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Patent Searching and Data


Title:
MAGNETIC CORE WITH YOKE LIMB
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/129491
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a magnetic yoke (1) for a transformer, which comprises a core limb (10), around which a winding (12) is wound, and a yoke limb (20), which is oriented parallel to the core limb (10) and is connected to the core limb (10) via yokes (60) so as to form a closed magnetic path. The yoke limb (20) is also assembled from a multiplicity of lamination stacks (21) oriented parallel to one another and adjacently to one another, the lamination stack widths of which form a cross-sectional area of the yoke limb (20). The lamination stacks (21) are offset in relation to one another in such a way that a geometric centroid (S) of the cross-sectional area is shifted relative to a lamination stack centre (M) of a middle lamination stack (23) in the direction (R) of the core limb (10).

Inventors:
FINDEISEN JÖRG (DE)
Application Number:
EP2018/084609
Publication Date:
July 04, 2019
Filing Date:
December 12, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (80333, DE)
International Classes:
H01F3/02; H01F27/245
Domestic Patent References:
WO1999016092A11999-04-01
Foreign References:
EP3018664A12016-05-11
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Magnetkern (1) für einen Transformator, umfassend:

- einen Kernschenkel (10), um welchen eine Wicklung (12) gewickelt ist;

- einen Rückschlussschenkel (20), welcher parallel zum Kernschenkel (10) ausgerichtet und mit dem Kernschenkel (10) über Joche (60, 60') einen geschlossenen magneti schen Pfad ausbildend verbunden ist;

- wobei der Rückschlussschenkel (20) aus einer Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteter und aneinander liegender Blechpakete (21) zusammengesetzt ist, deren Blechpaketbreiten eine Querschnittsfläche (27) des Rückschlussschenkels (20) ausbilden; und

- wobei die Blechpakete (21) derart zueinander versetzt sind, dass ein geometrischer Flächenschwerpunkt (S) der Querschnittsfläche (27) gegenüber einer Blechpaketmitte (M) eines mittleren Blechpakets (23) in Richtung (R) des Kernschenkels (10) verschoben ist.

2. Magnetkern (1) nach Anspruch 1, wobei die Blechpakete (21) derart zueinander versetzt sind, dass Blechpaketmitten äuße rer Blechpakete (22) gegenüber Blechpaketmitten innerer

Blechpakete (22') in Richtung (R) des Kernschenkels (10) ver schoben sind.

3. Magnetkern (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Blechpakete (21) derart zueinander versetzt sind, dass Blechpaketmitten der Blechpakete (21) des Rückschlussschen kels (20) auf einer krummlinigen Kurve liegen, welche bezogen auf die Mitte des mittleren Blechpakets (23) oder der mittle ren Blechpakete (23) achsensymmetrisch ist.

4. Magnetkern (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Blechpakete (21) derart zueinander verschoben sind, dass wicklungsseitige Enden (24) äußerer Blechpakete (22) gegen über wicklungsseitigen Enden (24) innerer Blechpakete (22') in Richtung (R) des Kernschenkels (10) und einer Krümmung ei- ner Außenkontur (14) der Wicklung (12) folgend verschoben sind .

5. Magnetkern (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rückschlussschenkel (20) eine Presseinrichtung zum Zusam menpressen der Blechpakete (21) umfasst, wobei die Pressein richtung mindestens zwei Presseinheiten (30, 40) umfasst, von denen eine erste Presseinheit (30) alle Blechpakete (21) des Rückschlussschenkels (20) zusammenpresst, und eine zweite Presseinheit (40) nur eine Teilmenge der Blechpakete (21) des Rückschlussschenkels (20) zusammenpresst.

6. Magnetkern (1) nach Anspruch 5, wobei eine innenliegende Teilmenge der Blechpakete (21) des Rückschlussschenkels (20) geteilt ausgeführt ist, wobei die Teilung einen ersten Press bereich (32), auf welchen die erste Presseinheit (30) mit ei ner Presskraft einwirkt, und einen vom ersten Pressbereich (32) räumlich getrennten zweiten Pressbereich (42), auf wel chen die zweite Presseinheit (40) mit einer Presskraft ein wirkt, erzeugt, wobei eine einen Kühlkanal bildende Lücke (28) an einem Übergang zwischen den geteilten Blechpaketen (21') ausgebildet ist, wobei sich die Lücke (28), im Quer schnitt betrachtet, senkrecht zu den Blechpaketen (21, 21') erstreckt .

7. Magnetkern (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest eine Presseinheit (30, 40) als Bandage (34, 44) oder Spannband ausgeführt ist, welche den zugehörigen Press bereich (32, 42) umspannt.

8. Magnetkern (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest eine Presseinheit (30, 40) einen Pressbolzen (37, 47) aufweist, welcher zwei außenseitig am Rückschlussschenkel (20) anliegende und einander gegenüberliegende Presselemente, vorzugsweise Pressbalken (36, 46), auf den Rückschlussschen kel (20) presst.

9. Magnetkern (1) nach Anspruch 8, wobei zumindest eine

Presseinheit (30, 40) mit längs des Rückschlussschenkels (20) angeordneten Pressbalken (36, 46) versehen ist und diese Pressbalken (36, 46) aus einem metallischen Material gefer tigt und wicklungsseitig mit einer eine elektrische Abschir mung bildenden runden Abschlussfläche (39) versehen sind, wo bei der Abstand der Abschlussfläche (39) zur Außenkontur (14) der Wicklung (12) gleich oder kleiner als der Abstand eines außenliegenden Blechpakets (21) zur Außenkontur (14) der Wicklung ist.

