ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 2011 года по МПК H01F27/32 H05G1/10 

Настоящее изобретение относится к трансформаторам, особенно к трансформаторам, используемым в медицинском оборудовании, таком как рентгеновская аппаратура или томограф. Более конкретно, настоящее изобретение относится к высоковольтному трансформатору, к медицинской аппаратуре и применению высоковольтного трансформатора в медицинском аппарате.

Высоковольтные трансформаторы являются, например, ключевыми модулями генераторов высокого напряжения, обеспечивающих высокую мощность (с максимальными значениями более 100 кВт) при высоких напряжениях (с максимальными значениями более 100 кВ), используемыми в рентгеновских трубках, например, для медицинской диагностики. Существует тенденция к достижению еще более высоких уровней мощности для повышения качества изображения.

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного высоковольтного трансформатора.

В соответствии с примером варианта осуществления настоящего изобретения обеспечен высоковольтный трансформатор, содержащий первичную обмотку и вторичную обмотку. Первичной обмоткой является плоская обмотка, а вторичной обмоткой является обмотка типа литцендрат.

Предполагается, что высоковольтный трансформатор в соответствии с данным примером осуществления настоящего изобретения обеспечивает более эффективное охлаждение обмоток. Предполагается также, что высоковольтный трансформатор в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения является очень экономически эффективным в изготовлении и техническом обслуживании. В варианте данного примера осуществления поток охлаждающей среды, такой как охлаждающее масло, может быть обеспечен, например, в горизонтальном направлении. Это может обеспечить очень эффективное охлаждение, и охлаждающая среда проходит не только по первичной и вторичной обмоткам, но и по сердечнику относительно большое расстояние.

В соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения первичная обмотка содержит печатную плату, которой может быть однослойная печатная плата или многослойная печатная плата. Пути прохождения тока для формирования витков первичной обмотки образуются на печатной плате, если, например, печатной платой является однослойная печатная плата, или же образуются в/на печатной плате, если печатной платой является многослойная печатная плата.

В соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения высоковольтный трансформатор содержит также катушку, при этом катушка содержит множество прорезей. Данные прорези расположены таким образом, что обмотка типа литцендрат намотана в прорезях катушки.

Предполагается, что данное устройство обеспечивает простоту конструкции и изготовления высоковольтного трансформатора.

В варианте данного примера осуществления настоящего изобретения поток охлаждающей среды расположен таким образом, что поток охлаждающей среды, по существу, параллелен прорезям в катушке, обеспечивая очень эффективное охлаждение вторичной обмотки, которая обычно подвергается более высоким термическим напряжениям по сравнению с первичной обмоткой.

В соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения сердечник снабжен отверстием. Данное отверстие может содержать одну или более плоских поверхностей, расположенных таким образом, чтобы одна или более плоских обмоток упирались, по меньшей мере, в одну плоскую поверхность. Благодаря этому поверхность плоской обмотки упирается в плоскую поверхность сердечника, что может обеспечить эффективный отвод тепла из плоской обмотки в сердечник.

В соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения могут быть созданы две плоские обмотки, которые расположены соответственно у двух соответствующих плоских поверхностей в отверстии сердечника напротив друг друга. Между двумя плоскими обмотками может быть расположена катушка.

Предполагается, что данный пример осуществления настоящего изобретения может обеспечить создание экономически эффективного надежного высоковольтного трансформатора. В частности, в варианте данного примера осуществления настоящего изобретения поток охлаждающей среды может находиться в отверстии высоковольтного трансформатора, например, в направлении, параллельном прорезям в катушке, в которые уложены витки вторичной обмотки. Благодаря тому, что охлаждающая среда проходит вдоль направления витков вторичной обмотки, может быть обеспечено эффективное охлаждение вторичной обмотки. Кроме того, благодаря тому, что части поверхностей плоских обмоток непосредственно упираются в плоские поверхности сердечника, может быть обеспечен эффективный отвод тепла из плоской первичной обмотки в сердечник. Охлаждающая среда, проходящая вдоль частей ее поверхностей, также усиливает охлаждение плоской первичной обмотки. Благодаря этому может быть создан надежный трансформатор, поскольку может поддерживаться относительно низкое термическое напряжение.

