Намотка индукционной катушки медной лентой. Изготовление катушек тма, дма. Я заявляю в своём изобретении

Патент этот я выбрал по нескольким причинам. Очень многие, не понимая сути изобретения, часто бросают реплику "попробуй использовать бифилярки Теслы, - получишь хороший прирост КПД в своих устройствах". Причём, люди эти, даже отдалённо не предполагают, почему, собственно, такой способ намотки, вдруг, делает катушку более эффективной.

Ведь, если приглядеться, то становится понятно, что ток направлен всегда в одну сторону (например, по часовой стрелке) во всех витках, - и чётных, относящихся к одной намотке, и не чётных, относящихся ко второй,.. то есть, точно так же, как и в плоской катушке с намоткой в один провод. И магнитное поле, возникающее в любом произвольном витке, точно так же мешает движению зарядов (тока) в следующем витке, как это происходит и в простой катушке. Более того, индуктивные бифилярки Теслы часто путают с неиндуктивными бифилярками Купера, в которых ток в произвольно выбранных двух соседних витках течёт в разных направлениях (и которые, по сути, являются статическими усилителями мощности и рождают ряд аномалий, в том числе и антигравитационные эффекты). Тогда же рождается параллельный вопрос, - если намотка в два провода улучшает параметры катушки, то почему бы ни намотать в три, четыре... провода, т.е. сделать трифилярную, квадрофилярную и т.д. катушку, и не увеличить этот положительный эффект?

Отгадка приходит, как ни странно, с русским переводом самого патента. Всё дело в разнице потенциалов в двух соседних витках. Тесла подробно исследовал процесс индукции и самоиндукции, а так же потери, возникающие в катушках. Он выяснил, что если очень сильно повысить ёмкость катушки, то для данной частоты тока, понижается сопротивление в витках и эффект самоиндукции стремительно падает. Подробнее об этих соотношениях читайте в патенте.

Здесь на рисунке: верхняя кривая, - это величина, запасаемой энергии в бифилярной катушке Теслы, а нижняя кривая, - величина энергии в обычной плоской катушке, намотанной в один провод (опыт проведён в условиях резонанса).

Также многие не догадываются, что катушка эта разрабатывалась Теслой исключительно для условий резонанса (последовательный LС-контур, резонанс напряжений), и в обычном виде он её не использовал (точнее - использовал, но об этом, как нибудь в другой раз). В резонансе на концах индуктивности (катушки) появляется потенциал гораздо более мощный, чем внешний управляющий сигнал контура (подаваемое напряжение). Но снять напрямую его от туда нельзя. При подключении нагрузки соотношение L и C резонансного контура нарушается (уменьшается индуктивность) и система выходит из резонанса. Сам Тесла (в свой ранний творческий период) и не ставил такой цели. Поэтому, название патента очень хорошо отражает суть изобретения.

В более поздний период Тесла, конечно же, возжелал отобрать эту колоссальную, появляющуюся в катушке мощность (энергию свободных вибраций). Здесь нам на руку играет тот факт, что катушка индуктивная. Т.е. её можно использовать в качестве одной из обмоток трансформатора. Если сделать трансформатор с асимметричной взаимоиндукцией первичной и вторичной обмотки, то можно на вторичную повесить нагрузку и наслаждаться халявой. Если нагрузка имеет статический характер (например, лампочка), то всё на порядок упрощается, - в этом случае, даже трансформатор не обязателен. Главное - всё точно рассчитать. А теперь, собственно, сам патент:

Тому, кого это может касаться.

Да будет известно, что я, Никола Тесла, гражданин США, проживающий в Нью-Йорке изобрёл полезное усовершенствование в катушках для электромагнитов и других аппаратов, которое ниже описано в сопровождении рисунков. В электромеханических аппаратах и системах переменного тока самоиндукционные катушки или проводники могут во многих случаях работать с потерями, что известно, как промышленная эффективность, и что приносит вред в различных аспектах. Эффект самоиндукции упомянутый выше, может быть нейтрализован ёмкостью тока определённой степени в соответствии с самоиндуктивностью и частотой тока. Это достигается использованием конденсаторов, собранных и применяемых как отдельный инструмент.

Моё это изобретение имеет целью изготовить катушки совершенными и избежать вовлечение конденсаторов, которые дорогие, громоздкие и труднорегулируемые. Я заявляю, что в термин "катушка" я включаю понятия соленоиды или любые проводники различные части которых находятся во взаимоотношениях друг с другом и фактически повышают самоиндукцию.

Я выяснил, что в каждой катушке существуют определённые взаимоотношения между её самоиндукцией и ёмкостью, что позволяет току данной частоты и потенциала проходить через неё с омическим сопротивлением (DL: здесь Тесла имеет в виду исчезновение реактивного сопротивления) или, другими словами, как если она работает без самоиндукции. Это происходит в результате взаимоотношений между характером тока и самоиндукцией и ёмкостью катушки, т.е. количество последнего достаточно для нейтрализации самоиндукции для данной частоты. Известно, что чем выше частота или разность потенциалов тока, тем меньше ёмкость требуется для нейтрализации самоиндукции, поэтому в любой катушке, особенно небольшой ёмкости, можно достичь поставленных целей, если добиться нужных условий.

В обычных катушках разность потенциалов между витками или спиралями очень маленькая, поэтому пока они во взаимодействии с конденсаторами, они несут очень небольшую ёмкость и взаимоотношения между самоиндукцией и ёмкостью не такие, как при обычном состоянии, удовлетворяющем рассмотренным требованиям где ёмкость очень мала относительно самоиндукции.

Для достижения цели увеличения ёмкости любой катушки, я наматываю её таким образом, чтобы обеспечить наибольшую разность потенциалов между соседними витками, а поскольку энергия хранящаяся в катушке (считаем, как в конденсаторе) пропорциональна квадрату разности потенциалов между витками, то становится понятно, что я могу таким образом, посредством определённого расположения витков, достичь увеличение ёмкости.

Я изобразил в приложении чертёж, в соответствии с которым осуществил это изобретение.

Рис.1 - схема катушки, намотанной обычным способом. Рис.2 - схема катушки намотанной согласно изобретения.

Пусть -А- на Рис.1 обозначает любую катушку спиралей или витков, из которых она намотана и которые изолированы друг от друга. Предположим, что концы этой катушки показывают разность потенциалов 100 В и что она содержит 1000 витков. Тогда очевидно, что существует разность потенциалов в одну десятую вольта между двумя любыми смежными точками на соседних витках.

Если теперь, как показано на Рис. 2, проводник -В- намотан параллельно проводнику -А- и изолирован от него, а конец -А- будет соединён с началом проводника -В-, тогда длина собранных вместе проводников будет такая же и число витков тоже самое (1000). И тогда разность потенциалов между любыми двумя точками проводников -А- и -В- будет 50 В, а т.к. ёмкостный эффект пропорционален квадрату этой разности, то энергия скопившаяся в катушке будет теперь в 250000 раз больше!

Следуя этому принципу теперь я могу намотать любое количество катушек, не только описанным выше путём, но любым другим известным способом но так, чтобы обеспечить такую разность потенциалов между соседними витками, которая обеспечит необходимую ёмкость чтобы нейтрализовать самоиндукцию для любого тока, который может иметь место. Емкость полученная таким образом имеет дополнительное преимущество в том, что распределяется равномерно, что является наиболее важным в большинстве случаев. И как результат, оба параметра, - эффективность и экономия, легче достигаются тогда, если размер катушек, разность потенциалов и частота тока увеличиваются.