10. Magnetkern (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kernschenkel (10) eine Vielzahl von Blechpaketen (16) um fasst, welche parallel zu den Blechpaketen (21) des Rück schlussschenkels (20) ausgerichtet sind, wobei eine innenlie gende Teilmenge der Blechpakete (16) des Rückschlussschenkels (20) geteilt ausgeführt ist, wobei die Teilung derart er folgt, dass zwischen den geteilten Blechpakten (16') eine ei nen Kühlkanal bildende Lücke (18) ausgebildet ist, welche sich senkrecht zu den Blechpaketen (16, 16') erstreckt.

11. Magnetkern (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anzahl der durch die Blechpakete (21) des Rückschluss schenkels (20) gebildeten Stufen von der Anzahl der durch die Blechpakete des Kernschenkels (10) gebildeten Stufen ab weicht .

12. Transformator (100), umfassend einen Magnetkern (1) nach einem der vorherigen Ansprüche.

13. Transformator (100) nach Anspruch 12, wobei der Transfor mator (100) ein den Magnetkern (1) umgebendes Transformator gefäß (110) mit zwei gegenüberliegenden Innenwänden (114) um fasst, zwischen denen sich der Rückschlussschenkel (20) zu mindest teilweise befindet und wobei der Rückschlussschenkel (20) über zwei gegenüberliegenden, jeweils seitlich an dem Rückschlussschenkel (20) anliegenden Presselementen, bevor- zugt Pressbalken (36, 46), an den Innenwänden (114) stützend anliegt .

14. Transformator (100) nach Anspruch 13, wobei das Transfor- matorgefäß eine Ausbuchtung (112) umfasst, in welche der

Rückschlussschenkel (20) zumindest teilweise hineinragt und in welcher die beiden gegenüberliegenden Innenwände (114) an geordnet sind. 15. Transformator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche

13 bis 14, wobei zumindest zwei gegenüberliegende Abstützele mente (120) auf den Presselementen positioniert sind, welche mit der jeweiligen Innenwand (114) und mit den Presselemen ten, bevorzugt Pressbalken (36, 46), des Rückschlussschenkels (20) in Kontakt stehen und den Rückschlussschenkel (20) zwi schen den Innenwänden (114) stützen.

Description:
Beschreibung

Magnetkern mit Rückschlussschenkel

Die Erfindung betrifft einen Magnetkern mit Rückschlussschen kel und einen Transformator mit einem solchen Magnetkern.

Aus dem Bereich der elektrischen Energieverteiltechnik sind Transformatoren bekannt, bei denen der Eisenkern aus in einer Ebene liegenden Schenkeln sowie aus oberen und unteren Joch balken besteht, die die Schenkel verbinden. Die Schenkel kön nen von Wicklungen umschlossen sein, welche gegeneinander und gegen Erde isoliert sind. Um die bei Kurzschluss auftretenden radialen Wicklungskräfte einfach zu beherrschen, werden für Leistungstransformatoren der beschriebenen Art Wicklungen mit kreisförmigen Spulen bevorzugt, welche auf die Schenkel des Transformatorkerns aufgesetzt werden. Um für den Kernschenkel einen hohen Füllfaktor, d. h. eine optimale Füllung des kreisförmigen Querschnitts der Wicklung mit magnetischem Ma terial, zu erreichen, wird der Querschnitt der Schenkel übli cherweise kreisförmig mit mehrfach abgestuftem Rand ausge führt .

Zudem sind Magnetkerne für Transformatoren bekannt, welche einen oder mehrere mit einer Wicklung versehene und gestufte Schenkel und Rückschlussschenkel aufweisen. Die Rückschluss schenkel sind dabei ebenfalls gestuft ausgeführt und weisen einen angenähert ellipsenförmigen bzw. ovalen Querschnitt auf .

Bekannt sind weiterhin Magnetkerne, bei denen die Blechpakete des Rückschlussschenkels eine einheitliche Blechbreite auf weisen, oder bei denen der Rückschlussschenkel nicht gestuft ausgeführt ist.

Die Aufgabe besteht darin, einen Magnetkern mit einem Rück schlussschenkel mit einem geringeren Kernblechbedarf bereit zustellen . Erfindungsgemäß wird ein Magnetkern für einen Transformator zur Verfügung gestellt, welcher einen Kernschenkel umfasst, um welchen eine Wicklung gewickelt ist. Ferner umfasst der Magnetkern einen Rückschlussschenkel, welcher parallel zum Kernschenkel ausgerichtet und mit dem Kernschenkel über Joche einen geschlossenen magnetischen Pfad ausbildend verbunden ist. Der Rückschlussschenkel ist dabei aus einer Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteter und aneinander liegender Blechpakete zusammengesetzt, deren Blechpaketbreiten eine Querschnittsfläche des Rückschlussschenkels ausbilden. Die Blechpakete sind derart zueinander versetzt, dass ein geomet rischer Flächenschwerpunkt der Querschnittsfläche gegenüber einer Blechpaketmitte eines mittleren Blechpakets in Richtung des Kernschenkels verschoben ist.

Mit „in Richtung des Kernschenkels" ist die Richtung der Ver bindungslinie zwischen den Mitten des Kernschenkels und des Rückschlussschenkels festgelegt.

Ein wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Lösung liegt da rin, dass aufgrund der Stufung der Blechpakete des Rück schlussschenkels bei Abkehr von einem kreisförmigen, ellip senförmigen oder ovalen Querschnitt des Rückschlussschenkels durch die Verschiebung des Flächenschwerpunktes in Richtung Kernschenkel ein reduzierter magnetischer Pfad erzielt wird, verglichen mit herkömmlichen Magnetkernen mit kreisförmigem oder ovalem Querschnitt des Rückschlussschenkels. Demzufolge verringert sich das erforderliche Kernblechmaterial und das Gesamtgewicht des Magnetkerns lässt sich reduzieren. Die Ver minderung des Kernblechmaterials führt in vorteilhafter Weise auch zu einer Reduzierung der Ummagnetisierungsverluste.

