CN205211552U - 高压大电流灯丝加热用变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种高压大电流灯丝加热用变压器，该变压器副边绕组采用铜制导电盘、导电杆及导电柱体进行全覆盖式设计，形成一匝绕组，在提高输出电流上限值的同时，大幅度减小漏感；原副边绕组之间采用变压器油、聚四氟外壳以及有机玻璃板多重绝缘的方式进行设计，有效的提高两者间耐压性，同时减小了原副边间距。本实用新型具有结构小巧、重量轻、输出电流大、耐压高、谐振电流小等优点；在电子束流发生系统中，其可以稳定有效的提供大电流，用于电子枪中灯丝的加热。

Description

高压大电流灯丝加热用变压器

技术领域

本实用新型是关于一种电子束流发生系统中用于灯丝加热的变压器，尤其涉及一种高压大电流灯丝加热用变压器。

背景技术

灯丝加热用变压器属于一种特殊变压器，与常规变压器相比，该变压器原副边耐压要求苛刻，高达几十千伏甚至上百千伏。同时，副边绕组输出电流很大，达几十安培到上百安培。因此，通过合理的结构设计，使其在保证耐压的前提下，提高输出电流值，并减小谐振电流是该变压器设计的目的。

目前常用的灯丝加热用变压器主要采用跑道形磁芯外侧套接绝缘套筒的形式进行设计。其中，跑道形磁芯采用两截“U”型或“C”型磁芯对接的方式获得，原边绕组直接绕制于磁芯外侧，原边绕组外侧是一层较厚的绝缘层(即绝缘套筒)，实现原副边绕组之间的绝缘隔离，副边绕组绕制于绝缘层外侧，绝缘层上开启多处沟槽，以增加原副边绕组之间的爬电距离。

这种传统的灯丝加热用变压器，其缺点表现为：一、采用“U”型或“C”型磁芯对接的方式，磁芯难以达到理想的接触状态，磁芯的磁回路上仍存在气隙；该气隙的存在，一方面增大了磁芯的磁阻，导致磁损耗加大，变压器效率降低；另一方面使得线圈产生的磁力线部分散落在空气中，变压器的漏感值加大。二、外层套筒式绝缘骨架常采用聚四氟乙烯等绝缘材料加工成的具有多个环形凹槽的空心柱状体，为有效提高耐压等级，绝缘套筒的厚度一般较大，导致副边绕组与磁芯的间距增加，变压器的漏感值相应变大。三、采用常规导线作为副边绕组，考虑到通过增加绕组线径的方式来增大输出电流，存在着绕线困难，副边绕组与磁芯距离相应增大而导致漏感增大等劣势，因此为有效的提高变压器输出电流上限值，需合理改进副边绕组的形式。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种高压大电流灯丝加热用变压器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高压大电流灯丝加热用变压器，变压器副边绕组采用铜制导电盘、导电杆及导电柱体进行全覆盖式设计，形成一匝绕组，在提高输出电流上限值的同时，大幅度减小变压器漏感，进而降低变压器谐振电流。

本实用新型的另一目的在于提供一种高压大电流灯丝加热用变压器，原副边绕组之间采用变压器油、聚四氟外壳以及有机玻璃板多重绝缘，有效提高两者间耐压性，同时减小原副边间距。

本实用新型的又一目的在于提供一种高压大电流灯丝加热用变压器，具有结构小巧、重量轻、输出电流大、耐压高、谐振电流小等特点，在电子束流发生系统中，可以稳定有效的提供大电流，用于电子枪中灯丝的加热。