Катушки, состоящие из проводников в изоляторе и намотанные виток к витку и соединённые последовательно не являются новыми, и я не уделяю особого внимания для их описания. Однако, на что я обращаю внимание это то, что намотки другими способами могут привести к другим результатам.

Применяя моё изобретение, специалисты в этой области должны хорошо понимать зависимость между понятиями ёмкость, самоиндукция, частота и разность потенциалов тока. Также как и понимать какая ёмкость достигается и какая намотка должна иметь место для каждого конкретного случая.

Я заявляю в своём изобретении:

1. Катушка для электрического аппарата, состоит из витков, которые образуют часть цепи и между которыми существует разность потенциалов, достаточная для обеспечения ёмкости в катушке способной нейтрализовать самоиндукцию, как было описано.

2. Катушка, состоящая их изолированных проводников, соединённых последовательно имеет такую разность потенциалов, чтобы создать в целой катушке достаточную ёмкость для нейтрализации её самоиндукции.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях переменного тока в постоянный ток и в бесконтактных устройствах связи. Технический результат состоит в уменьшении роста эффективного сопротивления в высокочастотном диапазоне вследствие поверхностного эффекта за счет выполнения плоской катушки более тонкой. Плоская катушка 10 содержит параллельные друг другу провода 11, расположенные в одной плоскости и спирально намотанные. Концы 13а и 13b соответствующих проводов 11 электрически соединены друг с другом на выводах 12а и 12b катушки и таким образом соединены параллельно. Провода 11 расположены в одной плоскости, поэтому толщина катушки не увеличивается и катушка 10 выполнена тонкой. Кроме того, провода 11 соединены параллельно. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 21 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к плоской катушке для использования в устройстве для бесконтактной передачи электрической энергии и т.п.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В уровне техники, представленном, например, опубликованной патентной заявкой Японии №2006-42519, в качестве технологии бесконтактной передачи предложено устройство для бесконтактной передачи электрической энергии, использующее явление электромагнитной индукции, создаваемой катушкой. Это устройство показано на фиг.15. Устройство 80 для бесконтактной передачи электрической энергии содержит передающую катушку 81S и приемную катушку 81R, расположенные друг напротив друга и далее именуемые катушкой 81. При подаче в катушку 81S переменного тока электрическая энергия передается катушке 81R благодаря электромагнитной индукции. На фиг.16А и 16В показана плоская форма катушки, используемая для катушки 81. Плоская спиральная катушка 82 выполнена более тонкой.

Как правило, для обеспечения компактности устройства 80 катушку 81 выполняют небольшого размера и используют на высокой частоте от десятков до сотен килогерц. На фиг.17 показана частотная характеристика эффективного сопротивления катушки этого типа. При использовании одного медного провода для формирования катушки эффективное сопротивление в высокочастотном диапазоне возрастает под действием поверхностного эффекта и эффекта близости, а эффективность передачи электрической энергии уменьшается.

Во избежание увеличения эффективного сопротивления в высокочастотном диапазоне катушку 81 формируют путем наматывания многожильного провода. На фиг.18 показано сечение многожильного провода 83. Как правило, провод 83 изготовлен скручиванием собранных вместе медных проводов 84 небольшого наружного диаметра. Для указанной конфигурации общая площадь поверхности провода 84 больше, а многожильный провод 83 управляет ростом эффективного сопротивления в высокочастотном диапазоне (см. фиг.17).

Однако при использовании многожильного провода 83 в плоской катушке 82 наружный диаметр намотанного провода увеличивается, поскольку многожильный провод 83 сформирован скручиванием проводов, вследствие чего плоская катушка 82 не может быть выполнена тонкой.

С точки зрения эффективности передачи электрической энергии предпочтительно использовать катушку 81 с большим наружным диаметром. При использовании многожильного провода 83 в катушке 81 необходимо сформировать по меньшей мере заданное число витков или обеспечить промежуток между витками для создания наружного диаметра катушки. На фиг.19 показана плоская катушка 85, в которой между витками многожильного провода 83 имеется промежуток. В этом случае в плоской катушке 85 необходимо использовать дополнительный элемент для формирования промежутка, или катушка должна быть сформирована специальным способом с обеспечением промежутка между витками.

Для сравнения, на фиг.20 показана плоская катушка, использующая печатную монтажную плату. Плоская катушка 86 выполнена из структуры 88 из медной фольги в печатной монтажной плате 87 и имеет сквозное отверстие 89 для вывода внутреннего конца катушки. Структура 88 в катушке 86 имеет большую площадь поверхности, благодаря чему эффективное сопротивление незначительно возрастает в высокочастотном диапазоне. На фиг.21 показан в увеличенном виде участок X катушки 86. Структура 88 имеет большой вихревой ток 91, вызванный возникающим магнитным потоком В, причем с увеличением ширины структуры 88 потери вихревого тока возрастают.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение решает вышеуказанную задачу, состоящую в создании более тонкой плоской катушки, уменьшающей рост эффективного сопротивления в высокочастотном диапазоне.

РЕШЕНИЕ УКАЗАННОЙ ЗАДАЧИ

Для решения вышеуказанной задачи настоящим изобретением предложена плоская катушка, содержащая провода, параллельные друг другу, расположенные в одной плоскости и намотанные по спирали, причем концы соответствующих проводов катушки электрически соединены друг с другом на выводе катушки с обеспечением параллельного соединения проводов.

Благодаря вышеуказанной конфигурации, в которой провода расположены в одной плоскости, толщина катушки не увеличивается, а, напротив, катушка становится тоньше. Более того, провода соединены друг с другом параллельно, так что рост эффективного сопротивления в высокочастотном диапазоне вследствие поверхностного эффекта уменьшен.

В одном из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения взаимное расположение внешнего и внутреннего контуров параллельно соединенных проводов изменяется вдоль намотки проводов.

Благодаря вышеуказанной конфигурации, в которой взаимное расположение внешнего и внутреннего контуров соединенных параллельно проводов изменяется вдоль намотки, предотвращена контурного тока генерация, потери в обмотке являются управляемыми, а при бесконтактной передаче электрической энергии эффективность передачи энергии возрастает.

В одном из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения взаимное расположение проводов изменяется четное число раз за один оборот.

Благодаря вышеуказанной конфигурации, в которой взаимное расположение проводов изменяется четное число раз за один оборот, уменьшено влияние изменения диаметра катушки, имеющего место в спиральной форме, и с высокой точностью обеспечена компенсация контурного тока.

В одном из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения места изменения взаимного расположения проводов не выровнены друг относительно друга.

Благодаря вышеуказанной конфигурации, в которой места изменения взаимного расположения проводов не выровнены друг относительно друга, указанные места изменения взаимного расположения не находятся в одном месте, а увеличение толщины, вызванное изменением взаимного расположения проводов, остается минимальным.

В одном из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения плоская катушка имеет конфигурацию, в которой провода, число которых равно четному числу соединенных параллельно витков, намотаны в заданное число оборотов, разделенное на указанное четное число; провода, расположение внутреннего и внешнего контуров которых отличается друг от друга, соединены последовательно на выводе катушки с формированием заданного числа оборотов; а концы соответствующих проводов катушки соединены друг с другом параллельно на выводе катушки.

Благодаря вышеуказанной конфигурации взаимное расположение проводов изменяется на выводе катушки, так что нет необходимости изменять взаимное расположение проводов в намотанной катушке, что позволяет просто сформировать тонкую плоскую катушку.

