RU2570903C2

RU2570903C2 - Electric conductor of spiral geometry (versions)

Info

Publication number: RU2570903C2
Application number: RU2013127773/07A
Authority: RU
Inventors: Виталий Валерьевич Клинаев
Original assignee: Виталий Валерьевич Клинаев
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2015-12-20
Also published as: RU2013127773A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is referred to electric equipment, in particular, to current-conducting cables of tubular structure of strip conductor wounded helically. The electric conductor of spiral geometry is made as a strip wounded helically around longitudinal axis; the longitudinal axis is placed outside limits of the strip cross-section, between turns there are gaps or a lock is pressed. The turns are arched in the central part towards the longitudinal axis. The conductor is equipped with outer Teflon coating made as a tube touching the conductor at spots of the lock location.

EFFECT: reduced weight at maintained operational parameters, improved flexibility, vibration resistance and capability to rapture-free elongation.

7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электрическому оборудованию, в частности к токопроводящим кабелям трубчатой конструкции, образованным смотанным в спираль ленточным проводником.The invention relates to electrical equipment, in particular to conductive cables of a tubular structure formed by a coiled tape conductor.

Известен плоский кабель, состоящий из уложенных параллельно в изоляционном покрытии токопроводящих жил, соединенных между собой петлями и расположенных зигзагообразно (см. авторское свидетельство SU 1365139, МПК H01B7/08). Прямолинейные участки зигзагов перпендикулярны продольной оси кабеля, а петли находятся вне покрытия.Known flat cable, consisting of parallel-laid in the insulation coating conductive conductors interconnected by loops and arranged in a zigzag pattern (see copyright certificate SU 1365139, IPC H01B7 / 08). The straight sections of the zigzags are perpendicular to the longitudinal axis of the cable, and the loops are outside the cover.

Недостатком плоского кабеля является высокое электрическое сопротивление.The disadvantage of a flat cable is its high electrical resistance.

Известен плоский электрический кабель, содержащий плоские токоведущие и нулевые жилы, изолированные между собой (см. патент на изобретение RU 2244359, МПК H01B7/08, H01B11/08, H01P3/08). Кабель содержит одну или несколько одинаковых секций, состоящих из центральной плоской токоведущей жилы, находящейся между двумя плоскими изоляционными лентами, которые, в свою очередь, находятся между двумя нулевыми плоскими жилами, ширина которых больше ширины токоведущей жилы на удвоенную толщину изоляционной ленты. Такая конструкция может быть использована в качестве универсального плоского кабеля повышенной проводимости для одновременного электроснабжения приемников электрического тока и передачи сигналов телефонной, телевизионной, компьютерной и радиосвязи.Known flat electric cable containing flat current-carrying and zero conductors isolated between each other (see patent for invention RU 2244359, IPC H01B7 / 08, H01B11 / 08, H01P3 / 08). The cable contains one or several identical sections, consisting of a central flat current-carrying conductor located between two flat insulating tapes, which, in turn, are between two zero flat conductors, the width of which is twice the thickness of the current-carrying conductor by twice the thickness of the insulating tape. This design can be used as a universal flat cable of high conductivity for the simultaneous power supply of electric current receivers and transmission of telephone, television, computer and radio communications.

Недостатком плоского электрического кабеля является высокая электрическая емкость.The disadvantage of a flat electric cable is its high electrical capacitance.

Известна токопроводящая жила, содержащая два изолированных друг от друга проводника, расположенных в общей изоляционной оболочке (см. патент на изобретение RU 2347304, МПК H01P3/04, H01B11/06). Оба проводника выполнены скрученными по длине токопроводящей жилы, при этом скручивание представляет собой чередующиеся равные по длине участки скрутки по часовой стрелке и участки скрутки против часовой стрелки, имеющие равное количество витков в каждой скрутке. Такая конструкция позволяет уменьшить влияние взаимной электроемкости двух проводников на качество передаваемого сигнала.Known conductive conductor containing two isolated from each other conductors located in a common insulating sheath (see patent for invention RU 2347304, IPC H01P3 / 04, H01B11 / 06). Both conductors are made twisted along the length of the conductive core, while twisting is an alternating equal length of the twisting sections in a clockwise direction and sections of twisting counterclockwise, having an equal number of turns in each twist. This design allows you to reduce the influence of the mutual electric intensity of the two conductors on the quality of the transmitted signal.

Недостаток токопроводящей жилы связан с тем, что для ВЧ и НЧ составляющих сигнала круглый проводник имеет разное электрическое сопротивление.The disadvantage of the conductive core is that for the RF and LF components of the signal, the round conductor has different electrical resistance.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является электрический проводник спиральной геометрии производства фирмы Bertram Audiocables (http://bertramaudio.com/). Электрический проводник выполнен в виде ленты, поперечное сечение которой представляет собой прямоугольник. Лента закручена в спираль вокруг продольной оси. Проводник с прямоугольным сечением имеет меньшее сопротивление, а также меньшую индуктивность, чем круглый проводник с такой же площадью поперечного сечения.The closest in technical essence to the claimed invention is an electric conductor of spiral geometry manufactured by Bertram Audiocables (http://bertramaudio.com/). The electrical conductor is made in the form of a tape, the cross section of which is a rectangle. The tape is twisted into a spiral around the longitudinal axis. A conductor with a rectangular cross section has less resistance and also less inductance than a round conductor with the same cross-sectional area.