Отсюда понятно, что сущностью примера осуществления настоящего изобретения является создание высоковольтного трансформатора, содержащего плоскую первичную обмотку и вторичную обмотку типа литцендрат, что позволяет получить экономически эффективный и термически стабильный высоковольтный трансформатор, который может быть эффективно применен, в частности, в медицинском оборудовании, таком как рентгеновская аппаратура или томограф.

Краткое описание чертежей

Ниже будут описаны примеры осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Фиг.1 изображает вид спереди примера осуществления высоковольтного трансформатора в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 изображает вид сбоку трансформатора, показанного на фиг.1.

Фиг.3 изображает вид сверху трансформатора, показанного на фиг.1.

Фиг.4 изображает упрощенную схематичную иллюстрацию плоской обмотки в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 изображает часть обмотки типа литцендрат в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 изображает упрощенную схематичную иллюстрацию медицинской аппаратуры в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, снабженного высоковольтным трансформатором в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание примеров осуществления изобретения

В приведенном ниже описании фиг.1-6 подобные ссылочные номера используются для обозначения подобных или соответствующих элементов.

Фиг.1 изображает вид спереди высоковольтного трансформатора 14 в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Высоковольтный трансформатор содержит сердечник 2, которым на фиг.1 является прямоугольный сердечник, такой как сердечник Е или подобный ему сердечник, который может быть выполнен, например, из листового металла или феррита, изготовленного методом спекания. Сердечник 2 содержит отверстие 12 для размещения обмоток. Отверстие 12 в примере осуществления, показанном на фиг.1, является, по существу, прямоугольным и содержит четыре поверхности, соответственно попарно параллельные друг другу. Внутренние поверхности отверстия 12 являются плоскими поверхностями. В середине отверстия 12 может быть расположена центральная опора сердечника 2.

На фиг.1 ссылочным номером 4 обозначена первая плоская обмотка, и ссылочным номером 8 обозначена вторая плоская обмотка. Как можно видеть из фиг.1, плоские обмотки 4 и 8 расположены на параллельных сторонах отверстия 12, а также расположены, по существу, параллельно друг другу. Плоские первичные обмотки 4 и 8 также расположены в отверстии 12 таким образом, что их плоские поверхности соответственно упираются в плоские поверхности отверстия 12. Это может обеспечить эффективный теплообмен между первичными обмотками 4 и 8 и сердечником 2. Плоские поверхности в отверстии 12, которые приспособлены для опоры поверхностей плоских первичных обмоток 4 и 8, обозначены ссылочным номером 34. Между первичными обмотками 4 и 8 расположена катушка 6, содержащая множество параллельных прорезей, которые расположены на фиг.1 в горизонтальном направлении. В данных прорезях расположен обмоточный провод типа литцендрат. Другими словами, множество витков обмоточного провода типа литцендрат намотаны на каждую из прорезей в катушке 6 для образования вторичной обмотки 10. Вторичная обмотка 10, которая образована при помощи витков обмоточного провода, называется литцендратом. Таким образом, высоковольтным трансформатором, схематично изображенным на фиг.1, является высоковольтный трансформатор, содержащий первичную обмотку, которой является плоская обмотка, и вторичную обмотку, которой является обмотка типа литцендрат.

