ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР, ИМЕЮЩИЙ ФЕРРИТОВЫЙ ТОРОИДАЛЬНЫЙ СЕРДЕЧНИК С ТЕПЛООТВОДОМ

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в усилителях мощности радиопередатчиков.
Широкополосные трансформаторы являются одними из основных элементов усилителей мощности радиопередатчиков. Они используются для согласования импедансов, симметрирования, инвертирования фазы, гальванического разделения цепей по постоянному току, сложения и деления мощности, построения направленных ответвителей. Такие трансформаторы выполняются, как правило, из отрезков коаксиальных радиочастотных кабелей, намотанных на ферритовый сердечник.
В ферритовом сердечнике трансформатора концентрируется магнитный поток, создаваемый уравнительным током, протекающим по внешней поверхности оплетки коаксиального кабеля под действием продольного напряжения на обмотке. При этом вследствие магнитных потерь в сердечнике выделяется тепловая мощность, что может привести к его перегреву.
Известны широкополосные трансформаторы, выполненные на сердечниках, состоящих из наборов тонких ферритовых колец, между которыми установлены алюминиевые пластины, играющие роль радиаторов, предназначенных для улучшения отвода тепла, выделяющегося в феррите [Несвижский Ю.Б. «Высокочастотные ферриты в радиопередающей технике». М., «Связь», 1976. - 224 с, Проектирование радиопередающих устройств: Учеб. пособие для вузов/Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 1984. - 422 с]. Однако, в замкнутом пространстве внутри корпуса усилителя мощности при отсутствии принудительного обдува такие радиаторы недостаточно эффективны.
Известны также устройства, в которых имеются теплопроводные элементы, охватывающие сердечник, с помощью которых тепло от сердечника передается через контактные выводы на дополнительный теплоотвод с развитой поверхностью, например печатную плату, выполненную из материала с высокой теплопроводностью [John Coonrod and Allen F. Horn III. «High Frequency Circuit Materials With Increased Thermal Conductivity)). High Frequency Electronics, November 2010], шасси или радиатор усилителя мощности [Свидетельство на полезную модель RU 71473 «Устройство для охлаждения моточного узла», Свидетельство на полезную модель RU 86787 «Устройство для крепления дросселя)), Заявка на изобретение RU 93039896 «Устройство для охлаждения моточного узла» и др].
При этом наиболее близким к предлагаемому является устройство, описанное [Патент на полезную модель RU 96286 «Катушка индуктивности, выполненная на тороидальном магнитопроводе с теплоотводом»], принятое за прототип.
Устройство содержит обмотку, размещенную на сердечнике, имеющем один или несколько тороидальных ферритовых магнитопроводов, на торцевых поверхностях которого соосно с его центром, а также между магнито-проводами закреплены с помощью теплопроводного клея прокладки в виде шайб, выполненных из теплопроводного высокочастотного диэлектрика (например, материалов фирмы Rogers ТММ-3 или RO4003, керамики или радиочастотного фарфора) и имеющих выступы с монтажными отверстиями, соосно с которыми между выступами прокладок, устанавливаются при помощи теплопроводного клея крепежные втулки с центральным отверстием того же диаметра, что и диаметр монтажных отверстий выступов прокладок, из теплопроводного материала (например, меди, алюминия или латуни), с помощью которых посредством винтов производится сборка сердечника и установка устройства на внешнее основание, используемое в качестве дополнительного теплоотвода.
Недостатком устройства-прототипа является неэффективное охлаждение сердечника.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности охлаждения ферритового сердечника моточного узла, которым является широкополосный трансформатор.
