JP2023527437A - ハイブリッド変圧器コアおよび変圧器コアを製造する方法 - Google Patents

ハイブリッド変圧器コアおよび変圧器コアを製造する方法 Download PDF

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Abstract

ハイブリッド変圧器コア（１０）は、方向性鋼のカラム（２１～２３）とヨーク（１１，１２）とを備える。ヨーク（１１，１２）は、アモルファス鋼のシートを含む複数の第２層を含み、アモルファス鋼のシートは、アモルファス鋼のシートの主面の外周領域上の接着コーティングによって互いに接着される。

Description

発明の分野
本発明は、変圧器コアおよび変圧器コアを製造する方法に関する。本発明は、具体的には方向性鋼とアモルファス鋼の両方を含む変圧器コアに関する。
発明の背景
電力変換器は配電および送電に使用される。分路リアクトルおよび電力変圧器は、送電および配電中に生じる損失の重大な原因になる。電力損失を低減する電力変圧器を提供することが望ましい。
米国特許第４６６８９３１号は、複数のケイ素鋼薄板から作られた１つ以上の巻線脚部と、複数のアモルファス鋼薄板から作られた一対のヨークとを有する変圧器コアを開示している。ヨークおよび脚部は、ケイ素鋼薄板とアモルファス鋼薄板との接合部によって直列に接合されて磁気ループ回路を形成することにより、ケイ素鋼薄板のみで形成された電力変圧器コアと比較して大幅に改善されたコア損失特性を有する変圧器コアを提供する。
国際公開第２０１４／００９０５４号Ａ１および欧州特許出願公開第２６８５４７７号Ａ１は、アモルファス鋼の第１ヨークとアモルファス鋼の第２ヨークとを含むハイブリッド変圧器コアを開示している。このハイブリッド変圧器コアは、第１ヨークと第２ヨークとの間に延在する少なくとも２つの方向性鋼のリムをさらに含む。少なくとも２つのリムの各々の第１端部は、第１接続面において第１ヨークの第１表面に結合され、少なくとも２つのリムの各々の第２端部は、第２接続面において第２ヨークの第２表面に結合される。
米国特許出願公開第２００４／０２１２２６９号Ａ１は、選択的エッチングプロセスにより、アモルファス金属ストリップ供給材料から形状を切り出す方法を開示している。これらの形状の複数の層を接着剤積層によって組み立てることにより、高効率の電気モータおよび誘導デバイスに役立つ概ね多面体形状のバルクアモルファス金属磁気構成要素を形成する。
アモルファス鋼薄板は、アモルファス鋼のリボンを切断してシートにし、アモルファス鋼の層として作用するシート積層体を形成することにより、形成することができる。変圧器コアの組み立て中、アモルファス鋼の層および方向性鋼の層を積層することができる。アモルファス鋼のリボンを切断すると、望ましくない波打ちがシートに形成される場合がある。この問題は、アモルファス鋼の層を積層体内のいくつかのアモルファス鋼シートを組み合わせることによって形成すると悪化する。説明のために、厚みの大きなばらつきが、アモルファス鋼のリボンが切断された場所と、アモルファス鋼のリボンが切断された場所から距離を置いた場所との間で生じる場合がある。これが形状の制御を一層困難にし、このことは、方向性鋼の層とアモルファス鋼の層とが重ね合わされる接合領域において特に重大である。
コア組み立て中の形状の制御におけるもう１つの問題は、アモルファス鋼の層の機械的剛性が低いために、コア組み立て中にヨークの曲げ変形（崩壊（collapsing）とも呼ばれる）が生じる可能性があることである。コアをクランプすることを可能にするために追加の絶縁パッドを使用できるが、コア組み立て中のヨークの機械的崩壊を減じることが望ましい。
概要
改善された変圧器コアおよび変圧器コアを製造する方法を提供することが必要とされている。特に、ハイブリッドコア構造を採用することによって動作中の損失を低減しつつ、変圧器コア組み立て中の形状に対する改善された制御を提供する、変圧器コアおよび変圧器コアを製造する方法が、必要とされている。特に、改善された剛性を提供し、変圧器コア組み立て中のヨークの崩壊のリスクを低減する、そのような変圧器コアおよび方法が、必要とされている。
本発明の実施形態に従い、独立請求項に記載されている変圧器コアおよび製造方法が提供される。従属請求項は実施形態を規定する。
ハイブリッド変圧器コアは、カラムとヨークとを備える。各カラムは、方向性鋼の複数の第１層を含む。１つ以上のヨークは複数の第２層を含む。各第２層は一組のアモルファス鋼のシートを含み、アモルファス鋼のシートは、アモルファス鋼のシートの主面の外周領域上の接着コーティングによって互いに接着することができ、アモルファス鋼のシートの主面は、第２層における別のアモルファス鋼のシートに面している。
主面は、外周領域によって囲まれた中央領域を含み得る。中央領域には接着コーティングが設けられていない。
外周領域は、中央領域を取り囲むように中央領域全体の周りに延在していてもよい。
外周領域のすべてが接着コーティングで覆われていてもよい。
ヨークおよびカラムを形成する積層体のレイヤにおいて、各第２層が第１層に接着されてもよい。
外周領域は、主面の４つの辺に沿って延在する４つのセグメントを含み得るものであって、各セグメントは、上記辺がそれに沿って延在する直線に対して垂直に測定されこの辺の延在に沿って平均された平均幅を有する。
上記辺に沿う、接着コーティングが設けられたセグメントの、（上記辺がそれに沿って延在する直線に対して垂直に測定された）平均幅または最大幅は、２０ｍｍ以下、１５ｍｍ以下、または１０ｍｍ以下であってもよい。
アモルファス鋼の各シートの主面は、シート長さと、この長さよりも小さいシート幅とを有し得る。
主面は矩形であってもよい。
主面は、その端部において４５°のカットで留め継ぎされたものであってもよい。
長さ方向に沿って延在する、接着コーティングが設けられた外周領域のセグメントの、シート幅に対する最大幅の比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満であってもよい。
幅方向に沿って延在する、接着コーティングが設けられた外周領域のセグメントの、シート長さに対する平均幅または最大幅の比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満であってもよい。
接着コーティングは、少なくとも３００℃まで、少なくとも３１０℃まで、少なくとも３２０℃まで、少なくとも３３０℃まで、少なくとも３４０℃まで、少なくとも４００℃以上まで、耐熱性であってもよい。
接着コーティングは、第１層および第２層が積み重ねられた後に晒されるアニーリング温度まで耐熱性であってもよい。
接着コーティングは、ケイ素樹脂系コーティングまたは別の種類の耐熱性接着剤であってもよい。
接着コーティングはオーブン塗料であってもよい。
ハイブリッド変圧器コアは、隣り合う第２層の間に絶縁性材料をさらに備えていてもよい。
絶縁性材料は絶縁性接着剤を含み得る。
絶縁性材料は絶縁性粉末を含み得る。
絶縁性材料は、第２層が第１層と重なり合っていない場所のみに、すなわち接合領域とは異なるヨークの部分のみに、選択的に配置されてもよい。
絶縁性材料は、第２層の外面上にコーティングされてもよく、または吹き付けられてもよい。
