KR930010641B1 - 비결정 금속 변압기 코어 및 코일 조립체와 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

비결정 금속 변압기 코어 및 코일 조립체와 그 제조 방법

[도면의 간단한 설명]

본 발명의 특성 및 목적을 보다 잘 이해하도록, 이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제1a도는 본 발명의 코어용 래미네이션의 스택을 제공하기 위한 환상 형태로의 절단을 도시한 측면도이다.

제1b도는 본 발명에 따라 제작되고, 성형전의 중간의 환형 형태로 도시된 권선 비결정 금속 변압기 코어의 사시도이다.

제1c도는 제1b도의 코어내에 형성된 분배된 갭 조인트 일부의 확대도이다.

제2도는 성형된 직사각형 모양으로 도시된 제1b도 코어의 사시도이다.

제3도는 한쌍의 변압기 코일에 레이싱되기에 앞서 개방된 것을 도시한 제2도 코어의 측면도이다.

제4도는 코어 레이싱 공정을 촉진시키기 위하여 오일속에 침지되어 있는 제3도의 코어의 개방된 단부를 도시하는 부분 절단 측단면도이다.

제5도는 한 쌍의 변압기 코일에 레이싱된 것을 도시한 제3도의 코어의 측면도이다.

제6도는 외철형(shell type) 변압기 코어 및 코일 조립체에 관한 본 발명의 적용을 도시하고 있는 조립 도면이다.

제7도는 한쌍의 코어가 삽입되어 단일 유니트로써 형성된 변압기 코어 및 코일 조립체의 정면도이다.

동일한 참조번호는 여러 도면에 걸쳐서 대응하는 부품을 나타낸다.

[발명의 상세한 설명]

[발명의 배경]

본 발명은 변압기(electrical transformer), 특히, 비결정 금속 코어를 갖고 있는 변압기에 관한 것이다.

통상적으로, 변압기 코어는 고 결정립 방향성 규소강판으로 만들어왔다. 여러 해에 걸쳐서, 그러한 전기강들에서 변압기 코어의 크기, 제작비 및 변압기 코어에 의해 배전 시스템에 생긴 소실등을 감소시키는 상당한 개선이 이루어져 왔다. 전기 에너지의 비율이 계속하여 증가함에 따라, 코어 손실(core loss)의 감소는 변압기의 크기에 관계없이 점차적으로 설계상의 중요한 고려사항이 되어 왔다. 이러한 이유 때문에, 변압기 코어 가동 손실을 극적으로 감소시키기 위하여 변압기 코어 재료로써 비결정 강자성 재료가 사용되고 있다.

비결정 금속은 주로 결정질 금속 대응물의 품질증명(hallmark)의 원자준위, 즉 결정 격자에서 주기적 반복 구조가 실제로 존재하지 않는 것을 특징으로 한다. 비결정질 구조는 여기에 참조로 인용된 첸씨등의 미국 특허 제3,856,513호에 설명된 것과 같은 적절한 조성의 용융 합금을 급냉시킴으로써 제조된다. 급속한 냉각 속도로 인하여, 합금은 결정상태로 생성되지 않고, 합금이 생성하는 액체상을 나타내는 준안정 비결정질 구조를 취한다. 결정질 원자 구조의 부존재로 인하여, 비결정 합금은 때때로 ＂유리질(glassy)＂합금으로 불리워지기도 한다.

제조 공정의 특성으로 인하여, 예를 들어 배전용 변압기 코어의 권선용으로 적합한 비결정 강자성 스트립(strip)은 극도로 가늘어, 결정립 방향성 규소강의 7 내지 12밀(mil)에 비하여 보잘 것 없는 1밀이다. 게다가, 그러한 비결정 강자성 스트립은 잘 부서져서 쉽게 파괴된다. 결과적으로, 비결정 금속 코어의 권선 제작은 코어를 권선하고, 이러한 코어 래미네이션(lamination ; 금속판을 여러겹 겹쳐쌓은 적층상의 것)을 원하는 조인트 패턴으로 절단하고, 재배열하여, 그 코어를 성형하고 어닐링(annealing)시켜, 마지막으로, 코어내의 조인트를 처음에는 개방하고 그 다음에 재 폐쇄시키는 공정을 수반하는 미리 형성된 변압기 코일의 윈도우를 통하여 코어를 레이싱(lacing)하는 다양한 제작 단계 전체에 걸쳐서, 매우 얇은 스트립을 취급해야 하는 독특한 문제를 안고 있다. 특히 중요한 것은 코어가 코일 윈도우 속으로 레이싱된 후 어닐링 배열로부터 코어가 영구적으로 변형되지 않도록 세심한 주의를 기울여야만 하는 레이싱 단계이다. 즉, 만일 코어가 어닐링된 형태로 정확히 되돌아가지 않으면, 레이싱 공정중에 응력이 발생한다. 결과적으로, 만약 레이싱 후에 상당한 응력이 남아있다면, 비결정 금속 코어 재료에 의해 제공되는 전위의 낮은 코어 손실 특성(potential low core loss characteristic)이 얻어지지 않는다. 비결정 금속 래미네이션은 아주 약하고, 탄력성이 거의 없기 때문에 레이싱 단계에서 쉽게 방향성을 상실하여, 만약 바로잡지 않으면, 영구적인 코어 변형을 일으킨다. 이밖에, 부서지기 쉬운 비결정 금속 래미네이션이 파괴되지 않도록 세심한 주의를 갖고 레이싱 단계를 수행해야 한다는 것도 또한 분명한 사실이다.

