DE3322136A1 - Method for producing magnetic cores for transformers and inductor coils with high rated powers - Google Patents

Method for producing magnetic cores for transformers and inductor coils with high rated powers

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Abstract

In order to construct such magnetic cores, an existing magnetic preferred direction in the iron laminates which are stacked one on top of the other is normally matched to the operating magnetic field. In accordance with the method according to the invention, the magnetic core is composed of laminates which have no texture, initially have no magnetic preferred direction and have abutment points arranged in any desired manner, and the complete magnetic core is annealed at a temperature below the Curie temperature, while a magnetic field which is spatially identical to the operating magnetic field is induced therein. In consequence, in iron cores which are produced in accordance with the method according to the invention, the magnetic preferred direction in each individual core cross-section is virtually completely matched to the direction of the magnetic lines of force which occur there.

Description

Verfahren zur Herstellung von Magnetkernen für Trans-Process for the production of magnetic cores for trans-

formatoren und Drosselspulen mit großen Nennleistungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nagnetkernen mit dem Betriebsmagnetfeld angepaßter magnetischer Vorzugsrichtung aus aufeinandergeschichteten Eisenblechen für Transformatoren und Drossel spulen.formators and reactors with high power ratings The invention relates to a method for producing magnetic cores with the operating magnetic field adapted magnetic preferred direction from stacked iron sheets for transformers and reactors.

Für derartige Einrichtungen vorgesehene Kerne werden üblicherweise aus übereinander angeordneten Lagen von Blechen geschichtet. Insbesondere bei größeren Transformatoren wie bei Leistungstransformatoren werden für die Schenkel und Joche bildenden Teile des Transformators getrennte Pakete gebildet. Transformatorkerne dieser Aufbauart sind bekannt aus der DE-OS 22 52 165 sowie der DE-PS 975 473.Cores intended for such devices are usually layered from layers of metal sheets arranged one on top of the other. Especially with larger ones Transformers like power transformers are used for the legs and yokes forming parts of the transformer formed separate packages. Transformer cores this type of construction are known from DE-OS 22 52 165 and DE-PS 975 473.

Bei den meisten bekannten Transformatörkernen weisen die Haupt- und Seitenschenkel und die Joche einheitlichen Rechteck- oder Kreisquerschnitt auf. Um an den Stoßstellen der Bleche entsprechenden Lagen der verschiedenen Blechpakete optimale MagnetfluBbedingungen zu erreichen, sind an den Stoßstellen vorzugsweise über das ganze Paket gleiche Schnittwinkel für die Bleche vorgesehen, die bei dem Transformatorkern gemäß der DE-PS 975 473 450 betragen und die bei dem Transformatorkern gemäß der DE-OS 22 52 165 sich von diesem Winkel unterscheiden, wenn die Blechbreiten der an den Stoßstellen aneinander anstoBenden Bleche unterschiedlich sind. Insbesondere bei dem Transformatorkern gemäß der DE-OS 22 52 165 besteht jede Lage des Hauptschenkelpaketes aus zwei nebeneinander angeordneten Blechen, wobei sich die jeweiligen längeren Seiten in Längsrichtung des Schenkels gegenüberliegen.Most of the known transformer cores have the main and Side legs and the yokes have a uniform rectangular or circular cross-section. In order to have the corresponding layers of the various laminations at the joints between the sheets To achieve optimal magnetic flux conditions are preferred at the joints Over the whole package the same cutting angle is provided for the sheets that are used in the Transformer core according to DE-PS 975 473 450 and that of the transformer core according to DE-OS 22 52 165 differ from this angle when the sheet widths of the sheets abutting one another at the joints are different. In particular in the transformer core according to DE-OS 22 52 165 there is every layer of the main leg package made of two sheets of metal arranged next to each other, the longer ones being pages opposite in the longitudinal direction of the leg.

Des weiteren sind bei diesem bekannten Transformatorkern benachbarte Blechlagen sich überlappend ausgebildet, so daß aufeinanderfolgende Blechlagen zwar die gleiche grundsätzliche Ausbildung haben, jedoch um 1800 gegeneinander gedreht sind.Furthermore, in this known transformer core, there are adjacent Sheet metal layers formed overlapping, so that successive sheet metal layers have the same basic training, but turned around 1800 against each other are.