Transformator steht hier stellvertretend für eine elektrische Induktionseinrichtung und umfasst beispielsweise auch Strom begrenzungsdrosseln .

Bevorzugt sind die Blechpakete derart zueinander versetzt, dass Blechpaketmitten äußerer Blechpakete gegenüber Blechpa- ketmitten innerer Blechpakete in Richtung des Kernschenkels verschoben sind. Dadurch wird von Blechpaket zu Blechpaket nach außen gehend, d. h. von Stufe zu Stufe, ein verringerter magnetischer Pfad erzielt. Dadurch wird auch der gesamte ge mittelte magnetische Pfad reduziert und weiteres Kernblechma terial eingespart.

Vorzugsweise sind die Blechpakete derart zueinander versetzt, dass Blechpaketmitten der Blechpakete des Rückschlussschen kels auf einer krummlinigen Kurve liegen, welche bezogen auf die Mitte des mittleren Blechpakets oder der mittleren Blech pakete achsensymmetrisch sind. Somit können die Blechpakete beispielsweise einer krummlinigen Außenkontur einer Wicklung folgend sein. Es kann somit eine Optimierung der Reduktion des magnetischen Pfads bei vorgegebener Außenkontur der Wick lung um den Kernschenkel erzielt werden.

Bevorzugt sind die Blechpakete derart zueinander verschoben, dass wicklungsseitige Enden äußerer Blechpakete gegenüber wicklungsseitigen Enden innerer Blechpakete in Richtung des Kernschenkels und einer Krümmung einer Außenkontur der Wick lung folgend verschoben sind. Somit kann ein fester minimaler Abstand zur Wicklung, welcher zur Isolation notwendig ist, eingehalten werden bei gleichzeitiger optimaler Reduktion des magnetischen Pfads und somit des Kernblechbedarfs.

Vorzugsweise umfasst der Rückschlussschenkel eine Pressein richtung zum Zusammenpressen der Blechpakete, wobei die

Presseinrichtung mindestens zwei Presseinheiten umfasst, von denen eine erste Presseinheit alle Blechpakete des Rück schlussschenkels zusammenpresst, und eine zweite Presseinheit nur eine Teilmenge der Blechpakete des Rückschlussschenkels zusammenpresst. Durch die Stufung der Blechpakete können mit tels der Aufteilung in mindestens zwei Presseinheiten die je weiligen gestuften, zueinander verschobenen Blechpakete ge zielter zusammengepresst werden, so dass sich insgesamt eine bessere Presswirkung erzielen lässt. Bevorzugt ist eine innenliegende Teilmenge der Blechpakete des Rückschlussschenkels geteilt ausgeführt. Die Teilung er zeugt einen ersten Pressbereich, auf welchen die erste Press einheit mit einer Presskraft einwirkt, und einen vom ersten Pressbereich räumlich getrennten zweiten Pressbereich, auf welchen die zweite Presseinheit mit einer Presskraft ein wirkt. Infolge der Teilung wird eine einen Kühlkanal bildende Lücke an einem Übergang zwischen den geteilten Blechpaketen ausgebildet, wobei sich die Lücke, im Querschnitt betrachtet, senkrecht zu den Blechpaketen erstreckt. Da dieser Kühlkanal von den inneren Stirnseiten der Blechpakete umgrenzt ist, kann die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kernmaterials in Längs richtung ausgenutzt werden. Dies ermöglicht einen höheren Ab stand zwischen Kühlkanälen und somit eine Gesamtreduktion der Kühlkanäle. Es sind keine Kühlkanäle parallel zur Schichtung der Blechpakete erforderlich. Damit sinkt der Volumenbedarf für Kühlkanäle und der Füllfaktor des Magnetkerns kann erhöht werden .

Bevorzugt ist zumindest eine Presseinheit als Bandage oder Spannband ausgeführt, welche den zugehörigen Pressbereich um spannt. Dies entspricht einer besonders effektiven und ein fach zu implementierende Presseinheit, welche besonders ge eignet für die vorliegenden gestuften Blechpakete ist.

Vorzugsweise weist zumindest eine Presseinheit einen Press bolzen auf, welcher zwei außenseitig am Rückschlussschenkel anliegende und einander gegenüberliegende Presselemente, vor zugsweise Pressbalken, auf den Rückschlussschenkel presst. Hierdurch kann vorteilhaft eine definierte Presskraft erzielt werden .

Bevorzugt ist zumindest eine Presseinheit mit längs des Rück schlussschenkels angeordneten Pressbalken versehen und diese Pressbalken sind aus einem metallischen Material gefertigt und wicklungsseitig mit einer eine elektrische Abschirmung bildenden runden Abschlussfläche versehen. Vorzugsweise ist der Abstand der Abschlussfläche zur Außenkontur der Wicklung gleich oder kleiner als der Abstand eines außenliegenden Blechpakets zur Außenkontur der Wicklung. Dadurch lässt sich bei Wicklungen mit hohen Spannungen die elektrische Feldstär ke an den Kernecken verringern und es ist keine zusätzliche Erhöhung des Abstandes der äußeren Blechpakete zur Wicklung erforderlich .

Vorzugsweise umfasst der Kernschenkel eine Vielzahl von

Blechpaketen, welche parallel zu den Blechpaketen des Rück schlussschenkels ausgerichtet sind, wobei eine innenliegende Teilmenge der Blechpakete des Rückschlussschenkels geteilt ausgeführt ist, wobei die Teilung derart erfolgt, dass zwi schen den geteilten Blechpakten eine einen Kühlkanal bildende Lücke ausgebildet ist, welche sich senkrecht zu den Blechpa keten erstreckt. Hierbei ergeben sich ähnliche Vorteile wie für die geteilten Kühlkanäle im Rückschlussschenkel, siehe oben .

