Малогабаритный высоковольтный импульсный трансформатор и способ его изготовления Российский патент 2022 года по МПК H01F19/08 H01F27/32 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технике получения высоких напряжений электрического тока, к портативным устройствам питания высоким напряжением озонаторов, ионизаторов, газоразрядных ламп, лазеров, к технике получения наносекундных импульсов и преимущественно к технике оконечных каскадов электрошокового оружия.

Уровень техники

Традиционный способ изготовления высоковольтных импульсных трансформаторов как с магнитопроводом, так и без него состоит в том, что на полимерный, керамический или электрокартонный, микотканевый или иной нетокопроводный оправку или каркас или шаблон или гильзу наматывают обмоточный провод в лаковой изоляции слоями с межслойной изоляцией либо наматывают на секционированный нетокопроводный каркас. Недостатком такого способа является необходимость наличия при намотке оправки, каркаса или шаблона или гильзы, имеющих наружный диаметр или диаметр окружности вписанного периметра в десятки и до сотен диаметров обмоточной проволоки. Большой диаметр обмотки, во-первых, не позволяет выполнить компактный трансформатор для применения в малогабаритных и микроустройствах использующих высокое напряжение электрического тока, например, в малогабаритном электрошоковом оружии и, в частности, электрических пулях. Во-вторых, такой способ при заданных ограниченных размерах не позволяет изготавливать трансформаторы с большим коэффициентом трансформации и повышенной эффективностью работы.

Традиционная конструкция высоковольтного импульсного трансформатора всегда содержит каркас из изоляционного материала с намотанной на нем первичной и вторичной обмоткой, магнитный сердечник с замкнутым или незамкнутым магнитопроводом, при этом вторичная обмотка выполняется слоевой с однослойной намоткой каждого слоя и с межслойной изоляцией [1].

Примером традиционной конструкции высоковольтного импульсного трансформатора служит трансформатор по патенту [2], содержащий незамкнутый стержневой сердечник (магнитопровод) из ферромагнитного материала, первичную и вторичную обмотки, герметичный корпус.

Как правило, схема включения высоковольтного импульсного трансформатора для питания высоковольтных устройств содержит источник питания, например низковольтные аккумулятор или батарею, повышающий преобразователь напряжения (инвертер) и пороговое устройство формирования импульсов в цепи первичной обмотке трансформатора, например полупроводниковый ключ (тиристор или транзистор) или газовый разрядник управляемого или неуправляемого типа разрядный пороговый или управляемый элемент (защитный разрядник, тиратрон). Вырабатываемые на вторичной обмотке трансформатора импульсы высокого напряжения той или иной выбранной частоты поступают на нагрузку.

Недостатком рассмотренной конструкции трансформатора являются значительные габариты и вес. Другим недостатком трансформаторов описанной конструкции является их повышенная индуктивность являющаяся следствием наличия в них магнитопровода.

Повышенная индуктивность таких трансформаторов является препятствием получения коротких импульсов для работы различных короткоимпульсных устройств.

В портативных высоковольтных устройствах, высоковольтный трансформатор является наиболее массивным и объемным элементом и в известных сегодня серийных конструкциях занимает до 1/3 объема всего устройства, являясь одновременно и наиболее массивным компонентом.

В электрошоковом оружии одной из основных характеристик является «максимальное развиваемое напряжение холостого хода» определяемая визуально как «пробивное расстояние по воздуху». Значительно снизить габариты описанного выше трансформатора при сохранении описанной основной характеристики при такой конструкции высоковольтного импульсного трансформатора не представляется возможным.

Известны высоковольтные трансформаторы без сердечников, например трансформаторы Тесла [3], и иные трансформаторы без сердечника с общим названием «воздушные трансформаторы». Воздушные трансформаторы имеют каркасную или бескаркасную обмотку из провода намотанного в виде спирали виток к витку или, как правило, с тем или иным шагом и вторичную обмотку, на которой на каркасе виток к витку в один слой уложено большое количество витков провода малого диаметра. Между первичной и вторичной обмоткой находиться воздушный зазор в несколько сантиметров воздуха даже в малогабаритных трансформаторах Тесла служащий межобмоточной изоляцией, причем разница диаметров между первичной и вторичной обмотками в воздушных трансформаторах может достигать 3-5 раз. Другой вариант исполнения трансформатора Тесла имеет первичную обмотку, уложенную вплотную или с зазором виток к витку, но расположенную только в центре очень длинного по отношению к длине первичной обмотки каркаса-цилиндра с вторичной обмоткой.