Для решения поставленной задачи в широкополосный трансформатор, содержащий обмотку из коаксиального радиочастотного кабеля, размещенную на сердечнике, имеющем один или несколько тороидальных ферритовых магнитопроводов, на торцевых поверхностях которого соосно с его центром, а также между магнитопроводами закреплены прокладки из теплопроводного материала в виде шайб, имеющие выступы с монтажными отверстиями, соосно с которыми между выступами прокладок, установлены крепежные втулки с центральным отверстием того же диаметра, что и диаметр монтажных отверстий выступов прокладок, и предназначенные для сборки и установки трансформатора на теплопроводное основание, согласно полезной модели, введены накладки, выполненные из диэлектрического материала и закрепленные на верхней и нижней прокладке соосно с центрами магнитопроводов, при этом боковые поверхности накладок, расположенных на торцевых поверхностях сердечника, выполняют закругленными для предотвращения повреждения изоляции провода при намотке его на сердечник, кроме того, прокладки имеют внешний и внутренний диаметры равные внешнему и внутреннему диаметру магнитопровода.
При этом форма накладок обеспечивает плавный изгиб кабеля при его намотке на сердечник, что предотвращает его повреждение.
На фиг. 1 представлен общий вид тороидального сердечника с двумя магнитопроводами; на фиг. 2 - прокладка из теплопроводного материала и накладка из диэлектрика; на фиг. 3 - общий вид широкополосного трансформатора, выполненного на сердечнике, имеющем два тороидальных магнитопровода.
На фиг. 1, 2 и 3 приняты следующие обозначения:
1 - магнитопровод;
2 - прокладка из теплопроводного материала;
3 - втулки;
4 - винт;
5 - внешнее основание;
6 - выступ на прокладке;
7 - монтажное отверстие;
8 - накладка;
9 - обмотка.
Широкополосный трансформатор (фиг. 3) содержит обмотку 9, размещенную на сердечнике, имеющем один или несколько тороидальных ферритовых магнитопроводов 1, на торцевых поверхностях которого соосно с его центром, а также между магнитопроводами 1 закреплены с помощью теплопроводного клея прокладки 2 (фиг. 1) из теплопроводного материала (например, меди, алюминия, латуни), в виде шайб, внешний диаметр которых равен внешнему диаметра магнитопровода 1, а внутренний диаметр равен внутреннему диаметру магнитопровода 1, и имеющие 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 6 прокладок 2, с помощью которых посредством винтов 4 производится сборка сердечника и установка на внешнее основание 5, используемое в качестве дополнительного теплоотвода. На верхней и нижней прокладке 2 соосно с центрами магнитопроводов 1 закреплены накладки 8, (фиг. 1, 2), выполненные из диэлектрического материала, (например, полифениленоксиды Арилокс или Staren) и имеющие форму тора, усеченного горизонтальной плоскостью, проходящей через его центр, причем внешний диаметр тора равен внешнему диаметру магнитопровода 1, а внутренний диаметр тора равен внутреннему диаметру магнитопровода 1. Таким образом, боковые поверхности накладок 8, расположенные на торцевых поверхностях сердечника, выполняют закругленными для предотвращения повреждения изоляции провода при намотке его на сердечник.
Эксплуатация предлагаемого устройства происходит следующим образом.
Тепло, генерируемое в магнитопроводе 1 устройства, при его работе в сильных электромагнитных полях передается на прокладки 2 и отводится на основание 5, (в качестве которого может служить печатная плата из тепло-проводящего материала, радиатор или шасси устройства), через втулки 3, установленные между выступами 6 прокладок 2. В результате обеспечивается эффективное охлаждение сердечника моточного узла и его надежное крепление, устойчивое к внешним механическим воздействиям.
В моточных узлах, имеющих два (или несколько) магнитопроводов 1, прокладки 2 устанавливаются не только на фланцевых поверхностях, но и между магнитопроводами 1 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.
Дополнительный эффект от предлагаемого технического решения заключается в предотвращении повреждения кабеля при намотке его на сердечник.
Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом трансформаторе обеспечивается эффективное охлаждение ферритового сердечника, а также предотвращается повреждение кабеля при намотке его на сердечник.