KR20120128601A - 전기 변압기 어셈블리 - Google Patents

Abstract

전기 변압기 어셈블리를 위한 지지 프레임은 두 개의 루프-형상 파트들을 포함하며, 각 루프-형상 파트는 복수 개의 가지들을 가지며, 각 가지는 1차 전기 코일이 장착가능한 주변 오목 부분을 가지며, 적어도 하나의 2차 코일은 1차 전기 코일 상의 피기백 내에 장착가능하며, 루프-형상 파트의 하나의 가지는 직선 구간을 가진다. 또한, 프레임은 루프-형상 파트 중 하나를 다른 루프-형상 파트에 대해서 부착하고, 그들 사이 거리를 조절하기 위한 조절 가능한 부착 수단을 가져서, 오직 직선 구간들이 인접하고 중앙 다리를 형성하도록 하여, 중앙 다리는 부착 수단과 구별되는 자기 코어를 수용하기 위하여 형성된다. 프레임은 원형 코어 변압기 커널 내의 인접한 권선들을 효율적으로 고정하기 위한 수단 및 방법을 제공한다.

Description

전기 변압기 어셈블리{ELECTRICAL TRANSFORMER ASSEMBLY}

본 발명은 전기 변압기들에 관한 것이다. 더욱 특별히, 전력망 내에서 사용하기 위한 배전 변압기에 관련된 것이다. 더욱 특별히, 단상 및 3상 배전 변압기에도 관련된 것이다.

전기는 50Hz 내지 60Hz의 진동하는 주파수에서 생산되고, 전송되어 분배된다. 변압기들은 전기적으로 진동하는 전압 및 전류를 변경하기 위하여 사용되는 전기 장치이다. 변압기 때문에, 생산된 전기는 다시 낮은 전압으로 변형되기 전에 최소한의 줄(joule) 손실로 긴 거리에 걸쳐서 높은 전압 및 낮은 전류로 변형되고 전송될 수 있다. 배전 변압기들은 전력선들의 종단에 위치되어, 전압을 사용 가능한 값들까지 낮추도록 한다. 종래 배전 변압기들은 루프들 사이에서 적절한 전압 절연체를 제공하는 동안, 전기 전도체의 다수의 루프들을 감음으로써 각각 만들어지는, 별개의 1차 및 2 차 전기 전도성 코일들을 포함한다. 1차 및 2차 코일 모두는 강자성(ferromagnetic) 합금으로 만들어진 코어를 에워싸서, 상기 양 코일들을 통과하는 폐루프(closed loop) 내를 순환하는 자속(magnetic flux)을 위한 경로(path)를 만들도록 한다. 1차 코일의 리드(lead)들에 걸쳐서 진동하는 전압이 인가될 때, 역효과에 의해, 2차 코일의 리드 단자들에 걸쳐서 역 전압을 유도하는, 코어 내에 변동하는 자속을 유도한다. 코일들 루프 사이즈의 크기를 감소하여 따라서 변압기의 크기를 감소시키기 위하여, 코어의 강자성 성질은 코일들에 의해 유도된 자속 밀도(magnetic flux density) 첨두치(peak)의 증가를 가능하게 한다. 배전 변압기의 1차 코일은 높은 전압측 상에 있으며, 2차 코일은 낮은 전압측 상에 있다. 하나 이상의 2차 코일이 코어를 에워싸서, 하나 이상의 낮은 전압을 제공하도록 한다.

부하들의 대부분을 차지하는 가정용 및 작은 공장들을 위한, 망(grid) 상에 설치된 대부분의 배전 변압기들은 주로 10kVA 내지 200kVA 범위의 부하 용량(load capacity)을 가진 단상 유니트들이다. 일반적인 1차 전압 범위는 5 내지 30kV이며, 2차 전압은 100V 내지 480V 범위이다. 코일들 및 코어는 얽힌 어셈블리를 형성하며, 유전 오일로 채워지고, 코일의 리드(전기 장치에 연결되는 절연된 전기 전도체)들을 전력선 및 부하들에 각각 연결하는 전기적 연결을 위한 피드 -스루 부싱(feed-through bushing)으로 채워진 엔클로저(enclosure) 내에 일반적으로 부착된다. 명확함의 목적을 위해, 본 문서 내의 용어 "변압기 커널(transformer kernel)"은 엔클로저 및 부품들이 없는 코일들 및 코어 어셈블리를 언급할 것이다.

변압기 커널들의 두 가지 주된 형식들은 쉘-타입(shell-type) 및 코어-타입(core-type) 배전 변압기들을 생산하기 위해 사용된다. 쉘-타입 디자인에서, 코어 내에서 귀환 플럭스(flux) 경로들은 동봉된 코일들의 외부이다. 이것은 코어-타입 디자인을 위한 경우가 아니다. 단상 쉘-타입 배전 변압기는 1차 및 2차 코일들을 포함하는 단일 동봉된 권선 배치의 2 개의 별개의 가지(limb) 주위에 각각 에워싸는 두 개의 코어들을 가진다. 대안적으로, 단상 코어-타입 변압기는 단일 동봉 코어의 두 개의 가지들 주위를 각각 에워싸는 두 개의 권선 배치들을 가진다. 일반적으로 120/240volt 출력을 위한, 만약 배전 변압기가 두 개의 2차 코일들을 가진다면, 코어-타입 디자인 내에서 각 2차 코일은 세분되고 양 권선 배치들 사이에서 배분되어, 불평형 부하(unbalanced load) 하에서 변압기의 적절한 동작을 보증하도록 할 것이다. 그렇지 않으면, 자속 누설로부터 과도한 탱크 히팅(tank heating)이 발생할 것이다. 그렇게 하는 것은 각 2차 코일을 구성하는 서브-코일들로부터 리드 단자들을 직렬로 링크하는 추가적인 연결을 만드는 것을 요구한다. 쉘 타입 변압기들은 비 세분화되는 2차 코일들을 구비하여 정확하게 동작할 것이다. 그러나, 2차 코일들을 세분화하는 것은 각 120V 회로들을 위한 밸런스 된 임피던스(balanced impedance)를 제공하며, 따라서, 보다 나은 전압 변동률(voltage regulation)을 낳기 위하여, 3 상 분배 전압의 단상 공급기에 병렬로 연결될 때, 2차 코일 내 순환 전류(circulating current)를 최소화하고, 라이팅 서지(lighting surge)에 대한 높은 코일 신뢰도를 제공한다. 많은 제조자들은 그들의 쉘-타입 배전 변압기 내에서 비 세분화되는 2차 코일을 생산하여, 추가적인 연결들의 필요성을 피하도록 한다. 추가적인 연결들은 코일들의 방사상 체격들을 심각하게 증가시키는 부피가 큰 리드들을 요구하며, 큰 탱크를 위한 필요성 종종 낳는다. 이들 연결들 제작을 수공으로 이루어질 때, 그것들을 피함으로써 신뢰성은 증가될 수 있을 것으로 믿어진다. 여전히 수용할 수 있는 전압 변동률 및 순환 전류 특징들을 제공하는 동안 그것들은 변압기의 비용도 감소시킨다.

코일들을 만들기 위한 전도체 재료의 선택은 구리 및 알루미늄으로 제한된다. 구리는 알루미늄보다 전도성이지만 더 무겁다. 대부분 사용되는 절연 물질은 오일, 크라프트(kraft) 또는 아라미드(aramid) 종이, 카드 보드(cardboard), 프레스 보드(pressboard), 바니시(varnish), 합성 수지 에폭시(resin epoxy) 또는 보강된(reinforced) 에폭시이다. 코어를 만들기 위한 자기 물질의 더 많은 이용 가능한 선택이 존재한다. 강자성 합금들의 두 가지 타입은 배전 변압기 코어들(방향성 규소 강(grain-oriented silicon-steel) 및 비정질 강(amorphous-steel))을 만들기 위하여 사용된다. 다른 합금들은 이용할 수 있지만, 비용 효율적이지 않고, 모터들 및 높은 주파수 코어들을 만들기 위해 겨냥되었다.

방향성 규소 강은 주조(casting); 어닐링(annealing); 담금질(quenching); 롤링(rolling); 탈탄(decarburisation); 및 코팅(coating)을 수반하는 다수의 단속적인 단계들 내에서 형성되는 결정질 합금(crystalline alloy)이며, 이들은 0.23mm로부터 0.35mm까지 범위의 시트(sheet) 두께 및 상이한 등급들을 생산한다. 롤링 방향에 평행한 일축 자기 이방성(uniaxial magnetic anisotropy)을 제공하기 위하여, 결정 입자(crystal grain)들은 시트 내에서 지향된다. 일축 이방성(uniaxial anisotropy)은 변압기 여자전류(exciting current) 및 코어 손실을 줄인다. 따라서, 시트는 유도된 자속의 순환 경로를 따르는 롤링 방향(rolled direction)을 가지도록 변압기 코어 내에서 위치되어야 한다. 사용되기에 앞서, 자성에 손상을 주는 인가된 접힘 응력(bending stress)을 누그러뜨리고, 모양을 유지하기 위하여, 규소-강 박 강판은 코어 내에서 차지할 형태 내에서 예열되어야 한다. 일반적으로 강철의 가열은 800℃ 이상의 온도에서 용광로 내에서 연장된 시간 동안 일괄적으로 예비적으로 형성된 코어들을 어닐링 함으로써 수행된다.

비정질 강은 높은 속력으로 회전하는 쿨링 휠(cooling wheel)의 표면 상에 용융된 합금을 주조함으로써 형성되는 비결정질 합금이며, 0.02mm로부터 0.05mm까지 측정된 두께를 가진 리본(ribbon)을 형성할 것이다. 그것들은 단일 단계 주조 절차 이점 때문에 규소 강 보다 형성하기에 저렴하다. 양 합금들의 구성을 고려할 때 조차도, 생-주물 비정질 강 리본(as-cast amorphous steel ribbon)들의 가격은 대부분의 일반적인 방향성 규소 강(grain-oriented silicon steel)보다 저렴하다. 또한 비정질 강은 주조하는 동안 일어나고 인가된 접힘 응력 때문에 일어나는 내부 잔류 응력(residual stress)을 누그러뜨리기 위하여 가열되는 것이 필요하다. 추가적으로, 보자력(coercive force)을 감소시키고, 인가된 장(field)와 평행할 일축 자기 이방성을 유도하기 위하여 비정질 강을 어닐링(anneal)하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 비정질 강 리본은 변압기 코어 내부에 위치되어, 유도된 자속의 순환 경로를 따르도록 방향된 세로축을 가지도록 한다. 코어들은 인습적으로 300℃ 이상의 온도에서 용광로 내에서 어닐링(anneal)되는 한 묶음이며, 순환 경로를 따르는 인가된 자계를 구비한다. 다음 어닐링에서, 비정질 강 코어는 외부에서 인가된 스트레스에 매우 민감하게 남으며, 리본은 취성(brittle)으로 만들어진다. 이것은 비정질 강 코어들을 다루기 힘들고 다른 코일들과 조립되기 힘들도록 만든다.

내부 전력 손실은 모든 배전 전압기들에 내재된 것이며, 내부 전력 손실은 배전 변압기들의 효율을 떨어뜨리기 때문에, 에너지 절약 고려를 위한 중요한 측면이다. 내부 전력 손실은 동력이 공급될 때 변압기 내에서 발생되며, 부하가 걸리는 동안 증가한다. 오직 동력이 공급될 때, 유도된 변동하는 자속 밀도는 코어 내에서 연속적으로 존재한다. 이것은 자화 싸이클(magnetization cycle)과 연관된 강자성 물질 내에서 코어 손실을 발생시키며, 줄(joule) 손실을 발생시키는 금속 합금 내에서 전류 루프를 유도한다. 변동하는 자속 밀도의 동일한 레벨에서, 비정질 강 코어들은 규소 강 코어들 내에서 발생된 코어 손실의 약 1/3을 생산한다. 부하가 부가될 때, 변압기 코일들의 전도체 내에서 흐르는 부하 전류들은 전도체 사이즈에 반비례하는 추가적인 줄 손실을 발생시킨다. 동일한 사이즈에서, 구리 전도체는 알루미늄 전도체보다 열이 덜 발생할 것이다. 변압기의 효율은 출력된 전력 및 내부 전력 손실(코어 및 코일들)의 총합에 대한 출력 전력의 비율일 것이다.

배전 변압기 전력 출력 용량은 코일들의 주위 상에 상승하는 온도에 기초하여 평가된다. 부드러운 탱크 속에 포함된 오일 속으로 변압기 커널을 담그는 것은 허용되는 한계들 내에서 코일 온도 상승을 유지하기 위해 효과적인 냉각을 제공하기 위한 가장 경제적인 수단이다. 열은 뜨거운 변압기 커널에서 오일로, 오일에서 탱크 벽들로, 그리고 이후 탱크 벽들로부터 외부로 전달된다. 더 높은 냉각 능력을 위하여, 탱크의 벽 표면은 주름(corrugation)에 의해, 또는 탱크의 측면들 속으로 용접된 외부 금속관들 또는 탱크 평면에 부착된 외부 라디에이터(radiator)들에 의해 증가될 수 있다. 변압기 커널로부터 열 제거는 커널의 내부 파트들로부터의 열 전달도 역시 고려하여야한다. 열은 전도, 방사 및 대류의 수단으로 전달될 수 있다. 모든 세 가지에서, 대류가 가장 중요하다. 대류는 뜨거운 표면이 오일에 노출됨에 의해 일어난다. 뜨거운 표면에서 오일로 전도된 열은 유체 온도를 증가시키며, 밀도를 감소시킨다. 이것은 가벼운 뜨거운 오일이 차가운 무거운 유체에 의해 대체되도록 탱크 내에서 위로 올라갈 때, 순환 회로를 발생시킨다. 뜨거운 오일은 탱크 표면을 따른 대류에 의해 냉각될 것이며, 바닥으로 되돌아 갈 것이다. 열 전달의 증가는 흘러서 통과할 오일을 위한 탱크의 바닥 근처에 위치된 하나의 개구 및 톱(top)부 근처에 위치된 다른 개구를 구비한, 주로 코일들 내, 커널들 내 또는 상에 관을 만듦에 의해 얻어질 수 있다. 이것은 굴뚝 효과(chimney effect; 또는 stack effect)에 의한 오일 이류를 증가시킨다.

변압기 커널의 사이즈 및 물질의 적절한 선택은 변압기 효율과 정격에 영향을 준다. 등가의 변압기 효율에서, 비정질 강 코어를 사용함으로써 규소 강을 초과하도록 얻어진 심오한 가감된 코어 손실은 작은 전도체 사이즈를 사용함으로서 코일 내에서 추가적인 줄 손실 속으로 형성될 수 있다. 그렇게 하는 것은 변압기 사이즈 감소의 이점을 가지지만, 코일들 내부에서 줄 손실 밀도를 증가시킬 수 있다. 만약 적절한 열 전달 수단이 코일의 내부에서 오일로 제공될 수 없다면, 코일들 내에서 이러한 추가 열은 배출을 위한 문제가 될 수 있다.

코일의 제조는 반 자동 또는 완전 자동화된 권선 기계를 사용하여 형성하는, 코일 상에 전도체 및 종이 시트를 감는 것에 일반적으로 관계된다. 1차 코일 및 2차 코일들은 감긴 루프(권선 회전수)들의 구별된 숫자를 가진다. 1차 코일의 감긴 루프들의 수는 코어의 자로(magnetic path) 내부의 자계 첨두치를 형성하며, 2차 코일에 대한 1차 코일의 감긴 루프들의 비율은 2차 코일에 걸쳐 출력될 입력 전압을 변형할 것이다. 높은 전압 1차 코일은 바니시(varnish)에 의해 덥혀진 작은 전도체 사이즈의 쌓인 열들(본 문서 내에서, 열은 "직선" 내에 정렬된 수많은 물건들이다) 내에서 배치된 몇몇 감긴 루프들로 일반적으로 만들어져서, 나란히 쌓여진 전도체들을 절연하도록 한다. 바람직하게는, 페이퍼는 인접한 열들 사이에 추가되어, 증가된 내전압 능력(capability)을 제공하도록 한다. 스페이서는 인접한 열들 사이에서 추가되어, 오일을 위한 냉각 관(cooling duct)을 제공하도록 한다. 낮은 전압 2차 코일은 적은 권선수를 가지며, 넓은 페이퍼 스트립과 나란히 나도체(bare conductor) 스트립의 단일 폭을 감기보다 저렴해진다. 배출 리드(lead)들은 감긴 전도체의 양 종단들에서 코일들의 측면 상에 제공되어야 하며, 코일들 사이 또는 피드-스루 부싱(bushing)들에 대해 연결을 가능하게 한다. 리드 단자들은 일반적으로 감긴 전도체의 종단들에 용접되며, 적절한 전압 격리를 보장하기 위해 절연 슬리브들로 드레싱(dress)된다. 리드 단자 설치, 드레싱 및 부싱과 함께 연결은 대부분 수작업으로 이루어지며, 이들은 변압기 비용을 증가시킨다.

변압기 코어들의 제작은 다수의 쌓인 편평한 강자성 금속 시트들의 덧붙이기 또는 겹치기(stacked-cut-core), 폐루프 속으로 구부려지는 금속 시트들의 양 종단들을 접합 또는 겹치기(wound-cut-core), 금속 시트의 연속 스트립의 다수의 권선수를 롤링하는 것(rolled-up-uncut-core)과 연관된다. 컷-코어(cut core)는 언컷-코어(uncut core)에 비하여 심각한 불이익을 가진다. 첫째, 컷-코어는 자르고 형성하기 위한 많은 노동을 수반하며, 이는 변압기 비용을 증가시킨다. 둘째, 변압기 내에서 여자 전류 및 전력 손실 증가는 코어들 내 결합들의 존재와 연관된다. 셋째, 컷-코어는 후프 응력(hoop stress)을 견디기 위한 능력을 잃게 되며, 따라서, 결합들이 열리는 것을 방지하도록 묶여야 하고 프레임되어야 한다. 코어들의 모든 타입들에서, 비정질-강 운드-컷-코어(wound-cut-core)는 더 많은 커팅 단계들, 특별한 어닐링 화로(furnace)와 같은 다른 것들 및 세심한 후속 관리를 필요로 하기 때문에 생산하기에 가장 비싸다.