Воздушные трансформаторы имеют слабую (не более 0,1) индуктивную связь между катушками, причиной которой является необходимость иметь между первичной и вторичной обмоткой вместо твердой или жидкой тонкослойной электрически прочной изоляции воздушную изоляцию с незначительной электрической прочностью и соответственно увеличенной ее толщиной для исключения возможности искрового электропробоя или утечек коронного разряда высокого напряжения между обмотками.

Общим недостатком воздушных трансформаторов являются очень большие габариты, совершенно исключающие применение таких трансформаторов в портативных высоковольтных устройствах, например электрошоковом оружии. Этот недостаток является следствием индуктивной слабосвязанностью из-за отсутствия сердечника и слабой магнитной проницаемости толстого слоя воздуха между обмотками, а также очень больших расстояний между обмотками и их неоптимальным для максимальной индуктивной связи пространственного расположения.

Эти недостатки указываются в источнике [4], где указано, что ВИТ рассматриваемой конструкции: «может применяться только для относительно небольшого повышения напряжения».

Слабая связь ведет к уменьшению напряжения холостого хода или «пробивного расстояния по воздуху» трансформатора типа Тесла, хотя известно, что увеличение коэффициента связи всего в два раза дает повышение выходного напряжения на 25%, а в четыре раза уже 35%.

В источнике [4] описана конструкции высоковольтных воздушных импульсных трансформаторов (ВИТ) без сердечников (магнитной системы). Приведенные конструкции характеризуются большими габаритными размерами, вытекающими из-за того, что средний внутренний диаметр или диаметр окружности вписанного периметра каркасов для намотки составляет сотни и тысячи диаметров обмоточного провода, а роль межобмоточной изоляции выполняет воздух, имеющий незначительную электрическую прочность при атмосферном давлении.

В качестве прототипа выбран высоковольтный импульсный трансформатор без сердечника [5] Трансформатор содержит вторичную обмотку намотанную бескаркасно но преимущественно с секционным каркасом, первичную обмотку, отделенную от вторичной зазором, в качестве которого используется электроизоляционный материал или цилиндрическая трубчатая обечайка. Вся конструкция помещена в жидкую, эластичную или твердую изоляцию электроизоляцию. Трансформатор имеет следующие недостатки. Вторичная обмотка, намотанная бескаркасно, как галетная или перекрестная обмотка (что, отмечено в описании патента [5]), имеет ничтожную электрическую прочность вследствие того, что приращение потенциала от слоя к слою обмоточного провода для недопущения межслоевого пробоя должна выдерживать только лаковая изоляция самого обмоточного провода, которая при малом диаметре провода (0,05-0,08), используемого при намотке малогабаритных трансформаторов, имеет электрическую прочность всего в сотни вольт при наличии между слоями потенциала уже в тысячи вольт. Таким образом, рассматриваемые типы бескаркасной намотки не имеют достаточного для работы запаса электрической прочности и склонны к электрическому пробою. Намотка галетного и перекрестного типа требует специальных намоточных станков, скрепление намотанных витков клеящими веществами, что снижает технологичность намотки. Послойная намотка на секционный каркас при малой длине секции (а секция должна иметь длину не более 1,5-3 мм при исполнении высоковольтных импульсных трансформаторов) требует опять же специальных намоточных станков позволяющих раскладывать провод на указанной выше длине при большой скорости намотки. При неимении таких станков намотка секционной катушки с секциями указанной длины возможна только внавал. Рассматриваемый трансформатор с каркасом, требует дополнительной отдельной детали «каркас» изготавливаемой методом литья пластмасс и требующий точной дорогостоящей пресс-формы. Трансформатор использует также трубчатую разделительную электроизоляционную обечайку для взаимоизоляции вторичной и первичной обмоток, также требующую для изготовления точной дорогостоящей пресс-формы. Самоокупаемость пресс форм возможна только при крупносерийном выпуске каркасов и обечаек. Трансформаторы же рассматриваемой конструкции без электроизоляционной обечайки не технологичны в исполнении. Указанные недостатки делают трансформатор прототип нетехнологичным и дорогостоящим при ограниченной серии. Намотка, выполненная внавал или галетным и перекрестным способом, не позволяет добиться максимального коэффициента связи обмоток трансформатора вследствие увеличенных потоков рассеяния магнитной индукции из-за невозможности достигнуть максимальной плотности укладки витков обмотки. Это увеличивает габариты трансформатора для достижения необходимого выходного напряжения. Однако и при послойной намотке секций наличии пресс материала между секциями секционного каркаса, толщина которого не может быть менее получаемых для термопластов при их литье 0,5-0,8 мм (для термопластавтоматов зарубежного производства и 1-1,5 мм для термопластавтоматов отечественного производства), увеличивает объем трансформатора, уменьшая связь между обмотками, снижая эффективность трансформации.