Bevorzugt weicht die Anzahl der durch die Blechpakete des Rückschlussschenkels gebildeten Stufen von der Anzahl der durch die Blechpakete des Kernschenkels gebildeten Stufen ab. Vorzugsweise ist die Anzahl der gebildeten Stufen des Rück schlussschenkels geringer.

Vorzugsweise ist zumindest eines der Joche aus einer Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteter Blechpakete zusammen gesetzt welche derart zueinander versetzt sind, dass ein geo metrischer Flächenschwerpunkt der Querschnittsfläche des Jochs in Richtung der Wicklung verschoben ist. Der magneti sche Pfad wird dadurch weiter reduziert.

Bevorzugt sind die Kühlkanäle des Rückschlussschenkels und oder des Kernschenkels senkrecht zur Schichtrichtung angeord net und durch Teilung einer Teilmenge der Blechpakete gebil det. Bevorzugt weist dabei die Anzahl der derart gebildeten Kühlkanäle im Rückschlussschenkel von der Anzahl der Kühlka näle im die Wicklung tragenden Kernschenkel ab. Ferner wird ein Transformator vorgeschlagen, welcher einen Magnetkern nach einem der vorherigen Ausführungen umfasst. Dieser hat die Vorteile der oben beschriebenen Ausführungs formen des Magnetkerns.

Vorzugsweise umfasst der Transformator ein Transformatorgefäß mit zwei gegenüberliegenden Innenwänden, zwischen denen sich der Rückschlussschenkel zumindest teilweise befindet und wo bei der Rückschlussschenkel über zwei gegenüberliegende, je weils seitlich an dem Rückschlussschenkel anliegenden Press elementen, bevorzugt Pressbalken, an den Innenwänden stützend anliegt. Dadurch kann der Magnetkern in dem Transformatorge fäß eingespannt werden, was gerade für Transporte besonders vorteilhaft ist.

Bevorzugt umfasst das Transformatorgefäß eine Ausbuchtung, in welche der Rückschlussschenkel zumindest teilweise hineinragt und in welcher die beiden gegenüberliegenden Innenwände ange ordnet sind. Solche eine Versteifung bildende Innenwände des Transformatorgefäßes sorgen für eine besonders stabile Arre tierung des Rückschlussschenkels und damit des Magnetkerns an der Transformatorgefäßwand, was besonders geeignet für die beim Transport auftretenden, auf den Magnetkern einwirkenden Kräfte ist.

Vorzugsweise sind zumindest zwei gegenüberliegende Abstütz elemente auf den Presselementen positioniert, welche mit der jeweiligen Innenwand und mit den Presselementen, bevorzugt Pressbalken, des Rückschlussschenkels in Kontakt stehen und den Rückschlussschenkel zwischen den Innenwänden stützen. Da durch wird eine stabile Stützung des Rückschlussschenkels er zeugt. Weiterhin ist über diese Abstützanordnung eine Abstüt zung der Innenwand des Gefäßes des Transformators auf dem Rückschlussschenkel bei Belastung der Transformatorgefäßwand durch Vakuum beim Füllprozess des Transformators möglich.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Es zeigen:

Figur 1 einen Magnetkern mit einem Rückschlussschenkel des

Standes der Technik in Querschnittsansicht,

Figur 2 einen erfindungsgemäßen Magnetkern mit einem Rück schlussschenkel in Querschnittsansicht,

Figur 3 einen erfindungsgemäßen Magnetkern mit mehreren

Kernschenkeln in perspektivischer Ansicht,

Figur 4 einen erfindungsgemäßen Magnetkern mit einem Rück schlussschenkel in Querschnittsansicht nach einer weiteren Ausführungsform,

Figur 5 einen erfindungsgemäßen Magnetkern mit einem Kern schenkel in perspektivischer Ansicht,

Figur 6 einen erfindungsgemäßen Magnetkern mit einem Rück schlussschenkel in Querschnittsansicht nach einer weiteren Ausführungsform,

Figur 7 einen erfindungsgemäßen Rückschlussschenkel in Sei tenansicht,

Figur 8 einen erfindungsgemäßen Rückschlussschenkel in Sei tenansicht nach einer weiteren Ausführungsform,

Figur 9 einen erfindungsgemäßen Transformator in

Querschnittsansicht,

Figur 10 einen erfindungsgemäßen Magnetkern in perspektivi scher Ansicht nach einer weiteren Ausführungsform, Figur 11 einen erfindungsgemäßen Magnetkern in perspektivi scher Ansicht nach einer weiteren Ausführungsform, und

Figur 12 einen erfindungsgemäßen Magnetkern mit einem Rück schlussschenkel in Querschnittsansicht nach einer weiteren Ausführungsform.

In der Figur 1 ist ein konventioneller Magnetkern 1 des Stan des der Technik in Querschnittsansicht gezeigt. Dabei ist ein Kernschenkel 10, welcher eine Wicklung 12 trägt, über ein Joch 60 mit einem Rückschlussschenkel 20 verbunden. Der Rück schlussschenkel 20 ist aus Blechpaketen 21 ausgeführt, welche gestuft sind und welche zusammengesetzt eine Querschnitts fläche ausbilden. Die Versetzung erfolgt dabei derart symmet risch, dass sich eine ellipsenförmige Querschnittsfläche ergibt. Insbesondere fällt ein Mittelpunkt M des mittleren Blechpakets mit dem Flächenschwerpunkt der Querschnittsfläche des Rückschlussschenkels 20 zusammen.

