(57)【要約】本発明は、巻付け、焼鈍アモルファス合金から成形された改良変圧器磁心、特に多脚変圧器磁心に関する。改良変圧器磁心の製造方法および改良変圧器磁心からなる変圧器も記載されている。【選択図】図１
2004529498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの内側磁心部分を内部に入れる外側磁心部分からなる、アモルファス金属製三脚変圧器磁心。
【請求項２】
前記２つの内側磁心部分が単独の嵌込み結合部からなる、請求項１に記載のアモルファス金属製三脚変圧器磁心。
【請求項３】
前記外側磁心部分が単独の嵌込み結合部からなる、請求項１に記載のアモルファス金属製三脚変圧器磁心。
【請求項４】
各磁心部分が、少なくとも９０％ガラス質でありかつ式Ｍ７０−８５Ｙ５−２０Ｚ０−２０にもとづく公称組成を有するアモルファス金属からつくられ、ただし、前記式の下付き数字は原子百分率であり、ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちから少なくとも１つであり、ＹはＢ、Ｃ、Ｐのうちから少なくとも１つであり、ＺはＳｉ、Ａｌ、Ｇｅのうちから少なくとも１つであり、（ｉ）成分Ｍの１０までの原子百分率が金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗのうちから少なくとも１つと置き換えられ、（ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０までの原子百分率が非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂのうちから少なくとも１つと置き換えられうることを条件とした、請求項１に記載のアモルファス金属製三脚変圧器磁心。
【請求項５】
アモルファス金属製多脚変圧器磁心の製造方法であって、
未焼鈍アモルファス金属から一連の切断ストリップをつくること、
未焼鈍切断ストリップを複数の集積体に集めること、
磁心窓および少なくとも１つの嵌込み結合部を有する未焼鈍変圧器磁心を成形するようにマンドレルのまわりに前記集積体を成形すること、
前記未焼鈍変圧器磁心を組立変圧器内で使用するのに適した形状に組み立てること、
前記の組立未焼鈍変圧器磁心を焼鈍すること、
各変圧器磁心の嵌込みを解除し、次いで変圧器磁心を再嵌込みすること、
からなる、アモルファス金属製多脚変圧器磁心の製造方法。
【請求項６】
前記アモルファス金属製多脚変圧器磁心は、２つの内側磁心部分を内部に入れる外側磁心部分からなるアモルファス金属製三脚変圧器磁心である、請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
１またはそれを超える前記変圧器磁心が単独の嵌込み結合部を含む、請求項５に記載の製造方法。
【請求項８】
前記アモルファス金属製多脚変圧器磁心の未焼鈍アモルファス金属が、少なくとも９０％ガラス質でありかつ式Ｍ７０−８５Ｙ５−２０Ｚ０−２０にもとづく公称組成を有するアモルファス金属からつくられ、ただし、前記式の下付き数字は原子百分率であり、ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちから少なくとも１つであり、ＹはＢ、Ｃ、Ｐのうちから少なくとも１つであり、ＺはＳｉ、Ａｌ、Ｇｅのうちから少なくとも１つであり、（ｉ）成分Ｍの１０までの原子百分率が金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗのうちから少なくとも１つと置き換えられ、（ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０までの原子百分率が非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂのうちから少なくとも１つと置き換えられうることを条件とした、請求項５に記載の製造方法。
【請求項９】
アモルファス金属製多脚変圧器磁心を含む電源変圧器の製造方法であって、
未焼鈍アモルファス金属から一連の切断ストリップをつくること、
未焼鈍切断ストリップを複数の集積体に集めること、
磁心窓および少なくとも１つの嵌込み結合部を有する未焼鈍変圧器磁心を成形するようにマンドレルのまわりに前記集積体を成形すること、
前記未焼鈍変圧器磁心を組立変圧器内で使用するのに適した形状に組み立てること、
前記の組立未焼鈍変圧器磁心を焼鈍すること、
１またはそれを超える変圧器磁心の挿入を許すように各変圧器磁心の嵌込みを解除すること、
次いで前記変圧器磁心を再構成するように変圧器磁心を再嵌込みすること、
からなる、アモルファス金属製多脚変圧器磁心を含む電源変圧器の製造方法。
【請求項１０】
前記電源変圧器は三脚三相電源変圧器である、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記アモルファス金属製多脚変圧器磁心の未焼鈍アモルファス金属が、少なくとも９０％ガラス質でありかつ式Ｍ７０−８５Ｙ５−２０Ｚ０−２０にもとづく公称組成を有するアモルファス金属からつくられ、ただし、前記式の下付き数字は原子百分率であり、ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちから少なくとも１つであり、ＹはＢ、Ｃ、Ｐのうちから少なくとも１つであり、ＺはＳｉ、Ａｌ、Ｇｅのうちから少なくとも１つであり、（ｉ）成分Ｍの１０までの原子百分率が金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗのうちから少なくとも１つと置き換えられ、（ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０までの原子百分率が非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂのうちから少なくとも１つと置き換えられうることを条件とした、請求項９に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器磁心に関し、さらに詳しく言えば、強磁性材料、特にアモルファス合金からなるストリップまたはリボンからつくられた変圧器磁心に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電、産業、電力、乾式用途に従来使われていた変圧器は、巻付けまたは積層集合体から通常はなっている。巻付け磁心設計は自動大量生産技術を助成するので、巻付け磁心変圧器は配電変圧器のような大容積用途に広く用いられている。磁心および巻線集合体をつくるために予め成形された多数回巻き巻線の窓のまわりにおよび窓を通して強磁性ストリップを巻き付ける設備が開発されてきた。しかし、最も一般的な製造方法は、磁心が最終的に結合される予備成形巻線から独立して磁心の巻付けまたは積層を伴う。後者の構成は、磁心が１またはそれを超える巻付け磁心用結合部および積層磁心用多数結合部を伴って成形されることを要求する。磁心を開くためにこれらの結合部において磁心積層が分離され、それによって巻線窓へのその挿入を許す。磁心は、結合部を再生するために閉じられる。この方法は、磁心を巻線で「嵌め込むこと」として広く引用されている。
【０００３】
アモルファス金属からなる巻付け磁心の通常の製造方法は、リボン巻付け、積層切断、積層重合または積層巻付け、焼鈍、磁心縁仕上げの各工程からなる。リボン巻付け、積層切断、積層重合、ストリップ包囲を含むアモルファス金属製変圧器磁心の製造方法は、米国特許第５，２８５，５６５号、同５，３２７，８０６号、同５，０６３，６５４号、同５，５２８，８１７号、同５，３２９，２７０号、同５，１５５，８９９号に記載されている。
【０００４】
