewünschte Gestalt gegossen worden ist. Für den Behälter 20 können jedoch auch Naturgummi, Silikongummi und synthetische Elastomere verwendet werden. Auf dem Boden 22 des Behälters 20 sitzt innerhalb der Seitenwände 24 ein Kunststoffboden 26 auf, der in seiner Mitte eine öffnung 28 zur Aufnahme eines Domes 30 besitzt, der in der Mitte des Behälters 20 angeordnet ist und dazu dient, die öffnung des Stators für die Aufnahme des Rotors zu definieren. Der Kunststoffboden 26 besitzt weiterhin eine Ringöffnung 32, die zur Aufnahme der Endabschnitte 14 der vorgefertigten Statorspule 10In Fig. 2, a container 20 is shown, which has a bottom 22 and upwardly extending side walls 24, which with the bottom 22 are in one piece. The container 20 is made of resiliently flexible polyurethane that is cast in the desired shape has been. However, natural rubber, silicone rubber and synthetic elastomers can also be used for the container 20. On the bottom 22 of the container 20 sits within the side walls 24, a plastic bottom 26, which has a in its center has opening 28 for receiving a dome 30 in the middle of the container 20 is arranged and serves to define the opening of the stator for receiving the rotor. The plastic floor 26 furthermore has an annular opening 32 which is used to receive the end sections 14 of the prefabricated stator coil 10
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dient.serves.
Fig. 3 zeigt im Querschnitt, wie die Seitenwände 24, die Längsabschnitte 12 der Statorspule 10 und der Dorn 30 zueinander angeordnet sind. In dieser Anordnung wird eine vorbestiramte Menge der geglühten und isolierten Mikrolamellen in die Zwischenräume 34 und 35 zwischen den Seitenwänden 24, dem Dorn 30 und den Längsabschnitten 12 eingefüllt. Während des Einfüllens der Mikrolamellen wird dem Behälter 20 und seinem Inhalt Vibrationsenergie zugeführt, um die Mikrolamellen so dicht wie möglich zu packen. Um dem Magnetfeld eine Vorzugsrichtung zu geben, kann die Statorspule 10 beim Einfüllen der Mikrolamellen und gegebenenfalls noch danach durch eine elektrische Stromquelle erregt werden, so daß sich die Mikrolamellen entlang der magnetischen Flußlinien ausrichten und Pole bilden, die ein besonders starkes magnetisches Zusammenwirken mit der Gestalt der Spule bewirken.Fig. 3 shows in cross section, like the side walls 24, the longitudinal sections 12 of the stator coil 10 and the mandrel 30 are arranged to one another. In this arrangement there is a predetermined amount of the annealed and isolated micro-lamellas into the spaces 34 and 35 filled between the side walls 24, the mandrel 30 and the longitudinal sections 12. While filling the Vibratory energy is applied to the container 20 and its contents in order to close the micro-lamella as closely as possible pack. In order to give the magnetic field a preferred direction, the stator coil 10 can be used when filling the micro-lamellae and, if necessary are still afterwards excited by an electrical power source, so that the micro-lamellae along the magnetic Align lines of flux and form poles that are particularly strong cause magnetic interaction with the shape of the coil.
Wenn eine ausreichende Menge Mikrolamellen in die Zwischenräume 34 und 35 eingefüllt worden sind, wird ein dicht passender Deckel 36, der im wesentlichen ein Spiegelbild des Kunststoffbodens 26 darstellt, auf die Mikrolamellen, die Endabschnitte der Statorspule 10 und den Dorn 30 aufgesetzt» Der so gefüllte Behälter 20 kann dann zur Verfestigung der Mikrolamellen einem Preßdruck ausgesetzt werden;When a sufficient amount of micro-lamellae have been filled into the spaces 34 and 35, a tight fit will be made Cover 36, which is essentially a mirror image of the plastic base 26, on the micro-lamellas, the end sections the stator coil 10 and the mandrel 30 placed on top »The container 20 filled in this way can then be used to solidify the micro-lamellae Are exposed to pressure;
Um die Mikrolamellen gleichförmig um die Statorspule 10 herum zu verfestigen, die Anordnung einem isostatischen Druck auszusetzen. Bin solcher isostatischer Druck vermag sowohl die Längsabschnitte 12 der Statorspule 10 als auch die Mikrolamellen zu verdichten. Da der Behälter 20 aus einem flexiblen Material besteht, ermöglicht er bei der Druckanwendung Dimensionsveränderungen, so daß ein Packungsfaktor über 80% erreicht werden kann.In order to solidify the micro-fins uniformly around the stator coil 10, subject the assembly to isostatic pressure. Such an isostatic pressure is capable of both the longitudinal sections 12 of the stator coil 10 and the micro-lamellae condense. Since the container 20 is made of a flexible material, it allows dimensional changes when pressure is applied, so that a packing factor of over 80% can be achieved.
