КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ, ВЫПОЛНЕННАЯ НА ТОРОИДАЛЬНОМ МАГНИТОПРОВОДЕ С ТЕПЛООТВОДОМ

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в фильтрах гармоник усилителей мощности и антенно-согласующих устройствах радиопередатчиков.
В высокочастотных трактах радиопередающих устройств широко применяются катушки индуктивности, выполненные на тороидальных сердечниках из феррита или карбонильного железа. Такие катушки имеют минимальное поле рассеивания и поэтому не требуют экранирования, что позволяет уменьшить габариты моточного узла.
Для предотвращения повреждения эмали провода в процессе намотки катушки индуктивности и обеспечения необходимой ее электрической прочности перед намоткой тороидальный сердечник, содержащий одно или несколько колец, обматывается лентой из высокочастотного диэлектрического материала, например фторопласта или стеклоткани [W.Martinsen. Construction Techniques for LC Highpass and Lowpass Filters used in the 1 MHz to 1 GHz Frequency Range. Intelligence, Surveillance and Reconnaissance Division Information Sciences Laboratory. DSTO-TN-0531].
Известны также катушки индуктивности, в которых тороидальные сердечники перед намоткой с той же целью помещаются в диэлектрические кожухи различной конфигурации, например, по пат. US 5717373, H01F 27/30, H01F 27/24, заявкам US 2002/0190836А1, H01F 27/28, US 2009/0128273Al, H01F 27/30, H01F 27/08.
Недостатком известных катушек индуктивности на тороидальных сердечниках является низкая эффективность отвода тепла от магнитопровода, что приводит к снижению габаритной мощности моточного узла.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является конструкция катушки индуктивности П-контура выходной согласующей цепи оконечного каскада усилителя мощности, приведенная в [Robert Е.Bloom. Design a toroidal tank circuit for yoyr vacuum tube amplifier. Ham Radio Magazine, August 1985], принятая за прототип.
Катушка-прототип имеет обмотку, размещенную на сердечнике из двух склеенных торцевыми поверхностями колец из карбонильного железа. Сердечник обмотан двумя слоями стеклоткани и покрыт лаком, а на торцевые поверхности сердечника соосно с его центром приклеены стеклотекстолитовые прокладки в виде шайб, причем внешний диаметр шайб больше внешнего диаметра сердечника, а внутренний диаметр шайб меньше внутреннего диаметра сердечника, что обеспечивает зазор между проводом обмотки и сердечником. При этом обеспечивается повышенная электрическая прочность катушки, наличие зазора между обмоткой и сердечником позволяет уменьшить паразитную емкость катушки и, тем самым, повысить ее добротность.
Крепление катушки индуктивности к шасси осуществляется с помощью двух круглых стеклотекстолитовых прокладок, расположенных на торцевых поверхностях катушки индуктивности поверх обмотки, и диэлектрической шпильки, проходящей через отверстия в центре упомянутых прокладок.
Недостатком устройства-прототипа является низкая эффективность охлаждения сердечника и возможная деформация обмотки катушки индуктивности в процессе ее крепления на основании (шасси).
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение эффективного охлаждения сердечника катушки индуктивности и ее надежного крепления к основанию.
Для решения поставленной задачи в катушке индуктивности, выполненной на тороидальном магнитопроводе с теплоотводом, обмотка которой размещена на сердечнике, имеющем один или несколько тороидальных магнитопроводов, выполненных из феррита или карбонильного железа, на торцевых поверхностях которого соосно с его центром, а также между магнитопроводами закреплены прокладки в виде шайб, причем внешний диаметр шайб больше внешнего диаметра магнитопровода, а внутренний диаметр шайб меньше внутреннего диаметра магнитопровода, согласно полезной модели, прокладки выполнены из теплопроводного высокочастотного диэлектрика и имеют, по крайней мере, два выступа с монтажными отверстиями, соосно с которыми между выступами прокладок, установлены крепежные втулки из теплопроводного диамагнитного материала, с помощью которых посредством винта из диамагнитного материала производят сборку сердечника и установку катушки индуктивности на основание, используемое в качестве дополнительного теплоотвода, при этом боковые поверхности прокладок, расположенных на торцевых поверхностях сердечника, выполняют закругленными для предотвращения повреждения изоляции провода при намотке его на сердечник.