仕上げられた磁心は、一端の継鉄に結合窓をもつ長方形形状をしている。磁心の脚は剛体であり、結合部は巻線挿入のために開かれる。アモルファス積層は、約０．０２５ｍｍ（０．００１ｉｎ）の厚みをしている。これは、冷間圧延方向性結晶粒（ＳｉＦｅ）からなる変圧器鋼材料から巻付け磁心を製造することにくらべて、巻付けアモルファス金属製磁心の磁心製造方法を比較的複雑にしている。方向性珪素鋼においては、冷間圧延方向性結晶粒層の厚みが相当に厚い（一般に、約０．３３ｍｍ（０．０１３ｉｎ）を超える）ばかりではなく、方向性珪素鋼が特別に可撓性である。これらの技術的特徴の組合せ、すなわち、珪素鋼の大きな厚みおよび相当に大きい可撓性が、アモルファス金属ストリップ、特に焼鈍されたアモルファス金属ストリップから珪素鋼をただちに識別し、また、アモルファス金属ストリップの取扱に関連した多くの技術的問題を予防する。結合重複部が積層重合要素の一端から正しく整合することを要求し、かつ、結合重複部が積層の一端から他端まで「階段」状に正しく整合することを要求するので、環状形状から長方形形状に磁心を成形するように用いられる方法の特質上の両立性は、アモルファス金属積層重合要素に大いに依存している。もしも磁心成形方法が正しく実行されないならば、仕上げられた磁心の磁心損失および既存電力特性に否定的に影響を及ぼすストリップ巻取および磁心成形過程中に、磁心は磁心脚および隅部分に過剰な応力を受ける。
【０００５】
アモルファス金属製単層変圧器に従来用いられていた磁心−巻線形体は、１つの磁心、２つの磁心脚、２つの巻線からなる磁心形式、２つの磁心、３つの磁心脚、１つの巻線からなるシェル形式である。アモルファス金属製三相変圧器は、次の形式の磁心−巻線形体を一般に使用する。それは、４つの磁心、５つの磁心脚、３つの巻線からなる形式、３つの磁心、３つの磁心脚、３つの巻線からなる形式である。これらの各形体においては、磁心は、脚と整列するようにかつ巻線が正しい間隙に挿入されることを保証するように一体に組み立てられなければならない。変圧器の大きさにもとづいて、同じ大きさの多数磁心の母材が大ｋＶＡサイズのために一体に組み立てられる。巻線挿入のための磁心脚の整列方法は比較的に複雑になる。さらに、多数磁心脚を整列させるさいに、各磁心脚が所定位置に曲げられるときに、利用される手順は磁心に余分な応力を発生させる。この余分な応力は、完成された変圧器に生じる磁心損失を増加させる傾向がある。
【０００６】
磁心積層は焼鈍過程から脆くなり、変圧器組立過程において磁心結合部を開閉するために特別の配慮、時間、特殊設備を必要とする。これは焼鈍されたアモルファス金属固有の特性であり、避けられない。積層破壊および積層剥離は、磁心結合部の開閉過程において容易に避けることはできないが、理想的に最少にされる。剥離の存在は、変圧器の動作に対して不利益を広げる。積層間に点在する剥離は、巻付け磁心の積層の面接触を低減し、したがって変圧器の全動作効率を低下する。剥離および嵌込み結合部の箇所は、面接触を低下させ、嵌合結合部分間の重なりを減じ、変圧器の全動作効率を再び減少させる。これは、現時点では最大の損失が剥離によって起こるように期待されるので、嵌込み結合において特に重要である。破壊された剥離が巻線内に入らず、磁心内で層間の潜在短絡をつくらないことを保証するように、抑制方法が要求される。磁心結合部の開閉のさいに積層に誘発される応力は、変圧器の動作効率の永久低下のみならず、完成変圧器の磁心損失および励磁電力の永久増加をしばしば生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようにして、電源変圧器の組立中に起こることもある積層破壊の減少された可能性を固有に特徴付けるアモルファス金属製磁心を提供することが、特に有利である。
巻付け積層アモルファス金属製磁心、特に三相変圧器に使用されるのに適したアモルファス金属製三脚磁心内で減少した応力条件を固有に特徴付けるアモルファス金属製磁心を提供することが、特に有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点は、変圧器の組立中に起こることもある積層破壊の減少された傾向を固有に特徴付ける変圧器用アモルファス金属製磁心が提供される。
本発明の第２の観点においては、アモルファス金属製三脚磁心、特に三相変圧器内に包含される磁心に適したものが提供される。
【０００９】
本発明の別の実施例においては、減少された磁心損失を特徴付けるアモルファス金属製三脚磁心を含む三相変圧器が提供される。
本発明のさらに別の実施例においては、三相変圧器内に包含される磁心に特に適したアモルファス金属製三脚磁心の組立または製造方法が提供される。
【００１０】
本発明のさらに別の実施例においては、減少された組立工程および／または組立時間のみならず、減少された磁心損失を生じるアモルファス金属製三脚磁心をもつ三相変圧器の製造のための改良された方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１において、ストリップ部分１２に切断されるように指定されたアモルファス金属ストリップ１０を収容する巻付けリール５の側面図が示されている。これらのストリップ部分１２は、アモルファス金属ストリップのグループ２０を成形するように整合して後に積層される。これは、アモルファス金属ストリップのグループ２０の各側面図である図２により明確に示されている。図２に最もよく示すように、グループ２０を成形する個々のストリップ部分１２は、他のストリップ部分１２の長さにほぼ等しい長さを有する。各グループ２０からなる個々のストリップ部分１２の特別な数は、必ずしも厳密なパラメータではないが、成形されるべきアモルファス金属製巻付け磁心の最終寸法のみならず、各ストリップ部分１２の厚み、各曲げ特性を含めた技術的考慮が存在することを理解されたい。このようにして、４枚のみのストリップ部分１２が図２においては示されているが、それよりも多いか少ない数のストリップ部分１２が各グループ２０からなることを理解されたい。
【００１２】
図３において、複数のグループ２０からなる集積体４０の側面図が示されている。通常は、グループ２０の数は、各ストリップ部分１２の厚みに関連して予め決定される。すなわち、成形されるべきアモルファス金属製巻付け磁心の最終的寸法のみならず、各部分の曲げ剛さ特性にもとづいて決まる。最終的にアモルファス金属製三脚変圧器磁心が組み立てられるように、各グループ２０の数および寸法が選定されることを要求される。アモルファス金属製変圧器磁心の組立を容易にするために、任意の２つの隣接グループ２０間で階段４２が設けられるように、各グループ２０が相対位置で積層される。さらに好ましくは、図３に示すように、複数の階段４２が各集積体４０に設けられる。図面から容易にわかるように、各グループ２０は直接隣接グループ２０に関して割出し階段を設けるように食い違いになっている。各階段の相対的寸法に関しては、これは本発明の成功には必ずしも厳密ではないが、集積体４０から成形されるべきアモルファス金属製巻付け磁心の最終的寸法のみならず、各ストリップ部分１２の厚み、焼鈍に続く各部分の曲げ剛さ特性（それらに限定されないが）を含めたいくつかの技術的考慮が存在する。さらに、後に詳細に説明するように、個々のグループ２０の寸法、各集積体４０の相対的構成は、集積体４０から成形されるべきアモルファス金属製巻付け磁心が組み立てられるとき、割出し嵌込み結合部が最終的に成形されるように選定される。
【００１３】
図４は、複数の集積体４０からなる磁心部分５０の側面図を示す。ここでは、３つの集積体４０が示されているが、それよりも多い数のまたはそれよりも少ない数の集積体が磁心部分５０を成形するように用いられてもよい。図４からわかるように、３つの集積体４０は、一端において３つの重なり結合部５２が成形され、それぞれが各集積体４０の個々の階段４２からなる逆「階段」パターンに成形されるように整合されて重ねられる。これら３つの集積体の各他端においては、３つの下側はみ出し結合部５４があり、各集積体４０の個々の階段４２から成形される「階段」パターンとして見える。図４においは、グループ２０は階段４２のパターンが各集積体４０内で繰り返されるように配置され、また、集積体４０それ自体が磁心部分５０の繰返し階段パターンを成形するように配置される。図４に示す実施例は本発明の一好適実施例を示しているが、磁心部分５０におけるばかりではなく、各集積体４０における階段の数が図に示すものと同じかまたは異なる場合もあることを理解されたい。同様に、階段結合部５２、５４のパターンは、各磁心部分５０におけるばかりではなく、各集積体４０においても変わりうる。「階段」パターンが与えられていることは本発明にとって必須のものではなく、むしろ、アモルファス金属製磁心部分の構造使用に合致するように集積体の要求数を与えるために、集積体４０が割出し結合部を成形する集積体４０の任意の配置および集積体４０および磁心部分５０の配置が用いられることを理解されたい。重なり結合部５２、５４のための別のパターンは、グループ２０の両端を有する代わりに、むしろ、結合部が嵌め込まれたときに、１つのグループの一端が他端に重なるように重複を成形する。この技術は、アモルファス金属製巻付け変圧器磁心を成形するために用いられる各集積体についてばかりではなく、各グループについても繰り返されうる。
