WO2023282785A1 - Малогабаритный высоковольтный импульсный трансформаторов и способ его изготовления - Google Patents

Малогабаритный высоковольтный импульсный трансформаторов и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
WO2023282785A1
WO2023282785A1 PCT/RU2021/000405 RU2021000405W WO2023282785A1 WO 2023282785 A1 WO2023282785 A1 WO 2023282785A1 RU 2021000405 W RU2021000405 W RU 2021000405W WO 2023282785 A1 WO2023282785 A1 WO 2023282785A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
winding
voltage
transformer
primary
insulation
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000405
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Юрий Александрович ГАБЛИЯ
Юрий Олегович ЛАДЯГИН
Original Assignee
Юрий Александрович ГАБЛИЯ
Юрий Олегович ЛАДЯГИН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Александрович ГАБЛИЯ, Юрий Олегович ЛАДЯГИН filed Critical Юрий Александрович ГАБЛИЯ
Priority to CN202180100325.5A priority Critical patent/CN117678036A/zh
Priority to US18/577,464 priority patent/US20240177924A1/en
Priority to IL309895A priority patent/IL309895A/en
Priority to EP21949460.6A priority patent/EP4369361A1/en
Publication of WO2023282785A1 publication Critical patent/WO2023282785A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F19/00—Fixed transformers or mutual inductances of the signal type
    • H01F19/04—Transformers or mutual inductances suitable for handling frequencies considerably beyond the audio range
    • H01F19/08—Transformers having magnetic bias, e.g. for handling pulses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/08—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure without magnetic core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/06—Mounting, supporting or suspending transformers, reactors or choke coils not being of the signal type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • H01F27/2828—Construction of conductive connections, of leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/323—Insulation between winding turns, between winding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/327—Encapsulating or impregnating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/12—Insulating of windings
    • H01F41/122—Insulating between turns or between winding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/12—Insulating of windings
    • H01F41/127—Encapsulating or impregnating

Definitions

  • the invention relates to a technique for producing high voltages of electric current, to portable devices for supplying high voltage to ozonators, ionizers, gas discharge lamps, lasers, to a technique for obtaining nanosecond pulses, and mainly to the technique of final stages of electric shock weapons.
  • the traditional method of manufacturing high-voltage pulse transformers with both with and without a magnetic circuit consists in winding a winding wire in lacquer insulation in layers with interlayer insulation on a polymer, ceramic or electric cardboard, myco-fabric or other non-conductive mandrel or frame or template or sleeve on a sectioned non-conductive frame.
  • the disadvantage of this method is the need for winding a mandrel, a frame or a template or a sleeve having an outer diameter or a circle diameter of an inscribed perimeter of tens and up to hundreds of winding wire diameters.
  • the large diameter of the winding does not allow making a compact transformer for use in small-sized and micro-devices using high voltage electric current, for example, in small-sized electric shock weapons and, in particular, electric bullets.
  • this method does not allow the manufacture of transformers with a large transformation ratio and increased work efficiency.
  • the traditional design of a high-voltage pulse transformer always contains a frame made of insulating material with a primary and secondary winding wound on it, a magnetic core with a closed or open magnetic circuit, while the secondary winding is layered with a single-layer winding of each layer and with interlayer insulation [1].
  • An example of a traditional design of a high-voltage pulse transformer is a transformer according to a patent [2], which contains an open rod core (magnetic core) made of ferromagnetic material, primary and secondary windings, and a sealed housing.
  • the switching circuit of a high-voltage pulse transformer for powering high-voltage devices contains a power source, for example a low-voltage battery or a battery, a step-up voltage converter (inverter) and a threshold device for generating pulses in the circuit of the primary winding of the transformer, for example, a semiconductor key (thyristor or transistor) or a gas discharger of a controlled or uncontrolled type, a discharge threshold or controlled element (protective spark gap, thyratron).
  • a power source for example a low-voltage battery or a battery
  • a step-up voltage converter inverter
  • a threshold device for generating pulses in the circuit of the primary winding of the transformer, for example, a semiconductor key (thyristor or transistor) or a gas discharger of a controlled or uncontrolled type, a discharge threshold or controlled element (protective spark gap, thyratron).
  • High-voltage pulses of one or another selected frequency generated on the secondary winding of the transformer are fed to
  • the disadvantage of the considered design of the transformer are significant dimensions and weight.
  • Another disadvantage of the transformers of the described design is their increased inductance, which is a consequence of the presence of a magnetic circuit in them.
  • the increased inductance of such transformers is an obstacle to obtaining short pulses for the operation of various short-pulse devices.
  • the high-voltage transformer In portable high-voltage devices, the high-voltage transformer is the most massive and voluminous element, and in today's serial designs it occupies up to 1/3 of the volume of the entire device, being at the same time the most massive component.