전기 코일들을 자기 코일들과 얽는 것은 미리 감긴 전기 코일들 주위에 컷-코어를 수작업으로 열고 다시 닫음으로써, 또는 자기 코어의 가지 주위에 전기 코일의 전도체를 감음으로써(컷 또는 언컷), 또는 역으로, 언컷-코어를 형성하기 위하여 코일들의 가지 주위에 금속 스트립을 롤링함으로써 이루어질 수 있다. 두번째 및 세번째 경우들에서, 감길 코일들 또는 롤링될 언컷-코어는 원형 모양이어야 한다. 그러나, 가지 주위에 연속적인 전도체 또는 금속 스트립을 감는 것은 자동화된 산업 절차 내에서 대량 생산을 위해 보다 알맞는 부드러운 연속 작업이다. 원형 코일들을 가지는 변압기들에서, 변압기의 사이즈를 최소화하기 위하여, 코일들의 윈도우의 틈박이(filling)를 최대화하는 실질적인 원통 모양의 코어 가지를 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 상이한 강판 폭들은 원형 경계에 의해 범위가 정해진 코어 단면을 만들도록 쌓이고 감겨져야 한다. 그와 같은 코어의 제작은 소재 절단 또는 상이한 폭들의 자기 스트립들의 생산과 많은 노동을 필요로 한다. 반면, 코어의 원형 윈도우의 대부분을 차지하기 위하여 각 전도체로 감긴 루프가 그들 모두를 위한 코일들 내에서 배치될 수 있기 때문에, 원형 코어를 가진 변압기는 선호된다. 따라서, 전기 전도체들은 열 마다 감긴 루프들의 상이한 수로 감겨서, 원형 경계 내에 들어 맞도록 한다. 이것은 일반적으로 높은 전압 1차 코일을 구성하는 작은 전기 전도체와 함께 이루어질 수 있다. 일반적으로, 1차 코일은 원형 전도체들로 만들어지지만, 원형 윈도우의 보다 나은 틈박이를 위하여 직각의 전도체들로 만들어질 수도 있다. 그러나, 원형 경계 내에 들어 맞도록 전도체들의 열의 상이한 폭들로 감는 것과 쌓는 것 및 인접한 열들 사이에서 절연 시트를 감는 것은 자명하지 않다. 왜냐하면, 전도체들은 왜곡된 방법으로 그들 스스로 포장하는 경향이있고, 열 특히 원형 경계의 에지들 근처의 각 열의 종단들을 깨는 경향이 있다. 그렇게 함으로써, 에지들을 손상시키지 않고 절연 시트를 감는데 어려움을 만든다. 따라서, 절연 시트들은 인접한 열들 사이에서 감겨야 하기 때문에, 쌓인 열 내에서 감긴 전도체의 구조를 보장하는 것은 중요하다. 낮은 전압 2차 전도체들에 관하여, 그들은 큰 나도체 스트립 및 절연 스트립을 동시에 감는 것에 의해 일반적으로 생산되어, 양 측면들에 분배되는 높은 전압 1차 코일의 전도체들의 열을 구비하는 원형 지역의 중심부 내에서 각 감긴 루프에서 쌓이도록 한다. 이후, 조립된 코일은 코일의 윈도우의 에지들 사이의 갭(gap)들을 제공하여야 하며, 형성될 코어의 회전을 가능하도록 한다. 단일 폭 연속 강자성 금속 스트립을 롤링하기 위한 코일들 내의 직각 윈도우를 제공하기 위하여, 전반적인 직각 형상을 가진 코일들을 사용함으로써 코어 묶기는 간단히 만들어질 수 있다. 필요하다면, 2-파트 회전 맨드럴(mandrel)은 스트립을 쉽게 롤링하기 위한 지지부로서 코일들의 가지 상에 설치될 수 있다.

원형 자기 언컷-코어는 규소 강 시트 또는 비정질 강 리본의 연속 단일 스트립 폭을 사용하여 제작될 수 있다. 규소 강에 관하여, 완성된 코어는 코일 가지 상에 장착된 것처럼, 동일한 지름을 가진 제 2 맨드럴 상에 먼저 롤링되어야 하며, 이후 용광로에서 어닐링된다. 어닐링된 후, 어닐링된 구성으로 스트립을 돌려 놓기 위하여 코어는 스트립의 내부 종단에 삽입함으로써 전기 코일 상에서 롤링이 풀리고 다시 롤링되어야 한다. 종래 방향성 규소 강 시트들이 심오한 강도를 보여주는 것을 고려하면, 재료를 탄성 한계(elastic limit)를 벗어나서 구부리지 않고, 스트립을 롤링하기 위해 적절한 관심이 가져져야 한다. 이는 롤링하는 절차를 보다 어렵게 만들고, 코어는 여전히 처음에는 롤링되는 것을 필요하게 하고, 각각 어닐링되고 다루어지도록 하며, 변압기 비용들을 증가시킨다. 반면, 어닐링된 비정질 강 원형 언컷-코어들은 리본으로 만들어져 플라스틱 변형에 다다르지 않고 너무 얇아서 이동하는 동안 심각하게 구부려질 수 있도록 한다. 합금은 어닐링된 후, 외부에서 인가되는 스트레스에 민감하게 남아있기 때문에, 리본을 단단히 롤링하는 것은 코어 손실 및 여자 전류를 증가시킨다. 가장 좋은 실행은 플래밍 구조(framing structure)와 함께 심오한 스트레스를 부가하지 않고, 부드럽게 리본을 낮은 장력 스트레스에서 감는 것과 위치 내에서 마무리된 코어를 유지하는 것이다. 그러나, 리본이 낮은 장력 스트레스에서 롤링될 때, 형성된 코어는 스스로 구조물 건전성(structure integrity)을 가지지 않고, 일 종단에서 슬라이드 가능하게 되는 경우, 리본은 쉽게 짧아진다. 만약, 코어 축이 수직으로 위치되는 경우, 지지 베이스가 필요하다. 또한, 용광로 어닐링 처리 후, 비정질 강은 매우 취성이기 때문에, 롤링을 풀고 다시 롤링하는 것은 자명하지 않다. 용광로 어닐링 강자성 비정질 강 원형 코어로부터 리본의 다른 맨드럴 상에서 롤링을 풀고, 이송하고, 롤링하는 방법은 미국 특허 4668309와 많은 논문들 "Induction Accelerator Development for Heavy Ion Fusion", L.L Reginato, IEEE Proceedings of the 1993 Particle Accelerator Conference, vol.1, p.656~660 그리고 "Exciting New Coating For Amorphous Glass Pulse Cores", R.R. Wood, IEEE 1999 12^th International Pulsed Power Conference, vol.1, p.393~396 그리고 "Induction Core Alloys for Heavy-ion Inertial Fusion-energy Accelerators", A. W. Molvik, The American Physical Society, Physical Review Special Topics - Accelerators and Beams, vol.5, 080401, 2002에서 고려되어져 왔다. 이들 선행 기술 분석들로부터, 이 방법은 매우 취성이기 때문에 이송하는 동안 리본들의 너무 자주 깨지는 경향 때문에, 비현실적인 것으로 믿겨졌다.

배전 변압기 커널의 또 다른 중요한 측면은 2차 코일의 출력에서 단락(short-circuit) 결함을 견디는 능력이다. 단락 환경 동안, 1차 코일과 2차 코일 사이에서 척력(repulsive force)이 발생된다. 이들 척력은 원형 형상을 채택하기를 원하는 것과 같은 방식으로 코일 상에 작용한다. 이들 힘들은 만약 이미 원형 형상으로 만들어진 경우 코일들의 구조 고정성 상에 손상을 주지 않을 것이며, 또는 타원형 코일들을 사용하여 완화될 수 있을 것이나, 위에서 언급된 바와 같이, 변압기 비용을 증가시킬 상이한 폭들을 가지는 스트립들의 직렬적 감기를 요구할 것이다. 단일 폭 강 스트립을 롤링함으로써 형성된 코어는 직각 단면을 가질 것이다. 따라서, 통과하는 코어 직각 단면을 위한 직각 윈도우의 범위를 정하는 4 직선 가지들을 가져야 한다. 직각 코일들을 형성하는 전도체들 및 페이퍼는 척력들을 견디기 위해 요구되는 자기 구조물 고정성이 결여되어 있다. 강한 내부 힘들은 코일들의 각 모서리에서 발생할 것이며, 모서리들에서 적절한 지지가 제공되지 않는다면, 모서리들에서 절연이 발생하지 않을 것이다. 코일들이 코어들에 견고히 기댄다면, 모서리에서의 지지는 제공될 것이다. 실리콘 강 원형 코어는 모서리들 상의 내부 힘들을 지탱하기에 충분히 강하지만, 약한 구조물 고정성을 가지고 위에서 언급된 바와 같이 인가된 스트레스에 소극적으로 반응하는 비정질 강 원형 코어는 가능하지 않다. 코일들 주위 밴디지(bandage)를 감는 것과 수지(resin) 내에 코일들을 스며들게 하는 것은 특정한 정도로의 기계적 강도를 증가시킬 것이다. 적절한 자기 기계적 강도는 외부 보강 구조를 제공하기 위하여 주조 수지 내에 코일들을 애워쌈으로써 얻어질 수 있다. 그러나, 코로나 방전(corona discharge)을 피하기 위하여, 주조 동안 거품(bubble)들이 가둬지지 않도록 하기 위해 세심한 배려가 필요하다. 전도체/페이퍼와 수지 사이에 박리(delamination)의 위험 역시 존재한다. 더욱이, 코일들의 냉각은 더욱 어렵게 만들어진다.

변압기 커널이 완전히 조립된 후, 엔클로저 내에서 커널을 부착하고 안전히하기 위해 수단들은 제공되어야 한다. 종래 규소 강 배전 변압기들은 코어를 통하여 엔클로저에 견고하게 부착되었다. 실시는 코일들을 위하여 코어를 지지부로서 사용하는 것이며, 이후 코어를 프레임을 구비한 엔클로저 내에서 꽉 물고 안전하게 하는 것이다. 이 방법은 비정질 강 배전 변압기들에는 적합하지 않으며, 코일들을 통하여 커널을 부착하는 것은 비현실적이다. 비정질 강 배전 변압기들을 위한 최고의 실시는 지나치게 많은 변형력이 없이, 코어 및 코일들 모두를 지지하기 위한 프레임을 가지는 것이다.

미국 특허 5387894는 반 원형 단면의 가지를 가지는 두 개의 인접한 권선들의 원형 형상 주위에 위치된 맨드럴 상에 강자성 물질의 연속 스트립을 롤링함에 의해 만들어지는 원형 코어를 포함하는 코어-타입 배전 변압기를 개시한다. 강자성 스트립은 맨드럴 상에서 첫번째로 롤링되는 비정형 강 스트립일 수 있으며, 이후 코일들 주위에 롤링이 풀리고 다시 롤링되기 전에 자기 포화(magnetic saturation) 하에서 어닐링된다. 그러나, 본 문헌은 코어 어닐링 후에 일어나는 비정형 강 스트립의 취화(embrittlement) 및 취성 비정질 강 스트립을 운반하기에 어려움을 논하지 않으며, 형성된 비정질 강 코어를 지지하기 위해 제공하는 방법을 가르쳐주지 않고 있다. 게다가, 상이한 폭들의 전도체들의 열을 효율적으로 코일 쌓는 방법과, 원형 경계 내에서 전도체들의 인접한 열들 사이의 절연 시트를 감는 방법을 가르쳐주지 않고 있다. 게다가, 코일들로부터 빠져나오는 전도체 리드 단자들을 만들고, 위치시키고, 연결하는 방법을 가르쳐 주지 않는다. 게다가, 인접한 권선들을 안전하게 하고, 탱크 속으로 변압기 커널을 고정하게 하는 수단은 제공되지 않는다. 게다가, 문헌은 타원형 구성 내 휘어진 코일들의 이들 모서리들을 제작함에 의해 문제점을 해결하기 때문에, 직각 코일들의 모서리들에서 단락이 기계적인 힘들을 적절히 지탱하도록 하는 코일들을 제공하는 기계적인 구조 수단을 제공하지 않고 있다. 끝으로, 문헌은 특히 열이 강하고 주어진 변압기 효율에 관해서 작은 코일들에서 발생되는 비정질 강 코어를 사용할 때, 코일들의 외부의 전도체들에서 발생되는 열을 전달하기 위한 냉각 수단을 제공하는 방법을 가르쳐 주지 않는다.

따라서, 선행 기들의 적어도 하나의 문제점을 극복하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명에 따라서, 2개의 루프-형상 파트들 (상기 루프-형상 파트들의 각각은 복수 개의 가지(limb)들을 가지며, 상기 가지들의 각각은 제 1 차 전기 코일이 장착 가능하고, 주변 오목 부분을 가지며, 상기 제 1 차 전기 코일 상의 피기백(piggyback) 내에 적어도 하나의 제 2 차 코일이 장착 가능하고, 각 루프 형상 파트의 하나의 가지는 직선 구간을 가진다); 및 상기 루프-형상 파트들 중의 하나를 다른 루프-형상 파트에 대하여 부착하고, 그들 사이의 거리를 조절하여, 상기 직선 구간들만이 인접하고 중앙 다리(central leg)를 형성하도록 하는, 조절 가능한 부착 수단(상기 중앙 다리는 상기 부착 수단과 상이한 자기 코어(magnetic core)를 수용하기 위한 것이다)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 변압기 어셈블리를 위한 지지 프레임이 제공된다.

바람직하게, 루프-형상 파트들은 섬유유리(fibreglass), 에폭시(epoxy), 종이(paper), 판지(cardboard), 목재(wood) 및 목재 합성물(wood composites)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 물질로 만들어진다.

바람직하게, 전기 변압기 어셈블리를 위한 지지 프레임은 루프-형상 파트들을 변압기 탱크(transformer tank)에 고정시키기 위한 고정 수단을 더 포함한다.

바람직하게, 제 1 구체예에 따라, 고정 수단은 베이스 프레임; 베이스 프레임에 루프-형상 파트들의 바닥 부분을 부착하기 위한 제 1 부착 수단; 및 변압기 탱크에 베이스 프레임을 부착하기 위한 제 2 부착 수단을 포함한다.

바람직하게, 또 다른 구체예에 따라, 고정 수단은 베이스 프레임; 베이스 프레임에 루프-형상 파트들의 윗 부분을 부착하기 위한 제 1 부착 수단; 및 변압기 탱크에 베이스 프레임을 부착하기 위한 제 2 부착 수단을 포함한다.

바람직하게, 고정 수단은 베이스 프레임에 관하여 루프-형상 파트들을 정렬하기 위한 정렬 수단을 포함한다.

바람직하게, 전기 변압기 어셈블리를 위한 지지 프레임은 루프-형상 파트들의 윗 부분 상에 위치하여 지지 프레임을 조작하고 일 위치에서 다른 위치로 옮기기 위한 조작 수단을 더 포함한다.

바람직하게, 또 다른 구체예에 따라, 고정 수단은 베이스 프레임; 베이스 프레임에 루프-형상 파트들의 조작 수단을 부착하기 위한 제 1 부착 수단; 및 변압기 탱크에 베이스 프레임을 부착하기 위한 제 2 부착 수단을 포함한다.

바람직하게, 상기 중심 다리를 형성하는 가지들을 제외한 복수 개의 가지들 중 선택된 하나는, 유체(fluid)들을 상기 코일들에 인접하게 가르지르도록 안내하기 위한 채널들을 더 제공하되, 상기 채널들의 각각은 상기 일 가지의 일측 상에 하나의 주입구(inlet)를 가지며, 상기 일 가지의 타측에는 하나의 배출구(outlet)를 가진다.

바람직하게, 채널들은 수평에 대해 각도를 형성하여, 유체들 내에서 굴뚝 효과(chimney effect)를 발생시킨다.

바람직하게, 전기 변압기 어셈블리를 위한 지지 프레임은, 채널들의 입력들을 둘러싸기 위한 제 1 굴뚝; 및 채널들의 출력들을 둘러싸기 위한 제 2 굴뚝을 더 포함하되, 제 1 굴뚝은 닫힌 상단 및 열린 하단을 가지고, 제 2 굴뚝은 닫힌 하단 및 열린 상단을 가짐으로써, 제 1 굴뚝 및 제 2 굴뚝을 이용하여, 유체들 내에서 굴뚝 효과를 발생시킨다.

바람직하게, 발명의 일 구체예에서, 채널들은, 루프-형상 파트들의 오목 부분 내의, 횡단 홈들에 의해 형성된다.

바람직하게, 발명의 또 다른 구체예에서, 채널들은, 루프-형상 파트들 상에 장착된 후, 코일들의 인접한 열들 사이에 위치된 절연 스페이서(insulating spacer)들에 의해 경계가 정해진다.

바람직하게, 루프-형상 파트들 중 하나는, 조절 가능한 부착 수단에 의해, 다른 루프-형상 파트에 대하여 위치가 결정될 수 있어서, 루프-형상 파트들이 제 1 이격 거리 및 제 2 이격 거리에 의해 선택적으로 분리(제 2 이격 거리는 제 1 이격 거리보다 크다)되도록 하며, 전기 변압기 어셈블리를 위한 지지 프레임은, 중앙 다리를 둘러싸는 맨드럴(mandrel)을 더 포함하되, 맨드럴은, 제 1 이격 거리에 의해 분리되는, 루프-형상 파트들을 구비하는 중앙 다리를 중심으로 자유롭게 회전하도록 크기가 결정되고, 제 2 이격 거리에 의해 분리되는, 루프-형상 파트들을 구비하는 중앙 다리 주위를 회전하는 것은 억제된다.