Auch der mit der Wicklung 12 versehene Kernschenkel 10 ist derartig gestuft. Hierbei ergibt sich eine weitestgehend run de Kernschenkelquerschnittsfläche 19. Der Rückschlussschenkel 20 weist dabei die gleiche Stufenzahl wie der bewickelte Kernschenkel 10 auf. Die Blechbreite der Stufen ist bevorzugt gegenüber dem bewickelten Kernschenkel deutlich reduziert (ca. 50%) . Der Abstand zwischen wicklungsseitigen Enden der Blechpakete des Rückschlussschenkels 20 und Wicklung 12 steigt kontinuierlich von inneren zu äußeren Blechpaketen 21 an. Daraus ergibt sich für alle Stufen eine gleiche mittlere magnetische Weglänge.

In der Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer Magnetkern 1 für ei nen Transformator oder noch allgemeiner für eine elektrische Induktionsvorrichtung gezeigt. Der Magnetkern 1 umfasst dabei einen Kernschenkel 10, um welchen eine Wicklung 12 gewickelt ist. Der Kernschenkel 10 ist bevorzugt aus einer Vielzahl von Blechpaketen zusammengesetzt und weist vorzugsweise eine rundförmige Kernschenkelquerschnittsfläche 19 auf, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.

Ferner umfasst der Magnetkern 1 einen Rückschlussschenkel 20, welcher parallel zum Kernschenkel 10 ausgerichtet ist. Der Rückschlussschenkel 20 ist mit dem Kernschenkel 10 über ein Joch 60 verbunden, welches hier im Querschnitt als Projektion zur Veranschaulichung dargestellt ist. Auch das Joch 60 kann dabei aus Blechpaketen zusammengesetzt sein. Mittels der Ver bindung aus Jochen 60, wobei in dieser Projektion nur ein Joch 60 sichtbar ist, Rückschlussschenkel 20 und Kernschenkel 10 ist im Betrieb des Magnetkerns 1 ein geschlossener magne tischer Pfad für einen magnetischen Fluss bereitgestellt.

Der Rückschlussschenkel 20 ist aus einer Vielzahl von paral lel zueinander ausgerichteter und aneinander liegender Blech pakete 21 zusammengesetzt. Die Blechpaketbreiten bilden eine Querschnittsfläche 27 des Rückschlussschenkels 20 aus. Die Blechpakete 21 sind derart zueinander versetzt, dass ein geo metrischer Flächenschwerpunkt S der Querschnittsfläche 27 ge genüber einer Blechpaketmitte M eines mittleren Blechpakets 23 in Richtung R des Kernschenkels 10 verschoben ist. Die Richtung R ist dabei festgelegt durch die Verbindungslinie zwischen den Mitten des Rückschlussschenkels 20 und des Kern schenkels 10. Durch die Verschiebung des Flächenschwerpunktes S wird vorteilhaft der magnetische Pfad verringert im Ver gleich zu beispielsweise Figur 1, so dass es aufgrund der in einer Flächenschwerpunktverschiebung resultierenden Stufung bei Abkehr von einem kreisförmigen oder ovalen Querschnitt des Rückschlussschenkels zu einem insgesamt verringerten mag netischen Pfad verglichen mit herkömmlichen Magnetkernen kommt. Demzufolge wird auch das erforderliche Kernblechmate rial und das Gesamtgewicht des Rückschlussschenkels 20 und somit des Magnetkerns 1 reduziert. Die Verminderung des Kern blechmaterials führt in vorteilhafter Weise auch zu einer Re duzierung der Ummagnetisierungsverluste. In einer bevorzugten Ausführungsform, wie in dieser vorlie genden Figur 2 gezeigt, sind die Blechpakete 21 derart zuei nander versetzt, dass die Blechpaketmitten äußerer Blechpake te 22 gegenüber Blechpaketmitten innerer Blechpakete 22 ' in Richtung R des Kernschenkels 10 verschoben sind, siehe hierzu beispielhaft 22 relativ zu 22', wobei dies in dieser Ausfüh rungsform paarweise für alle Blechpakete gilt. Dadurch wird vorteilhaft von Stufe zu Stufe ein geringerer magnetischer Pfad erzeugt.

Im besonderen sind bevorzugt die Blechpakete 21 derart zuei nander versetzt, dass Blechpaketmitten der Blechpakete 21 des Rückschlussschenkels 20 auf einer krummlinigen Kurve liegen, welche bezogen auf die Mitte M des mittleren Blechpakets 23 oder der mittleren Blechpakete achsensymmetrisch ist. Dadurch wird eine Krümmung erzielt, welche insbesondere passend für eine gekrümmte Außenkontur 14 der Wicklung 12 gewählt werden kann. Dadurch kann weiterhin der magnetische Pfad verringert bzw. optimiert werden. Ein Versatz 26 von benachbarten wick lungsfernen Enden 25 der Blechpakete 21 von inneren Blechpa keten 22' hin zu äußeren Blechpaketen 22 steigt dadurch an. Die Blechpaketmitten sind in der Figur 1 als Punkte ange zeigt. Diese Blechpaketmitten der Blechpakete 21 liegen auf einer krummlinigen Kurve, welche sich hin zum Kernschenkel 10 neigt, wenn der Kurvenverlauf der Mitten von inneren Blechpa keten 22' nach äußeren Blechpaketen 22 zu Grunde gelegt wird. Dadurch kann die Krümmung der Wicklung 12 nachgebildet und ein geeigneter Abstand, beispielsweise ein gleicher Abstand aller Blechpakete zur Außenkontur 14 Wicklung 12 gewahrt wer den .

