ОБМОТКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УСТРОЙСТВА
ELECTROMAGNETIC DEVICE WINDING

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании различных электромагнитных устройств, например трансформаторов и дросселей.
Традиционные обмотки электромагнитныхт устройств обычно изготавливаются из проводов круглого или прямоугольного сечения. В некоторых случаях одну из обмоток делают из медной или алюминиевой фольги [1].
Недостатками устройств с такими обмотками являются плохие удельные объемно - массовые характеристики вследствие низкого коэффициента заполнения окна магнитопровода проводниковым материалом, а также низкая технологичность и высокая трудоемкость изготовления обмоток, рассчитанных на низкие напряжения и большие токи нагрузки.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, которое может быть принято за прототип, являются пластинчатые обмотки, выполненные из листового проводникового материала в виде отдельных плоских элементов с контактными площадками для соединения указанных элементов в многовитковую обмотку и присоединения внешних проводников [2-6]. Плоские элементы имеют различную конфигурацию и размеры и при их соединении в многовитковую обмотку могут быть использованы различные способы.
Применение пластинчатых обмоток обеспечивает уменьшение объема и массы намоточных изделий за счет увеличения коэффициента заполнения окна магнитопровода проводниковым материалом и улучшения условий охлаждения изделий, т.к. плоские витки эффективно отводят тепло из их внутреннего объема.
Недостатками известных пластинчатых обмоток являются низкий коффициент использования проводникового материала и необходимость изготовления специальных штампов для вырубки из листового материала элементов, из которых состоит обмотка, а также заметная трудоемкость соединения элементов в многовитковую обмотку.
Предлагаемая спиральная обмотка обеспечивает снижение объема и массы электромагнитного устройства за счет повышения коэффициента заполнения окна магнитопровода проводниковым материалом улучшение его условий охлаждения.
Применение предлагаемой спиральной обмотки обеспечивает существенное повышение коэффициента использования проводникового материала по сравнению с пластинчатыми обмотками.
Положительный эффект достигается за счет выполнения обмотки в виде винтовой спирали, содержащей необходимое число витков. Спиральная обмотка представляет собой одну деталь и не содержит дополнительных элементов для соединения витков в законченную обмотку.
Для достижения технического результата предлагаемая спиральная обмотка изготавливается из металлической трубы в виде одной детали, которая в готовом виде устанвливается в окно магнитопровода и занимает всю площадь окна или его часть по ширине или высоте.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлен внешний вид заготовки 1 из трубы. На фиг. 1 - главный вид заготовки, а на фиг. 2 - вид заготовки слева. Длина заготовки 1 должна обеспечивать изготовление необходимого количества обмоток с заданным числом витков с учетом величины зазоров между витками, размер которых равен толщине режущего инструмента.
Плоские витки обмотки образованы при ее изготовлении разрезанием стенки трубы по винтовой спирали. Изготовление обмотки производится на металлообрабатывающем, например, токарном станке с регулируемой поперечно - продольной подачей. Для изготовления спиральной обмотки может быть использован лазер. Толщина режущего инструмента должна быть минимальной для обеспечения высокого коэффициента использования материала. При использовании узкого резца или лазера зазор между витками имеет весьма малую величину. Вследствие этого коэффициент заполнения окна магнитопровода проводниковым материалом имеет значительно большее значение, чем при использовании обмотки, намотанной проводом круглого или прямоугольного сечения.
Перед закреплением заготовки 1 в станок перед ее обработкой предварительно внутрь нее целесообразно вставить жесткий пластмассовый или пластиковый стержень 2, как показано на фиг. 3.
Изоляция витков спиральной обмотки проводится различными способами. На готовую обмотку наносится керамическая или эмалевая изоляция в один - два слоя или она обматывается изоляционной бумагой. В частности, одно-двухвитковые обмотки в ряде случаев целесообразно обматывать вполнахлеста конденсаторной, кабельной, пропиточной или микалентной бумагой либо фторопластовой лентой.
Отметим, что спиральная обмотка устанавливается внутрь окна магнитопровода таким образом, чтобы ее витки были расположены вплотную друг к другу и расстояние между ними не превышало толщины изоляции. Это обеспечивает высокий коэффициент заполнения окна магнитопровода проводниковым материалом.
Внешний вид готовой спиральной обмотки 3 приведен на фиг. 4.
Плоскость витков спиральной обмотки практически перпендикулярна магнитному потоку, проходящему по стержню магнитопровода, на котором расположена обмотка.
Спиральные обмотки могут быть использованы в намоточных изделиях, собранных на ферритовых магнитопроводах типа Б, БЧ, СБ, КВ и др. Спиральные обмотки изготавливаются отдельно и при сборке намоточных изделий (трансформаторов и дросселей) устанавливаются в магнитопровод и закрепляются обычным способом.
Спиральная обмотка может занимать все окно магнитопровода, например в дросселях, или только его часть по ширине или высоте - в трансформаторах. Остальная часть в последнем случае занята другими обмотками, намотанными проводом круглого или прямоугольного сечения.
Спиральные обмотки целесообразно применять в высокочастотных вторичных источниках электропитания (импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения) при небольшом количестве витков и большом токе нагрузки. В частности эти обмотки могут быть одновитковыми или двухвитковыми. Трудоемкость их изготовления и закрепления на магнитопроводе значительно меньше, чем традиционных обмоток.
Применение спиральных обмоток позволяет исключить из процесса изготовления трансформаторов и дросселей одну из самых трудоемких операций - намотку обмоток.
Новым в изобретении является конструкция обмотки электромагнитного устройства, которая состоит из одной детали, представляющей собой винтовую спираль, изготовленную из отрезка медной или алюминиевой трубы, наружный и внутренний диаметр которой равны соответствующим диаметрам обмотки.
На основании изложенного может быть сделан вывод, что предлагаемое устройство позволяет получить положительный эффект.
Изобретение является новым, т.к. при анализе доступных источников информации не выявлено аналогов с подобной совокупностью существенных признаков.
Краткое описание чертежей. На фиг. 1 приведен главный вид заготовки 1. На фиг. 2 - вид заготовки 1 слева. На фиг. 3 - установка жесткого стержня 2 в заготовку 1. На фиг. 4 - вид готовой спиральной обмотки 3.
Литература
1. Каретникова Е.И., Рычина Т.А., Ермаков А.И. Трансформаторы питания и дроссели фильтра для радиоэлектронной аппаратуры. М.: Советское радио, 1973.
2. Шуваев Ю.Н. Электромагнитное устройство. А.с. №1358009, H0IF 27/28, Б.И 1987,№45.
3. Шуваев Ю.Н. Электромагнитное устройство. А.с.№1410118, H0IF 27/28, Б.И. 1988, №26.
4. Шуваев Ю.Н., Грищенко Г.Ф. Электромагнитное устройство. А.с.№1601647, H0IF 27/28, Б.И 1988, №39.
5. Шуваев Ю.Н. Электромагнитное устройство. Патент №2040059, H0IF 27/28, Б.И 1995, №20.
6. Шуваев Ю.Н. Нетрадиционные конструкции обмоток трансформаторов и дросселей. М.: Электронные компоненты, №5, 2011.