Главным недостатком прототипа является ограниченное количество витков в трансформаторе с заданными наружными габаритами при заданном диаметре намоточного провода прототипе за счет того, что часть объема занимает «силовой осевой стержень» (так, в формуле патента [4]). При этом по опыту производства трансформаторов по патенту [5] известно, что «силовой осевой стержень», выполненный из материала каркаса и представляющий собой его часть, невозможно выполнить диаметром менее 3 мм, так как в связи с большими изгибающими усилиями при намотке трансформаторов «силовой осевой стержень», выступающие (и обрезаемые после намотки) концы которого зажимаются в шпинделях намоточного станка, ломается, что делает невозможным намотку трансформатора.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема заключается в создании способа изготовления малогабаритного высоковольтного импульсного трансформатора без магнитопровода отличающихся технологичностью, дешевизной в производстве при увеличенном высоком напряжении холостого хода, большого коэффициента трансформации и повышении эффективности за счет улучшения магнитного потокосцепления, уменьшения потоков рассеяния магнитной индукции. Техническая проблема заключается также в создании конструкции трансформатора, исполняемого по заявляемому способу.

Технический результат заключается в решении указанных технических проблем.

Указанный технический результат тем, что способ изготовления малогабаритного высоковольтного импульсного трансформатора без магнитопровода, содержащего первичную и вторичную обмотки состоит в том, что вторичную высоковольтную обмотку наматывают от оси трансформатора на удаляемом после намотки электропроводном или оставляемом после намотки неэлектропроводном несущем элементе при минимально допустимом радиусе изгиба обмоточного эмальпровода на несущем элементе в 0,5-1,0 от наружного диаметра обмоточного провода, без оправки, каркаса, шаблона или гильзы слоями виток к витку с разделением намотанных слоев обмоточного эмальпровода межслоевой изоляцией перекрывающей с напуском длину слоев, поверх намотанной вторичной обмотки укладывают слой межобмоточной изоляции перекрывающей с напуском длину слоев, а поверх межобмоточной изоляции наматывают первичную низковольтную обмотку и всю намотанную конструкцию помещают в жидкий, эластичный или отверждаемый электроизоляционный материал.

Дополнительной особенностью способа является то, что несущий элемент представляет собой, проволоку или плетеную или одинарную нить, выполненную из прочного на разрыв и скручивание металла или полимерного, углеродного или минерального волокна и натянутую между шпинделем и бабкой намоточного станка.

Дополнительной особенностью способа является то, что несущий элемент представляет собой иглу из прочного на изгиб металла или полимера закрепленную в шпинделе намоточного станка.

Указанный технический результат достигается также тем, что малогабаритный высоковольтный импульсный трансформатор без магнитопровода, содержащий первичную однослойную или многослойную низковольтную и вторичную высоковольтную многослойную обмотку с межслоевой изоляцией, имеет осевой канал вторичной обмотки, заполненный электроизоляционным материалом или компаундом, поверх вторичной обмотки уложена межобмоточная слоевая изоляция, поверх которой намотана первичная низковольтная обмотка, электроизоляционный материал или компаунд заполняет также свободные пространства между слоями межслоевой изоляции.

Дополнительной особенностью трансформатора является то, что имеет первый слой межслоевой изоляции, выполненный из клеящейся односторонней или двухсторонней изоляционной пленки.

Дополнительной особенностью трансформатора является то, что полностью залит в высоковольтный электроизоляционный материал или компаунд, заполняющий осевой канал, свободные пространства между слоями межслоевой и межобмоточной изоляции и покрывающий наружную поверхность намотанного трансформатора, а выводы обмоток выходят из наружной поверхности электроизоляционного материала или компаунда.

Дополнительной особенностью трансформатора является то, что один из выводов высоковольтной вторичной обмотки соединен с выводом первичной обмотки внутри заливки компаундом без выхода наружу поверхности заливки.

