Шихтованный магнитопровод индукционного аппарата и способ его изготовления

011997 Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции и технологии изготовления магнитопроводов, набранных из пластин электротехнической стали с косым стыком, и может быть использовано в электрических трансформаторах, реакторах или иных индукционных аппаратах. В настоящее время при изготовлении шихтованного магнитопровода используют, в основном, или прямоугольные пластины, которые собирают таким образом, чтобы пластины одного слоя перекрывали стыки пластин смежного с ним слоя (патент RU 2086030, Н 01F 27/245, 1997), или, вместо прямоугольных пластин,применяют пластины, концевые части которых срезаны под углом (патент US 5777537, Н 01F 27/24, 1998). Таким образом, удается получить более благоприятное распределение магнитного потока в углах магнитной системы. Магнитопроводы с косым стыком обеспечивают сниженные потери энергии в углах магнитопровода и другие улучшенные характеристики, так как при этом уменьшается длина пути магнитного потока, не совпадающего с направлением прокатки листа. Известен шихтованный магнитопровод индукционного аппарата, состоящий из трех вертикальных стержней и двух горизонтальных ярем, собранных из пакетов пластин, сложенных из одинаковых групп слоев, состоящих из одинакового набора пластин, в этот набор входят по одной пластине двух крайних и внутриконтурного вертикальных стержней, две пластины верхнего ярма и две пластины нижнего ярма,пластины крайних стержней и ярем имеют трапецевидную форму со скосами в крайних углах в 45 (см. патент DE 3725702, Н 01F 27/24, 1989). Недостатком известного магнитопровода, с точки зрения оптимизации конструкции, является то,что внутриконтурный вертикальный стержень выполнен с асимметричными, относительно вертикальной оси симметрии магнитопровода, концами, поэтому каждая из двух пластин горизонтальных ярем имеет свой типоразмер, пакет содержит два слоя пластин, а разнесение линии стыков в углах в две плоскости образуется путем переворота одного слоя относительно другого. Для обеспечения требуемых характеристик технология изготовления известного магнитопровода предполагает использование, соответственно, четырех или шести типоразмеров пластин горизонтальных ярем в каждом пакете. Такая конструкция требует повышенной трудоемкости и сложной технологии ее изготовления. Наиболее близким к предлагаемому является шихтованный магнитопровод индукционного аппарата, содержащий не менее трех вертикальных стержней и двух горизонтальных ярем, собранных в замкнутый контур из пакетов стальных пластин с послойным смещением в зоне их стыковки, при этом пластины горизонтальных ярем выполнены с вырубленными V-образными углами на глубину, меньшую ширины этих платин в местах их стыковки с пластинами вертикальных внутриконтурных стержней, расположенных между крайними вертикальными стержнями, причем пластины внутриконтурных вертикальных стержней ограничены V-образными углами, соответствующими наклону вырубленных V-образных углов горизонтальных ярем (патент ЕР 0962949, H 01F 27/245; H 01F 41/02, 1999 - прототип). Известное изобретение обладает стабильно высокими технологическими характеристиками при упрощенной технологии изготовления, однако, при вырубке косых углов пластин внутриконтурных вертикальных стержней неизбежен повышенный расход электротехнической стали, обусловленный технологией их изготовления. Поиски путей снижения потерь холостого хода при шихтовке магнитопроводов индукционных аппаратов с косыми стыками, например, по технологии step-lap привели к применению более высококачественной трансформаторной стали с ориентированной структурой, что, в первую очередь, потребовало снижения производственных затрат, в том числе расходных материалов, при изготовлении таких магнитопроводов. При изготовлении известного магнитопровода, который состоит из трех вертикальных стержней(двух крайних, одного внутриконтурного) и двух ярем, послойно собранных из пакетов пластин, причем пластины крайних стержней и ярем имеют форму трапеций со скосами 45 в крайних углах, с пластинами внутриконтурного вертикального стержня, имеющими V-образные концевые участки