На фиг.1 представлен общий вид тороидального сердечника с одним магнитопроводом, установленным на внешнее снование, используемое в качестве дополнительного теплоотвода; на фиг.2 - теплопроводная прокладка; на фиг.3 - общий вид катушки индуктивности, выполненной на сердечнике, имеющем два тороидальных магнитопровода.
На фиг.1, 2 и 3 приняты следующие обозначения:
1 - магнитопровод;
2 - прокладка из теплопроводного высокочастотного диэлектрика;
3 - втулки;
4 - винт;
5 - внешнее снование, используемое в качестве дополнительного теплоотвода;
6 - выступ на прокладке;
7 - монтажное отверстие;
8 - зазор;
9 - обмотка.
Катушка индуктивности (фиг.1), содержит обмотку 9, размещенную на сердечнике, имеющем один или несколько тороидальных магнитопроводов 1, выполненных из феррита или карбонильного железа, на торцевых поверхностях которого соосно с его центром, а также между магнитопроводами закреплены с помощью теплопроводного клея прокладки 2 в виде шайб, внешний диаметр которых больше внешнего диаметра магнитопровода, а внутренний диаметр меньше внутреннего диаметра магнитопровода, выполненных из теплопроводного высокочастотного диэлектрика (например, материалов фирмы Rogers ТММ-3 или RO4003, керамики или радиочастотного фарфора) и имеющих выступы 6 с монтажными отверстиями 7, соосно с которыми между выступами прокладок 2, устанавливаются при помощи теплопроводного клея крепежные втулки 3 с центральным отверстием того же диаметра, что и диаметр монтажных отверстий 7 выступов прокладок 6, из теплопроводного диамагнитного материала (например, меди, алюминия, латуни, керамики или радиочастотного фарфора), с помощью которых посредством винтов 4 из диамагнитного материала производится сборка сердечника и установка катушки индуктивности на внешнее основание 5, используемое в качестве дополнительного теплоотвода. При этом боковые поверхности прокладок 2, расположенных на торцевых поверхностях сердечника, закругляются для предотвращения повреждения изоляции провода при намотке его на сердечник. Зазоры 8 между проводом обмотки 9 и магнитопроводом 1 обеспечивают необходимую электрическую прочность катушки индуктивности и уменьшают ее паразитную емкость, что позволяет реализовать высокую добротность моточного узла.
Эксплуатация предлагаемого устройства происходит следующим образом.
Тепло, генерируемое в магнитопроводе катушки индуктивности при ее работе в сильных электромагнитных полях передается на прокладки 2 и отводится на основание 5, (в качестве которого может служить печатная плата из теплопроводящего материала, радиатор или шасси устройства), через втулки 3, установленные между выступами 6 прокладок 2. В результате обеспечивается эффективное охлаждение моточного узла и его надежное крепление, устойчивое к внешним механическим воздействиям, без снижения электрических параметров, что особенно важно при изготовлении высокодобротных элементов.
В моточных узлах, имеющих два (или несколько) магнитопроводов, прокладки 2 устанавливаются не только на фланцевых поверхностях, но и между магнитопроводами для повышения эффективности отвода тепла (фиг.3).
При жестких требованиях по стойкости к механическим воздействиям прокладка 2 сердечника изготавливается с тремя или более выступами 6.
Повышение электрической прочности катушки индуктивности может быть обеспечено введением дополнительной обмотки сердечника несколькими слоями ленты из высокочастотного диэлектрика, например фторопласта или стеклоткани, а также использованием диэлектрического кожуха в виде цилиндра на внешних поверхностях втулок 3.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в обеспечении эффективного охлаждения катушки индуктивности, имеющей тороидальный магнитопровод, ее высокой добротности и надежного крепления, устойчивого к механическим воздействиям и исключающего деформацию обмотки.