Дополнительной особенностью трансформатора является то, что имеет первичную многослойную трапецевидную низковольтную обмотку с нижним основанием трапеции, обращенной ко вторичной обмотке.

Дополнительной особенностью трансформатора является то, что один из выводов первичной или вторичной обмотки проходит в осевом канале внутри первичной или вторичной обмотки.

Дополнительной особенностью трансформатора является то, что один из выводов высоковольтной вторичной обмотки соединен с выводом первичной обмотки внутри заливки электроизоляционным материалом или компаундом.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Вид трансформатора в разрезе.

Осуществление изобретения

Вторичную проволочную обмотку начинают наматывать без начального слоя изоляции на несущий элемент в виде натянутую между шпинделем и бабкой намоточного станка и вращающуюся вместе со шпинделем и бабкой сверхпрочную полиарамидную, либо из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, либо углеродную, либо минеральную (например, стекловолоконную) либо выполненную из иного металлического или неметаллического материала прочного на разрыв и скручивание проволоку или нить. Либо начинают наматывать без начального слоя изоляции на стальную иглу зажатую в шпинделе намоточного станка. Современный обмоточный провод малых диаметров в лаковой изоляции (эмальпровод) допускает радиус изгиба от 0,5 до 1,0 своего диаметра без нарушения целостности изоляции что позволяет применять в заявляемом трансформаторе обмоточные провода потребного для диаметра для высоковольтных импульсных трансформаторов малогабаритных электрошоковых устройств (0,05-0,12 мм). Множественные слои вторичной обмотки наматывают в один слой с использованием межслоевой и межобмоточной изоляцией, перекрывающей с напуском длину слоев и диаметр слоев эмальпровода по обычным правилам намотки высоковольтных трансформаторов. Специалисту очевидно, что указанный способ намотки наиболее просто обеспечивается намоткой первого слоя обмоточного провода в лаковой изоляции на натянутую между шпинделем и вращающейся задней бабкой намоточного станка металлическую проволоку или углеродную нить или нетокопроводные полимерную или минеральную нить с вытягиванием этой проволоки или нити из осевого пространства (канала) намотанного трансформатора после его намотки. Проводящую проволоку или нить вытягивают из осевого пространства трансформатора после его намотки. Нетокопроводные полимерную или минеральную нить, можно не извлекать из осевого пространства намотанного трансформатора, а просто обрезать по торцам намотанного трансформатора, но такой способ менее целесообразен (см. ниже).

После намотки вторичной обмотки на намотанную обмотку укладывают слои межобмоточной изоляции, поверх которой наматывают первичную низковольтную обмотку из толстой проволоки с небольшим числом витков, как правило, в один слой. Намотанный трансформатор помещают в жидкий электроизоляционный материал (в том числе расплав, например полимеров, например полиэтилена) или компаунд и отверждают его охлаждением или полимеризацией преимущественно под вакуумом либо под давлением, либо объединяя оба способа (сначала вакуум, а затем давление). При этом образующийся осевой канал при вытягивании из осевого пространства токопроводной проволоки или нити заполняют электроизоляционным материалом или компаундом, а также заполняют также свободные пространства между слоями межслоевой и межобмоточной изоляции. При использовании нетокопроводной нити электроизоляционный материал или компаунд, а также заполняет преимущественно свободные пространства между слоями межслоевой и межобмоточной изоляции, но также проникает и в осевое пространство. Гораздо целесообразней вытягивать несущий элемент из осевого пространства с целью заполнения осевого пространства полностью электроизоляционным материалом, так как при оставлении даже нетокопроводного несущего элемента в осевом пространстве существует вероятность незатекания электроизоляцилнного материала между несущим элементом и первым слоем намотки с последующей возможностью электрического пробоя первого слоя за счет разности потенциала между началом слоя и концом слоя. Но в любом случае осевой канал после намотки трансформатора заполняется электроизоляционным материалом будь это вытягиваемый (заполнение отверждаемым материалом) или оставляемый несущий элемент (электроизолятор в виде нити).