바람직하게, 맨드럴은 섬유유리(fibreglass), 에폭시(epoxy), 종이(paper), 판지(cardboard), 목재(wood) 및 목재 합성물(wood composites)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 절연 물질로 만들어진다.

바람직하게, 맨드럴은 서로 맞물릴 수 있는 제 1 및 제 2 절반 부분들을 포함한다.

바람직하게, 맨드럴은 맨드럴의 맨 끝 부분들에서 마주보는 플랜지들을 더 포함한다.

바람직하게, 전기 변압기 어셈블리를 위한 지지 프레임은, 장착 후에 상기 루프-형상 파트들 내에서 상기 코일들을 고정시키기 위한 중앙 다리를 형성한 가지들을 제외한 가지들 중 적어도 하나의 외부 표면 상에 장착 가능한 적어도 하나의 가새 부재(bracing member)를 더 포함한다.

바람직하게, 적어도 하나의 가새 부재는, 코일들에 인접하게 유체들을 안내하기 위한 채널들을 제공하되, 채널들 각각은 굴뚝 효과에 의해 순환(circulation)을 가능하게 하기 위한 주입구 및 배출구를 가지는 적어도 하나의 가새 부재에 의해 제공된다.

본 발명에 따라, 전기 변압기 어셈블리의 지지 프레임의 루프-형상 파트에 있어서, 제 1 차 전기 코일 및 적어도 하나의 제 2 차 전기 코일이 장착될 수 있는 복수 개의 가지(limb)들(상기 가지들의 각각은 제 1 차 전기 코일이 장착될 수 있는 주변 오목 부분을 가지며, 상기 적어도 하나의 제 2 차 전기 코일은 상기 제 1 차 전기 코일의 피기백 내에 장착될 수 있고, 상기 루프-형상 파트의 일 가지는 직선 구간을 가진다)을 포함하되, 상기 주변 오목 부분은, 상기 제 1 차 전기 코일을 지지하기 위한 베이스 부분 및; 상기 베이스 부분의 양 측부들로부터 연장되는 경사진 측벽 부분들(상기 측벽 부분들은 전도체들의 열(row)들의 쌓임을 가능하게 하고, 상기 제 1 차 전기 코일의 층들의 절연을 가능하게 하는 복수의 계단들을 포함한다)을 포함한다.

바람직하게, 인접한 수직 가지들 사이의 모서리 내의 계단의 높이는 점진적으로 줄어든다.

바람직하게, 유체들을 복수 개의 가지들은, 코일들에 인접하며 가르지르도록 안내하기 위한 채널들을 더 제공하되, 채널들의 각각은 루프-형상 파트의 일 측부 상에 하나의 주입구를 가지고, 루프-형상 파트의 다른 측부 상에는 하나의 배출구를 가지되, 가지를 따라 위치된 계단의 높이는 주입구 및 배출구를 수용하는 길이만큼 증가된다.

바람직하게, 복수 개의 가지들은, 루프-형상 파트의 일 측 상에 탭(tap) 입력 개구를 더 제공하되, 탭은 장착된 후, 코일들에 탭의 연결을 가능하게 하며, 가지를 따라 위치된 계단의 높이는 상기 탭 입력 개구를 수용하는 길이 만큼 증가된다.

바람직하게, 미리 결정된 계단들은, 인접한 열(row) 상의 제 1 코일 루프와 열의 마지막 코일 루프간에 교락(bridging)을 위해서 형성된다.

바람직하게, 교락은, 수직 가지들의 모서리들에서 수행된다.

바람직하게, 루프-형상 파트는, 서로 맞물릴 수 있는 제 1 및 제 2 절반 부분들을 포함한다.

바람직하게, 유체들을 복수 개의 가지들 중 하나는, 코일들에 인접하게 가르지르도록 안내하기 위한 채널들을 더 제공하되, 채널들의 각각은 루프-형상 파트의 일 측부 상에 하나의 주입구를 가지고, 루프-형상 파트의 타 측부에는 하나의 배출구를 가지며, 베이스 부분 및 경사진 측벽 부분들 중의 적어도 하나를 가로지르는 횡단 홈들에 의해 형성된다.

바람직하게, 포트는 베이스 부분을 가로지르는 횡단 홈들에 주입구를 유체 이동 가능하게 연결한다.

바람직하게, 직선 구간을 가지는 가지에서의, 루프-형상 파트의 내부 표면은 반 원통형이며, 직선 구간을 가지는 가지에 수직한 가지들에서의, 루프-형상 파트의 내부 표면은 평평하다.

본 발명에 따라, 실질적으로 반 원통형인 상기 내부 표면의 곡률 반지름(radius of curvature)은, 루프-형상 파트 주위에 장착 가능한 원통형 코어의 내경보다 작다.

바람직하게, 전기 코일 어셈블리에 있어서, 전기 코일; 및 상기 코일이 감기는 프레임을 포함하되, 상기 코일은, 제 1 종단 및 제 2 종단을 가지는 전기 전도체 스트립(strip)으로 만들어지며, 상기 종단들 중의 적어도 하나의 종단은 15°내지 75°사이의 각도에 따라 제 1 접힘 선(fold line)을 따라서 포개지도록 접혀져서, 상기 적어도 하나의 종단은 상기 코일이 놓이는 평면에 대하여 가로지르며 연장되도록 하여, 연결 리드(connection lead)를 제공한다.

바람직하게, 각도는, 45°이다.

바람직하게, 스스로 접혀지는 일 종단은, 스트립의 길이 방향 축에 평행한 제 2 접힘 선을 따라서 추가적으로 접혀진다.

바람직하게, 상기 전기 코일 어셈블리는, 루프-형상 파트를 포함하는 지지 프레임을 포함하는 전기 변압기 코어 어셈블리와 결합되되(상기 루프-형상 파트는 복수 개의 가지들 및 제 1 및 제 2 마주 보는 측벽들을 포함하고, 상기 복수 개의 가지들 중 두 개는 마주 보는 윗 직선 구간 및 바닥 직선 구간들을 형성한다), 상기 루프-형상 파트 주위에 감기는 제 1 차 전기 코일(상기 제 1 차 전기 코일은 상기 제 1 차 전기 코일의 마주보는 종단들에서 첫번째 및 두번째의 1차 단자들을 포함하며, 상기 첫번째 및 두번째 1차 단자들은 상기 루프-형상 파트의 제 1 차 측벽으로부터 연장된다); 및 상기 제 1 차 전기 코일 주위를 감는 제 2 차 전기 코일을 포함하며, 상기 제 2 차 전기 코일은, 전도체 스트립으로 만들어지며, 상기 제 2 차 코일의 마주보는 제 1 차 및 제 2 차 종단들에서 첫번째 및 두번째 2차 단자들을 포함하며, 상기 첫번째 2차 코일 단자는 상기 제 1 측벽에 대하여 첫번째 45°접힘 선을 따라 포개지도록 상기 스트립의 제 1 종단을 접음으로써 형성되어, 상기 스트립의 제 1 길이는 상기 첫번째 및 두번째 제 1 차 서브-코일 단자들이 연장되기 시작하는 상기 제 1 측벽에 마주보는 제 2 측벽으로부터 제2측벽에 대하여 수직하게 연장되도록 하며, 상기 두번째 2차 단자는 첫번째 중간 접힘을 형성하기 위하여, 두번째 45°접힘 선을 따라서 포개지도록 상기 스트립의 제 2 차 종단을 접고, 상기 두번째 45° 접힘 선에 수식한 세번째 45° 접힘 선을 따라 첫번째 중간 접힘 위로 상기 스트립의 제 2 종단을 접음으로써 형성되어, 상기 스트립의 제 2 길이가 상기 제 1 및 제 2 측벽들의 외부에서 상기 제 1 및 제 2 측벽들과 평행하게 연장되도록 한다.

본 발명에 따라, 전기 변압기 커널(kernel) 어셈블리를 조립하기 위한 방법에 있어서, (a) 제 1 루프-형상 파트 주위에 제 1 차 전기 코일을 감는 단계(제 1 차 루프-형상 파트는 제 1 차 전기 코일을 수용하기 위해 제 1 차 루프-형상 파트의 외부 표면을 따라서 주변 오목 부분을 가지며, 적어도 하나의 직선 구간을 가진다); (b) 제 1 루프-형상 파트의 주위에 제 1 차 전기 코일의 피기백(piggyback)상에 제 2 차 전기 코일을 감는 단계; (c) 제 2 루프-형상 파트 주위에 제 1 차 전기 코일을 감는 단계(제 2 차 루프-형상 파트는 제 1 차 전기 코일을 수용하기 위해 제 2 차 루프-형상 파트의 외부 표면을 따라서 주변 오목 부분을 가지며, 적어도 하나의 직선 구간을 가진다); (d) 제 2 루프-형상 파트 주위에 제 1 차 전기 코일의 피기백 상에 제 2 차 전기 코일을 감는 단계; (e) 제 2 루프-형상 파트에 대하여 제 1 루프-형상 파트를 부착하여, 직선 구간들만 인접하고 중앙 다리를 형성하도록 하는 단계; (f) 제 1 루프-형상 파트 및 제 2 루프-형상 파트 사이의 거리를 제1 이격 거리로 조절하는 단계; (g) 중앙 다리 주위에 맨드럴(mandrel)을 설치하는 단계(맨드럴은 제 1 이격 거리만큼 제 1 루프-형상 파트 및 제 2 루프-형상 파트가 이격되어 위치될 때, 중앙 다리를 중심으로 자유롭게 회전하도록 크기가 결정된다); 및 (h) 중앙 다리 주위에 금속 리본(metallic ribbon)을 감아서 자기 코어를 형성하도록 하는 단계를 포함하되, 부착하는 (e) 단계는 감는 (h) 단계와 구별된다.

바람직하게, 전기 변압기 커널 어셈블리를 조립하기 위한 방법은, (i) 제 1 루프-형상 파트 및 제 2 루프-형상 파트 사이의 거리를 제 2 이격 거리고 조절하여, 맨드럴이 중앙 다리를 중심으로 회전하는 것을 방지하도록 하는 단계(상기 제 2 이격 거리는 상기 제 1 이격 거리보다 크다); 및 (j) 중앙 다리를 형성하는 인접한 직선 구간들 사이에 스페이서 요소들을 삽입하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게, 전기 변압기 커널 어셈블리를 조립하기 위한 방법은, (a) 및 (c) 단계를 수행하는 동안, (aa) 미리 결정된 상이한 회전 수로 제 1 차 전기 코일로 복수 개의 전도체 루프들을 형성하는 단계; (bb) 연결 리드(connection lead)들을 형성하기 위하여, 전도체 루프들의 각각을 개별적으로 꼬는 단계; (cc) 인접한 꼬여진 전도체 루프들 사이에 전도체 슬리브(sleeve)들을 삽입하는 단계; 및 (dd) 전기 제 1 차 코일의 권선에 대하여 가로지르도록 리드들을 구부리는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따라, 전기 변압기 커널 어셈블리를 조립하기 위한 시스템에 있어서, 제 1 차 전기 코일을 제 1 차 루프-형상 파트 및 제 2 차 루프-형상 파트 주위에 각각 감기 위한 제 1 차 권선 시스템(제 1 차 및 제 2 차 루프-형상 파트 각각은 제 1 차 전기 코일을 수용하기 위하여 루프-형상 파트의 외부 표면을 따라 주변 오목 부분을 가지며, 제 1 차 루프-형상 파트 및 제 2 차 루프-형상 파트 각각은 적어도 하나의 직선 구간을 가진다); 제 2 차 전기 코일을 제 1 차 루프-형상 파트 및 제 2 차 루프-형상 파트 각각의 주위에, 제 1 차 코일 상의 피기 백(piggyback)상에 감기 위한 제 2 차 권선 시스템; 조절 가능한 부착 수단들을 이용하여 제 2 차 루프-형상 파트에 대하여 제 1 차 루프-형상 파트를 부착하여, 직선 구간들만 중앙 다리에 인접하여 형성하도록 하는 부착 시스템; 중앙 다리 주위에 맨드럴을 설치하기 위한 맨드럴 설치 시스템(맨드럴은 제 1 루프-형상 파트 및 제 2 차 루프-형상 파트들이 제 1 차 이격 거리만큼 이격될 때, 중앙 다리를 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 크기가 결정된다); 및 자기 코어를 형성하기 위하여 중앙 다리 주위에 금속 리본을 감기 위한 제 3 차 권선 시스템(코어는 조절 가능한 부착 수단들과 구별된다)을 포함한다.

바람직하게, 상기 방법은 연속 생산으로, 전기 변압기 커널 어셈블리들을 제작하기 위해 사용된다.

바람직하게, 본 발명은 상술된 방법에 의해 조립된, 복수 개의 전기 변압기 커널 어셈블리들을 수용하기 위한 저장 컨테이너 역시 제공한다.

도 1은 원형 코어를 포함하는 변압기 커널의 도면이다.
도 2는 코어 윈도우를 통과하는 지지 프레임 내의 두 개의 코일 배치들 중 하나의 전도체 열들을 도시하는 단면도이다.
도 3은 서로 등지며 기대고 있을 때, 코어 윈도우를 통과하는 지지 프레임 내의 두 개의 코일 배치들의 전도체 열들을 도시하는 단면도이다.
도 4는 원형 코어의 맨드럴에 기대며 스페이서들에 의해 떨어져 분리되어 있을 때, 코어 윈도우를 통과하는 지지 프레임 내의 두 개의 코일 배치들의 전도체 열들을 도시하는 단면도이다.
도 5는 바람직한 구체예에 따른, 지지 프레임 내의 1차 서브 코일 정렬의 전도체의 열들을 도시한다.
도 6은 또 다른 바람직한 구체예에 따른, 또 다른 지지 프레임 내의 또 다른 1 차 서브 코일 배치의 전도체들의 열들을 도시한다.
도 7은 코어 타입 변압기의 코일 배치의 전기 배선도이다.
도 8은 도 7에서 도시된 리드 연결들이 연관된 도 4의 도면이다.
도 9는 코어 윈도우의 외부에 위치된 수평 가지의 지지 프레임 내의 코일 정렬의 단면도이다.
도 10은 코어 윈도우의 외부에 위치된 수직 가지의 지지 프레임 내의 코일 정렬의 단면도이다.
도 11은 바람직한 구체예에 따른 지지 프레임의 사시도이다.
도 12는 도 11의 지지 프레임의 모서리에서 두 개의 압축된 전도체 열들의 도면이다.
도 13은 바람직한 구체예에 따른, 전도체를 하나의 열에서 다른 열로 감는 방법을 도시하는, 도 11 내 도시된 지지 프레임의 절개 사시도이다.
도 14는 바람직한 구체예에 따른, 라우팅 탭들을 위한 공간을 제공하는 지지 프레임의 절개 사시도이다.
도 15는 바람직한 구체예에 따른, 오일을 대류 순환 시키기 위한 비스듬한 관(duct)을 갖춘 지지 프레임의 사시도이다.
도 16은 또 다른 바람직한 구체예에 따른, 오일을 대류 순환 시키기 위한 수직 도관을 갖춘 지지 프레임의 사시도이다.
도 17은 도 16에 도시된 지지 프레임의 단면도이다.
도 18은 부착 수단으로 고정되고 연이어 조립된 두 개의 지지 프레임들의 사시도이다.
도 19는 바람직한 구체예에 따른, 프레임들의 바다 부분에서 부착 수단들로 베이스에 고정되고 연이어 조립된 두 개의 지지 프레임들의 사시도이다.
도 20은 또 다른 바람직한 구체예에서, 프레임들의 윗 부분에서 베이스로 고정되는 부착 수단으로 베이스에 고정되며 연이어 조립되는 두 개의 지지 프레임의 사시도이다.
도 21은 연이어 조립된 두 개의 지지 프레임들을 수용하기 위한 베이스 프레임을 보는 각도에 따라 도시하는 사시도이다.
도 22는 지지 프레임의 두 개의 파트 어셈블리의 사시도이다.
도 23은 지지 프레임 주위에 전도체들을 감기 위한 시스템의 도면이다.
도 24는 코일을 감는 동안, 전도체 코일 상에 탭(tap)들을 만들기 위한 방법을 도시하는 지지 프레임의 도면이다.
도 25의 A 내지 F는 바람직한 구체예에 따른, 지지 프레임 주위에 코일을 형성하기 위하여 전도체 스트립을 감기 위한 순서의 도면이다.
도 26의 A 내지 K는 또 다른 바람직한 구체예에 따른, 지지 프레임 주위에 코일을 형성하기 위하여 전도체 스트립을 감기 위한 순서의 도면이다.
도 27의 A 내지 E는 코어 및 두 개의 코일 배치들을 구비한 변압기 커널을 조립하고, 코일들 사이에서 전기 연결을 만들고, 부싱(bushing)들에 전기적 연결들을 구비한 변압기 탱크 내에 변압기 커널을 위치시키기 위한 순서들의 도면이다.
도 28은 탱크 내에서 도 27에 도시된 변압기 커널의 정면도이다.
도 29의 A 및 B는 또 다른 바람직한 구체예에 따른, 지지 프레임 주위에 코일을 형성하기 위하여, 전도체 스트립을 감기 위한 추가적인 순서의 도면이다.
도 30의 A 내지 C는 원형 코어를 형성하기 위하여 자기 스트립을 롤링하기 위한 지지 맨드럴의 2 개의 정면도 및 사시도이다.
도 31은 코어 맨드럴을 설치하기 전에 고정되고, 연이어 조립되는 두 개의 코일 배치들을 도시하는 사시도이다.
도 32는 연이어 조립되고 고정된, 두 개의 코일 배치들의 중앙 다리 주위에 코어 맨드럴의 설치를 도시하는 사시도이다.
도 33은 연이어 조립되고 고정된, 두 개의 코일 배치들의 중앙 다리 주위의 코어 맨드럴의 설치 및 회전을 도시하는 사시도이다.
도 34는 연이어 조립되고 고정된, 두 개의 코일 배치들의 중앙 다리 주위에 설치된 맨드럴 주위에 자기 스트립을 롤링하기 위한 시스템의 평면도이다.
도 35는 연이어 조립되고 고정된, 두 개의 코일 배치들의 중앙 다리 주위에 설치된 맨드럴 주위에 자기 스트립의 롤링하기 전 조정하는 것을 도시하는 도 34 내의 시스템의 평면도이다.
도 36은 타원 탱크의 바닥 상에 베이스에 부착된 완성된 변압기 커널 어셈블리를 도시하는 제 1 각도로부터의 사시도이다.
도 37은 타원 탱크의 바닥 상에 베이스에 부착된 완성된 변압기 커널 어셈블리를 도시하는 제 2 각도로부터의 사시도이다.
도 38은 베이스 프레임에 부착된 완성된 변압기 커널 어셈블리를 도시하는 제 3 각도로부터의 사시도이다.
도 39는 코어를 구비하지 않고, 지지 프레임들 상에 코일들을 고정하기 위한 가새 부재(bracing member)들을 포함하는 변압기 커널 어셈블리의 제 3 각도로부터의 사시도이다.
도 40은 세 개의 원형 코어들 및 연이은 코일 배치들의 직렬을 포함하는 3 상 변압기 커널을 도시하는 사시도이다.
도 41은 다수의 변압기 커널들을 운반하고 저장하는데 사용되는 컨테이너의 사시도이다.
도 42는 본 발명의 변압기 커널을 동봉하기 위한 타원형 변압기 탱크 어셈블리의 보는 각도에 따른 두 개의 사시도를 포함한다.

