DE3516151A1 - Annular-core transformer having magnetic screening, and a method for its production - Google Patents
Annular-core transformer having magnetic screening, and a method for its productionInfo
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Abstract
Description
Ringkerntransformator mit magnetischer AbschirmungToroidal transformer with magnetic shield
und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft einen Ringkerntransformator mit magnetischer Abschirmung sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen desselben.and a method for its production. The invention relates to a toroidal core transformer with magnetic shielding and a method and an apparatus for manufacturing same.
In empfindlichen elektronischen Messgeräten und dergleichen werden Netztransformatoren meist als Ringkerntransformatoren ausgebildet. Wegen der dichten Bauweise solcher Geräte müssen auch solche von Hause aus an sich ein geringes magnetisches Streufeld aufweisende Ringkerntransformatoren meist noch mit einer zusätzlichen magnetischen Abschirmung versehen werden. Hierfür werden bisher aus Blech hergestellte tiefgezogene Becher aus hochpermeablem Weicheisen (Mu-Metall) benutzt. Die Becher mit zugehörigem Deckel sind jeweils an die Aussenabmessungen des Ringkerntransformators angepasst und für verschiedene Transformatoren muss daher auch eine entsprechende Vielzahl von zugehörigen verschieden grossen Abschirmbechern auf Lager gehalten werden. Das kristalline Weicheisenmetall ist nur schwierig zu bearbeiten und muss nach jeder mechanischen Nachbearbeitung ausgeglüht werden. Die bekannten Abschirmbecher vergrössern ausserdem die Gesamtabmessungen eines solchen Ringkerntransformators unnötig, auch das Gewicht wird unnötig gross, da für eine ausreichende magnetische Abschirmung die Becher eine relativ grosse Wandstärke besitzen müssen.In sensitive electronic measuring devices and the like Mains transformers are usually designed as toroidal transformers. Because of the density The construction of such devices must also be inherently slightly magnetic Toroidal transformers exhibiting a leakage field usually have an additional one magnetic shielding. For this purpose, previously made of sheet metal Deep-drawn cups made of highly permeable soft iron (mu-metal) are used. The cups with the corresponding cover are in each case to the outer dimensions of the toroidal transformer adapted and for different transformers a corresponding Large number of associated shielding cans of different sizes kept in stock will. The crystalline soft iron metal is difficult to machine and must annealed after each mechanical reworking. The well-known shielding cups also increase the overall dimensions of such a toroidal transformer unnecessary, the weight is also unnecessarily great because for sufficient magnetic shielding the cups must have a relatively large wall thickness.
In neuerer Zeit sind auch amorphe weichmagnetische Legierungen mit sehr geringer Sättigungsmagnetostriktion bekannt geworden, die weitgehendst unempfindlich gegen mechanische Spannungen sind und daher auch in Form von Bändern verarbeitet werden können (z.B. unter der Handelsbezeichnung VITROVAC vertriebene amorphe Metallbänder der Firma Vacuumschmelze GmbH,Hanau). Es ist auch schon bekannt, solche Bänder als magnetische Kabelabschirmung zu benutzen (Elektronik, 4/82).Recently, amorphous soft magnetic alloys have also been included very low saturation magnetostriction has become known, which is largely insensitive are against mechanical tension and are therefore also processed in the form of tapes (e.g. amorphous metal strips sold under the trade name VITROVAC from the company Vacuumschmelze GmbH, Hanau). It is also already known such tapes as use magnetic cable shielding (electronics, 4/82).