и высоту,большую высоты пластин крайних стержней, неизбежен повышенный расход электротехнической стали(пат. RU 2266583, Н 01F 27/245, 2005). Наличие сильно выступающих пластин внутриконтурного вертикального стержня магнитопровода ухудшает его габаритные показатели. Кроме того, путь магнитного потока по верхнему и нижнему ярмам сопряжен с переходом через участок вклиненного по всей ширине горизонтальных ярем внутриконтурного вертикального стержня, по которому магнитный поток вынужден проходить, практически, перпендикулярно линии проката, что неизбежно повлечет за собой дополнительные потери в магнитопроводе. Для уменьшения габарита пластин внутриконтурного вертикального стержня кончики пластин в известном магнитопроводе срезают. При этом использование материала еще больше ухудшается, так как увеличивается количество его отхода на единицу массы детали. Наиболее близким к предложенному является способ изготовления шихтованного магнитопровода индукционного аппарата, включающий штамповку пластин вертикальных крайних и внутриконтурных стержней и горизонтальных ярем из полос электротехнической стали с получением предварительно заданных форм, детальную сортировку и шихтовку пластин в замкнутый магнитопровод с послойным-1 011997 смещением их в пакетах в зоне стыковки пластин вертикальных стержней и горизонтальных ярем (патент JP 6044535, H 01F 27/245; H 01F 41/02, 1988 - прототип). Использование высокоавтоматизированных линий по производству пластин, работающих в автоматическом режиме, оптимизация раскроя рулонной стали и вырубка пластин заданных форм, шихтовка магнитопроводов по технологии step-lap, а также применение электротехнической стали, обеспечивают снижение потерь холостого хода и допустимые шумовые характеристики. Однако вырубка пластин вертикальных внутриконтурных стержней с концевыми участками V-образной формы приводит к довольно значительным отходам дорогостоящего материала, обусловленным технологией изготовления пластин. Задачей изобретений является создание магнитопровода индукционного аппарата, обладающего пониженной массой и габаритами, стабильно высокими техническими характеристиками при упрощенной технологии изготовления и сниженными потерями расходных материалов. Поставленная задача достигается тем, что в известном шихтованном магнитопроводе индукционного аппарата, содержащем не менее трех вертикальных стержней и двух горизонтальных ярем, собранных из пакетов стальных пластин в замкнутый контур, с послойным смещением в зоне их стыковки, при этом пластины горизонтальных ярем выполнены с вырубленными V-образными углами на глубину, меньшую ширины этих пластин в зоне их стыковки с пластинами внутриконтурных вертикальных стержней, расположенных между крайними вертикальными стержнями, причем пластины внутриконтурных вертикальных стержней ограничены V-образными углами, соответствующими наклону вырубленных V-образных углов горизонтальных ярем, вершины V-образных углов пластин внутриконтурных вертикальных стержней отсечены. Крайние вертикальные стержни и горизонтальные ярма выполнены трапециевидной формы со скосами 45 в крайних углах. Вершины V-образных углов пластин внутриконтурных вертикальных стержней отсечены по прямой линии. В известном способе изготовления шихтованного магнитопровода индукционного аппарата, включающем штамповку пластин крайних, внутриконтурных вертикальных стержней и горизонтальных ярем из полос электротехнической стали, с получением предварительно заданных форм, детальную сортировку и шихтовку пластин в замкнутый магнитопровод, с послойным смещением их в пакетах в зоне стыковки пластин вертикальных стержней и горизонтальных ярем, штамповку пластин внутриконтурных вертикальных стержней выполняют при помощи инструмента, рабочие деформирующие части которого образуют с двух концов V-образные углы с отсеченными вершинами. Выполнение пластин внутриконтурных вертикальных стержней с отсеченными вершинами V-образных углов позволяет значительно сократить расход дорогостоящего материала, уменьшить вес магнитопровода, в целом, и обеспечить при этом высокие технические характеристики магнитопровода. Обеспечение штамповки пластин внутриконтурных