Erhebliche Schwierigkeiten bei der optimalen Anpassung der magnetischen Vorzugsrichtung des im Kern vorhandenen Werkstoffes bei der Anpassung an das Betriebsmagnetfeld ergeben sich jedoch dann, wenn der Hauptschenkel und das Joch bzw. ein Seitenschenkel und das Joch sich im Querschnittstyp unterscheiden. Wenn beispielsweise der Hauptschenkel im wesentlichen Kreisquerschnitt und das Joch im wesentlichen nicht Kreisquerschnitt hat. Würde über den gesamten Kernquerschnitt ein gleicher Schnittwinkel verwendet werden, so ergäben sich bei diesen Verhältnissen erhebliche Uberstände zwischen einander anstoßenden Blechen einer Lage, wodurch sich nachteilig ungünstige Magnetflußeigenschaften ergeben würden. Um dies zu vermeiden, müßten also in Anlehnung an die Lehre der DE-OS 22 52 165 die Schnittwinkel in jeder Lage so optimal neu bestimmt werden, daß keinerlei Überstände entstehen, d.h.Considerable difficulty in optimally matching the magnetic Preferred direction of the material present in the core when adapting to the operating magnetic field arise, however, when the main leg and the yoke or a side leg and the yoke differ in cross-sectional type. For example, if the main leg essentially circular cross-section and the yoke essentially not circular cross-section Has. The same cutting angle would be used over the entire core cross-section , under these conditions there would be considerable overhangs between mutually abutting sheets of a layer, which disadvantageously results in unfavorable magnetic flux properties would result. In order to avoid this, one would have to follow the teaching of the DE-OS 22 52 165 the cutting angle can be optimally redefined in each position, that no protrusions arise, i.e.

daß der Flußübergang jeweils optimal ist. Nachteilig dabei ist jedoch, daß für jede Lage, an der die Bleche von einem Streifenmaterial abtrennenden Einrichtungen die Schnittwinkel neu eingestellt werden müssen, wodurch die Herstellung der Einzelbleche umständlich und zeitraubend und dadurch unwirtschaftlich wird.that the flow transition is always optimal. The disadvantage here is, however, that for each position at which the metal sheets are separated from a strip material the cutting angles have to be readjusted, thereby reducing the production of the individual sheets cumbersome and time-consuming and therefore uneconomical.

Durch die DE-PS 28 56 522 ist auch schon ein Transformatorkern für einen Dreiphasen-Transformator bekannt, bei dem die Hauptkernschenkel die Seitenkanten einer dreiseitigen Säule darstellen und bei der die Hauptkernschenkel mit ihren abgebogenen Enden sternförmig zusammengeführte Joche bilden. Auch bei dieser Anordnung bilden jedoch die im allgemeinen mit der Walzrichtung der eingesetzten Bleche identischen magnetischen Vorzugsrichtungen an den Stoßstellen der Bleche scharfe Abknickungen, denen die im Betrieb auftretenden Magnetlinien mindestens im Bereich der Blechstoßstellen nicht folgen. Auch bei dieser Anordnung wird daher nicht an allen Kernstellen die an sich gewünschte gute Übereinstimmung des Verlaufes der magnetischen Vorzugsrichtung und der Magnetfeldlinien erreicht.DE-PS 28 56 522 already has a transformer core for a three-phase transformer is known in which the main core limbs are the side edges represent a three-sided column and in which the main core limbs with their Formed bent ends star-shaped merged yokes. Even with this arrangement however, form the generally with the rolling direction used Sheets have identical preferred magnetic directions at the joints between the sheets sharp bends, which the magnetic lines occurring during operation at least do not follow in the area of the sheet metal joints. In this arrangement too, therefore not at all core points the desired good consistency of the course the preferred magnetic direction and the magnetic field lines achieved.

