EP2237290A1 - Verfahren zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule sowie Kern/Spulen-Konfiguration - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule sowie Kern/Spulen-Konfiguration Download PDF

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EP2237290A1
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coil
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support material
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0213—Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s)
    • H01F41/0226—Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s) from amorphous ribbons

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a core / coil configuration of a transformer or a choke coil and finds particular in transformers with amorphous core material, eg. B. dry transformers with amorphous core sheet, application. Furthermore, the invention relates to a core / coil configuration.
  • amorphous core material eg. B. dry transformers with amorphous core sheet
  • Amorphous materials are used as transformer core materials to achieve a great reduction of operating losses in the transformer core .
  • Amorphous metals are principally characterized by an absence of a periodically repeating structure at the atomic level, i. H. by the absence of the crystal lattice, which gives the crystalline metal parts the characteristic character.
  • the noncrystalline, amorphous structure is obtained by rapid cooling of a molten alloy of suitable composition. Due to the rapid cooling, the alloy does not form a crystalline state but assumes a metastable, non-crystalline structure representative of the liquid phase from which she has formed. Due to the absence of the crystalline atomic structure, amorphous alloys are often referred to as "glassy” alloys. "
  • the DE 36 90 625 C2 in this context, teaches passing a core through the window of a transformer coil: "Of particular importance is the insertion stage, which must be performed with great care to avoid permanently deforming the core from its annealed configuration after the core is inserted into the coil window That is, if the core is not accurately returned to its annealed shape, mechanical stresses are introduced during insertion, and if significant stresses are left behind after insertion, then the low core loss characteristic passing through the core material of amorphous metal will result is not achieved. "
  • the invention has for its object to provide a method for producing a core / coil configuration of a transformer or a choke coil, which ensures that the good electrical properties of amorphous core material are maintained.
  • a compressible support material is pressed into a rigid frame
  • the side leg length of the support material corresponds to the defined desired distance between the core and coil and the side leg length of the frame is smaller than the side leg length of the support material
  • the pre-assembly between the core and coil are introduced and that in a third step, the rigid frame is removed from the support material, so that supports between the core and coil are formed.
  • the object is achieved in terms of the core / coil configuration according to the invention by a core / coil configuration of a transformer or a choke coil having a coil of rectangular cross section and a core of amorphous core material of rectangular cross section, wherein a support between each side surface of the core and each side surface the coil is arranged.
  • the achievable with the present invention consist in particular in the fact that on the one hand the desired distance between coil and core is met exactly and clearance and that on the other hand only a relatively low pressure is applied to the core, so that the good electrical properties, in particular the low core losses, to be kept.
  • pre-assembly are first prepared in a separate step, then that the core is provisionally fixed within the coil by using these pre-assembly and that finally takes place a conversion of the pre-assembly into permanently introduced supports.
  • a pre-assembly in which the compressible support material 4 is pressed / pressed into the rigid frame 5.
  • the pre-assembly unit 6 created in this way results in a peripheral edge bead 14 of the support material 4, which has the width c, where c ⁇ a-b, whereby the width c of this edge bead 14 naturally depends primarily on the difference a-b.
  • an additional component for the width c results due to the compression of the support material 4 within the frame 5.
  • a lateral section through a core / coil configuration equipped with pre-assembly units is shown. It is a centrally located core 2, z. B. transformer core, with a rectangular, preferably square cross-section to recognize, which consists of an amorphous core material, for. B. layered core sheets, is constructed. A coil 3 with rectangular cross-section, z. B. a transformer coil, surrounds this core 2 in a symmetrical manner.
  • a pre-assembly unit 6, 7, 8, 9 is introduced between each of the four side surfaces of the core 2 and the coil 2.
  • the circumferential edge bead 14 of each pre-assembly unit 6, 7, 8, 9 results in a pre-centering / fixing of the core 2 within the coil 3.
  • Fig. 1 For explanation of the arrangement which follows the third step, a lateral section through a core / coil configuration is shown.