В одном из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения плоская катушка имеет конфигурацию, в которой четное число витков, имеющих одинаковый диаметр или по меньшей мере равное число оборотов, уложены стопой; взаимное расположение проводов, расположение внутреннего и внешнего контуров которых отличается друг от друга, изменяется между витками, а провода последовательно соединены друг с другом.

Благодаря вышеуказанной конфигурации расположение проводов изменяется между витками таким образом, что нет необходимости изменять взаимное расположение проводов в намотанной катушке, что позволяет просто сформировать тонкую плоскую катушку.

В одном из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения в качестве провода использован медный провод.

Благодаря вышеуказанной конфигурации, в которой использован тонкий медный провод, плоская катушка выполнена более тонкой.

В одном из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения провод может быть сформирован из структуры на основе медной фольги.

Благодаря вышеуказанной конфигурации группы проводов структуры на основе медной фольги соединены параллельно, так что ширина каждой группы проводов и вихревой ток могут быть уменьшены.

В одном из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения медный провод выполнен из многожильного провода.

Благодаря вышеуказанной конфигурации многожильные провода расположены в одной плоскости и спирально намотаны с обеспечением значения диаметра, требуемого для плоской катушки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже приведено описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Следует отметить, что все чертежи представлены с целью иллюстрации сущности настоящего изобретения или вариантов его реализации. На прилагаемых чертежах:

на фиг.1А показан вид сверху плоской катушки согласно первому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, а на фиг.1В показан вид сбоку плоской катушки, изображенной на фиг.1А;

на фиг.2 показана эквивалентная принципиальная электрическая схема плоской катушки, изображенной на фиг.1А;

на фиг.3 показан вид сбоку, иллюстрирующий конфигурацию плоской катушки, изображенной на фиг.1А, при бесконтактной передаче электрической энергии;

на фиг.4А показан вид сверху, иллюстрирующий магнитный поток, связанный с плоской катушкой, согласно первому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, а на фиг.4 В показан вид сбоку, иллюстрирующий магнитный поток, изображенный на фиг.4А;

на фиг.5 показана эквивалентная принципиальная электрическая схема плоской катушки, показанной на фиг.4А;

на фиг.6 показан вид сверху плоской катушки согласно второму предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.7 показан вид сверху плоской катушки согласно третьему предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.8 показан вид сверху плоской катушки согласно четвертому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.9 показан вид сверху, иллюстрирующий конфигурацию провода плоской катушки согласно пятому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.10 приведено изображение плоской катушки, иллюстрирующее соединение провода плоской катушки, показанного на фиг.9;

на фиг.11 показана эквивалентная принципиальная электрическая схема плоской катушки, изображенной на фиг.10;

на фиг.12А показан вид сверху плоской катушки согласно шестому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, а на фиг.12 В показан вид сбоку плоской катушки, изображенной на фиг.12А;

на фиг.13 показана эквивалентная принципиальная электрическая схема плоской катушки, изображенной на фиг.12А;

на фиг.14 показан вид сверху плоской катушки согласно настоящему изобретению, в которой в качестве провода использована структура из медной фольги;

на фиг.15 показана структурная схема известного устройства для бесконтактной передачи электрической энергии;

на фиг.16А показан вид сверху плоской катушки, изображенной на фиг.15, а на фиг.16В показан вид сбоку плоской катушки, изображенной на фиг.15;

на фиг.17 показан график зависимости общей частотной характеристики от эффективного сопротивления катушки;

на фиг.18 показано поперечное сечение многожильного провода;

на фиг.19 показан вид сверху известной плоской катушки, в которой использован многожильный провод,

на фиг.20 показан вид сверху известной плоской катушки, в которой использована печатная монтажная плата; а

на фиг.21 в увеличенном виде показан участок X, показанный на фиг.20.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

На фиг.1А и 1 В показана конфигурация плоской катушки 10 согласно первому предпочтительному варианту реализации. Катушка 10 оснащена проводами 11А, 11В, 11С и 11D (далее именуемыми проводами 11), которые намотаны параллельно друг другу по спирали в одной плоскости. Концы 13а и 13b проводов 11 расположены на выводах 12а и 12b катушки 10. Провода 11 параллельно соединены путем электрического соединения концов 13а соответствующих параллельных проводов 11 на выводе 12а и путем электрического соединения противоположных концов 13b на выводе 12b. Провода 11 изолированы друг от друга между концами 13а и 13b. Число проводов 11 не ограничено четырьмя, но необходимо использовать по меньшей мере два провода. Диаметр и число проводов выбраны в зависимости от значения эффективного сопротивления на используемой частоте, а также диаметра и толщины катушки 10.

На фиг.2 показана эквивалентная принципиальная электрическая схема катушки 10. Электрический ток проходит в катушке при подаче электрического тока между концами 13а и 13b или изменении магнитного потока, связанного с катушкой 10.

Катушка 10 сформирована, например, путем наматывания прямых проводов 11 на остов (не показан). Расстояние между боковыми пластинами намоточного остова выбрано небольшим и незначительно превышает диаметр проводов 11. Спирально намотанные провода 11 расположены между боковыми пластинами остова. Провода 11 выполнены в виде самосклеивающихся изолированных проводов, в которых слой связующего материала расположен, например, вокруг покрытого эмалью медного провода. В качестве связующего материала могут быть использованы, например, смола на основе поливинилбутираля, смола на основе сополимеризованного полиамида или феноксисмолы. Самосклеивающиеся изолированные провода могут быть быстро и легко прикреплены друг к другу при нагревании или обработке растворителем. Спиральная конфигурация катушки 10 сохраняется благодаря скреплению друг с другом проводов 11. Сформированную катушку 10 снимают с намоточного остова.

В соответствии с настоящим предпочтительным вариантом реализации катушки 10, провода 11 расположены в одной плоскости, так что толщина катушки не увеличена, а, напротив, катушка выполнена более тонкой. Более того, провода 11 соединены друг с другом параллельно, так, что уменьшен рост эффективного сопротивления в высокочастотном диапазоне вследствие поверхностного эффекта. Кроме того, параллельно соединенные провода 11 намотаны по спирали, так что можно легко получить требуемый диаметр плоской катушки.

Ниже описана бесконтактная передача электрической энергии с использованием катушки 10. На фиг.3 показана конфигурация плоской катушки при бесконтактной передаче электрической энергии. Передающая катушка 10S и приемная катушка 10R, выполненные как катушка 10 согласно настоящему предпочтительному варианту реализации, обращены друг к другу вдоль передающей оболочки 14 и приемной оболочки 15. Магнитный поток В связан с катушками 10S и 10R, а электрическая энергия передается от передающей стороны к приемной стороне.

Далее подробно описан магнитный поток, связанный с соответствующими плоскими катушками при бесконтактной передаче электрической энергии, на примере плоской катушки, в которой два провода намотаны в один оборот. На фиг.4А и 4В проиллюстрированы плоская катушка и магнитный поток. Магнитный поток, проходящий за пределами внешнего контура плоской катушки, не показан. В плоской катушке 17 два параллельных провода 18 и 19 расположены в одной плоскости и намотаны в один оборот. Концы 18а и 19а проводов 18 и 19 электрически соединены друг с другом путем пайки, например, на выводе 20 катушки 17, а концы 18b и 19b электрически соединены друг с другом таким же способом на выводе 21. При подаче электрического тока на выводы 20 и 21 в катушке 17 возникает магнитный поток В, что обеспечивает передачу электрической энергии. Часть магнитного потока В между проводами 18 и 19 не участвует в передаче электрической энергии в дополнение к магнитному потоку, участвующему в передаче электрической энергии. Магнитный поток В между проводами 18 и 19 создает контурный ток 23 в параллельно соединенных проводах 18 и 19. Контурный ток 23 вызывает потери в катушке 17 и уменьшает эффективность передачи электрической энергии. Кроме того, контурный ток 23 увеличивает температуру катушки 17, что приводит к необходимости высвобождения тепла и исключает возможность уменьшения размеров устройства для бесконтактной передачи электрической энергии.

