Катушка индуктивности

Катушка индуктивности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в фильтрах гармоник усилителей мощности и в антенных согласующих устройствах коротковолновых передатчиков.

В узлах настройки коротковолновых передатчиков большой мощности применяют однорядную намотку толстым медным проводом или лентой, намотанной на ребро [1, с.70]. Учитывая "поверхностный эффект" на высоких частотах [1, с.33, 35] применяют также катушки из медных трубок [1, с.70].

Данные катушки индуктивности имеют большие габаритные размеры. Попытка уменьшить размеры катушки индуктивности для радиопередатчиков предпринята в [2]. Катушка индуктивности выполнена в виде N спиральных катушек с витками некруглой формы, намотанных неизолированным проводом и размещенных на сборном каркасе, состоящем из двух панелей, соединенных гребенками, в каждом из пазов которой зафиксированы витки одной из спиральных катушек, а также диэлектрическими стержнями, предназначенными для фиксации шага между витками спиральных катушек. Кроме повышенной сложности конструкции и процесса изготовления эта катушка индуктивности имеет еще один существенный недостаток - возможность пробоя по воздуху между витками соседних спиралей из-за большой величины разности напряжений в этих точках, так как в непосредственной близости расположены не соседние витки, а значительно отличающиеся по потенциалу участки обмотки.

В катушках коротковолновых передатчиков достаточно большой мощности (порядка 1 кВт и выше) "наибольшее применение находят однослойные цилиндрические намотки из медного провода, ленты или трубки" [3, с.117]. Для уменьшения габаритных размеров катушек индуктивности используют ленту, намотанную на ребро [3, с.118]. При этом по площади поверхности лента сечением а×b эквивалентна проводу или трубке диаметром D=2(a+b)/π. Например, лента толщиной 1 мм и шириной 8 мм заменяет провод или трубку диаметром около 6 мм. Однако при использовании ленты, намотанной на ребро, можно уменьшить только длину намотки, но не ее диаметр. Очень трудно технологически, например, намотать на ребро ленту толщиной 1 мм и шириной 8...10 мм и получить катушку диаметром 40...50 мм.

Конструкция катушки индуктивности с намоткой в виде ленты на ребро, описанная в [3, с.140, рис.6-18], выбрана в качестве прототипа как наиболее близкая по технической сущности к заявляемой.

Конструкция прототипа представляет собой сборный каркас с намоткой в виде ленты на ребро. Каркас состоит из двух боковых панелей, соединенных между собой при помощи четырех гребенок, выполненных в виде планок прямоугольного сечения с пазами для провода.

Данная катушка индуктивности имеет большие габаритные размеры из-за увеличенного диаметра намотки лентой на ребро. Кроме того, из [3, рис.6-18] видно, что гребенки расположены поверх намотки, что еще больше увеличивает размеры катушки индуктивности.

Задача изобретения - уменьшение габаритных размеров катушки индуктивности при одновременном обеспечении необходимой площади поверхности провода намотки.

Указанная задача решается тем, что в катушке индуктивности, содержащей рядовую цилиндрическую намотку с шагом, расположенную на сборном каркасе, состоящем из двух боковых панелей, расположенных параллельно и соединенных гребенками, выполненными в виде планок прямоугольного сечения с пазами для провода, намотка выполнена неизолированным проводом круглого сечения в виде N обмоток, соединенных параллельно, при этом провод первой обмотки уложен в соответствующие пазы гребенок с образованием витков некруглой формы, а провод каждой последующей обмотки уложен в те же пазы гребенок в той же последовательности, что и провод первой обмотки, причем каждый виток каждой обмотки имеет М граней, где М≥4 - количество гребенок, кроме того, введена дополнительная панель, расположенная параллельно боковым панелям и соединяющая все гребенки между собой в средней части их длины.

Предлагаемая катушка индуктивности имеет два варианта крепления. В первом варианте катушка индуктивности крепится преимущественно в горизонтальном положении за две диаметрально противоположные и расположенные в одной плоскости гребенки увеличенной длины, выступающие за пределы боковых панелей и снабженные отверстиями для крепления. Во втором варианте катушка индуктивности крепится преимущественно в вертикальном положении за торцевую часть, то есть за боковую панель, снабженную отверстиями, которые могут быть резьбовыми. В этом случае возможно также крепление катушки индуктивности и за обе боковые панели одновременно.

Сравнительный анализ предлагаемой катушки индуктивности и прототипа показывает, что заявляемое устройство отличается меньшими габаритными размерами при одновременном обеспечении необходимой площади поверхности провода намотки. Тонким неизолированным проводом (например, диаметром 1 мм) можно намотать катушку значительно меньшего диаметра, чем лентой на ребро, а повторив N раз намотку этим же проводом, можно обеспечить необходимую суммарную площадь поверхности намотки, то есть обеспечить допустимую плотность высокочастотного электрического тока.