Фиг. 1. Трансформатор без магнитопровода имеет первичную 1 и вторичную 2 обмотки, межобмоточную изоляцию 3 и межслойную изоляцию 4 и помещен в легкоплавкий или отверждаемый электроизоляционный материал или компаунд 5, причем он полностью заполняет и осевое пространство 6 по оси трансформатора в том случае, если как описано в способе выше, несущий элемент в виде тонкой токопроводной иглы сравнимой по диаметру с нитью или проволокой, проволоки или нити удаляют из трансформатора. Трансформатор может быть бескорпусным (заливаться электроизоляционным материалом или компаундом 5 в форме с последующим после отверждения материала извлечением из формы), но может и иметь наружный силовой корпус 7. Вторичная обмотка высоковольтных трансформатором исполняется из тонкого эмальпровода имеющего выводы 8 и 9, первичная низковольтная обмотка имеющая выводы 10 и 11 может быть выполнена как из толстого эмальпровода, так и из различных типов монтажного провода (например, МГТЭФ, МС и подобных) с экструдированной или спеченной полимерной изоляцией.

Первый намотанный на формирующем несущем элементе слой преимущественно отделяют от последующего второго слоя обмоточного провода межслоевой изоляцией, выполненной из пленки с высокой электрической прочностью, типа астралон, каптон (например, клеящегося каптона (adhesive kapton)), фторопласт, полиэтилентерефталат и т.п. с перекрытием концов пленки и отступе от обоих концов уложенного слоя обмоточной проволоки, клеящейся односторонней или двухсторонней изоляционной пленки. При этом одна сторона пленки с нанесенным на нее клеем должна прилегать к первому слою вторичной обмотки. Теоретически допускается, что первый слой изоляции можно выполнять из указанных типов пленки без клеевого слоя, но в этом случае вытягивание несущего элемента из пространства оси намотанного трансформатора, как правило, вызывает расформирование намотанного трансформатора. При извлечении из намотанного трансформатора несущего элемента приклеивание первого слоя межслойной изоляционной пленке к первому слою обмотки не дает невозможность выдвижения всего первого слоя обмотки из трансформатора при употреблении для последующей межслойной изоляции пленок обычной межслоевой изоляции либо при неплотной намотке слоев. Все последующие слои межслойной изоляции после первого слоя обмотки могут выполняться из указанного материала пленок без клеящего слоя. Толщина одного слоя межслойной изоляции при употреблении современных электроизоляционных полимерных пленок с большой электрической прочностью из указанных материалов не превышает 20-60 мкм. В связи с малой толщиной слоев межслойной изоляции достигается высокая плотность (заполнение) витками проволочной обмотки объема трансформатора. Коэффициент связи обмоток у заявляемого трансформатора максимален из-за уменьшения потоков рассеяния магнитной индукции, достигаемой большой плотностью вторичной обмотки максимально возможным сближением первичной и вторичной обмоток. Первичная низковольтная обмотка намотана, как правило, поверх вторичной обмотки через межобмоточную изоляцию из указанного материала изоляционных пленок. Но в возможно необходимых случаях порядок намотки может быть и изменен. На несущий элемент для намотки сначала наматывают низковольтную первичную обмотку из одного слоя или нескольких слоев с изоляцией или без между слоями. На первичную обмотку через межобмоточную изоляцию наматывается многослойная с взаимоизоляцией слоев высоковольтная вторичная обмотка. Однако первичную маловитковую обмотку толстого провода целесообразнее наматывать преимущественно поверх вторичной многовитковой обмотки тонкого провода, поскольку тонкий провод всегда имеет меньший радиус минимально допустимого по техническим условиям изгиба, и в связи с малым неиспользуемым осевым пространством дает возможность укладки большего количества слоев (и витков) вторичной обмотки при заданном наружном диаметре трансформатора и таким образом увеличивать коэффициент трансформации. Первичная обмотка в связи с малым количеством витков провода большого диаметра для получения большого коэффициента трансформации может быть как однослойной так и многослойной и в частности при намотке поверх вторичной обмотки трапецевидной с нижним основанием трапеции обращенной ко вторичной обмотке, такая трапецевидная первичная обмотка в возможно необходимых случаях применения трансформатора увеличивает длительность высоковольтного импульса по сравнению с цилиндрической намоткой при том же числе витков. Толщина межобмоточной изоляции, электрически разделяющей первичную и вторичную обмотки, не превышает 60-200 мкм. После намотки трансформатор либо снимают с электропроводного несущего элемента (углеродного волокна, металлической проволоки или иглы выдергивая (удаляя) из образуемого осевого отверстия трансформатора волокно, проволоку или иглу), либо в случае намотки на нетокопроводном несущем элементе (полимерная нить, минеральное волокно) несущий элемент удаляют выдергиванием или оставляют внутри осевого пространства и обрезают концы несущего элемента по торцам трансформатора, что менее целесообразно (указано выше в описании способа). После этого под вакуумом или под давлением, или комбинируя вакуум и давление, трансформатор заливают в форме электроизоляционным материалом или компаундом 5, после чего следует отверждение материала и извлечение готового трансформатора из формы. При заливке материал 5 заполняет и свободные пространства между слоями межслоевой изоляции по торцам трансформатора. Электроизоляционный материал может быть как эластичным, так и неэластичным (например, полиэтилен, парафин, отверждаемые силиконовый или эпоксидный компаунд). Возможна заливка электроизоляционного материала и в корпус 7, в который помещается намотанный трансформатор. В этом случае форма для заливки не требуется, а корпус 7 выполненный преимущественно из полимерного материала придает трансформатору дополнительную механическую прочность и лучшие электроизоляционные свойства. При устройстве герметичного корпуса 7 и герметичных выводов вторичной и первичной обмоток трансформатора возможно применять и неотверждаемые электроизоляционные материалы (например, силиконовые или трансформаторные масла).

