DE69314702T2

DE69314702T2 - Transformatorkern mit amorphenstahlbänder-Gruppen die auf dem Kernfenster gewickelt sind

Info

Publication number: DE69314702T2
Application number: DE69314702T
Authority: DE
Inventors: David R Freeman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2013-06-23
Also published as: MX9303861A; CA2096149C; AU4123593A; CN1081281A; US5329270A; AU665684B2; ES2107625T3; CA2096149A1; JP2777316B2; JPH0684656A; EP0576249A1; NO932341L; TW221077B; NO932341D0; EP0576249B1; KR100284516B1; FI932907A0; FI932907A; DE69314702D1; US5398403A

Description

Querbezug auf bezogene Patente

Diese Erfindung steht in Beziehung zu den Erfindungen, die in dem US-Patent 5 063 654 - Klappert und Freeman, erteilt am 12. November 1991 - beschrieben und beansprucht sind.

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Kern für einen elektrischen Transformator und insbesondere bezieht sie sich auf einen Kern, der ein Fenster und Gruppen von Bändern aus amorphem Stahl aufweist, die um das Kernfenster herum gewickelt sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Kerns.

Hintergrund

In dem oben genannten Patent 5 063 654 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns aus amorphem Stahl beschrieben, bei dem Pakete aus Band aus amorphem Stahl hergestellt und dann diese Pakete um einen Dorn gewickelt werden, um eine Kernform aufzubauen. Wenn die Kernform von dem Dorn entfernt wird, hat sie ein Fenster, wo der Dorn angeordnet war, und die Pakete umgeben dieses Fenster. Jedes Paket weist mehrere übereinander angeordnete Gruppen von Band aus amorphem Stahl auf, und jede Gruppe weist zwei übereinander angeordnete bzw. Superpositionierte Abschnitte auf, die jeweils viele dünne Bandschichten aufweisen.
Jeder vielschichtige Bandabschnitt wird von einem zusammengesetzten Band abgeleitet, das viele dünne Bandschichten aufweist, die in einer superpositionierten Relation angeordnet sind. Das zusammengesetzte Band ist in Abschnitte mit gesteuerter Länge geschnitten, wobei die Schichten in jedem Abschnitt quer verlaufende Ränder an ihren gegenüberliegenden Enden und eine Längsabmessung aufweisen, die zwischen den quer verlaufenden Rändern an gegenuberliegenden Enden gemessen ist. Jede Gruppe wird dadurch zusammengesetzt, daß zwei dieser Abschnitte zusammengestapelt werden. In dem Patent 5 063 654 sind diezwei Abschnitte, die eine gegebene Gruppe bilden, auf die gleiche Länge geschnitten und zusammengestapelt, wobei die quer verlaufenden Ränder von ihren Schichten an jedem Ende in Ausrichtung sind und somit eine Gruppe bilden, die rechtwinklig abgeschnittene Ränder an ihren gegenüberliegenden Enden hat.
Wenn die oben beschriebene Gruppe gemäß dem Patent 063 654 um den Dorn von einer Kernfertigungsmaschine gewikkelt wird, um eine Kernform zu erzeugen, sind die quer verlaufenden Ränder der Schichten an dem einen Ende der Gruppe im wesentlichen in Ausrichtung gehalten, wodurch der im wesentlichen rechtwinklig abgeschnittene Rand an dem einen Ende von der Gruppe festgehalten wird. Aber an dem anderen Ende der Gruppe werden die quer verlaufenden Ränder der Schichten versetzt als eine Folge des größeren Umfangs der Kernform an den äußeren Schichten im Vergleich zu demjenigen an den inneren Schichten. Als eine Folge dieser Versetzung wird der Rand von der Gruppe in eine abgeschrägte Konfiguration gezwungen, wie es bei 52 in den Figuren 1 und 2 in der vorliegenden Anmeldung gezeigt ist.
Ich habe gefunden, daß diese abgeschrägte Konfiguration nachteilig ist von einem Standpunkt des Kernverlustes, ob die Verbindung nun eine überlappte Verbindung oder eine Stoßverbindung ist. In dem Fall der Überlappungsverbindung, wo die Enden von jeder Gruppe sich überlappen, um die Überlappungsverbindung zu bilden, scheint diese abgeschrägte Konfiguration eine Verdünnung in dem magnetischen Kreis an einer kritischen Stelle einzuführen, wo Stahl erforderlich ist, um eine ideale Flußübertragung zu erzeugen. In dem Fall der Stoßverbindung führt die abgeschrägte Konfiguration einen relativ großen V-förmigen Spalt zwischen dem in wesentlichen ausgerichteten, quer verlaufenden Rändern der Gruppe ein, wobei dieser Spalt die ideale Flußübertragung zwischen den ausgerichteten Enden nachteilig beeinflußt.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Transformatorkern geschaffen enthaltend ein Fenster und superpositionierte, versetzte Gruppen von Band aus amorphem Stahl, die um das Fenster gewickelt sind, wobei jede Gruppe einen inneren Abschnitt und einen äußeren Abschnitt aufweist, die in superpositionierter Relation angeordnet sind, und wo bei jeder Abschnitt viele dünne Schichten aus superpositioniertem Band aus amorphem Stahl aufweist, wobei jede der Schichten in einem Abschnitt quer verlaufende Ränder an gegenüberliegenden Enden des Abschnittes und eine Längsabmessung aufweist, die zwischen den quer verlaufenden Rändern an gegenüberliegenden Enden des Abschnittes gemessen ist, wobei der Kern dadurch gekennzeichnet ist, daß