  • the core 2 by means of four in a symmetrical manner between the side surfaces of the core 2 and the coil 3 arranged supports 10, 11, 12, 13 - respectively the compressible support material 4 according to the FIGS. 2, 3 correspondingly - permanently held, without that inadmissibly high compressive forces are exerted on the core 2 and without that a game between coil 3, the supports 10, 11, 12, 13 and the core 2 would result.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem ersten Schritt zur Bildung von Vormontageeinheiten (6, 7, 8, 9) ein kompressibles Abstützmaterial (4) in einen starren Rahmen (5) eingedrückt wird, wobei die Seitenschenkellänge (a) des Abstützmaterials (4) dem definierten gewünschten Abstand zwischen Kern (2) und Spule (3) entspricht und die Seitenschenkellänge (b) des Rahmens (5) kleiner als die Seitenschenkellänge des Abstützmaterials (4) ist, dass in einem zweiten Schritt die Vormontageeinheiten (6, 7, 8, 9) zwischen Kern (2) und Spule (3) eingebracht werden und dass in einem dritten Schritt der starre Rahmen (5) vom Abstützmaterial (4) entfernt wird, so dass Abstützungen (10, 11, 12, 13) zwischen Kern (2) und Spule (3) gebildet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule und findet insbesondere bei Transformatoren mit amorphem Kernmaterial, z. B. Trockentransformatoren mit amorphem Kernblech, Anwendung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kern/Spulen-Konfiguration.
  • Es ist allgemein bekannt, Transformatorsspulen gegenüber dem Transformatorkern mechanisch abzustützen. Bei Verwendung von amorphem Kern-Material ist eine feste Abstützung der Transformatorspulen gegenüber dem Transformatorkern ungünstig, weil das Kernmaterial auf mechanischen Druck durch Erhöhung der Verluste reagiert.
  • Aus der DE 36 90 625 C2 sind ein Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit aus einem magnetischen Kern aus amorphem Metall und einer Spulenstruktur für einen elektrischen Transformator sowie ein elektrischer Transformator bekannt. Zu der mit amorphem Kernmaterial bestehenden Problematik wird insbesondere auf Spalte 1, Zeile 30 - Spalte 2, Zeile 16 dieses Dokuments hingewiesen: "Da die Kosten elektrischer Energie weiter steigen, haben sich Verringerungen im Kernverlust als zunehmend wichtig bei dem Entwurf aller Größen elektrischer Transformatoren erwiesen.
  • Aus diesem Grund werden amorphe Materialien als Transformatorkernmaterialien benutzt, um eine starke Verminderung der Betriebsverluste beim Transformatorkern zu erzielen.....Amorphe Metalle sind prinzipiell durch eine Abwesenheit einer sich periodisch wiederholenden Struktur auf dem Atomniveau charakterisiert, d. h. durch die Abwesenheit des Kristallgitters, das den kristallinen Metallteilen das charakteristische Gepräge gibt. Die nichtkristalline, amorphe Struktur wird durch rasches Abkühlen einer geschmolzenen Legierung geeigneter Zusammensetzung erhalten.....Aufgrund des raschen Abkühlens bildet die Legierung keinen kristallinen Zustand, sondern nimmt eine metastabile, nichtkristalline Struktur an, die repräsentativ für die flüssige Phase ist, aus der sie sich gebildet hat. Aufgrund der Abwesenheit der kristallinen Atomstruktur werden amorphe Legierungen häufig als "glasartige" Legierungen bezeichnet."
  • Die DE 36 90 625 C2 behandelt in diesem Zusammenhang das Hindurchführen eines Kernes durch das Fenster einer Transformatorspule: "Von besonderer Bedeutung ist die Einführungsstufe, die mit großer Sorgfalt ausgeführt werden muss, um ein permanentes Deformieren des Kernes aus seiner geglühten Konfiguration zu vermeiden, nachdem der Kern in das Spulenfenster eingeführt worden ist. D. h., wenn der Kern nicht genau in seine geglühte Gestalt zurückgeführt wird, werden während des Einführens mechanische Spannungen eingeführt. Bleiben nach dem Einführen deutliche Spannungen zurück, dann wird die Eigenschaft geringen Kernverlustes, die durch das Kernmaterial aus amorphem Metall geboten wird, nicht erreicht."
  • Aus der DE 36 45 282 C2 sind ein Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns und ein danach erhaltener gewickelter Transformatorkern bekannt, wobei die vorstehend erläuterte Problematik in gleicher Art und Weise behandelt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule anzugeben, welches sicherstellt, dass die guten elektrischen Eigenschaften von amorphem Kernmaterial aufrechterhalten bleiben.
