ИНДУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1994 года по МПК H01F17/02 

Изобретение относится к конструированию радиоэлектронной аппаратуры, в частности к созданию печатных электрорадиоэлементов, и может быть использовано при проектировании и изготовлении индуктивных элементов, устанавливаемых на печатные платы.

Известны катушки индуктивности, выполненные в виде обмоток (цилиндрических, тороидальных и др.), намотанных на каркас или на ферромагнитный сердечник.

Недостатком таких катушек индуктивности является сложность конструкции, обусловленная наличием нескольких конструктивных элементов (каркас, обмотка, сердечник), а также необходимостью специального оборудования, например, намоточных станков или приспособлений для выполнения обмотки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является известный индуктивный элемент, содержащий обмотку, состоящую из плоских спиралей с выводами, печатную плату и соединительный элемент.

Недостатками такого элемента являются ограниченный диапазон регулирования индуктивности, низкая добротность, большие габариты.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования индуктивности, повышение добротности и уменьшение габаритов.

Цель достигается в индуктивном элементе, содержащем обмотку, состоящую из плоских спиралей с выводами, печатную плату и соединительный элемент, тем, что индуктивный элемент снабжен основанием с внешними контактными площадками, дополнительными печатными платами, а также промежуточными и центральными контактами площадками, спирали размещены соосно на противоположных сторонах всех печатных плат и соединены через центральные контактные площадки и выполненные в них металлизированные отверстия, в основании выполнены пазы, радиально расположенные относительно центра индуктивного элемента, соединительный элемент выполнен в виде печатных проводников, расположенных по сторонам упомянутых пазов, печатные платы закреплены в пазах основания, внешние витки спиралей соединены с промежуточными контактными площадками, расположенными со стороны установки печатных плат в пазы основания, и соединены с печатными проводниками соединительного элемента, начало спирали первой печатной платы и конец спирали последней печатной платы подключены к внешним контактным площадкам, являющимся выводами индуктивного элемента, а также тем, что четыре диаметрально расположенные печатных плат попарно объединены, в одной из объединенных плат выполнен центральный паз с одной кромки печатной платы, а в другой объединенной плате выполнен встречный паз с противоположной кромки печатной платы, объединенные платы соединены между собой в виде креста посредством упомянутых пазов.

На фиг.1 приведено изображение первого слоя первой "двойной" платы; на фиг. 2 - второй слой первой "двойной" платы; на фиг.3 - первый слой второй "двойной" платы на фиг.4 - второй слой второй "двойной платы; на фиг.5 - первый слой "одинарной" платы; на фиг.6 - второй слой "одинарной" платы; на фиг. 7 - изображена соединительная печатная плата; на фиг.8 - индуктивный элемент в собранном состоянии, вид сверху; на фиг.9 - индуктивный элемент в собранном состоянии, вид спереди.

Изображения на всех фигурах приведены в увеличенном масштабе, например, на фиг.1-7 - в масштабе М2:1, а на фиг.8, 9 - в масштабе М4:1.

Печатные платы являются пластинчатыми индуктивными секциями.

"Одинарная" плата 1, слои которой изображена на фиг.5, 6, является одной пластинчатой индуктивной секцией, а "двойные" платы 2 и 3, слои которых изображены на фиг.1, 2 и фиг.3, 4, содержат по две пластинчатые индуктивные секции, конструктивно объединенные в одной плате.

На слоях плат 1 - 3 расположены плоские спиральные обмотки 4 и 5 с согласованными между собой направлениями закрутки от центра обмотки.

В центре спиральных обмоток 4 и 5 расположена первая (центральная) контактная площадка 6, в которой выполнено переходное металлизированное отверстие (на чертежах не показано).

Внутренние витки спиральных обмоток 4 и 5 соединены с первой контактной площадкой 6, а через переходное металлизированное отверстие - между собой. Внешние витки спиральных обмоток 4 соединены с второй (внешней) контактной площадкой (прямоугольной формы), расположенной на первом слое плат. Внешние витки спиральных обмоток 5 соединены с третьей контактной площадкой 8 (прямоугольной формы), расположенной на другом слое плат.

В нижней половине платы 2 выполнен паз 9 (фиг.1, 2), а в верхней половине платы 3 выполнен паз 10 (фиг.3, 4). Ширина пазов 9 и 10 равна ширине пластин индуктивных секций.

На фиг.7 изображена соединительная печатная плата 11, в которой выполнены пазы 12, радиально расположенные относительно центра 13 индуктивного элемента.

По краям пазов 12 соединительной печатной платы 11 выполнены печатные соединительные элементы 14 (заштрихованы), представляющие собой печатные проводники, например, V-образной формы.

В одном из секторов, образованных пазами 12, расположены четвертая и пятая контактные площадки 15 и 16, являющиеся выводами индуктивного элемента (А и В).

На фиг. 8 показан индуктивный элемент в собранном виде (вид сверху). Печатные платы 1 - 3 заштрихованы в клетку, а металлизированные соединительные элементы 14 - под углом 45^о.