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ringkerntransformator mit magnetischer Abschirmung zu schaffen, bei dem diese Abschirmung sehr einfach und billig für verschieden grosse und verschieden geformte Ringkerntransformatoren ausgebildet werden kann. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und billiges Verfahren aufzuzeigen, nach welchem solche magnetische Abschirmungen mit handelsüblichen Wickelmaschinen auf einfache Weise herstellbar sind. Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Ringkerntransformator mit magnetischer Abschirmung erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen bezüglich dieser Transformatorausbildung ergeben sich aus den Unteransprüchen, ebenso ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines solchen Ringkerntransformators.It is the object of the invention to provide a toroidal transformer with magnetic To create shielding in which this shielding is very simple and cheap for different large and differently shaped toroidal transformers can be formed. It is also an object of the invention to provide a simple and inexpensive method after which such magnetic shields with commercially available winding machines can be produced in a simple manner. This task is based on a toroidal transformer with magnetic shielding according to the invention by the characterizing features of the main claim solved. Advantageous developments with regard to this transformer training also result from the subclaims, an advantageous method for production such a toroidal transformer.
Die Erfindungenacht sich die Erkenntnis zunutze, dass die in neuerer Zeit angebotenen amorphen Metallbänder der eingangs erwähnten Art auch als Abschirmung für einen Ringkerntransformator geeignet ist, sofern das Band im Sinne des Hauptanspruches in Schleifen um den ganzen Transformator herumgewickelt wird, so dass durch die Windungen des Metallbandes keine Kurzschlusswindungen im Transformator entstehen. Das Weicheisenband kann also ohne zusätzlicher elektrischer Isolierung auf den Transformator eng aufgewickelt werden, die Gesamtabmessungen des Transformators werden durch das sehr dünne Metallband praktisch nicht vergrössert, zumal solche amorphen Metallbänder eine grössere Permeabilität besitzen als ein bekanntes kristallines Weicheisenmaterial und daher viel dünnere Wickel schichten zur Erzeugung gleich guter Abschirmungen nötig sind als bei den bekannten Becherabschirmungen. Die Herstellung der Abschirmung kann sehr einfach und billig auf den gleichen Wickelmaschinen hergestellt werden, wie sie zum Aufbringen der eigentlichen Transformatorwicklungen benutzt werden, durch geringfügige Abwandlungen solcher Maschinen kann damit praktisch in einem Arbeitsgang der ganze Ringkerntransformator mit allen Draht- und Isolierbandwicklungen einschliesslich der erfindungsgemässen magnetischen Abschirmung hergestellt werden.The inventions make use of the knowledge that the newer Amorphous metal strips of the type mentioned at the beginning also offered as a shield is suitable for a toroidal transformer, provided the tape is within the meaning of the main claim in loops around the whole transformer is wrapped around so that there are no short-circuit turns in the transformer due to the turns of the metal strip develop. The soft iron strip can therefore be used without additional electrical insulation wound tightly on the transformer, the overall dimensions of the transformer are practically not enlarged by the very thin metal band, especially such amorphous metal tapes have a greater permeability than a known crystalline one Soft iron material and therefore much thinner winding layers to produce the same good shielding are necessary than with the known cup shields. The production the shielding can be made very easily and cheaply on the same winding machines as they are used to apply the actual transformer windings be, by slight modifications of such machines can be practically in the entire toroidal transformer with all wire and insulating tape windings in one operation including the inventive magnetic shield.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to a schematic drawing explained in more detail using an exemplary embodiment.
Die Figur zeigt perspektivisch einen Ringkerntransformator mit magnetischer Abschirmung und zwar mit einem sektorförmigen Ausschnitt zur Veranschaulichung des inneren Aufbaus.The figure shows in perspective a toroidal transformer with magnetic Shielding with a sector-shaped cutout to illustrate the internal structure.
