EP0065612B1

EP0065612B1 - Application of core plates to magnetic circuits

Info

Publication number: EP0065612B1
Application number: EP82100009A
Authority: EP
Inventors: Ferenc Dipl.-Ing. Kocsis; Endre Dipl.-Ing. László
Original assignee: HIRADASTECHNIKAI ANYAGOK GYARA
Current assignee: HIRADASTECHNIKAI ANYAGOK GYARA
Priority date: 1981-05-22
Filing date: 1982-01-04
Publication date: 1985-11-06
Also published as: FI70488B; FI70488C; FI821751A0; EP0065612A3; ATE16432T1; HU186411B; DE3267201D1; EP0065612A2

Abstract

1. Magnetic circuits composed of wastelessly cut pieces of sheet material, characterized in that the pieces of sheet material are cut and composed in such a way that in all cross-section of the single legs and yokes of the magnetic circuits directed vertically to the flow direction nearly the same magnetic induction occurs.

Description

Die Erfindung betrifft aus abfallfrei geschnittenen Blechstücken zusammengesetzte Magnetkreise.The invention relates to magnetic circuits composed of pieces of sheet metal cut without waste.

Es sind Transformatoren und Induktionsspulen bekannt (CH-A-572 266), bei denen eine optimale Ausnutzung des Bleches durch abfallarmes Stanzen der für den Aufbau des Eisenkerns erforderlichen Lamellen angestrebt wird, wobei insbesondere die magnetisch nicht beanspruchten Eckenteile des die Wicklung umschliessenden Mantels materialsparend genutzt werden und gleichzeitig auch erreicht wird, dass der durch die Stossfugen verursachte Streufluss relativ gering ist.Transformers and induction coils are known (CH-A-572 266), in which an optimal utilization of the sheet is aimed at by low-waste punching of the slats required for the construction of the iron core, the corner parts of the sheath enclosing the winding, in particular, being used in a material-saving manner and at the same time it is achieved that the leakage flux caused by the butt joints is relatively low.

Diese bekannte Konstruktion ist jedoch nicht nur relativ kompliziert aufgebaut, indem sie stufenförmige Absätze an dem Kern und dem Mantelteil erfordert sowie besondere Einschnitte an den Ecken der Mantelteile, um das Ziel der Materialeinsparung zu erreichen, sondern bietet auch keine optimale Leitung der magnetischen Induktionslinien.However, this known construction is not only of relatively complex construction, requiring step-like shoulders on the core and the jacket part and special incisions at the corners of the jacket parts in order to achieve the goal of saving material, but also does not offer optimal guidance of the magnetic induction lines.

Ähnliche Nachteile treten bei dem aus der HU-PS 174852 bekannten Verfahren zum Ausschneiden von Kernblechen auf, bei dem zwar kein Abfall entsteht, jedoch die Leitung der magnetischen Induktionslinien nicht optimal ist, weil das Kernblech diesbezüglich überflüssiges Material enthält.Similar disadvantages occur in the process known from HU-PS 174852 for cutting out core sheets, in which no waste occurs, but the conduction of the magnetic induction lines is not optimal because the core sheet contains unnecessary material in this regard.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, bei aus abfallfrei geschnittenen Blechstükken zusammengesetzten Magnetkreisen die Kernbleche so auszubilden, dass die Bleche nicht nur abfallos ausgestanzt werden, sondern auch kein Material aufweisen, das für die Leitung der magnetischen Induktionslinien überflüssig ist.The object of the invention is therefore to design the core sheets in magnetic circuits composed of waste-free cut pieces of sheet metal so that the sheets are not only punched out without waste, but also have no material which is superfluous for the conduction of the magnetic induction lines.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Blechstücke derart geschnitten und zusammengesetzt sind, dass in allen senkrecht zur Flussrichtung verlaufenden Querschnitten der einzelnen Schenkel und Joche der Magnetkreise annähernd gleiche magnetische Induktion herrscht.This object is achieved according to the invention in that the sheet metal pieces are cut and assembled in such a way that there is approximately the same magnetic induction in all cross sections of the individual legs and yokes of the magnetic circuits which are perpendicular to the direction of flow.

