Катушка индуктивности

Изобретение решает задачу создания катушки индуктивности, не подверженной пробоям между соседними витками или слоям за счет изоляционного покрытия, которое практически невозможно нарушить.

Поставленная задача решается тем, что предлагается катушка индуктивности, включающая последовательные спиралеобразные витки металлической токопроводящей проволоки или ленты, имеющей изоляционное покрытие, у которой металлическая токопроводящая проволока или лента выполнена из металла вентильной группы или из его сплава, а изоляционное покрытие металлической токопроводящей проволоки или ленты сформировано путем микродугового оксидирования ее поверхности в ванне с электролитом при ее последовательном наматывании на оправку, выполненную из диэлектрического материала.

Катушка может иметь спиралеобразные витки металлической токопроводящей проволоки или ленты, расположенные в один слой, а также в несколько, два и более слоев.

Группа вентильных металлов и их сплавов включает: алюминий, титан, магний, тантал, ниобий, цирконий, бериллий.

Оксидирование (от нем. oxydieren окислять) - это в общем случае преднамеренное окисление поверхности металлов и полупроводниковых материалов химическим, электрохимическим или другим способом. Образующаяся при этом оксидная пленка играет обычно защитную, технологическую или декоративную роль. А микродуговое оксидирование - это сравнительно новый вид поверхностной обработки и упрочнения главным образом металлических материалов, берущий свое начало от традиционного электрохимического оксидирования, и соответственно относящийся к электрохимическим процессам. Однако отличительной особенностью микродугового оксидирования является участие в процессе формирования покрытия поверхностных микроразрядов, оказывающих весьма существенное и специфическое (термическое, плазмохимическое и др.) воздействие на формирующееся покрытие и электролит, в результате чего состав и структура получаемых оксидных слоев существенно отличаются, а свойства значительно выше в сравнении с обычными пленками, полученными электрохимическим путем.

Катушка индуктивности, выполненная из материала вентильной группы с изоляционным покрытием, полученным микродуговым способом, практически не подвержены пробоям, так как эти покрытия подобны керамическим и обладают хорошими электроизоляционными свойствами, а, кроме того, имеют широкий комплекс других полезных свойств - износостойкость, коррозионностойкость, теплостойкость и др.

Свойства таких изоляционных покрытий определяются их составом и структурой, которые, в свою очередь, зависят от материала основы, состава электролита и режима обработки. Например, для покрытий, получаемых на проводниках из алюминиевых сплавов, характерны следующие данные: толщина - до 400 мкм, микротвердость - до 2500 кг/мм², пробойное напряжение - до 2000 В, теплостойкость - выдерживает тепловой удар до 2500°С, коррозионная стойкость - 1-й балл по десятибалльной шкале, износостойкость - на уровне твердых сплавов.

Предлагаемая катушка может быть получена следующим способом

В гальваническую ванну, наполненную электролитом, помещают оправку, выполненную из диэлектрика и имеющую в поперечном сечении желаемую форму: круглую, квадратную, прямоугольную и др. Проволоку или ленту, выполненную из вентильного металла, например алюминия, или его сплава, также помещают в гальваническую ванну, наполненную соответствующим электролитом. Проволоку или ленту и ванну подключают к источнику питания, например к электросети мощностью 220 В. При подаче переменного напряжения сети в положительный полупериод питающего напряжения гальваническая ванна выполняет роль катода, а расположенная в ней проволока, или лента - роль анода. Соответственно, поверхность проволоки или ленты, расположенной в гальванической ванне, при таком напряжении оксидируется, причем в процессе формирования покрытия участвуют поверхностные микроразряды, оказывающие существенное и специфическое (термическое, плазмохимическое и др.) воздействие на формирующееся покрытие и электролит. В это же время проволоку или ленту наматывают на оправку. В результате наматывания в неэластичном наружном слое уже образованного покрытия проволоки или ленты появляются трещины. Однако, поскольку процесс микродугового оксидирования продолжают, упомянутые трещины заполняются защитным слоем. В результате формируется катушка индуктивности с целостным изоляционным покрытием, толщина которого зависит от времени обработки. Например, покрытия, получаемые на алюминии и его сплавах в силикатно-щелочных электролитах, имеют, как правило, трехслойную структуру и неравномерное распределение компонентов. Они состоят из: тонкого переходного слоя; основного рабочего слоя с максимальной твердостью и минимальной пористостью, основной фазой которого является корунд, и наружного технологического слоя, обогащенного алюмосиликатами. Полученное покрытие является хорошим изолятором, обладает высокой прочностью, не подвержено растрескиванию и устойчиво к термоударам.