따라서, 본 발명의 목적은 개량된 권선 비결정 금속 변압기 코어 및 코일 조립체를 제공하는 것이다.

또다른 목적은 변압기 제작 공정중에 전위의 낮은 코어 손실 특성이 보존되는 권선 비결정 금속 코어 및 코일 조립체를 제공하는 것이다.

또다른 목적은 권선 코일을 갖고 있는 코어를 조립하는 레이싱 단계중에, 비결정 금속 래미네이션 방향성 상실로부터 억제되는 권선 변압기 코어를 제공하는 것이다.

또다른 목적은 변압기 제작 공정중에 권선된 변압기 코어의 비결정 금속 래미네이션이 파괴로부터 보호되는 권선된 변압기 코어를 제공하는 것이다.

또다른 목적은 사례가 능률적이고, 제작하기에 경제적이고, 오랜 유효 수명에 걸쳐서 믿을 수 있는 권선 비결정 금속 변압기 코어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 상술한 특성의 변압기 코어 및 코일 조립체를 제작하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 다음 설명으로 보다 분명히 알 수 있게 된다.

[본 발명의 요약]

본 발명에 따라서, 하나의 윈도우를 중심으로 연장하며, 국한된 구역에서 미리 형성된 코일 구조체의 윈도우 속으로 주입할 수 있도록 코어를 개방시키는 코어내의 조인트들과 함께 폐쇄 루우프 형상을 만드는 권선된 변압기 코어가 제공된다. 이 코어는 상기 국한된 조인트 구역으로 부터 코어 주위로 연속적으로 연장되는 얇은 비결정 강자성 스트립의 겹쳐진 래미네이션을 포함한다. 각각의 조인트는 각기 다수의 비결정 금속 래미네이션을 구비하고 있는 두개의 조인트 하프(half)를 구비한다. 비결정 금속 래미네이션은 이것은 두께보다 훨씬 두꺼운 적어도 하나의 최내부 레이어(layer)에 의해서 지지된다. 이러한 기초 레이어는 통상의 규소 전기강으로 형성될 수 있고, 특히 코어를 성형하는 중에 비결정 금속 래미네이션이 파괴되는 것을 방지한다. 또한, 비결정 금속 래미네이션은 어닐링중에 그리고 코어를 코일 구조체속에 레이싱하여 코어 및 코일 조립체를 완성한 후에 이들 래미네이션들을 보호하고 위치를 조절하는 실리콘 전기강의 최외각 록킹 터언(locking turn)내에 끼워진다. 이러한 레이싱 단계에서 비결정 금속 래미네이션이 방향성을 상실하는 것을 억제하기 위하여, 이들 금속 래미네이션을 적당한 접착제를 사용하여 함께 모서리 결합시킨다. 또한, 이러한 레이싱 공정을 촉진시키고, 래미네이션의 손상을 방지하기 위하여, 조인트 하프들을 래미네이션의 접촉면속에 흡수된 적당한 경량 바니싱 오일(vanishing oil)속에 침지시킨다. 이 오일은 각각의 조인트 하프를 밀접한 접촉면 관계로 끌어당겨서 그 상태로 보유하여, 레이싱 공정을 수행하는 동안 단일 유니트로서 안전하게 취급하도록 하는데 효과적이다.

따라서, 본 발명은 구조의 형상, 소자의 결합, 부품의 배열과 그들의 제조 방법을 함께 제공하고 있다. 이들은 이후에 설명할 구조와 방법으로 예증되고, 본 발명의 범위는 청구항에서 지적될 것이다.

[상세한 설명]

제1a도에는 본 발명의 변압기 코일이 만들어지는 환상형태(annular form)(4)가 도시된다. 이 환상형태(4)는 심봉(mandrel)(도시되지 않음)에 대해 비결정 강자성 재료의 스트립을 권선함으로써 제작된다. 적합한 비결정 스트립 재료는 METGLAS Type 2605-SC 재료로써, 뉴져지, 모리스 타운의 얼라이드 코포레이션(Allied corporation)에 의해 시판되는 것이다. 권선된 후에, 환상 형태(4)는 이의 윈도우를 통하여 연장되는 고정 지지대(5)상에 장착되어, 얇은 회전 연마 숫돌(7)에 의해 단일 반경방향선(6)을 따라 절단된다. 그후에, 래미네이션은 점선 형태로 도시된 싱글 터언(single-turn) 래미네이션의 스택(stack)(8)으로 만들어진다.

그 다음에, 래미네이션은 스택(8)의 꼭대기로부터 시작하여, 각기 정렬된 래미네이션을 19개 내지 20개 사이를 저장하고 있는 서브 스택(sub-stack)으로서, 적당한 벨트 네스터(belt nester)(도시되지 않음)속으로 공급된다. 벨트 네스터는 래미네이션이 비결정 금속이라는 사실을 감안하여 적합하게 개량한 발라드(Ballard)씨 등의 미국 특허 제4,413,496호에서 부호(50)로 도시된 것, 또는 클라페르트(klappert)의 미국 특허 제4,467,632호에서 부호(60) 내지 (66)으로 도시된 일반적인 형일 수 있다. 벨트 네스터는 본 발명의 일부가 아니기 때문에, 도면에 도시하거나 여기에 상세히 설명하지 않았다. 벨트 네스터는 제1b도에 도시된 새로운 환형 코어(10)를 형성하도록 작동되고, 이 코어는 구역(17)내에 분배된 갭 조인트로써 통상 지칭되는 것을 갖고 있다. 본 발명의 한 형태에서, 이들 분배된 랩 조인트는 판들의 각 서브 스택의 대향한 단부를 벨트 네스터 속으로 공급하여 랩 조인트(16)를 형성할 정도의 작은 양으로 서로 겹치도록 하고, 연속적이거나 방사상으로 인접한 랩 조인트가 서로 각을 이루어 위치하도록 형성된다.