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der relativen Positionie rung der Blechpakete 21 kann dadurch erzielt werden, dass die Blechpakete 21 derart zueinander versetzt sind, dass wick lungsseitige Enden 24 äußerer Blechpakete 22 gegenüber wick lungsseitigen Enden 24 innerer Blechpakete 22 ' in Richtung R des Kernschenkels 10 verschoben sind. Insbesondere folgen die wicklungsseitigen Enden 24 einer Krümmung einer Außenkontur 14 der Wicklung 12. Dies hat den Vorteil, dass ein Mindestab stand zur Wicklung 12 stets eingehalten wird.

In der Figur 3 ist in perspektivischer Ansicht ein Magnetkern 1 mit mehreren Kernschenkeln 10 gezeigt. In diesem konkreten Ausführungsbeispiel ist ein Fünfschenkelkern offenbart, wel cher drei mit einer Wicklung 12 versehene Kernschenkel 10 so wie zwei außenliegende Rückschlussschenkel 20 aufweist, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die Blechpakete 21 sind dabei wie in Figur 2 beschrieben angeordnet und relativ zueinander verschoben und in Richtung R des Kernschenkels 10 versetzt. Es ergibt sich somit eine mondsichelförmige Blech paketanordnung in den Rückschlussschenkeln. Da bei einem Fünfschenkelkern der magnetische Rückschluss nicht nur über die Joche 60, sondern auch über die beiden äußeren Rück schlussschenkel 20 erfolgt, kann wegen der daraus resultie renden Teilung des magnetischen Flusses der Querschnitt der Joche 60 deutlich geringer gewählt werden als bei den die Wicklungen 12 tragenden Kernschenkeln 10.

In der Figur 4 ist eine Querschnittsansicht eines Magnetkerns 1 gezeigt. Dabei ist die Ausrichtung der Blechpakete 21 zur Außenkontur 14, bei kreisrunden Wicklungen 12 entspricht die Außenkontur 14 dem Außendurchmesser der Wicklung, gezeigt. Eine Innenkontur 15 der Wicklung 12 wird durch den elektrisch erforderlichen Abstand zur Außenkontur des Kernschenkels 10, bevorzugt ein Kernkreis, bestimmt. Die relative Versetzung der Blechpakete 21 des Rückschlussschenkels 20 erfolgt ent sprechend dem elektrisch notwendigen Abstand zur Wicklung 12, also insbesondere zu dessen Außenkontur 14. Die wicklungssei tigen Enden 24 der Blechpakete 21 des Rückschlussschenkels 20 sind entsprechend des elektrisch erforderlichen Abstandes zum Kernschenkel 10 verschoben und bilden zumindest teilweise ei ne zum Wicklungsdurchmesser beabstandete Kurve, welche der Außenkontur 14 der Wicklung folgt, bevorzugt äquidistant ei nen Mindestabstand einhaltend folgt. In dieser beispielhaften Ausführungsform folgen die wicklungsfernen Enden 25 der bei den außenliegenden Blechpakete 21 nicht der Abstandskurve zur Wicklung 12 sondern schließen in Höhe des benachbarten Blech paketes ab, d. h. die beiden wicklungsferneren Enden 25 sind nicht versetzt zueinander. Dadurch wird die äußere elektri sche Kante hochspannungstechnisch entschärft und die mechani sche Befestigung erleichtert.

In der Figur 5 ist perspektivisch eine weitere Ausführungs form eines Magnetkerns 1 gezeigt. Dieser Magnetkern 1 weist genau einen eine Wicklung 12 tragenden Kernschenkel 12 und zwei erfindungsgemäß ausgeführte Rückschlussschenkel 20 auf. Hierbei kann der Kernschenkel 10 derart gestuft sein, dass sich eine weitgehend runde Kernschenkelquerschnittsfläche 19 ergibt, wie das auch in Figur 2 gezeigt ist.

Die Blechpakete 21 der Rückschlussschenkel 20 sind jeweils nach außen in steigendem Maße in Richtung der Wicklung 12 versetzt angeordnet und umschließen so die Wicklung 12 halb mondförmig oder mit anderen Worten ausgedrückt mondsichelför mig. Die beiden Rückschlussschenkel 20 und die Joche 60, 60' weisen in dieser Ausführungsform rein beispielhaft die glei che Stufenzahl wie der bewickelte Kernschenkel 10 auf. Das obere Joch 60 ' und das untere Joch 60 sind in dieser Ausfüh rungsform rein beispielhaft ellipsenförmig ausgeführt, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die Blechbreiten der Blechpakete 21 der Rückschlussschenkel 20, zudem eben falls die des oberen Jochs 60' und des unteren Joches 60, sind gegenüber den Blechbreiten der Blechpakete des bewickel ten Kernschenkels 10 deutlich erkennbar reduziert.

Figur 6 zeigt einen Magnetkern 1 mit Rückschlussschenkel 20 in Querschnittsansicht. Der Rückschlussschenkel 20 umfasst in dieser beispielhaften Ausführung eine Presseinrichtung zum Zusammenpressen der Blechpakete 21, wobei die Presseinrich tung zwei Presseinheiten 30, 40 umfasst. Alternativ können auch mehr als zwei Presseinheiten 30, 40 bereitgestellt wer den. Eine erste Presseinheit 30 presst dabei alle Blechpakete 21 des Rückschlussschenkels 20 zusammen, während eine zweite Presseinheit 40 nur eine Teilmenge der Blechpakete 21 des Rückschlussschenkels 20 zusammenpresst. Die erste Pressein heit 30 ist innenliegend der Wicklung 12 zugewandt und die zweite Presseinheit 40 ist außenliegend der Wicklung 12 abge wandt positioniert.