本实用新型的目的是这样实现的，一种高压大电流灯丝加热用变压器，该变压器包括有：

一侧设有环形凹槽的绝缘壳体，该绝缘壳体设有贯穿其轴向中心的中心透孔；

环形磁芯，该环形磁芯同心设置在绝缘壳体的环形凹槽内；环形磁芯上绕设有原边绕组；

环形绝缘盖板，固定盖设于环形磁芯的外侧，以将环形磁芯和原边绕组绝缘地封设于绝缘壳体的环形凹槽内；

一导电柱体，该导电柱体一端固定连接于一导电圆盘的中心，该导电柱体另一端穿过环形绝缘盖板和中心透孔，该导电柱体固定设置于所述中心透孔中；

绝缘壳体的另一侧设有一与导电圆盘相对设置的环形导电盘，在所述导电圆盘与环形导电盘之间，且位于绝缘壳体的外侧周向均匀有多根导电杆，各导电杆两端分别与导电圆盘和环形导电盘固定连接；所述导电柱体的另一端穿设于环形导电盘的环空中；所述导电柱体、导电圆盘、多根导电杆和环形导电盘构成变压器的副边绕组。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述绝缘壳体是由内、外两个同心设置的筒体构成；两筒体之间的环空一端呈开口状，另一端呈封闭状，构成所述环形凹槽；所述内筒体呈贯通状，构成所述中心透孔。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述外筒体的侧壁设有穿出原边绕组引线的引线透孔；外筒体侧壁设有一底座安装部；所述绝缘壳体通过该底座安装部固定设置在一底座上。

在本实用新型的一较佳实施方式中，在所述底座上且相对于绝缘壳体的一侧和另一侧分别固定设有绝缘挡板和绝缘固定板；在绝缘挡板和绝缘固定板之间还设有覆盖绝缘壳体的绝缘盖板。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述绝缘固定板设置在绝缘壳体的另一侧与环形导电盘之间，绝缘固定板上设有能穿过相应导电杆的多个第一通孔；所述绝缘固定板上还设有中心穿孔，所述导电柱体另一端穿过绝缘固定板的中心穿孔并固定于绝缘固定板上。

在本实用新型的一较佳实施方式中，导电柱体一端焊接或螺纹连接于导电圆盘的中心；在邻近导电圆盘的外周边缘位置设有一圈连接所述导电杆的螺纹孔，所述各导电杆的一端分别设有与相应螺纹孔连接的螺纹段；所述环形导电盘与导电圆盘中多个螺纹孔相对的位置分别设有第二通孔，所述各导电杆的另一端也设有螺纹段，并分别穿过绝缘固定板上对应的第一通孔和环形导电盘上对应的第二通孔，由螺母固定于绝缘固定板上。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述导电圆盘固定于所述绝缘挡板上；所述导电圆盘与所述环形绝缘盖板之间、所述绝缘壳体另一侧与所述绝缘固定板之间均设有间隙。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述间隙为6mm。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述绝缘壳体和环形绝缘盖板由聚四氟材料制成；所述导电柱体、导电杆、导电圆盘和环形导电盘均由紫铜制成。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述底座、绝缘挡板、绝缘固定板和绝缘盖板分别由有机玻璃制成。

由上所述，本实用新型的高压大电流灯丝加热用变压器，其副边绕组采用铜制导电盘、导电杆及导电柱体进行全覆盖式设计，形成一匝绕组，在提高输出电流上限值的同时，大幅度减小漏感；原副边绕组之间采用变压器油、聚四氟外壳以及有机玻璃板多重绝缘的方式进行设计，有效的提高两者间耐压性，同时减小了原副边间距。本实用新型具有结构小巧、重量轻、输出电流大、耐压高、谐振电流小等优点；在电子束流发生系统中，其可以稳定有效的提供大电流，用于电子枪中灯丝的加热。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型高压大电流灯丝加热用变压器结构爆炸示意图；

图2：为本实用新型高压大电流灯丝加热用变压器一立体结构示意图；

图3：为本实用新型高压大电流灯丝加热用变压器另一立体结构示意图；

图4：为本实用新型高压大电流灯丝加热用变压器剖视结构示意图；

图5：为本实用新型中绝缘壳体的立体结构示意图；

图6：为本实用新型中绝缘壳体的剖视结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型提出一种高压大电流灯丝加热用变压器100，该变压器100包括有：

一侧设有环形凹槽12的绝缘壳体1，该绝缘壳体1设有贯穿其轴向中心的中心透孔11；

环形磁芯2，该环形磁芯2同心设置在绝缘壳体1的环形凹槽12内；环形磁芯2上绕设有原边绕组3；

环形绝缘盖板4，固定盖设于环形磁芯2的外侧，以将环形磁芯2和原边绕组3绝缘地封设于绝缘壳体2的环形凹槽12内(变压器原边绕组3采用多根漆包线并联的方式直接绕制于环形磁芯2上，并在完成原边绕组绕制后将其放入环形凹槽12内，通过环形绝缘盖板4固定封住环形磁芯2)；

一导电柱体5，该导电柱体5一端固定连接于一导电圆盘6的中心，该导电柱体5另一端穿过环形绝缘盖板4的环空41和绝缘壳体1中心透孔11(同时也穿过了环形磁芯2)，该导电柱体5固定地设置于所述中心透孔11中；