Заявленная катушка индуктивности, по сравнению с прототипом, имеет меньший диаметр, поэтому допускает более близкое расположение экранов, что обеспечивает значительное уменьшение габаритных размеров и массы устройства, в котором применены данные катушки индуктивности.

Имеется еще один выигрыш в габаритах (и массе). Приведенный выше пример эквивалентности ленты сечением 1×8 мм и провода или трубки диаметром 6 мм можно продолжить и на случай предлагаемой катушки индуктивности. Легко определить, что данную площадь поверхности провода намотки обеспечат в сумме всего шесть проводов диаметром 1 мм.

Кроме того, процесс изготовления предлагаемой катушки индуктивности значительно проще, чем у прототипа, и не требует сложного специального оборудования. Так же как и прототип, заявленное устройство обеспечивает возможность эффективного принудительного охлаждения конструкции (ее достаточную "продуваемость"), что очень важно в случае применения катушки индуктивности в выходных цепях коротковолновых передатчиков повышенной мощности.

На фиг.1 изображена предлагаемая катушка индуктивности для первого варианта крепления с количеством витков, кратным целому числу. При этом начало и конец намотки расположены и закреплены на одной гребенке. Очевидно, что количество витков может быть кратно 0,5 или даже 1/М, где М - количество граней намотки, равное количеству гребенок. На фиг.2 представлена заявляемая катушка индуктивности для второго варианта крепления. На фиг.3 изображен сборный каркас заявленной катушки индуктивности.

Катушка индуктивности содержит рядовую цилиндрическую намотку 1 с шагом, расположенную на сборном каркасе, состоящем из двух боковых панелей 2, соединенных гребенками 3, выполненными в виде планок прямоугольного сечения с пазами 4 для провода. Намотка 1 выполнена неизолированным проводом круглого сечения в виде N обмоток 5, соединенных параллельно (здесь N=6). Провод каждой последующей обмотки уложен поверх провода предыдущей обмотки в те же пазы 4 гребенок 3 в той же последовательности с образованием витков некруглой формы, причем каждый полный виток каждой обмотки имеет М граней. В представленных на фиг.1 и 2 конструкциях М=6. Все обмотки 5 в начале и в конце соединены параллельно при помощи хомутов 6, охватывающих провода всех обмоток, а затем гребенку, с целью закрепления проводов обмоток. Провода и хомут скреплены между собой посредством пайки.

На фиг.1 две диаметрально противоположные и расположенные в одной плоскости гребенки 7 имеют увеличенную длину и отверстия 8 для крепления. На фиг.2 представлен второй вариант крепления заявленной катушки индуктивности, при котором боковые панели 2 снабжены отверстиями 9 для крепления, которые могут быть резьбовыми. Количество отверстий от двух до четырех. На фиг. 3 изображен сборный каркас заявленной катушки индуктивности. Чтобы устранить прогибание гребенок при намотке большого количества витков, введена дополнительная панель 10, расположенная параллельно боковым панелям 2 и соединяющая все гребенки 3 между собой в средней части их длины. Дополнительная панель 10 имеет форму диска с М радиальных неглубоких пазов по периметру диска для размещения гребенок. При малом количестве витков, то есть при малой длине гребенок, дополнительная панель 10 может отсутствовать.

Источники информации

1. Справочник но радиотехнике. Под общ. ред. инж. Б.А.Смиренина. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1950 г.

2. Патент RU 2120148, кл. H01F 17/02, H01F 41/08, H01F 41/06. Катушка индуктивности, способ ее изготовления и приспособление для его осуществления / Е.С.Бобков, В.А.Сорокин. - Заявлено 11.03.97; опубликовано 10.10.98.

3. Финкельштейн Л.А., Гиршман Г.Х. Антенные контуры широкодиапазонных коротковолновых передатчиков. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1960.

1. Катушка индуктивности, содержащая рядовую цилиндрическую намотку с шагом, расположенную на сборном каркасе, состоящем из двух боковых панелей, расположенных параллельно и соединенных гребенками, выполненными в виде планок прямоугольного сечения с пазами для провода, отличающаяся тем, что намотка выполнена неизолированным приводом круглого сечения в виде N обмоток, соединенных параллельно, при этом провод первой обмотки уложен в соответствующие пазы гребенок с образованием витков некруглой формы, а провод каждой последующей обмотки уложен поверх провода предыдущей обмотки в те же пазы гребенок в той же последовательности, что и провод первой обмотки, причем каждый виток каждой обмотки имеет М граней, где М>4 - количество гребенок, кроме того, введена дополнительная панель, расположенная параллельно боковым панелям и соединяющая все гребенки между собой в средней части их длины.

2. Катушка индуктивности по п.1, отличающаяся тем, что две диаметрально противоположные и расположенные в одной плоскости гребенки имеют увеличенную длину, выступают за боковые панели и снабжены отверстиями для крепления.

3. Катушка индуктивности по п.1, отличающаяся тем, что боковые панели имеют отверстия для крепления.