【００１４】
本発明の特定の利点は、従来技術から固有の特定の制約に関して表される。図５には、従来技術にもとづく五脚変圧器磁心が示されている。図５に示すように、五脚変圧器磁心は４つの磁心部分６０からなる。各部分は互いに実質的に同じである。この側面図に示されているように、各磁心部分は構成がほぼ長方形で、巻付け金属磁心を代表するように意図されている。さらに、図面では多数の上下重なりを含む一連の結合部６２が各磁心部分にあるように示されているが、本質的には任意の他の形体でもよい。各巻付け磁心が再組立されることのみが要求される。
【００１５】
従来技術において固有でありかつ図５の磁心組立体によって代表される顕著な欠点は、焼鈍工程中に磁界が各磁心部分のまわりに置かれることを要求されるので、このような磁心が金属、特にアモルファス金属からつくられることから生じる。公知技術の方法によれば、各個々の磁心がまず組み立てられ、磁界が存在する状態で適切な温度および時間条件の下で焼鈍され、その後磁心が冷却される。通常は、各個々の磁心６０は個々に焼鈍され、次いで各個々の磁心６０が組み立てられる。アモルファス金属製五脚変圧器磁心において固有の著しい技術的問題は、その五脚変圧器磁心を利用する変圧器の最終形体にある。図面からわかるように、相対的比率は、むしろ大きい幅（Ｗ）対高さ（ｈ）比を有する変圧器に現れる。この縦横比は、三相変圧器が要求され、多脚が必ず要求されることによって生じる。先に述べたように、これは、図５に示すような変圧器磁心をまず組み立てて、次いで単独磁界の存在する状態で全変圧器磁心を一工程で焼鈍することが可能ではなかったので、個々に焼鈍された一連の磁心６０の組立を要求する。当然、五脚変圧器の合成寸法が、この五脚変圧器設計を利用する任意の従来変圧器の装着に必要な大空間を固有に要求する。当然、空間が重要視されている多くの例においては、このような五脚変圧器を利用できない。
【００１６】
図５からでは明らかではないが、当業者であれば理解されるであろう別の欠点は、時間および温度変数のみならず均等でかつ両立した磁界が完成変圧器に組み立てられるべき変圧器磁心に均等に維持されるべきことが知られていることに由来する。磁界の変動のみならず焼鈍の下で受ける巻線が、焼鈍過程中に磁心に作用する時間および／または温度条件間の差違、しばしばわずかな差違でさえも、合成焼鈍変圧器磁心の動作特性に顕著でかつしばしば有害な衝撃を与えることがある。従来技術にもとづく五脚変圧器が最適条件下で動作するために、この形体を有する完成変圧器を組み立てるために用いられる４つの巻付け変圧器磁心が焼鈍段階中の時間および／または温度条件のみならず同一磁界を受けるべきことが要求される。これは、今日においてはまったく不可能ではなくとも、一般に実用的ではない。このような両立する焼鈍条件を受け容れない差違は、ここで特に明らかにされていない他のことのみならず磁界を励起するように用いられる炉の形状、巻線または電力における変形を含む公知の変数を含む。個々の磁心の焼鈍におけるこれらの変形は、巻付け磁心から巻付け磁心へ変化する合成磁気特性に変形を生じる。このようにして、多数の巻付け変圧器磁心が、五脚変圧器に組み付けられたとき、磁心間の変動が全体の動作損失を生じる。再び、このような動作損失は、可能な限り避けられるべきである。
【００１７】
従来の五脚変圧器磁心における多くの固有の欠点は、本発明の観点によるその他のもののみならず、アモルファス金属製三脚変圧器磁心によって驚異的にかつ成功裏に向けられかつ解決される。
【００１８】
図６には、本発明にもとづいく組立状態にあるアモルファス金属製三脚変圧器磁心７０が示されている。図６の側面図に示すように、アモルファス金属製三脚変圧器磁心７０は、３つの磁心部分からなる。外側磁心部分７２は２つの内側磁心部分８０、９０を包囲する。外側磁心部分７２について言えば、外側磁心部分７２の側脚７４、７６が各内側磁心部分９０、８０の少なくとも１つの側脚９２、８２に隣接するように、２つの磁心部分８０、９０を内部に収容するのに適した寸法を外側磁心部分７２は有している。同様に、内側磁心部分８０、９０は、互いに隣接するが外側磁心７２の任意の脚に隣接しない１つの脚８４、９４を含む。図６からもわかるように、各磁心部分７２、８０、９０は、嵌込み結合部７８、８８、９８をそれぞれ含む。図６の近くからの眺めから明らかなように、外側磁心部分７２の填込み結合部７８は、２つの内側磁心部分８０、９０の階段状結合部８８、９８に接触する上下重なり結合の形体を有する。結合部の格別な形体が図６に示されているが、巻線集合体の脚に挿入することを許すために結合部が嵌合離脱されうる限り、その他の任意の形体が利用されることを理解されたい。また、本発明の好適実施例によれば、図６に示すように各磁心部分７２、８０、９０がただ１つの嵌込み結合部を含む。これは、従来技術、特に現在出願中の米国特許第０８／９１８，１９４号の図９に示すものについてここに述べたアモルファス金属製三脚変圧器磁心の構造とは対照的に相違している。この相違は、過小評価されるべきではなく、実際に本発明の利点の１つを与える。上述したように、焼鈍されたアモルファス金属製要素から変圧器磁心を製造するさいに固有な顕著な問題は、磁心損失を招くアモルファス金属ストリップの剥離および破壊の危険性にある。しかし、アモルファス金属ストリップのこのうような破壊および剥離は、焼鈍過程後のアモルファス金属に付与される固有の脆さのために避けることが困難である。当然、結合部の数の最少化、特にこのようなアモルファス金属製磁心から変圧器をつくることを要求された組立工程の最少化が、巻付けアモルファス金属製磁心固有の欠点の傾向のみならず、磁心損失を最少にするであろうアモルファス金属ストリップの破壊または剥離の傾向を減少するように強く望まれている。出願中の米国特許第０８／９１８，１９４号においては、多くのこれらの問題は、「Ｃ型」、「Ｉ型」を含む個々の磁心部分および個別に焼鈍され、その後変圧器磁心に組み立てられる直線磁心部分の製造のために克服された。出願中の米国特許第０８／９１８，１９４号からわかるように、少なくとも２つの結合部の最小化が変圧器磁心をつくるために要求されている。本発明の方法が、出願中の米国特許第０８／９１８，１９４号に示されているようなＣ型、Ｉ型、直線磁心部分を用いて実施される場合、改良された変圧器磁心がつくられる。これは、焼鈍工程前に適切なＣ型、Ｉ型、直線磁心部分が変圧器磁心を成形するように組み立てられたとき実現される。その変圧器磁心は続いて磁界を受け、適切に焼鈍される。Ｃ型、Ｉ型、直線磁心部分の使用は、様々な変圧器形体がつくられる点で特に有利である。しかも、米国特許第０８／９１８，１９４号に挙げられた生産工程（そこでは、個々の部分が磁界の下でまず焼鈍されることが最初に意図されている）と相違して、本発明にもとづいてまず組立がなされ、その後に磁界をかけられて焼鈍が実行される。このような過程において重要な利点は、米国特許第０８／９１８，１９４号の方法によれば、多数の結合部が焼鈍に続いて一体に嵌め込まれる必要があったので、結合部の剥離または破壊の顕著な潜在性の減少がなかったことである。焼鈍アモルファス金属は、特に脆く、変圧器を製造する必要がある手動再嵌込み作業中に特に取扱難い。本発明の方法によれば、アモルファス金属が未焼鈍状態であり、まだ柔軟性がある間に、変圧器磁心が組み立てられ、次いで焼鈍される。その後、最少数の結合部が適切に採寸された変圧器巻線および開いた結合部の挿入を許すために分離される必要があり、変圧器磁心を再構成するために再嵌め込みされる必要がある。特に有利な特定の実施例によれば、本発明の変圧器磁心に与えられた１またはそれを超える変圧器磁心は、ただ１つの嵌込み可能結合部からなる。