Как можно видеть из фиг.1, эффективное охлаждение вторичной обмотки может быть обеспечено путем создания горизонтального потока охлаждающей среды, такой как трансформаторное масло, в отверстии 12 трансформатора. На фиг.1-3 горизонтальное направление указано заключенной в круг буквой Н. Перпендикулярное направление указано заключенной в круг буквой Р, и вертикальное направление указано заключенной в круг буквой V. Поток охлаждающей среды в перпендикулярном направлении также может обеспечить эффективное охлаждение вторичной обмотки. Таким образом, можно утверждать, что в трансформаторе, показанном на фиг.1, эффективное охлаждение вторичной обмотки 6 можно обеспечить при помощи потока охлаждающей среды в перпендикулярном и/или в горизонтальном направлениях. Кроме того, данный поток охлаждающей среды обеспечит также эффективное охлаждение частей поверхности плоской первичной обмотки. Можно также утверждать, что первичные обмотки 4 и 8 могут иметь эффективный отвод тепла в сердечник благодаря большой поверхности, которая соответственно упирается в плоскую поверхность сердечника, обеспечивая эффективный теплообмен.

Фиг.2 изображает вид сбоку трансформатора, показанного на фиг.1. Как можно видеть из фиг.2, вторичная обмотка 10 расположена между двумя (или более) первичными обмотками 4 и 8. Витки вторичной обмотки 10 на катушке 6 проходят вдоль перпендикулярного и вдоль горизонтального направления таким образом, что поток охлаждающей среды вдоль одного из этих направлений может обеспечить эффективное охлаждение обмотки типа литцендрат в прорезях катушки. Относительно плоские первичные обмотки 4, 8 проходят вдоль перпендикулярного и вдоль горизонтального направления таким образом, что поток охлаждающей среды вдоль этих двух направлений может обеспечить эффективное охлаждение частей их поверхностей.

Фиг.3 изображает вид сверху трансформатора, показанного на фиг.1.

Как можно видеть из фиг.3, первичные обмотки 4, 8 и вторичная обмотка 10 могут быть круглыми или цилиндрическими.

Фиг.4 изображает упрощенную иллюстрацию плоской обмотки в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, которая может быть использована в качестве первичной обмотки 4 или 8 для трансформатора в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.4, плоская обмотка, которая также обозначена ссылочным номером 4, может содержать множество слоев. Для простоты обмотки, которые могут быть образованы при помощи слоев меди на соответствующих поверхностях соответствующих слоев, показаны только на верхнем слое плоского слоя 4. Однако соответствующие витки или обмотки могут быть образованы на каждом слое многослойной печатной платы. Ток может подаваться в витки при помощи клемм 28 и 30. Как можно видеть из фиг.4, на поверхности может быть создано множество витков 26. Поверхность данной плоской первичной обмотки, которая может быть выполнена из печатной платы, обозначена ссылочным номером 32. Если такая плоская обмотка расположена таким образом, что поверхность 32 плоской обмотки упирается в поверхность 34 внутреннего отверстия 12 трансформатора, то может быть обеспечен эффективный теплообмен между первичной обмоткой и сердечником.

Фиг.5 изображает часть обмотки 10 типа литцендрат, которая может быть использована для вторичной обмотки. Как можно видеть из фиг.5, множество отдельных проводов 24 могут быть смотаны для образования обмотки 10 типа литцендрат, схематично изображенной на фиг.5. Обмотка 10 типа литцендрат может быть также создана с изоляцией на ее наружной стороне, чтобы избежать коротких замыканий с соседними проводами вторичной обмотки.

Фиг.6 изображает упрощенную схематичную иллюстрацию примера осуществления медицинской аппаратуры в соответствии с настоящим изобретением. Как можно видеть из фиг.6, медицинская аппаратура содержит высоковольтный трансформатор 14 в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, например трансформатор, изображенный на фиг.1. Кроме того, имеется в наличии рентгеновский источник 16 и детектор рентгеновского излучения 50. Ссылочным номером 52 обозначен высоковольтный блок, включающий трансформатор 14. Трансформатор 14, высоковольтный блок 52, детектор рентгеновского излучения 50 и рентгеновский источник 16 могут быть установлены на вращающемся гентри 18, так что трансформатор 14 и рентгеновский источник 16 могут вращаться вокруг кровати объекта исследования 32, проходящей через отверстие 20 в гентри 18. Аппаратурой, схематично изображенной на фиг.6, может быть компьютерный томограф.