絶縁性材料は、第２層内（すなわち接着接合されて第２層を形成する一組のシート内）においてアモルファス鋼の隣り合うシート間に絶縁性材料が設けられないように、配置されてもよい。
第１層および第２層はバットラップ（butt-lap）構成で積み重ねられてもよい。
第１層および第２層は混合ステップラップ（step-lap）／バットラップ構成で積み重ねられてもよい。
第１層および第２層は、シングルステップラップ構成で、マルチステップラップ構成で、留め継ぎラップ構成で、混合留め継ぎ（miter）／バットラップ構成で、または別の種類の変圧器コア積層技術で積み重ねられてもよい。
接合領域において、第１層と第２層とが交互に配置されてもよい。
第２層は異なる接合領域間で連続的に延在していてもよい。
各２層は同一数のアモルファス鋼シートを有していてもよい。
各アモルファス鋼シートの厚さは、各第１層の第１厚さよりも小さくてもよい。
各第２層内のアモルファス鋼シートの数は、第２層が第２厚さを有するように選択されてもよく、第２厚さは、第１厚さと、２０％以内まで、１５％以内まで、または１０％以内まで、同一である。
各ヨークは、少なくとも１０００、少なくとも２０００、少なくとも３０００、少なくとも４０００、少なくとも５０００、少なくとも６０００、少なくとも７０００以上の第２層を含み得る。
各カラムは、少なくとも１０００、少なくとも２０００、少なくとも３０００、少なくとも４０００、少なくとも５０００、少なくとも６０００、少なくとも７０００以上の第１層を含み得る。
本発明のもう１つの局面に係るハイブリッド変圧器コアは、カラムとヨークとを備える。各カラムは、方向性鋼の複数の第１層を含む。各ヨークは複数の第２層を含む。各第２層は一組のアモルファス鋼のシートを含む。ハイブリッド変圧器コアは、隣り合う第２層の間に絶縁性材料をさらに備えていてもよい。
絶縁性材料は絶縁性接着剤を含み得る。
絶縁性材料は絶縁性粉末を含み得る。
絶縁性材料は、第２層が第１層と重なり合っていない場所のみに、すなわち接合領域とは異なるヨークの部分のみに、選択的に配置されてもよい。
絶縁性材料は、第２層の外面上にコーティングされてもよく、または吹き付けられてもよい。
絶縁性材料は、第２層内（すなわち接着接合されて第２層を形成する一組のシート内）においてアモルファス鋼の隣り合うシート間に絶縁性材料が設けられないように、配置されてもよい。
本発明に係る変圧器は、ある実施形態に係るハイブリッド変圧器コアと、複数の巻線とを含み得る。
変圧器は配電変圧器であってもよい。
変圧器は単相配電変圧器であってもよい。
変圧器の定格は最大３１５ｋＶＡであってもよい。
変圧器の定格は３１５ｋＶＡ以上であってもよい。
変圧器の定格は３１５ｋＶＡ以上２４９９ｋＶＡ以下であってもよい。
変圧器の定格は２４９９ｋＶＡ以上であってもよい。
変圧器は小電力変圧器であってもよい。
変圧器コアを製造する方法は、方向性鋼の複数の第１層を設けるステップを含み得る。この方法は、複数の第２層を形成するステップを含み得る。第２層を形成するステップは、いくつかのアモルファス鋼のシートを互いの上に配置し接着コーティングを塗布することによって第２層を形成するステップを含み得るものであって、接着コーティングは、アモルファス鋼のシートの主面の外周領域上に設けられ、アモルファス鋼のシートの主面は、第２層における別のアモルファス鋼のシートに面している。この方法は、変圧器コアを、複数の第１層および複数の第２層から組み立てるステップを含み、組み立てるステップは、第１層および第２層を積み重ねることによって変圧器コアのカラムとヨークとを形成するステップを含む。
各第２層は、主面が、外周領域によって囲まれた中央領域を含み得るように形成されてもよく、中央領域は接着コーティングが設けられないままであってもよい。
各第２層は、外周領域が、中央領域を取り囲むように中央領域全体の周りに延在するように、形成されてもよい。
各第２層は、外周領域のすべてが接着コーティングで覆われるように、形成されてもよい。
各第２層は、外周領域が、主面の４つの辺に沿って延在する４つのセグメントを含むように形成されてもよく、各セグメントは、上記辺がそれに沿って延在する直線に対して垂直に測定されこの辺の延在方向に沿って平均された平均幅を有する。
上記辺に沿う、接着コーティングが設けられたセグメントの、（上記辺がそれに沿って延在する直線に対して垂直に測定された）平均幅または最大幅は、２０ｍｍ以下、１５ｍｍ以下、または１０ｍｍ以下であってもよい。
各第２層は、アモルファス鋼の各シートの主面が、シート長さと、この長さよりも小さいシート幅とを有するように、形成されてもよい。
各第２層は、長さ方向に沿って延在する、接着コーティングが設けられた外周領域のセグメントの、シート幅に対する平均または最大幅の比率が、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満となるように、形成されてもよい。
各第２層は、幅方向に沿って延在する、接着コーティングが設けられた外周領域のセグメントの、シート長さに対する平均または最大幅の比率が、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満となるように、形成されてもよい。
この方法は、第１層および第２層を積み重ねた後のアニーリングステップをさらに含み得る。
この方法は、アモルファス鋼のシートをリボンから切り出すステップをさらに含み得る。
接着コーティングは、少なくとも３００℃まで、少なくとも３１０℃まで、少なくとも３２０℃まで、少なくとも３３０℃まで、少なくとも３４０℃まで、少なくとも４００℃以上まで、耐熱性であってもよい。
接着コーティングは、アニーリングステップで使用されるアニーリング温度まで耐熱性であってもよい。
接着コーティングは、ケイ素樹脂系コーティングまたは他の種類の耐熱性接着剤であってもよい。
接着コーティングはオーブン塗料であってもよい。
この方法は、積み重ねるステップにおいて隣り合う第２層の間に絶縁性材料を配置するステップをさらに含み得る。
絶縁性材料は絶縁性接着剤を含み得る。
絶縁性材料は絶縁性粉末を含み得る。
積み重ねるステップにおいて隣り合う第２層の間に絶縁性材料を配置するステップは、絶縁性材料を第２層の上にコーティングする、吹き付ける、または吹き付けコーティングするステップを含み得る。
絶縁性材料は、第２層内（すなわち接着接合されて第２層を形成する一組のシート内）においてアモルファス鋼の隣り合うシート間に絶縁性材料が延在しないように、配置されてもよい。
変圧器コアを組み立てるステップは、第１層および第２層をバットラップ構成で積み重ねるステップを含み得る。
変圧器コアを組み立てるステップは、第１層および第２層を混合ステップラップ／バットラップ構成で積み重ねるステップを含み得る。
変圧器コアを組み立てるステップは、第１層および第２層を、シングルステップラップ構成で、マルチステップラップ構成で、留め継ぎラップ構成で、混合留め継ぎ／バットラップ構成で、または別の種類の変圧器コア積層技術で積み重ねるステップを含み得る。
接合領域において、第１層と第２層とが交互に配置されてもよい。
第２層は異なる接合領域間で連続的に延在していてもよい。
各２層は同一数のアモルファス鋼シートを有するように形成されてもよい。
各アモルファス鋼シートの厚さは、各第１層の第１厚さよりも小さくてもよい。