Пример 1

В гальваническую ванну, наполненную электролитом, содержащим КОН в количестве 2 г/л и жидкое стекло (Na ₂O×3SiO₂) в количестве 25 г/л, помещают проволоку диаметром 1 мм из сплава алюминия А0 и подсоединяют ее и ванну к источнику переменного напряжения 220 В через токоограничивающий конденсатор. Также в ванну помещают оправку из эбонита в виде стержня круглого сечения, к которой прикрепляют один конец проволоки. После включения источника питания варьируют токоограничивающую емкость конденсатора, добиваясь величины протекающего тока 30 А и начинают вращать эбонитовой стержень. Под действием переменного напряжения на поверхности проволоки образуется пленка алюмосиликата в результате процесса микродугового оксидирования. В течение всего процесса микродугового оксидирования осуществляют намотку оксидируемой проволоки на эбонитовую оправку. Поскольку проволока постоянно находится в растворе электролита, происходит заполнение трещин в покрытии, образовавшихся при ее наматывании. В течение первых 15 минут осуществляют намотку первого слоя катушки слева направо, а в течение следующих 15 мин осуществляют намотку второго слоя катушки справа налево. Полученная двухслойная катушка индуктивности имеет в сумме 100 витков. Изоляционное покрытие проволоки между витками имеет толщину 30-40 мкм, а между слоями 80-150 мкм, что позволяет подавать на катушку высокочастотное напряжение амплитудой до 800 В. При этом названное покрытие имеет высокую механическую прочность, термоустойчиво, не отслаивается от проволоки, имеет, по сути, неограниченный срок годности.

Пример 2

В гальваническую ванну, наполненную электролитом, содержащим полифосфат натрия в количестве 100 г/л и жидкое стекло (Na ₂O×3SiO₂) в количестве 3 г/л, помещают проволоку диаметром 1 мм из сплава алюминия А0 и подсоединяют ее и ванну к регулируемому источнику постоянного напряжения до 300 В. Также в ванну помещают оправку из эбонита в виде стержня, имеющего квадратное сечение. Одновременно с началом вращения эбонитового стержня к проволоке и ванне прикладывают напряжение, которое обеспечивает ток 30 А. В результате микродугового оксидирования на поверхности проволоки образуется пленка алюмополифосфата. Одновременно с микродуговым оксидированием проволоки осуществляют ее наматывание на оправку. Поскольку проволока при намотке подвергается дальнейшему оксидированию, происходит заполнение трещин, образующихся в покрытии при наматывании проволоки. Обработку осуществляют в течение 30 мин, причем вначале наматывают первый слой катушки слева направо, а далее наматывают второй слой катушки справа налево. Полученная двухслойная катушка индуктивности имеет в сумме 100 витков. Изолирующее покрытие проволоки между витками имеет толщину 20-30 мкм, а между слоями - 80-150 мкм, что позволяет подавать на катушку высокочастотное переменное напряжение с амплитудой до 700 В. При этом покрытие имеет высокую механическую прочность, термоустойчиво, не отслаивается от проволоки, имеет, по сути, неограниченный срок годности.

Пример 3

В гальваническую ванну, наполненную электролитом, содержащим гексаметафосфат натрия в количестве 4 г/л, кали едкое - 3 г/л, алюминат натрия - 6 г/л, помещают проволоку из сплава титана ВТ5 диаметром 2 мм и подсоединяют ее и ванну к регулируемому источнику переменного напряжения до 300 В. Также в ванну помещают оправку из эбонита в виде стержня, имеющего квадратное сечение, на которой закрепляют один конец проволоки. Далее к проволоке и ванне прикладывают напряжение, которое обеспечивает ток 30 А и начинают вращать стержень. В результате микродугового оксидирования на поверхности проволоки образуется пленка алюмофосфата. Поскольку проволока при намотке на оправку подвергается дальнейшему оксидированию, происходит заполнение трещин, образовавшихся в покрытии при ее наматывании. Обработку осуществляют в течение 30 мин, первую половину которых наматывают первый слой катушки, а вторую половину наматывают второй слой. Полученная катушка имеет общее количество витков, равное 100. Изолирующее покрытие проволоки между витками имеет толщину 15-20 мкм, а между слоями 60-100 мкм, что позволяет подавать на катушку высокочастотное переменное напряжение амплитудой до 400 В. При этом покрытие имеет высокую механическую прочность, термоустойчиво, не отслаивается от проволоки, имеет, по сути, неограниченный срок годности.

Формула изобретения

1. Катушка индуктивности, включающая последовательные спиралеобразные витки металлической токопроводящей проволоки или ленты, имеющей изоляционное покрытие, отличающаяся тем, что металлическая токопроводящая проволока или лента выполнена из металла вентильной группы или из его сплава, а изоляционное покрытие металлической токопроводящей проволоки или ленты сформировано путем микродугового оксидирования ее поверхности в ванне с электролитом при ее последовательном наматывании на оправку, выполненную из диэлектрического материала.

2. Катушка по п.1, отличающаяся тем, что спиралеобразные витки металлической токопроводящей проволоки или ленты расположены в один слой.

3. Катушка по п.1, отличающаяся тем, что спиралеобразные витки металлической токопроводящей проволоки или ленты расположены не менее чем в два слоя.

Имя изобретателя: Никифоров Алексей Александрович (RU), Федоров Владимир Ефимович (RU), Ефимов Виктор Прокопьевич (RU)
Имя патентообладателя: Никифоров Алексей Александрович
Почтовый адрес для переписки: 630090, г.Новосибирск, ул. Терешковой, 33, кв. 3, А.А. Никифорову
Дата начала отсчета действия патента: 11.12.2006

Разместил статью: admin
Дата публикации:  10-09-2008, 16:03

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Фомин Дмитрий Владимирович  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!