  • one of the main characteristics is the "maximum open circuit voltage developed" visually defined as "piercing distance through the air.” It is not possible to significantly reduce the dimensions of the transformer described above while maintaining the described main characteristic with such a design of a high-voltage pulse transformer.
  • High-voltage coreless transformers are known, such as Tesla transformers [3], and other coreless transformers with the common name "air transformers".
  • Air transformers have a frame or frameless winding of wire wound in the form of a spiral turn to turn or, as a rule, with one step or another, and a secondary winding on which a large number of turns of small diameter wire are laid on the frame turn to turn in one layer. Between the primary and secondary windings there is an air gap of several centimeters of air, even in small-sized Tesla transformers, which serves as interwinding insulation, and the difference in diameters between the primary and secondary windings in air transformers can reach 3-5 times.
  • Tesla transformer has a primary winding laid close or with a turn-to-turn gap, but located only in the center of a cylinder frame with a secondary winding that is very long in relation to the length of the primary winding.
  • Air transformers have a weak (no more than 0.1) inductive coupling between the coils, which is caused by the need to have between the primary and secondary windings, instead of solid or liquid thin-layer electrically strong insulation, air insulation with low electrical strength and, accordingly, its increased thickness to eliminate the possibility of spark electrical breakdown or high voltage corona leakage between the windings.
  • a common disadvantage of air transformers is their very large dimensions, which completely preclude the use of such transformers in portable high-voltage devices, such as stun guns. This disadvantage is a consequence of inductive loose coupling due to the lack of a core and the weak magnetic permeability of a thick layer of air between the windings, as well as very large distances between the windings and their spatial arrangement that is not optimal for maximum inductive coupling.
  • the source [4] describes the design of high-voltage air pulse transformers (HIT) without cores (magnetic system).
  • HIT high-voltage air pulse transformers
  • the above designs are characterized by large overall dimensions resulting from the fact that the average inner diameter or the diameter of the circumference of the inscribed perimeter of the winding frames is hundreds and thousands of diameters of the winding wire, and the role of the interwinding insulation is performed by air having an insignificant electrical strength at atmospheric pressure.
  • a high-voltage pulse transformer without a core was chosen as a prototype [5]
  • the transformer contains a secondary winding wound without a frame but mainly with a sectional frame, the primary winding is separated from the secondary by a gap, which is used as an insulating material or a cylindrical tubular shell.
  • the whole structure is placed in liquid, elastic or solid electrical insulation.
  • the transformer has the following disadvantages.
  • the secondary winding wound frameless as a biscuit or cross winding (which is noted in the patent description [5]), has negligible dielectric strength due to the fact that the increase in potential from layer to layer of the winding wire to prevent interlayer breakdown should withstand only the varnish insulation of the winding wire itself, which, with a small wire diameter (0.05-0.08) used when winding small-sized transformers, has an electrical strength of only hundreds of volts at the presence between the layers of potential already in the thousands of volts.
  • the types of frameless winding under consideration do not have a margin of electrical strength sufficient for operation and are prone to electrical breakdown.
  • Winding of the biscuit and cross type requires special winding machines, fastening the wound turns with adhesives, which reduces the manufacturability of winding.
  • Transformers of the considered design without an electrically insulating shell are not technologically advanced in execution. These shortcomings make the prototype transformer low-tech and expensive with a limited series. Winding performed in bulk or in a newspaper and cross way does not allow achieving the maximum coupling coefficient of the transformer windings due to increased fluxes of magnetic induction leakage due to the inability to achieve the maximum density of winding turns. This increases the dimensions of the transformer to achieve the required output voltage.
  • the main disadvantage of the prototype is the limited number of turns in the transformer with given external dimensions for a given diameter.
  • winding wire prototype due to the fact that part of the volume is occupied by a "power axial rod” (as in the patent formula [4]).
  • the "power axial rod” made of the frame material and representing its part cannot be made with a diameter of less than 3 mm, because due to the large bending forces when winding transformers, the "power the axial rod” protruding (and cut off after winding) the ends of which are clamped in the spindles of the winding machine breaks, which makes it impossible to wind the transformer.
  • the technical problem is to create a method for manufacturing a small-sized high-voltage pulse transformer without a magnetic core, characterized by manufacturability, low cost in production with an increased high open-circuit voltage, a large transformation ratio and an increase in efficiency by improving magnetic flux linkage, reducing magnetic induction leakage fluxes.
  • the technical problem also lies in the creation of the design of the transformer, performed according to the claimed method.
  • the technical result consists in solving these technical problems.