Der Transformator besteht aus einem Ringkern 1, auf den mittels einer bekannten Ringbewicklungsmaschine, wie sie beispielsweise von der Firma Herbert Ruff KG, Grafing bei München hergestellt und vertrieben wird, unter Zuhilenahme eines entsprechenden Wickelkopfes die gewünschten Kupferdrahtwicklungen 2 aufgewickelt sind. Im Fall eines Transformators sind meist mehrere elektrisch voneinander isolierte Wicklungen aufgebracht, bei Niederfrequenzübertragern ebenso, bei Netzdrosseln oder dergleichen ist meist nur eine einzige Wicklung aufgebracht. Die Kupferwicklung 2 ist aussen noch mit einem Isolierband 3 abgedeckt, das auf der gleichen Ringbewicklungsmaschine über einen zusätzlichen Bandagierkopf aufgewickelt wird.The transformer consists of a toroidal core 1 on which a well-known ring wrapping machine, such as those from the Herbert company Ruff KG, Grafing near Munich, is manufactured and sold with assistance a corresponding winding head wound the desired copper wire windings 2 are. In the case of a transformer, several are usually electrically isolated from one another Windings applied, in the case of low-frequency transformers as well Line chokes or the like, usually only a single winding is applied. The copper winding 2 is still covered on the outside with an insulating tape 3, which is on the same ring winding machine is wound up via an additional taping head.
Auf diesen so vorbereiteten Ringkerntransformator 1,2,3 wird nun aussen die magnetische Abschirmung aufgewickelt, und zwar in Form eines Bandes 4 aus einem amorphen weichmagnetischen Metall, wie es beispielsweise unter der Handelsbezeichnung VITROVAC 6025 von der Firma Vacuumschmelze GmbH, Hanau vertrieben wird. Das Band wird so in Schleifen um den ganzen Ringkerntransformator einschliesslich seinem Ringloch 5 herumgewickelt, dass die einzelnen Bandschleifen dieses Ringloch überspannen und sich in der Ringmitte kreuzen während sich diese Bandschleifen auf der Aussenseite 6 des Ringkerntransformators nebeneinander vorzugsweise geringfügig überlappt aneinander anschliessen um somit den ganzen Ringkerntransformator mit einer allseits geschlossenen dünnen Metallschicht umschliessen. Je nach der geforderten Abschirmwirkung können so mehrere Lagen von den ganzen Transformator abschirmenden Bandschleifen aufgewickelt werden, die Dicke der gewünschten magnetischen Abschirmung kann damit beliebig gross gewählt werden. Die Bandschleifen werden vorzugsweise so gewickelt, dass sich die einzelnen Schleifen auf der Aussenseite 6 des Kernes überlappen, beispielsweise mit 50%, wo dies in der -Figur für zwei Schleifen gestrichelt angedeutet ist.This so prepared toroidal transformer 1,2,3 is now outside wound the magnetic shield, in the form of a tape 4 from a amorphous soft magnetic metal, as it is, for example, under the trade name VITROVAC 6025 is sold by the company Vacuumschmelze GmbH, Hanau. The ribbon is thus in loops around the whole toroidal transformer including his Ring hole 5 wrapped around so that the individual belt loops span this ring hole and cross each other in the middle of the ring while these ribbon loops cross on the outside 6 of the toroidal transformer next to one another, preferably slightly overlapping one another connect to the whole toroidal transformer with a closed on all sides enclose a thin metal layer. Depending on the required shielding effect, so several layers of tape loops shielding the entire transformer were wound up The thickness of the desired magnetic shielding can thus be as large as desired to get voted. The belt loops are preferably wound so that the overlap individual loops on the outside 6 of the core, for example with 50%, where this is indicated by dashed lines in the figure for two loops.