Eine innenliegende Teilmenge der Blechpakete 21 des Rück schlussschenkels 20 ist ferner in dieser Ausführungsform ge teilt ausgeführt, wobei die Teilung einen ersten Pressbereich 32, auf welchen die erste Presseinheit 30 mit einer Press kraft einwirkt, und einen vom ersten Pressbereich 32 räumlich getrennten zweiten Pressbereich 42, auf welchen die zweite Presseinheit 40 mit einer Presskraft einwirkt, erzeugt, wobei eine Lücke 28 an einem Übergang zwischen den geteilten Blech paketen 21' ausgebildet ist. Die Lücke 28 bildet somit einen Kühlkanal. Bevorzugt ist dabei die Lücke 28, im Querschnitt betrachtet, senkrecht zu den Blechpaketen 21, 21' ausgerich tet .

Ferner sind in dieser Ausführungsform eine Presseinheit 30,

40 als Bandage 34, 44 oder Spannband ausgeführt, welche den zugehörigen Pressbereich 32, 42 umspannen. Diese sind beson ders bevorzugte Ausführungen, wobei die Erfindung nicht da rauf beschränkt ist. Alternativ können beispielsweise mittels Pressbolzen ein oder mehrere Pressbalken an die Blechpakete 21 angepresst werden.

In dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst der Kern schenkel 10 eine Vielzahl von Blechpaketen 16, welche paral lel zu den Blechpaketen 21 des Rückschlussschenkels 20 ausge richtet sind, wobei eine innenliegende Teilmenge der Blechpa kete 16' des Rückschlussschenkels 20 geteilt ausgeführt ist. Auch hier erfolgt die Teilung derart, dass zwischen den ge teilten Blechpakten 16' eine Lücke 18 ausgebildet ist, welche sich senkrecht zu den Blechpaketen 16, 16' erstreckt.

Figur 7 zeigt einen Rückschlussschenkel 20 mit zwei Pressbe reichen 32, 42, wobei jeder Pressbereich 32, 42 von einer zu gehörigen Presseinheit wie in Figur 6 beschrieben zusammenge- presst wird. Die Presseinheiten sind in dieser beispielhaften Ausführungsform als Bandagen 34, 44 oder Spannbänder ausge führt. Zur Aufnahme der Bandagen 34, 44 werden die Blechpake te 21' des Rückschlussschenkels 20 mit entsprechenden Schlit zen versehen oder in Längsrichtung geteilt ausgeführt. Vor teilhafterweise sind die Bandagen 34, 44 bzw. Spannbänder beider Presseinheiten zueinander versetzt angeordnet, um die gleiche als Kühlkanal fungierende Lücke 28 zwischen den

Pressbereichen bzw. den geteilten Blechpaketen 21' nutzen zu können. Die Anzahl der Bandagen 34, 44 oder Spannbänder der Presseinheiten kann voneinander abweichen, um den unter schiedlichen geometrischen Anforderungen gerecht zu werden.

In der Figur 8 ist ein Rückschlussschenkel 20 mit zwei Press bereichen gezeigt, welche mit jeweils eigenen Pressbalken 36, 46 versehen sind und durch Pressbolzen 37, 47 gepresst wer den .

In der Figur 9 ist ein Transformator 100 mit einem erfin dungsgemäßen Magnetkern 1 gezeigt. Der Transformator 100 um fasst hierbei ein Transformatorgefäß 110, in welchem der Mag netkern 1 angeordnet ist.

Der Transformator 100 umfasst ferner ein Transformatorgefäß 110 mit zwei gegenüberliegenden Innenwänden 114. Zwischen den Innenwänden 114 befindet sich zumindest teilweise der Rück schlussschenkel 20. Man erkennt eine wicklungsnahe erste Presseinheit 30 sowie eine wicklungsferne zweite Presseinheit 40, wobei die wicklungsnahe Presseinheit 30 alle Blechpakete 21 und die wicklungsferne Presseinheit 40 nur eine Teilmenge der Blechpakete 21 zusammenpresst. Der Rückschlussschenkel 20 liegt über zwei gegenüberliegende, jeweils seitlich an dem Rückschlussschenkel 20 anliegenden Presselementen, bevorzugt Pressbalken 36, an den Innenwänden 114 stützend an, so dass der Rückschlussschenkel 20 über die Presseinheiten bzw. deren Presselemente gegenüber der Innenwand 114 abgestützt ist. Insbesondere umfasst in dieser vorteilhaften Ausführung das Transformatorgefäß 110 eine Ausbuchtung 112, in welche der Rückschlussschenkel 20 zumindest teilweise hineinragt. Die gegenüberliegenden Innenwände 114 sind dabei innerhalb der Ausbuchtung 112 angeordnet, an welchen die Presselemente an- liegen. Ferner können vorzugsweise zumindest zwei gegenüber liegende Abstützelemente 120 auf den Presselementen positio niert sein, welche mit der jeweiligen Innenwand 114 und mit den Presselementen, vorzugsweise Pressbalken 36, 46, des Rückschlussschenkels 20 in Kontakt stehen und den Rück schlussschenkel 20 zwischen den Innenwänden 114 stützen. Die Innenwände 114 üben somit einen Pressdruck, vermittelt über das Presselement, auf den so eingespannten Rückschlussschen kel 20 aus.

Die Ausbuchtung 112 des Transformatorgefäßes 110 im Bereich des Rückschlussschenkels 20 ist in seiner Breite an die

Schichthöhe des Rückschlussschenkels 20 angepasst und der Rückschlussschenkel 20 an der stirnseitigen Verbindungswand zwischen den Innenwänden 114 des Transformatorgefäßes 110 fi xiert. Die Innenwand 114 bildet dabei eine natürliche Ver steifung zur Arretierung des Magnetkerns 1 im Transformator gefäß 110 und drückt auf die Presselemente. In der darge stellten speziellen Ausführungsform stellt dieser stirnseiti ge eine Versteifung bildende Innenwandabschnitt eine Arretie rung des Magnetkerns 1 für die beim Transport des Transforma tors 100 auftretenden Kräfte dar. Weiterhin ist eine Abstüt zung der Innenwand 114 auf dem Rückschlussschenkel 20 bei Be lastung der Transformatorgefäßwand durch Vakuum beim Füllpro zess des Transformators 100 möglich.