Dieser Lösungsvorschlag geht von einem EI-Kernblech, wie es heutzutage überwiegend zur Herstellung der Eisenkerne verwendet wird, aus. Wenn ein solches Blech an den Ecken und an dem in der Symmetrielinie des mittleren Schenkels liegenden Teil abgerundet bzw. abgeschnitten würde, würde eine ideale Leitung der magnetischen Induktionslinien erreicht werden. Gleichzeitig aber würde dieses Format den erheblichen Nachteil mit sich bringen, dass die krummen Umrisse und die spitzen Teile der Bleche einen erheblichen Fertigungsaufwand erfordern. Daher werden die Krümmungen entlang der geraden Linien abgeschnitten, wodurch für Einphasentransformatoren wie auch für Dreiphasentransformatoren eine Leitung der magnetischen Induktionslinien erhalten wird, die annähernd ideal ist und darüber hinaus auch materialsparend.This proposed solution is based on an EI core sheet, as is mainly used today for the production of iron cores. If such a sheet were rounded off or cut off at the corners and on the part lying in the line of symmetry of the middle leg, an ideal conduction of the magnetic induction lines would be achieved. At the same time, however, this format would have the considerable disadvantage that the crooked outlines and the pointed parts of the sheets require considerable manufacturing effort. The curvatures are therefore cut off along the straight lines, as a result of which a line of magnetic induction lines is obtained for single-phase transformers as well as for three-phase transformers, which line is approximately ideal and, moreover, also saves material.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein bezüglich der Leitung der magnetischen Induktionslinien ideales Kernblechstück,
Fig. 2 die erfindungsgemäss abgewandelte Formgebung des Blechstückes von Fig. 1,
Fig. 3 eine Darstellung von zusammengelegten Blechstücken eines Einphasentransformators,
Fig. 4 und 5 eine schematische Darstellung des ausgeschnittenen Streifens der Blechstücke nach Fig. 3,
Fig. 6 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemässen Dreiphasenmagnetkreises und
Fig. 7, 8 und 9 eine schematische Darstellung des Ausschneidens der Blechstreifen für den Dreiphasenmagnetkreis von Fig. 6.

The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing. Show it:

1 is an ideal core sheet metal piece with respect to the conduction of the magnetic induction lines,
2 shows the shape of the sheet metal piece of FIG. 1 modified according to the invention,
3 shows a representation of folded sheet metal pieces of a single-phase transformer,
4 and 5 is a schematic representation of the cut strip of the sheet metal pieces of FIG. 3,
Fig. 6 shows the schematic structure of a three-phase magnetic circuit according to the invention and
7, 8 and 9 is a schematic representation of the cutting out of the metal strips for the three-phase magnetic circuit of Fig. 6th

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist bei der Ausführung des Einphasentransformators mit EI-Kernblech die gestrichelte Fläche überflüssig. In der Zeichnung sind der Grundabstand a und die Abstände 2a und 3a, die üblicherweise bei der Anfertigung der Blechstücke des Kerns berücksichtigt werden, eingezeichnet. Wird das EI-Kernblech gemäss Fig. 1 ohne Abfall ausgeschnitten, so wird - die gestrichelten Teile inbegriffen - eine Fläche von 2a x 3a = 6a² beansprucht. Davon beträgt die Grösse der überflüssigen (gestrichelten) Fläche 2a² (1-}): Diese überflüssige Fläche entspricht 7,5% der Gesamtfläche.As can be seen from FIG. 1, the dashed area is superfluous when the single-phase transformer is designed with an EI core sheet. The basic distance a and the distances 2a and 3a, which are usually taken into account when producing the sheet metal pieces of the core, are shown in the drawing. If the EI core sheet according to FIG. 1 is cut out without waste, an area of 2a x 3a = 6a ^{2 is} claimed - including the dashed parts. The size of the superfluous (dashed) area is 2a ² (1-}): This superfluous area corresponds to 7.5% of the total area.

Da die Herstellung eines solchen Bleches mit an den Ecken und an dem in der Symmetrielinie der mittleren Schenkel befindlichen Abrundungen einen verhältnismässig grossen Fertigungsaufwand erfordert, werden die Ecken, wie aus der Darstellung von Fig. 2 ersichtlich, abgeschnitten. Mit dem ohne Abfall ausgeschnittenen Blechstück nach Fig. 1 verglichen, lässt sich, dasselbe Bemessungsverhältnis vorausgesetzt, eine Fläche von 16,7% einsparen.Since the production of such a sheet with roundings located at the corners and at the roundings in the symmetry line of the middle legs requires a relatively large manufacturing effort, the corners are cut off, as can be seen from the illustration in FIG. 2. When compared with the sheet metal piece cut out without waste according to FIG. 1, an area of 16.7% can be saved, provided the same dimensioning ratio is used.

Aus den abfallfrei ausschneidbaren Teilen lässt sich ein annähernd idealer Magnetkreis aus zwei Stücken der Teile 2 mit dem Format eines gleichschenkeligen Trapezes und einem Stück des Teiles 3 mit dem Format X bilden. In den Fig. 4 und 5 wird das Ausschneiden des Streifens gezeigt. Auf diese Weise lässt sich der gesamte Magnetkreis aus drei verschiedenen, insgesamt fünf Blechstücken aufbauen.An approximately ideal magnetic circuit can be formed from the waste-free cut parts from two pieces of part 2 with the format of an isosceles trapezoid and a piece of part 3 with the format X. 4 and 5 the cutting of the strip is shown. In this way, the entire magnetic circuit can be constructed from three different, a total of five pieces of sheet metal.