Für die Verdichtung wird der gefüllte Behälter 20 in eine isostatische Druckkammer eingebracht, die danach mit einer Flüssig-For the compression, the filled container 20 is in an isostatic Introduced pressure chamber, which then with a liquid
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keit gefüllt und ausreichend unter Druck gesetzt wird, um eine entsprechende Verdichtung der Mikrolamellen und der Statorspule zu erzielen, so daß ihre Packungsdichte größer als 80% des von den Mikrolamellen und den darin eingebetteten Leitern eingenommenen Volumens ist. Der Betrag des über eine gewisse Grenze hinausgehenden Druckes ist nicht sehr kritisch, es hat sichspeed is filled and pressurized sufficiently to compress the micro-lamellae and the stator coil accordingly to achieve, so that their packing density is greater than 80% of that occupied by the micro-lamellae and the conductors embedded therein Volume is. The amount of pressure going beyond a certain limit is not very critical, it has
2 jedoch herausgestellt, daß die Anwendung von ungefähr 3,5 t/cm mit Sicherheit einen Statorkern ergibt, der den gewünschten Packungsfaktor von mehr als 80% aufweist.2, however, it has been found that the application of about 3.5 t / cm is certain to give a stator core which has the desired Has a packing factor of more than 80%.
Als Beispiel soll im folgenden die Herstellung eines Zweipol-Induktionsmotores mit dreiviertel PS beschrieben werden, der für zwei Spannungen geeignet ist. Es wird in der beschriebenen Weise auf eine Wickelform einer Statorspule 10 hergestellt. Nach Entnahme aus der Wickelform wird sie in einem Bad behandelt, das durch Verflüssigen eines trockenen Kunststoffpulvers des Polyglycidylesters eines Dihydrophenols gewonnen wird. Hierdurch wird auf die Längsabschnitte und auf die Endabschnitte der Statorspule eine sehr harte, aber flexible elektrische Isolationsschicht aufgebracht.As an example, the following is the production of a two-pole induction motor can be described with three quarters of a horsepower, which is suitable for two voltages. It is described in the Manner made in a winding form of a stator coil 10. After removing it from the form, it is treated in a bath, which is obtained by liquefying a dry plastic powder of the polyglycidyl ester of a dihydrophenol. Through this a very hard but flexible electrical insulation layer is created on the longitudinal sections and on the end sections of the stator coil upset.
Diese Spule wird nun in der beschriebenen Weise zusammen mit einem Dorn 30 aus Stahl in den flexiblen Behälter 20 aus Polyurethan eingesetzt und zusammen mit den Mikrolamellen einem hydrostatischen Druck von 3,5 t/cm ausgesetzt.This coil is now made in the manner described together with a mandrel 30 made of steel in the flexible container 20 Polyurethane is used and, together with the micro-lamellas, exposed to a hydrostatic pressure of 3.5 t / cm.
Ein mit einem solchen gegossenen Stator ausgerüsteter dreiviertel PS-Induktionsmotor ergab die in den Fig. 4 und 5 wiedergegebenen Testresultate. Fig. 4 ist eine Darstellung der angelegten Spannung in Abhängigkeit von dem Leerlaufstrom für sowohl einen in üblicher Weise gewickelten Motor mit einem Kernpaket aus gestanzten Lamellen als auch für einen Motor mit einem Magnetkern nach der Erfindung. Fig. 4 zeigt die Verbesserung, die durch die Verwendung von Mikrolamellen und einer zusammen mit diesen in einen einheitlichen Statorkern vergossenen vorgeformten Statorspule erzielt wird. Für alle Spannungen in dem Bereich zwischenA three-quarter horsepower induction motor equipped with such a cast stator gave those shown in FIGS Test results. Figure 4 is a plot of applied voltage versus open circuit current for both one motor wound in the usual way with a core package of punched lamellas as well as for a motor with a magnetic core according to the invention. FIG. 4 shows the improvement brought about by the use of micro-lamellae and one together with them in a uniform stator core molded preformed stator coil is achieved. For all tensions in the range between
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120 und 240 V ist der Leerlaufstrora für den gegossenen Statorkern nach der Erfindung kleiner.120 and 240 V is the no-load current for the cast stator core according to the invention smaller.
Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der angelegten Spannung von der Leerlaufleistung für einen Motor mit gegossenem Statorkern und einen üblichen Motor. Auch hier ist deutlich zu erkennen, daß ein Stator nach der Erfindung gegenüber einem in üblicher Weise hergestellten Motor eine ganz erhebliche Verbesserung erbringt« Bei 220 V stellen die 120 Watt des Motors nach der Erfindung gegenüber den 170 Watt des üblichen Motors eine 30%ige Verringerung der Leerlaufleistung dar. Diese Verbesserung wird auf die höhere Gesamtdichte zurückgeführt, die mit dem Verfahren nach der Erfindung zu erzielen ist.Fig. 5 shows the dependence of the applied voltage on Idle power for a cast stator core motor and a common motor. Here, too, it can be clearly seen that a stator according to the invention provides a very considerable improvement over a conventionally manufactured motor " At 220 volts, the 120 watts of the motor according to the invention represent a 30% reduction over the 170 watts of the conventional motor of idle power. This improvement is attributed to the higher overall density obtained with the process is to be achieved according to the invention.
Fig. 6 ist eine Makrophotographie des Querschnittes eines Längsabschnittes 12 der Statorspule 10 nach Anwendung des hydrostatischen Druckes. Wie zu ersehen ist, sind die Leiterdrähte des Längsabschnittes durch die bloße Anwendung des hydrostatischenFig. 6 is a macro photograph of the cross section of a longitudinal portion 12 of the stator coil 10 after application of the hydrostatic pressure. As can be seen, the lead wires are the Longitudinal section through the mere application of the hydrostatic
2
Druckes von ungefähr 3,5 t/cm so zusammengepreßt worden, daß sie über den ganzen Querschnitt im wesentlichen regelmäßige
Sechsecke bilden„ Durch das Zusammenpressen der Leiterdrähte
der Längsabschnitte, das Zusammenpressen der Mikrolamellen und
das Vermeiden der bisher üblichen Spulenüberzüge können unter gleichen Raumbedingungen größere Metallmengen zur Arbeit herangezogen
werden. Obwohl der Kupfer-Füllfaktor fast den Wert von 1OO% erreicht, sind bisher weder die Drähte noch deren Isolationen
in irgendeiner Weise beschädigt worden. Die Isolation zwischen den Drähten hielt 800 V aus und die Isolation zwischen
den Drähten und den Mikrolamellen sogar 2600 V. Auf diese Weise verbleiben die einzelnen Leiterdrähte der Längsabschnitte trotz
der Anwendung des hydrostatischen Druckes vollständig getrennt voneinander.2
Pressure of about 3.5 t / cm so that they form essentially regular hexagons over the entire cross-section be used to work. Although the copper fill factor almost reaches 100%, neither the wires nor their insulation have been damaged in any way. The insulation between the wires withstood 800 V and the insulation between the wires and the micro-lamellas even 2600 V. In this way, the individual conductor wires of the longitudinal sections remain completely separate from one another despite the application of the hydrostatic pressure.
Ein weiterer Vorteil der Verdichtung der Mikrolamellen und der Leiterdrähte in einen einheitlichen Magnetkern besteht darin, daß schädliche Vibrationen zwischen den isolierten WicklungenAnother advantage of the compression of the micro-lamellas and the Conductor wires in a unitary magnetic core means that harmful vibrations between the insulated windings
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und den Lamellen wegen ihrer nahezu vollständigen Verfestigung ganz erheblich reduziert werden. Auf diese Weise werden Beschädigungen der elektrischen Isolation durch Abschleifen oder durch Schneiden der Isolation auf den Leiterdrähten nahezu vollständig vermieden.and the lamellae can be reduced quite considerably because of their almost complete solidification. This way damage will be avoided the electrical insulation by grinding or by cutting the insulation on the conductor wires almost completely avoided.
Zur Auswertung der magnetischen Eigenschaften wurden bei einem wie zuvor beschrieben hergestellten Magnetkern die Leiterdrähte ausgebohrt und der Kern für sich nach seinem magnetischen Verhalten untersucht. Dichtemessungen ergaben, daß die Mikrolamellen bis zu einem Packungsfaktor von ungefähr 89% zusammengepreßt worden waren. Der Magnetkern hatte eine magnetische Induktion von 12,5 Kilogauß wenn das angelegte Magnetfeld 50 Oersted hatte, und 14,2 Kilogauß bei einem Magnetfeld von IQO Oersted. Bei 15 Kilogauß betrugen die Eisenverluste 13 Watt pro Kilogramm. Diese Eigenschaften sind erheblich besser als bei lameliierten Magnetkernen.In order to evaluate the magnetic properties, the conductor wires were used in a magnetic core produced as described above drilled out and the core examined for its magnetic behavior. Density measurements showed that the micro-lamellae compressed to a packing factor of approximately 89% had been. The magnetic core had a magnetic induction of 12.5 kilogauss when the applied magnetic field was 50 oersteds, and 14.2 kilogauss with a magnetic field of IQO Oersted. at 15 kilogauss, the iron losses were 13 watts per kilogram. These properties are considerably better than those of laminated ones Magnetic cores.