Платы 1 - 3 вставлены в пазы 12 соединительной печатной платы 11, причем "двойные" платы 2 и 3 вставлены одна в другую посредством выполненных в них пазов 9 и 10. Вся конструкция является механически достаточно жесткой, так как, во-первых, ширина пазов соответствует толщине материала, из которого изготовлены платы 1 - 3, во-вторых, платы могут быть дополнительно закреплены клеевым составом, наносимым в местах сочленения, а в третьих, каждая плата припаивается своими контактными площадками 7 и 8 к соединительным элементам 14 соединительной печатной платы 11. Места пайки припоем намечены зачерненными областями 17.

Для удобства монтажа пайку можно осуществлять с обратной стороны соединительной платы 11 (см. фиг.9), на которой можно выполнить соединительные элементы 14.

Предлагаемый индуктивный элемент работает следующим образом.

Как можно видеть из фиг.8, плоские спиральные обмотки всех индуктивных секций соединены в последовательную цепочку через вторые и третьи контактные площадки индуктивных секций и печатные соединительные элементы 14 соединительной печатной платы 11, образуя тем самым единый индуктивный элемент. При этом начало плоской спиральной обмотки первой индуктивной секции и конец плоской спиральной обмотки последней секции подключены к четвертой и пятой контактным площадкам 15 и 16, являющимся выводами индуктивного элемента и расположенным на соединительной плате 11.

Поскольку в одной индуктивной секции имеются две плоские спиральные обмотки, направления закрутки которых от центра обмоток согласованы, т.е. на одном слое - по часовой стрелке, а на другом слое - против часовой стрелки, то при пропускании электрического тока через эти последовательно соединенные обмотки магнитные потоки, возбуждаемые этими обмотками, будут суммироваться, а величина индуктивности одной индуктивной секции будет превышать двойную величину индуктивности отдельной обмотки за счет взаимоиндукции М двух обмоток
L_секции = 2 L _обм + М.

В собранном состоянии индуктивного элемента центры обмоток всех индуктивных секций находятся в одной плоскости на равном удалении от центра 13 индуктивного элемента, а сами обмотки образуют тело вращения - тороид. Таким образом, предлагаемый индуктивный элемент, состоящий из набора индуктивных секций, эквивалентен секционированной тороидальной катушке индуктивности.

Изменяя количество индуктивных секций в элементе, можно в широком диапазоне изменять значение индуктивности индуктивного элемента.

При n = 8 (см. фиг.8) индуктивный элемент представляет собой многослойную печатную катушку индуктивности, выполненную на 16 слоях.

При этом габариты такого индуктивного элемента могут быть достаточно малыми (внешний диаметр - 15-20 мм, высота - 10 мм).

В качестве соединительной платы может использоваться непосредственно часть монтажной платы, на которой должен быть установлен предлагаемый индуктивный элемент совместно с другими электрорадиоэлементами, что упрощает компоновку и монтаж.

Предлагаемый индуктивный элемент включается в электрическую схему устройства через вводы 15, 16, к которым подходят печатные проводники (не показаны), и может выполнять различные функции - дроссель, катушка индуктивности колебательного контура, фильтр и др.

Предлагаемый индуктивный элемент допускает возможность плавной регулировки индуктивности, что достигается, например, введением ферромагнитного сердечника между индуктивными секциями (на чертежах не показан).

Экранировка индуктивного элемента обеспечивается обычными средствами, например использованием защитного электропроводящего кожуха, в который помещается указанный элемент.

Использование: в конструировании радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство содержит печатные платы, на обеих сторонах которых размещены плоские спирали, соединенные между собой через центральные контактные площадки и металлизированные отверстия. Печатные платы размещены в радиальных пазах основания. Спирали соседних плат соединены между собой с помощью соединительного элемента, расположенного по сторонам пазов основания и промежуточных контактных площадок. Начало спиралей первой печатной платы и конец спирали последней печатной платы подключены к внешним контактным площадкам. 1 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. ИНДУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий обмотку, состоящую из плоских спиралей с выводами, печатную плату и соединительный элемент, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования индуктивности, повышения добротности и уменьшения габаритов, индуктивный элемент снабжен основанием с внешними контактными площадками, дополнительными печатными платами, а также промежуточными и центральными контактными площадками, спирали размещены соосно на противоположных сторонах всех печатных плат и соединены через центральные контактные площадки и выполненные в них металлизированные отверстия, в основании выполнены пазы, радиально расположенные относительно центра индуктивного элемента, соединительный элемент выполнен в виде печатных проводников, расположенных по сторонам упомянутых пазов, печатные платы закреплены в пазах основания, внешние витки спиралей соединены с промежуточными контактными площадками, расположенными со стороны установки печатных плат в пазы основания и соединенными с печатными проводниками соединительного элемента, начало спирали первой печатной платы и конец спирали последней печатной платы подключены к внешним контактным площадкам, являющимся выводами индуктивного элемента. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что четыре диаметрально расположенных печатных платы попарно объединены, в одной из объединенных плат выполнен центральный паз с одной кромки печатной платы, а в другой объединенной плате выполнен встречный паз с противоположной кромки печатной платы, объединенные платы соединены между собой в виде креста посредством упомянутых пазов.