Die Gestaltung des Dreiphasenmagnetkreises ist in Fig. 6 dargestellt. In diesem Fall wird der Magnetkreis auf die übliche Weise abfallfrei aus den Blechstücken I zusammengestellt wobei der Materialbedarf

beträgt.The design of the three-phase magnetic circuit is shown in Fig. 6. In this case, the magnetic circuit is assembled in the usual manner from the sheet metal pieces I without waste, with the material requirement

is.

Die Fläche des überflüssigen gestrichelten Teils beträgt

Auf diese Weise können

an Material eingespart werden.The area of the superfluous dashed part is

That way you can

material saved.

Die Elemente des erfindungsgemässen Magnetkreises können aus den Materialstreifen gemäss den Fig. 7 bis 9 ausgeschnitten werden, wobei der Magnetkreis aus den beiden Blechstücken 4, die die Form eines langgestreckten M aufweisen, zwei Blechstücken 5 in Form von gleichschenkeligen Trapezen und dem I-förmigen Blechstück 6 besteht, d.h. aus insgesamt fünf Einheiten.The elements of the magnetic circuit according to the invention can be cut out from the material strips according to FIGS. 7 to 9, the magnetic circuit consisting of the two sheet metal pieces 4, which have the shape of an elongated M, two sheet metal pieces 5 in the form of isosceles trapezoids and the I-shaped sheet metal piece 6 exists, ie from a total of five units.

Gegenüber dem aus der eingangs genannten ungarischen Patentschrift bekannten Verfahrensweise lässt sich mit der hier beschriebenen Konstruktion eine Materialersparnis von 5 bis 35% erreichen. Wird beispielsweise die in jener Druckschrift beschriebene dreiphasige Konstruktion mit der Konstruktion nach Fig. 6 verglichen, so lässt sich feststellen, dass bei der Gestaltung eines Transformators mit dem gleichen Eisenkernquerschnitt und Wicklungsraum um 15% weniger Blechmaterial benötigt wird. Die Materialersparnis wird grundsätzlich dadurch ermöglicht, dass über das abfallfreie Ausschneiden des Materials hinaus ein von überflüssigen Materialteilen freier Magnetkreis geschaffen wird.Compared to the procedure known from the Hungarian patent mentioned at the outset, the construction described here can achieve a material saving of 5 to 35%. If, for example, the three-phase construction described in that publication is compared with the construction according to FIG. 6, it can be seen that when designing a transformer with the same iron core cross section and winding space, 15% less sheet material is required. The material saving is fundamentally made possible by creating a magnetic circuit free of unnecessary material parts in addition to the waste-free cutting of the material.

Für den Zusammenbau der Transformatoren wird vorgeschlagen, das an sich bekannte Schweissverfahren zu verwenden, und zwar an vier Kanten, an der Stossstelle der aus den Blechstücken 1 (Fig. 3) und Blechstücken 4 (Fig. 6) bestehenden Blechpakete des Kerns. Insbesondere bei kleineren Abmessungen kann der Zusammenhalt mit einem lösbaren Band oder mittels Rahmen und Schrauben erfolgen.For the assembly of the transformers, it is proposed to use the welding method known per se, namely on four edges, at the abutment point of the core core consisting of the sheet metal pieces 1 (FIG. 3) and sheet metal pieces 4 (FIG. 6). In the case of smaller dimensions in particular, they can be held together with a releasable band or with a frame and screws.

Die Vorteile der hier beschriebenen Konstruktion sind folgende:

Verglichen mit den bekannten lamellenförmigen Magnetkreisen ist der Materialaufwand wesentlich geringer. Die für die Herstellung benötigten Werkzeuge sind infolge der einfachen Blechstückformen ebenfalls einfach, wobei das Ausschneiden der Bleche im wesentlichen nur ein Zerschneiden ist. Infolge der Tatsache, dass der Magnetkreis aus mehreren Blechstücken zusammengesetzt wird, weisen die zur Verwendung kommenden Blechstücke kleine Abmessungen auf, so dass auch die benötigten Werkzeuge und Stanzmaschinen kleiner sind als die für die Herstellung der herkömmlichen El- oder M-Kernbleche benötigten.

The advantages of the construction described here are as follows:

Compared to the known lamellar magnetic circuits, the material expenditure is significantly lower. The tools required for the production are also simple due to the simple sheet metal shapes, the cutting out of the sheets being essentially only a cutting. As a result of the fact that the magnetic circuit is composed of a plurality of sheet metal pieces, the sheet metal pieces used are of small dimensions, so that the tools and punching machines required are also smaller than those required for the production of the conventional El or M core sheets.