各第２層内のアモルファス鋼シートの数は、第２層が第２厚さを有するように選択されてもよく、第２厚さは、第１厚さと、２０％以内まで、１５％以内まで、または１０％以内まで、同一である。
変圧器コアを組み立てるステップは、少なくとも１０００、少なくとも２０００、少なくとも３０００、少なくとも４０００、少なくとも５０００、少なくとも６０００、少なくとも７０００以上の第２層を積み重ねてヨークを形成するステップを含み得る。
変圧器コアを組み立てるステップは、少なくとも１０００、少なくとも２０００、少なくとも３０００、少なくとも４０００、少なくとも５０００、少なくとも６０００、少なくとも７０００以上の第１層を積み重ねてカラムを形成するステップを含み得る。
変圧器コアを製造する方法は、方向性鋼の複数の第１層を設けるステップを含み得る。この方法は、複数の第２層を形成するステップを含み得る。第２層を形成するステップは、いくつかのアモルファス鋼のシートを互いの上に配置するステップを含み得る。この方法は、変圧器コアを、複数の第１層および複数の第２層から組み立てるステップを含み、組み立てるステップは、第１層および第２層を積み重ねることによって変圧器コアのカラムとヨークとを形成するステップを含む。この方法は、積み重ねるステップにおいて隣り合う第２層の間に絶縁性材料を配置するステップをさらに含み得る。
絶縁性材料は絶縁性接着剤を含み得る。
絶縁性材料は絶縁性粉末を含み得る。
積み重ねるステップにおいて隣り合う第２層の間に絶縁性材料を配置するステップは、絶縁性材料を第２層の上にコーティングする、吹き付ける、または吹き付けコーティングするステップを含み得る。
絶縁性材料は、第２層内（すなわち接着接合されて第２層を形成する一組のシート内）においてアモルファス鋼の隣り合うシート間に絶縁性材料が延在しないように、配置されてもよい。
本発明に係る変圧器を製造する方法は、本発明のある実施形態に係る方法を使用して変圧器コアを形成するステップと、変圧器巻線を形成するステップとを含み得る。
この方法は、変圧器コアおよび変圧器巻線を筐体の中に配置するステップをさらに含み得る。
変圧器は配電変圧器であってもよい。
変圧器は単相配電変圧器であってもよい。
変圧器の定格は最大３１５ｋＶＡであってもよい。
変圧器の定格は３１５ｋＶＡ以上であってもよい。
変圧器の定格は３１５ｋＶＡ以上２４９９ｋＶＡ以下であってもよい。
変圧器の定格は２４９９ｋＶＡ以上であってもよい。
変圧器は小電力変圧器であってもよい。
本発明の別の実施形態に従い、ハイブリッド変圧器のヨークを形成するための、第２層の使用が提供され、第２層の各々は、一組のアモルファス鋼のシートを含み、アモルファス鋼のシートは、アモルファス鋼のシートの主面の外周領域上の接着コーティングによって互いに接着され、アモルファス鋼のシートの主面は、第２層における別のアモルファス鋼のシートに面しており、主面は、外周領域によって囲まれた中央領域を含み、中央領域には接着コーティングが設けられていない。
接着コーティングは、方向性鋼の層とともに組み立てられるときに第２層が晒されるアニーリング温度に耐えることが可能な耐熱性コーティングであってもよい。
接着コーティングは、ケイ素系接着コーティングまたは別の種類の耐熱性接着剤であってもよい。
上記使用は、接着コーティングを使用して、変圧器コア組み立てステップ中に第２層の機械的安定性を高めることを含み得る。
上記使用は、接着コーティングを、変圧器コア組み立てステップ中に第２層の形状を制御するために使用することを含み得る。
以下の項目は本発明の実施形態である。
項目１：ハイブリッド変圧器コアであって、ハイブリッド変圧器コアは、
カラムを備え、カラムの各々は、方向性鋼の複数の第１層を含み、ハイブリッド変圧器コアはさらに、
１つ以上のヨークを備え、ヨークの各々は、複数の第２層を含み、第２層の各々は、アモルファス鋼のシートを含み、アモルファス鋼のシートは、アモルファス鋼のシートの主面の外周領域上の接着コーティングによって互いに接着され、アモルファス鋼のシートの主面は、第２層における別のアモルファス鋼のシートに面しており、主面は、外周領域によって囲まれた中央領域を含み、中央領域には接着コーティングが設けられていない。
項目２：外周領域は４つのセグメントを含み、４つのセグメントは、主面の４つの辺に沿って延在し、４つのセグメントの各々は、辺がそれに沿って延在する直線に対して垂直に測定された平均または最大幅を有し、長さ方向に沿って延在する、接着コーティングが設けられた外周領域のセグメントの、シートの幅に対する平均または最大幅の比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満であり、および／または幅方向に沿って延在する、接着コーティングが設けられた外周領域のセグメントの、シートの長さに対する平均または最大幅の比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満である、項目１のハイブリッド変圧器コア。
項目３：接着コーティングは、少なくとも３００℃まで、少なくとも３１０℃まで、少なくとも３２０℃まで、少なくとも３３０℃まで、少なくとも３４０℃まで、または４００℃以上まで、耐熱性である、先行する項目のいずれか１項目のハイブリッド変圧器コア。
項目４：接着コーティングはケイ素樹脂系コーティングである、先行する項目のいずれか１項目のハイブリッド変圧器コア。
項目５：隣り合う第２層の間の絶縁性材料をさらに備える、先行する項目のいずれか１項目のハイブリッド変圧器コア。
項目６：絶縁性材料は、絶縁性接着剤または絶縁性粉末を含む、項目５のハイブリッド変圧器コア。
項目７：第１層および第２層は、バットラップ構成または混合ステップラップ／バットラップ構成で積み重ねられる、先行する項目のいずれか１項目のハイブリッド変圧器コア。
項目８：先行する項目のいずれか１項目のハイブリッド変圧器コアと複数の巻線とを備える変圧器。
項目９：変圧器は配電変圧器である、項目８の変圧器。
項目１０：変圧器コアを製造する方法であって、方法は、
方向性鋼の複数の第１層を設けるステップと、
複数の第２層を形成するステップとを含み、第２層を形成するステップは、いくつかのアモルファス鋼のシートを互いの上に配置し接着コーティングを与えることによって第２層を形成するステップを含み、接着コーティングは、アモルファス鋼のシートの主面の外周領域上に設けられ、アモルファス鋼のシートの主面は、第２層における別のアモルファス鋼のシートに面しており、外周領域によって囲まれた、主面の中央領域は、接着コーティングが設けられないままであり、方法はさらに、
変圧器コアを、複数の第１層および複数の第２層から組み立てるステップを含み、組み立てるステップは、第１層および第２層を積み重ねることによって変圧器コアのカラムと１つ以上のヨークとを形成するステップを含む、方法。
項目１１：外周領域は４つのセグメントを含み、４つのセグメントは、主面の４つの辺に沿って延在し、４つのセグメントの各々は、辺がそれに沿って延在する直線に対して垂直に測定された平均または最大幅を有し、長さ方向に沿って延在する、接着コーティングが設けられた外周領域のセグメントの、シートの幅に対する平均または最大幅の比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満であり、および／または幅方向に沿って延在する、接着コーティングが設けられた外周領域のセグメントの、シートの長さに対する平均または最大幅の比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満である、項目１０の方法。