각각의 랩 조인트는 하나의 계단으로써 생각될 수 있고, 일련의 랩 조인트는 일련의 계단으로써 생각될 수 있다. 예정된 호를 감싸고 있는 일련의 랩 조인트가 형성된 후에, 벨트 네스터는 첫번째 계단과 동일한 각도 위치에서 다음 계단을 형성하기 시작하고, 첫번째 일련의 계단과 동일한 각을 따라 일반적으로 또다른 일련의 계단을 형성하고, 모든 래미네이션이 새로운 환형 코어(10)로 통합될 때까지 이러한 순서를 계속하여 반복한다. 이들 랩 조인트들 또는 계단들은 코어(10)의 국한된 조인트 구역(17)내에 모두 위치한다는 사실을 조목해야 한다.

제1c도에는 조인트의 그러한 일련의 계단(14)의 확대도가 도시된다. 각각의 일련의 계단의 서브 스택이 각기 부호(1),(2),(3)으로 표시되었다. 각 서브 스택, 예를 면 서브 스택(1)의 단부는 겹쳐 있음을 볼 수 있고, 연속적인 조인트(1-1,2-2,3-3)등은 각을 이뤄 갈라진 것 또는 서로 엇갈린 것임을 볼 수 있다.

조인트(16)내에 위치한 서브 스택의 각 단부는 여기에서 조인트 하프로서 언급되고 또한, 예를 들어 10 지 20개의 얇은 비결정 금속 래미네이션을 포함하는 것으로 도시된다.

각각의 비결정 금속 래미네이션의 두께는 분배 변압기 구역을 위한 규소 강판의 보통 7 내지 12밀의 두께에 비하여, 매우 얇아서 단지 약 1밀 정도이다. 따라서, 위에 언급한 서브 스택은 그러한 규소강판의 단지 1개 또는 2개에 해당하는 두께를 갖는다. 개별적으로 하는 대신에, 주로 서브 스택으로서 래미네이션을 취급하는 것은 경제적인 제작에 기여한다. 원한다면, 이 새로운 환형 코어(10)는 상술한 서브 스택을 사용하여 수동으로 끼우는 조작에 의해 형성될 수 있다.

제1b도를 더 참고하면, 코어 래미네이션(12)이 적절히 쌓여진 후에, 제1기초 스트립 또는 부분 터언(partial turn)(18)이 반원으로 구부러져서 코어(10)의 실린더형 윈도우(20)속에 맞춰진다. 제2기초 스트립 또는 부분 터언(22)이 제1스트립(18)과 겹쳐져서 윈도우(20)속에 비슷하게 맞취진다. 기초 스트립의 자기적 성질이 본 발명의 필요한 특성이 아님에도 불구하고, 코어강으로 구성될 수 있는 이러한 기초 스트립들은 코어의 붕괴에 저항하는 힘을 거의 갖고 두번은 코어 래미네이션(12)을 아래에서 기계적으로 지지하기에 충분한 두께(예를 들면, 10밀)와 탄성을 갖고 있다. 상기 비결정 금속 래미네이션이 역시 잘 부서지기 때문에, 이들 기초부분 터언은 아래에 지적되는 바와 같이, 연속적인 제작 공정중에 부서짐 및 파괴에 대한 보호에 도움이 될 뿐만 아니라, 사용시에도 도움이 된다. 코어 래미네이션(12)의 위에 있는 지지대를 제공하기 위하여, 10밀 코어강의 스트립 일 수 있는 외부 록킹 터언(24)이 제1b도에 도시된 환상 모양으로 쌓여진 코어를 포함하도록 제공된다. 그러한 외부 록킹 터언을 보다 상세히 알기 위해서는, 본 발명의 출원인중의 한명이 특허권자인 미국 특허 제4,024,486호를 참조할 수 있다. 본 설명을 위해서는, 록킹 터언의 밑에 겹쳐진 단부에는 록킹 터언의 위에 겹쳐진 단부에 있는 록킹 슬롯(locking slot)(24b)을 통하여 빠져 나와서 끼어진 코어를 껴안는 모양으로 록킹 터언을 고착시키도록 후방으로 구부려진 태브(tab)(24b)가 형성되어 있다는 사실을 지적함으로써 충분하다고 믿는다.