Das Ringkernloch 5 wird vorzugsweise noch mit einem gut wärmeleitenden Kunststoffmaterial ausgefüllt, beispielsweise einfach durch Ausgiessen des Raumes 5 nach dem Aufbringen der magnetischen Abschirmung. Zur leichteren Befestigung des Ringkerntransformators ist es zweckmässig, die Bandschleifen so aufzubringen, dass zumindest auf einer Seite in der Mitte ein Loch 7 frei bleibt, durch welches dann ein Befestigungsbolzen oder dergleichen hindurch gesteckt werden kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist nur auf der Oberseite des Ringkerntransformators eine Öffnung 7 durch die sich in der Mitte kreuzenden Bandschleifen freigehalten und darunter ist in das Kunststoffmaterial 5 eine Schraubbuchse 8 eingelassen, mittels welcher der ganze Transformator im Gerät angeschraubt werden kann. Auf der Oberseite der fertig gewickelten magnetischen Abschirmung kann dann noch eine Befestigungsplatte aus Metall oder dergleichen aufgebracht sein. Das Metallband 4 wird mit einem Isolierband, ähnlich wie die Kupferwicklung abgedeckt.The toroidal core hole 5 is preferably also with a highly thermally conductive Filled with plastic material, for example simply by pouring out the space 5 after applying the magnetic shield. For easier attachment of the Toroidal transformer it is advisable to apply the belt loops in such a way that at least one Side in the middle a hole 7 remains free, through which a fastening bolt or the like can be inserted through. In the embodiment shown is only on the top of the toroidal transformer an opening 7 through which in the middle crossing ribbon loops kept free and underneath is in the plastic material 5 a screw socket 8 let in, by means of which the entire transformer in the device can be screwed on. On top of the finished wound magnetic A fastening plate made of metal or the like can then also be applied to the shield be. The metal tape 4 is covered with an insulating tape, similar to the copper winding covered.
Das Aufwickeln des Bandes 4 in der in der Figur dargestellten Weise erfolgt vorzugsweise mit der gleichen Ringbewicklungsmaschine, mit welcher auch die Kupferdrahtwicklungen 2 und eventuelle Isolierbandwicklungen 3 auf dem Kern 1 aufgewickelt worden sind und wie sie beispielsweise von der Firma Ruf f unter der Handelsbezeichnung RW A hergestellt und vertrieben werden. Dazu ist neben dem eigentlichen Wickelkopf (Schnellläufer-Wickelkopf oder Zahnkranz-Wickelkopf) für das Aufwickeln der Drahtwicklung 2 nur noch ein sogenannter Bandagierkopf nötig, mit welchem auf der gleichen Maschine ein Isolierband 3 aufgewickelt werden kann. Die in soweit handelsübliche Wickelmaschine muss für das Aufbringen des Abschirmbandes 4 nur noch insoweit abgeändert und ergänzt werden, als die Antriebs- und Unterstützungseinrichtung für den Ringkern in den Mittelpunkt des Bandagierkopfes versetzbar sein muss. Zum Aufbringen des Abschirmbandes 4 darf ja nicht durch das Kernloch 5 hindurch gewickelt werden sondern es muss quer über den gesamten Transformator hinweg gewickelt werden. Dazu wird der fertig gewickelte Ringkerntransformator 1,2,3 im Mittelpunkt des schematisch angedeuteten Bandagierkopfes 10 angeordnet, an dem ein entsprechendes Bandmagazin bzw. eine Bandvorratsrolle 11 angebracht ist. Auf diese schematisch angedeutete Bandvorratsrolle 11, die normalerweise zur Aufnahme eines Isolierbandes dient, wird das Abschirmband aus amorphem Metall aufgewickelt und durch Verdrehen des ganzen Bandagierkopfes 10 einschliesslich Bandvorratsrolle 11 im Sinne des Pfeiles 12 um die senkrecht zur Wickelebene (Papierebene der Figur) verlaufende Drehachse 13 dieses Bandagierkopfes werden so die einzelnen Bandschleifen über die Mitte des Transformators gewickelt, wie dies schematisch durch das von der Rolle 11 zugeführte Band 4 angedeutet ist. Gleichzeitig wird der in der Mitte des Bandagierkopf-Ringes 10 gehaltene Ringtransformator im Sinne des Pfeiles 14 um seine Achse 15 gedreht, die Geschwindigkeiten der Drehbewegungen 12 und 14 sind so aufeinander abgestimmt, dass die nacheinander.auf den Transformator aufgewickelten Bandschleifen sich mehr oder weniger vorzugsweise um die Hälfte, überlappen. Das auf einer oder auf beiden Seiten gewünschte Loch 7 in der Abschirmwicklung wird auf einfache Weise dadurch erzielt, dass der in der Mitte des Bandagierkopf-Ringes 10 gehaltene und von aussen über nicht dargestellte Rollen, die an seinem Aussenumfang angreifen, seine Achse 15 gedrehte