項目１２：第１層および第２層を積み重ねた後のアニーリングステップをさらに含む、項目１０または１１の方法。
項目１３：接着コーティングは、少なくとも３００℃まで、少なくとも３１０℃まで、少なくとも３２０℃まで、少なくとも３３０℃まで、少なくとも３４０℃まで、４００℃以上まで、耐熱性であり、および／または接着コーティングは、ケイ素樹脂系コーティングまたは別の種類の耐熱コーティングである、項目１０～１２のいずれか１項目の方法。
項目１４：積み重ねるステップにおいて、隣り合う第２層の間に絶縁性材料を配置するステップをさらに含み、任意で絶縁性材料は絶縁性接着剤または絶縁性粉末を含む、項目１０～１３のいずれか１項目の方法。
項目１５：変圧器、具体的には配電変圧器を製造する方法であって、方法は、
項目１０～１４のいずれか１項目の方法を使用して変圧器コアを形成するステップと、
変圧器巻線を形成するステップと、
変圧器コアおよび変圧器巻線を筐体の中に配置するステップとを含む、方法。
各種効果および利点が本発明に関連付けられる。ハイブリッドコアは、ハイブリッドコア構造を採用することによって動作中の損失を低減しつつ、変圧器コア組み立て中の形状および／または機械的特性に対する改善された制御を提供する。接着コーティングは、アモルファス鋼の個々のシートの波打ちに関連付けられる問題を低減しつつ、アモルファス鋼のシートから組み立てられた各層およびこれらの層から形成されたヨークに対し、向上した機械的安定性を提供する。第２層を形成する一組のアモルファス鋼シートにおいて別のアモルファス鋼のシートに面するアモルファス鋼シートの主面の外周領域に接着コーティングを設ける領域を限定することにより、形状に対する接着性コーティングの影響を小さく保つことができる。
本発明の主題について、添付の図面に示されている好ましい例示としての実施形態を参照しながらより詳細に説明する。
ある実施形態に係るハイブリッド変圧器コアの概略図である。 図１のハイブリッド変圧器コアの平面図である。 ハイブリッド変圧器コアの接合領域の断面図である。 ハイブリッド変圧器コアのヨーク領域の断面図である。 ハイブリッド変圧器コアで使用されるアモルファス鋼のシートの第２層の分解図である。 ハイブリッド変圧器コアで使用されるアモルファス鋼の、接着コーティングが設けられたシートの平面図である。 ハイブリッド変圧器コアの組み立てステップ中の中間状態の例を説明する平面図である。 ハイブリッド変圧器コアのヨーク領域の断面図である。 ある実施形態に係る方法のフローチャートの図である。 接着層の幅が変動するハイブリッド変圧器コアで使用されるアモルファス鋼の、接着コーティングが設けられたシートの平面図である。
実施形態の詳細な説明
本発明の実施形態の例を、同一または同様の参照符号が同一または同様の要素を示す図面を参照しながら説明する。いくつかの実施形態を配電変圧器に照らして説明するが、実施形態はそれに限定される訳ではない。実施形態の特徴は、特に明記されない限り相互に組み合わされてもよい。
図１は、ある実施形態に係るハイブリッド変圧器コア１０の斜視図である。ハイブリッド変圧器コア１０は、第１ヨーク１１と、任意で第２ヨーク１２とを備える。隣り合うアモルファス鋼のシートから組み立てられた層を使用して第１および第２ヨーク１１、１２を形成する。
図１にはアモルファス鋼からなる２つのヨーク１１、１２が示されているが、ハイブリッド変圧器コアはアモルファス鋼からなる１つのヨークを有していてもよい。
ハイブリッド変圧器コア１０は、カラム２１～２３（当該技術では脚部またはリムとも呼ばれる）を含む。巻線がハイブリッド変圧器コア１０のカラム２１～２３の周りに巻かれる。方向性鋼の層を用いることによってカラム２１～２３を形成してもよい。
３つのカラムがヨーク１１、１２の間に延在してもよい。他の変形例において、たとえば単相コア型変圧器において、ヨーク１１、１２間に２つのカラムのみが延在してもよい。他の構成も可能である。
大まかに言うと、変圧器は一般的に、誘導結合された導体を通してある回路から別の回路に電気エネルギを送るために使用される。誘導結合された導体は、変圧器の巻線によって既定される。第１または一次巻線の変動する電流は、変動する磁束を変圧器のコアに、したがって変動する磁場を二次巻線を通して生成する。電力または音声周波数で使用される変圧器のような一部の変圧器は、典型的に、高透磁率のケイ素鋼からなるコアを有する。この鋼は、自由空間の何倍もの透磁率を有し、そのため、コアは、磁化電流を大幅に低減し巻線を密に結合する経路に磁束を閉じ込める働きをする。
開示されている実施形態は、ハイブリッド変圧器コアに関し、特に、アモルファス鋼（接合領域においてアモルファス鋼の層が方向性鋼の層と重なり合っていることに注意されたい）の１つまたはいくつかのヨーク１１、１２と、方向性鋼のカラム２１～２３（接合領域においてアモルファス鋼の層が方向性鋼の層と重なり合っていることに注意されたい）とを組み合わせたハイブリッド変圧器コア１０に関する。バットラップ、混合ステップラップ／バットラップ、シングルステップラップ、マルチステップラップ、留め継ぎラップ、混合留め継ぎ／バットラップ、それらの組み合わせ、または別の種類の変圧器コア積層手順等の、さまざまな積層技術を使用することができる。
第１ヨーク１１および第２ヨーク１２で使用されるアモルファス鋼は、少なくともアモルファス鋼シートの面において、全方向で同一の等方性を有し得る。
第１ヨーク１１を上部ヨーク、第２ヨーク１２を底部ヨークとみなしてもよい。第１ヨーク１１および第２ヨーク１２は梁部として形成されてもよい。梁部は、いくつかの異なる形状のうちの１つを有し得る。この形状は概ね梁部の断面によって画定されてもよい。説明のために、第１ヨーク１１および第２ヨーク１２の各々は、矩形形状の断面を有し得るが、これに限定される訳ではない。カラム２１～２３は、矩形の断面を有し得るが、これに限定される訳ではない。
カラム２１～２３は、第１ヨーク１１および第２ヨーク１２に結合される。以下でより詳細に説明するように、カラム２１～２３の各々は、方向性鋼の第１層を積み重ねることによって形成されてもよい。方向性鋼の第１層は、積層方向に沿って互いに積み重ねられてもよい。
ヨーク１１、１２の各々は、一般にアモルファス鋼で形成された第２層を積層して形成されてもよい。アモルファス鋼の第２層は、積層方向に沿って互いに積み重ねられてもよい。各第２層は、互いの上に配置され接着コーティングを使用して互いに接着接合された、一組のアモルファス鋼シートで構成されてもよい。以下でより詳細に説明するように、接着コーティングは、第２層におけるアモルファス鋼シートの主面の外周領域に設けられ、この主面は、同じ第２層における別のアモルファス鋼シートに面する。
変圧器コア組み立て中に形成される第２層の積層体は、変圧器コア組み立てにおいて後に使用される第２層を形成するために使用される一組のアモルファス鋼シートと混同されてはならない。各第２層は、２５未満、２０未満、１５未満、または１０未満のアモルファス鋼シートを含み得る。変圧器コア組み立て中に、少なくとも１０００、少なくとも２０００、少なくとも３０００、少なくとも４０００、少なくとも５０００、またはそれよりも多い第２層（各々が、はるかに少ない数の、接着接合されたアモルファス鋼シートを含む）を積み重ねてもよい。