【００１９】
しかし、１またはそれを超える結合部が本発明の変圧器磁心に与えられうるが、本発明の実施例によれば、三相変圧器の製造に特に適したアモルファス金属製三脚変圧器磁心が、各磁心部分の減少された数の磁心結合部、特に１磁心について１結合部を有するものと共に製造されうる。
【００２０】
本発明の別の観点によれば、三相電源変圧器に用いられるのに特に適したアモルファス金属製三脚変圧器磁心の製造方法が提供される。この方法によれば、図６と関連して一般に記載されているように、２つの内側アモルファス金属製磁心部分を包囲する適切に採寸された外側磁心部分が設けられる。しかし、アモルファス金属製磁心も個々のアモルファス金属製ストリップも、磁心に組み立てる前にまだ焼鈍過程を受けていなかった。図６に示すようなアモルファス金属製変圧器磁心の組立に続いて、第１磁界（外側磁心部分７２の側脚７６および第１内側磁心部分８０の隣接脚８２によって特定される）が第１側脚に加えられ、また、第２磁界（外側磁心部分７２の他方の側脚７４および他方の内側磁心部分９０の隣接脚９２によって特定される）が変圧器磁心７０の第２脚に加えられる。これら２つの磁界の存在下で、組立アモルファス金属製三脚変圧器磁心は、変圧器磁心が焼鈍状態にある間に、そこに収容されたアモルファス金属ストリップを適切に焼鈍するために、適切な時間および温度条件を受ける。その後、アモルファス金属製三脚変圧器磁心は、冷却される。
【００２１】
本発明の別の観点においては、このように製造されたアモルファス金属製三脚変圧器磁心は、電源変圧器の製造に利用されうる。この観点によれば、上述したように製造された焼鈍アモルファス金属製三脚変圧器磁心は、各３つの磁心の各結合部において分離され、次いで適切に採寸された変圧器巻線が各脚に設けられ、その後変圧器磁心を再構成するために再嵌合される。
【００２２】
本発明は、上述した製造方法が成功裏に実施されうることが意外にわかった。従来では焼鈍過程中にアモルファス金属の適切な磁化が達成されることは期待されていなかった。このようなアモルファス金属製三脚変圧器磁心は焼鈍過程中に完全に組み立てられていた。驚くべきことに、ここに記載した形体にもとづいて、特に、図６に示すような好適形体は、焼鈍過程中の磁界の有効磁化がすでに組み立てられたアモルファス金属製三脚変圧器磁心に与えられることがわかった。
【００２３】
図６に戻って、嵌込み状態にあるアモルファス金属製三脚変圧器磁心７０が示されている。図６は、焼鈍処理工程中に磁心７０が磁化されている間の磁心７０の状態を示す。図６に示すように、結合部８８において嵌め込まれた第１内側磁心部分８０と、結合部９８において嵌め込まれた第２内側磁心部分９０とが設けられる。ＤＣ電源８１がその陽極および陰極に取り付けられた連続ループ状ワイヤ８３を有するように表されている。ループ状ワイヤ８３の一部が、図６に示すように、磁心７０の内外側磁心部分の一部に巻き付けられている。図からわかるように、このワイヤ８３は、第１内側磁心部分８０および外側磁心部分７２の一部に同時に巻き付けられている第１組の巻線８５と、第２内側磁心部分９０および外側磁心部分７２の一部に同時に巻き付けられている第２組の巻線８７とを形成する。本発明の好適実施例によれば、巻線の数は図６に示されているものよりも異なっているが、好適状況の下では第１組の巻線８５および第２組の巻線８７は同じ数である。この特性は、均等な磁界が焼鈍作業中に変圧器の内外側磁心部分に加えられることを保証する。任意の適切な電源またはＤＣ電源が図６に示すＤＣ電源８１に代わって用いられうる。
【００２４】
図示する条件の下では、本発明は、巻線８５、８７が適切に付勢されている間に、磁心部分７２、８０、９０内に適切な磁界が発生されていることが意外にもわかった。図示する磁界の方向において、矢印「ａ」は外側磁心部分７２内の磁界の方向を表し、矢印「ｂ」は第１内側磁心部分８０内の磁界の方向を表し、矢印「ｃ」は第２内側磁心部分９０内の磁界の方向を表す。図６からわかるように、これら磁界の方向は焼鈍作業中に変圧器磁心７０に流れる共通電流である。第３内側脚８４、９４における方向のみが逆流であることが観察される。それにもかかわらず、本発明者は、これらの逆流磁界がアモルファス金属製磁心の全体の最終動作特性に過度に有害ではないことを観測した。
【００２５】
この顕著でかつ意外な結果は、適切に採寸された変圧器巻線を受け容れるために、予備組立、その後焼鈍、次いで分離されるアモルファス金属製磁心の製造の可能性を与える。これは減少された数の取扱工程を与え、ある好適実施例においては減少数の結合部がこのような変圧器磁心を製造するように要求される。図６に示すような格別な好適実施例にもとづいて、ただ１つの結合部が各変圧器磁心に要求されることがわかる。これは、従来技術において公知である多くのアモルファス金属製変圧器構造と対照的であり、また、出願中の米国特許第０８／９１８，１９４号に示されるものとも実際に対照的である。米国特許第０８／９１８，１９４号の記載および図面からわかるように、最少の２つの結合部が各変圧器磁心に要求される。米国特許第０８／９１８，１９４号に示されているような変圧器磁心構造組立体は、各個々の部分が未焼鈍状態で変圧器磁心の形体に組み立てられ、次いで一工程で磁化、焼鈍され、そして後に変圧器巻線を含めるために分解され、完成変圧器に再組立されるので、本発明の原理から利益を得ることができるけれども、図６に示すような実施例はさらに全体にわたって改良をもたらす。
【００２６】
図７は分離状態にある図６のアモルファス金属製三脚変圧器磁心を示す。図７からわかるように、第１内側磁心部分８０および第２内側磁心部分９０の対応する結合部８８、９８のみならず結合部７８を形成する外側磁心部分７４の対応する端部が、３つの適切に採寸された磁気巻線（図７においては示されていない）を３つの脚、すなわち第１外側脚７６、８２、第２外側脚７４、９２、第３内側脚８４、９４に挿入できる形状に図示されている。その後、結合部７８、８８、９８は各磁心部分７４、８０、９０を閉じるためにそれぞれ嵌め込まれる。
【００２７】
上述したことから予想されるように、アモルファス金属製三脚変圧器磁心の好適実施例の製造中に、各変圧器磁心は１回だけ分離され、再嵌合されることが容易にわかる。これは、労働および取扱の観点から特に妥当である取扱および組立時間の必要な量を最少にすることがわかる。結合部内でのアモルファス金属の減少された損失のみならず、磁心損失の傾向を減少する脆い焼鈍アモルファス金属の破壊または剥離の減少された傾向が多分より妥当でさえある。それに反して、多くの従来技術においては適切な変圧器巻線の挿入、その後の最終嵌込みを許すために最終分離前に組み立てられる必要があるアモルファス金属製変圧器の個々の部分または個々の磁心の焼鈍によって追加の取扱工程が要求されたが、これら多くの追加組立工程は本発明によって減少または排除される。
【００２８】
図８において、変圧器巻線１００、１０２、１０４（破線で示す）の配置をさらに示すばかりではなく、嵌込み状態にある図６のアモルファス金属製三脚変圧器磁心が示されている。図８からわかるように、各変圧器巻線１００、１０２、１０４は適切に採寸されている。第１変圧器巻線１００はアモルファス金属製三脚変圧器磁心の第１外側脚を通過させ、第２変圧器巻線１０４は変圧器磁心の第２外側脚を通過させ、第３変圧器巻線１０２は変圧器磁心の内側脚を通過させている。
【００２９】
上述したように、本発明の格別な好適実施例が図６、７、８にもとづいてほぼ記載されているが、それにもかかわらず本発明の原理はその他のアモルファス金属製変圧器磁心の製造およびそのような磁心を含む変圧器の製造に用いられうることを理解されたい。ここに記載された技術は、他のアモルファス金属製多脚変圧器磁心形体にも用いられうることが予想される。
【００３０】