제1b도의 환형 코어(10)가 상술된 바에 따라 구성된 후에, 이것은 코어의 윈도우를 통하여 연장되는 2개의 적당한 성형 소자(elements)(도시되지 않음)상에 배치된다. 그다음에, 이들 성형 소자들에 힘을 가하여 제2도에 도시한 직사각형 모양으로 코어(10)를 만든다. 이러한 성형 단계에 앞서, 제1a도의 기초 터언(22)이 겹치지 않은 더 짧은 터언(22a)으로 대체되어 있다. 이들 더 두꺼운 기초부분 터언(18, 22)은 성형 단계 중에 제2도에서 U형 모양으로 변형되어 있음을 보게된다. 이들 기초 터언들의 중요한 기능은 비교적 부서지기 쉬운 비결정 금속 래미네이션(12)이 일치하게 되는 새로운 직사각형 코어 윈도우(20)의 직각 코너(20a)에서 충분히 큰 굴곡 반경을 주어서, 그 결과 파괴의 가능성을 감소시키는 것이다. 또한 이들 기초부분 터언은 코어 성형 단계중에 코어가 성형 소자에 결합될 때, 특히 최내각 코어 래미네이션의 터언이 손상되는 것을 방지하는데 효과적인 완충층으로써 기여한다. 성형 공정 동안 코어와 껴안는 관계로 남아있는 외부 록킹 터언(24)도 역시 최외각 코어 래미네이션을 보호하기 위한 완충층으로써 기여한다.

코어가 제2도의 직사각형 형태로 형성된 후, 적당한 어닐링판(도시되지 않음)들이 외부 표면에 인접하게 코어에 부착되고, 그 다음에 코어는 적당한 어닐링 오븐의 자기장내에서 어닐링된다. 어닐링은 절단, 적층(nesting) 및 성형 또는 조형 단계에서 생긴 응력을 포함하여, 비결정 금속 래미네이션내의 응력을 경감시키기 위하여 잘 알려진 방법으로 작용한다. 어닐링이 완료되었을 때, 상술된 어닐링판을 제거한다. 어닐링시에, 비결정 금속 래미네이션내의 응력을 경감시키기에는 충분하지만, 전부가 통상의 코어강 또는 그와 유사한 것으로 되어 있는 기초 레이어의 부분 터언(18,22a) 또는 외부 록킹 터언(24)을 어닐링시키기에는 충분하지 않은 온도, 예를 들면, 약 360℃ 코어를 가열한다.

제2도를 참조하면, 본 발명의 중요한 특징과 같이, 코어(10)가 어닐링 된 뒤에, 적합한 접착제가 코어의 양측부상의 비결정 금속 래미네이션(12)의 노출된 측면 에지에 레이어(26)로서 가해진다. 이러한 접착제는 액체 형태로 칠해지고 그 다음에 건조되어, 래미네이션의 에지를 함께 결합하는 탄성 코팅을 형성하게 된다. 이러한 에지 접착 레이어는 기초부분 터언(18)의 자유단(18a)보다 조금 짧거나 또는 거의 동일한 면으로 된 라인(26a)을 따라 멈추어 있는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 레이어(26)는 상부 요오크(19)라고 생각되는 도시한 상측부의 전체 길이를 따라, 또한 상호 접속 레그(21)의 길이의 실제적인 부분을 따라 조인트 구역(17)을 포함하는 하부 요오크(23)와의 코어 접합부 직전에서 멈추는 단일 유니트로써 래미네이션(12)을 함께 고정시킨다. 따라서, 상기 비결정 금속 래미네이션(12)은 서로에 대한 방향 이탈로부터 효과적으로 방지되고, 그때 제3도와 관련하여 아래에 서술되는 코어 레이싱 순서를 자유로이 시작하여 수용하도록 하기 위하여 조인트 구역(17)으로 이어지며 이에 포함된 하부 요오크(23)에서 래미네이션의 세그먼트(segment)를 남기게 된다. 기초부분 터언(22a)은 에지 접착 레이어 경계 라인(26a)을 넘어 있고, 따라서 상기 코어가 변압기 코일에 대해 레이싱 될 때 제거될 수 있도록 구속받지 않음을 알아야 한다. 그러나, 기초부분 터언(18) 및 레이어의 길이의 실제부분을 따른 록팅 터언(24)은 래미네이션(12)에 에지 접착(edge bond)된다. 이것이 코어 손실에 악 영향을 끼치게 될 래미네이션들 사이의 침투를 방지하도록 접착제의 적용동안 ℃요망된다. 적합한 에지 접착제는 스코치 그립 826(SCOTCH-GRIP) 혹은 스코치-클레드이씨 776(SCOTCH-CLAD EC)이며, 둘다 3M 캄파니의 제품이다.

상술한 에지-접착이 실시된 후에, 외부 록킹 터언(24)은 태브(24a)를 펴서 록킹 슬롯(24b)에서 이탈시킴으로써 해제된다. 상부 요오크(19)가 하향으로 연장되는 레그(21)로서 지지된 상태에서 해제된 외부 터언의 에지 결합되지 않은 부분은 제3도에 도시된 위치로 이동된다. 또한, 하부 요오크의 두하프(23a)는, 더 이상 외부 록킹 터언에 의해 억제되지 않고, 제3도의 이들의 하향 매달림 위치로 늘어뜨려져서, 하부 요오크에 포함된 조인트 구역(27)에서 서로 분리되게 된다. 에지 접착 레이어(16)가 이들의 원주 길이의 실제부분을 따라 래미네이션(12)의 상대 운동을 제한하면서 개방되어 코어를 용이하게 수용한다.