Zwar wurde im Vorstehenden die Anwendung des hydrostatischen Druckes einer Flüssigkeit beschrieben, doch können auch andere Verfahren verwendet werden, beispielsweise die isostatische Verdichtungstechnik mit Hilfe eines trockenen Beutels. Weiterhin werden für die Mikrolamellen normalerweise keine besonderen Bindemittel benötigt. Beim Auftreten starker Fliehkräfte oder bei der Anwendung niedrigerer isostatischer Drücke kann jedoch ein Bindemittel von Vorteil sein. Ein ausgezeichnetes Bindemittel stellt Kaliumsilikat in einem wässrigen Mittel dar, das hervorragende Ergebnisse erzielt. Wenn ein Bindemittel verwendet wird, so muß dieses seine Bindewirkung ausüben können, ohne den magnetischen Teilchen eine übermäßige Dicke zu verleihen, was die Packungsdichte des Magnetmateriales ansich erniedrigen würde. Die üblicherweise mit Eisenpulver verwendeten Bindemittel zum Beispiel, wie Karbowachs und organische Kunstharze, sind hierfür unbrauchbar, weil ihre Schichtdicke zu groß ist und eine zu starke Reduzierung der Packungsdichte ergibt.In the above, the application of the hydrostatic Pressure of a liquid is described, but other methods can also be used, for example isostatic Compaction technique with the help of a dry bag. Furthermore, there are usually no special ones for the micro-lamellas Binder required. If strong centrifugal forces occur or if lower isostatic pressures are used, however, a binder would be beneficial. An excellent binder is potassium silicate in an aqueous medium, the excellent Results achieved. If a binder is used, it must be able to exert its binding effect without the magnetic one To give particles an excessive thickness, which would lower the packing density of the magnetic material itself. The binders commonly used with iron powder, for example, such as carbowax and organic synthetic resins, are for this unusable because their layer thickness is too great and results in too great a reduction in the packing density.
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Für den Fall, daß die Verwendung eines Magnetkernes mit geformten Mikrolamellen in der fertigen Statoranordnung eine zu hohe Reluktanz ergibt, kann es notwendig sein, auf einem in der zuvor beschriebenen Weise hergestellten Massekern zur Verringerung der Reluktanz ein gewickeltes Joch aufzubringen, beispielsweise außen auf dem Massekern ein Band magnetischen Materiales aufzuwickeln. In the event that the use of a magnetic core with molded Micro-lamellas in the finished stator arrangement are too high Reluctance results, it may be necessary on one of the previously described manner to apply ground core to reduce the reluctance a wound yoke, for example Wind a tape of magnetic material on the outside of the earth core.
In der Praxis wird hierfür ein dünnes Band aus magnetischem Material zu einem Zylinderrohr gewickelt und als erstes in den Druck übertragenen Behälter eingesetzt. Sodann folgen wie zuvor die Statorspule, der Dorn und sodann die zwischen dem Bandzylinder und dem Dorn eingefüllten Mikrolaraellen. Durch Verdichtung mittels einer unter Druck gesetzten Flüssigkeit wird die gesamte Anordnung dann zu einem einheitlichen Magnetkern vereinigt.In practice, this is done by wrapping a thin strip of magnetic material around a cylinder tube and inserting it first into the Pressure transferred container used. This is followed, as before, by the stator coil, the mandrel and then the one between the belt cylinder and microla larvae filled into the mandrel. Through compression by means of a pressurized liquid, the entire arrangement is then combined to form a unitary magnetic core.
Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß in Hinsicht sowohl auf die Leiterdrähte als auch auf den Magnetkern beträchtliche Einsparungen erzielt werden, da praktisch alle Luftspalte beseitigt werden und eine höhere Materialdichte erzielt wird als bei der Verwendung von geschichteten Lamellen und anschließend wie bei einem üblichen Motor aufgebrachten Wicklungen. Zusätzlich zu den Einsparungen an Material und Arbeitszeit wird ein verbessertes Betriebsverhalten erzielt, das darin besteht, daß bei wesentlich verringerten Eingangsleistungen größere Leistungen abgegeben oder umgekehrt bei gleichen Eingangsleistungen größere Ausgangsleistungen abgegeben werden. From the foregoing it can be seen that considerable savings are made in terms of both the conductor wires and the magnetic core can be achieved because practically all air gaps are eliminated and a higher material density is achieved than when using of layered lamellas and then applied windings as in a conventional motor. In addition to the Savings in material and labor is achieved an improved performance, which consists in that at substantially Reduced input powers deliver greater powers or, conversely, with the same input powers, greater output powers are emitted.
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