図２は、図１のハイブリッド変圧器コア１０の平面図である。積層方向は図２の面に直交する。
ハイブリッド変圧器コア１０は、方向性鋼の第１層が積層方向に沿って互いの上に積み重ねられたカラム領域３１を含む。
ハイブリッド変圧器コア１０は、第２層が積層方向に沿って互いの上に積み重ねられたヨーク領域３２を含む。各第２層は、以下でより詳細に説明するように、互いに接着接合された一組のアモルファス鋼シートを含み得る。
ハイブリッド変圧器コア１０は、方向性鋼の第１層とアモルファス鋼の第２層とが重ね合わされた接合領域３３を含む。第１および第２層は、接合領域３３において積層方向に沿って交互にされていてもよい。組み立てられた変圧器コアにおいて異なる第２層を区別することが可能であることが理解されるであろう。説明のために、積層体の各単一レイヤにおいて、第２層は第１層に隣接する。第１および第２層が重なり合う接合領域３３が形成される。以下で説明するように、そのような第２層は、特定のやり方で接着接合することができる、アモルファス鋼の複数のシートを含む。
その他の積層技術が使用されてもよい。説明のために、バットラップ、混合ステップラップ／バットラップ、シングルステップラップ、マルチステップラップ、留め継ぎラップ、今後留め継ぎ／バットラップ、その組み合わせ、または別の種類の変圧器コア積層手順が採用されてもよい。
図３は、接合領域３３におけるハイブリッド変圧器コア１０の断面図である。図４は、ヨーク領域３２におけるハイブリッド変圧器コア１０の断面図である。積層方向は図面の面内に延びている。
（図３に示される）接合領域３３において、方向性鋼の第１層４０と第２層５０とが積層方向に沿って交互にされる。各第２層５０は、アモルファス鋼の複数のシート５１を含む。アモルファス鋼の複数のシート５１は、互いに接着接合されている。アモルファス鋼の複数のシート５１は、耐熱性接着コーティングを使用して互いに接着接合されてもよく、この耐熱性コーティングは、第１および第２層が変圧器コア組み立てにおいて積み重ねられた後に第２層５０が晒されるアニーリング温度に少なくとも耐えることができる。
（図４に示される）ヨーク領域３２において、第２層５０は、積層方向に沿って互いに積み重ねられる。各第２層５０は、アモルファス鋼の複数のシート５１を含む。図５および図６を参照しながらより詳細に説明するように、アモルファス鋼の複数のシート５１は、互いに接着接合される。一組のアモルファス鋼シート５１を組み立てて第２層５０にするために使用される接着コーティングは、隣り合う第２層５０間に延在しないように提供されてもよい。絶縁性材料は、ヨーク内の隣り合う第２層５０の間に配置されてもよい。
各第２層５０におけるアモルファス鋼のシート５１の数は、個々のアモルファス鋼シート５１の厚さおよび第１層４０の厚さに応じて選択されてもよい。各第１層４０は、第１厚さｔ１を有し得る。個々のアモルファス鋼シート５１シートは、シート厚さｔｓを有し得る。各第２層５０におけるアモルファス鋼シート５１の数ｎは、ｎ×ｔｓ≒ｔ１となるように選択されてもよい。
各第２層５０内のアモルファス鋼シート５１は、接着コーティングを使用して互いに接着接合されてもよい。変圧器コアにおいて、接着コーティングは、アモルファス鋼シート５１の主面上の領域に設けられてもよく、この領域は、同じ積層体内のアモルファス鋼シート５１のうちの別のアモルファス鋼シートに面する主面の外周領域に限定される領域である。接着剤で覆われた外周領域によって囲まれた、主面の中央領域は、接着コーティングが設けられないままであってもよい。
液体接着剤が、塗布された後にアモルファス鋼シート５１の間の領域に浸透してもよい。これは、粘度等の、接着剤の特性に依存する。そのため、接着コーティングは、最初にアモルファス鋼シート５１を積層し、次にこの積層体の外縁に接着剤を塗布することによって形成されてもよく、そこから接着剤は積層体内のアモルファス鋼シート５１の間に浸透する。
図５は、互いに接着接合されて単一の第２層５０を形成する一組のアモルファス鋼シート５１ａ～５１ｇの分解図である。多数の（たとえば少なくとも１０００、少なくとも２０００、少なくとも３０００、少なくとも４０００、少なくとも５０００、少なくとも６０００、少なくとも７０００以上の）第２層が、このようなやり方で形成されてもよく、変圧器コア組み立てステップにおいて、積み重ねられてもよい。
図５には７つのアモルファス鋼シート５１ａ～５１ｇが示されているが、アモルファス鋼シートの数は異なる数であってもよい。説明のために、各第２層５０におけるアモルファス鋼シート５１の数ｎは、各アモルファス鋼シート５１の厚さおよび第１層４０の厚さに応じて選択されてもよい。
アモルファス鋼の第１シート５１ａは、同一の第２層内の別のアモルファス鋼シート５１ｂに面した主面を有する。アモルファス鋼の第１シート５１ａのこの主面の外周領域５２のみが、同一の第２層内のアモルファス鋼の第１シート５１ａをアモルファス鋼の第２シート５１ｂに接着接合するために使用される接着コーティングで覆われる。外周領域５２によって囲まれた、主面の中央領域５３は、接着コーティングが設けられていなくてもよい。
同様に、アモルファス鋼の第２シート５１ｂは、同一の第３層内の別のアモルファス鋼シート５１ｃに面した主面を有する。アモルファス鋼の第２シート５１ｂのこの主面の外周領域５２のみが、同一の第２層５０内のアモルファス鋼の第２シート５１ｂをアモルファス鋼の第３シート５１ｃに接着接合するために使用される接着コーティングで覆われる。外周領域５２によって囲まれた、主面の中央領域５３は、接着コーティングが設けられていなくてもよい。
同様に、図５において見えているアモルファス鋼のシート５１ｃ～５１ｆの、別のアモルファス鋼のシート５１ｄ～５１ｇに面した主面は、接着コーティングを有していてもよく、この接着コーティングは、主面の外周領域５２の上に延在し、この領域に限定され、主面の中央領域５３を接着コーティングのない状態で残す。
接着コーティングは、少なくとも３００℃まで、少なくとも３１０℃まで、少なくとも３２０℃まで、少なくとも３３０℃まで、少なくとも３４０℃まで、少なくとも４００℃以上まで、耐熱性であってもよい。接着コーティングは、アモルファス鋼のシート５１ａ～５１ｇの隣り合うシートを互いに接着接合する一方で、変圧器コアの製造に使用されるアニーリング温度に耐えることが可能な、ケイ素系塗料であってもよい。接着コーティングは、別の種類の耐熱性接着剤であってもよい。
図６は、アモルファス鋼のシート５１の主面の平面図である。図６を参照しながら説明する構成は、図５のアモルファス鋼のシート５１ａ～５１ｆの主面の各々に使用されてもよい。
アモルファス鋼のシート５１は、シート長さおよびシート幅を有し、シート長さはシート幅よりも大きい。シート長さに沿って延在する、アモルファス鋼のシート５１の辺を、「長辺」と呼び、シート幅に沿って延在する、アモルファス鋼のシート５１の辺を、「短辺」と呼ぶ。
外周領域５２は、アモルファス鋼のシート５１の第１長辺に沿って連続的に延在する第１セグメント６１を有する。外周領域５２は、アモルファス鋼のシート５１の第１短辺に沿って連続的に延在する第２セグメント６２を有する。外周領域５２は、アモルファス鋼のシート５１の第１長辺の反対側の第２長辺に沿って連続的に延在する第３セグメント６３を有する。外周領域５２は、アモルファス鋼のシート５１の第１短辺の反対側の第２短辺に沿って連続的に延在する第４セグメント６４を有する。