(a) die Schichten in dem inneren Abschnitt von einer Gruppe im wesentlichen gleiche Längen haben und die Schichten in dem äußeren Abschnitt von der Gruppe im wesentlichen gleiche Länge haben mit einem größeren Wert als die Längen der Schichten in dem inneren Abschnitt,
(b) an dem einen Ende von jeder Gruppe die quer verlaufenden Ränder von allen Schichten in der Gruppe im wesentlichen ausgerichtet sind und einen glatten Rand an dem einen Ende der Gruppe bilden,
(c) an dem gegenüberliegenden Ende von jeder Gruppe (i) die quer verlaufenden Ränder der Schichten in dem inneren Abschnitt so angeordnet sind, daß sie einen abgeschrägten Rand für den inneren Abschnitt bilden, (ii) die quer verlaufenden Ränder der Schichten in dem äußeren Abschnitt so angeordnet sind, daß sie einen abgeschrägten Rand für den äußeren Abschnitt bilden, und (iii) der abgeschrägte Rand des äußeren Abschnitts dem abgeschrägten Rand des inneren Abschnitts überlappt
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns geschaffen enthaltend ein Fenster und superpositionierte Gruppen aus Band aus amorphem Stahl, die um das Fenster gewickelt werden, wobei jede Gruppe einen inneren Abschnitt und einen äußeren Abschnitt aufweist, die in superpositionierter Relation angeordnet sind, und wobei jeder Abschnitt viele dünne Schichten des superpositionierten Bandes aus amorphem Stahl aufweist, wobei das Verfahren enthält:
(a) Bereitstellen eines zusammengesetzten Bandes aus amorphem Stahl, das viele dünne Schichten aus Band aus amorphem Stahl enthält,
(b) Schneiden des zusammengesetzten Bandes, um davon einen ersten vielschichtigen Abschnitt vorbestimmter Länge abzutrennen,
(c) erneutes Schneiden des zusammengesetzten Bandes, um davon einen zweiten vielschichtigen Abschnitt mit wesentlich größerer Länge als der vorbestimmten Länge abzutrennen,
(d) Zusammenstapeln der zwei Abschnitte, wobei (i) ihre Ränder an dem einen Ende der zwei Abschnitte im wesentlichen ausgerichtet sind, um eine Gruppe mit einem relativ glatten Rand an dem einen Ende zu bilden, und (ii) wobei die Ränder in jedem Abschnitt an dem anderen Ende von den zwei Abschnitten im wesentlichen ausgerichtet sind, wobei aber die Ränder von dem einen Abschnitt in bezug auf die Ränder von dem anderen Abschnitt versetzt sind,
(e) Wickeln der Gruppe um einen Dorn, während die glattrandige Konfiguration an dem einen Ende der Gruppe beibehalten wird und wobei der längere Abschnitt radial außen von dem anderen Abschnitt angeordnet ist, um dadurch einen abgeschrägten Rand auf jedem der zwei Abschnitte zu entwickeln, wobei der abgeschrägte Rand auf dem äußeren Abschnitt den abgeschrägten Rand auf dem inneren Abschnitt überlappt.
Ein Merkmal der Erfindung ist, in einem Kern aus amorphem Stahl, der dadurch hergestellt wird, daß um das Kernfenster herum vielschichtige Gruppen aus Band aus amorphem Stahl gewickelt werden, die von dem zusammengesetzten Band auf kontrollierte Längen geschnitten sind, Verbindungen zwischen den Enden der Gruppen ausgebildet werden, die außerordentlich kleine Kernverluste aufweisen.
Ein anderes Merkmal ist, in dem Kerntyp, auf den in der vorstehenden Aufgabe Bezug genommen ist, überlappte Verbindungen zu schaffen, die kleinere Kernverluste aufweisen als es bei dem Typ von Überlappungsverbindungen der Fall ist, die in entsprechenden Stellen in dem Kern gemäß dem US-Patent 063 654 vorhanden sind (wo das eine Ende von jeder Gruppe in einem einzigen abgeschrägten Rand endet), wobei angenommen wird, daß die Größe der Überlappung bei dem zwei Typen von Überlappungsverbindungen die gleiche ist.
Ein weiteres Merkmal ist, mit weniger Überlappung in jeder Überlappungsverbindung als sie in der Überlappungsverbindung gemäß dem US-Patent 5 063 654 vorhanden ist, Kernverluste zu erzielen, die nicht größer sind als diejenigen, die die überlappten Verbindungen des Patents charakterisieren. Die Verkleinerung der Größe der Überlappung, die in jeder überlappten Verbindung vorhanden ist, ermöglicht, daß mehr überlappte Verbindungen in einer gegebenen Länge des Kerns vorhanden sind, wodurch die Größe der üblichen Unebenheit verkleinert wird, die in dem Kern vorhanden ist, wo die überlappten Verbindungen angeordnet sind.