Недостатком выбранного за прототип устройства является склонность необратимо деформироваться при изгибании.The disadvantage of the selected prototype device is the tendency to irreversibly deform when bent.

Задачей заявляемого изобретения является разработка кабеля для применения в различных областях техники, медицинской технике, авиастроении, космических аппаратах в качестве токопроводящих и сигнальных жил кабелей, в том числе для сверхбыстродействующих цифровых устройств.The task of the invention is to develop a cable for use in various fields of technology, medical technology, aircraft, spacecraft as conductive and signal cores of cables, including for ultra-fast digital devices.

Технический результат заключается в снижении массы при сохранении эксплуатационных параметров, повышении гибкости, виброустойчивости и способности к безразрывному растяжению.The technical result consists in reducing weight while maintaining operational parameters, increasing flexibility, vibration resistance and the ability to uninterrupted stretching.

Указанный технический результат достигается тем, что электрический проводник спиральной геометрии выполнен в виде ленты, закрученной в спираль вокруг продольной оси, согласно изобретению продольная ось расположена за пределами поперечного сечения ленты, между витками выполнены воздушные зазоры либо зажат замок. Витки выполнены с прогибом центральной части в сторону продольной оси. Проводник снабжен внешним тефлоновым покрытием, выполненным в виде трубки, касающейся проводника в местах размещения замка или ребер проводника.The specified technical result is achieved by the fact that the electrical conductor of spiral geometry is made in the form of a tape twisted into a spiral around a longitudinal axis, according to the invention, the longitudinal axis is located outside the cross section of the tape, air gaps are made between the turns or the lock is clamped. The turns are made with the deflection of the central part towards the longitudinal axis. The conductor is equipped with an external Teflon coating made in the form of a tube touching the conductor in the places of placement of the lock or edges of the conductor.

Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 представлен общий вид проводника, помещенного во внешнее тефлоновое покрытие; на фиг. 3 представлен общий вид проводника, снабженного замком; на фиг. 4 представлено распределение внешнего магнитного поля при постоянном токе в проводнике с замком.The inventive device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 and 2 show a general view of a conductor placed in an outer Teflon coating; in FIG. 3 shows a general view of a conductor equipped with a lock; in FIG. 4 shows the distribution of an external magnetic field at constant current in a lock conductor.

Заявляемое изобретение предназначено для применения в качестве токопроводящих и/или сигнальных жил кабелей авиационной техники, космических аппаратов, медицинской техники, сверхбыстродействующих цифровых устройств, а также в других областях техники.The claimed invention is intended for use as conductive and / or signal cores of aircraft cables, spacecraft, medical equipment, ultra-fast digital devices, as well as in other areas of technology.

Электрический проводник спиральной геометрии может быть выполнен из меди, серебра, посеребренной меди, а также другого металла или металлического сплава с покрытием или без него. Заявляемый проводник обладает свойством частотной избирательности, так как имеет поперечное сечение прямоугольной формы, причем короткие стороны и острые грани могут быть скруглены. В зависимости от требуемых параметров пропускания электрического тока поперечное сечение проводника может иметь различный размер: ширина от миллиметра до десятка миллиметров и более, толщина от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Поверхность заявляемого проводника выполнена гладкой (полированной), что влияет на качество передачи высоких частот. Проводник подвергают процессу полировки, благодаря которому даже самые сложные участки поверхности приобретают идеальную зеркальную поверхность и имеют минимальное сопротивление на высоких частотах.The electrical conductor of the spiral geometry can be made of copper, silver, silver plated copper, as well as another metal or metal alloy with or without coating. The inventive conductor has the property of frequency selectivity, as it has a cross-section of a rectangular shape, and the short sides and sharp edges can be rounded. Depending on the required parameters of transmission of electric current, the cross section of the conductor may have a different size: width from millimeter to tens of millimeters or more, thickness from fractions of a millimeter to several millimeters. The surface of the inventive conductor is smooth (polished), which affects the quality of high frequency transmission. The conductor is subjected to a polishing process, thanks to which even the most complex parts of the surface acquire an ideal mirror surface and have minimal resistance at high frequencies.