接着剤で覆われた外周領域５２は、アモルファス鋼のシート５１の第１長辺の延在方向に垂直に測定された第１幅ｗ１を有する。この幅が、アモルファス鋼のシート５１の第１長辺の延在方向に沿って変化している場合、最大値を第１最大幅ｗ１と呼ぶ。この幅が、アモルファス鋼のシート５１の第１長辺の延在方向に沿って変化している場合、この幅の平均（第１長辺に沿って求められる平均）を第１平均幅ｗ１と呼ぶ。
接着剤で覆われた外周領域５２は、アモルファス鋼のシート５１の第１短辺の延在方向に垂直に測定された第２幅ｗ２を有する。この幅が、アモルファス鋼のシート５１の第１短辺の延在方向に沿って変化している場合、最大値を第２最大幅ｗ２と呼ぶ。この幅が、アモルファス鋼のシート５１の第１短辺の延在方向に沿って変化している場合、幅の平均（第１短辺に沿って求められる平均）を第２平均幅ｗ２と呼ぶ。
接着剤で覆われた外周領域５２は、アモルファス鋼のシート５１の第２長辺の延在方向に垂直に測定された第３幅ｗ３を有する。この幅が、アモルファス鋼のシート５１の第２長辺の延在方向に沿って変化している場合、最大値を第３最大幅ｗ３と呼ぶ。この幅が、アモルファス鋼のシート５１の第２長辺の延在方向に沿って変化している場合、この幅の平均（第２長辺に沿って求められる平均）を第３平均幅ｗ３と呼ぶ。
接着剤で覆われた外周領域５２は、アモルファス鋼のシート５１の第２短辺の延在方向に垂直に測定された第４幅ｗ４を有する。この幅が、アモルファス鋼のシート５１の第２短辺の延在方向に沿って変化している場合、最大値を第４最大幅ｗ４と呼ぶ。この幅が、アモルファス鋼のシート５１の第２短辺の延在方向に沿って変化している場合、幅の平均（第２短辺に沿って求められる平均）を第４平均幅ｗ４と呼ぶ。
長さ方向に沿って延在する、接着コーティングが設けられた外周領域５２のセグメントの平均または最大幅ｗ１、ｗ３の、シート幅に対する比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満であってもよい。
幅方向に沿って延在する、接着コーティングが設けられた外周領域のセグメントの平均または最大幅ｗ２、ｗ４の、シート長さに対する比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満であってもよい。
第２層５０において、アモルファス鋼のシート５１ａ～５１ｇは互いに接着接合され、接着コーティングに影響する接着コーティングは、アモルファス鋼のシート５１ａ～５１ｆの主面の接着コーティングされる外周領域５２に与えられ、主面は、同じ第２層内の別のシートに面しており、これは、アモルファス鋼のシート５１ａ～５１ｆを互いの上に配置し（それによってシート５１ａ～５１ｇの束を形成し）、次に接着コーティングを外縁に沿って塗布することによって実現することができる。シート５１ａ～５１ｇは、接着コーティングを与える間、機械的に支持されてもよく、たとえば上部および底部からクランプされてもよい。接着コーティングが内部に向かって拡散することで、シート５１ａ～５１ｇは、主面の外周領域５２上に延在する接着コーティングによって接着接合される。
接着コーティングが設けられた領域の実質的に一定の幅が、図５および図６に模式的に示されているが、接着コーティングが設けられる領域の幅は、異なっていてもよい。説明のために、接着剤分布は、接着剤のコンシステンシー、接着のために使用される接着剤の量、接着の手順、および／またはアモルファス積層体５０に加えられる押圧力に応じて決まる可能性がある。しかしながら、接着剤は、アモルファス鋼シート５１の主面上の周辺領域にまたは周辺領域に沿って集中するように塗布されてもよい。
接着剤の一部は、不均一に分布し、アモルファス鋼のシート５１の中心に向かってさらに拡散する可能性がある。接着剤が液体として塗布されると、液体接着剤のわずかな痕跡が、アモルファス鋼のシート５１の主面の中央領域にまで到達する可能性がある。
図１０は、そのような接着剤分布を例示する図である。
接着剤は縁部から離れるように延在し得るが、平均幅（矩形主面の各辺を横断するように測定されるが、辺に沿って平均されたもの）は、依然として、シートの幅および／または長さと比較して小さい。
図７は、変圧器コア組み立てプロセスにおいて第１および第２層４０、５０を積み重ねる中間状態の例を示す。第１ヨーク１１に含まれる第２層５０ａは、第１カラム２１に含まれる第１層４０ａと、第３カラム２３に含まれる第１層４０ｃとに隣接している。接合領域において、第１層４０ａと第１層４０ｃとは、第１ヨーク１１において下にあるレイヤの第２層に重なっている。接合領域において、第２層５０ａは、下にあるレイヤの第２カラム２２に含まれる第１層に重なっている。
第２ヨーク１２に含まれる別の第２層５０ｂは、第１カラム２１に含まれる第１層４０ａおよび第３カラム２３に含まれる第１層４０ｃに隣接する。接合領域において、第２カラム２２に含まれる第１層４０ｂは、下にあるレイヤにおいて第２ヨーク１２に含まれる第２層に重なっている。
接合領域に隣接し第１層４０は存在しない少なくともヨーク領域３２において、変圧器の動作中の損失をさらに低減するために、隣り合う第２層５０の間に絶縁性材料が任意で配置されてもよい。
図８は、ヨーク領域３２における変圧器コアの断面図である。絶縁性材料７１が、隣り合う第２層５０の間に配置されている。絶縁性材料７１は、第２層５０の外面上に層として与えられてもよい。絶縁性材料７１は、絶縁性塗料または絶縁性粉末を含み得る。絶縁性塗料または粉末は、コーティング、吹き付け、または吹き付けコーティングによって与えられてもよい。
図２～図８には矩形の第１および第２層が示されているが、第１層および第２層は、それらの端部において４５°のカットで留め継ぎされてもよい。
図９は、ある実施形態に係る方法８０のフローチャートである。
この方法は、任意で、アモルファス鋼のシートをアモルファス鋼のリボンから切り出すステップを含み得る。シートは、同一のシート長さおよびシート幅を有するように切り出されてもよい。
この方法は、アモルファス鋼のシートから複数の第２層５０を形成するステップ８１を含む。各第２層５０は、いくつかのアモルファス鋼のシート（たとえば６以上のシート５１）を互いの上に配置し、第２層５０を形成するために接着コーティングを与えることにより、形成されてもよく、接着コーティングは、同じ第２層５０内の別のアモルファス鋼シートに面した、アモルファス鋼シートの主面の外周領域５２上にある。
ステップ８１において、各第２層５０内のアモルファス鋼のシート５１は、接着コーティングを用いて互いに接着接合されてもよい。
各第２層５０について、第２層５０を形成することは、アモルファス鋼のシートを互いの上に配置すること（それによってシートの束を形成すること）と、次に、この束の外縁に沿って接着コーティングを与えることとを含み得る。シートは、縁部に接着コーティングを与える間、機械的に支持されてもよく、たとえば上部および底部からクランプされてもよい。接着コーティングが内側に向かって拡散することで、シートは、主面の外周領域上に延在する接着コーティングにより、接着接合される。