코어 레이싱 작업을 용이하게 수행하기 위하여, 하부 요오크 단부의 두 코너 구역과 국한된 조인트 구역(17)과의 사이로 연장된 하부 요오크의 두 하프(23a)가 이들이 부착되는 코어 레그(21)와 함께 정렬되는 방향으로 향한다. 그 결과, 코어는 본래의 레그(21) 및 정렬된 요오크 하프(23a)를 포함하는 직선형 레그를 가진 본질적으로 U형상으로 된다. 이러한 U형 구조물의 연장된 레그는 단지 약간의 공차로서 레그(21)를 둘러싸기에 적합한 두 변압기 코일 구조체(28)의 구멍(28a)속으로 용이하게 미끄러져 들어갈 수 있다. 이러한 공정을 촉진시키고 또한 래미네이션(12)을 보호하기 위하여, 시이트 금속의 슈트 혹은 끼워맞춤 부재(29)가, 코일 구조체(28)내에 레그를 삽입할 때 이것을 본질적으로 직선 라인 형상으로 유지하도록, 각각의 연장된 레그(간략화를 위해 우측의 연장 레그만을 도시)둘레에 제공될 수 있다. 각각의 끼워맞춤 부재는, 직각을 이룬 코너 플랜지(29a)들 사이에서 4번째 측면이 개방되며, 3개의 평평한 측면을 가지는 C형 단면을 이룬다. 끼워맞춤 부재는 개방 측면을 약간 벌려서 연장된 레그를 용이하게 들어가도록 함으로써 조립되어 있다. 양호하게, 끼워맞춤 부재(29)는 연장된 레그를 코일 구멍(28a)속으로 더욱 잘 안내하도록 상부로부터 바닥까지 약간 경사져 있다. 이러한 삽입뒤에, 상기 시이트 금속 부재는, 레이싱 작업의 일부로서, 각각의 요오크 하프(23a)내의 래미네이션 그룹을 본래 레그(21)에 대해 직각을 이룬 폐쇄-조인트 위치속으로 이동시키기 위하여 연장된 레그에서 미끄럼 이동한다. 코어의 코어(20a)가 레이싱 작업의 일부로서 코어의 개방 및 폐쇄동안 실제로 구부려지는 것이 명백한다.

만약 모든 스텝-랩형(step-lapped) 조인트(16)의 하프(16a)를, 제4도에 도시된 바와 같이 ＂배니싱(vanishing)＂ 오일과 같은 경량 오일(32)의 욕조(30)내에 잠기게 하면, 극도로 얇고 무른 비결정 금속 래미네이션(12)에의 손상을 방지하고 또한 레이싱 작업을 용이하게 한다는 견지에서, 코어 레이싱 공정이 극적으로 향상됨을 알게 되었다. 이러한 형태의 오일은 기화시 잔류물을 거의 남기지 않는 성질 때문에 바람직하다. 본 발명에 적용될 이러한 배니싱 오일의 한 형태는 필라델피아 소재의 지이, 위트필드 리챠드 캄파니(G. Wifield Richards Company)에서 생산된 4B 오일이다. 상기 오일(32)은 모세관 작용에 의하여 조인트 하프(16a)내의 각각의 시리즈(series)(14)내에 포함된 래미네이션(12)들 사이의 접촉면속으로 끌려들어간다. 그후, 오일은 긴밀한 접촉면관계로 래미네이션을 접근시키고 또한 표면 장력에 의하여 함께 래미네이션들을 접착시키는데 효과적임을 알 수 있다. 결과적으로, 10개 내지 20개의 비결정 금속 래미네이션의 각각의 조인트 하프(16a) 및 조인트 하프의 각각의 시리즈(14)는 변압기 코일(28)(제3도)에 대해 코어(10)를 레이싱하는 것에 이어서 스탭-랩형 조인트(16)를 개조시키는데, 따라서 단일 유니트로서 취급할 수 있다. 한번에 개개의 래미네이션(12)에 의한 것 보다 조인트 하프 혹은 일련의 조인트 하프들에 의해 조인트들을 개조시키는 것이 코어(10)를 재폐쇄하는 일을 더욱 촉진시킨다는 것이 명백하다. 더구나, 취약한 비결정 금속 래미네이션을 개별적으로 취급하면 비록 큰 주의를 기울인다 해도 부서지기 쉽다. 경량의 배니싱 오일이 코어 레이싱 공정을 촉진시키는데 대단히 적합함을 알 수 있으며 한편, 예를 들어 사염화 에틸렌(perchloroethylene)과 같은 다른 유체가 해로운 찌꺼기를 남김이 없이 적절한 표면 장력을 형성하도록 사용될 수 있다.

제5도는 코어 레그(21)를 둘러싸는 관계로 재고정된 록킹 터언(24) 및 코어 윈도우(20)내에 둘러싸인 변압기 코일(28)과 함께 완성된 이러한 조립체를 도시한다. 코어가 재폐쇄될 때 래미네이션(12)이 방향 설정되는 것을 에지 접착 레이어(26)가 보장하며, 따라서 변압기 권선 코일과 함께 완성된 조립체 내의 코어가 이것이 어닐링 되었을 때의 모양과 완전히 동일한 형상을 취한다는 것을 인식해야 한다. 따라서, 코어 레이싱 공정동안 래미네이션 층내에서 유도된 전체 응력은 효과적으로 경감된다. 접착 레이어(26)의 다른 기능은 코어의 사용 혹은 조립동안 감싸인 레그 구역 혹은 상부 요오크로부터 분리될 수도 있는 입자 혹은 칩들을 코어에 유지되어 있도록 하기 위하여 이것이 동체(shell)로서 작용하는 것이다. 이러한 접속에서, 접착제는 전체를 둘러싸는 접착 레이어 보호동체를 제공하도록 완성된 코어 및 코일 조립체의 하부 요오크(23)에 2차로 적용될 수 있다. 비록 접착 레이어가 코어의 도시된 접착 구역을 덮고있는 것이 바람직하더라도, 몇몇의 경우에 있어서 만약 접착 레이어가 이 구역내에서 불연속이면 즉, 줄무늬처럼 가해지면, 래미네이션의 상대적인 운동에 대한 충분한 억제가 이루어진다.