При изготовлении трансформаторов при рассчитанном для получения необходимого коэффициента трансформации количестве слоев обмотки, часто возникает необходимость выведения концов вторичной обмотки на одну сторону трансформатора. В заявляемом трансформаторе один из выводов вторичной обмотки 2 при намотке первого слоя вторичной обмотки на начальном слое изоляции положенной на несущий элемент может быть пропущен через осевой канал после удаления несущего элемента для выхода высоковольтного вывода на другую сторону трансформатора. Вывод протаскивается через тонкую электроизоляционную трубку, установленную в осевое пространство на место несущего элемента после его извлечения из осевого пространства 7 трансформатора.

В одном из вариантов исполнения трансформатора один из выводов высоковольтной вторичной обмотки прилежащий к межобмоточной изоляции соединяется с выводом первичной обмотки непосредственно внутри заливки компаундом 5 без выхода вывода наружу, и таким образом трансформатор имеет выход наружу из заливки компаундом 5 или из корпуса 7 только два низковольтных вывода, и один высоковольтный из осевого пространства трансформатора. Такое исполнение удобно для многих топологий оконечных каскадов электрошокового оружия.

В заявляемой конструкции трансформатора коэффициент связи обмоток трансформатора повышен за счет уменьшения потоков рассеяния магнитной индукции достигаемого максимальным сближением первичной и вторичной обмоток и увеличенной плотности вторичной обмотки. Вследствие уменьшенной индуктивности из-за отсутствия магнитопровода, трансформатор может применяться в короткоимпульсной высоковольтной технике.

В описании указано, что изобретение относится преимущественно к технике оконечных каскадов электрошоковых устройств. Новизна качества состоит в том, что на основе заявляемого изобретения трансформатора впервые в мире удалось создать полноценное малогабаритное контактно-дистанционное электрошоковое оружие [6].

Предложенное отличие конструкции высоковольтного трансформатора, заключающееся в намотке высоковольтного трансформатора без магнитопровода при минимально допустимом радиусе изгиба провода, который в настоящее время при существующих сегодня качестве и технологиях нанесения лаковой изоляции составляет 0,5-1,0 наружного диаметра обмоточного провода, не является очевидным для специалистов по высоковольтной технике и технике электрошокового оружия, к каковой технике, как указано в описании изобретения, преимущественно и относится изобретение, и неочевидны и для специалистов в иных областях техники, так как практических конструкций трансформаторов с совокупностью признаков но настоящей заявке на изобретения в современной технике не существует. Однако в будущем, вероятно, будут разработаны лаковые покрытия проводов, которые будут допускать радиус изгиба обмоточного провода даже менее 0,5 его наружного диаметра.

В заявляемой конструкции трансформатора потокосцепление и коэффициент связи обмоток трансформатора максимален для трансформаторов без магнитопровода за счет уменьшения потоков рассеяния магнитной индукции, достигаемого максимальным сближением первичной 1 и вторичной 2 обмоток и следующим за этим соответственным уменьшением их диаметра и длины.

Источники информации

1. Геращенко Г.В. Справочное руководство по изготовлению катушек трансформаторов (1956).

2. Патент США № 6810868B2.

3. Патент США № 568176.