第２層を形成するステップは、変圧器コア組み立てステップにおいて第１層と第２層とを積み重ねる前に、接着コーティングを硬化させるステップを含み得る。
与えられる接着コーティングは耐熱性であってもよい。接着コーティングは、第２層５０内の一組のシートが、アニーリングステップ中接着接合されたままとなるようなものであってもよい。接着コーティングは、３００℃以上、３１０℃以上、３２０℃以上、３３０℃以上、３４０℃以上、４００℃以上であってもよい温度まで加熱されたときに液化、燃焼、および／または炭化しないという意味で、耐熱性であってもよい。接着コーティングは、アニーリングステップ８３で加熱されたときに液化、燃焼および／または炭化しないという意味で、耐熱性であってもよい。
この方法は、変圧器コア組み立てステップ８２を含む。変圧器コア組み立てステップ８２は、変圧器コアのヨークおよびカラムを形成するために、方向性鋼の第１層４０と、アモルファス鋼の接着接合されたシートから形成された第２層５０とを積み重ねることを含み得る。第１層４０および第２層５０は、バットラップ構成、混合ステップラップ／バットラップ構成、シングルステップラップ、マルチステップラップ、留め継ぎラップ、混合留め継ぎ／バットラップ、それらの組み合わせ、または他の種類の積層手順で積み重ねられてもよい。
この方法はアニーリングステップ８３を含む。アニーリングステップ８３は、第１および第２層４０、５０を積み重ねた後に行われる。
この方法は、追加のステップを含んでいてもよい。説明のために、この方法は、第１および第２層４０、５０の積層構成をクランプすることを含み得る。
この方法は、変圧器巻線をカラム２１～２３の周りに巻くことを含み得る。
この方法は、接続要素を巻線に取り付けることを含み得る。
この方法は、ハイブリッド変圧器コア１０を、巻線とともに、変圧器タンク等の筐体の中に配置することを含み得る。ヨーク１１、１２は、締結手段によってこの筐体に締結されてもよい。ハイブリッド変圧器コア１０は、ヨーク１１、１２のうちの少なくとも１つにおける締結手段によって筐体に締結されてもよい。締結手段は、動作中にハイブリッド変圧器コア１０に加えられる鉛直方向の力に抗してロックしてもよい。締結手段は、ハイブリッド変圧器コア１０を筐体から隔離してもよい。
この方法は、変圧器を設置するステップ、試験するステップ、および／または動作させるステップを含み得る。
ハイブリッド変圧器コアは、配電変圧器に設けられてもよい。配電変圧器の定格は、最大３１５ｋＶＡ、３１５ｋＶＡ以上、３１５ｋＶＡ以上２４９９ｋＶＡ以下、または２４９９ｋＶＡ以上であってもよい。ハイブリッド変圧器コアは、単相配電変圧器内に設けられてもよい。ハイブリッド変圧器コアは、小電力変圧器内に設けられてもよい。
ハイブリッドコア組み立てのためにアモルファス鋼のシートを接合する接着剤を使用することで、機械的剛性、積層体の形状に対する改良された制御、場合によってはアモルファスシート間の追加の絶縁等の、さまざまな効果を提供し、積層を単純にする。接着コーティングは、約３４０℃の範囲内の温度で行われ得るハイブリッドコアのアニーリング処理に耐える耐熱性を有する。接着コーティングは、より高い温度、たとえば４００℃以上の温度まで耐熱性を有し得る。
第１および第２層４０、５０が組み立てられる前に専用のステップでアモルファス金属のシート５１を接着接合して第２層５０を形成することで、取扱いを容易にし、変圧器コアの組み立てプロセスを単純にする。
アモルファス金属の接着接合シート５１の外周領域に接着コーティングを設けるというやり方で接着接合を実現することにより、アモルファス金属のシート５１の主面全体を接着剤でコーティングする技術と比較して、接着剤の量を少なくすることができる。接着コーティングの量が少なくなると、形状の制御が容易になる。
また、第２層５０内のアモルファス金属シート５１の外周領域に沿った接着接合は、表面コーティングされたアモルファス金属シートに匹敵する電力損失特性を有する第２層を提供する。以下の表に、損失試験結果が、磁束密度の関数として要約されている。損失は、接着接合のために表面コーティングを使用するいくつかの層の複数のサンプル、および、外周領域に沿ったコーティングによる接着接合を使用するいくつかの層の複数のサンプルの、平均である。
Figure 2023527437000002
このように、アモルファス金属のシートが外周領域のみにおいて接着接合された場合でも、損失は依然として主面全体に設けられた接着コーティングで接着接合されたシートに匹敵する。
アニーリング温度に耐えることができる、接着接合のための耐熱性接着コーティングを使用することにより、第１および第２層が変圧器コア組み立てプロセスにおいて積層された後に、アニーリングまたは他の熱処理を行うことができる。アモルファス鋼シートは、変圧器コア組み立てプロセスにおける積層の前にアニーリングするには脆弱過ぎる可能性があるので、このことは有益である。
正確な接着剤塗布技術、および積層準備が整ったアモルファス層５０の調製は、アモルファス鋼の第２層５０の形状を制御する解決策であり、それにより、コア高さが大きく異なることを防止し、ヨーク剛性を増加させ、コアレイヤ間の絶縁を提供することができる。
接着接合されたサンプルは、方向性鋼と比較して、１．１～１．４Ｔの範囲にわたる、ハイブリッドコアのヨークについての公称誘導目標範囲に対し、低い固有の損失を示す。ハイブリッドコアのアモルファス金属シートに接着コーティングを与えることで、申し分のない剛性を保証し、ヨークの形状を制御し、絶縁を提供し、コア組み立てプロセスを高速化することができる。
外周領域においてアモルファス金属のシートを接着接合することにより、バットラップ／混合バットラップおよびステップラップハイブリッドコアアセンブリ技術で積層する準備が整ったアモルファス金属の層５０が得られる。バットラップ、混合ステップラップ／バットラップ、シングルステップラップ、マルチステップラップ、留め継ぎラップ、混合留め継ぎ／バットラップ、それらの組み合わせ、または別の種類の変圧器コア積層手順等の、さまざまな積層技術を使用することができる。正確な縁部の接着は、層の形状を制御し、申し分のない剛性を提供する。このことは、適切なハイブリッドコア積層プロセスおよびクランプ中の重要な要素である。
ハイブリッドコア組み立て中、各コアレイヤごとに、薄い接着剤または粉末表面を、その前に縁部で接合したアモルファス鋼の層５０の間に提供することができる。これが、レイヤ間の絶縁を提供し、循環電流の結果としてのさらなる損失を防止する。
さまざまな効果および利点が本発明に関連付けられる。本発明は、ハイブリッドコア構造を採用することによって動作中の損失を小さく保つことができ、その一方で、変圧器コア組み立て中の形状に対する改善された制御を提供する、ハイブリッド変圧器コアおよびハイブリッド変圧器コアの製造方法を提供する。たとえば、ヨークの剛性を高めることができ、変圧器コア組み立て中にヨークが崩壊するリスクを低減することができる。
本発明に係る方法およびシステムは、配電変圧器または電力変圧器に関連して使用することができるが、それらに限定される訳ではない。