На фиг.5 показана эквивалентная принципиальная электрическая схема катушки 17. На одной стороне электрически соединены концы 18а и 19а, а на другой стороне электрически соединены концы 18b и 19b таким образом, что между концами 18а, 19а и между концами 18b, 19b сформирована катушка.

На фиг.6 показана конфигурация плоской катушки 24 согласно второму предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения. В дополнение к конфигурации первого предпочтительного варианта реализации, в катушке 24 взаимное расположение внешнего и внутреннего контуров параллельно соединенных поводов 25, 26 изменяется в месте 27 изменения взаимного расположения проводов вдоль обмотки проводов 25, 26. Провода 25, 26 электрически соединены на выводах 28, 29.

В имеющей вышеуказанную конфигурацию катушке 24 направления прохождения контурного тока в проводах 25 и 26 являются противоположными, т.е. контурный ток проходит в противоположных направлениях между выводом 28 и местом 27 (левая сторона катушки 24 на фиг.6) и между местом 27 и выводом 29 (правая сторона катушки 24 на фиг.6), что приводит к компенсации и отсутствию контурного тока. Место 27 предпочтительно расположено таким образом, что длина проводов от выводов 28 и 29 является по существу одинаковой. Благодаря вышеуказанной конфигурации улучшена симметрия между выводами 28, 29 и местом 27 и таким образом обеспечена компенсация контурного тока с высокой точностью.

Как описано выше, в катушке 24 согласно настоящему предпочтительному варианту реализации взаимное расположение внутреннего и внешнего контуров соединенных параллельно проводов 25, 26 изменяется вдоль обмотки, так что можно избежать образования контурного тока и управлять потерями в катушке, а при бесконтактной передаче электрической энергии увеличена эффективность передачи энергии.

На фиг.7 показана конфигурация катушки 30 согласно третьему предпочтительному варианту реализации. В дополнение к конфигурации второго предпочтительного варианта реализации, в катушке 30 взаимное расположение проводов 31 и 32 изменяется четное число раз, по меньшей мере два раза за один оборот. Концы проводов 31 и 32 электрически соединены соответственно (не показано: далее следует понимать аналогичным образом). В катушке 30 провода 31, 32 спирально намотаны в несколько оборотов, а взаимное расположение внешнего и внутреннего контуров параллельно соединенных проводов 31, 32 изменяется четное число раз в местах 33 и 34 изменения взаимного расположения. Четное число мест 33, 34 предпочтительно расположены по существу симметрично относительно центра катушки 30.

В намотанной в несколько оборотов плоской катушке компенсация контурного тока с высокой точностью путем изменения взаимного расположения проводов один раз за один оборот является затруднительной ввиду изменения диаметра намотки, имеющего место при спиральной форме. Согласно настоящему предпочтительному варианту реализации плоской катушки 30 взаимное расположение проводов 31, 32 изменяется четное число раз за один оборот, так что влияние изменения диаметра катушки уменьшено, что позволяет с высокой точностью компенсировать контурный ток и уменьшить потери в катушке.

На фиг.8 показана конфигурация плоской катушки 40 согласно четвертому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения. В дополнение к конфигурации второго предпочтительного варианта реализации, в катушке 40 места 45, 46 изменения взаимного расположения проводов 41, 42, 43, 44 не выровнены друг относительно друга. Например, взаимное расположение двух проводов 41, 44 из четырех проводов 11-44 изменяется в месте 45 (расположено в верхней части катушки, показанной на фиг.8), а взаимное расположение остальных двух проводов 42, 43 изменяется в месте 46 (расположено в нижней части катушки, показанной на фиг.8).

При изменении взаимного расположения всех проводов в одном месте в плоской катушке, сформированной путем наматывания большого числа параллельно соединенных проводов, толщина катушки увеличивается в этом месте. Согласно настоящему предпочтительному варианту реализации катушки 40 места 45 и 46 не выровнены друг относительно друга и не расположены в одном положении, благодаря чему увеличение толщины, вызванное изменением взаимного расположения проводов, остается минимальным.

На фиг.9 показана конфигурация проводов 51, 52, 53, 54, используемых в плоской катушке согласно пятому предпочтительному варианту реализации, а на фиг.10 показана плоская катушка 50 согласно этому предпочтительному варианту реализации, в которой проводящие провода 51, 52, 53, 54 соединены друг с другом. В дополнение к конфигурации второго предпочтительного варианта реализации в катушке 50 провода 51, 52, 53, 54, число которых равно четному числу параллельно соединенных проводов, намотаны в заданное число оборотов, разделенное на указанное четное число, провода, взаимное расположение внутреннего и внешнего контуров которых отличается друг от друга, соединены последовательно на выводе катушки с формированием указанного заданного числа оборотов, а концы соответствующих проводов катушки параллельно соединены друг с другом на выводе катушки.

Как показано на фиг.9, в плоской катушке 50 указанное заданное число оборотов равно шести, а число параллельно соединенных проводов равно двум. Два выбрано в качестве указанного четного числа, а четыре провода 51, 52, 53 и 54, т.е. удвоенное число двух параллельно соединенных проводов, намотаны в три оборота, что получено путем деления указанного заданного числа оборотов, т.е. шести, на два. Концы 51а, 52а, 53а и 54а проводов катушки расположены на одном выводе, а концы 51b, 52b, 53b и 54b расположены на другом выводе катушки 50. Далее, как показано на фиг.10, на концах проводов 51, 52, а также проводов 53 и 54 взаимное расположение внутреннего и внешнего контуров концов 52b и 53а, а также концов 51b и 54а изменяется, а концы 52b и 53а, 51b и 54а соединены последовательно с формированием катушки. В результате благодаря последовательному соединению число оборотов увеличивается и становится равным шести (3+3=6), а число параллельно соединенных проводов становится равным двум. Концы катушки последовательно соединены в месте 55 изменения взаимного расположения. Благодаря соединению, при котором в катушке 50 взаимное расположение проводов изменяется, как описано выше, электрические токи, вызванные контурным током, проходят в противоположных направлениях между проводами 51, 54 и между проводами 52, 53, так что электрический ток компенсируется, а контурный ток не проходит.

На фиг.11 показана эквивалентная схема плоской катушки 50. Концы 51а и 52а электрически соединены на одной стороне, а концы 53b и 54b электрически соединены на другой стороне с формированием катушки между концами катушки.

Согласно настоящему предпочтительному варианту реализации катушки 50, взаимное расположение проводов изменяется на выводе катушки, благодаря чему отсутствует необходимость изменения взаимного расположения проводов в намотанной катушке и, следовательно, легко может быть сформирована тонкая плоская катушка.