図９は、個々の部分からなる本発明にもとづくアモルファス金属製三脚変圧器磁心１２０の別の実施例を示す分解斜視図である。これらの個々の部分は、第１Ｃ部分１１０、第２Ｃ部分１１２、内側部分１１４、第１直線部分１１６、第２直線部分１１８を含む。図９に示すように、各部分は、嵌合結合部または異なるＣ部分、Ｉ部分もしくは直線部分の少なくとも一部を完成するように適切にかつ対応して採寸された複数の結合部を含む。
【００３１】
図１０は、図９の組み立てられたアモルファス金属製三脚変圧器磁心１２０の斜視図を示す。図１０の点検によってわかるように、組み立てられた変圧器磁心１２０は、第１Ｃ部分１１０、第２Ｃ部分１１２、第１直線部分１１６、第２直線部分１１８からなる外側磁心を含む。これらの上述した部分の各々は、対応する嵌合結合部１３０、１３２、１３４、１３６によって結合される。アモルファス金属製三脚変圧器磁心１２０は、第２Ｃ部分１１２の一部およびＩ部分１１４の別の一部からなる第２内側磁心部分のみならず、第１Ｃ部分１１０の一部およびＩ部分１１４の一部からなる内側磁心部分を含む。これらの上述した部分の各々は、対応する部分間で対応する結合部１４０、１４２、１４４、１４６において嵌合される。図９、１０に示す本発明の実施例によれば、アモルファス金属製三脚変圧器磁心１２０がまず組み立てられ、次いで組立アモルファス金属製三脚変圧器磁心１２０の焼鈍が実現される適切な時間および温度条件の下で２つの磁界を受ける。本発明の別の観点にもとづいて、１またはそれを超える結合部１３０、１３２、１３４、１３６、１４０、１４２、１４４、１４６が、アモルファス金属製三脚変圧器磁心１２０の１またはそれを超える脚に適切に採寸された巻線の挿入を許すために分離され、次いで内外磁心部分を再構成するために再嵌合される。各磁心部分内で最少数の結合部が、変圧器巻線の挿入を許すように分離され、次いで各磁心部分を再構成するように再嵌合されるのが有利である。例えば、一方法によれば、結合部１４２、１４０のみならず結合部１３２、１１６が変圧器巻線の挿入を許すように分離される。代案として、各内側磁心部分の１つだけの結合部１４０、１４２が分離され、他方、外側磁心部分の２つの隣接結合部１３０、１３２が変圧器巻線の挿入を許すために分離されてもよい。もちろん、これらの結合部は、前述した隣接階段状結合部またはずれ重なり結合を含めて任意の適切な形体であってもよいことを理解されたい。しかし、いずれの場合でも、出願中の米国特許第０８／９１８，１９４号に記載された技術と対比して、米国特許第０８／９１８，１９４号に記載された変圧器磁心を組み立てるように最終的に用いられる個々の部分の磁化および焼鈍とは反対に、予備組立変圧器磁心の一工程の磁化および焼鈍過程が実施されることを理解されたい。
【００３２】
図１１は、本発明にもとづくアモルファス金属製三脚変圧器磁心の一部断面図である。図１１に示すように、本発明にもとづくアモルファス金属製三脚変圧器磁心は、磁心および巻線部分の幾何学的形体の変形に基礎を置いている。図１１に示すように、磁心１６０はほぼ長方形、ほとんど断面正方形であり、他方、適切に採寸された変圧器巻線は変圧器巻線１６０を受けるように適切に採寸された内部空間１６４を有する断面をもつ。図１１によれば、この内部空間は断面がほぼ長方形であり、磁心と巻線との間の間隙または空気ギャップを最少にし、それによってより効率的な集積体変圧器を与えるように、適切に採寸されることが期待される。
【００３３】
図１２は、本発明にもとづくアモルファス金属製三脚変圧器磁心の別の実施例を示す断面図である。変更実施例においては、十字断面をした変圧器磁心１７０が示されている。十字部分は、可変幅を有するアモルファス金属箔の個々の集積体または積層から組み立てられる。それらのすべては、適切に採寸されたほぼ円形変圧器巻線の内部１７２内に包囲される。この断面図からわかるように、巻線はその内部が完全に中空で、十字形状アモルファス金属製変圧器磁心を収容するように適切に採寸されている。
【００３４】
図１３においては、図１２にもとづくアモルファス金属製変圧器磁心の斜視図が示されている。この斜視図においては、十字形状アモルファス金属製変圧器磁心１７０とほぼ円形形状変圧器巻線１７４との相対関係がわかる。再び、磁心および巻線が一部を成形する変圧器の集積体効率を改善するように、磁心１７０と巻線１７４との間の空気ギャップが最少にされることが、理想的環境の下で意図されている。
【００３５】
広く述べられている有用なアモルファス金属に関しては、巻付けアモルファス金属製変圧器磁心に用いるのに適したアモルファス金属は、少なくとも９０％のガラス質、好ましくは少なくとも９５％のガラス質、しかし最も好ましくは少なくとも９８％のガラス質である任意のアモルファス合金である。
【００３６】
広範囲のアモルファス合金が本発明にもとづいて用いられてもよいが、本発明のアモルファス金属製変圧器磁心に用いる好適合金は、式Ｍ７０−８５Ｙ５−２０Ｚ０−２０によって特定される。ここで、前記式の下付き数字は原子百分率であり、ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちから少なくとも１つであり、ＹはＢ、Ｃ、Ｐのうちから少なくとも１つであり、ＺはＳｉ、Ａｌ、Ｇｅのうちから少なくとも１であり、（ｉ）成分Ｍの１０までの原子百分率が金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗのうちから少なくとも１つと置き換えられ、（ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０までの原子百分率が非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂのうちから少なくとも１つと置き換えられうることを条件とした。このようなアモルファス金属製変圧器磁心は、ギガヘルツ範囲までの周波数のみならず約５０および６０Ｈｚの配電周波数についての電圧変換およびエネルギ蓄積用途に適している。
【００３７】
非限定例として、本発明の変圧器磁心が特に適している装置は、電圧、電流、パルス変圧器；線形電源用誘導子；スイッチ・モード電源；線形加速器；力率修正装置；自動点火コイル；ランプ安定器；ＥＭＩおよびＲＦＩ装置用フィルタ；スイッチ・モード電源用磁気増幅器；磁気パルス圧縮装置等を含む。本発明の変圧器磁心は、約５ｋＶＡから約５０ＭＶＡまで、好ましくは２００ｋＶＡから１０ＭＶＡまでの電力範囲を有する装置において使用されてもよい。特定の好適実施例によれば、変圧器磁心は、２００ｋＶＡから１０ＭＶＡまでの範囲で最も好ましい動作範囲を有する電源変圧器、液体充填変圧器、乾式変圧器等のような大型変圧器に使用できる。別の好適実施例によれば、本発明にもとづく変圧器磁心は、少なくとも２００ｋｇの質量を有し、好ましくは少なくとも３００ｋｇの質量を有し、より好ましくは少なくとも１０００ｋｇの質量を有し、さらにより好ましくは少なくとも２０００ｋｇの質量を有し、そして最も好ましくは約２０００ｋｇから約２５０００ｋｇの範囲の質量を有する。
【００３８】
変圧器磁心がアモルファス合金からつくられる本発明の応用は、本発明から大きな利益を引き出す。このようなアモルファス合金は、０．００１ｍｍ（１／２５００ｉｎ）を超えない厚みを有する薄いストリップ、リボン、またはシート（板）においてのみ通常入手できる。このような薄い寸法は、アモルファス金属製磁心においては多数の個々の積層を必要とし、特に珪素鋼からつくられた変圧器磁心と比較したとき、組立過程を実質的に複雑にし、その過程は同様の用途において通常はほぼ１０倍の厚みとなる。さらに、当業者にとっては明らかなように、焼鈍後のアモルファス金属は未焼鈍状態よりも実質的に脆くなり、安易な破砕によって曲げ応力を受けたとき、ガラスの特性に似る。焼鈍アモルファス金属においては長い範囲の結晶秩序に欠けるために、破壊の方向は非常に予測できなく、また、疲労線または点にそって破壊するように期待されうる多くの結晶金属とは異なって、焼鈍アモルファス金属は、ここに述べたように非常に有害な面倒な剥離を含めて多数の部分にしばしば破壊する。
【００３９】