Durch die Anordnung der Kühlkanäle, siehe dazu Figur 6, senk recht zur Schichtrichtung der Blechpakete ist es gegenüber der herkömmlichen parallelen Anordnung der Kühlkanäle verein facht möglich, die Anzahl der Kühlkanäle in den Schenkeln zu variieren. So wird in dieser Ausführungsform der die Wicklung 12 tragende Kernschenkel 10 mit einer als Kühlkanal dienenden Lücke 18 ausgeführt, während die auf Grund ihres geringeren Querschnittes und offenen Anordnung thermisch weniger bean spruchten Rückschlussschenkel 21 ohne Kühlkanal ausgeführt sind .

In der Figur 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetkerns 1 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Blechpakete 64 der Joche 60, welche einen Jochquerschnitt 62 aufweisen, mit ihrem Flächenschwerpunkt in Richtung zur Wick lung 12 versetzt angeordnet. Mehrere Blechpakete 64 des Jo ches 60 schließen dabei beispielhaft geradlinig mit gleichem Abstand zur Wicklung 12 ab. Die Blechpakete 64 der Joche 60 sind beispielhaft gegenüber der Mitte des mittleren Blechpa ketes der Joche derart verschoben, dass eine Jochkante auf der zur Wicklung 12 und dem Kernschenkel 10 zeigenden Seite eine Linie bildet. Dadurch ergibt sich jeweils in den äußeren Blechpaketen 64 des Jochs 60 als auch der Rückschlussschenkel 20 eine maximale Verkürzung des magnetischen Weges. Es lässt sich die maximale Verringerung des Bedarfs an Kernblech er zielen. Weiterhin ist auf der weitgehend geraden Jochoberflä che eine vereinfachte Abstützung der Wicklung möglich.

In der Figur 11 ist gegenüber der Figur 10 neben dem unteren Joch 60 mit einem Jochquerschnitt 62 des Weiteren auch ein oberes Joch 60' mit einem Jochquerschnitt 62' gezeigt. Das obere Joch 60 kann eine ovale oder ellipsenförmige

Jochquerschnittsfläche 62' ausbilden. Durch eine solche Aus führung wird ein ausreichender Abstand zu den Ausleitungsen den, präziser den Wicklungsenden, der Wicklung 12, bevorzugt eine Hochspannungswicklung, erzielt.

In der Figur 12 ist eine weitere Ausführungsform eines Mag netkerns 1 mit einem Rückschlussschenkel 20 gezeigt. Der Rückschlussschenkel 20 umfasst dabei zwei Presseinheiten 30, 40. Die erste Presseinheit 30, welche wicklungsseitig positi oniert ist, ist mit längs des Rückschlussschenkels 20 ange ordneten Pressbalken 36 versehen. Ferner sind zum Anpressen verwendete Pressbolzen 37 angebracht, welche eine Presskraft auf die Blechpakete ausüben. Zudem sind in dieser Ausfüh- rungsform beispielhaft Pressbeilageelemente 38, 48, welche an Außenflächen von zueinander versetzten äußeren Blechpaketen anliegen, und wobei an deren Außenfläche wiederum die Press balken 36, 46 anliegen. Die Pressbeilageelemente 38, 48 die nen dabei dazu, für nach außen gestufte Blechpakete eine ge meinsamen Anpressfläche für die Pressbalken 36, 46 zur Verfü gung zu stellen. Die Pressbalken 36 sind bevorzugt aus einem metallischen Material gefertigt und wicklungsseitig mit einer eine elektrische Abschirmung bildenden runden Abschlussfläche 39 versehen. Vorzugsweise ist der Abstand der Abschlussfläche 39 zur Außenkontur 14 der Wicklung 12 gleich oder kleiner als der Abstand eines außenliegenden Blechpakets 21 zur Außenkon tur 14 der Wicklung. Dadurch lässt sich bei Wicklungen 12 mit hohen Spannungen die elektrische Feldstärke an den Kernecken verringern und es ist keine zusätzliche Erhöhung des Abstan des der äußeren Blechpakete zur Wicklung erforderlich.

Die Blechpakete 21 können in anderen Ausführungen auch derart versetzt sein, dass die wicklungsseitigen Enden 24 eine gera de Abschlussfläche bilden.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1 Magnetkern

10 Kernschenkel

12 Wicklung

14 Außenkontur

15 Innenkontur

16 Blechpaket

16' geteiltes Blechpaket

18 Lücke

19 Kernschenkelquerschnittsfläche

20 Rückschlussschenkel

21 Blechpaket

21 ' geteiltes Blechpaket

22 äußeres Blechpaket

22 ' inneres Blechpaket

23 mittleres Blechpaket

24 wicklungsseitiges Ende

25 wicklungsfernes Ende

26 Versatz

27 Querschnittsfläche

28 Lücke

29 Seitenfläche

30 erste Presseinheit

32 erster Pressbereich

34 erste Bandage (Spannband)

36 erster Pressbalken

37 erster Pressbolzen

38 erstes Pressbeilageelement

39 Abschlussfläche

40 zweite Presseinheit

42 zweiter Pressbereich

44 zweite Bandage (Spannband)

46 zweiter Pressbalken 47 zweiter Pressbolzen

48 zweites Pressbeilageelement

60 unteres Joch

60 ' oberes Joch

62 Jochquerschnittsfläche

64 Blechpaket

100 Transformator

110 Transformatorgefäß

112 Ausbuchtung

114 Innenwand 120 Abstützelement

M Blechpaketmitte

S Flächenschwerpunkt

R Richtung