вертикальных стержней при помощи инструмента, рабочие деформирующие части которого предварительно выполнены при помощи инструмента,рабочие деформирующие части которого образуют с двух концов V-образные углы с отсеченными вершинами, позволяет уменьшить площадь вырубаемого отхода электротехнической стали, а, следовательно, значительно уменьшить ее расход. Изобретения поясняются чертежами. На фиг. 1 представлены общий вид шихтованного магнитопровода индукционного аппарата и схема его шихтовки по технологии step-lap с отсеченными вершинами в V-образных углах пластин внутриконтурного вертикального стержня; фиг. 2 - схема послойного смещения пластин в зоне шихтовки внутриконтурных вертикальных стержней и горизонтальных ярем по технологии step-lap, по прототипу; фиг. 3 - схема шихтовки по технологии step-lap в области соединения верхнего горизонтального ярма и внутриконтурного вертикального стержня согласно изобретению; фиг. 4 - схема вырубки пластин для внутриконтурных вертикальных стержней из полосы электротехнической стали согласно изобретению. Конструкция шихтованного магнитопровода индукционного аппарата, в частности трансформатора,состоит из двух крайних 1, одного или нескольких внутриконтурных вертикальных стержней 2, нижнего 3 горизонтального и верхнего 4 горизонтального ярем, собранных из пакетов пластин 5 электротехнической стали, с послойным смещением в зоне стыковки пластин 5 вертикальных стержней 1, 2 и горизонтальных ярем 3, 4 на величину сдвига с шагом t в месте поворота магнитного потокана 90. Все пластины горизонтальных ярем 3, 4 предпочтительно трапециевидные, с вырубленными Vобразными угламина глубину, меньшую, чем ширина ярем 3, 4. Наиболее благоприятный результат получают при =90 (фиг. 1, 2).t - величина шага (сдвига) в направлении магнитного потокана 90; р - величина шага (сдвига) послойного смещения линии стыковки пластин 5 (вдоль вертикальной оси О-О);-2 011997 при =90 величины t и р связаны между собой формулой (фиг. 2) Пластины 5 крайних 1 стержней и ярем 3, 4 имеют скошенные концы под углом , предпочтительно 45. Пластины 5 в пакетах внутриконтурных вертикальных стержней 2 ограничены по концам V-образными углами , предпочтительно 90, соответствующими наклону вырубленных V-образных угловгоризонтальных ярем 3, 4, но с отсеченными вершинами. В варианте исполнения вершины V-образных угловпластин 5 внутриконтурных вертикальных стержней 2 отсечены по прямой линии 6 (фиг. 1, 3). Устройство функционирует следующим образом. Главный магнитный потокзамыкается в замкнутом магнитопроводе. При переходе потока из стержня 2 в ярмо 3 или 4 или в обратном направлении поток, встречая некоторый неизбежный воздушный зазор z (фиг. 3), переходит из одного слоя в другой (соседний) слой, что и составляет сущность системы step-lap. Переход потока в соседний слой происходит в зоне нахлеста d. Аналогичный процесс происходит и при переходе потокаиз крайних стержней 1 в ярмо 3 и 4 и обратно. При схеме шихтовки по технологии step-lap величина зазора z в стыке не имеет большого значения (фиг. 3). Вертикальные стержни 1, 2 и горизонтальные ярма 3, 4 собирают вместе как цельную конструкцию, причем пластины 5 вертикальных стержней 1, 2 и горизонтальных ярем 3, 4 отдельных слоев собирают в переплет (фиг. 1). Зазоры z между пластинами 5 в местах сочленения горизонтальных ярем 3, 4 и внутриконтурных вертикальных стержней 2 оказываются расположенными в параллельных слоях, удаленных один от другого на величину нахлеста d. Величина нахлеста d выбирается, исходя из допустимой величины магнитной индукцииперпендикулярного пластинам направления, которая возникает при переходе магнитного потока из одного слоя в другой (соседний) слой. Хорошо известно, что значение имеет не величина зазора z, а соотношение d/s, которое должно быть не менее 2,5 (здесь s - толщина пластины). При усеченной вершине V-образных угловпластин 5 в силу появления увеличенного воздушного зазора в зоне острия пластины (фиг. 3) оптимальное соотношение d/s не соблюдается, но так как это имеет место в незначительном пространстве, то на характеристики магнитопровода, в целом, это, практически, влияния не оказывает. Сущность