绝缘壳体1的另一侧(即：与所述绝缘壳体的一侧相背的一侧)设有一与导电圆盘6相对设置的环形导电盘7，在所述导电圆盘6与环形导电盘7之间，且位于绝缘壳体1的外侧周向均匀有多根导电杆8，各导电杆8两端分别与导电圆盘6和环形导电盘7固定连接；所述导电柱体5的另一端穿设于环形导电盘7的环空71中；

所述导电柱体5、导电圆盘6、多根导电杆8和环形导电盘7共同构成变压器的一匝副边绕组；其中，导电柱体5的另一端作为变压器副边绕组的一个引线输出级通过导线引出，环形导电盘7的内周边缘处作为变压器副边绕组的另一个引线输出级同样通过导线引出。

本实用新型的高压大电流灯丝加热用变压器，其副边绕组采用铜制导电盘、导电杆及导电柱体进行全覆盖式设计，形成一匝绕组；该副边绕组均匀、完整的包裹住整个环形磁芯，可以有效的接收原边绕组产生的磁力线，大幅度减小变压器漏感；导电圆盘与环形导电盘之间的连接用导电杆，很大程度上增加了变压器副边绕组与空间的接触面积，当变压器工作于大电流状态时，其产生的热量可以快速的通过周围的介质散发出去，使变压器能稳定良好的工作；采用上述方式设计副边绕组，不仅提高变压器输出电流上限值，同时大幅度减小其漏感，进而降低变压器谐振电流。

如图5、图6所示，在本实施方式中，所述绝缘壳体1是由内、外两个同心设置的筒体13、14构成；两筒体13、14之间的环空一端呈开口状，另一端呈封闭状，由此构成所述环形凹槽12；所述内筒体13呈贯通状，以构成所述中心透孔11。所述外筒体14的侧壁设有穿出原边绕组引线的引线透孔141；外筒体14侧壁设有一底座安装部15，引线透孔141贯通于底座安装部15；所述绝缘壳体1通过该底座安装部15固定设置在一底座91上(如图1所示)。

在所述底座91上且相对于绝缘壳体1的一侧和另一侧分别固定设有绝缘挡板92和绝缘固定板93；在绝缘挡板92和绝缘固定板93之间还设有覆盖绝缘壳体1的绝缘盖板94。在本实施方式中，底座91与底座安装部15之间、以及底座91与绝缘挡板92和绝缘固定板93之间采用尼龙钉进行连接。

进一步，如图1所示，所述绝缘固定板93设置在绝缘壳体的另一侧与环形导电盘7之间，绝缘固定板93上设有能穿过相应导电杆8的多个第一通孔932；所述绝缘固定板93上还设有中心穿孔931，所述导电柱体5的另一端穿过绝缘固定板的中心穿孔931并固定于绝缘固定板93上(本实施方式中，由铜螺母51进行固定)。

如图1所示，导电柱体5的一端采用焊接或螺纹连接方式固定于导电圆盘6的中心61；在邻近导电圆盘的外周边缘位置设有一圈(多个)连接所述导电杆8的螺纹孔62，所述各导电杆8的一端分别设有与相应螺纹孔62连接的螺纹段81；所述环形导电盘7与导电圆盘6中多个螺纹孔62相对的位置分别设有第二通孔72，所述各导电杆8的另一端也设有螺纹段82，并分别穿过绝缘固定板93上对应的第一通孔932和环形导电盘7上对应的第二通孔72，由铜螺母821固定于绝缘固定板93上。

进一步，如图4所示，在本实施方式中，所述导电圆盘6固定于所述绝缘挡板92上；所述导电圆盘6与环形绝缘盖板4之间、以及所述绝缘壳体1另一侧与所述绝缘固定板93之间均设有6mm间隙L。该间隙可以通过底座91的长度大于绝缘壳体1的长度，并延伸底座91两端适当距离来实现。该间隙由变压器油进行填充，实现原副边之间的进一步绝缘隔离。

在本实施方式中，所述绝缘壳体1和环形绝缘盖板4由聚四氟材料制成；所述导电柱体5、导电杆8、导电圆盘6和环形导电盘7均由紫铜制成；所述底座91、绝缘挡板92、绝缘固定板93和绝缘盖板94分别由有机玻璃材料制成。