本発明について図面および上記記述において詳細に説明してきたが、このような説明は、制限ではなく説明または例示の役割を果たすものとみされねばならない。開示されている実施形態の変形は、当該技術に習熟しクレームされている発明を実施する当業者が、上記図面、本開示、および添付の請求項を検討することによって理解し実現することが可能なものである。請求項において、「備える／含む（comprising）」という用語はその他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は複数のものを除外しない。単にいくつかの要素またはステップが別々の請求項に記載されているだけで、これらの要素またはステップを組み合わせたものを、効果的に、具体的には実際の請求項の従属関係に加えて、使用できないことを示すものではなく、その他の有意義な請求項の組み合わせが開示されているとみなされねばならない。

Claims (15)

  1. ハイブリッド変圧器コア（１０）であって、前記ハイブリッド変圧器コア（１０）は、
    カラム（２１～２３）を備え、前記カラムの各々は、方向性鋼の複数の第１層（４０）を含み、前記ハイブリッド変圧器コア（１０）はさらに、
    １つ以上のヨーク（１１，１２）を備え、前記ヨークの各々は、複数の第２層（５０）を含み、前記第２層の各々は、アモルファス鋼のシート（５１；５１ａ～５１ｇ）を含み、前記アモルファス鋼のシート（５１；５１ａ～５１ｇ）は、前記アモルファス鋼のシート（５１；５１ａ～５１ｇ）の主面の外周領域（５２）上の接着コーティングによって互いに接着され、前記アモルファス鋼のシートの前記主面は、前記第２層（５０）における別のアモルファス鋼のシート（５１；５１ａ～５１ｇ）に面しており、前記主面は、前記外周領域（５２）によって囲まれた中央領域（５３）を含み、前記中央領域（５３）には前記接着コーティングが設けられていない、ハイブリッド変圧器コア（１０）。
  2. 前記外周領域（５２）は４つのセグメント（６１～６４）を含み、前記４つのセグメントは、前記主面の４つの辺に沿って延在し、前記４つのセグメントの各々は、前記辺がそれに沿って延在する直線に対して垂直に測定された平均または最大幅（ｗ１～ｗ４）を有し、長さ方向に沿って延在する、前記接着コーティングが設けられた前記外周領域の前記セグメントの、前記シートの幅に対する前記平均または最大幅の比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満であり、および／または幅方向に沿って延在する、前記接着コーティングが設けられた前記外周領域の前記セグメントの、前記シートの長さに対する前記平均または最大幅の比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満である、請求項１に記載のハイブリッド変圧器コア（１０）。
  3. 前記接着コーティングは、少なくとも３００℃まで、少なくとも３１０℃まで、少なくとも３２０℃まで、少なくとも３３０℃まで、少なくとも３４０℃まで、または４００℃以上まで、耐熱性である、先行する請求項のいずれか１項に記載のハイブリッド変圧器コア（１０）。
  4. 前記接着コーティングはケイ素樹脂系コーティングである、先行する請求項のいずれか１項に記載のハイブリッド変圧器コア（１０）。
  5. 隣り合う第２層（５０）の間の絶縁性材料（７１）をさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載のハイブリッド変圧器コア（１０）。
  6. 前記絶縁性材料（７１）は、絶縁性接着剤または絶縁性粉末を含む、請求項５に記載のハイブリッド変圧器コア（１０）。
  7. 前記第１層（４０）および前記第２層（５０）は、バットラップ構成または混合ステップラップ／バットラップ構成で積み重ねられる、先行する請求項のいずれか１項に記載のハイブリッド変圧器コア（１０）。
  8. 先行する請求項のいずれか１項に記載のハイブリッド変圧器コア（１０）と複数の巻線とを備える変圧器。
  9. 前記変圧器は配電変圧器である、請求項８に記載の変圧器。
  10. 変圧器コア（１０）を製造する方法であって、前記方法は、
    方向性鋼の複数の第１層（４０）を設けるステップと、
    複数の第２層（５０）を形成するステップとを含み、第２層（５０）を形成するステップは、いくつかのアモルファス鋼のシート（５１；５１ａ～５１ｇ）を互いの上に配置し接着コーティングを与えることによって第２層を形成するステップを含み、前記接着コーティングは、前記アモルファス鋼のシート（５１；５１ａ～５１ｇ）の主面の外周領域（５２）上に設けられ、前記アモルファス鋼のシートの前記主面は、前記第２層における別のアモルファス鋼のシート（５１；５１ａ～５１ｇ）に面しており、前記外周領域（５２）によって囲まれた、前記主面の中央領域（５３）は、前記接着コーティングが設けられないままであり、前記方法はさらに、
    前記変圧器コア（１０）を、前記複数の第１層（４０）および前記複数の第２層（５０）から組み立てるステップを含み、前記組み立てるステップは、前記第１層（４０）および前記第２層（５０）を積み重ねることによって前記変圧器コア（１０）のカラム（２１～２３）と１つ以上のヨーク（１１，１２）とを形成するステップを含む、方法。
  11. 前記外周領域（５２）は４つのセグメント（６１～６４）を含み、前記４つのセグメントは、前記主面の４つの辺に沿って延在し、前記４つのセグメントの各々は、前記辺がそれに沿って延在する直線に対して垂直に測定された平均または最大幅（ｗ１～ｗ４）を有し、長さ方向に沿って延在する、前記接着コーティングが設けられた前記外周領域の前記セグメントの、前記シートの幅に対する前記平均または最大幅の比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満であり、および／または幅方向に沿って延在する、前記接着コーティングが設けられた前記外周領域の前記セグメントの、前記シートの長さに対する前記平均または最大幅の比率は、０．１５未満、０．１未満、または０．０７未満である、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第１層（４０）および前記第２層（５０）を積み重ねた後のアニーリングステップをさらに含む、請求項１０または１１に記載の方法。
  13. 前記接着コーティングは、少なくとも３００℃まで、少なくとも３１０℃まで、少なくとも３２０℃まで、少なくとも３３０℃まで、少なくとも３４０℃まで、４００℃以上まで、耐熱性であり、および／または前記接着コーティングは、ケイ素樹脂系コーティングまたは別の種類の耐熱コーティングである、請求項１０～１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. 前記積み重ねるステップにおいて、隣り合う第２層（５０）の間に絶縁性材料（７１）を配置するステップをさらに含み、任意で前記絶縁性材料（７１）は絶縁性接着剤または絶縁性粉末を含む、請求項１０～１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 変圧器、具体的には配電変圧器を製造する方法であって、前記方法は、
    請求項１０～１４のいずれか１項に記載の方法を使用して変圧器コア（１０）を形成するステップと、
    変圧器巻線を形成するステップと、
    前記変圧器コア（１０）および変圧器巻線を筐体の中に配置するステップとを含む、方法。
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