Ringkerntransformator mit seiner Achse 15 gegenüber der Wickelebene (Papierebene) um einen kleinen Winkel von einigen Grad geneigt wird. In der Normalstellung fällt die Drehachse 15 des Transformators mit der Wickelebene (Papierebene) zusammen und steht senkrecht zur Drehachse 13 des Bandagierkopf-Ringes 10. Damit kreuzen sich die Bandschleifen jeweils exakt in der Mitte des Ringes und der Transformator ist auch in der Mitte durch Bandschleifen abgedeckt. Wird nun die Achse 15 etwas geneigt und der Transformatorkern so in der Mitte des Ban- dagierkopfes 10 gehalten, dass sein Mittelpunkt mit der Drehachse 13 zusammen fällt, so werden die einzelnen Bandschleifen bezogen auf die Ringkernebene etwas schräg geneigt aufgewickelt und es entsteht oben und unten auf der Oberseite der Wickellagen ein Loch 7. Wird der Mittelpunkt der unteren Ringkernebene auf die Drehachse 13 des Bandagierkopfes gelegt, entsteht nur auf der gegenüberliegenden Oberseite das dargestellte Loch 7, auf der Unterseite kreuzen die Bandschleifen dann wieder die Mitte des Ringkerns und verschliessen diesen auf der Rückseite vollständig.The winding of the tape 4 in the manner shown in the figure is preferably done with the same ring wrapping machine that is used the copper wire windings 2 and any insulating tape windings 3 on the core 1 have been wound up and as they are, for example, from the company Ruf f under the trade name RW A are manufactured and sold. This is next to the actual winding head (high-speed winding head or gear rim winding head) for winding up the wire winding 2 only requires a so-called taping head, with which an insulating tape 3 can be wound up on the same machine. The commercially available winding machine must be used for applying the shielding tape 4 can only be modified and supplemented as far as the drive and support device must be relocatable for the toroid in the center of the bandaging head. To the Applying the shielding tape 4 must not be wound through the core hole 5 instead it has to be wound across the entire transformer will. For this purpose, the fully wound toroidal core transformer 1,2,3 is in the center of the schematic indicated taping head 10 arranged on which a corresponding tape magazine or a tape supply roll 11 is attached. On this indicated schematically Tape supply roll 11, which is normally used to hold an insulating tape, is the shielding tape made of amorphous metal and wound by twisting the whole Bandaging head 10 including tape supply roll 11 in the direction of arrow 12 the axis of rotation 13 running perpendicular to the winding plane (paper plane of the figure) The taping head places the individual belt loops over the center of the transformer wound, as indicated schematically by the tape 4 fed from the roll 11 is. At the same time, the ring transformer held in the center of the bandaging head ring 10 is activated rotated in the direction of arrow 14 about its axis 15, the speeds of the rotary movements 12 and 14 are coordinated in such a way that the one after the other on the transformer wound belt loops are more or less preferably by half, overlap. The desired hole 7 in the shielding winding on one or both sides is achieved in a simple manner that the in the middle of the bandaging head ring 10 held and from the outside on roles, not shown, on its outer circumference attack, its axis 15 rotated toroidal transformer with its axis 15 opposite the wrapping plane (paper plane) is inclined by a small angle of a few degrees. In the normal position, the axis of rotation 15 of the transformer coincides with the winding plane (Plane of the paper) and is perpendicular to the axis of rotation 13 of the bandaging head ring 10. So that the belt loops cross each other exactly in the middle of the ring and the transformer is also covered in the middle by belt loops. Will now the axis 15 is slightly inclined and the transformer core is in the middle of the dagier's head 10 held so that its center point coincides with the axis of rotation 13 the individual belt loops are wound up at a slight incline in relation to the level of the toroidal core and a hole 7 is created on the top and bottom of the winding layers the center of the lower toroidal core level on the axis of rotation 13 of the taping head When placed, the hole shown is only created on the opposite side 7, on the underside, the belt loops then cross the center of the toroid again and close it completely on the back.