Beim Ausführen meiner Erfindung in einer Form stelle ich einen Transformatorkern bereit, der superpositionierte Gruppen aus Band aus rostfreiem Stahl enthält, die um das Fenster von dem Kern gewickelt sind, wobei jede Gruppe einen inneren Abschnitt und einen äußeren Abschnitt aufweist, die in superpositionierter Relation angeordnet sind, und wobei jeder Abschnitt viele dünne Schichten aus Band aus amorphem Stahl aufweist. Jede der Schichten in einem Abschnitt hat quer verlaufende Ränder an gegenüberliegenden Enden von dem Abschnitt und eine Längsabmessung, die zwischen dem quer verlaufenden Rändern an gegenüberliegenden Enden des Abschnittes gemessen ist. Der Kern ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten in dem inneren Abschnitt von einer Gruppe im wesentlichen gleiche Längen haben, und die Schichten in dem äußeren Abschnitt von der Gruppe im wesentlichen gleiche Längen mit einem größeren Wert haben als die Längen der Schichten in dem inneren Abschnitt. An dem einen Ende von jeder Gruppe sind die quer verlaufenden Ränder von allen Schichten in der Gruppe im wesentlichen ausgerichtet, um einen im wesentlichen glatten Rand an dem einen Ende der Gruppe zu bilden. An dem anderen Ende von jeder Gruppe (i) sind die quer verlaufenden Ränder von den Schichten in dem inneren Abschnitt so angeordnet, daß ein abgeschrägter Rand für dem inneren Abschnitt gebildet wird, (ii) sind die quer verlaufenden Ränder der Schichten in dem äußeren Abschnitt so angeordnet, daß sie einen abgeschrägten Rand für den äußeren Abschnitt bilden, und (iii) überlappt der abgeschrägte Rand von dem äußeren Abschnitt dem abgeschrägten Rand von dem inneren Abschnitt.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung überlappt das eine Ende von jeder Gruppe das andere Ende der Gruppe, um eine überlappte Verbindung zwischen den Enden der Gruppe zu bilden, und das überlappende Ende von jeder Gruppe weist die abgeschrägten Ränder von den inneren und äußeren Abschnitten der Gruppe auf. Die abgeschrägten Ränder von einer Gruppe sind unmittelbar benachbart zu dem glatten Rand von der nächsten radial außen nachfolgenden Gruppe angeordnet.
Beim Ausführen von einem Beispiel des Verfahrens meiner Erfindung leite ich die oben beschriebenen Abschnitte, die jede Gruppe bilden, von einem zusammengesetzten Band ab, das viele dünne Bandschichten aus amorphem Stahl aufweist. Einer der Abschnitte wird dadurch abgeleitet, daß das zusammengesetzte Band geschnitten wird, um einen vielschichtigen Abschnitt vorbestimmter Länge zu bilden, und der andere der Abschnitte wird dadurch abgeleitet, daß das zusammengesetzte Band geschnitten wird, um einen vielschichtigen Abschnitt mit einer größeren Länge als der vorbestimmten Länge zu bilden.
Die zwei Abschnitte werden zusammengestapelt, wobei (i) ihre Ränder an dem einen Ende von den zwei Abschnitten im wesentlichen in Ausrichtung sind, um eine Gruppe mit einem relativ glatten Rand an dem einen Ende zu bilden, und (ii) die Ränder in jedem Abschnitt, die an dem anderen Ende von den zwei Abschnitten ausgerichtet sind, an den Rändern von dem einen Abschnitt anstoßen, die in bezug auf die Ränder des anderen Abschnitts versetzt sind. Die Gruppe wird dann um einen Dorn gewickelt, (i) während die glattrandige Konfiguration an dem einen Ende der Gruppe beibehalten wird und (ii) wobei der längere Abschnitt radial außen von dem anderen Abschnitt angeordnet ist. Das Ergebnis des Wickelns ist an dem anderen Ende der Gruppe, wobei jeder der zwei Abschnitte einen abgeschrägten Rand bildet und der abgeschrägte Rand auf dem äußeren Abschnitt den abgeschrägten Rand auf dem inneren Abschnitt überlappt.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 ist eine Schnittansicht von dem Jochabschnitt von einem bekannten Kern aus amorphem Metall. Der Jochabschnitt enthält verteilte überlappte Verbindungen.
Figur 2 ist eine vergrößerte Ansicht von einigen der Überlappungsverbindungen des Kerns gemäß Figur 1.
Figur 3 ist eine vergrößerte Seitenansicht von einem Paket aus Band aus amorphem Metall, das bei der Fertigung des bekannten Kerns aus amorphem Stahl gemäß dem Figuren 1 und 2 verwendet wird.
Figur 4 ist eine Draufsicht auf das Paket gemäß Figur 4.
Figur 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht von einem Paket aus Band aus amorphem Stahl, das bei einem Kern aus amorphem Stahl gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.
Figur 6 ist eine vergrößerte Seitenansicht von überlappten Verbindungen, die erzeugt werden, wenn das Paket gemäß Figur 5 um das Fenster von einem Kern als ein Teil von meinem Kernfertigungsverfahren gewickelt wird. Die Gruppen in dem Paket gemäß Figur 5 sind lang genug gemacht, um überlappende Enden zu haben, wenn sie um das Kernfenster gewickelt werden.
Figur 7 ist eine vergrößerte Seitenansicht von Stoßverbindungen, die erzeugt werden, wenn das Paket gemäß Figur um ein Kernfenster gewickelt wird, das eine derartige Größe hat, daß Stoßverbindungen zwischen nicht überlappenden Enden von jeder Gruppe in dem Paket gebildet werden.
Figur 8 ist eine vergrößerte Seitenansicht von einigen der in Figur 7 dargestellten Stoßverbindungen.
Figur 9 ist eine schematische Darstellung von einer Kernfertigungsmaschine des Gurt-Verschachtelungstyps, die verwendet wird, um Pakete um den Dorn der Kernfertigungsmaschine zu wickeln.