본 발명의 상이하고 바람직한 목적들은 이제 표현될 것이다.

위에서 기술된 배전 변압기 커널(distribution transformer kernel)들을 제작하기 위한 모든 코일 및 코일 어셈블리 방법들 사이에서, 기 감긴 코일들 주위에 일직선(in-line)으로 휘어진 어닐링(anneal)된 비정질 강 리본(amorphous-steel ribbon)의 연속된 단일 스트립을 롤링함으로써 만들어지는 원형 코어(circular core)를 가지는 배전 변압기는 최소한 불연속적인 제작 단계들을 수반하는 방법으로 믿겨지며, 불연속적인 제작 단계들은 대량 생산을 위하여 보다 자동화될 수 있으며, 최소한의 비용이 든다. 미국 특허 출원 번호 61/262,603은 낮은 비용으로 비정질 강 리본을 휘어진 형상으로 일렬 어닐링하는데 사용되는 비정형 금속 리본을 취급하기 위한 새로운 시스템 및 방법을 개시하며, 그러한 어닐링된 리본은 원형 코어를 형성하기 위한 롤링을 효과적으로 가능하게 하는 좋은 연성을 보여준다. 더욱이, 그러한 일렬로 휘어진 어닐링 비정질 강 리본은 배전 변압기 커널들이 제작될 수 있는 높은 자기 유도 레벨(high magnetic induction level)들에서 낮은 코어 손실(core loss) 및 낮은 여진 전력(exciting power)을 보여주는 원형 코어(circular core)를 형성하도록 롤링될 수 있다. 그러한 배전 변압기 커널들은 효율의 동일한 레벨에서 종래 규소 강 배전변압기 커널(silicon-steel distribution transformer kernel)에 비해서 작다. 일렬로 휘어진 어닐링된 리본들을 사용하는 것은 원형-언컷-코어 배전 변압기(circular-uncut core distribution transformer)를 가능하게 하고 비용 효과적이게 하는 화로(furnace) 어닐링된 코어의 리본을 롤링을 풀고 다시 롤링하는 것에 관련된 깨짐 문제를 제거한다.

본 발명의 목적은 일렬로 어닐링된 비정형 강 연성 리본(in-line-annealed amorphous-steel ductile ribbon)을 롤링함으로써 만들어지는 원형 코어를 가지되, 알려진 구성 디자인 및 제작 방법들과 관련된 불리한 점 및 한계들을 가지지 않는 배전 변압기 커널을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 낮은 비용으로 대량 제작할 수 있는 원형 코어를 가지는 배전 변압기를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 전도체들의 열의 상이한 폭들을 효과적으로 감고 쌓으며, 휘어진 경계를 가지는 오목한 부분 내에 인접한 열(row)들 사이에서 절연 스트립(insulating strip)을 감는 방법을 제공하는 것이다.

따라서, 또한 본 발명은 비정질 강 원형 코어 변압기 커널 내에 인접한 권선들을 효과적으로 고정하는 수단 및 방법을 추가적으로 제공한다.

따라서, 또한 본 발명은 코어 및 원형 비정형 강 코어 변압기 커널의 코어를 효과적으로 지지하기 위한 수단을 제공한다.

따라서, 또한 본 발명은 작은 타원 탱크(small oval tank) 내에서 효과적으로 고정되고 동봉될 수 있는 변압기 커널을 추가적으로 제공한다.

따라서, 또한 본 발명은 서브 코일들 및 탱크 부싱(bushing)들 사이의 쉬운 연결을 만들기 위한 2차 코일 리드 단자(second coil lead terminal)들을 미리 형성하고 만들기 위한 수단 및 방법을 추가적으로 제공한다.

따라서, 또한 본 발명은 탱크 속으로 비정형 강 원형 코어 변압기 커널을 효과적으로 고정하기 위한 수단 및 방법을 추가적으로 제공한다.

따라서, 또한 본 발명은 원형 비정형 강 코어 변압기 커널 내에서 발생되는 열을 효과적으로 제거하기 위한 수단 및 방법을 추가적으로 제공한다.

따라서, 또한 본 발명은 원형 코어 변압기 커널의 직각 코일들 내에서 단락 강도(short-circuit force)를 지탱하기 위한 수단 및 방법을 추가적으로 제공한다.

따라서, 또한 본 발명은 코일 프레임 상에 전도체를 효과적으로 감고 리드 단자(lead terminal)들을 만들고 위치시키기 위한 수단 및 방법을 추가적으로 제공한다.

따라서, 또한 본 발명은 변압기 커널의 코일들 주위에 원형 코어를 형성하기 위하여 비정질 강 스트립을 효과적으로 롤링하는 수단 및 방법을 추가적으로 제공한다.

따라서, 또한 본 발명은 코일 배치(coil arrangement)의 가지 주위에 장착된 원형 코어의 고정 및 회전을 가능하게 하는 수단 및 방법을 추가적으로 제공한다.

따라서, 또한 본 발명은 타원 엔클로저 또는 탱크 내에 효과적으로 동봉될 수 있는 변압기 커널을 추가적으로 제공한다.

도 1은 단상(single phase) 원형 언컷-코어(uncut core) 타입 변압기 커널의 기본적인 기하학적 구성을 나타낸다. 그것은 두 개의 직각 코일 배치(3)와 얽힌 하나의 원형 코어(1)를 포함한다. 바람직하게는, 코일-코어 배치는 수직 위치에서 원형 코어 중심 축과 함께 놓인다. 각 직각 코일 배치(3)는 내부 1 차 서브-코일(5) 및 외부 2차 서브-코일(7)을 포함한다. 두 개의 직각 코일 배치들(3)은 연이어 위치되어, 주위에 자기 원형 코어(1; magnetic circular core)가 둘러 쌓인 원형 형상의 하나의 공통 중심 가지(central limb)를 가지는 더블 코일 배치를 형성하도록 한다. 따라서, 각 코일 배치(3)는 반쪽 디스크(half disk) 내에서 피트되는 단면을 구비한 하나의 가지(limb)를 가진다.

도 2는 코어 윈도우를 통과하는, 두 개의 코일 배치(3) 중 하나로부터의 가지의 단면도를 도시한다. 그것은 바람직하게 판지(press board), 에폭시(epoxy), 섬유 강화 에폭시(fibre reinforced epoxy), 유리 섬유(fibre glass) 복합 물질(composite material)과 같은 주조 가능한 유전체 강화 물질로 만들어진 지지 프레임(9; supporting frame)을 포함한다. 지지 프레임(9)의 외벽(11)은 아크 형상을 가진다. 지지 프레임(9)의 내벽(13)들은 단계(8)의 시리즈 내에 배치되어, 1차 서브 코일(5)의 작은 전도체(15)의 열(row)들을 수용하기 위한 오목한 부분을 제공하도록 한다. 각 전도체(15)는 전기 코일의 하나의 감긴 루프, 오목한 부분의 가장 깊은 부분에서 감긴 첫번째 감긴 루프 및 코일의 윗 부분에 감긴 마지막 감긴 루프를 나타낸다. 내벽들(13) 및 외벽(11)을 따르는 두께는 코어(1) 및 1차 서브 코일 전도체(15)들 사이의 적절한 유전체 절연을 제공하기 위해 결정된다. 1차 서브 코일(5)로부터 감긴 루프의 각각으로부터의 전도체(15)는 열(row)의 형태로 배치되며, 바람직하게는 페이퍼, 에폭시 코팅된 페이퍼 또는 폴리 아라미드(poly-aramid)와 같은 물질의 얇은 전기 절연 층(17)에 의해 분리되어, 열(row)들 사이에 절연(insulation)을 제공하도록 한다. 각 전도체(15)는 바니쉬(varnish)와 같은, 얇은 전기 절연 코팅으로 덮여져서, 인접한 전도체들 사이에서 적절한 전기적 절연을 제공하도록 한다. 지지 프레임(9)의 내부 오목한 벽(13)들의 바닥 중심 부분은 편평하고 전도체(15)들의 첫번째 열을 지지한다. 이후 전도체(15)들의 다수의 열들은 쌓이며, 바람직하게는 얇은 유전 층(17)에 의해 분리되어, 서브-코일 전도체들의 열들을 형성하도록 한다. 각 열에서 배치된 전도체들의 최대 수는 코어(1) 및 전도체(15) 상의 적절한 유전 절연을 제공하는, 내벽(13)들 및 외벽(11)을 따르는 두께에 의해 결정된다. 내벽(13)들의 계단(8)들은 중심 바닥 편평한 부분의 양 측면 상에 나란하게 되어, 열 폭에 부합함을 가지는 얇은 절연 층(17)에 부합하는 추가적인 전도체들 열 각각을 수용하도록 한다. 열의 얇은 절연층(17) 각각은 더 얇은 스트립의 감긴 몇몇 루프들을 감고 쌓음으로서 만들어질 수 있어서, 코어 윈도우의 외부에 바람직하게 위치되는 중복된 두께를 제한하도록 한다. 각 계단(8)의 각 높이는 계단을 향하는 각 열의 높이의 합과 동일하다. 전도체들의 마지막 열의 윗 부분 상에, 바람직하게는 페이퍼의 스트립, 페이퍼 코팅된 에폭시 또는 폴리 아라미드와 같은 얇은 절연 스트립의 몇몇 감긴 루프들로 만들어지며, 지지 프레임 위의 각 사이드로 확장되는 두꺼운 전기 절연 열(19)가 있다. 두꺼운 유전 열(19) 및 지지 프레임(9)의 측면들(21) 사이의 접합은 양 물질들 내의 절연 강도보다 낮은 절연 강도를 생산하는 추적 경로를 나타낸다. 따라서, 안전한 추적 거리는 전도체들의 윗 열들 및 지지 프레임 외벽(11)의 에지 사이에서 제공된다. 바람직하게 페이퍼, 페이퍼로 코팅된 에폭시 또는 폴리 아라미드로 만들어지고, 전도체 스트립(27)보다 약간 넓은 얇은 절연 스트립에 인접한 전도체 스트립(27)은 두꺼운 절연 열(19) 상 피기백(piggback) 내에 동시에 감기며, 각 루프는 넓은 전도체 스트립의 하나로 만들어진다. 전도체 스트립의 폭은 안전한 추적 거리를 유지하고 지지 프레임 외벽(11)의 에지를 구비하도록 선택된다. 도 2의 지지 프레임의 부분, 서브 코일들 및 절연 열은 반원 형상 내에 피트 되도록 배치된다. 코일 프레임의 외벽(11)의 아크 형상은 코어 지지 맨드럴(31) 내경 이하의 반경을 가지도록 선택된다. 지지 프레임99)의 외벽(11)의 아크 형상 상의 중심점(36)과 2차 코일의 최종 감긴 루프의 윗 부분 상의 중심점(33) 사이의 높이는 코어(1)를 지지하는 맨드럴(31)의 내벽과 가지(limb) 사이의 갭(35)을 만들기 위하여 코어 지지 맨드럴(31)의 내경보다 약간 작다. 이 갭(35)은 맨드럴(31)을 구비한 코어(1)로 하여금 화살표 방향으로 도시된 바와 같이 자유롭게 회전되도록 한다. 본 발명의 지지 프레임으로, 전도체들의 루프들은 인접한 열들 사이에서 절연 스트립의 감긴 루프들을 구비한 쌓인 열들 내에서 효율적으로 감겨질 수 있다.

도 3을 참조하면, 원형 코어의 윈도우 개구 내에 연이어 위치된 두 개의 코일 배치들의 두 개의 반원 가지들이 도시된다(코어 외부의 코일 부분들은 도시되지 않았다). 두 개의 연이은 가지들은 맨드럴(31)로 하여금 자유롭게 회전하도록 하는 갭(35)을 만들기 위하고, 원형 코어(1)를 형성하도록 하는 맨드럴 상에 비정질 일렬 어닐링된 합금 리본을 롤링 가능하게 되도록 상호간에 서로 기대어 있다.

도 4를 참조하면, 이제 절연 스페이서(37)들에 의해 분리된, 두 개의 코일 배치들의 두 개의 반원 가지들을 구비한 코어의 중심 부분의 확대도가 도시된다. 두 개의 코일 배치들의 반원 가지들은 서로 떨어져 분리되며, 코어 맨드럴(31)의 내벽의 중심점(36)에 각 기댄 것에 의해 고정된다. 절연 스페이서(37)들은 두 개의 연이은 코일 배치들 사이에서 위치되어, 갭을 유지하도록 하며, 전도체들을 냉각하기 위하여 통과하는 오일을 위한 개구 관(39)을 만들도록 한다. 2차 코일의 양 측 상에 관들을 형성하는 두 개의 개구(41)들 역시 코일들을 냉각하기 위하여 오일들이 통과하도록 이용가능하다. 바람직하게는, 원형 코어는 수직 위치에서 원형 코어의 수직 축과 함께 변압기 탱크 내에서 놓여서 굴뚝 효과(chimney effect)에 의해 관들 내에서 대류하는 오일들의 흐름을 가능하게 한다. 바람직하게는, 코어-코일 배치 상하의 출입 개구들은 하부로부터 냉각된 오일을 주입하고 상부로부터 가열된 오일을 빼기 위한 탱크 내 변압기 커널을 위하여 제공된다. 따라서, 코어 윈도우들 내부에서 전도체들 내에서 발생된 열은 형성된 냉각 관들을 통하여 효과적으로 배출될 수 있다.

쌓일 때, 전도체를 줄지어 감아서 폭을 증가시키는 것은 하나의 열로부터 다른 열까지 감긴 전도체를 보내는 문제를 증가시킨다. 도 5를 참조하면, 상이한 단계들 및 감는 방법을 구비한 지지 프레임의 본 발명의 바람직한 일 구체예를 도시한다. 전도체의 첫번째 열은 시작 위치(23)로부터 첫번째 열의 우측 종단부터 좌측 종단까지 감기며, 이후 열의 종단에 휘어진 화살표에 의해 도시된 다음 상위 열로 전환된다. 이후, 전도체는 좌측 종단으로부터 열에 대응하는 우측 종단까지 감기호 이후 다음 상위 열로 전환된다. 이 감는 방법은 전도체를 다음 새로운 레벌의 열로 가져오는 것에 의한 전도체 감기를 시작하기 전에, 다음 상위의 넓은 열의 시작 종단 아래에 전도체를 가져오기 위하여, 일부 열들의 종단에서 지지 프레임 내에 자유 통로를 필요로 한다. 요구될 때, 절연 물질(28)의 좁은 스트립이 열의 종단에 추가될 수 있어서, 인접하게 감긴 열들의 두 개의 전도체들 사이의 전압이 최대인, 열의 첫 번째 감긴 루프 및 다음 상위 열의 최종 감긴 루프 사이의 안전한 추적 거리를 제공하도록 한다.

도 6을 참조하면, 지지 프레임 내에서 감긴 전도체를 하나의 열로부터 다음 열까지 보내기 위한 자유 통로를 요구하지 않는 상이한 배치 단계들을 구비한 지지 프레임의 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예를 도시한다. 전도체의 첫번째 열은 첫번째 열의 우측 종단의 시작 위치(24)로부터 좌측 종단까지 감기며, 이후 나란한 열의 종단에 휘어진 화살에 의해 도시된 것처럼, 다음 상위 열로 수직으로 전환된다. 이후, 전도체는 좌측 종단으로부터 시작하는 감긴 위치(24)를 넘어서 확장된 우측 종단까지 감기며, 확장된 열의 종단에 휘어진 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 다음 상위 열로 감기도록 수직으로 전환된다. 요구될 때, 절연 물질(28)의 좁은 스트립은 열의 종단에서 또한 부가될 수 있어서, 인접한 감긴 열들의 두 개의 전도체들 사이의 전압이 최대인, 열의 첫번째 감긴 루프 및 다음 상위 열의 마지막 감긴 루프 사이의 안전한 추적 거리를 제공하도록 한다.