способа поясняется на следующем примере. Наилучший результат изготовления шихтованного магнитопровода индукционного аппарата, в частности трансформатора, в соответствии с предложенным изобретением достигается при автоматизированном цикле раскроя электротехнической стали из полосы. Размеры пластин 5 по длине заносятся в программное обеспечение, и далее, на автоматических линиях, происходит штамповка пластин 5 нужной длины. При этом соблюдается условие, чтобы направление магнитного потокапроходило вдоль линии проката стали. Таким образом, достигаются минимальные электромагнитные потери в магнитопроводе. Пластины 5 внутриконтурных вертикальных стержней 2 изготавливают из электротехнической стали путем штамповки или вырубки при помощи специального Х-штампа, рабочий деформирующий инструмент которого (не показано) предварительно выполнен таким образом, что при штамповке с двух концов пластин образуются V-образные углыс отсеченными вершинами по схеме вырубки, представленной на фиг. 4. При этом ширина b отсеченного конца 6 выбирается, исходя из геометрических размеров магнитопровода в пределах 5 мм и более. Последовательно производят вырубку участка между встречно расположенными пластинами 5, при этом отход материала, обозначенный заштрихованной зоной 7, уменьшается за счет уменьшения его площади. Далее осуществляют детальную поэлементную сортировку и укладку с послойным смещением в зоне стыковки пластин 5 вертикальных стержней 1, 2 и горизонтальных ярем 3, 4 (фиг. 1). Использование высокоавтоматизированных линий по производству пластин, работающих в автоматическом режиме, оптимизация раскроя рулонной стали, вырубка пластин с последующей шихтовкой магнитопроводов обеспечивают снижение потерь холостого хода. Применение электротехнической стали толщиной не более 0,3 мм, обладающей меньшими удельными потерями холостого хода, применение технологии step-lap позволяют существенно снизить ток холостого хода на 75-80% и обеспечить более низкие шумовые характеристики. Применение предложенной конструкции и способа изготовления магнитопровода в экспериментальном цехе государственного унитарного предприятия Минский электротехнический завод имени В.И. Козлова позволяет уменьшить отход дорогостоящей электротехнической стали при изготовлении пластин внутриконтурных вертикальных стержней, в среднем, на 8-12% и снизить вес магнитопровода.-3 011997 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Шихтованный магнитопровод индукционного аппарата, содержащий не менее трех вертикальных стержней и двух горизонтальных ярем, собранных в замкнутый контур из пакетов стальных пластин с послойным смещением в зоне их стыковки, при этом пластины горизонтальных ярем выполнены с вырубленными V-образными углами на глубину, меньшую ширины этих пластин в зоне их стыковки с пластинами внутриконтурных вертикальных стержней, расположенных между крайними вертикальными стержнями, причем пластины внутриконтурных вертикальных стержней ограничены V-образными углами, соответствующими наклону вырубленных V-образных углов горизонтальных ярем, отличающийся тем, что вершины V-образных углов пластин внутриконтурных вертикальных стержней отсечены. 2. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что крайние вертикальные стержни и горизонтальные ярма выполнены трапециевидной формы со скосами 45 в крайних углах. 3. Магнитопровод по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что вершины V-образных углов пластин внутриконтурных вертикальных стержней отсечены по прямой линии. 4. Способ изготовления шихтованного магнитопровода индукционного аппарата, включающий штамповку пластин крайних и внутриконтурных вертикальных стержней и горизонтальных ярем из полос электротехнической стали с получением предварительно заданных форм, детальную сортировку и шихтовку пластин в замкнутый магнитопровод с послойным смещением их в пакетах в зоне стыковки пластин вертикальных стержней и горизонтальных ярем, отличающийся тем, что штамповку пластин внутриконтурных вертикальных стержней, выполняют при помощи инструмента, рабочие деформирующие части которого образуют с двух концов V-образные углы с отсеченными вершинами.