Beschreibung des Standes der Technik

Der Typ eines Transformatorkerns, mit dem ich befaßt bin, wird dadurch hergestellt, daß um den Dorn von einer Kernfertigungsmaschine mehrere Pakete von Bandmaterial aus amorphem Stahl gewickelt werden. Eine typische bekannte Form von einem dieser Pakete ist bei 10 in dem Figuren 3 und 4 gezeigt, und ein Kern, der mit diesen Paketen hergestellt ist, ist bei 12 in Figur 1 gezeigt. Das in dem Figuren 3 und 4 gezeigte Paket weist drei Gruppen 14 von Bandmaterial aus amorphem Stahl auf, wobei jede Gruppe viele dünne Schichten 16 aus Band aus amorphem Stahl enthält, die in einer übereinander angeordneten bzw. superpositionierten Relation gestapelt sind. Jede Schicht hat longitudinal verlaufende Ränder 18 an ihren gegenüberliegenden Seiten und quer verlaufende Ränder an ihren gegenüberliegenden Enden. Bei der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Konstruktion sind die Schichten 16 in jeder Gruppe an ihren longitudinal verlaufenden Rändern 18 auf jeder Seite fluchtend ausgerichtet angeordnet, und ihre quer verlaufenden Ränder 20 an jedem Ende von der Gruppe sind fluchtend ausgerichtet angeordnet.
Ich bevorzuge, eine Kernfertigungsmaschine des Gurt- Verschachtelungstyps zu verwenden, der in der US-Anmeldung S.N. 623,265 - Klappert und Houser, eingereicht am 6. Dezember 1990, übertragen auf die Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Erfindung, gezeigt und beansprucht ist. Einige Merkmale dieser Maschine sind allgemein in Figur 9 dargestellt. Beispielsweise enthält die Maschine gemäß Figur 9 eine Gurt- Verschachtelungsvorrichtung 21, in die die oben beschriebenen Pakete 10 durch ein Fördersystem 22 eingegeben werden, das einen Gurtantrieb 23 aufweist, der die Pakete in Richtung des Pfeiles 24 transportiert. Die Gurt-Verschachtelungsvorrichtung 21 weist einen drehbaren Dorn 25 mit einer horizontalen Achse auf, die von einem flexiblen Gurt 26 umgeben ist. Einzelne Pakete 10 der Bänder werden in den Raum zwischen dem Gurt und dem Dorn geführt, wo sie um dem Dorn gewickelt werden, wenn sich der Gurt 26 in Richtung des Pfeiles 27 bewegt, um den Dorn in einer Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen. Wo die Pakete der Bänder in dem Raum zwischen dem Gurt und dem Dorn eintreten, befinden sich zwei vertikal im Abstand angeordnete Vorderrollen 30 und 32, um die der Gurt 26 teilweise herumgewickelt ist. Eine dünne Führung 35 richtet die Pakete allgemein nach oben, wenn sie in den Spalt zwischen den Rollen eintreten. Die Rollen 30 und 32 dienen als Führungsrollen für dem Gurt 26 und sind um feststehende Achsen drehbar angebracht. Wie in der oben genannten Anmeldung 623,265 von Klappert und Houser angegeben ist, ist der Gurt 26 ein endloser flexibler Gurt, der außen von dem Dorn 25 und den Führungsrollen 30 und 32 um eine Reihe von zusätzlichen Führungsrollen, Spannrollen und eine motorgetriebene Riemenscheibe (keine von diesen ist in der vorliegenden Anmeldung gezeigt) führt, damit der Gurt in geeigneter Weise angetrieben werden kann, wie es gezeigt ist. Der Dorn 25 ist auf einer Welle 34 gehalten, die in Schlitzen 36 in stationären Stützteilen 38 verschiebbar angebracht ist. Wenn die Kernform um dem Dorn herum aufgebaut wird, wird die Welle 34 gezwungen, sich in den Schlitzen 36 entgegen der entgegengesetzten Vorspannung der Gurtspannvorrichtung (nicht gezeigt) nach links zu verschieben, um somit Raum für neue Pakete von Bändern zu schaffen, die dem Dorn zugeführt werden. Die Anmeldung von Klappert und Houser stellt mit weiteren Einzelheiten dar, wie die einzelnen Pakete in die Gurt-Verschachtelungsvorrichtung eingeführt und jeweils einzeln um dem Dorn herumgewickelt werden.
Nachdem ein Toroid mit dem gewünschten Aufbau in der Gurt-Verschachtelungsvorrichtung 21 geformt worden ist, wird dieser Toroid von dem Dorn 25 der Gurt-Verschachtelungsvorrichtung abgenommen und in einer üblichen Weise geeignet geformt, wie beispielsweise durch eine Kernformungseinrichtung (nicht gezeigt), in der geeignet geformte Werkzeuge in das Kernfenster eingesetzt und dann auseinandergedrückt werden. Anschließend wird die geformte Kernform in einem Vergütungsofen angeordnet, wo sie erwärmt und dann langsam abgekühlt wird, um Spannungen in dem Bandmaterial aus amorphem Stahl zu entspannen. Diese Formungs- und Vergütungsschritte sind beide üblich und sind in dem Zeichnungen nicht dargestellt.