  • Des Weiteren soll eine Kern/Spulen-Konfiguration angegeben werden.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt zur Bildung von Vormontageeinheiten ein kompressibles Abstützmaterial in einen starren Rahmen eingedrückt wird, wobei die Seitenschenkellänge des Abstützmaterials dem definierten gewünschten Abstand zwischen Kern und Spule entspricht und die Seitenschenkellänge des Rahmens kleiner als die Seitenschenkellänge des Abstützmaterials ist, dass in einem zweiten Schritt die Vormontageeinheiten zwischen Kern und Spule eingebracht werden und dass in einem dritten Schritt der starre Rahmen vom Abstützmaterial entfernt wird, so dass Abstützungen zwischen Kern und Spule gebildet werden.
  • Die Aufgabe wird hinsichtlich der Kern/Spulen-Konfiguration erfindungsgemäß gelöst durch eine Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule mit einer Spule von rechteckförmigem Querschnitt und einem Kern amorphen Kernmaterials von rechteckigem Querschnitt, wobei eine Abstützung zwischen jeder Seitenfläche des Kerns und jeder Seitenfläche der Spule angeordnet ist.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass einerseits der gewünschte Abstand zwischen Spule und Kern exakt und spielfrei eingehalten wird und dass andererseits nur ein relativ geringer Druck auf den Kern aufgebracht wird, so dass die guten elektrischen Eigenschaften, insbesondere die geringen Kernverluste, beibehalten werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen seitlichen Schnitt durch eine Kern/Spulen-Konfiguration,
    Fig. 2
    die separaten Bauteile einer Vormontageeinheit,
    Fig. 3
    eine Vormontageeinheit,
    Fig. 4
    einen seitlichen Schnitt durch eine mit Vormontageeinheiten bestückte Kern/Spulen-Konfiguration.
  • Das Wesentliche an der Erfindung ist darin zu sehen, dass zunächst in einem separaten Schritt Vormontageeinheiten hergestellt werden, dass anschließend der Kern innerhalb der Spule durch Einsatz dieser Vormontageeinheiten vorläufig fixiert wird und dass abschließend eine Wandlung der Vormontageeinheiten in dauerhaft eingebrachte Abstützungen erfolgt.
  • In Fig. 2 sind zunächst die separaten Bauteile einer Vormontageeinheit dargestellt. Eine Vormontageeinheit besteht aus folgenden Bauteilen:
    • einem kompressiblen Abstützmaterial 4, vorzugsweise einem Vierkantprofil, mit einer Seitenschenkellänge a und
    • einem starren, z. B. aus Stahl gebildeten Rahmen 5, vorzugsweise einem U-Profil, mit einer Seitenschenkellänge b, wobei gilt b < a.
  • In Fig. 3 ist eine Vormontageeinheit dargestellt, bei welcher das kompressible Abstützmaterial 4 in den starren Rahmen 5 eingedrückt/eingepresst ist. Bei der derart geschaffenen Vormontageeinheit 6 ergibt sich ein umlaufender Randwulst 14 des Abstützmaterials 4, welcher die Breite c aufweist, wobei gilt c ≥ a - b, wobei die Breite c dieses Randwulstes 14 natürlich primär von der Differenz a - b abhängig ist. Sekundär ergibt sich gegebenenfalls noch eine zusätzliche Komponente für die Breite c aufgrund des Zusammendrückens des Abstützmaterials 4 innerhalb des Rahmens 5.
  • Zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule
    1. 1) wird in einem ersten Schritt zur Bildung der unter den Figuren 2 und 3 erwähnten Vormontageeinheiten 6 das kompressible Abstützmaterial 4 in den starren Rahmen 5 eingedrückt/eingepresst, wobei die Seitenschenkellänge a des Abstützmaterials 4 dem definierten gewünschten Abstand zwischen Kern 2 und Spule 3 eines Transformators oder einer Drosselspule entspricht,
    2. 2) werden in einem zweiten Schritt mehrere Vormontageeinheiten 6, 7, 8, 9 zwischen Kern 2 und Spule 3 eingebracht und
    3. 3) wird in einem dritten Schritt der starre Rahmen 5 vom Abstützmaterial 4 entfernt, so dass bleibende Abstützungen 10, 11, 12, 13 zwischen Kern 2 und Spule 3 gebildet werden.