На фиг.12А и 12В показана конфигурация плоской катушки 60 согласно шестому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения. В дополнение к конфигурации второго предпочтительного варианта реализации, в катушке 60 уложено стопой четное число витков 61 и 62, которые имеют одинаковый диаметр или по меньшей мере равное число оборотов, а взаимное расположение проводов 611, 612 и проводов 621, 622, расположение внутреннего и внешнего контуров которых отличается друг от друга, изменяется между витками 61 и 62, благодаря чему провода последовательно соединены друг с другом. Диаметры и число оборотов в витках 61, 62 предпочтительно выбраны одинаковыми, так что контурный ток с высокой точностью компенсируется.

Как показано на фиг.12А и 12В, провод 611 намотан по внешнему контуру, а провод 612 намотан по внутреннему контуру витка 61. Провод 621 намотан по внешнему контуру, а провод 622 намотан по внутреннему контуру витка 62. В проводах 611 и 612 концы 611а и 612а на одной стороне выполнены в виде выводов из катушки 60, а концы 611b и 612b на другой стороне выполнены в виде соединительных концов, соединенных с витком 62. В проводах 621 и 622 концы 621а и 622а на одной стороне выполнены в виде соединительных концов, соединенных с витком 62, а концы 621b и 622b на другой стороне выполнены в виде выводов. Соединительный конец 611b провода 611 на внешнем контуре последовательно соединен с соединительным концом 622а провода 622 на внутреннем контуре в месте 63 изменения взаимного расположения, а соединительный конец 612b провода 612 на внутреннем контуре последовательно соединен с соединительным концом 621а провода 621 на внешнем контуре в месте 63.

На фиг.13 показана эквивалентная схема катушки 60. Выводы 611а и 612а параллельно соединены друг с другом на одной стороне, выводы 621b и 622b параллельно соединены друг с другом на другой стороне, а соединительные концы 611b, 612b, 621а и 622а соединены последовательно, как описано выше.

Как описано выше, в катушке 60 согласно настоящему предпочтительному варианту реализации взаимное расположение проводов 611 и 612 и проводов 621 и 622, расположение внутреннего и внешнего контуров которых отличается друг от друга, изменяется между витками 61 и 62, благодаря чему провода последовательно соединены друг с другом, а контурный ток компенсируется. Более того, взаимное расположение проводов изменяется между витками 61 и 62, благодаря чему отсутствует необходимость изменения взаимного расположения проводов в намотанной катушке, и, следовательно, катушка может быть легко сформирована.

Настоящее изобретение не ограничено вышеуказанными предпочтительными вариантами реализации, и возможны различные модификации в пределах объема изобретения. Например, число проводов и число оборотов в катушке в соответствующем предпочтительном варианте реализации не ограничено числом, проиллюстрированным на чертежах. Кроме того, в качестве проводящего материала для провода может быть использован материал, отличный от меди, например, также могут быть использованы алюминиевый провод или структура на основе алюминиевой фольги.

Кроме того, в вышеуказанном предпочтительном варианте реализации в качестве провода могут быть использованы параллельно намотанные одиночные медные провода или многожильные провода, поскольку они создают аналогичный эффект. Одиночный медный провод или многожильный провод выбирают подходящим образом в качестве провода с учетом толщины катушки, используемой, например, для формирования готового изделия требуемой формы.

Кроме того, провода могут быть сформированы из структуры на основе медной фольги. На фиг.14 показана конфигурация плоской катушки 70, в которой в качестве провода использована структура на основе медной фольги. В катушке 70 провода выполнены в виде группы 71 проводов из структуры на основе медной фольги. Ширина структуры каждой группы 71 уменьшена, а группы 71А, 71В, 71С и 71D проводов сформированы на плате 72 для изменения взаимного расположения группы 71 и осуществления изменения взаимного расположения при соединении групп проводов на выводе. Группы 71 соединены параллельно, а ширина структуры каждой группы 71 и вихревой ток могут быть уменьшены. В плате 72 выполнено сквозное отверстие, проходящее через одну сторону платы 72 к другой стороне платы 72 и соединяющее группу 71 вдоль намотки группы 71 (в намотанной катушке) и на выводе. Взаимное расположение группы 71 изменяется, например, в сквозном отверстии в катушке или в сквозном отверстии 73 на выводе.

Настоящее изобретение не ограничено плоской катушкой, используемой в устройстве для бесконтактной передачи электрической энергии, однако плоская катушка согласно настоящему изобретению может быть использована, например, в преобразователе переменного тока в постоянный ток или в бесконтактном устройстве связи.

Хотя настоящее изобретение подробно описано на примерах предпочтительных вариантов реализации со ссылкой на прилагаемые чертежи, специалистам ясно, что возможны различные модификации, не выходящие за пределы объема изобретения.

1. Плоская катушка, содержащая провода, параллельные друг другу, расположенные в одной плоскости и намотанные спирально, причем
концы соответствующих проводов катушки электрически соединены друг с другом на выводе катушки с обеспечением параллельного соединения проводов, и взаимное расположение внешнего и внутреннего контуров параллельно соединенных проводов изменяется вдоль намотки проводов, а места изменения взаимного расположения проводов не выровнены относительно друг друга.

2. Катушка по п.1, в которой в качестве провода использован медный провод.

3. Катушка по п.1, в которой в качестве провода использована структура на основе медной фольги.

4. Катушка по п.2, в которой в качестве медного провода использован многожильный провод.

5. Плоская катушка, содержащая провода, параллельные друг другу, расположенные в одной плоскости и намотанные спирально, причем
концы соответствующих проводов катушки электрически соединены друг с другом на выводе катушки с обеспечением параллельного соединения проводов, причем
провода, число которых равно четному числу параллельно соединенных проводом, намотаны в заданное число оборотов, разделенное на четное число; а
провода, взаимное расположение внешнего и внутреннего контуров которых отличается друг от друга, соединены последовательно на выводе катушки с формированием заданного числа оборотов.

6. Катушка по п.5, в которой в качестве провода использован медный провод.

7. Катушка по п.5, в которой в качестве провода использована структура на основе медной фольги.

8. Катушка по п.6, в которой в качестве медного провода использован многожильный провод.

9. Плоская катушка, содержащая провода, параллельные друг другу, расположенные в одной плоскости и намотанные спирально, причем
концы соответствующих проводов катушки электрически соединены друг с другом на выводе катушки с обеспечением параллельного соединения проводов, и взаимное расположение внешнего и внутреннего контуров параллельно соединенных проводов изменяется вдоль намотки проводов, причем
четное число витков, имеющих одинаковый диаметр или равное число оборотов, уложены стопой;
взаимное расположение проводов, взаимное расположение внутреннего и внешнего контуров которых отличается друг от друга, изменяется между витками, а провода последовательно соединены друг с другом.

10. Катушка по п.9, в которой в качестве провода использован медный провод.

11. Катушка по п.9, в которой в качестве провода использована структура на основе медной фольги.

