УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ЭКРАНИРОВАНИЯ МОТОЧНОГО УЗЛА

Полезная модель относится к конструированию устройств для охлаждения и экранирования моточных узлов, работающих в широком диапазоне частот, преимущественно тороидальных трансформаторов малой мощности, установленных на печатных платах и предназначенных для использования в устройствах электропитания цифровых технических средств с повышенной чувствительностью к помехам.
Известен трансформатор (Патент на изобретение RU №2025808, 1994 г., МПК: H01F 27/36), содержащий магнитопровод, первичную обмотку и вторичную обмотку с перпендикулярными плоскостями витков, разделяющий их экран.
Недостатком данного устройства является его ограниченное применение из-за недостаточного охлаждения устройства и невозможности экранирования в широком диапазоне частот.
Известно устройство (Заявка на изобретение RU №93039896, 1996 г., МПК: H01F 27/08) для охлаждения моточного узла, герметизированного электроизоляционным теплопроводным компаундом, содержащее тороидальный сердечник с обмоткой, узел крепления в виде винта с пластиной, прилегающей к торцевой поверхности обмотки, и теплопроводный элемент, выполненный в виде пластины с оребрением. Недостатком данного устройства является его ограниченное применение из-за отсутствия экранирования.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является устройство для охлаждения моточного узла (Заявка на изобретение RU №93039890, 1996 г., МПК: H01F 27/08). Устройство для охлаждения, преимущественно тороидального моточного узла электронного блока, содержит тороидальный сердечник с обмоткой, монтажную плату, узел крепления в
виде винта с пластиной, прилегающей к торцевой поверхности обмотки, и теплопроводный элемент, укрепленный на боковой поверхности обмотки и выполненный в виде разрезного кольца с ребрами по образующей, имеющими вырезы, обращенные к монтажной плате. При этом моточный узел герметизирован электроизоляционным теплопроводным компаундом.
Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность охлаждения и отсутствие экранирования моточного узла.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в обеспечении надежной электроизоляции, охлаждения и эффективного экранирования в широком диапазоне частот моточного узла.
Технический результат достигается тем, что устройство для охлаждения и экранирования моточного узла содержит теплопроводный элемент, охватывающий моточный узел, включающий тороидальный сердечник с обмоткой. В него вновь введена электроизоляционная нетеплопроводная подставка, прилегающая к внешней торцевой поверхности обмотки и контактирующая с теплопроводным элементом. При этом теплопроводный элемент выполнен многослойным из различных металлов, а объем между обмоткой и теплопроводным элементом заполнен электроизоляционным теплопроводным компаундом.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
Фиг.1 - общий вид устройства для охлаждения и экранирования моточного узла;
Фиг.2 - общий вид устройства на печатной плате.
Устройство для охлаждения и экранирования моточного узла (Фиг.1) содержит теплопроводный элемент 1, выполненный в виде цилиндрического кожуха, охватывающего моточный узел. Моточный узел включает тороидальный сердечник 2 с обмоткой 3. При этом внешняя торцевая поверхность обмотки 3 прилегает к поверхности электроизоляционной нетеплопроводной подставки 4, которая в свою
очередь контактирует с основанием теплопроводного элемента 1. Теплопроводный элемент 1 выполнен в виде многослойного цилиндрического кожуха из различных металлов с возможностью обеспечения работы моточного узла в разных частотных диапазонах. Причем объем между обмоткой 3 и теплопроводным элементом 1 заполнен электроизоляционным теплопроводным компаундом 5.
Тороидальный сердечник 2 с обмоткой 3 размещен на электроизоляционной нетеплопроводной подставке 4 с возможностью вывода контактов 6 с противоположной стороны электроизоляционной нетеплопроводной подставки 4. Выполнение теплопроводного элемента 1 многослойным из последовательно чередующихся слоев различных немагнитных металлов позволяет повысить эффективность экранирования моточного узла в широком диапазоне частот. На боковой поверхности 7 теплопроводного элемента 1 размещены элементы крепления 8, выполненные с возможностью фиксации устройства для охлаждения и экранирования моточного узла на печатной плате 9 (Фиг.2).