In einem typischen bekannten Paket 10 weist jede der darin vorhandenen Gruppen 14 30 Schichten aus Band aus amorphem Stahl auf, wobei jede Schicht etwa 0,025 mm (0,001 Zoll) dick ist. Diese Gruppen werden von einer oder mehreren kontinuierlichen Längen von zusammengesetztem Band abgeleitet (nicht gezeigt). Üblicherweise ist dieses zusammengesetzte Band 15 Schichten dick. Zwei Abschnitte der erforderlichen Länge werden von dem zusammengesetzten Band abgetrennt bzw. abgeschnitten, und diese zwei Abschnitte (bei 42 in Figur 3 gezeigt) werden zusammengestapelt, um eine Gruppe 14 zu bilden. Die übliche bekannte Lösung besteht darin, jeden der zwei Abschnitte 42, die eine Gruppe bilden, auf die gleiche Länge abzuschneiden und die zwei Abschnitte zusammenzustapeln, so daß ihre quer verlaufenden Ränder 20 an gegenüberliegenden Enden der Gruppe fluchtend ausgerichtet sind. Wenn also die Gruppe 14 in ihrem ebenen, ungewickelten Zustand ist, wie es in dem Figuren 3 und 4 gezeigt ist, sind die quer verlaufenden Ränder 20 von allen Schichten in der Gruppe fluchtend ausgerichtet.
In der üblichen bekannten Lösung sind die zwei Abschnitte 42, die jede einzelne Gruppe bilden, auf die gleiche Länge geschnitten, aber die Gruppen sind auf unterschiedliche Längen geschnitten, um dem zunehmenden Aufbau des Kerns zu kompensieren. Genauer gesagt, wird beim Fortschreiten in einer Richtung radial nach außen in dem Kern (oder von unten nach oben in Figur 3) jede Gruppe länger gemacht als ihre unmittelbar vorhergehende Gruppe um einen Betrag von 2πT, wobei T die Dicke der unmittelbar vorhergehenden Gruppe ist. Wenn die unmittelbar vorhergehende Gruppe eine Gruppe von 30 Bändern ist, wobei jedes Band eine Dicke von 0,025 mm (0,001 Zoll) hat, wird die nächstfolgende Gruppe um 2π x 30 x 0,001 oder 0,188 Zoll länger gemacht. Somit ist jede Gruppe lang genug, um dem zunehmend größer werdenden Umfang des Kerns zu umschließen, wenn der Kern durch dem Einschluß von zusätzlichen Gruppen aufgebaut wird.
Wenn das in dem Figuren 3 und 4 gezeigte Paket gemäß dem unmittelbar vorhergehenden Absatz hergestellt wird, wird die Zwischengruppe 14 0,188 Zoll länger sein als die untere Gruppe, und die obere Gruppe wird 0,188 Zoll länger sein als die Zwischengruppe. Dabei wird angenommen, daß die untere Gruppe diejenige ist, die in dem fertigen Kern dem Kernfenster an nächsten gelegen ist, und die obere Gruppe diejenige ist, die von dem Kernfenster am weitesten radial außen ist.
Wenn die Gruppen 14 dimensioniert und eingebaut sind, wie es in dem zwei unmittelbar zuvor stehenden Absätzen beschrieben ist, werden die Verbindungen in dem fertigen Kern das in dem Figuren 1 und 2 dargestellte Aussehen haben. Genauer gesagt, wird an dem einen Ende von jeder Gruppe der quer verlaufende Rand von allen Schichten in der Gruppe ausgerichtet sein, um einen glatten, rechtwinklig abgeschnittenen Rand (wie bei 50 gezeigt) zu bilden, und an dem anderen Ende der Gruppen werden die Ränder der Schichten in der Gruppe angeordnet sein, um einen einzigen abgeschrägten Rand (wie bei 52 gezeigt) für die Gruppe zu bilden.
Ich habe gefunden, daß die oben beschriebene Konfiguration mit einem einzigen abgeschrägten Rand von einem Kernverlust-Standpunkt zu wünschen übrigläßt, selbst in einer überlappten Verbindung, wo sich die Enden von jeder Grupper überlappen, um die Überlappungsverbindung zu bilden. Die einzige abgeschrägte Konfiguration scheint eine Verdünnung in dem magnetischen Kreis an einer kritischen Stelle einzuführen, wo Stahl erforderlich ist, um eine ideale Flußübertragung zu erzeugen.
Ich habe gefunden, daß ich dem Kernverlust verkleinern kann, indem die Gruppen und die entstehenden Überlappungsverbindungen in der Weise modifiziert werden, wie es in dem Figuren 5 und 6 dargestellt ist. In diesen letztgenannten Figuren sind Teile, die ähnlichen Teilen in dem Figuren 1 - 4 entsprechen, mit dem entsprechenden Bezugszahlen bezeichnet, abgesehen davon, daß ihnen die Vorzahl "1" hinzugefügt ist. Genauer gesagt, ist in Figur 5 ein Paket 110 gezeigt, das einen Stapel von drei vielschichtigen Gruppen 114 aufweist, wobei jede Gruppe zwei Abschnitte 142a und 142b aufweist und wobei jeder Abschnitt viele Schichten 116 (z.B. 15 Schichten) aus einem dünnen Band aus amorphem Stahl mit einer Dicke von etwa 0,025 mm (0,001 Zoll) pro Schicht aufweist. In jedem einzelnen Abschnitt 142a oder 142b haben die Schichten 116 die gleiche Länge (wie sie zwischen ihren quer verlaufenden Rändern 120 an gegenüberliegenden Enden des Abschnittes gemessen ist), und ihre quer verlaufenden Ränder 120 sind an gegenüberliegenden Enden des Abschnittes ausgerichtet. Die Schichten in dem zwei unterschiedlichen Abschnitten 142a und 142b, die eine Gruppe bilden, haben jedoch nicht die gleiche Länge, wie in dem Figuren 1 - 4. Genauer gesagt, haben in jeder der in Figur 5 gezeigten Gruppen 114 die Schichten 116 in dem oberen Abschnitt 142b eine größere Länge als die Schichten 116 in dem unteren Abschnitt 142a. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt diese Differenz in dem Längen 2πT, wobei T die Dicke des unteren Abschnittes 142 ist. Wo also jeder der Abschnitte 142a und 142b 15 Streifen in der Dicke hat, haben die Schichten in dem oberen Abschnitt 142b eine Länge, die die Länge der Schichten in dem unteren Abschnitt 142a um 2π x 0,015 Zoll oder 0,094 Zoll überschreitet. Diese Längendifferenz ist in Figur 5 mit x bezeichnet.