도 7은 두 개의 낮은 전압 출력들을 구비한 단상 변압기의 서브 코일들 사이의 상호 접속 배치를 도시하는 전기 배선도이다. 높은 전압 1차 코일(43)은 직렬로 연결된 HVa 및 HVb 두 개의 서브 코일들을 포함한다. 두 개의 낮은 전압 2차 코일(45)들 LV1 및 LV2는 각각 직렬도 연결된 두 개의 서브 코일들 LV1a, LV2a 및 LV1b, LV2b를 포함한다. 전압 포인트 V1 내지 V8은 코일의 각 리드 단자에서 전압의 지시하는 값들이다. 일반적으로 단상 변압기(14.4kV-120/240V를 위한 것과 같은 것을 말한다)에서는, 전압 포인트 V1 및 V4는 전기 대지 전압에 연결되고, 전압 포인트 V3는 1차 측 상의 높은 전압이며, 전압 포인트 V6, V8은 2차 출력의 두 개의 낮은 전압들이다. 도면에서는, V2, V5 및 V7는 두 개의 서브 코일들 사이의 중간 전압 포인트들이다.

도 8을 참조하면, 도 7에 도시된 각 서브-코일은 전도체들의 루프 그룹과 관련된다. 각 코일 배치(3)는 높은 전압 서브-코일(HVa 또는 HVb) 및 각 2차 코일로부터의 하나인 두 개의 낮은 전압 서브-코일들(LV1a/LV2b 또는 LV1b/LV2a)을 포함한다. 양 코일 배치(3)들 상의 2차 서브-코일들의 배치는 부하 불균형(load unbalance)(서로 얽힌 2차 코일들)인 경우에 양 코일 배치(3)들 내에서 전류 흐름의 등가를 유지한다. 도 8에 도시된 각 서브-코일에서, 서브-코일의 전도체의 첫번째 및 마지막 감긴 루프로 각각 보내지는 서브-코일의 양 종단들에 위치한 두 개의 리드(lead)들이 있다. 각 리드는 도 7의 전압 포인트들 V1 내지 V8에 연결된다. 바람직하게는, 각 리드는 코어 윈도의 외측에 위치된 가지들 중 하나 상의 위치에 위치한 서브-코일을 나간다. 또한, 1차 서브-코일의 리드로 전압 포인트를 가지는 것은 1차 서브 코일및 코어 맨드럴(31) 사이의 코일 프레임의 유전 두께에 영향을 줄 것이다. 바람직하게는, 도 8에서, 코어 맨드럴(31)은 절연 물질로 만들어지며, 코어(1)는 대지 전압에 연결되는 변압기 탱크에 전기적으로 연결된다. 따라서, 1차 서브-코일 및 코어 사이의 유전 두께는 코일 프레임 및 맨드럴 두께를 포함한다. 도 8에 도시된 전압 포인트들 V1 내지 V8에 리드들의 연결들은 바람직한 구체예를 나타낸다.

도 7의 배선도를 사용하고 도 8을 참조하면, 바람직하게는, HVa 서브-코일의 전도체 루프(51)로부터 확장되는 리드는 포인트 V3에 연결된다. 포인트 V3는 가장 높은 전압에 대응되기 때문에, HVa의 바닥 열을 향하는 위치(47)에 위치한 지지 프레임의 유전 부분은 바람직하게 최대 두께를 가질 것이다. 다음, HVa 및 HVb 서브 코일들의 전도체 루프들(53 및 55)로부터 확장하는 리드들은 포인트 V2에 연결된다. 하나 이상의 리드가 서브-코일들 HVa 및 HVb 내 전도체들의 루프들의 마지막 감긴 열 상에 제공될 수 있어서, 각 서브-코일들 HVa 및 HVb로부터의 리드들의 어떤 쌍이 포인트 V2로 연결될 것인지 선택함에 의해, 2차 코일들에서 출력된 전압을 조절하기 위하여 탭 셀렉터(tap selector)로 연결되도록 한다. 전압 포인트 V2는 V3의 약 절반이므로, HVa 및 LV2b 사이 서브 코일들 및 HVb 및 LV1b 사이 서브 코일들의 절연층(19)의 두께는 따라서 설정된다. 다음, HVb 서브-코일의 전도체 루프(57)로부터 확장하는 리드는 포인트 V1에 연결된다. 전압 포인트 V1은 V3보다 낮기 때문에, HVb의 윗 열을 향하는 위치(49)에 위치한 지지 프레임의 유전 부분은 영역(47)에 비교하여 작은 두께이다. 본 발명의 1차 코일 배치와 함께, 높은 전압 임펄스 테스트를 견디기 위하여, 적절한 전압 절연은 전도체들의 루프와 코어 사이에 제공된다.

이제 바람직하게 2 차 서브-코일들에 관하여, LV2b 및 LV1b 서브-코일들의 전도체 루프들( 59 및 61)로부터 확장되는 리드들은 포인트 V8 및 V6에 각각 연결된다. LV1a 및 LV1b 서브-코일들의 전도체 루프들(67 및 65)로부터 확장되는 리드들은 포인트 V5에 연결되며, 이들 서브-코일들에 직렬로 연결된다. 더욱이, LV2a 및 LV2b 서브-코일들의 전도체 루프들(69 및 63)로부터 확장되는 리드들은 포인트 V7에 연결되며, 또한 이들 서브-코일들에 직렬로 연결된다. 마지막으로, LV2a 및 LV1a 서브-코일들의 전도체 루프들(71 및 73)로부터 확장되는 리드들은 포인트 V4에 연결된다. V4는 일반적으로 대지 전압에 일반적으로 연결되기 때문에, 이 방법, 도 1에 도시된 각 코일 배치(3)의 최종적으로 외부에 감긴 전도체 루프의 전도체는 가장 낮은 전압일 것이다(이것은 일반적으로 120/240V 2차 코일 배전 변압기의 경우에 관한 것이다). 변압기가 오직 하나의 2차 코일을 가지는 경우에는, 코일 배치(3) 당 하나의 2차 서브-코일을 구비한, 직렬로 연결된 오직 두 개의 2차 코일만 있을 것이다. 본 발명의 전도체 배치와 함께, 적절한 전압 절연은 높은 전압 임펄스 테스트를 견디기 위하여 제공된다.

이제 도 9를 참조하면, 코어 윈도우 개구의 외부에 위치된 두 개의 코일 배치(3)의 위 아래 수평 부분들의 단면이 도시된다. 지지 프레임을 위한 단면의 외형은 윈도우 개구의 원형 형상에 의해 속박되지 않는다. 도 9에서, 지지 프레임(9)의 벽(wall)은 강한 기계적 구조적 지지를 제공하기 위한 요구에 가장 잘 만족시키는 형상을 취하도록 더 두껍게 만들어질 수 있다. 그러나, 코어(1)의 존재로 인하여 직접적인 공간 제약이 존재한다. 도 9에 도시된 지지 프레임의 바닥 경계(75)는 일직선으로 제한되어, 원형 코어 에지들의 편평한 표면(76)을 닿지 않고 지나갈 수 있도록 한다. 코일 배치의 낮은 수평 부분에 관하여, 일직선 경계는 코어를 지지하기 위한 편평한 표면을 만들기 위해 효율적으로 사용될 수 있다. 이제 도 10을 참조하면, 코어 윈도우 개구의 외부에 위치된 두 개의 코일 배치(3)의 수직 부분의 단면이 도시된다. 지지 프레임의 바닥 부분도 직선 경계(72)를 가질 수 있고 또한, 원형 코어(1)의 외경에 닿지 않고 지나가는 것이 필요하기 때문에, 휘어진 형상(77)을 취하도록 확장될 수 있다. 도 9 및 10의 측면 경계들에 관하여, 직접적인 공간 제약은 존재하지 않는다. 코어 윈도우 개구 외측에 위치된 지지 프레임의 부분에 관하여, 바람직하게는, 측면 경계들(79)은 지지 프레임의 두께를 증가시키는 형상을 가진다. 도 9 및 10에서, 두 개의 측면 경계들(79)은 일직선이며 평행하다.

도 11은 도 5, 9 및 10에서 도시된 단면 외곽을 사용하여 돌출된 가지들을 가지는 지지 프레임의 사시도를 도시한다. 가지(87)는 도 5의 단면의 외곽에 따라 돌출되며, 가지들(83, 85)은 도 9에 도시된 단면의 외곽을 따라 돌출된다. 가지(89)에 관하여, 도 10의 직선 경계를 사용하여 돌출된다. 모든 네 개의 가지들에 관하여, 지지 프레임의 오목한 부분의 벽들(13)은 도 5의 계단(8)들의 구성에 기초하여 돌출된다. 모든 네 개의 가지들은 코어를 통과하기 위한 직각 윈도우 개구를 제공하기 위하여, 바람직하게 직선이다. 각 모서리에서, 지지 프레임의 외곽은 가지에서 가지로 각 전도체 열들의 완만한 전이를 위하여, 휘어진 형상(81) 내에 배치된 계단들의 시리즈를 제공하기 위하여 만나는 가지들이 있는 내부 모서리 주위에 회전하는 돌출 부분이다. 전반적으로, 도시된 지지 프레임은 코일들 및 코어를 지지하기 위한 강한 구조적 상태를 제공하고, 코어 윈도우 외측에 장착된 U 형상 빔들의 형상을 취하는 배치이다. 지지 프레임의 강한 구조적 상태는 직각 형상 코일에 의해 가해진 후프 스트레스(hoop stress)로부터 강한 단락 강도를 효율적으로 견딜 것이다. 구조적 상태를 잃지 않고 무게를 줄이기 위하여, 개구들(미도시)은 물질 내에서 미리 결정된 영역 내에서 구현될 수 있을 것이다. 이들 개구들은 전도체들을 냉각하기 위하여 1차 코일의 외부 부분들을 오일로 노출할 것이다. 하나의 열로부터 다음 열까지의 1차 서브-코일의 전도체 루프(15)의 전환, 각 열 상에 감긴 각 절연 층(17)의 겹치기, 및 1차 및 2차 서브-코일들을 위한 출력 리드들은 모두 코어 윈도우 개구의 외부에 위치된 코일 배치의 세 개의 가지들 중 하나에 위치된다.

절연 층(17) 상에 전도체(15) 열을 감을 때, 감는 동안 전도체에 인가된 인장 응력(tensile stress)은 지지 프레임의 휘어진 형상(81) 상의 각 코어에서 밑의 열들 상에 내부 압력을 가한다. 이제 도 12를 참조하면, 1차 서브-코일이 둥근 전도체를 구비하여 감기는 경우, 아래 열의 측면 전도체들에 의한 두 개의 측면 사이에 위치된 빈 공간에 기인하는 변형에 의해 절연 층 상에 나타나는 작은 오목한 부분에 스스로 자연히 위치될 것이다. 이러한 변형으로 인해, 인접한 열들의 두 개의 전도체 사이의 높이는, 모서리를 회전할 때, 감긴 전도체 인장 응력 및 감긴 전도체의 구부러진 반경 상호간에 의존하는 e-값 만큼 더 작을 것이다. 이 e-값은 도 12에 도시된 바와 같이, 코어 내 휘어진 형상(81)을 따르는 중심 포인트에서 각 열에 관하여 최대치에 도달할 것이다. 따라서, 계단 높이(8)는 휘어진 형상(81)의 양 종단들로부터 점진적으로 줄어들어서, 지지 프레임의 각 코어 내 휘어진 형상(81)을 따르는 중심 포인드에 e-값만큼 줄어든 최소 높이에 도달할 것이다. 모서리들 내에서 각 계단을 위한 e-값은 계단을 향하는 열들의 개수, 전도체를 감을 때 인가되는 인장 응력 및 모서리를 회전할 때 전도체에 적용된 구부러진 반경에 의존한다. 이것은 제공된 계단들에 따른 지지 프레임의 오목한 부분 내에서 각 열의 적절한 채움을 보장하며, 지지 프레임의 효율적인 감기를 가능하게 한다.

[0045] 도 13을 참조하면, 지지 프레임은 열들 사이에서 자유 통로(97)를 더 포함하여, 모서리(118) 주위에 구부려지는 동안, 계단(99)의 에지의 다음인 열 내에서 마지막 감긴 전도체를 상위 계단(101)의 에지의 다음인 상위 열로 변환하도록 한다. 지지 프레임을 벗어나 두 개의 코일 리드들을 빠져나가도록 하기 위하여, 지지 프레임의 일 측면 상에 두 개의 홀들(93, 94)이 뚫리고, 하나의 홀은 오목한 부분의 편평한 표면과 맞춰져서 첫번째 열을 감는 것을 시작하도록 하며, 다른 홀은 마지막 감긴 열과 맞춰진다. 절연 관들(95, 96)은 지지 프레임에 떨어져서 코일 리드들을 가이드 하도록 부가될 수 있어서, 절연 플렉시블 슬리브(insulating flexible sleeve)가 각 리드 상에서 슬라이드될 수 있도록 하고, 코일의 외부의 리드들 주위에 증가된 절연을 위하여 배출 관 주위에 스트랩(strap)될 수 있도록 한다. 대안적으로, 마지막에 감긴 열 상의 리드는 절연 페이퍼 슬리브들을 통하여, 코일 프레임 에지(86) 및 절연 층(19) 사이를 빠져나갈 수 있다. 도 14를 참조하면, 지지 프레임의 윗 부분 상의 에지들(86)은 전도체들의 마지막 열 위로 확장할 수 있어서, 코일 리드가 빠져나가기 위한 공간을 제공하도록 한다. 배출 츨면 상의 지지 프레임 에지는 피복이 입혀진 리드들이 빠져나가도록 하기 위한 적어도 하나의 가로지르는 슬롯(108)을 포함할 수 있다. 탭 셀렉터로 연결되도록 하기 위하여 하나 이상의 피복이 입혀진 리드가 코일에 필요한 경우, 더 많은 슬롯은 제공될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 2차 코일(7)들은 변압기 탱크 내에서 오일 대류 냉각에 이용할 수 있는 중요한 외부 표면 부분들을 가진다. 이것은 코어 윈도우 개구 내에 위치된 부분을 포함한다. 그러나, 1차 코일을 위하여, 열은 2차 코일 및 지지 프레임을 경유하여 배출된다. 1차 코일들의 추가적인 냉각 능력은 전도체들(15)의 열들 사이에 냉각 관(cooling duct)를 도입함으로써 부가될 수 있다. 도 10을 다시 참조하면, 지지 프레임은 개구들(103, 104)을 구비하여 양 측면에 제공될 수 있으며, 가로지르는 절연 스페이서들(105)은 전도체들(15)의 두 개의 열들 사이에 삽입되어, 전도체들을 냉각하기 위하여 통과하는 오일을 위하여 스페이서들 사이에 개구 관들을 만들도록 한다. 도 15는 냉각 관들의 사시도를 도시한다. 스페이서들(105)은 지지 프레임의 가지(107)의 오목한 부분에 부가되었으며, 위로 향하는 오일 순환 관들을 만들도록 비스듬히 되어있다. 스페이서들을 위한 공간을 만들기 위하여, 스페이서들의 양 측면들 상의 계단들(8)의 높이는 증가된다. 두 개의 램프-업(ramp-up) 스페이서들(113, 114) 역시 전도체들의 높이를 고르게 하기 위해 사용될 수도 있다. 스페이서들(105)은 비스듬하게 되어, 관들 내에서의 오일의 흐름은 굴뚝 효과(chimney effect)에 의해 유발된다. 오일은 개구(103)을 경유하여 들어가고, 지지 프레임의 다른 측면 상의 개구(104)를 경유하여 빠져나온다. 스페이서들(105)은 도 16 및 17에 도시된 바와 같이, 수평으로 위치될 수도 있다. 이 경우에 있어서, 추가적인 수직 관들(109, 111)은 지지 프레임의 양 측면 상에 부가되어 굴뚝 효과를 발생시키도록 한다. 각 관은 출입하는 오일을 위한 개구를 가진다. 탱크 바닥으로부터 들어가는 오일은 수직 관(111)에 의해 안내되어, 개구들(103) 속으로 들어가고, 코일을 통하여 흐르며, 개구들(104)을 통과하고, 수직 관(109)에 의해 수집되어, 윗 부분에서 배출하도록 한다. 동일한 수직 관들은 기울어진 스페이서들을 구비하여 부가될 수 있어서, 굴뚝 효과를 증가시키도록 하며, 따라서, 보다 나은 냉각을 위해 오일은 흐른다. 제공된 관들과 함께, 관들 위치 외부로 열을 스스로 수송하기 위한 전도체들의 높은 열 전도성을 사용함에 의해, 열은 코어 윈도우 개구 내에 위치된 1차 코일의 전도체들로부터 배출될 수 있다. 또 다른 바람직한 구체예에서, 추가적인 냉각 관들은 일 개구(103)로부터 다른 측면 개구(104)까지, 지지 프레임의 오목한 부분 내에서 가로로 계단들을 넣음에 의해 제공될 수 있어서, 도 10 및 11에 도시된 바와 같이, 흐르는 오일이 지지 프레임의 오목한 부분을 향하는 1차 서브-코일의 내부 표면을 냉각하도록 하는 냉각 관들(106)을 만들도록 한다. 추가적으로, 이들 관들(106)은 위로 향하는 오일 순환 관들을 만들 수 있도록 기울어질 수 있다. 도 9, 13 및 14를 참조하면, 추가적인 냉각은 지지 프레임의 오목한 부분의 편평한 바닥 표면으로부터 개구(110)까지 계단들 내 오직 하나의 측면만 넣음으로써 그리고 다른 측면을 통하여 수평 개구(102)를 제공함으로써 지지 프레임의 상 하부 수평 부분들 상에 제공될 수 있으며, 개구(102)는 오목한 부분의 편평한 바닥 표면과 맞춰진다. 양 개구들(102, 110)을 구비한 슬롯(98)은 위로 향하는 냉각 관을 제공하여, 굴뚝 효과에 의한 오일의 대류 흐름을 만들 것이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 지지 프레임은 아크 형상 가지(87) 근처에, 지지 프레임의 양 측면 상의 상 하부에 위치된 돌출 부분들(84)을 포함한다. 이들 돌출 부분들(84)은 아크 모양 가지(87)의 에지에 수직으로 맞춰진 개구(88)를 포함한다. 도 18은 절연된 와셔(117; washer)들 및 너트(119; nut)들을 구비한 절연된 전산 볼트(threaded rod)들(115)과 같은, 조절가능한 부착 수단들로 연이어 조립된 두 개의 지지 프레임들을 도시한다. 그러한 조절 가능한 부착 수단은 양 지지 프레임을 함께 고정하기 위하여 사용되어, 독특한 견고한 구조를 형성하도록 한다. 너트들을 볼트들 상에 위치시키는 것은 두 개의 프레임들 사이의 거리의 조절을 가능하게 한다. 더욱이, 지지 프레임은 각 측면 상에 위치된 적어도 두 개의 돌출 부분들(94)이 제공되어, 편평한 베이스 상에 조립된 프레임들이 기댈 수 있도록 한다. 더욱이, 지지 프레임은 각 측면 상에 우치된 적어도 두 개의 돌출 부분들(90)을 갖추어서, 어셈블리의 취급 및 들기를 쉽게하는 볼라드(bollard)를 제공하도록 한다.