Заполнение объема между обмоткой 3 и теплопроводным элементом 1 электроизоляционным теплопроводным компаундом 5 позволяет обеспечить эффективность охлаждения обмотки 3.
Сборка устройства для охлаждения и экранирования моточного узла осуществляется следующим образом. Устанавливают тороидальный сердечник 2 с обмоткой 3 на электроизоляционной нетеплопроводной подставке 4 с выходом контактов 6 в виде цилиндрических стержней с противоположной стороны подставки 4. Теплопроводный элемент 1, выполненный в виде многослойного кожуха цилиндрической формы из различных металлов, устанавливают на сердечник 2 с обмоткой 3 до контактирования ее торцевой поверхности с поверхностью электроизоляционной нетеплопроводной подставки 4.
Объем между обмоткой 3 и теплопроводным элементом 1 заполняют электроизоляционным теплопроводным компаундом 5.
Примером использования устройства для охлаждения и экранирования моточного узла может служить тороидальный трансформатор малой мощности, установленный на печатной плате 9 и предназначенный для применения в устройствах электропитания цифровых и аналоговых технических средств с повышенной чувствительностью к помехам. В состав тороидального трансформатора входит тороидальный сердечник 2 с обмоткой 3. Теплопроводный элемент 1, выполненный многослойным, из различных металлов, охватывает внешнюю боковую поверхность обмотки 3. Объем между обмоткой 3 и теплопроводным элементом 1 заполняют электроизоляционным теплопроводным компаундом 5. Электроизоляционная нетеплопроводная подставка 4 прилегает к внешней торцевой поверхности обмотки 3 и контактирует с теплопроводным элементом 1.
Элементы крепления 8, размещенные и жестко зафиксированные на боковой поверхности 7 теплопроводного элемента 1, например пайкой или сваркой (Фиг.1, 2) выполнены в виде стержней с резьбовыми хвостовиками 10 для крепления тороидального трансформатора на печатной плате 9 с помощью гаек 11.
Теплопроводный элемент 1 служит электромагнитным экраном, действующим на основе использования вихревых токов. Теплопроводный элемент 1 выполнен из алюминия с поверхностными слоями малой толщины из различных металлов с высокой проводимостью, сохраняющих эффективность экранирования, например медь - алюминий - медь в виде гальванического покрытия.
При высоких частотах поля помех вихревые токи в металле протекают в поверхностном слое, а более глубокие слои металла теплопроводнго элемента 1 (экрана) будут, как бы экранированы поверхностными слоями, и переменное магнитное поле помех не будет проникать в его толщину. В этом случае наблюдается явление, аналогичное поверхностному эффекту (скин-эффекту).
Уменьшение напряженности магнитного поля помех и плотности вихревых токов в толще экрана происходит по экспоненциальному закону.
Глубина проникновения тока или магнитного поля помех мала. Например, для меди при частоте 100 кГц толщина проникновения равна 0,22 мм; при более высоких частотах эта величина еще меньше.
При использовании такого теплопроводного элемента 1, даже при сравнительно тонких его стенках, магнитное поле тороидального трансформатора не проникает наружу.
В многослойном теплопроводном элементе 1 (экране), составленном из металлов с различными характеристиками сопротивления электромагнитному полю, используется система многократных отражении.
В результате теплопроводный элемент 1 (экран), составленный из нескольких тонких слоев различных металлов, обладает большим экранирующим действием по сравнению с однородным экраном, той же толщины.
Уменьшение активного сопротивления теплопроводного элемента 1 способствует улучшению его экранирующих свойств и уменьшению потерь.
Электроизоляционный теплопроводный компаунд 5 совместно с теплопроводным элементом 1 обеспечивают охлаждение обмотки 3.
Электроизоляционная нетеплопроводная подставка 4 исключает передачу тепла на печатную плату 9, с размещенными на ней элементами.
Устройство для охлаждения и экранирования моточного узла позволяет обеспечить надежную электроизоляцию, охлаждение и экранирование в широком диапазоне частот тороидальных трансформаторов малой мощности, предназначенных для применения в устройствах электропитания цифровых и аналоговых технических средств.