제5도는 기초부분 터언(18)과 함께 랩되도록 제2도에 도시된 짧은 터언을 대신하고 있는 미리 형성된 기다란 기초부분 터언(22b)을 도시한다. 따라서, 이러한 부분 터언 최종 조립시 서로 단단하게 접착될 것이다. 이것은 코어의 짧은 회로 강도를 크게 개선시킬 것이다. 레이어(26)를 구성하고 있는 동일한 접착제가 이러한 목적을 위해서 사용될 수 있다. 만약 짧은 회로 강도가 고려되지 않는다면, 기초부분 터언(22a)은 코일(28)이 제위치에 놓인후 코어 윈도우내에 재배치될 것이고, 그후 코어는 재폐쇄된다.

상술한 설명으로부터, 비결정의 강자성 래미네이션이 코어의 제조공정, 코어 레이싱 공정, 연속 처리 및 운반동안 그리고 사용중에, 칩핑(chipping) 및 파손에 대해 잘 보호되는 개량된 저손실 변압기 코어를 제공함을 알 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 본 발명은 비결정 금속에 의하여 제공된 저코어 손실 특성이 코어 래미네이션에 대한 손상 혹은 잔류 응력에 의하여 위태롭게 되지 않는 변압기 코어 및 권선 조립체를 제조하기 위한 개량된 방법을 제공한다. 본 발명은 외철형 및 내철형(core type) 변압기 형상 둘다에 동일하게 적용가능한 것을 알수 있다. 더구나, 본 발명은, 서술된 바와 같이, 환형으로 감긴후 직사각형 모양으로 권선되기 보다는, 직접 직사각형 모양으로 권선시킨 비결정 금속 코어에 적용 가능하다.

외철형 변압기 형상에 대해서, 제6도는 본 발명이 변압기에 적용가능한 한 방식을 도시하고 있다. 제6도의 변압기는 두개의 코어(50) 및 단일 코어 구조체(28)를 포함한다. 각각의 코어(50)는, (가) 각각의 코어의 조인트(16)가 요오크(19)내에서 보다 코어 레그(21)내에 설치되고 또한, (나) 접착제(26)가 단지 하나의 레그 및 코어(50)의 하나의 요오크에만 적용되는 것을 제외하고는, 제2도의 코어(10)와 기본적으로는 동일하게 형성된다. 조인트된 레그는 조인트(16)의 한면에서 상부(21a)를 가지고, 조인트(16)의 다른 측면상에서 하부(21b)를 갖고 잇다. 각각의 코어(50)는 조인트(16)를 첫째로 개방시키고, 그리고 코어의 비결정 금속 래미네이션의 비접합부를 점선위치(54,56)로 이전시킴으로써 코일 구조체(28)로서 레이싱된다. 결합된 레그의 상부(21a)를 상부 요오크(19)와 정렬하도록 이동시키고 또한 상부 요오크를 다른 레그(21)와 정렬하도록 이동시키므로서 점선 위치(54)가 얻어진다. 양호하게 부재(도시안됨)는 정렬된 부분(19,21a) 및 결합된 레그(21)의 상부 둘레에 위치하여 이들을 점선위치(54)에서 적절한 정렬상태로 유지시킨다. 그러면, 이렇게 정렬된 점선 위치(54)의 코어구조체 및 점선위치(56)의 코어 구조체는 제4도에 도시된 일반적인 방식으로 오일 욕조속으로 침지된다. 이후에, 우측의 코어(50)에 대해 언급하면, 점선위치(54)에 정렬된 코어 구조체는, 우측 코어(50)의 윈도우내의 점선(60)으로 도시된 바와 같이, 코어 윈도우에 코어 구조체를 위치시키면서, 코일 구조체(28)의 구멍을 통하여 끼워진다. 이후에, 점선위치(54,56)에서 비결합된 코어부분은 코일 구조체(28) 둘레에 감기고, 제6도에서 실선으로 도시된 이들은 폐쇄된 조인트 위치로 복귀된다.

통상적으로 비결합된 코어부분은, 반경 방향의 최내측 조인트에서 시작하여 외향으로 다음의 조인트로 진행하면서, 한번에 조인트 하프의 하나의 시리즈 혹은 하나의 조인트 하프를 이들의 폐쇄-조인트 위치로 복귀된다. 상기 동일한 공정이 이러한 코어를 코일 구조체로 레이싱 하기 위해 좌측 코어(50)에 대해 반복된다. 좌측 코어의 우측 레그(21)는 우측 코어의 좌측 레그에 의하여 점유되지 않고 남겨진 공간속으로 코일 구조체(28)의 구멍에 끼워진다.

비록 상기 코어가 단일 유니트로서 코일 구조체로 레이싱되는 방법을 서술하였지만, 본 발명은 다수의 유니트를 개별적으로 코일 구조체는 레이싱하여 코어를 형성하는 방법에도 적용가능하다. 제7도는 이러한 실시예를 도시하고 있다.