본 발명의 지지 프레임은 변압기 탱크 내에서 연이은 지지 프레임들을 고정하기 위한 수단을 포함한다. 도 19를 참조하면, 지지 프레임의 양 측면 상 바닥에 위치된 돌출 부분들(117)을 포함한다. 이들 돌출 부분들(117)은 조립된 지지 프레임들을 베이스 면 상이 고정된, 나사가 형성된 올려진 볼트 상에 고정된 너트를 구비한 베이스에 고정하기 위하여 베이스 면(121)에 수직하게 맞춰진 개구를 가진다. 도 20에 도시된 또 다른 바람직한 구체예에서, 부착 스트랩들(123)은 각각이 일 종단이 볼라드(90) 주위에 고리를 잇고, 다른 종단은 당겨지고 베이스에 고정된 전산 볼트의 와셔들 및 너트들에 고정됨에 의해 지지 프레임을 베이스 면에 고정한다. 스트랩들(123)을 사용하는 이들 부착 수단은 그들의 상부를 당겨서 내림으로써 지지 프레임들을 매다는 이점이 있다. 일반적으로, 베이스 면은 용접에 의해 올려진 전산 볼트들이 고정되는 변압기 탱크의 내부 바닥 표면이다. 그러나 탱크의 바닥 표면은 다소 볼록할 것이기 때문에, 적절하게 기대는 지지 프레임을 위한 균일한 편평한 표면을 제공하기는 힘들 것이다. 본 발명은 도 21에 도시된 바와 같이, 기본적으로 금속으로 구성된 베이스 프레임(125)는 앵글 커트(angle cut)되고 함께 용접되어, 단단히된 표면(127)을 제공하도록 하며, 지지 프레임을 부착 수단에 고정시키기 위하여 볼트를 고정하기 위하여 프레임 어셈블리 및 개구들(129)를 지지하도록 한다. 베이스 프레임은 또한 베이스 프레임 밑에 형성된 니플(nipple; 131)들을 포함하며, 니플들은 베이스 프레임을 탱크 바닥에 고정하기 위한 용접 포인트처럼 사용된다. 베이스 프레임(125)은 도 19 및 20에서 양 부착 수단들을 위하여 도시된다. 부착 및 고정 수단들과 함께, 두 개의 연이은 지지 프레임들은 탱크의 바닥 상에 견고하게 고정되는 하나의 견고한 구조를 형성한다. 두 개의 지지 프레임들은 기계적 응력(mechanical stress)를 전달하지 않고 탱크 내 코어 및 코일들을 지지하는 이점을 제공한다.

이제 도 22를 참조하면, 두 개의 파트 어셈블리로 만들어지는 지지 프레임이 도시된다. 양 파트들(134, 136)은 첫 번째 반 지지 프레임(134)의 수 부분(male portion; 133)을 두 번째 반 지지 프레임(136)의 암 부분(135)에 삽입함으로써 함께 짝지어진다. 두 개의 반쪽들이 조립된 후, 이러한 짝짓기 접합은 접합 근처의 절연 두께보다 최소한 세배 우월한 추적 경로(tracking path)를 제공한다. 프레임 물질에 호환되는 적절한 바인더(binder)는 접합에서 두 개의 파트들을 융합하기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 두 개의 파트들 프레임 어셈블리(134, 136) 각각은 개구들(88)과 같은 개구들이 간단히 구멍 뚫린 후 두 개의 파트 주조를 사용하여 낮은 비용으로 직렬로 생산될 수 있다.

다음 설명은 어떻게 1차 및 2차 서브-코일들이 지지 프레임 주위에 감기는지, 두 개의 감긴 지지 프레임들이 변압기 코일을 제공하기 위하여 조립되는지 및 일렬로 어닐링된 비정형 금속 리본이 이후 코어를 형성하기 위하여 코일들 주위에 맨드럴 상에 롤링되는지를 개시한다. 본 발명의 코일 배치들 및 리본의 롤링은 완전히 자동화된 방법 내에서 조립될 수 있다.

도 23은 코일 배치를 조립하는데 사용되는 수단의 도해를 도시한다. 비어있는 지지 프레임(9)은 서보 모터 드라이브에 의해 구동되는 맨드럴 상에 장착된다. 상이한 물질 피더(feeder)가 위치되는 회전하는 프레임은 전도체 와이어를 포함하는 릴(reel; 191); 지지 프레임 내에서 각 열 내에 피트(fit)되기 위한 상이한 폭들을 가지는 절연 스트립(192)들을 각가 포함하는 복수 개의 릴(reel)들; 관 스페이서(duct spacer; 193)를 포함하는 카세트; 전도체 스트립을 포함하는 릴(194); 전도체 스트립 보다 약간 큰 절연 스트립을 포함하는 릴(reel; 195)을 포함한다. 각 물질 피더는 로봇 조종 아암(robot manipulating arm) 및 커팅 액추에이터(cutting actuator)이 제공되어, 회전하는 지지 프레임(9) 지지 프레임 상의 물질을 가져오고, 맞물고, 감고 자르도록 한다. 바람직하게는, 릴(191, 194 및 195)은 지지 프레임들(9)의 정수로 감을 만큼 충분한 물질을 포함하여, 접합(splice)들을 만드는 것을 방지하도록 하고, 스크랩(scrap)이 최소한으로 유지되도록 한다. 절연 스트립(192)들은 부분적으로 미리 잘려져서 요구되는 길이에서 약하게 만들도록 하며, 오직 작은 급작스러운 장력을 요구하여 스트립을 롤로부터 자유롭도록 한다.

도 18에 도시된 조립된 지지 프레임들에서, 왼족 코일 및 오른쪽 코일 지지 프레임들(199, 200)이 있다. 도 23을 다시 참조하면, 1차 서브-코일을 왼쪽 코일 또는 오른쪽 코일 지지 프레임에 감기 위하여, 전도체 와이어는 로봇 조종 아암에 의해 첫째로 가져올 수 있고, 지지 프레임의 일 측면 상에 첫번째 바닥 열에 조정된 배출 개구(197)를 통해 인도될 수 있다. 이후, 전도체는 단일 층 상의 회전수의 미리 정해진 수 만큼 감긴다. 와이어를 다음 열 상에 맞물리기 전에, 상응하는 열 폭을 가진 절연 스트립(192)의 부분은 프레임 주위에 감겨져서, 양 끝 부분들이 서로 겹치게 되도록 첫번째 열을 완전히 덮도록 한다. 관(duct)들이 두 개의 결정된 열들 사이에서 계획된다면, 스페이서(193)들은 카세트로부터 선택되며 지지 프레임의 지정된 가지 위에 설치된다. 이들 스페이서들은 절연 스트립에 미리 접착되어 설치를 쉽도록 한다. 최종 열이 감길 때, 와이어는 잘리고 열에 맞춰지고 지지 프레임 상의 배출 개구(197)를 구비하여 동일 측면 상에서 배출하는 배출 개구(198)를 통하여 유도되어 아웃된다. 도 24는 탭 셀렉터(tap selector)에 궁극적인 연결들을 위한, 최종 감긴 열 상에 복수의 배출 리드들이 제공되는 1차 서브-코일의 장소를 도시한다. 최종 열이 감기는 동안, 돌출 전도체 루프(141)는 미리 결정된 회전 수에서 형성된다. 각 루프(141)는 꼬여져서, 이후 절연 슬리브로 피복되는 리드(142)를 형성하도록 하며, 바람직하게 도 14에 도시된 슬롯들(108) 내에, 코일 지지 프레임의 측면 상에 구부려진다. 이후, 1차 서브-코일은 완성되고, 어느것이 감기든, 왼쪽 코일 또는 오른쪽 코일 배치에 연관된 지지 프레임의 측면 상에 배출 리드들을 가진다. 다음 단계는 2차 서브 코일의 감기일 것이다.

2차 서브-코일의 감기(winding)는 전체 직각 형상의 1차 서브-코일 상에 절연 및 전도체 스트립을 감는 것으로 구성된다. 전도체 스트립을 감을 때, 가로지르는 배출 리드들은 전도체 스트립의 끝부분들에 제공되어져서, 코일에 전기적 연결을 제공하도록 한다. 전도체들의 스트립 부분들은 스트립의 각 종단에 직각으로 용접될 수 있어서, 우측 앵글 출구를 형성하도록 한다. 본 발명에서, 로봇 조종 아암은 스트립(194)의 끝부분을 형성하고 접는 수단을 포함한다. 도 25에서, 시퀀스(sequence) A 내지 E는 1차 서브 코일 상의 피기백(piggyback) 내에 하나의 2차 서브 코일을 형성하기 위해, 전도체 스트립(194)을 절연 스트립(195)와 함께 나란히 접고 감는 것에 관련된 단계들의 도해를 도시한다. 각 시퀀스 내 왼쪽 그림은 정면도로부터 지지 프레임을 도시하는 오른쪽 그림과 관련하여 시계 방향으로 회전하는 지지 프레임임 위에 도착하는 전도체 포일(foil) 및 절연 스트립으로 감기는 지지 프레임의 평면도를 도시한다. 오른쪽 정면도 상의 파선은 지지 프레임 뒤에 숨겨진 구성 요소들의 지시이다. 그림 시퀀스들은 왼쪽 코일 배치의 감기를 도시한다. 오른쪽-코일 배치를 위하여, 접기 절차 내에 차이들은 파선과 함께 도시될 것이며, 식별자(identifier)는 추가적인 상위 첨자 마크(')를 포함할 것이다. 전도체 스트립(194)의 감기를 시작하기에 앞서, 시퀀스 A로 시작하면, 두꺼운 절연 층(19)은 절연 스트립(195)으로 다수의 회전 수를 감음에 의해서 만들어진다. 바람직한 유전 두께가 획득된 후, 전도체 스트립(194)의 리드는 접힘 선(201)을 따라서 1차 서브 코일 리드들(197, 198) 위치 반대편 상에 로봇 조종 아암에 의해 한번 접혀져서, 코일에 가로지르도록 확장하는 리드(202)를 만들도록 한다. 이후, 리드의 길이는 추가적인 상위 접힘을 구비한 변압기 탱크 부싱(bushing) 또는 또 다른 코일의 배출 리드에 연결되도록 충분히 길어야 한다. 도시된 접힘 선은 지지 프레임의 측면과 관련하여 30°에서 150°까지 배출 각도에 리드를 제공할 15° 내지 75°의 각도를 가질 수 있다. 각도 내에서 그러한 처리는 둥글거나 타원인 변압기 탱크의 휘어진 벽에 부착되는 부싱(bushing)을 구비한 상위 접힘 리드 스트립에 조정하기 위하여 실용적일 수 있다. 상세한 설명을 위하여, 스트립은 45°접힘 선을 따라서 접혀진다. 시퀀스 B에서, 스트립(194)의 접힘 선(201)은 배출 리드(197, 198)들이 위치되는 지지 프레임 가지의 윗부분에 이동된다. 전도체 스트립(194) 및 절연 스트립(195) 모두는 회전수의 적절한 수를 위하여 동시에 감긴다. 시퀀스 C에서, 전도체 포일(194)은 잘리고, 끌리는 종단은 1차 서브 코일 리드들(197, 198) 위치에 반대 측 상에서 두 개의 45°접힘 선들(203, 204(204'))을 따라서 두 번 접혀져서, 코일에 평행하게 확장하는 리드(205(205'))를 제공하도록 하며, 스트립의 이동의 방향이 감길 때, 동일한 방향(오른쪽-코일에 반대되는 방향)으로 지향된다. 스트립(194) 상의 접힘 선(203)의 위치는 도시된 바와 같이 시퀀스 D에서 배출 리드들(197, 198)이 위치되는 지지 프레임의 가지의 윗부분에 도착하도록 선택된다. 2차 서브-코일의 감기는 이후 완성된다. 코일 배치의 감기를 마무리 짓기 위해서, 절연 스트립(195)의 몇몇 회전이 감겨진다. 시퀀스 E 및 F는 완성된 왼쪽-코일 및 오른쪽-코일 배치들을 도시한다.

도 26에서, 시퀀스 A 내지 J는 1차 서브-코일 상의 피기백 내에 두 개의 2차 서브-코일들을 형성하기 위하여 절연 스트립(195)을 구비한 전도체 스트립(194)을 접히고 감는 것과 관련된 단계들의 도해를 도시한다. 그림 시퀀스들은 왼쪽-코일 배치의 감기(winding)를 도시한다. 오른쪽-코일 배치를 위하여, 접힘 절차들 내에 차이들 역시 파선과 함께 도시될 것이며, 식별자(identifier)는 추가적인 상위 첨자 마크(')를 포함할 것이다. 전도체 스트립(194)의 감기를 시작하기에 앞서, 두꺼운 절연 층(19)은 절연 스트립(195)으로 다수의 회전 수를 감음에 의해서 만들어진다. 바람직한 유전 두께가 획득된 후, 전도체 스트립(194)의 리드는 접힘 선(150)을 따라서 1차 서브 코일 리드들(197, 198) 위치 반대편 상에 로봇 조종 아암에 의해 한번 접혀져서, 코일에 수직하게 확장하는 리드(152)를 만들도록 한다. 시퀀스 B에서, 스트립(194)의 접힘 선(150)은 배출 리드들(197 및 198)이 위치되는 지지 프레임의 가지 윗부분에 이동된다. 전도체 스트립(194) 및 절연 스트립(195)는 이후 적절한 회전수를 위하여 동시에 감긴다. 시퀀스 C에서, 전도체 포일(194)은 잘리고, 끌리는 종단은 1차 서브-코일 리드들(197, 198)에 같은 측면 상의 두 개의 45° 접힘 선들(154(154') 및 155(155'))을 따라서 두번 접혀져서, 코일에 평행하게 확장하고는 스트립의 이동 방향에 관하여 반대 방향(오른쪽-코일과 같은 방향)으로 지향되는 리드(156)를 제공하도록 한다. 스트립(194) 상의 접힘 선(154(154'))의 위치는 도시된 바와 같이 시퀀스 D에서 배출 리드들(197, 198)이 위치되는 것에 반대되는 지지 프레임의 가지의 윗부분에 도착하도록 선택된다. 이후, 첫번째 2차 서브-코일을 완전히 덮기 위하여, 절연 스트립(195)의 몇몇 회전이 감겨지며, 시퀀스 E 내에 도시된 바와 같이 첫번째 2차 서브-코일의 감기는 이제 완성된다. 다음, 시퀀스 F에서, 다른 측면으로부터 이제 피드되는 전도체 스트립 및 시계 방향으로 이제 회전하는 지지 프레임과 함께, 전도체 스트립(194)의 종단은 두 개의 45°접힘 선들(157(157') 및 158(158'))을 따라서, 1차 서브-코일 리드들(197, 198)에 관하여 반대 측면(오른쪽-코일에 같은 측면)상에 접혀져서, 평행하게 확장하고, 스트립의 이동 방향에 관하여 같은 방향(오른쪽-코일에 반대되는 방향)으로 지향되는 리드(159(159'))를 제공하도록 한다. 시퀀스 C에서 첫번째 접힘은 1차 서브-코일 리드들(197, 198)에 관하여 반대 측면(오른쪽-코일과 같은 측면) 상에서 행해질 수 있으며, 이들 경우에서 시퀀스 F 내 첫번째 접힘은 1차 서브-코일 리드들(197, 198)에 관하여 같은 측면(오른쪽-코일에 반대 측면) 상에서 행해질 것이다. 시퀀스 G에서, 스트립(194)의 접힘 선(157(157'))은 배출 리드들(197, 198)이 위치되는 가지에 반대되는 지지 프레임 가지 상으로 이동된다. 이후, 전도체 스트립(194) 및 절연 스트립(195) 모두는 적절한 회전수를 위하여 동시에 감긴다. 시퀀스 H에서, 전도체 포일(194)은 잘려지고, 끌리는 종단은 두 개의 45°도 접힘 선들(160, 161(161'))을 따라서 1차 서브-코일 리드들(197, 198)에 반대 측면 상에 두번 접혀져서, 스트립의 이동 방향에 관하여 반대 방향(오른쪽-코일에 같은 방향)으로 지향되고 평행하게 확장하는 리드(162(162'))를 제공하도록 한다. 스트립(194) 상의 접힘 선(160)의 위치는 시퀀스 I에서 도시된 바와 같이 배출 리드들(197, 198)이 위치되는 지지 프레임의 가지의 윗부분에 도착하도록 선택된다. 이후, 두번째 2차 서브-코일의 감기는 완성된다. 코일 배치의 감기를 마무리 짓기 위해서, 절연 스트립(195)의 몇몇 추가의 회전이 감겨진다. 시퀀스 J 및 K는 완성된 왼쪽-코일 및 오른쪽-코일 배치들을 도시한다.