Die hier beschriebenen Blechstücke und Magnetkreise können in innerhalb weiter Grenzen liegenden Massverhältnissen hergestellt werden, wodurch die den ungarischen und den DIN-Normen entsprechenden Kernblechgrundrissmasse eingehalten werden können. Diese Tatsache ist im Hinblick auf die Austauschbarkeit der Teile und auch den Import und Export von Transformatoren wichtig.The sheet metal pieces and magnetic circuits described here can be manufactured in proportions within wide limits, which means that the core sheet base dimensions corresponding to the Hungarian and DIN standards can be maintained. This fact is important with regard to the interchangeability of parts and also the import and export of transformers.

Zwar bedeutet die Tatsache, dass der hier beschriebene Magnetkreis aus fünf Blechstücken zusammengesetzt ist, eine gewisse Komplizierung des Zusammenbaus und der Montage, jedoch lassen sich die dadurch bedingten nachteiligen Auswirkungen weitgehend durch die Gestaltung entsprechender Schablonen auf ein Mindestmass beschränken.Although the fact that the magnetic circuit described here is composed of five pieces of sheet metal means a certain complication of assembly and assembly, the disadvantageous effects caused by this can largely be reduced to a minimum by the design of corresponding templates.

Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl die einheimischen als auch die ausländischen Kernbleche ab EI 130 aufwärts sowie die M-Mass-Serie mit einem sich aus dem Wicklungsfenster ergebenden Abfall hergestellt werden. Bei Anwendung der hier beschriebenen Konstruktion der Magnetkreise kann bei diesen Typen nicht nur die oben erwähnte Ersparnis von 16,7% erzielt werden, sondern ein viel höherer Wert, nämlich etwa 40 bis 50%. Bei einem angenommenen Verbrauch von etwa 500 Tonnen Transformatorblechen/ Jahr zur Herstellung von Kernblechen oberhalb EI 130 lässt sich somit eine Materialersparnis von etwa 225 Tonnen erreichen.It should be noted that both the domestic and the foreign core sheets from EI 130 upwards as well as the M-Mass series are manufactured with waste resulting from the winding window. When using the construction of the magnetic circuits described here, not only the above-mentioned savings of 16.7% can be achieved with these types, but a much higher value, namely about 40 to 50%. With an assumed consumption of about 500 tons of transformer sheets / year for the production of core sheets above EI 130, a material saving of about 225 tons can be achieved.

Bei der Herstellung von beleuchtungstechnischen Hochleistungsdrosselspulen lässt sich, ein Verbrauch von 500 Tonnen Dynamoblech/Jahr vorausgesetzt, eine Ersparnis von etwa 200 Tonnen erreichen, da auch hier neben den überflüssigen Materialteilen mit einem sich aus dem Wicklungsfenster ergebenden Abfall gerechnet werden muss.In the production of high-performance lighting choke coils, assuming a consumption of 500 tons of dynamo sheet / year, savings of around 200 tons can be achieved, since here too, in addition to the superfluous material parts, waste that results from the winding window must be expected.

Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele und Blechstückformen dienen nur als Beispiel; es sind zahlreiche abweichende Lösungen möglich.The exemplary embodiments and sheet metal forms shown in the drawings serve only as examples; numerous different solutions are possible.

Claims

1. Magnetic circuits composed of wastelessly cut pieces of sheet material, characterized in that the pieces of sheet material are cut and composed in such a way that in all cross-sections of the single legs and yokes of the magnetic circuits directed vertically to the flow direction nearly the same magnetic induction occurs.

2. Magnetic circuit according to claim 1, characterized in that each level of the sheet material of a single-phase transformator consists of two pieces of sheet material (1), being arranged outside, the legs valve lying opposite to one another having the configuration of a longitudinal M; of two pieces of sheet material (2) positioned between the outer legs of the several M-figured pieces of sheet material (1) having the configuration of an isosceles trapezoid; and of a piece of sheet material positioned between the middle legs of the several M-configured pieces of sheet material (1) having the configuration of two of the trapezoidal configured pieces of sheet material which are connected to one another at their upper edges.

3. Magnetic circuit according to claim 1, characterized in that each of the levels of the sheet material of a triple-phase transformator consists of two pieces of sheet material (4) being positioned outside with their legs opposite to one another having the configuration of a longitudinally extending half M; of two pieces of sheet material (5) positioned between the legs of the several pieces of sheet material (4) having the configuration of half of a M, which pieces of sheet material (5) having the configuration of an isosceles trapezoid; and of an I-configured piece of sheet material (6) connecting the centers of the two pieces of sheet material (4) to the configuration of half of a M.