所述变压器各部件均浸于变压器油中，通过绝缘油介质的作用，一方面增强了变压器的绝缘特性，另一方面达到了快速散热的作用，使变压器在高压大电流下能够稳定的工作。

由上所述，本实用新型提供的全新结构的高压大电流灯丝加热用变压器，是在以环形结构为变压器主体结构，并通过高频方式设计变压器的基础上，采用聚四氟外壳、变压器油以及有机玻璃板多重绝缘的方式来隔离原副边绕组；当变压器油纯度较高时，变压器油将成为原副边绕组之间主要的绝缘介质；而当变压器油纯度降低导致绝缘性能变差时，聚四氟外壳与有机玻璃板则提供有效的辅助绝缘性，使得变压器原副边之间耐压性能良好；相比于单一绝缘介质实现原副边绝缘的形式，本实用新型不仅能提供较高的耐压性能，同时稳定性更强，弥补了绝缘油绝缘强度不稳定以及聚四氟材料绝缘厚度过大等劣势，在提高原副边绕组间耐压性能的同时，有效的减小绕组间的间距，变压器原副边绕组耐压可达60kV。再者，副边绕组采用铜制导电盘、导电杆及导电柱体来包裹整个变压器，进行全覆盖式的设计，形成一匝绕组，在增大电流上限值的同时，大幅度减小变压器漏感，进而降低了变压器谐振电流。导电圆盘与环形导电盘之间采用紫铜螺柱进行连接，有效的提高了副边绕组与空间的接触面积，使得变压器在大电流状态下工作时散热良好，变压器最大输出电流可达150A。

上述描述中，以环形结构为变压器主体结构是指将变压器磁芯、变压器绝缘壳体以及副边绕组均设计成环形，即变压器除去有机玻璃板后整个变压器就是一个环形变压器。

上述描述中，通过高频方式设计是指选择纳米晶或者其他适宜高频状态下工作的材料作为磁芯材料，以20kHz的高频为变压器的输入波形频率计算出原副边绕组的匝数，并仿真计算20kHz高频环境下变压器寄生参数的作用效果，优化变压器使其能够在高频环境下稳定工作，以至变压器输出波形畸变不大，变压器运行状态良好。

在本实施方式中，考虑到原副边需要保证的耐压值是60kV，采用纯聚四氟依稀为原副边材料时，由于聚四氟乙烯材料的绝缘强度一般为10kV/mm，为防止原副边绕组瞬时过压，需要聚四氟材料的厚度至少10mm，即留有一定的余量。而采用绝缘油(变压器油)与聚四氟材料一起做绝缘时，高纯度绝缘油耐压达20kV/mm，因此原副边只要6mm的厚度就可以保证足够的耐压性能，自然缩短了原副边距离。

进一步，如图1所示，本实用新型的具体实施过程为：第一步，原边绕组3采用多根漆包线并联的方式直接绕制于环形磁芯2上；第二步，在完成原边绕组的绕制之后，将其放入绝缘壳体1的环形凹槽12内，盖上环形绝缘盖板4并固定；第三步，通过尼龙钉将有机玻璃底座91固定在绝缘壳体1的底座安装部15上；第四步，将导电柱体5的一端固定在导电圆盘6的中心位置，并通过铜螺钉将导电圆盘6固定在绝缘挡板92上；第五步，通过尼龙钉将固定有导电圆盘6的绝缘挡板92一端固定在底座91上，绝缘挡板92另一端固定绝缘盖板94，导电柱体5刚好穿过环形绝缘壳体1的中心透孔11；第六步，分别将多根导电杆8固定在导电圆盘6外周边缘的螺纹孔62处，旋至紧固；第七步，绝缘固定板93穿过导电杆8的另一端螺纹段82，通过尼龙钉分别固定在底座91与绝缘盖板94上；第八步，将环形导电盘7穿过导电杆8的螺纹段82，贴于绝缘固定板93的外侧，并通过铜螺母821拧在导电杆8的螺纹段82处至紧固，使环形导电盘7固定在绝缘固定板93上；第九步，将中心铜螺母51拧在导电柱体5右侧螺纹处，作为变压器副边的一极，通过导线引出，环形导电盘7的内周边缘处作为副边绕组的另一极，同样通过导线引出。