本発明にもとづく変圧器磁心を用いて変圧器を製造することのみならず、変圧器磁心を製造するように要求された特定の機械的組立工程は、当該技術において公知であるか、出願中の米国特許第    号のみならず出願中の米国特許第０８／９１８，１９４号（その内容に関してここに組み入れる）に記載された慣用の技術を含む。一般に、アモルファス金属の連続リボンまたはストリップから変圧器磁心をつくるために、積層グループ２０および集積体４０の切断および積層は、定寸機械およびグループを階段状に定置できる積層装置によって実施される。定寸増分は、積層グループの厚み、各集積体のグループ数、要求された階段間隔によって決定される。その後、磁心（または図９、１０に示すような磁心部分）が適切に採寸されたマンドレルのような型のまわりに積層グループ２０または集積体４０を曲げるような公知の技術にもとづいて成形されてもよい。代案として、磁心は、個々のグループおよび集積体を回転アーバに送って巻き付ける半自動ベルト・ネスティング機を用いて、または環状形状から長方形磁心形状に磁心積層を手動プレス成形することによって製造されてもよい。
【００４０】
望ましくは、磁心または磁心部分の機械的安定性および取扱を容易にするために、磁心または磁心部分の縁は、積層グループ２０または集積体４０を一体に保持することを助ける接着剤、特にエポキシ樹脂を被覆または含浸される。通常は、このような接着剤の適用は変圧器磁心または磁心部分の焼鈍に続いて起こる。しばしば、図９、１０から見られるような結合板の使用は、さらなる剛性を与えるために積層グループ２０または集積体４０の縁に適用される。巻付けまたは紐の使用のようなその他の技術およびその他の手段は、磁心または磁心部分を強化し、方法の焼鈍工程前および焼鈍工程中にそれらの形状を保持するように用いられてもよい。しかし、接合板と共にまたはそれ無しで焼鈍に続くエポキシ樹脂の使用が、それらの容易な適用および良好な物理的性能特性のために焼鈍に続いてなされることが好ましい。
【００４１】
特に大型の変圧器に対しては、図９、１０にもとづく形体および技術にもとづくアモルファス金属製磁心の構成は、しばしば有利である。しかし、ここで述べた発明原理は添付図面に必ずしも示されていないものを含めて、その他の変圧器磁心設計と共に有用であるように意図されていることを理解されたい。
【００４２】
変圧器磁心のアモルファス金属の内部応力を減少するために、本発明の組立変圧器磁心が十分な時間適切な温度で焼鈍される。当業者によって理解されるように、焼鈍温度および時間は変化し、一部では焼鈍炉、炉の動作温度範囲、選択された焼鈍温度等のような様々な因子によって決まる。一般に、時間および温度条件は、焼鈍過程中に変圧器磁心の内部応力を好ましくは実質的に容易に知覚して減少するように選択されることだけが要求される。このような内部応力の減少は、変圧器磁心の性能特性を改善し、また、理想的な条件が格別な変圧器磁心および実施できる焼鈍条件のために慣用の実験によって決定されてもよい。同様に、変圧器磁心が焼鈍過程中に少なくとも１つの磁界を受けるときに、このような内部応力が減少されることが知られている。再び、特別な磁界強さおよび特別な条件は、上述した１またはそれを超える特許におけるような公知の従来技術条件からばかりではなく、慣用の実験によって決定されてもよい。特別かつ好適条件は、下記に述べる実施例から少しずつ集められてもよい。有利なことには、非限定実施例によって、本発明の組立変圧器磁心は３３０−３８０℃の温度で焼鈍されるが、２つの磁界を受けた場合に約３５０℃が好ましい。当業者にとっては周知のように、焼鈍工程は、鋳造、巻線、切断、積層、配置、成形、整形工程中に与えられる応力を含めて、アモルファス金属材料中の応力を開放するように動作する。
【００４３】
〔実施例〕
一連の変圧器磁心は、従来技術および本発明にもとづく方法にもとづいてつくられた。各磁心部分は未焼鈍アモルファス合金ストリップ（ＭＥＴＧＬＡＳ２６０５ＳＡ１、１４２ｍｍまたは１７０ｍｍ幅）からつくられた。
【比較例１】
【００４４】
図５に示すような五脚変圧器がつくられた。この変圧器は、最初に４つの個々の磁心部分をつくることによってつくられた。各磁心部分は、公知の従来技術にもとづく未焼鈍アモルファス合金ストリップ（ＭＥＴＧＬＡＳ２６０５ＳＡ１、１４２ｍｍ幅）から１つの結合部を有する。要するに、これらの個々の磁心部分は、まず一連の切断ストリップをつくり、それらを適切な集積体に組み立て、最後にそれらを適切な寸法のマンドレルのまわりに巻き付けることによってつくられた。マンドレルは、磁心窓を残して取り除かれた。その後、４つの各磁心部分は、３４０−３５５℃の温度で焼鈍された。焼鈍過程中、１回巻きのワイヤが各磁心窓に通され、各磁心部分の一部のまわりに巻かれた。７００アンペアの電流が、約４ボルトＤＣで、焼鈍過程中に個々の磁心部分内で磁界を誘導するために供給された。３４０−３５５℃の温度に達した後に、個々の変圧器磁心部分の加熱および焼鈍を保証して、磁心がさらに３０分間炉内に保持された。次いで、磁心は取り出され、冷却され、その後図５に示す五脚変圧器に組み立てられた。
【００４５】
冷却され、組み立てられた変圧器磁心は非電導、非磁性面およびＣクレームのような任意の組立装置の上に置かれた。その後、磁心損失が組立焼鈍変圧器磁心について決定された。この評価は、変圧器試験基準ＡＳＡ  Ｃ５７−１２．９３−無負荷損失計測に略述されているプロトコルにもとづいて一般的になされた。試験ケーブルの３０回巻きが磁心脚ごとに巻き付けられた。試験電圧は、１．３テスラの動作誘導を与える９１ＶＡＣであった。ＡＳＡ  Ｃ５７−１２．９３試験によれば、五脚変圧器は、１５６ｋｇであった五脚変圧器磁心の合計質量にもとづいて０．８７ワット／ｋｇの損失を示した。
【比較例２】
【００４６】
第２五脚変圧器磁心が同じ材料からつくられ、比較例１に関連して上述した技術にもとづいてつくられた。五脚変圧器は、焼鈍過程中に上述した同じ熱および磁気条件に曝された個々に焼鈍された変圧器磁心部分から最終的に組み立てられた。再び、焼鈍および冷却に続いて、磁心損失が比較例１に関連して述べられた技術にもとづいて評価された。組立五脚変圧器磁心は、０．３５ワット／ｋｇの磁心損失を示し、五脚変圧器が１５６ｋｇの合計質量を有したことがわかった。
【比較例３】
【００４７】
図６にもとづいて、三脚変圧器磁心は、３つの個々の磁心部分、すなわち、２つの内側磁心部分、１つの外側磁心部分をつくることによってつくられた。各磁心部分は１つの結合部を有する。これらの磁心部分は、公知の従来技術にもとづく未焼鈍アモルファス合金ストリップ（ＭＥＴＧＬＡＳ２６０５ＳＡ１、１４２ｍｍ幅）からつくられた。これらの３つの磁心部分は３４０−３５５℃まで加熱することによって焼鈍された。この温度に一旦到達すると、各変圧器磁心部分の完全な加熱を保証するように、磁心は３０分間その温度に維持した。この焼鈍過程中、ワイヤは磁心窓を通して巻き付けられかつ約４ボルトＤＣで７００アンペアの電流を流すこれら個々の磁心部分のまわりに巻き付けられた。これは、同じ磁界が各磁心部分において励磁されることを保証した。その後、個々の磁心部分が炉から取り出され、冷却された。２つの内側磁心部分が、１５６ｋｇの合計質量を有する三脚変圧器磁心を成形するように外側磁心部分の内部に組み立てられた。
【００４８】
比較例１に関連して上述した方法にもとづいて、この組立三脚変圧器磁心の磁心損失がＡＳＡ  Ｃ５７−１２．９３にもとづいて決定された。各磁心脚のまわりに試験ケーブルの３０回巻き巻線を設け、また、同じ電力入力は比較例１に関連して述べたものと同じである。この試験によれば、磁心損失は０．２５８ワット／ｋｇであるように決定された。次いで、３つの各磁心部分の結合部が開かれ、これらの個々の磁心部分を再構成するように再嵌合された。再び、磁心損失が同じ方法にもとづいて評価され、磁心損失が０．２８４ワット／ｋｇであり、焼鈍および組立過程、ならびに結合部の開閉に起因して１０％程度の増加磁心損失を示すことがわかった。
【比較例４】
【００４９】
図６にもとづく第２三脚変圧器磁心が比較例３に関連して述べた方法および同じ材料からつくられた。個々の磁心部分がつくられ、個々の磁心部分が比較例３の磁心に関連して述べたように、３０分間よりはむしろ６０分間、３４０−３５５℃の温度に滞留することを許した点のみで異なる類似の加熱条件を除いた磁界条件の下で別個に焼鈍された。