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к конструированию индуктивных элементов, выполненных на печатных платах, и может использоваться в качестве датчиков для поиска и обнаружения предметов, изготовленных из магнитного или электропроводящего материала.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частотных фильтрах для радиотехнических устройств различного назначения, например в фильтрах гармоник мощных высокочастотных радиопередатчиков. Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей. Катушка индуктивности содержит рядовую цилиндрическую намотку с шагом, расположенную на сборном каркасе, состоящем из двух боковых панелей, расположенных параллельно и соединенных гребенками, выполненными в виде планок прямоугольного сечения с пазами для провода. Намотка выполнена неизолированным проводом круглого сечения в виде N обмоток, уложенных в соответствующие пазы гребенок с образованием витков некруглой формы и соединенных параллельно. Каждый виток каждой обмотки имеет М граней, где М - количество гребенок, из которых две диаметрально противоположные и расположенные в одной плоскости гребенки имеют увеличенную длину, выступают за боковые панели и имеют отверстия для крепления. Боковые панели и гребенки выполнены из термостойкого диэлектрика. Остальные М - 2 гребенки также имеют увеличенную длину и выступают за боковые панели. Все гребенки и боковые панели имеют металлизацию в местах их соединения и обеспечивают возможность их скрепления. Каждая боковая панель имеет N металлизированных отверстий, соединенных между собой и с дополнительно введенным контактом при помощи двухсторонней металлизации боковых панелей и предназначенных для закрепления проводов в начале и в конце каждой обмотки при помощи пайки. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях переменного тока в постоянный ток и в бесконтактных устройствах связи

Сергей Комаров, UA3ALW

Для выполнения намотки «Универсаль» нужен эмалированный намоточный провод в шелковой или лавсановой изоляции типов ПЭЛШО, ПЭШО, ЛЭШО, ПЭЛО, ЛЭЛО. Дополнительная волокнистая изоляция выполняет две функции: предотвращает соскальзывание провода с каркаса и друг с друга при наискось расположенных витках, и позволяет последующей пропиткой полистирольным лаком, парафином или церезином жестко закрепить расположение витков многослойной катушки, чем обеспечивается высокая стабильность ее индуктивности.

При некотором навыке намотка легко выполняется вручную. Для этого необходимо разметить сам каркас, как показано на рисунке 1 или обернуть его кабельной бумагой с нанесенной на нее разметкой. На месте намотки проводят две кольцевых линии, расстояние между которыми будет определять ширину намотки. Далее, проводят две диаметрально противоположных линии AB и CD. Расстояние между ними должно быть в точности равно половине витка. Если планируется на каркасе намотка нескольких секций или индуктивно связанных катушек, то разметка делается сразу для всех намоток. Разметку следует производить непроводящим электрический ток красителем (простой карандаш не годится, поскольку его грифель сделан из графита).

Далее, скотчем за пределами разметки, закрепляем провод в начале намотки так, чтобы он прошел через точку А, и с небольшим натягом, укладываем его наискось по половине окружности от точки А к точке D. В точке D перегибаем провод под тупым углом и, придерживая угол ногтем большого пальца (у девушек и молодых жён это особенно хорошо получается), уже с меньшим натягом, укладываем провод наискось в обратную сторону к точке A. Придя в точку A, пересекаем провод начала, прижав новым витком, и сразу перегибаем его под тупым углом, но теперь уже в обратную сторону и начинаем укладывать второй виток вплотную к первому, справа от него. При этом, опять-таки, ногтем большого пальца придерживаем угол перегиба провода от его сползания к центру намотки. С обретением навыка, это можно делать проводом следующего витка, сначала немного перегибая его во внешнюю сторону (для подтяжки угла предыдущего витка) и лишь затем, прижав ногтем, под тупым углом, внутрь, и укладывая параллельно предыдущему витку.

В процессе намотки при каждом перегибе провода необходимо подтягивать угол перегиба к кольцевой линии разметки. Поскольку витки обмотки располагаются наискось, и при натяжении провода обмотка имеет тенденцию к сужению, намотка ведется при небольшом натяжении. Для получения ровной секции обмотки, необходимо все углы перегибов провода укладывать точно на линию кольцевых разметок, а перегиб выполнять резким, удерживая провод ногтем большого пальца левой руки.

Прежде, чем приступать к намотке катушек «Универсаль» тонким намоточным проводом, следует потренироваться в исполнении такой перекрестной намотки, например, на монтажном проводе МГШВ-0,2, намотав его на любой круглый стержень или трубку диаметром 15…20 мм и разметив ширину намотки 12…15 мм. Для этого надо взять провод длиной 3,5…4 метра и намотать точно по разметке узкую, высокую и ровную секцию обмотки – этакий «блинчик», уложив в намотку всю длину провода (Рис. 2).

После нескольких попыток намотка начнет получаться ровной, и появятся нужные навыки, как говорится, «на кончиках пальцев». Теперь можно попробовать намотать 150 витков в секцию шириной 5 мм проводом ПЭЛШО-0,25…0,3 на каркасе диаметром 8…10 мм. Для более тонкого провода ширину намотки следует взять пропорционально меньше. Но не стоит сразу увлекаться тонкими проводами и узкими секциями, не имея еще хорошо закрепленных навыков. Эта намотка требует терпения, аккуратности, внимательности, тонкой координации движений пальцев, и если торопиться, можно вместо навыков обрести разочарование. Если же секция получается ровная, аккуратная и точно по разметке, можете считать, что мотать катушки с намоткой «Универсаль» вы научились.

На частотах диапазона длинных волн, где число витков в обмотке для достижения нужной индуктивности исчисляется сотнями, есть смысл мотать обмотку с двойным рисунком по ширине намотки (перекрестно-пересекающуюся) и, выполнять намотку в два раза шире. (Рис. 3).

Разметка каркаса почти такая же, как и в первом случае, но посередине намотки проводим еще одну кольцевую линию. Намотка производится так. Скотчем закрепляем провод в начале намотки, чтобы он прошел через точку А, и с натягом, укладываем провод наискось по половине окружности от точки А к середине линии CD. Далее продолжаем намотку, чтобы полный виток провода закончился в точке B. Перегибаем провод под тупым углом и, придерживая угол ногтем большого пальца, продолжаем намотку к середине линии CD, где пересекаем провод предыдущего витка и продолжаем намотку дальше. Второй виток заканчиваем в точке A, где пересекаем провод начала намотки, сразу же перегибаем его под тупым углом и укладываем третий виток вплотную и параллельно первому, справа от него. Дальше продолжаем намотку, укладывая провод нового витка параллельно и справа от предыдущего, и в точках A и B пересекая предыдущий. В середине линии CD витки будут пересекаться без перегиба и, по мере увеличения числа витков намотки, точка каждого нового пересечения будет смещаться в сторону намотки. Когда смещение достигнет полного оборота вокруг каркаса, дальнейшая намотка будет продолжаться вторым слоем на уже намотанные витки первого слоя. Здесь, как и в первом случае, необходимо постоянно подтягивать углы перегиба провода к боковым линиям кольцевой разметки и обрести навык поддержания нужной силы натяжения провода, чтобы катушка получалась плотной и чтобы она не сужалась от витка к витку и от слоя к слою.

Для закрепления внешнего вывода катушки, за 10…15 витков до окончания намотки, поперек витков кладут сложенную вдвое х/б швейную нитку, толщиной № 20, как показано на рисунке и поверх нее продолжают намотку.

Место расположения нитки на окружности намотки надо подгадать так, чтобы окончание последнего витка намотки оказалось в точности в том месте и с того краю, где расположена петля нитки. Конец провода обрезают с запасом нужной длины и продевают в нитяную петлю. После этого, натянув вывод, затягивают петлю с обратной стороны намотки и завязывают между собой на два узла оба конца нитки. Толщина двойного узла не даст нитке выскочить на другую сторону намотки между прижавшими ее витками. Фиксация внешнего вывода получается простая и прочная.

После намотки витки катушки желательно пропитать на выбор: жидким полистирольным лаком (раствор полистирола в ацетоне или дихлорэтане), парафином (расплавив в жестяной баночке размерами больше катушки часть бытовой осветительной свечки, разогрев баночку на паяльнике и окунув в жидкий парафин намотанную катушку) или церезином (технология та же). Другими составами пропитывать катушку не следует во избежание ухудшения частотных свойств.