本实用新型的高压大电流灯丝加热用变压器，其副边绕组采用铜制导电盘、导电杆及导电柱体进行全覆盖式设计，形成一匝绕组，在提高输出电流上限值的同时，大幅度减小漏感；原副边绕组之间采用变压器油、聚四氟外壳以及有机玻璃板多重绝缘的方式进行设计，有效的提高两者间耐压性，同时减小了原副边间距。本实用新型具有结构小巧、重量轻、输出电流大、耐压高、谐振电流小等优点；在电子束流发生系统中，其可以稳定有效的提供大电流，用于电子枪中灯丝的加热。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种高压大电流灯丝加热用变压器，其特征在于：该变压器包括有：

一侧设有环形凹槽的绝缘壳体，该绝缘壳体设有贯穿其轴向中心的中心透孔；

环形磁芯，该环形磁芯同心设置在绝缘壳体的环形凹槽内；环形磁芯上绕设有原边绕组；

环形绝缘盖板，固定盖设于环形磁芯的外侧，以将环形磁芯和原边绕组绝缘地封设于绝缘壳体的环形凹槽内；

一导电柱体，该导电柱体一端固定连接于一导电圆盘的中心，该导电柱体另一端穿过环形绝缘盖板和中心透孔，该导电柱体固定设置于所述中心透孔中；

绝缘壳体的另一侧设有一与导电圆盘相对设置的环形导电盘，在所述导电圆盘与环形导电盘之间，且位于绝缘壳体的外侧周向均匀有多根导电杆，各导电杆两端分别与导电圆盘和环形导电盘固定连接；所述导电柱体的另一端穿设于环形导电盘的环空中；所述导电柱体、导电圆盘、多根导电杆和环形导电盘构成变压器的副边绕组。

2.如权利要求1所述的高压大电流灯丝加热用变压器，其特征在于：所述绝缘壳体是由内、外两个同心设置的筒体构成；两筒体之间的环空一端呈开口状，另一端呈封闭状，构成所述环形凹槽；所述内筒体呈贯通状，构成所述中心透孔。

3.如权利要求2所述的高压大电流灯丝加热用变压器，其特征在于：所述外筒体的侧壁设有穿出原边绕组引线的引线透孔；外筒体侧壁设有一底座安装部；所述绝缘壳体通过该底座安装部固定设置在一底座上。

4.如权利要求3所述的高压大电流灯丝加热用变压器，其特征在于：在所述底座上且相对于绝缘壳体的一侧和另一侧分别固定设有绝缘挡板和绝缘固定板；在绝缘挡板和绝缘固定板之间还设有覆盖绝缘壳体的绝缘盖板。

5.如权利要求4所述的高压大电流灯丝加热用变压器，其特征在于：所述绝缘固定板设置在绝缘壳体的另一侧与环形导电盘之间，绝缘固定板上设有能穿过相应导电杆的多个第一通孔；所述绝缘固定板上还设有中心穿孔，所述导电柱体另一端穿过绝缘固定板的中心穿孔并固定于绝缘固定板上。

6.如权利要求5所述的高压大电流灯丝加热用变压器，其特征在于：导电柱体一端焊接或螺纹连接于导电圆盘的中心；在邻近导电圆盘的外周边缘位置设有一圈连接所述导电杆的螺纹孔，所述各导电杆的一端分别设有与相应螺纹孔连接的螺纹段；所述环形导电盘与导电圆盘中多个螺纹孔相对的位置分别设有第二通孔，所述各导电杆的另一端也设有螺纹段，并分别穿过绝缘固定板上对应的第一通孔和环形导电盘上对应的第二通孔，由螺母固定于绝缘固定板上。

7.如权利要求4所述的高压大电流灯丝加热用变压器，其特征在于：所述导电圆盘固定于所述绝缘挡板上；所述导电圆盘与所述环形绝缘盖板之间、所述绝缘壳体另一侧与所述绝缘固定板之间均设有间隙。

8.如权利要求7所述的高压大电流灯丝加热用变压器，其特征在于：所述间隙为6mm。

9.如权利要求1所述的高压大电流灯丝加热用变压器，其特征在于：所述绝缘壳体和环形绝缘盖板由聚四氟材料制成；所述导电柱体、导电杆、导电圆盘和环形导电盘均由紫铜制成。

10.如权利要求4所述的高压大电流灯丝加热用变压器，其特征在于：所述底座、绝缘挡板、绝缘固定板和绝缘盖板分别由有机玻璃制成。