4. С.С. Вдовин. «Проектирование импульсных трансформаторов» Энергоатомиздат, 1991 г., стр. 194-198.

5. Патент РФ № 2482562.

6. Патент РФ № 2744303.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в снижении веса и габаритов, повышении эффективности за счет улучшения магнитного потокосцепления, уменьшения потоков рассеяния магнитной индукции. Малогабаритный высоковольтный импульсный трансформатор без магнитопровода содержит первичную низковольтную и вторичную высоковольтную обмотки. Вторичную высоковольтную обмотку наматывают от оси трансформатора на удаляемом после намотки электропроводном или оставляемом после намотки неэлектропроводном несущем элементе при минимально допустимом радиусе изгиба обмоточного эмальпровода на несущем элементе в 0,5-1,0 от наружного диаметра обмоточного провода, без оправки, каркаса, шаблона или гильзы слоями виток к витку с разделением намотанных слоев обмоточного эмальпровода межслоевой изоляцией, перекрывающей с напуском длину слоев. Поверх вторичной обмотки уложена межобмоточная изоляция, поверх которой намотана первичная обмотка. Вся конструкция залита электроизоляционным компаундом или электроизоляционной жидкостью. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления малогабаритных высоковольтных импульсных трансформаторов без магнитопровода, содержащих первичную и вторичную обмотки, состоящий в том, что вторичную высоковольтную обмотку наматывают от оси трансформатора на удаляемом после намотки электропроводном или оставляемом после намотки неэлектропроводном несущем элементе при минимально допустимом радиусе изгиба обмоточного эмальпровода на несущем элементе в 0,5-1,0 от наружного диаметра обмоточного провода, без оправки, каркаса, шаблона или гильзы слоями виток к витку с разделением намотанных слоев обмоточного эмальпровода межслоевой изоляцией, перекрывающей с напуском длину слоев, поверх намотанной вторичной обмотки укладывают слой межобмоточной изоляции, перекрывающей с напуском длину слоев, а поверх межобмоточной изоляции наматывают первичную низковольтную обмотку и всю намотанную конструкцию помещают в жидкий, эластичный или отверждаемый электроизоляционный материал.

2. Способ по п. 1, состоящий в том, что несущий элемент представляет собой проволоку или плетеную или одинарную нить, выполненную из прочного на разрыв и скручивание металла или полимерного, углеродного или минерального волокна и натянутую между шпинделем и бабкой намоточного станка.

3. Способ по п. 1, состоящий в том, что несущий элемент представляет собой тонкую иглу из прочного на изгиб металла или полимера, закрепленную в шпинделе намоточного станка.

4. Малогабаритный высоковольтный импульсный трансформатор без магнитопровода, содержащий первичную однослойную или многослойную низковольтную и вторичную высоковольтную многослойную обмотку с межслоевой изоляцией, отличающийся тем, что имеет осевой канал вторичной обмотки, заполненный электроизоляционным материалом или компаундом, поверх вторичной обмотки уложена межобмоточная слоевая изоляция, поверх которой намотана первичная низковольтная обмотка, электроизоляционный материал или компаунд заполняет также свободные пространства между слоями межслоевой изоляции.

5. Трансформатор по п. 4, отличающийся тем, что имеет первый слой межслоевой изоляции, выполненный из клеящейся односторонней или двухсторонней изоляционной пленки.

6. Трансформатор по п. 4, отличающийся тем, что полностью залит в высоковольтный электроизоляционный материал или компаунд, заполняющий осевой канал, свободные пространства между слоями межслоевой и межобмоточной изоляции и покрывающий наружную поверхность намотанного трансформатора, а выводы обмоток выходят из наружной поверхности электроизоляционного материала или компаунда.

7. Трансформатор по п. 6, отличающийся тем, что один из выводов высоковольтной вторичной обмотки соединен с выводом первичной обмотки внутри заливки компаундом без выхода наружу поверхности заливки.

8. Трансформатор по п. 4, отличающийся тем, что имеет первичную многослойную трапециевидную низковольтную обмотку с нижним основанием трапеции, обращенной ко вторичной обмотке.

9. Трансформатор по п. 4, отличающийся тем, что один из выводов первичной или вторичной обмотки проходит в осевом канале внутри первичной или вторичной обмотки.

10. Трансформатор по п. 4, отличающийся тем, что один из выводов высоковольтной вторичной обмотки соединен с выводом первичной обмотки внутри заливки электроизоляционным материалом или компаундом.