Durch die DE-AS 15 38 227 wird vorgeschlagen, die Textur, d.h. die magnetische Vorzugsrichtung bei Transformatorkernen im Bereich der Blechstoßstellen durch mechanische Beanspruchung zu zerstören und dadurch den quer zur Walzrichtung in den eingesetzten Blechen vorhandenen magnetischen Widerstand zu verringern. Dadurch wird zwar die Umlenkung des Nagnetfeldes im Bereich der Stoßkanten der Kernbleche erleichtert, d.h. der magnetische Widerstand in diesem Bereich herabgesetzt, wobei jedoch der Widerstand insgesamt infolge der in diesem Bereich fehlenden magnetischen Vorzugsrichtung größer ist als er in Verfolgung einer vorhandenen Textur sein könnte.DE-AS 15 38 227 proposes the texture, i.e. the Magnetic preferred direction for transformer cores in the area of the sheet metal joints to be destroyed by mechanical stress and thereby the transverse to the rolling direction to reduce the magnetic resistance present in the sheets used. Through this is the deflection of the magnetic field in the area of the abutting edges of the core sheets facilitated, i.e. reduced the magnetic resistance in this area, whereby however, the overall resistance due to the lack of magnetic in this area Preferred direction is greater than it could be in the pursuit of an existing texture.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zur Herstellung von Magnetkernen zu zeigen, deren magnetische Vorzugsrichtung an allen Kernquerschnitten, insbesondere auch im Bereich von Kernblechschnittkanten, dem auftretenden Betriebsmagnetfeld angepaßt ist.The invention is therefore based on the object of a way of production of magnetic cores to show their preferred magnetic direction at all core cross-sections, especially in the area of core sheet metal cut edges, the operating magnetic field that occurs is adapted.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für Magnetkerne der eingangs genannten Art durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Magnetkern aus zunächst keine magnetische Vorzugsrichtung aufweisenden texturlosen amorphen Blechen mit beliebig angeordneten Stoßstellen zusammengesetzt ist und daß der komplette Magnetkern bei einer Temperatur unterhalb der Curie- Temperatur geglüht wird, während ein dem Betriebsmagnetfeld räumlich gleiches Magnetfeld in ihm erzeugt ist, und daß der Magnetkern bei anliegendem Magnetfeld abgekühlt ist, bis die Formierung stabilisiert ist.According to the invention, this object for magnetic cores is the one mentioned at the beginning Kind solved by a method, which is characterized in that the magnetic core from textureless amorphous ones that initially have no preferred magnetic direction Sheets is assembled with randomly arranged joints and that the complete Magnetic core at a temperature below the Curie temperature is annealed while a magnetic field spatially identical to the operating magnetic field in it is generated, and that the magnetic core has cooled down when the magnetic field is applied, until the formation is stabilized.

Durch diese Glühung bei anstehendem Magnetfeld werden die Domänenwände im Nagnetkernwerkstoff an allen Stellen auf das tatsächlich vorhandene Magnetfeld ausgerichtet und nach Abschluß der Glühung in dieser Lage quasi eingefroren. Durch die so erfolgte Formierung des Magnetkernwerkstoffes unmittelbar durch das dem Betriebsmagnetfeld räumlich gleiche Magnetfeld deckt sich am fertigen Magnetkern die magnetische Vorzugsrichtung an jeder Stelle praktisch vollkommen mit der Richtung der Magnetfeldlinien.This annealing when a magnetic field is present creates the domain walls in the magnet core material at all points on the actually existing magnetic field aligned and virtually frozen in this position after annealing is complete. By the formation of the magnetic core material that takes place in this way is directly caused by the operating magnetic field spatially identical magnetic field corresponds to the preferred magnetic direction on the finished magnetic core at every point practically perfectly with the direction of the magnetic field lines.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung bestehen darin, daß mindestens eine das nachgebildete Betriebsmagnetfeld während der Glühung in den Magnetkern induzierende Hilfwicklung aus blanken Metallprofilen gewickelt ist, mitgeglüht wird und dabei an der Erregerspannung liegt, wobei die Glühung in einem inerten Gas bei ca. 4000C erfolgt.Advantageous design features of the invention consist in that at least one the simulated operating magnetic field during the annealing in the auxiliary winding inducing the magnetic core is made of bare metal profiles, is also annealed and is due to the excitation voltage, the annealing in one inert gas takes place at approx. 4000C.

Zur weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit sind die den Magnetkern bildenden Eisenbleche zu Blechpaketen zusammengefaßt, die an den Stoßstellen abwechselnd Stege und Nuten bilden und die Kernteile nach Art miteinander verzinkter Balken mechanisch zusammenhalten.For the further development of the method according to the invention and for The iron sheets forming the magnetic core are an improvement in economic efficiency combined to sheet metal stacks, the webs and grooves alternating at the joints form and hold the core parts together mechanically like beams galvanized together.

Während der Aufheizphase wird dem Eisenkern zweckmäßig zusätzlich oder ausschließlich über ein Magnetwechselfeld Energie zugeführt, und ist zur Vereinfachung der das während der Glühung vorhandene Magnetfeld erzeugenden Hilfswicklung das von dieser induzierte Magnetfeld schwächer als das Betriebsmagnetfeld Zur Gewährleistung einer mechanisch sicheren Aufstellung des Eisenkernes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die während der Glühung den Eisenkern umfassende Hilfswicklung in radialer Richtung gegen den Eisenkern verkeilt und dient dadurch gleichzeitig als Bandage für den lamellierten Eisenkern.During the heating phase, the iron core is also expediently or energy supplied exclusively via an alternating magnetic field, and is for the sake of simplicity which generate the magnetic field that is present during the annealing process Auxiliary winding To ensure that the magnetic field induced by this is weaker than the operating magnetic field a mechanically safe installation of the iron core for carrying out the invention The auxiliary winding encompasses the iron core during the annealing process radial direction wedged against the iron core and thereby serves at the same time as Bandage for the laminated iron core.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch insofern sehr vorteilhaft als die Verarbeitung von an sich texturlosen Werkstoffen, beispielsweise auch von amorphen Eisenwerkstoffen, im Ergebnis zu Magnetkernen führt, deren Textur vollständig an möglicherweise räumlich sehr unregelmäßige Formen aufweisende Magnetfelder angepaßt ist.The method according to the invention is also very advantageous in this respect than the processing of inherently textureless materials, for example also of amorphous ferrous materials, as a result, leads to magnetic cores, the texture of which is complete adapted to possibly spatially very irregular shapes having magnetic fields is.