이러한 실시예에 있어서, 코어는 두개의 유니트(44,46)를 포함하는데, 이것은 내부 코어 및 외부 코어로서 각각 언급될 것이다. 내부 코어(44)는 제2도 및 제3도의 코어(10)에 대해 상술한 것과 동일한 방식으로 코일 구조체(28)로 우선 레이싱된다. 내부 코어의 조인트(16)는 이것의 하부 요오크내에 위치된다. 이후에, 외부 요오크는 동일한 방식으로 코일 구조체(28)로 레이싱되지만, 하부 요오크 대신에 상부 요오크내에 조인트(16)가 위치한다. 외부 코어는 내부 코일 구조체를 유입시키기 위해 사용된 바와 같이 대향단부로부터 코일 구조체 속으로 유입된다.

비록 서술한 코어가 직사각형 단면을 갖고 있지만, 본 발명은 다른 단면 즉 원형, 타원형 또는 십자형 단면을 가진 코어에 적용가능함을 이해할 수 있다. 통상적으로, 코어의 레그를 둘러싸는 코일 구조체(28)는 레그와 동일한 단면 형상의 구멍을 갖고 있다. 더구나, 비결정 코어 금속이 스텝 랩 조인트를 갖는 것으로 서술되었지만, 본 발명은 예를 들어 스태거드 버트(staggered butt) 조인트와 같은 다른 형태의 조인트를 가진 비결정 금속 코어에 적용 가능하다.

본 발명의 목적은 본 발명의 정신으로부터 벗어남이 없는 범위내에서 변경이 이루어질 수 있고 첨부된 도면으로 도시된 실시예에 제한되지 않는다.

Claims (23)