도 27에서, 시퀀스들 A 내지 F는 변압기 커널을 생산하기 위한 코어-코일 배치를 조립하는 방법에 관한 단계들을 도시한다. 시퀀스 A에서, 첫째, 두 개의 코일 배치들, 하나의 왼쪽-코일 및 하나의 오른쪽-코일은 그들의 종단들이 겹치도록 서로 향하도록 조정되어, 리드들(156, 156', 159, 159', 162, 162')을 구비하여 연이어 부착된다. 이후, 두 개의 코일 배치들은 도 19에 도시된 부착 수단을 사용하여 함께 고정된다. 도시된 시퀀스들은 두 개의 2차 서브-코일들을 포함하는 코일 배치들의 사용과 관련한다. 단일 2차 서브-코일의 경우, 리드들(156, 156', 159, 159')은 존재하지 않는다. 이후, 시퀀스 B에서, 연성이며 자르기 쉬운 일렬의 휘어진 어닐링된 철 기반의 비정질 금속 리본은 연이은 코일 배치들에 의해 형성되는 중심 원형 가지 주위에 미리 설치된 맨드럴 상에 롤링되어, 원형 코어(1)를 형성하도록 한다. 시퀀스 C에서, 코어가 완성될 때, 두 개의 코일 배치들은 고정되지 않고, 도 4에 도시된 바와 같이 원형 코어(1) 내 윈도우 개구의 내벽 상이 기댈 수 있도록 밀어 젖혀지며, 함께 다시 고정된다. 스페이서들(37)은 이후 두 개의 코일 배치들 사이에 삽입되며, 리드들(162, 162' 및 198, 198')은 용접 포인트(163, 166)에서 함께 용접된다. 시퀀스 D에서, 원형 코어 아래(뒤집힌 사진)에 위치된 리드들(156, 156' 및 159, 159') 역시 용접 포인트들(164, 165)에서 함께 용접된다. 본 발명의 원형 코어 변압기 어셈블리는 타원형 탱크 내에서 설치되도록 가장 잘 맞추어질 수 있다. 시퀀스 E에서, 코어-코일 배치는 각각 이후에 조정되고 위쪽으로 접혀지는 리드들(152, 162-162' 및 152')에 연결되는 세개의 낮은 전압 부싱들(212, 213 및 214)을 포함하는 변압기 타원 탱크 속으로 놓여진다. 맨 위 커버 부싱(215; 높은 전압) 및 그라운드 리드(216)은 각각 리드들(197, 197')에 연결된다. 일부 탱크들은 대신 네 개의 낮은 전압 부싱들을 구비할 수 있으며, 리드들(162, 162'')의 위치하는 곳은 함께 용접되는 것이 아니라 각각은 각자의 부싱에 연결될 것이다. 코어-코일 배치는 오직 하나의 2차 코일만을 포함하는 경우일 때, 부싱(213)은 존재하지 않을 것이다. 도 28은 탱크 내 코어-코일 배치의 정면도를 도시한다. 각 리드(152, 162-162' 및 152'')는 도 25A 내지 F 또는 도 26 A 내지 k에 감길때 코일들로부터 더 떨어져서 확장하는 리드들을 더 접힘으로써 실현되거나, 리드 상에 용접되었을 위로 접힌 스트립 부분에 의해 부싱(bushing)에 연결된다.

접힐 때, 전도체 포일(194)이 매우 큰 부피의 리드들을 생산하는 경우일 때, 도 29A에 도시된 바와 같이, 감는 시퀀스 도 25 A 내지 F 및 도 26 A 내지 K는 추가적인 접힘 단계를 포함할 것이다. 첫번째 45°접힘이 실행된 후, 그리고 추가 접힘이 수행되기 전에, 리드의 폭은 접힘 선(165)을 따라서 추가 접힘을 수행함에 의해 반 만큼 줄어든다. 이는 도 29B에 도시된 바와 같이, 좁은 리드들을 구비한 코일 배치를 제공할 것이다.

본 발명의 배전 변압기는 연이은 코일 배치를 구비한 코어를 조립하기 위한 방법도 제공한다. 도 30A 내이 30C는 리본을 롤링하기 위한 맨드럴 어셈블리를 도시한다. 각각 미리 결정된 내경 및 두께의 아크 형상 및 둘 다 어닐링 된 철을 기본으로 한 비정질 금속 리본의 폭과 적어도 동일한 높이를 가지는 두 개의 벽(wall; 230, 231)을 포함한다. 바람직하게는, 벽(230)은 벽(231)의 양 종단들 상에 위치된 외부 S 형상 패턴 캐비티(cavity; 233)에 각각 피트(fit)되도록 의도된 내부 S 형상 캐비티(232)를 구비한 두 종단들의 각각에 제공된다. 두 개의 벽들은 조정되고 서로 붙어져 눌러질 때, 도 30B에서 도시된 바와 같이 닫히고, 주어진 내경 및 주어진 높이를 가지는 원형 관을 형성할 것이다. 양호한 구조적 견고성을 지는 스테인리스 스틸 또는 어떤 비-강자성 물질도 사용될 수 있을지라도, 맨드럴의 벽들은 바람직하게 압착되고 주조된 견고한 절연 물질로 만들어진다. 벽들의 양 종단들은 반 원 플랜지(flange; 170)를 가져서, 두 개의 벽들이 닫힐 때, 플랜지들을 구비한 맨드럴이 형성되도록 한다. 바인더(binder) 역시 사용될 수 있어서, 두 개의 벽들 및 플랜지들을 함께 융합하도록 한다.

도 31을 참조하면, 완성된 왼쪽-코일 및 오른쪽 코일 배치들(199, 200)은 연이어 부착되며, 전산 볼트들(115), 너트들(119) 및 와셔들(117)로 고정된다. 너트들(119)은 전산 볼트들(115) 상에 위치되어, 코일 배치들이 서로 향하도록 밀려질 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 두 개의 아크 형상으로 연이은 가지들은 원형 외형 내에 피트되도록 하고, 코일 배치들은 조정되도록 한다. 이후, 너트들(119)은 조여져서 너트들(119) 사이의 돌출부(84)를 쥐어 짜도록 하여, 하나의 어셈블리로부터 다음까지 일정한 기하학적인 크기를 가지는 완성된 견고한 어셈블리를 만든다. 도 32에서, 코어를 조립하기 위하여, 두 개의 벽들(230, 231)은 연이은 코일 배치의 중심 원형 가지 주위에 장착되고, 도 33에 도시된 바와 같이, 위치 내에서 닫힐 때까지 함께 눌러진다. 위치 내에서 닫힐 때, 원형 맨드럴은 두 개의 연이은 아크 형상 가지들의 원형 외형의 외경보다 다소 큰 내경을 가지며, 높이는 맨드럴이 가지 주위에 자유롭게 회전하도록 하기 위해, 코일 지지 프레임 윈도우 개구보다 다소 작다. 어닐링된 비정질 리본 물질을 형성된 맨드럴 상에 롤링하기 위하여, 연이은 코일 배치는 리테이닝 셋업(retaining setup)에 의해 미리 결정된 위치 내에 볼라드(90)들을 사용하여 위치 내에서 설치되고 유지된다. 이후, 도 34에 도시된 바와 같이, 적어도 하나는 작은 플랜지(236)를 구비한 적어도 세 개의 롤러들(234)은 원형 가지 중심 축(X。, Y。)에 평행한 모든 회전 축을 구비한 맨드럴 플랜지(237)의 주변 주위에 위치된 액츄에이터(actuator)들에 의해 이동된다. 세 개의 좁은 롤러들(234)은 맨드럴의 양 측면들의 각 플랜지(237) 상에 사용될 수 있어서, 리본을 위한 맨드럴의 중심 부분의 접근을 분명히 하도록 한다. 맨드럴이 회전 축에서 나오지 않도록, 180도 보다 큰 각도 상에 위치되는 한, 롤러들 사이의 각도 거리는 상이할 수 있다. 지지 프레임들의 가지들 표면 중 하나와의 마찰 접촉 피하기 위하여, 맨드럴의 일 측면으로부터 다른 측면까지의, 롤러들(234)의 플랜지(236)들 사이의 내부 거리는 맨드럴의 폭이 사이에 피트 되도록 하기 위해 충분히 넓어서, 축의 위치를 유지하도록 한다. 세 개의 롤러들(234)의 각각을 위한 XY 위치는 CPU에 의해 제공되는 명령에 기초하는 액추에이터에 의해 정확히 제어된다. 맨드럴 및 축적된 리본을 회전시키기 위하여, 롤러들(234)들 중 적어도 하나는 동력화된다. 연이은 코일 배치는 미리 결정된 위치의 장소에 설치되고 유지되기 때문에, CPU는 원형 가지 중심 축(X。, Y。)의 위치를 알고 있다. 만약 보다 정확함이 필요한 경우에는, 각 롤러는 원형 가지에 기댈 때까지 연속해서 맨드럴을 밀 수 있으며, 이후, 도 35에 도시된 바와 같이, CPU는 상응하는 XY 위치를 기록한다. 기록된 데이터 및 각 롤러(234)의 반경과 함께, CPU는 원형 가지의 중심 위치(X。, Y。)를 계산한다. 코어가 완성된 후, 너트들(119)은 느슨해지며, 전산 볼트(115)들 상에 위치되어, 두 개의 코일 배치들이 밀어 젖혀질 때, 도 4에 도시된 바와 같이, 코어 맨드럴의 내부 표면에 기댈 것이며, 조정될 것이다. 코어가 코일 프레임들의 두 개의 수평 바닥 가지들의 제공된 편평한 표면 상에 기대도록 변압기 커널을 수직의 위치에 위치되도록 하는 것이 바람직하며, 따라서, 코어 지지를 제공한다. 이후, 너트들(119)은 너트들 사이의 돌출부(84)들을 쥐어짜기 위하여 조여지며, 따라서, 완성된 견고한 변압기 코어-코일 어셈블리를 생산한다. 이후, 스페이서들(37)은 두 개의 코일 배치들 사이에 삽입되며, 리드들은 함께 용접된다.

바람직하게, 도 34의 리본 롤링 절차는 자동화된 리본 피딩 릴 스위쳐(switcher)를 포함하여, 연속된 리본 공급기 및 리본 장력기를 제공하도록 하며, 롤링하는 동안 리본 내 장력을 제어하도록 한다. 리본의 연속된 공급은 빈 릴의 근접 내의 회전 내에 채워진 릴을 가져오고, 채워진 릴의 리본 종단을 빈 릴을 떠나는 리본의 끌리는 종단에 진수시키고 고정함으로써 제공될 수 있다. 바람직하게, 변압기 커널들의 코어를 형성하기 위한 리본의 연속된 롤링은 형성되는 코어-코일 배치의 채우는 맨드럴의 근접 내에 회전 내에 새로운 코일 배치의 맨드럴을 가져오고, 완성된 변압기 커널이 떠나지는 동안, 리본을 자르고 들어오는 리본 종단을 고정함으로써 제공될 수 있다.

도 36 내지 38은 본 발명에 따라 조립된 최종 변압기 커널을 도시한다. 절연 슬리브들(240)은 리드들 외부에 1차 코일 주위에 부가되었다. 필요한 경우, 절연 슬리브들은 2차 리드들 상에 제공될 수도 있다. 그러나 변압기 탱크 내에 피트되도록 수행되고, 용이한 결합을 위하여 탱크 낮은 전압 부싱들과 함께 정렬되기 위하여 수행되기 때문에, 로봇 조종 아암에 의해 이루어진 수행된 형상들은 코일이 형성될 때 2차 리드들 상의 절연 슬리브의 사용을 피하도록 돕니다. 이것은 커널을 탱크에 넣기 위한 노동 및 비용을 감소시킬 것이다.

도 39는 코어(코어는 명확함을 위하여 도시되지 않음)가 형성된 후, 스트랩(250)들에 의해서 코일 배치의 외부 가지들에 대향하여 유지되는 가새 부재들(243, 244)을 더 포함하는 코어-코일 배치를 도시한다. 가새 부재(243)는 바람직하게 절연 물질로 만들어지며, 굴뚝 효과에 의해 위로 흐르는 유체를 냉각하기 위한, 2차 코일 표면을 따라 수직관들을 제공할 슬롯(245)들을 포함한다. 추가의 수직 슬롯(236)들은 맞은 편의 위 아래 차단부(247)을 구비하는 가새 부재 네에서 형성되어, 도 17의 측면 관들(109, 111)을 대체하도록 한다. 이들 관들은 코일의 표면 근처의 유체의 증가된 유속을 제공함에 의해 냉각 효율을 증가시킨다. 가새 부재(244)는 역시 슬롯(248) 및 개구(249)를 포함하여, 2차 코일들의 위 아래 표면 근처에서 냉각 유체의 흐름을 가능하도록 한다. 가새 부재들은 단락 조건하에서 1차 및 2차 코일들 사이의 척력을 견디기 위하여, 변압기 능력을 증가시킬 것이다. 각 서브 코일들 내에서 흐르는 단락 전류들에 의해 만들어지는 척력 때문에, 1차 코일 및 2차 서브-코일들이 분리되는 것을 방지하도록 프레임(243)은 지지 프레임(244, 245)를 구비하여 작동할 것이다.

본 발명의 시스템으로 만들어지는 두 개 이상의 코어-코일 배치들은 연이어 함께 그룹화될 수 있어서, 도 40에 도시된 바와 같이 3상 변압기를 만들도록 한다.

본 발명 내 변압기 커널들의 제조는 완전 자동화될 수 있고, 작은 바닥 공간을 차지하는 콤팩트한 조립 장치를 사용하는 변압기 커널들의 대량 생산에 호환된다. 주어진 기존 효율에서 변압기 커널들의 대량 생산은 변압기 조립자에게 커널들을 제공할 서브-콤포넌트(sub-component) 제조자를 통하여 가능하다. 그러한 변압기 커널 제조의 집중화는 중요한 코어 및 코일 어셈블링 부품들, 노동 및 변압기의 비용 증가에 기여하는 변압기 조립자 건평을 제거함으로써 규모의 경제를 가져온다. 도 41을 참조하면, 본 발명의 시스템으로 만들어진 코어-코일 배치들은 다수의 코일 배치들(251)을 포함하는 하나의 랙(rack; 252) 또는 다수의 랙들(252) 상에 열을 지어 그룹화될 수 있고, 각 코어-코일 배치를 탱크, 오일 및 다른 필요한 부품들과 결합할 변압기 조립자들에게 수송을 위한 포장된 컨테이너(253) 내에 넣어질 수 있다. 랙은 코어-코일 배치들을 지지하기 위한 발자국(foot-print)을 구비한 베이스 수단(254) 및 베이스와 함께 코어-코일 배치들을 고정하기 위한 톱 수단(255)을 포함한다. 코어-코일 배치들의 랙의 각각은 컨테이너 높이는 채우기 위하여 쌓일 수 있다. 또한, 먼지(dust)로부터 보호되기 위하여, 코어-코일 배치들의 랙의 각각은 플라스틱 필름으로 포장될 수 있다. 따라서, 효율적인 운송 엔클로저(shipping enclosure)는 변압기 커널 제조자로부터 변압게 조립자까지 대량으로 변압기 커널들을 운송하기 위하여 제공될 수 있다.

도 42를 참조하면, 본 발명의 변압기 커널을 둘러쌀 수 있는 타원 탱크를 포함하는 배전 변압기 최종 어셈블리가 도시된다. 그러한 배전 변압기는 기둥 부착 브라켓(bracket)에 가깝게 위치된 무게 중심(centre of gravity)을 가질 것이다. 따라서, 고정 브라켓에 적은 스트레스를 부여한다.