Nach dem Aufbringen des Abschirmbandes 4 kann das Innere des Ringkernes 5 mit einem geeigneten wärmeleitenden Giessharz ausgegossen werden und es kann dann gleichzeitig auch die Befestigungsschraube 8 mit eingegossen werden.After the shielding tape 4 has been applied, the interior of the toroidal core 5 are poured with a suitable thermally conductive casting resin and it can then at the same time the fastening screw 8 is also cast in.
Die Breite des verwendeten Abschirmbandes 4 richtet sich nach der Grösse des Ringkerntransformators. Für einen Transformator von beispielsweise etwa 9 cm Aussendurchmesser genügt ein Band von etwa 6 mm Breite, für kleinere Transformatoren werden schmälere Bänder, für grössere Transformato-.-ren breitere Bänder benutzt. Die Güte der gewünschten magnetischen Abschirmung kann auf einfache Weise durch die Anzahl der aufgebrachten Wickellagen bestimmt werden. Mit einem handelsüblichen dünnen amorphen Weicheisen-Band konnten mit insgesamt sechs Bandlagen übereinander die gleichen Abschirmwirkungen für einen Transformator erzielt werden, wie sie nur mit einem 1 mm dicken bekannte Blechbecher erzielbar sind. Dazu wurden mit jeweils 50%iger Überlappung drei Lagen nacheinander auf den Kern aufgewickelt, da das Band nur etwa 0.04 mm dick ist, wird somit nur mit einer Abschirmdicke von 0,24 mm das Gleiche erreicht wie mit einer 1 mm dicken Blechhaube. Die Gesamtabmessungen des Transformators werden durch die so aufgebrachte Abschirmung praktisch nicht vergrössert, vor allem entstehen zwischen Transformator und Abschirmung keine nötigen Hohlräume.The width of the shielding tape 4 used depends on the Size of the toroidal transformer. For a transformer of, for example, about 9 cm outside diameter, a tape about 6 mm wide is sufficient for smaller transformers narrower tapes are used, for larger transformers wider tapes are used. The quality of the desired magnetic shielding can be achieved in a simple manner the number of wrapping layers applied can be determined. With a commercially available thin amorphous soft iron tape could be stacked with a total of six tape layers the same shielding effects can be achieved for a transformer as they are only can be achieved with a 1 mm thick known sheet metal cup. These were each with 50% overlap wound onto the core three layers in a row as the tape is only about 0.04 mm thick, this is only possible with a shielding thickness of 0.24 mm The same is achieved as with a 1 mm thick sheet metal hood. The overall dimensions of the Transformers become practical due to the shielding applied in this way not enlarged, above all there are no necessary ones between the transformer and the shielding Cavities.
Die erfindungsgemässe Abschirmung ist natürlich nicht nur für Netztransformatoren geeignet sondern in gleicher Weise für Ringkerndrosseln oder Ringkern-Ubertrager, wie sie in der Niederfrequenztechnik genutzt werden.The shield according to the invention is of course not only for power transformers suitable but in the same way for toroidal core chokes or toroidal core transformers, how they are used in low frequency technology.
Claims (8)
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DE3516151A1 true DE3516151A1 (en) | 1986-11-20 |
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DE19853516151 Ceased DE3516151A1 (en) | 1985-05-04 | 1985-05-04 | Annular-core transformer having magnetic screening, and a method for its production |
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