1. 변압기에 있어서, 단일 코어(10)는 국한된 조인트 구역(17)에서 개방가능한 조인트(16)를 가지면서 윈도우(20) 둘레에 연장된 폐쇄 루우프 형상을 가지고, 또 국한된 조인트 구역에서 제각각 겹쳐지며 이 국한된 조인트 구역으로부터 코어 둘레에 연속적으로 연장하는 얇은 비경정 강자성 스트립 재료의 래미네이션(12)의 중첩된 그룹으로 구성되고, 상기 비결정 강자성 래미네이션은 국한된 조인트 구역으로부터 코어 윈도우내의 넓은 구멍에까지 비교적 큰 거리로 서로 변위 가능한 조인트 부근의 예정된 부분(23)을 포함하고, 예비성형된 코일구조체(28)는 코어 윈도우내에 위치하면서 상기 예정된 부분을 갖지 않는 영역에서 단일 코어를 에워싸는 구성으로 된 것을 특징으로 하는 변압기.
2. 제1항에 있어서, 래미네이션을 내부에서 지지 및 보호하기 위하여 코어 윈도우내에 장착된 적어도 하나의 기초 레이어(18) 및; 래미네이션을 외부에서 지지 및 더 양호한 보호를 위하여 래미네이션을 둘러 싼 관계로 주위에 고정된 외부 록킹 터언(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
3. 제2항에 있어서, 상기 코어는 대체로 직사각형 모양으로 형성되고 또 서로 이격된 2개의 요오크와 이 요오크를 결합하는 레그를 가지는 것을 특징으로 하는 변압기.
4. 제3항에 있어서, 상기 기초 레이어 부분은 이 위에 놓이는 래미네이션의 파손을 방지하는 원형 코너를 가지는 것을 특징으로 하는 변압기.
5. 제4항에 있어서, 상기 기초 레이어(18)는 래미네이션보다 더 두꺼운 두께의 제1 및 제2금속성 U형 스트립을 포함하며, 상기 제1스트립의 개방 측면은 조인트 구역과 대면하고, 상기 제2스트립은 제1스트립과 역전된 관계로 배치되는 것을 특징으로 하는 변압기.
6. 제1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 래미네이션을 보유하기 위하여 예정된 부분(23)의 외부에 있는 코어 구역에 배치된 보유수단(26)을 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
7. 제6항에 있어서, 상기 보유 수단(26)은 래미네이션의 측면 에지의 구역에 가해지는 접착제의 코팅(coating)인 것을 특징으로 하는 변압기.
8. 제7항에 있어서, 코팅은 모서리에 있는 기초 레이어(18)의 제1스트립과 래미네이션을 함께 접착하는 것을 특징으로 하는 변압기.
9. 제8항에 있어서, 코팅은 모서리에 있는 록킹 터언(24)과 래미네이션을 접착하는 것을 특징으로 하는 변압기.
10. 제5항에 있어서, 기초 레이어의 제1 및 제2스트립은 함께 접착되는 것을 특징으로 하는 변압기.
11. 제1항에 있어서, 래미네이션간의 조인트는 조인트 구역에 걸쳐 분포되는 것을 특징으로 하는 변압기.
12. 변압기용 비결정 금속 코어 및 코일 조립체를 제조하는 방법에 있어서, (가) 코어 윈도우(20)에 대해서 겹쳐진 관계로 배열된 비결정 강자성 금속의 2개의 싱글-터언(single-turn) 래미네이션(12)의 다수 그룹을 구비하여 이들 래미네이션 그룹의 중첩단부 사이에 있는 일련의 랩 조인트(16)를 국한된 구역내에 위치시키며 또 조인트 부근의 코어가 서로 변위가능한 예정된 부분(23)을 포함하여 조인트를 분리시키며 코어를 개방할 수 있도록 구성된 폐쇄 루우프 형상의 코어를 형상하는 단계와, (나) 상기 코어를 어닐링하는 단계와, (다) 래미네이션의 상대 운동을 제한하기 위하여 조인트 구역(17)의 외부에 있는 래미네이션의 실제적인 부분과 예정된 부분(23)에 보유수단(26)을 가하는 단계와, (라) 코어의 예정된 부분을 서로로부터 변위시킴으로써 코어가 개방되도록 조인트를 분리시키는 단계와, (마) 코일 구조체가 최소한 코어의 한 부분을 둘러싸도록 코일 구조체(28)를 코어 윈도우 속으로 삽입시키는 단계와, (바) 어닐링 단계의 종료시와 동일한 모양으로 래미네이션을 복귀시키기 위해 조인트를 재형성하는 위치로 예정된 부분을 복귀시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
13. 제12항에 있어서, 삽입단계(마)의 이전에, 이어지는 조인트의 재형성중에 조인트 구역의 래미네이션을 단일 유니트로서 함께 보유할 수 있는 조인트 구역의 래미네이션을 단일 유니트로서 함께 보유할 수 있는 조인트 구역에 유체를 가하는 추가단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 유체는 조인트 구역을 유체속에 침지시킴으로써 가해지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 유체는 기화시에 소량의 잔류물만을 남기는 경량 오일인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
16. 제12항에 있어서, (a) 비결정 강자성 금속의 얇은 스트립을 제1래미네이션의 환형 구조체(4)로 권선하고, (b) 싱글-터언 래미네이션(8)을 형성하도록 상기 제1환형 구조체를 통하여 반경 방향으로 커팅시키고, (c) 래미네이션을 조인트를 가진 제2환형 구조체(10)내에 배열함으로써 코어가 형성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
17. 제12항에 있어서, (a) 상기 단계(가)는 코너구역에서 결합된 4개의 측면 즉, 두개의 레그 및 두개의 요오크를 포함하며, 이들 조인트 전체가 측면중의 하나에 위치하여 또한 그 한측면이 예정된 부분을 포함하고, (b) 단계(다)의 보유수단(26)의 적용은 래미네이션의 측면 에지의 구역에서 발생하고, (c) 단계(라) 및 (마)의 실시는 상기 한 측면의 대향한 코너 구역을 굴곡하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
18. 제12항 또는 17항에 있어서, 상기 보유수단의 적용은 래미네이션의 측면 에지의 구역에 접착제를 적용함에 의하여 성취되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
19. 제12항 또는 17항에 있어서, (a) 상기 코어는 루우프를 환형으로 변형하므로서 직사각형으로 형성되고, (b) 상기 코너구역의 래미네이션의 굴곡 반경이 상기 변형중에 윈도우내에 기초 레이어를 제공함으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
20. 변압기용 비결정 금속 코어 및 코일 구조체를 제조하는 방법에 있어서, (가) 코너구역에서 결합된 4개의 측면을 가지면서 코어 윈도우(20)를 둘러싸고, 겹쳐진 관계로 배열된 적어도 2개의 싱글-터언 래미네이션(12)의 다수 그룹을 포함함으로써 래미네이션의 단부 사이의 일련의 랩 조인트(16)가 측면중 하나내에 위치한 국한된 조인트 구역(17)내에 장착되도록 하고, 상기 한 측면이 조인트 구역과 이 측면의 대향 단부의 코너구역과의 사이에서 상기 조인트를 분리시키며 또한 코어를 개방시키도록 서로에 대해 변위가능한 예정된 측면(23)을 포함하는 것으로 구성된 적층된 코어(10)를 형성하는 단계와, (나) 상기 코어를 어닐링하는 단계와, (다) 적어도 하나의 예정된 측면(23)을 코너 구역에서 이들과 함께 상호 접속되는 한 측면(21)과의 정렬 위치로 서로 이동시킴으로써 조인트를 분리시키는 단계와, (라) 상기 한 측면(23) 및 상호 접속된 측면(21)을 대략 정렬관계로 보유하는 가이드 수단(29)을 한 측면 및 이와 정렬되어 상호 접속된 측면에 부착하는 단계와, (마) 상기 한 측면, 상호 접속된 측면 및 가이드 수단을 단일 유니트로서 예비성형된 코일 구조체속으로 삽입시키는 단계와, (바)상기 측면의 변위를 가능하게 하도록 사이드 수단을 운동시키는 단계와, (사) 상기 조인트를 재형성하기 위한 위치로 측면을 변위시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 가이드 수단(29)은 한측면 및 정렬된 상호 접속 측면을 가이드 수단의 내부로 팽창된 갭을 통하여 용이하게 유입시키기 위하여 가이드 수단의 팽창을 허용하는 한 측면에 있는 갭 및 C형 횡단면을 가진 연장된 부재인 것을 특징으로 하는 제공 방법.
22. 제20항에 있어서, 상기 (a) 상기 가이드 수단은 한 단부를 향해 줄어들며 테이퍼지고, 또 (b) 상기 가이드 수단은 테이퍼진 단부가 상기 정렬된 한 측면 및 상호 접속된 측면의 자유단부에 설치되도록 부착되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
23. 제20항에 있어서, 상기 가이드 수단은 한 측면이 코일 구조체의 구멍속으로 삽입되는 동안에 한 측면에 있는 조인트 구역을 덮은 것을 특징으로 하는 제조 방법.

Images