본 발명의 바람직한 구체예들은 여기서 상세히 기술되고 도면들을 수반하여 도시되었으나, 본 발명은 이들 정확한 구체예들에 의해 제한되어서는 안되며, 본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변화들과 변경들이 달성되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (40)

1. 전기 변압기 어셈블리를 위한 지지 프레임에 있어서,
   2개의 루프-형상 파트들 (상기 루프-형상 파트들의 각각은 복수 개의 가지(limb)들을 가지며, 상기 가지들의 각각은 제 1 차 전기 코일이 장착 가능하고, 주변 오목 부분을 가지며, 상기 제 1 차 전기 코일 상의 피기백(piggyback) 내에 적어도 하나의 제 2 차 코일이 장착 가능하고, 각 루프 형상 파트의 하나의 가지는 직선 구간을 가진다); 및
   상기 루프-형상 파트들 중의 하나를 다른 루프-형상 파트에 대하여 부착하고, 그들 사이의 거리를 조절하여, 상기 직선 구간들만이 인접하고 중앙 다리(central leg)를 형성하도록 하는, 조절 가능한 부착 수단(상기 중앙 다리는 상기 부착 수단과 상이한 자기 코어(magnetic core)를 수용하기 위한 것이다)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 루프-형상 파트들은,
   섬유유리(fibreglass), 에폭시(epoxy), 종이(paper), 판지(cardboard), 목재(wood) 및 목재 합성물(wood composites)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지 프레임은,
   상기 루프-형상 파트들을 변압기 탱크(transformer tank)에 고정시키기 위한 고정 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 고정 수단은,
   베이스 프레임;
   상기 베이스 프레임에 상기 루프-형상 파트들의 바닥 부분을 부착하기 위한 제 1 부착 수단; 및
   상기 변압기 탱크에 상기 베이스 프레임을 부착하기 위한 제 2 부착 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
   
5. 제3항에 있어서, 상기 고정 수단은,
   베이스 프레임;
   상기 베이스 프레임에 상기 루프-형상 파트들의 윗 부분을 부착하기 위한 제 1 부착 수단; 및
   상기 변압기 탱크에 상기 베이스 프레임을 부착하기 위한 제 2 부착 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
   
6. 제3항에 있어서, 상기 고정 수단은,
   상기 베이스 프레임에 관하여 상기 루프-형상 파트들을 정렬하기 위한 정렬 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
   
7. 제3항에 있어서, 상기 전기 변압기 어셈블리를 위한 지지 프레임은,
   상기 루프-형상 파트들의 윗 부분 상에 위치하여 상기 지지 프레임을 조작하고 일 위치에서 다른 위치로 옮기기 위한 조작 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 고정 수단은,
   베이스 프레임;
   상기 베이스 프레임에 상기 루프-형상 파트들의 조작 수단을 부착하기 위한 제 1 부착 수단; 및
   상기 변압기 탱크에 상기 베이스 프레임을 부착하기 위한 제 2 부착 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
   
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심 다리를 형성하는 가지들을 제외한 복수 개의 가지들 중 선택된 하나는,
   유체(fluid)들을 상기 코일들에 인접하게 가르지르도록 안내하기 위한 채널들을 더 제공하되,
   상기 채널들의 각각은 상기 일 가지의 일측 상에 하나의 주입구(inlet)를 가지며, 상기 일 가지의 타측에는 하나의 배출구(outlet)를 가지는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 채널들은 수평에 대해 각도를 형성하여, 상기 유체들 내에서 굴뚝 효과(chimney effect)를 발생시키는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
    
11. 제9항에 있어서, 상기 지지 프레임은,
    상기 채널들의 상기 입력들을 둘러싸기 위한 제 1 굴뚝; 및
    상기 채널들의 상기 출력들을 둘러싸기 위한 제 2 굴뚝을 더 포함하되,
    상기 제 1 굴뚝은 닫힌 상단 및 열린 하단을 가지고, 상기 제 2 굴뚝을 이용하여 닫힌 하단 및 열린 상단을 가짐으로써, 상기 제 1 굴뚝 및 상기 제 2 굴뚝으로써, 상기 유체들 내에서 굴뚝 효과를 발생시키는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
    
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채널들은,
    상기 루프-형상 파트들의 상기 오목 부분 내의, 횡단 홈들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
    
13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채널들은,
    상기 루프-형상 파트들 상에 장착된 후, 코일들의 인접한 열들 사이에 위치된 절연 스페이서(insulating spacer)들에 의해 경계가 정해지는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
    
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 루프-형상 파트들 중 하나는,
    상기 조절 가능한 부착 수단에 의해, 다른 루프-형상 파트에 대하여 위치가 결정될 수 있어서, 상기 루프-형상 파트들이 제 1 이격 거리 및 제 2 이격 거리에 의해 선택적으로 분리(상기 제 2 이격 거리는 상기 제 1 이격 거리보다 크다)되도록 하며,
    상기 지지 프레임은,
    상기 중앙 다리를 둘러싸는 맨드럴(mandrel)을 더 포함하되,
    상기 맨드럴은,
    상기 제 1 이격 거리에 의해 분리되는, 상기 루프-형상 파트들을 구비하는 상기 중앙 다리를 중심으로 자유롭게 회전하도록 크기가 결정되고,
    상기 제 2 이격 거리에 의해 분리되는, 상기 루프-형상 파트들을 구비하는 상기 중앙 다리를 중심으로 회전하는 것은 억제되는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
    
15. 제14항에 있어서, 상기 맨드럴은,
    섬유유리(fibreglass), 에폭시(epoxy), 종이(paper), 판지(cardboard), 목재(wood) 및 목재 합성물(wood composites)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 절연 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
    
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 맨드럴은,
    서로 맞물릴 수 있는 제 1 및 제 2 절반 부분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
    
17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 맨드럴은,
    상기 맨드럴의 맨 끝 부분들에서 마주보는 플랜지들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
    
18. 제1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 프레임은,
    장착 후에 상기 루프-형상 파트들 내에서 상기 코일들을 고정시키기 위한 중앙 다리를 형성한 가지들을 제외한 가지들 중 적어도 하나의 외부 표면 상에 장착 가능한 적어도 하나의 가새 부재(bracing member)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
    
19. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가새 부재는,
    상기 코일들에 인접하게 유체들을 안내하기 위한 채널들을 제공하되,
    상기 채널들 각각은 굴뚝 효과에 의해 순환(circulation)을 가능하게 하기 위한 주입구 및 배출구를 가지는 상기 적어도 하나의 가새 부재에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 지지 프레임.
    
20. 전기 변압기 어셈블리의 지지 프레임의 루프-형상 파트에 있어서,
    제 1 차 전기 코일 및 적어도 하나의 제 2 차 전기 코일이 장착될 수 있는 복수 개의 가지(limb)들(상기 가지들의 각각은 제 1 차 전기 코일이 장착될 수 있는 주변 오목 부분을 가지며, 상기 적어도 하나의 제 2 차 전기 코일은 상기 제 1 차 전기 코일의 피기백 내에 장착될 수 있고, 상기 루프-형상 파트의 일 가지는 직선 구간을 가진다)을 포함하되,
    상기 주변 오목 부분은,
    상기 제 1 차 전기 코일을 지지하기 위한 베이스 부분 및;
    상기 베이스 부분의 양 측부들로부터 연장되는 경사진 측벽 부분들(상기 측벽 부분들은 전도체들의 열(row)들의 쌓임을 가능하게 하고, 상기 제 1 차 전기 코일의 층들의 절연을 가능하게 하는 복수의 계단들을 포함한다)을 포함하는 것을 특징으로 하는 루프- 형상 파트.
    
21. 제20항에 있어서, 인접한 수직 가지들 사이의 모서리 내의 계단의 높이는 점진적으로 줄어드는 것을 특징으로 하는, 루프-형상 파트.
    
22. 제20항에 있어서, 상기 복수 개의 가지들 중 하나는,
    유체들을 상기 코일들에 인접하며 가르지르도록 안내하기 위한 채널들을 더 제공하되,
    상기 채널들의 각각은 상기 루프-형상 파트의 일 측부 상에 하나의 주입구를 가지고, 상기 루프-형상 파트의 다른 측부 상에는 하나의 배출구를 가지되,
    상기 가지를 따라 위치된 계단의 높이는 상기 주입구 및 배출구를 수용하는 길이만큼 증가되는 것을 특징으로 하는 루프-형상 파트.
    
23. 제20항에 있어서, 상기 복수 개의 가지들은,
    루프-형상 파트의 일 측부 상에 탭(tap) 입력 개구를 더 제공하되,
    상기 탭은 장착된 후, 상기 코일들에 탭의 연결을 가능하게 하며,
    상기 가지를 따라 위치된 계단의 높이는 상기 탭 입력 개구를 수용하는 길이 만큼 증가되는 것을 특징으로 하는 루프-형상 파트.
    
24. 제20항에 있어서, 미리 결정된 계단들은,
    인접한 열(row) 상의 제 1 코일 루프와 열의 마지막 코일 루프간에 교락(bridging)을 위해서 형성되는 것을 특징으로 하는 루프-형상 파트.
    
25. 제24항에 있어서, 상기 교락은,
    수직 가지들의 모서리들에서 수행되는 것을 특징으로 하는 루프-형상 파트.
    
26. 제20항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 루프-형상 파트는,
    서로 맞물릴 수 있는 제 1 및 제 2 절반 부분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 루프-형상 파트.
    
27. 제20항에 있어서, 상기 복수 개의 가지들 중 하나는,
    유체들을 상기 코일들에 인접하게 가르지르도록 안내하기 위한 채널들을 더 제공하되,
    상기 채널들의 각각은 상기 루프-형상 파트의 일 측부 상에 하나의 주입구를 가지고, 상기 루프-형상 파트의 타 측부 상에는 하나의 배출구를 가지며, 상기 베이스 부분 및 상기 경사진 측벽 부분들 중의 적어도 하나를 가로지르는 횡단 홈들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 루프-형상 파트.
    
28. 제27항에 있어서, 포트는
    베이스 부분을 가로지르는 상기 횡단 홈들에 상기 주입구를 유체 이동 가능하게 연결하는 것을 특징으로 하는 루프-형상 파트.
    
29. 제20항 내지 제28항에 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직선 구간을 가지는 가지에서의, 루프-형상 파트의 내부 표면은 반 원통형이며,
    상기 직선 구간을 가지는 상기 가지에 수직한 가지들에서의, 루프-형상 파트의 내부 표면은 평평한 것을 특징으로 하는 루프-형상 파트.
    
30. 제29항에 있어서,
    실질적으로 반 원통형인 상기 내부 표면의 곡률 반지름(radius of curvature)은,
    상기 루프-형상 파트 주위에 장착 가능한 원통형 코어의 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 루프-형상 파트.
    
31. 전기 코일 어셈블리에 있어서,
    전기 코일; 및
    상기 코일이 감기는 프레임을 포함하되,
    상기 코일은,
    제 1 종단 및 제 2 종단을 가지는 전기 전도체 스트립(strip)으로 만들어지며, 상기 종단들 중의 적어도 하나의 종단은 15°내지 75°사이의 각도에 따라 제 1 접힘 선(fold line)을 따라서 포개지도록 접혀져서, 상기 적어도 하나의 종단은 상기 코일이 놓이는 평면에 대하여 가로지르며 연장되도록 하여, 연결 리드(connection lead)를 제공하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 코일 어셈블리.
    
32. 제31항에 있어서, 상기 각도는,
    45°인 것을 특징으로 하는 전기 코일 어셈블리.
    
33. 제31항 또는 제32항에 있어서, 상기 포개지도록 접혀지는 적어도 하나의 종단은,
    상기 스트립의 길이방향 축에 평행한 제 2 접힘 선을 따라서 추가적으로 접혀지는 것을 특징으로 하는 전기 코일 어셈블리.
    
34. 제31항에 있어서, 상기 전기 코일 어셈블리는,
    루프-형상 파트를 포함하는 지지 프레임을 포함하는 전기 변압기 코어 어셈블리와 결합되되(상기 루프-형상 파트는 복수 개의 가지들 및 제 1 및 제 2 마주 보는 측벽들을 포함하고, 상기 복수 개의 가지들 중 두 개는 마주 보는 윗 직선 구간 및 바닥 직선 구간들을 형성한다),
    상기 루프-형상 파트 주위에 감기는 제 1 차 전기 코일(상기 제 1 차 전기 코일은 상기 제 1 차 전기 코일의 마주보는 종단들에서 첫번째 및 두번째의 1차 단자들을 포함하며, 상기 첫번째 및 두번째 1차 단자들은 상기 루프-형상 파트의 제 1 차 측벽으로부터 연장된다); 및
    상기 제 1 차 전기 코일 주위를 감는 제 2 차 전기 코일을 포함하며,
    상기 제 2 차 전기 코일은,
    전도체 스트립으로 만들어지며, 상기 제 2 차 코일의 마주보는 제 1 차 및 제 2 차 종단들에서 첫번째 및 두번째 2차 단자들을 포함하며,
    상기 첫번째 2차 코일 단자는 상기 제 1 측벽에 대하여 첫번째 45°접힘 선을 따라 포개지도록 상기 스트립의 제 1 종단을 접음으로써 형성되어, 상기 스트립의 제 1 길이는 상기 첫번째 및 두번째 제 1 차 서브-코일 단자들이 연장되기 시작하는 상기 제 1 측벽에 마주보는 제 2 측벽으로부터 제2측벽에 대하여 수직하게 연장되도록 하며,
    상기 두번째 2차 단자는 첫번째 중간 접힘을 형성하기 위하여, 두번째 45°접힘 선을 따라서 포개지도록 상기 스트립의 제 2 차 종단을 접고, 상기 두번째 45° 접힘 선에 수식한 세번째 45° 접힘 선을 따라 첫번째 중간 접힘 위로 상기 스트립의 제 2 종단을 접음으로써 형성되어, 상기 스트립의 제 2 길이가 상기 제 1 및 제 2 측벽들의 외부에서 상기 제 1 및 제 2 측벽들과 평행하게 연장되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 코일 어셈블리.
    
35. 전기 변압기 커널(kernel) 어셈블리를 조립하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 제 1 루프-형상 파트 주위에 제 1 차 전기 코일을 감는 단계(상기 제 1 차 루프-형상 파트는 상기 제 1 차 전기 코일을 수용하기 위해 제 1 차 루프-형상 파트의 외부 표면을 따라서 주변 오목 부분을 가지며, 적어도 하나의 직선 구간을 가진다);
    (b) 상기 제 1 루프-형상 파트의 주위에 상기 제 1 차 전기 코일의 피기백(piggyback)상에 제 2 차 전기 코일을 감는 단계;
    (c) 제 2 루프-형상 파트 주위에 제 1 차 전기 코일을 감는 단계(상기 제 2 차 루프-형상 파트는 상기 제 1 차 전기 코일을 수용하기 위해 제 2 차 루프-형상 파트의 외부 표면을 따라서 주변 오목 부분을 가지며, 적어도 하나의 직선 구간을 가진다);
    (d) 상기 제 2 루프-형상 파트 주위에 제 1 차 전기 코일의 피기백 상에 제 2 차 전기 코일을 감는 단계;
    (e) 상기 제 2 루프-형상 파트에 대하여 상기 제 1 루프-형상 파트를 부착하여, 상기 직선 구간들만 인접하고 중앙 다리를 형성하도록 하는 단계;
    (f) 제 1 루프-형상 파트 및 제 2 루프-형상 파트 사이의 거리를 제 1 이격 거리로 조절하는 단계;
    (g) 상기 중앙 다리 주위에 맨드럴(mandrel)을 설치하는 단계(상기 맨드럴은 상기 제 1 이격 거리만큼 상기 제 1 루프-형상 파트 및 제 2 루프-형상 파트가 이격되어 위치될 때, 상기 중앙 다리를 중심으로 자유롭게 회전하도록 크기가 결정된다); 및
    (h) 상기 중앙 다리 주위에 금속 리본을 감아서 자기 코어를 형성하도록 하는 단계를 포함하되,
    상기 부착하는 (e) 단계는 상기 감는 (h) 단계와 구별되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
36. 제35항에 있어서, 상기 방법은,
    (i) 상기 제 1 루프-형상 파트 및 제 2 루프-형상 파트 사이의 거리를 제 2 이격 거리로 조절하여, 상기 맨드럴이 상기 중앙 다리를 중심으로 회전하는 것을 방지하도록 하는 단계(상기 제 2 이격 거리는 상기 제 1 이격 거리 보다 크다); 및
    (j) 상기 중앙 다리를 형성하는 상긴 인접한 직선 구간들 사이에 스페이서 요소들을 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
37. 제35항 또는 제36항에 있어서, 상기 방법은, 상기 (a) 및 (c) 단계를 수행하는 동안,
    (aa) 미리 결정된 상이한 회전 수로 제 1 차 전기 코일로 복수 개의 전도체 루프들을 형성하는 단계;
    (bb) 연결 리드(connection lead)들을 형성하기 위하여, 상기 전도체 루프들의 각각을 개별적으로 꼬는 단계;
    (cc) 인접한 꼬여진 전도체 루프들 사이에 전도체 슬리브(sleeve)들을 삽입하는 단계; 및
    (dd) 상기 제 1 차 전기 코일의 권선에 대하여 가르지르도록 상기 리드들을 구부리는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
38. 전기 변압기 커널 어셈블리를 조립하기 위한 시스템에 있어서,
    제 1 차 전기 코일을 제 1 차 루프-형상 파트 및 제 2 차 루프-형상 파트 주위에 각각 감기 위한 제 1 차 권선 시스템(제 1 차 및 제 2 차 루프-형상 파트 각각은 제 1 차 전기 코일을 수용하기 위하여 루프-형상 파트의 외부 표면을 따라 주변 오목 부분을 가지며, 상기 제 1 차 루프-형상 파트 및 상기 제 2 차 루프-형상 파트 각각은 적어도 하나의 직선 구간을 가진다);
    제 2 차 전기 코일을 상기 제 1 차 루프-형상 파트 및 제 2 차 루프-형상 파트 각각의 주위에, 상기 제 1 차 코일 상의 피기 백(piggyback)상에 감기 위한 제 2 차 권선 시스템;
    조절 가능한 부착 수단들을 이용하여 상기 제 2 차 루프-형상 파트에 대하여 상기 제 1 차 루프-형상 파트를 부착하여, 상기 직선 구간들만 중앙 다리에 인접하여 형성되도록 하는 부착 시스템;
    상기 중앙 다리 주위에 맨드럴을 설치하기 위한 맨드럴 설치 시스템(상기 맨드럴은 상기 제 1 루프-형상 파트 및 상기 제 2 차 루프-형상 파트들이 제 1 차 이격 거리만큼 이격될 때, 상기 중앙 다리를 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 크기가 결정된다); 및
    자기 코어를 형성하기 위하여 상기 중앙 다리 주위에 금속 리본을 감기 위한 제 3 차 권선 시스템(상기 코어는 상기 조절 가능한 부착 수단들과 구별된다)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
    
39. 연속 생산으로, 전기 변압기 커널 어셈블리들을 제작하기 위한, 청구항 제35항 내지 제37항 내에서와 같이 청구된 방법의 사용.
    
40. 청구항 제35항 내지 37항의 방법에 의해 조립된, 복수 개의 전기 변압기 커널 어셈블리들을 수용하기 위한 저장 컨테이너.
    

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