Darüber hinaus sind beim Zuschneiden der zum Magnetkern zusammengesetzten Blechteile keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen zur Erhaltung einer beispielsweise eingewalzten Textur erforderlich, weil diese ohnehin erst nach dem vollständigen Zusammenbau des Eisenkernes in jedes einzelne Teil eingeprägt wird0 8 PatentansprücheIn addition, when cutting the assembled magnetic core Sheet metal parts do not take any special precautions to maintain an example Rolled-in texture required, because this anyway only after the complete Assembly of the iron core is stamped into each individual part

Claims (8)

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Magnetkernen mit dem etriebsmagnetfe ld angepaßter magnetischer Vorzugsrichtung aus aufeinandergeschichteten Eisenblechen für Transformatoren und Drossel spulen mit großen Nennleistungen, dadurch gekennzeichnet, - daß der Magnetkern aus zunächst keine magnetische. Vorzugsrichtung aufweisenden, texturlosen amorphen Blechen mit beliebig angeordneten Stoßstellen zusammengesetzt ist, - daß der komplette Magnetkern bei einer Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur geglüht wird, während ein dem Betriebsmagnetfeld räumlich gleiches Magnetfeld in ihm erzeugt ist, und - bei anliegendem Magnetfeld abgekühlt ist, bis die Formierung stabilisiert ist.Claims 1. A method for producing magnetic cores with Magnetic preferred direction adapted to the drive magnet field from stacked Iron sheets for transformers and choke coils with large power ratings, thereby - that the magnetic core is initially not a magnetic one. Preferred direction having, textureless amorphous sheets with randomly arranged joints is composed, - that the complete magnetic core at a temperature below the Curie temperature is annealed, while a spatially equal to the operating magnetic field Magnetic field is generated in it, and - when the magnetic field is applied, it has cooled down until the formation is stabilized. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß mindestens eine das Betriebsmagnetfeld während der Glühung in den Magnetkern induzierende Hilfawicklung aus blanken Metallprofilen gewickelt ist, mitgeglüht wird und dabei an Erregerspannung liegt.2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that at least one operating magnetic field during the annealing in the magnetic core inducing auxiliary winding is wound from bare metal profiles, also annealed and is due to the excitation voltage. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Glühung in einem inerten Gas bei ca. 4000C erfolgt.3. The method according to claim 1 and 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h e t that the annealing takes place in an inert gas at approx. 4000C. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, da d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die den Magnetkern bildenden Eisenbleche zu Blechpaketen zusammengefaßt sind, die an den Stoßstellen abwechselnd Stege und Nuten bilden und die Kernteile nach Art miteinander verzinkter Balken mechanisch zusammenhalten.4. The method according to claim 1 to 3, since d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the iron sheets forming the magnetic core are combined into laminated cores are that alternately form ridges and grooves at the joints and the core parts hold together mechanically in the manner of galvanized beams. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß dem Eisenkern wähend der Aufheizphase zusätzlich über ein Magnetwechselfeld Energie zugeführt wird.5. The method according to claim 1 to 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the iron core also has an alternating magnetic field during the heating phase Energy is supplied. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das während der Glühung in den Eisenkern induzierte Magnetfeld schwächer ist als das Betriebsmagnetfeld.6. The method according to claim 1 to 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the magnetic field induced in the iron core during annealing is weaker than the operating magnetic field. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die während der Glühung den Eisenkern umfassende Hilfswicklung in radialer Richtung gegen den Eisenkern verkeilt ist und gleichzeitig als Bandage für den lamellierten Eisenkern dient.7. The method according to claim 1 to 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the auxiliary winding surrounding the iron core during annealing is wedged in the radial direction against the iron core and at the same time as a bandage serves for the laminated iron core. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die zur Glühung erforderliche Wärme sowie das währenddessen anliegende Magnetfeld auf gleiche Art und Weise aus einer gemeinsamen Energiequelle dem Magnetkern zugeführt sind.8. The method according to claim 1 to 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the heat required for annealing as well as that which is applied during this time Magnetic field in the same way from a common energy source to the magnetic core are supplied.
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