【００５０】
同様に、冷却しそして１５６ｋｇの質量を有する三脚変圧器磁心に組み立てた後、磁気損失は０．８７ワット／ｋｇに決定された。その後、前述したように、磁心の結合部が開かれ、次いで三脚変圧器磁心を再構成するために、再嵌合された。再び、比較例３に関連して述べたように、磁気損失は０．３１５ワット／ｋｇに決定され、焼鈍および組立過程ならびに結合部の開閉に起因する９．７％程度の増加磁気損失を示した。
【実施例１】
【００５１】
本発明にもとづいてアモルファス金属製変圧器磁心がつくられた。
比較例３および４においてつくられたものと同じサイズおよび形体の変圧器磁心がつくられた。２つの同じサイズの内側磁心部分が、公知の技術にもとづいて未焼鈍アモルファス合金ストリップ（ＭＥＴＧＬＡＳ２６５０ＳＡ１、１４２ｍｍ幅）からつくられた。これらの磁心部分が製造された外側磁心部分に挿入された。それらの未焼鈍状態でのそれらの組立に続いて、この三脚変圧器磁心が図６に示すように２つの各磁心窓を通過するワイヤの２回巻きによって誘導される磁界の存在の下で、３４０−３５５℃の温度まで加熱された。上記温度まで加熱された後に、炉内の続く滞留時間はこの組立変圧器磁心の加熱および焼鈍を保証するために、３０分間であった。この焼鈍過程中、ワイヤは、約４ボルトＤＣで７００アンペアの電流を流す組立三脚変圧器の２つの磁心窓を通して巻き付けられた。これは、比較例３および比較例４にもとづく磁心に設けられたものにくらべて強い磁界磁心を与えた。その後、組立三脚変圧器磁心が炉から取り出され、冷却された。焼鈍磁心の合計質量は、１５６ｋｇであった。
【００５２】
比較例３および４において記載された方法に関連して上述したプロトコルにもとづいて、この焼鈍磁心は磁心損失について評価され、０．２５ワット／ｋｇに決定された。次いで、これら３つの磁心部分の各結合部が開かれ、次いで結合部が三脚変圧器磁心を再構成するように順に再嵌合された。その後、この焼鈍三脚変圧器磁心の磁心損失が同じ技術にもとづいて再び評価された。その磁気損失は０．２６４ワット／ｋｇであり、２．３３％の磁心損失の増加があった。
【実施例２】
【００５３】
第２三脚変圧器磁心が、上記実施例１に関連して述べられた方法にもとづいて同じ材料からつくられた。図６に示す形体を有する三脚変圧器磁心は、上記実施例１において検討した方法にもとづいて製造された。しかし、３４０−３５５℃の温度に達した後に、加熱された磁心が６０分間（実施例１にもとづく三脚変圧器磁心よりも３０分だけ長い）これらの温度内に維持された。焼鈍過程中、ワイヤが約４ボルトＤＣで７００アンペアの電流を流す組立三脚変圧器の２つの磁心窓に巻き付けられた。磁界の存在下での焼鈍後、焼鈍磁心は取り出され、室温（約２０℃）まで冷却された。同様に、実施例１に関連して述べたプロトコルを用いて、磁心損失が０．２８５ワット／ｋｇに決定された。焼鈍磁心の合計質量は１５６ｋｇであった。その後、３つの磁心部分の各結合部が開かれ、焼鈍三脚変圧器磁心を再構成するために続いて再嵌合された。磁心損失は０．２７４ワット／ｋｇであった。その損失は結合部の再嵌合の後に減少するように見えるのは普通ではないが、これら２つの報告された磁心損失値間の差はいぜんとして４．０％のみの差である。
【比較例５】
【００５４】
さらに不本意に重い三脚変圧器磁心が従来技術にもとづいてつくられた。この変圧器は、少なくとも２またはそれを超える結合部を有する個々の磁心部分からつくられた。これらの三脚変圧器磁心の構造および要素は、図９、１０に示すものにもとづいている。この変圧器磁心は、公知の従来技術にもとづいて未焼鈍アモルファス合金ストリップ（ＭＥＴＧＬＡＳ２６０５ＳＡ１、１７０ｍｍ幅）からつくられた。
【００５５】
本比較例によれば、３つの磁心部分、すなわち２つの類似したサイズの内側磁心部分および第３外側磁心部分が適切に採寸されかつ予め組み立てられた「Ｃ」部分、「Ｉ」部分、「直線」部分から組み立てられた。
【００５６】
その後、これら３つの磁心部分は炉に入れられ、３つの別個の磁心窓にそれぞれ巻き付けられた２回巻きのワイヤによって誘導された磁界の存在の下で、３４０−３５５℃の温度まで加熱された。ワイヤに流れる電流は、約５ボルトＤＣで２１００アンペアであった。これは、調和した磁界が焼鈍されるべき３つの磁心部分にそれぞれ誘導されることを保証した。その温度に一旦達してしまうと、これら３つの磁心部分は、個々の磁心部分の完全な焼鈍を保証するために６０分間炉内に滞留することを許された。次いで、これら３つの磁心部分は炉から取り出され、１０１０ｋｇの合計質量をもった図１０にもとづく三脚変圧器磁心を成形するように組み立てられた。
【００５７】
その後、比較例１に関連して述べたように、２０３ボルト（ＡＣ）が１．３テスラの動作誘導を与えるように供給され、試験ケーブル・ループの端に取り付けられたことを除いて、この組立三脚変圧器磁心が評価され、そして、磁心損失計測が電力計で観測された。この三脚変圧器磁心は、０．３４１ワット／ｋｇの磁心損失を示した。その後、外側磁心部分の２つ結合部および各内側磁心部分の１つの結合部が開かれた。これは、この三脚変圧器磁心の脚のまわりに適切採寸変圧器巻線の挿入を許すのに必要な処理を模擬したものである。その後、これら磁心部分が三脚変圧器磁心を再構成するために、再嵌合された。再び、磁心損失が同じ条件の下で評価された。変圧器磁心は０．３７５ワット／ｋｇの磁心損失を示し、焼鈍および組立過程ならびに結合部の開閉に起因する９．９８％程度の増加磁心損失を示すことがわかった。
【比較例６】
【００５８】
同じ材料からつくられかつ比較例５においてつくられたものと同じ形体を有する三脚変圧器磁心がつくられた。
同様に、三脚変圧器磁心が３つの別個の適切採寸磁心部分をつくることによって構成された。すなわち、２つの内側磁心部分と１つの外側磁心部分とが適切に採寸されかつ予め組み立てられた「Ｃ」部分、「Ｔ」部分、「直線」部分から組み立てられた。これらの３つの磁心部分は３４０−３５５℃まで加熱することによって焼鈍され、その後、これら各個々の磁心部分の完全加熱を保証するようにその温度で６０分間のさらなる滞留時間を許すことによって焼鈍された。同時に、磁界が、約６ボルトＤＣで２８００アンペアの電流を流すワイヤが磁心窓に巻き付けられた３つの別個の巻線に与えられた。その後、これら３つの磁心部分が炉から取り出され、次いで１０２５ｋｇの合計質量をもった図１０にもとづく三脚変圧器磁心を成形するように組み立てられた。
【００５９】
この焼鈍三脚変圧器磁心が評価され、そして、比較例５に関連して略述したプロトコルにもとづいて０．２９４ワット／ｋｇに決定された。その後、外側磁心部分の２つの結合部および各内側磁心部分の１つの結合部が開かれた。これは、この三脚変圧器磁心の脚のまわりに適切採寸変圧器巻線の挿入を許すのに必要な処理を模擬したものである。その後、これら磁心部分が三脚変圧器磁心を再構成するために、再嵌合された。再び、磁心損失が再評価された。変圧器磁心は０．３２３ワット／ｋｇの磁心損失を示し、結合部の開閉のみならず焼鈍および組立過程に起因する９．８％程度の増加磁心損失を示すことがわかった。
【実施例３】
【００６０】
三脚変圧器磁心が本発明にもとづく方法によりつくられた。この変圧器磁心は、少なくとも２つまたはそれを超える結合部を有する個々の磁心部分からつくられた。これら三脚変圧器磁心の構成および要素は、図９、１０の記載にもとづいている。この変圧器磁心は未焼鈍アモルファス合金ストリップ（ＭＥＴＧＬＡＳ２６０５ＡＳ１、１７０ｍｍ幅）からつくられた。
【００６１】
本実施例によれば、３つの磁心部分、すなわち、２つの類似採寸内側磁心部分および第３外側磁心部分が適切に採寸されかつ予め組み立てられた「Ｃ」部分、「Ｔ」部分、「直線」部分から組み立てられ、焼鈍前に図１０に示す形体に組み立てられた。
【００６２】