Если в Вашем радиокружке или Вами лично такие катушки будут использоваться часто, имеет смысл изготовить самодельный ручной станочек для намотки катушек «Универсаль» , описания и чертежи которых неоднократно публиковались в журнале Радио. Подробное описание работы со станком и методики его настройки под конкретную намотку также приведены в статьях.

Купить такой станочек любому желающему или для каждого радиокружка не получится. Их никто не производит, а те, что производят, предназначены для крупных заводов, рассчитаны под серийное производство однотипных катушек, занимают много места, избыточно функциональны, неимоверно сложны в эксплуатации, стоят астрономические суммы и абсолютно неуместны в радиокружке, и уж подавно, в домашней радиолаборатории.

Теперь про индуктивность катушек с намоткой «Универсаль». Зная габаритные размеры катушки и число витков, можно с весьма высокой точностью рассчитать ее индуктивность. На рисунке 4 приведена расчетная формула, соотношения размеров и таблица практических значений индуктивности реально намотанных катушек.

Эта таблица составлялась так: на каркас указанного диаметра D1 наматывались 150 витков обмотки «Универсаль» указанным проводом; замерялся внешний диаметр полученной намотки штангенциркулем и ее индуктивность прибором Е12-1А. Затем, отматывались 10 витков и замеры повторялись 11 раз до остающихся 50 витков. И так четыре раза, разными проводами, на разных каркасах. Таким образом, были составлены четыре колонки таблицы.

Поскольку при индуктивностях 20…40 мкГ и менее, лучше использовать однослойную намотку, и меньше 50 витков в катушку с намоткой «Универсаль» едва ли разумно мотать, измерения с меньшим числом витков не проводились. Однако, расчеты индуктивностей катушек с меньшим числом витков можно легко провести по приведенной формуле. При аккуратной намотке по разметке, расчет индуктивности дает хорошее совпадение (точность около 1%) с результатами измерений.

При расчете многосекционной катушки, надо учитывать взаимоиндукцию между секциями. При одинаковом направлении намотки, общая индуктивность двух секций, расположенных близко друг от друга (одна секция находится частично в магнитном поле другой), определится так:

L общ = L 1 + L 2 + 2 M

Если секций три при тех же условиях, то: L общ = L 1 + L 2 + L 3 + 2 M 1-2 + 2 M 2-3 + 2 M 1-3 ; где:

M 1-2 - взаимоиндукция между первой и второй секциями;

M 2-3 - взаимоиндукция между второй и третьей секциями;

M 1-3 - взаимоиндукция между первой и третьей секциями.

Если секции расположены в ряд, одна за другой, на одинаковом расстоянии, то M 1-2 = M 2-3 . Взаимоиндукция же через секцию, - M 1-3 , будет весьма мала в силу большого расстояния между секциями и квадратичного характера спада напряженности магнитного поля в зависимости от расстояния между ними. При расчете индуктивности многосекционных катушек с практической точностью, взаимоиндукцией между секциями находящимися на расстоянии более их внешнего диаметра можно смело пренебрегать. Взаимоиндукцию катушек, разнесенных на расстояние больше их диаметра, следует учитывать лишь в тех случаях, когда через нее осуществляется связь между контурами.

Отсюда следует, что для получения максимальной индуктивности многосекционной катушки секции надо располагать как можно ближе друг к другу, тогда, при том же количестве витков и активном сопротивлении провода, общая индуктивность будет больше за счет взаимоиндукции. Однако располагать секции на расстоянии ближе 2 мм не следует, поскольку при намотке следующей секции вплотную к предыдущей, очень сложно укладывать витки и точно перегибать провод.

Оптимальное соотношение формы катушки на предмет получения минимального активного сопротивления при максимальной индуктивности, - когда ширина секции равна толщине намотки, а средний диаметр намотки в 2,5 раза больше ширины секции. Следует отметить, что на высокой частоте оптимум по минимальному активному сопротивлению не совпадает с оптимумом для получения максимальной добротности, и для размеров катушки, приемлемых для компактного конструирования, наблюдается тенденция увеличения добротности при увеличении среднего диаметра, при сохранении равенства ширины и толщины намотки.

К примеру, рассчитаем индуктивность пятисекционного дросселя с намоткой «Универсаль» с шириной секций по 5 мм, расстоянием между секциями по 2,5 мм, содержащего в каждой секции по 100 витков провода ПЭЛШО - 0,25, намотанного на резисторе ВС-2Вт с R ≥ 1 MΩ .

Поскольку поверхность резистора скользкая, обмотаем его двумя слоями кабельной бумаги шириной 37 мм, длиной 55 мм и нанесем на нее разметку секций намотки. При этом D 1 = 8,5 мм. Для провода ПЭЛШО-0,25 диаметр по изоляции составляет 0,35 мм, коэффициент неплотности намотки k n = 1,09 (экспериментальное значение; можно рассчитать по таблице Рис. 5).

Размеры намотки: С = n (k n d) 2 / l = 100 х (1,09 х 0,35) 2 / 5 = 2,9 мм. D 2 = D 1 + 2 C = 8,5 + 2 х 2,9 = 14,3 мм. D = (D 2 + D 1) / 2 = (14,3 + 8,5) / 2 = 11,4 мм; l = 5 мм = 0,5 см;

Индуктивность одной секции (Рис. 4) :

L 1 = 0,0025 π n 2 D 2 / (3 D + 9 l + 10 c) = 0,0025 π 100 2 11,4 2 / (3х11,4 + 9х5 + 10х2,9) = 94,3 мкГ.

Что интересно, измерение индуктивности катушки намотанной по указанным размерам дает результат 95 мкГ (Рис. 5). С учетом неточностей при ручной намотке – очень хорошее совпадение.

Для определения взаимоиндукции между секциями рассчитаем соотношение (Рис. 6):

r 2 / r 1 = √{[(1 – a /A) 2 + B 2 /A 2 ] / [(1 + a/A) 2 + B 2 /A 2 ]} для пяти пар точек.

Средний радиус секции: а = (8,5 + 14,3) / 4 = 5,7 мм;

Для точек 0-1 : А = а = 5,7 мм; B = 7,5 мм.

r 2 / r 1 = √{(7,5 2 / 5,7 2 ) / [(1 + 1) 2 + 7,5 2 / 5,7 2 ]} = √(1,7313/5,7313) = 0,5496;

В данной статье речь пойдет о ручном способе намотки небольшой и плоской бескаркасной катушки тонким медным проводом. Такая катушка может пригодится для помещения в узкое пространство где нужна маленькая толщина,или например для создания катушки для беспроводной зарядки.

Из материалов нам понадобится:

• две пластмассовые пробки диаметром чуть больше будущей катушки;
• длинный винт с гайкой и шайбами;
• пластмассовая трубка с внутренним диаметром равным диаметру винта;
• шило, нож, скотч, клей и собственно провод для намотки.

В обеих пробках по центру нужно проделать отверстия по диаметру используемого винта. Я применил для этой цели обычное шило.

После этого на обе пробки наклеивается скотч и в нем тоже делаются отверстия. В дальнейшем с помощью скотча будет легче снять готовую катушку с конструкции.

От пластмассовой трубки ровно, острым ножом нужно отрезать кружочек по толщине будущей катушки. Наш винт просовываем через одну пробку, надеваем на него вырезанный кружочек, который будет задавать толщину намотки, и просовывая через вторую пробку закрепляем всю конструкцию и стягиваем гайкой.