In dem Paket gemäß Figur 5 ist der untere Abschnitt 142a der Zwischengruppe 14 um einen Betrag 2πT länger gemacht als der obere Abschnitt 142b der unteren Gruppe 14, wobei T die Dicke des oberen Abschnittes 142b der unteren Gruppe ist. Da T gleich 0,015 ist, beträgt die Längendifferenz 0,094 Zoll. In ähnlicher Weise ist der untere Abschnitt 142a der oberen Gruppe 14 um einen Betrag von 0,094 Zoll länger gemacht als der obere Abschnitt der Zwischengruppe. Somit wird deutlich, daß über dem Paket jeder folgende Abschnitt, der nach oben fortschreitet, 0,094 Zoll länger ist als der unmit telbar darunterliegende Abschnitt.
Wenn das Paket gemäß Figur 5 um dem Dorn von einer Kernfertigungsmaschine gewickelt wird, wie sie in Figur 9 gezeigt ist, haben die überlappten Verbindungen in der Kernform die in Figur 6 gezeigte Konfiguration. An dem einen Ende von einer gewickelten Gruppe haben die Schichten in dem zwei Abschnitten alle ihre Enden ausgerichtet in einer im wesentlichen glatten, rechtwinklig abgeschnittenen Randkonfiguration, wie es bei 150 in Figur 6 gezeigt ist. Aber an dem anderen Ende der gewickelten Gruppe sind die Ränder von dem inneren Abschnitt 142a versetzt, um einen ersten abgeschrägten Rand 152a zu bilden, und die Ränder von dem äußeren Abschnitt 142b sind versetzt, um einen zweiten abgeschrägten Rand für dem äußeren Abschnitt zu bilden. Der abgeschrägte Rand 152b für dem äußeren Abschnitt überlappt dem abgeschrägten Rand 152a für dem inneren Abschnitt, wie es am besten in Figur 6 zu sehen ist.
Es wird deutlich, daß für einen gegebenen Betrag der Überlappung Y zwischen dem Enden von einer Gruppe die Randkonfiguration von Figur 6 zur Folge hat, daß in dem kritischen Überlappungsbereich in der Verbindung gemäß Figur 6 mehr Stahl vorhanden ist als es für die bekannte Verbindung gemäß Figur 2 der Fall ist. Dieser Extrastahl in diesem Bereich sorgt für mehr Aufteilung unter dem Schichten für dem Fluß, der zwischen dem überlappten Enden der Gruppe hindurchfließt, wodurch die Möglichkeiten verringert werden, daß dieser Fluß die Schichten in diesem Bereich in Sättigung bringt. Demzufolge haben für eine gegebene Größe der Überlappung zwischen dem Enden von einer Gruppe die Verbindungen gemäß Figur 6 einen kleineren Kernverlust als die Verbindungen gemäß Figur 2.
In einigen Anwendungsfällen ist das Kernverlustverhalten der Anordnung gemäß Figur 2 zufriedenstellend. Selbst bei derartigen Anwendungsfällen kann ich meine Erfindung mit Vorteil ausnutzen, indem die Abmessung Y gemäß Figur 6 bis zu einem derartigen Grad verkleinert wird, daß die Kernverluste in dem Verbindungen gemäß Figur 6 gleich denjenigen in dem Verbindungen gemäß Figur 2 sind. Dieser verkleinerte Raumbedarf für jede Verbindung ermöglicht mir, mehr Verbindungen in einer gegebenen Länge des Kerns unterzubringen. Demzufolge kann ich mehr Gruppen in jedem Paket des Kerns einbauen, ohne dem Kernverlust zu vergrößern. Mit mehr Gruppen in jedem Paket kann ich die Anzahl von Paketen in dem Kern verkleinern. Eine Verkleinerung der Anzahl von Paketen in dem Kern ist vorteilhaft, weil sie eine Verkleinerung in der Größe der gewöhnlichen Unebenheit gestattet, die in dem Kern in dem Verbindungsbereich vorhanden ist.
Die oben beschriebene Konstruktion mit einer doppelten Schräge für das Ende von einer Gruppe ist nicht nur für Kerne des Überlappungsverbindungstyps vorteilhaft, wie er oben beschrieben wurde, sondern auch für Kerne des Stoßverbindungstyps. Figuren 7 und 8 stellen Stoßverbindungstypen von Kernen dar, Figur 8 dem bekannten Typ und Figur 7 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In beiden dieser Stoßverbindungstypen eines Kerns tritt ein wesentlicher Teil des Flusses direkt zwischen dem ausgerichteten Enden von einer Gruppe hindurch. Je näher diese Enden zusammen sind, desto kleiner wird der Kernverlust für diese Verbindung sein. Die eine doppelte Schräge aufweisende Konfiguration gemäß Figur 7 ermöglicht, daß der Rand 152b in großer Nähe zu dem rechtwinklig abgeschnittenen Rand 150 angeordnet ist, wodurch die effektive Länge des Spaltes in diesem Bereich verkleinert wird im Vergleich zu einer Konstruktion, wo keine Überlappung zwischen dem Rändern 152b und 152a vorhanden ist, wie es bei der bekannten Konstruktion gemäß Figur 8 dargestellt ist.
Wir haben zwar bestimmte Ausführungsbeispiele von un serer Erfindung gezeigt und beschrieben, es wird aber für dem Fachmann deutlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von unserer Erfindung in ihren breiteren Aspekten abzuweichen; und deshalb beabsichtigen wir hier, alle diese Änderungen und Modifikationen einzuschließen, die in dem Schutzumfang unserer Erfindung fallen.