  • In Fig. 4 ist zur Erläuterung des zweiten Schrittes ein seitlicher Schnitt durch eine mit Vormontageeinheiten bestückte Kern/Spulen-Konfiguration dargestellt. Es ist ein zentral angeordneter Kern 2, z. B. Transformatorkern, mit einem rechteckigen, vorzugsweise quadratischem Querschnitt zu erkennen, welcher aus einem amorphen Kernmaterial, z. B. geschichteten Kernblechen, aufgebaut ist. Eine Spule 3 mit rechteckförmigem Querschnitt, z. B. eine Transformatorspule, umgreift diesen Kern 2 in symmetrischer Art und Weise. Für die vorläufige Abstützung zwischen Kern 2 und Spule 3 ist zwischen jeder der vier Seitenflächen des Kerns 2 und der Spule 2 je eine Vormontageeinheit 6, 7, 8, 9 eingebracht. Durch den umlaufenden Randwulst 14 einer jeden Vormontageeinheit 6, 7, 8, 9 ergibt sich eine Vorzentrierung/Fixierung des Kerns 2 innerhalb der Spule 3.
  • In Fig. 1 ist zur Erläuterung der sich nach dem dritten Schritt einstellenden Anordnung ein seitlicher Schnitt durch eine Kern/Spulen-Konfiguration dargestellt. Wie zu erkennen ist, wird der Kern 2 mittels vier in symmetrischer Art und Weise zwischen den Seitenflächen des Kerns 2 und der Spule 3 angeordneter Abstützungen 10, 11, 12, 13 - jeweils dem kompressiblen Abstützmaterial 4 gemäß den Figuren 2, 3 entsprechend - dauerhaft gehalten, ohne dass dabei unzulässig hohe Druckkräfte auf den Kern 2 ausgeübt werden und ohne dass sich dabei ein Spiel zwischen Spule 3, den Abstützungen 10, 11, 12, 13 und dem Kern 2 ergeben würde.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kern/Spulen-Konfiguration
    2
    Kern aus amorphem Kernmaterial
    3
    Spule
    4
    kompressibles Abstützmaterial (Vierkantprofil)
    5
    starrer Rahmen (U-Profil)
    6
    Vormontageeinheit
    7
    Vormontageeinheit
    8
    Vormontageeinheit
    9
    Vormontageeinheit
    10
    Abstützung
    11
    Abstützung
    12
    Abstützung
    13
    Abstützung
    14
    umlaufender Randwulst
    a
    Seitenschenkellänge des Abstützmaterials 4 = definierter gewünschter Abstand zwischen Kern 2 und Spule 3
    b
    Seitenschenkellänge des Rahmens 5
    c
    Breite des Randwulstes 14

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt zur Bildung von Vormontageeinheiten (6, 7, 8, 9) ein kompressibles Abstützmaterial (4) in einen starren Rahmen (5) eingedrückt wird, wobei die Seitenschenkellänge (a) des Abstützmaterials (4) dem definierten gewünschten Abstand zwischen Kern (2) und Spule (3) entspricht und die Seitenschenkellänge (b) des Rahmens (5) kleiner als die Seitenschenkellänge des Abstützmaterials (4) ist, dass in einem zweiten Schritt die Vormontageeinheiten (6, 7, 8, 9) zwischen Kern (2) und Spule (3) eingebracht werden und dass in einem dritten Schritt der starre Rahmen (5) vom Abstützmaterial (4) entfernt wird, so dass Abstützungen (10, 11, 12, 13) zwischen Kern (2) und Spule (3) gebildet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vierkantprofil (4) als kompressibles Abstützmaterial (4) verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein U-Profil als starrer Rahmen (5) verwendet wird.
  4. Nach einem der Ansprüche 1 - 3 hergestellte Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule mit einer Spule (3) von rechteckförmigem Querschnitt und einem Kern (2) amorphen Kernmaterials von rechteckigem Querschnitt, wobei eine Abstützung (10, 11, 12, 13) zwischen jeder Seitenfläche des Kerns (2) und jeder Seitenfläche der Spule (3) angeordnet ist.
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