Предполагается, что трансформатор, выполненный в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, благодаря своим высоким охлаждающим свойствам может быть оснащен меньшим количеством охлаждающей среды или меньшим средством для отвода тепла из обмоток. Предполагается, что благодаря этому вес трансформатора может быть уменьшен. Кроме того, это может позволить уменьшить размеры таких высоковольтных трансформаторов и генераторов. Таким образом, особенно в компьютерном томографе, это позволит увеличить скорость вращения нагревания гентри, что обеспечивает также повышение качества изображения. В общем и целом предполагается, что высоковольтный трансформатор в соответствии с настоящим изобретением может обеспечить увеличение плотности энергии высоковольтных трансформаторов.

Несмотря на то, что высоковольтный трансформатор в соответствии с данным примером осуществления настоящего изобретения ранее был описан со ссылкой на медицинские применения, такие как рентгеновский аппарат или компьютерный томограф, необходимо отметить, что трансформатор в соответствии с данным примером осуществления настоящего изобретения может применяться в других вариантах применения высоковольтных трансформаторов или генераторах. Например, такой трансформатор может применяться в сварочном аппарате.

Необходимо отметить, что слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и что единичные элементы не исключают множества. Кроме того, необходимо отметить, что любые ссылочные номера в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем формулы изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции высоковольтного трансформатора, который содержит первичную плоскую обмотку (4, 8), вторичную обмотку (10) типа литцендрат, сердечник и катушку, имеющую множество прорезей, в которых намотана обмотка типа литцендрат, при этом поверхности плоских обмоток упираются в плоские поверхности сердечника. При этом обмотки высоковольтного трансформатора могут подвергаться значительному термическому напряжению во время его работы, поскольку предложенная конструкция обладает высокими теплообменными свойствами за счет того, что плоская первичная обмотка упирается в плоскую поверхность сердечника (2), обеспечивая, таким образом, эффективный теплообмен между этими двумя элементами, кроме того, многожильная вторичная обмотка и плоская первичная обмотка могут охлаждаться при помощи охлаждающей среды. Повышение эффективности охлаждения высоковольтного трансформатора является техническим результатом изобретения. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Высоковольтный трансформатор, содержащий:
первичную обмотку (4, 8); и
вторичную обмотку (10);
катушку;
сердечник;
в котором первичной обмоткой является плоская обмотка; и
в котором вторичной обмоткой является обмотка типа литцендрат,
в котором катушка содержит множество прорезей;
в котором обмотка типа литцендрат намотана в прорезях катушки,
при этом поверхности плоских обмоток непосредственно упираются в плоские поверхности сердечника.

2. Высоковольтный трансформатор по п.1,
в котором первичная обмотка содержит элемент печатной платы;
в котором пути прохождения тока для формирования витков первичной обмотки образованы либо на печатной плате, либо в печатной плате.

3. Высоковольтный трансформатор по п.2,
в котором печатной платой является многослойная печатная плата.

4. Высоковольтный трансформатор по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий:
сердечник;
причем сердечник содержит отверстие (12);
при этом отверстие содержит множество плоских поверхностей (34);
причем первичная обмотка содержит множество элементов плоских обмоток (4, 8);
в котором множество элементов плоских обмоток соответственно упирается в соответствующие плоские поверхности из множества плоских поверхностей.

5. Высоковольтный трансформатор по п.1,
в котором катушка расположена между двумя плоскими поверхностями из множества плоских поверхностей в отверстии;
в котором множество плоских обмоток расположено между двумя плоскими поверхностями и катушкой.

6. Медицинская аппаратура, содержащая высоковольтный трансформатор по одному из пп.1-5.

7. Медицинская аппаратура по п.6, дополнительно содержащая:
по меньшей мере, одно из источника гентри и источника рентгеновского излучения.

8. Применение высоковольтного трансформатора по одному из пп.1-5 в медицинской аппаратуре.