Claims

1. Transformatorkern (12) enthaltend ein Fenster und superpositionierte versetze Gruppen (114) von Band aus amorphem Stahl, die um das Fenster gewickelt sind, wobei jede Gruppe einen inneren Abschnitt (142a) und einen äußeren Abschnitt (142b) aufweist, die in superpositionierter Relation angeordnet sind, und wobei jeder Abschnitt viele dünne Schichten (116) aus superpositioniertem Band aus amorphem Stahl aufweist, wobei jede der Schichten (116) in einem Abschnitt (142a, 142b) quer verlaufende Rander (120) an gegenüberliegenden Enden des Abschnittes (142a, 142b) und eine Längenabmesssung aufweist, die zwischen dem quer verlaufenden Rändern (120) an gegenüberliegenden Enden des Abschnittes (142a, 142b) gemessen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Schichten (116) in dem inneren Abschnitt (142a) von einer Gruppe (114) im wesentlichen gleiche Längen haben und die Schichten (116) in dem äußeren Abschnitt (142b) von der Gruppe (114) im wesentlichen gleiche Längen haben mit einem größeren Wert als die Längen der Schichten (116) in dem inneren Abschnitt (142a),

(b) an dem einen Ende von jeder Gruppe (114) die quer verlaufenden Ränder (120) von allen Schichten (116) in der Gruppe (114) im wesentlichen ausgerichtet sind und einen glatten Rand (150) an dem einen Ende der Gruppe (114) bilden,

(c) an dem gegenüberliegenden Ende von jeder Gruppe (114)

i die quer verlaufenden Ränder (120) der Schichten (116) in dem inneren Abschnitt (142a) so angeordnet sind, daß sie einen abgeschrägten Rand (152a) für dem inneren Abschnitt (142a) bilden,

ii die quer verlaufenden Ränder (120) der Schichten (116) in dem äußeren Abschnitt (142b) so angeordnet sind, daß sie einen abgeschrägten Rand (152b) für dem äußeren Abschnitt (142b) bilden, und

iii der abgeschrägte Rand (152b) des äußeren Abschnitts (142b) dem abgeschrägten Rand (152a) des inneren Abschnitts (142a) überlappt.

2. Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

(a) das gegenüberliegende Ende von jeder Gruppe (114) das eine Ende der Gruppe (114) überlappt, um eine überlappte Verbindung zwischen dem Enden zu bilden,

(b) das überlappende Ende von jeder Gruppe (114) die abgeschrägten Ränder (152a, 152b) auf dem inneren und äußeren Abschnitten (142a, 142b) aufweist und

(c) die abgschrägten Ränder (152a, 152b) voh einer Gruppe (114) in einer in wesentlichen stoßenden Relation mit dem glattrandigen Ende (150) der nächstenb radial nach außen folgenden Gruppe (114) angeordnet sind.

3. Kern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen (114) in Paketen (110) angeordnet sind, wobei in jedem der Pakete (110) die überlappenden Verbindungen in Winkelrichtung des Kerns (12) versetzt sind.

4. Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (116) in dem äußeren Abschnitt (142b) eine Länge haben, die die Länge der Schichten (116) in dem inneren Abschnitt (142a) um einen Betrag überschreitet, der im wesentlichen gleich 2πT ist, wobei T die Dicke des inneren Abschnittes (142a) ist.

5. Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die zwei Enden von jeder Gruppe (114) in einer im wesentlichen ausgerichteten Relation angeordnet sind und

(b) das Ende von jeder Gruppe (114), das die abgeschrägten Ränder (152a, 152b) auf dem inneren und äußeren Abschnitten (142a, 142b) der Gruppe (114) aufweist, in einer im wesentlichen stoßenden Relation mit dem glatten Rand (150) auf dem anderen Ende der Gruppe (114) angeordnet ist.

6. Kern nach Anspruch 1, wobei an dem einen Ende von jeder Gruppe (114) die im wesentlichen ausgerichteten Ränder der Schichten (116) in der Gruppe (114) einen im rechten Winkel abgewinkelten Rand (150) der Gruppe bilden.

7. Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns enthaltend ein Fenster und superpositionierte Gruppen (114) aus Band aus amorphem Stahl, die um das Fenster gewickelt sind, wobei jede Gruppe (114) einen inneren Abschnitt (142a) und einen äußeren Abschnitt (142b) aufweist, die in superpositionierter Relation angeordnet sind, und wobei jeder Abschnitt (142a, 142b) viele dünne Schichten (116) des superpositionierten Bandes aus amorphem Stahl aufweist, wobei das Verfahren enthält:

a) Bereitstellen eines zusammengesetzten Bandes aus amorphem Stahl, das viele dünne Schichten (116) aus Band aus amorphem Stahl enthält,

(b) Schneiden des zusammengesetzten Bandes, um davon einen ersten vielschichtigen Abschnitt (142a) vorbestimmter Länge abzutrennen,

(c) erneutes Schneiden des zusammengesetzten Bandes, um davon einen zweiten vielschichtigen Abschnitt (142b) mit wesentlich größerer Länge als der vorbestimmten Länge abzutrennen,

(d) Zusammenstapeln der zwei Abschnitte (142a, 142b), wobei

(i) ihre Ränder an dem einen Ende der zwei Abschnitte im wesentlichen ausgerichtet sind, um eine Gruppe (114) mit einem relativ glatten Rand (150) an dem einen Ende zu bilden, und

(ii) wobei die Ränder in jedem Abschnitt (142a, 142b) an dem anderen Ende von dem zwei Abschnitten (142a, 142b) im wesentlichen ausgerichtet sind, wobei aber die Ränder von dem einen Abschnitt in Bezug auf die Ränder von dem anderen Abschnitt versetzt sind,

(e) Wickeln der Gruppe (114) um einen Dorn (25), während die glattrandige Konfiguration (150) an dem einen Ende der Gruppe (114) beibehalten wird und wobei der längere Abschnitt (142b) radial außen von dem anderen Abschnitt (142a) angeordnet ist, um dadurch einen abgeschrägten Rand (152a, 152b) auf jedem der zwei Abschnitte (142a, 142b) zu entwickeln, wobei der abgeschrägte Rand (152b) auf dem äußeren Abschnitt (142b) dem abgeschrägten Rand (152a) auf dem inneren Abschnitt (142a) überlappt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner enthaltend:

(a) Herstellen zusätzlicher Paare von Abschnitten (142a, 142b) aus dem zusammengesetzten Band durch Schritte, die denjenigen entsprechen, die in dem Merkmalen (b) und (c) in Anspruch 7 angegeben sind,

(b) Zusammenstapeln der Abschnitte (142a, 142b) der zusätzlichen Paare gemäß Merkmal (d) in Anspruch 7, um zusätzliche Gruppen (114) zu bilden,

(c) Zusammenstapeln der zusätzlichen Gruppen (114) und der Gruppe (114) gemäß Anspruch 7 in einer longitutinal versetzten Relation, um ein Paket (110) zu bilden, und

(d) Ausführen des Schrittes gemäß Merkmal (e) in Anspruch 7, indem das Paket (110) um dem Dorn (25) gewickelt wird, während die glattrandige Konfiguration (150) an dem einen Ende von jeder der zusätzlichen Gruppen(114) beibehalten wird und wobei der längere Abschnitt (142b) von jeder zusätzlichen Gruppe (114) radial außen von dem äußeren Abschnitt (142a) von der Gruppe (114) angeordnet ist, um dadurch in jeder zusätzlichen Gruppe (114) einen abgeschrägten Rand (152a, 152b) auf jedem der zwei Abschnitte (142a, 142b) in jeder zusätzlichen Gruppe (114) zu entwickeln, wobei der abgeschrägte Rand (152b) auf dem äußeren Abschnitt (142b) dem abgeschrägten Rand (152a) auf dem inneren Abschnitt (142a) überlappt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Abschnitt (142b) auf eine Länge geschnitten wird, die um einen Betrag von im wesentlichen 2πT, wobei T die Dicke des ersten Abschnittes (142a) ist, größer als der erste Abschnitt (142a) ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der längere Abschnitt (142b) von jedem Paar der Abschnitte (142a, 142b) in einer Gruppe (114) eine Länge hat, die diejenige des kürzeren Abschnittes (142a) um einen Betrag überschreitet, der im wesentlichen gleich 2πT ist, wobei T die Dicke des kürzeren Abschnittes (142a) ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder nachfolgende Abschnitt (142a, 142b), der radial außen in dem Paket (110) vorangeht, auf eine Länge geschnitten wird, die diejenige des unmittelbar vorhergehenden Abschnittes (142a, 142b) um einen Betrag überschreitet, der im wesentlichen gleich 2πT ist, wobei T die Dicke des unmittelbar vorhergehenden Abschnittes (142a, 142b) ist.