После сборки каркаса можно приступать к намотке самой катушки. В моем случае нужен был отвод от середины, поэтому я мотал одновременно с двух бабин двумя медными проводами сложенными вместе.

Перед самым началом процесса намотки необходимо смазать клеем зазор между щечками каркаса в месте будущей катушки что бы ее витки склеились друг с другом. Я использовал клей, который был под рукой - это обычный универсальный клей застывающий под действием активатора. Начало проводов я закрепил намотав небольшое количество на винт. Далее начинаем намотку, во время которой провод полностью проходит через клей и тем самым покрывается тонким слоем обеспечивая надежное скрепление после застывания.

Один небольшой ньюанс, который помог мне определить момент завершения намотки. Я специально использовал прозрачные пробки из всех имеющихся, что бы во время намотки сквозь пробку видеть какое количества провода намотано и сколько еще нужно намотать.

Рассмотрим несколько вариантов исполнения таких емкостей и их последовательность изготовления. На фотографии плоская катушка - емкость,

выполненная из двух внутренних жил телефонного кабеля ШТЛП-4. Взята длина кабеля 20 метров, после чего внутренние жилы были извлечены из общей оплетки и намотаны на отдельные катушки.

Предварительно изготавливается основа, на которую наклеивается двухсторонний скотч. В центре устанавливаем круглый выступ диаметром примерно 25мм(Точнее: можно варьировать от 1/10 до 1/5 внешнего диаметра), вокруг которого и начинаем укладывать сразу два провода параллельно плоскости основания.

После окончания изготовления такой плоской катушки, получаем емкость из двух спиральных обкладок, вложенных друг в друга (металлический болт, естественно, убирается). Возможно использование и других видов провода, диаметр которых вместе с изоляцией не превышает 1.5мм, при этом диаметр катушки не должен превышать 23-25см. Фиксацию провода сверху можно сделать простым наклеиванием скотча или любым другим удобным способом. Можно закрепить клеем, но ни в коем случае не использовать эпоксидные и полиэфирные смолы.

Настройка

После изготовления катушки необходимо определить частоту работы данной емкости. Делаем два отвода от катушки, взяв конец одного провода изнутри катушки и второй от другого провода снаружи. Цепь при этом остаехся разомкнутая, а два не используемых вывода обкладок просто обрезаем и изолируем (Осторожно! на концах высокое напряжение - возможен ожог кожи). При использовании стандартного генератора мощностью до двух ватт, возможно определение частоты работы простым подключением щупа осциллографа параллельно клеммам генератора (Приблизительно. Поскольку щуп осциллографа вносит свою ёмкость в общую ёмкость колебательного контура). Плавно повышая частоту генератора, ищем первую частоту, при которой выходное напряжение генератора наименьшее, это и будет рабочая частота данной емкости.

Второй вариант, это замер напряжения на резисторе 1Ом, включенного последовательно в цепи питания. В таком случае ищем первое наибольшее значение амплитуды.

В случае отсутствия осциллографа определить рабочую частоту емкости можно изготовив отдельную плоскую катушку индуктивности в нагрузку, которой включены 2 встречных светодиода. К этим светодиодам можно подключить цифровой частотомер, если генератор не имеет точной индикации частоты.При таком методе поиск частоты идет по максимуму светимости светодиодов, напряжение генератора в таком случае необходимо снижать, тем самым уменьшая диапазон частот при котором наблюдается свечение.

Если хорошо закрепить провод и не подвергать катушку сильной механической деформации, то после определения оптимальной частоты питания емкости ее частота не изменится в процессе эксплуатации. Для приведенной выше конструкции емкости, примерная частота составляет 310кГц, при этом эффективный диапазон питания лежит в пределах ±10кГц относительно рабочей частоты. Изготовленная таким образом емкость имеет широкий электростатический спектр и низкий градиент изменения плотности к центру катушки во время работы. Это позволяет эффективно работать на уровне центральной нервной системы, устранять проблемы кровообращения и множество других мелких вихревых проблем живых организмов.

Более мощной по силе воздействия на патогенные образования будет емкость с уменьшенным расстоянием между обкладками. К примеру, можно выполнить проводом 0.5мм в диаметре в лаковой изоляции, длина каждого провода будет 14-16 метров. Внутренний диаметр также составит примерно 25мм, а внешний 120-130мм. Такая емкость уже значительно эффективнее работает с более мелкими (на физическом уровне) проблемами, такими как вирусы и грибковые заболевания, способна быстро убирать рубцовые ткани и ускорять заживление.

Дальнейшее уменьшение диаметра провода и общего размера катушки образуют еще более агрессивный вариант вихревой емкости . При этом габаритные размеры 51мм внешний диаметр и 25мм внутренний, задают толщину провода около 0.1мм для изготовления катушки, что создает ощутимые сложности при создании вручную. Возможен упрощенный вариант изготовления в виде тора.

Для его изготовления понадобится кабель витой пары от компьютерной сети длиной примерно 14-16 метров . Провод состоит из четырех или восьми жил, скрученных парами. Нам необходимо снять внешнюю изоляцию кабеля и отделить одну пару от остальных. Для создания таких емкостей возможно применение практически любых видов провода, единственное условие - сформировать одинаковое расстояние между проводами по всей длине, поэтому из подручных материалов проще всего воспользоваться именно витой парой. Если витая пара навита влево, её необходимо расплести и завить вправо. Расплетать и заплетать удобнее всего с помощью дрели, предварительно закрепив один из концов провода в тиски.

Далее можно воспользоваться кусочком электрической гофры для создания оснастки под намотку катушки. Сгибаем гофру (диаметр 25мм) в тор нужного нам размера, чтобы получить отверстие тора примерно 50% от общего диаметра емкости, делаем прорезь по внешней стороне и фиксируем ее внутри с помощью пары витков изоленты. Такая намотка позволяет соблюдать правильные параметры вихреобразования. При этом мы формируем целый спектр частот, где внутренняя часть намотки отвечает за высокие, а внешняя - за низкие частоты спектра. Перед началом намотки, внутренний вывод провода продеваем в заранее подготовленное отверстие гофры, а после намотки фиксируем внешние выводы.

Чтобы закрепить обмотку, можно снять гофру по частям, фиксируя катушку изолентой. Выводы витой пары раскручиваем, а не используемые выводы просто изолируем.

Далее определяем частоту питания нашего тора, как и предыдущих плоских катушек. Подключение клемм генератора выполняется с разных сторон на разные провода вихревой емкости. Щупы осциллографа подключаются прямо к клеммам генератора для определения выходного напряжения. Определяем первую частоту максимального падения напряжения относительно входа. Другими словами мы определяем частоту максимальной проводимости вихревой емкости. Дальнейшее питание будет осуществляться синусом именно на этой частоте. Импульсное питание для емкости недопустимо, т.к. она не имеет инерции в таком режиме. Диапазон эффективных частот для торов такой же, как и для плоских катушек - 270-380кГц. Во время работы емкости, напряжение питания, выдаваемое генератором, может проседать до десяти и более раз, при этом общая активная мощность питания может не превышать 0.1 ватта. Максимальную подводимую мощность стоит ограничить по току до 200мА, а напряжение до 20-24 вольта. Превышение этих параметров может приводить к электростатическим пробоям в виде возникновения разрядов от центра катушки.

О том, как пользоваться катушками читаем в следующей главе.