その後、この組立三脚変圧器磁心が適切な炉に入れられ、３４０−３５５℃の温度まで加熱された。同時に、ワイヤが、約５ボルトＤＣで２１００アンペアの電流を流すように２つの各磁心窓に巻かれた。これは、調和した磁界が変圧器磁心に励磁されることを保証する。３４０−３５５℃の温度に達した後に、この組立三脚変圧器磁心がアモルファス合金の完全焼鈍を保証するように６０分間炉に滞留させた。
【００６３】
その後、三脚変圧器磁心が炉から取り出され、比較例５および６に関連して上述した技術にもとづいて、磁心損失が０．３６４ワット／ｋｇに決定され、１００２ｋｇの合計質量に基礎を置いた。その後、外側磁心部分における２つの磁心結合部および２つの内側磁心部分における１つの磁心結合部が、各脚のまわりに適切採寸変圧器巻線の挿入を許すために要求された処理工程を模擬して、開かれ、次いで再嵌合された。各結合部の再嵌合および三脚変圧器磁心の再構成に続いて、磁心は同じ技術によって再試験され、磁心損失が０．３５３ワット／ｋｇであり、組立および焼鈍過程ならびに結合部の開閉に起因する２．０％のみの磁心損失増加を示した。
【実施例４】
【００６４】
実施例３において記載されたものと類似した三脚変圧器磁心が同じ材料を用いて、本発明の方法にもとづいてつくられた。２つの内側磁心部分と１つの外側磁心部分とからなり、１０２４ｋｇの合計質量をもつ三脚変圧器磁心が、まず組み立てられ、その後炉に入れられた。ワイヤが各磁心窓に巻き付けられ、約６ボルトＤＣで２８００アンペアの電流が、組立磁心が焼鈍されている間に、組立磁心に磁界を励磁するためにワイヤに流された。三脚変圧器磁心は３４０−３５５℃の温度まで加熱され、この温度に到達したとき、アモルファス金属の完全焼鈍を保証するように６０分間炉内に滞留することを許された。
【００６５】
その後、三脚変圧器磁心は炉から取り出され、実施例４に関連して述べた技術にもとづいて磁心損失が０．２８４ワット／ｋｇに決定された。その後、外側磁心部分における２つの磁心結合部と２つの内側磁心部分における各結合部とが開かれ、再嵌合された。これらの結合部の再嵌合および三脚変圧器磁心の再構成に続いて、磁心損失が０．３０５ワット／ｋｇであり、組立および焼鈍過程ならびに結合部の開閉に起因する７．０％のみの損磁心失増加を示した。
【００６６】
本発明にもとづく方法の実際の利点およびその方法にもとづいてつくられた変圧器磁心の利点は、同様に採寸された変圧器磁心の合成磁気磁心損失とくらべたとき、明白になった。例えば、比較例３および実施例１にもとづいてつくられた磁心は、事実上サイズの点で同一であるが、本発明にもとづいてつくられた磁心は約７．６％だけ良好な磁気磁心損失を有する。同様に改良された結果は、同様に採寸された変圧器磁心間の利点を報告している表１からも明白である。
【００６７】
【表１】
2004529498.tif 000003
【００６８】
本発明の方法、変圧器磁心、それを用いた変圧器は、関連技術において価値ある進展を与える。変圧器磁心および変圧器の製造に関して、従来の巻付け磁心の結合部を不必要に開閉するために要する時間が排除される。取扱要求が減少され、本発明の巻付け磁心に用いられた脆化焼鈍アモルファス金属の破壊によって生じる結果的な磁心損失が著しく減少される。さらに、減少された取扱要求が迅速磁心組立、巻線組立、改良された磁心品質を与え、変圧器磁心が互換性のある変圧器磁心部分からつくられ、その部分が完成変圧器の性能を最適化するために合成され、整合される。
【００６９】
さらに、ここで述べたアモルファス金属製巻付け変圧器磁心を組み入れる変圧器をつくるために用いられた本発明の方法のみならず、変圧器磁心は、変圧器の組立に続く剥離および／または破壊アモルファス金属粒子の減少のために動作効率を改善した。これは、本発明にもとづく変圧器磁心が、変圧器結合部が嵌合されたとき、変圧器結合部の破壊および／または剥離の減少された傾向を結果的に与える各変圧器磁心内の単独結合部を組み入れてもよいことのためである。これは、フレーク状のおよび／または破壊の（各磁心部分内の２、３またはそれ以上の結合部にくらべて）量ならびに変圧器磁心自体内の付随する電気的短絡を結果的に減らす。前述したように、重なり結合部内の剥離は結合部内の層間損失を生じ、変圧器の全体の動作効率を低下する。また、オイル・フィルタ変圧器の油内の緩んだ剥離が浸透油の電解強さを低下するように知られている。それによって、このようなオイル・フィルタ変圧器の全体の動作効率をも低下させる。これらおよびその他の欠点は、変圧器磁心および上述した製造方法によって取り組まれ、克服される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】ストリップのグループに切断されるように指定されたアモルファス金属ストリップを収容した巻取リールの側面図である。
【図２】アモルファス金属ストリップの複数層からなる切断グループの側面図である。
【図３】切断グループの所定数からなる集積体の側面図であって、各グループがその直下にあるグループに関して割出し工程積層を与えるように食い違いにされている状態を示す。
【図４】複数の集積体、積層結合、非積層結合からなる磁心部分の側面図である。
【図５】従来技術にもとづく五脚変圧器磁心を示す。
【図６】本発明にもとづくアモルファス金属製三脚変圧器磁心を示す。
【図７】未嵌込み結合状態にある図６のアモルファス金属製三脚変圧器磁心を示す。
【図８】変圧器巻線の設置をさらに示すばかりではなく、嵌込み状態にある図６のアモルファス金属製三脚変圧器磁心を示す。
【図９】個々の部分からなる本発明にもとづくアモルファス金属製三脚変圧器磁心の分解斜視図である。
【図１０】図９の組立アモルファス金属製三脚変圧器磁心の斜視図である。
【図１１】本発明にもとづくアモルファス金属製三脚変圧器磁心の一部断面図である。
【図１２】本発明にもとづくアモルファス金属製三脚変圧器磁心の一部を示す別の実施例の断面図である。
【図１３】図１２にもとづくアモルファス金属製三脚変圧器磁心の斜視図である。
【図５】
2004529498.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004529498.tif 000005
2004529498.tif 000006
2004529498.tif 000007
2004529498.tif 000008
2004529498.tif 000009
2004529498.tif 000010
2004529498.tif 000011
2004529498.tif 000012
2004529498.tif 000013
2004529498.tif 000014
2004529498.tif 000015
2004529498.tif 000016
2004529498.tif 000017
2004529498.tif 000018
2004529498.tif 000019
2004529498.tif 000020
2004529498.tif 000021
2004529498.tif 000022
2004529498.tif 000023
2004529498.tif 000024
2004529498.tif 000025
2004529498.tif 000026
2004529498.tif 000027
2004529498.tif 000028
2004529498.tif 000029
2004529498.tif 000030
2004529498.tif 000031
2004529498.tif 000032
2004529498.tif 000033
2004529498.tif 000034
2004529498.tif 000035
2004529498.tif 000036
2004529498.tif 000037
2004529498.tif 000038
2004529498.tif 000039
2004529498.tif 000040
2004529498.tif 000041
2004529498.tif 000042
2004529498.tif 000043
2004529498.tif 000044
【国際調査報告】
2004529498.tif 000045
2004529498.tif 000046
2004529498.tif 000047