Ленточный проводник закручен в спираль вокруг продольной оси, проходящей за пределами поперечного сечения ленты. В случае если шаг намотки спирали равен ширине проводника, поверхности, образованные короткими сторонами поперечного сечения соседних витков, соприкасаются между собой, при этом поверхности, образуемые длинными сторонами поперечного сечения заявляемого электрического проводника спиральной геометрии, формируют внешнюю и внутреннюю поверхности токопроводящего кабеля трубчатой конструкции. В случае если шаг намотки спирали меньше ширины проводника, витки выполнены с прогибом центральной части в сторону продольной оси, таким образом, токопроводящий кабель трубчатой конструкции в местах соприкосновения витков имеет больший диаметр. В случае если шаг намотки спирали больше ширины проводника, между витками остается воздушный зазор, в таком случае проводник обладает высокой индуктивностью и характеризуется полным отсутствием вихревых токов, так как линии магнитного поля направлены вдоль проводника, что существенно снижает эффект емкости и эффект взаимного притяжения проводников, при этом проводник характеризуется высокой индуктивностью и, следовательно, способностью накапливать энергию в своем магнитном поле. В качестве варианта выполнения заявляемого электрического проводника спиральной геометрии возможно размещение в воздушном зазоре между витками спирали специального замка, представляющего собой проволоку круглого сечения, выполненную из серебра или меди, покрытой серебром. Возможно выполнение витков проводника с прогибом центральной части в сторону продольной оси и одновременным наличием замка между витками. Благодаря заявляемой конструкции проводник воспринимается сигналом как трубка, при этом обладает гибкостью выше известных трубок. Такой проводник обладает очень низким сопротивлением для широкого спектра частот сигнала и высокой стрессоустойчивостью. В качестве оболочки поверх проводника использована трубка из тефлона (PTFE), диэлектрическая постоянная которого находится в пределах 1,2 - 1,5. Проводник, имеющий спиральную конструкцию, соприкасается с внешней оболочкой лишь короткими сторонами ленточного проводника, либо внешняя оболочка опирается только на замок, зажатый между витками проводника, при этом бóльшая часть площади поверхности проводника находится в воздушном пространстве. Так как бóльшая площадь проводника окружена воздухом, улучшается теплоотвод. Поверхность проводника работает по принципу радиатора, быстро охлаждаясь и обеспечивая тем самым более стабильную работу на экстремальных режимах, например, во время передачи низкочастотного сигнала. Кроме того, за счет малой площади соприкосновения проводника с изоляционным покрытием заявляемое устройство имеет низкие затраты на его поляризацию.The tape conductor is twisted into a spiral around a longitudinal axis extending beyond the cross section of the tape. If the step of winding the spiral is equal to the width of the conductor, the surfaces formed by the short sides of the cross section of adjacent turns are in contact with each other, while the surfaces formed by the long sides of the cross section of the inventive electrical conductor of spiral geometry form the outer and inner surfaces of the conductive cable of the tubular structure. If the step of winding the spiral is less than the width of the conductor, the turns are made with the deflection of the central part towards the longitudinal axis, thus, the conductive cable of the tubular structure at the points of contact of the turns has a larger diameter. If the winding pitch of the spiral is greater than the width of the conductor, an air gap remains between the turns, in which case the conductor has a high inductance and is characterized by the complete absence of eddy currents, since the magnetic field lines are directed along the conductor, which significantly reduces the capacitance effect and the effect of mutual attraction of the conductors, in this case, the conductor is characterized by high inductance and, therefore, the ability to accumulate energy in its magnetic field. As an embodiment of the inventive electrical conductor of spiral geometry, it is possible to place a special lock in the air gap between the turns of the spiral, which is a wire of circular cross section made of silver or copper coated with silver. It is possible to make turns of the conductor with the deflection of the central part towards the longitudinal axis and the simultaneous presence of a lock between the turns. Thanks to the claimed design, the conductor is perceived by the signal as a tube, while it has the flexibility of the above known tubes. Such a conductor has a very low resistance for a wide range of signal frequencies and high stress resistance. A teflon tube (PTFE) is used as a sheath over the conductor, whose dielectric constant is in the range 1.2 - 1.5. A conductor having a spiral design is in contact with the outer sheath only on the short sides of the tape conductor, or the outer sheath rests only on a lock sandwiched between the turns of the conductor, with most of the surface area of the conductor in the air. Since the larger area of the conductor is surrounded by air, heat dissipation is improved. The surface of the conductor works on the principle of a radiator, cooling rapidly and thereby ensuring more stable operation in extreme conditions, for example, during transmission of a low-frequency signal. In addition, due to the small contact area of the conductor with an insulating coating, the claimed device has low costs for its polarization.

Claims

1. An electric conductor of spiral geometry made in the form of a tape twisted into a spiral around a longitudinal axis, characterized in that the longitudinal axis is located outside the cross section of the tape, air gaps are made between the turns.

2. The conductor according to claim 1, characterized in that the turns are made with a deflection of the central part towards the longitudinal axis.

3. The conductor according to claim 1, characterized in that it is provided with an external Teflon coating made in the form of a tube touching the edges of the conductor.

4. An electric conductor of spiral geometry made in the form of a tape twisted into a spiral around a longitudinal axis, characterized in that the longitudinal axis is located outside the cross section of the tape, a lock is clamped between the turns.

5. The conductor according to claim 4, characterized in that the lock is made of silver wire or copper wire coated with silver.

6. The conductor according to claim 4, characterized in that the turns are made with a deflection of the central part towards the longitudinal axis.

7. The conductor according to claim 4, characterized in that it is provided with an external Teflon coating made in the form of a tube touching the conductor in the locations of the lock.