  • the method of manufacturing a small-sized high-voltage pulse transformer without a magnetic circuit, containing primary and secondary windings consists in the fact that the secondary high-voltage winding is wound from the transformer axis on an electrically conductive carrier element removed after winding or a non-conductive carrier element left after winding at the minimum allowable bending radius of the winding enamel wire on a carrier element in 0.5-1.0 of the outer diameter of the winding wire, without a mandrel, frame, template or sleeve in layers turn to turn with separation of the wound layers of the winding enamel wire with interlayer insulation overlapping the length of the layers with an overlap, a layer is laid on top of the wound secondary winding interwinding insulation overlapping the length of the layers with an overlap, and a primary low-voltage winding is wound over the interwinding insulation and the entire wound structure is placed in a liquid, elastic or curable electrical insulating material.
  • the carrier element is a wire or a braided or single thread made of a metal or polymer, carbon or mineral fiber that is resistant to tearing and twisting and stretched between the spindle and the headstock of the winding machine.
  • the carrier element is a needle made of a bending-resistant metal or polymer fixed in the winding machine spindle.
  • a small-sized high-voltage pulse transformer without a magnetic circuit, containing a primary single-layer or multilayer low-voltage and secondary high-voltage multilayer winding with interlayer insulation has an axial channel of the secondary winding filled with an electrically insulating material or compound, on top of the secondary winding an interwinding layer insulation is laid over which the primary low-voltage winding is wound, the electrical insulating material or compound also fills the free spaces between the layers of interlayer insulation.
  • An additional feature of the transformer is that it has a first layer of interlayer insulation made of an adhesive one-sided or two-sided insulating film.
  • An additional feature of the transformer is that it is completely embedded in a high-voltage electrical insulating material or compound that fills the axial channel, the free spaces between the layers of interlayer and interwinding insulation and covers the outer surface of the wound transformer, and the winding leads come out of the outer surface of the electrical insulating material or compound.
  • An additional feature of the transformer is that one of the outputs of the high-voltage secondary winding is connected to the output of the primary winding inside the casting with the compound without leaving the casting surface outside.
  • An additional feature of the transformer is that it has a primary multilayer trapezoidal low-voltage winding with the lower base of the trapezoid facing the secondary winding.
  • Fig. 1 Sectional view of the transformer.
  • Fig. 2 Type of electric shock devices of remote action with the claimed winding method and transformer device.
  • the secondary wire winding is started to be wound without an initial layer of insulation on a carrier element in the form of a heavy-duty polyaramid, either from ultra-high molecular weight polyethylene, or carbon, or mineral (for example, fiberglass), or made of another metallic or non-metallic material tensile and torsion-resistant wire or thread. Or they start winding without an initial layer of insulation on a steel needle clamped in the spindle of the winding machine.
  • a carrier element in the form of a heavy-duty polyaramid, either from ultra-high molecular weight polyethylene, or carbon, or mineral (for example, fiberglass), or made of another metallic or non-metallic material tensile and torsion-resistant wire or thread.
  • a modern winding wire of small diameters in varnish insulation allows a bending radius of 0.5 to 1.0 of its diameter without violating the integrity of the insulation, which makes it possible to use in the claimed transformer winding wires of the required diameter for high-voltage pulse transformers of small-sized electric shock devices (0.05 -0.12 mm).
  • Multiple layers of the secondary winding are wound in one layer using interlayer and interwinding insulation overlapping the length of the layers and the diameter of the layers of the enameled wire according to the usual winding rules for high-voltage transformers.
  • this method of winding is most simply provided by winding the first layer of winding wire in varnish insulation on a metal wire or carbon thread or a non-conductive polymer or mineral thread stretched between the spindle and the rotating tailstock of the winding machine, with pulling this wire or thread from the axial space (channel ) of the wound transformer after it has been wound.
  • the conductive wire or thread is pulled out of the axial space of the transformer after it has been wound.
  • a non-conductive polymer or mineral thread can not be removed from the axial space of the wound transformer, but simply cut off at the ends of the wound transformer, but this method is less appropriate (see below).
  • the wound transformer After winding the secondary winding, layers of interwinding insulation are laid on the wound winding, on top of which the primary low-voltage winding is wound from thick wire with a small number of turns, usually in one layer.
  • the wound transformer is placed in a liquid electrical insulating material (including a melt, for example, polymers, such as polyethylene) or a compound, and it is cured by cooling or polymerization, mainly under vacuum or under pressure, or by combining both methods (first vacuum, and then pressure).
  • a liquid electrical insulating material including a melt, for example, polymers, such as polyethylene
  • a compound a compound
  • the resulting axial channel when a conductive wire or thread is pulled out of the axial space, is filled with an electrically insulating material or compound, and also fill the free spaces between the layers of interlayer and interwinding insulation.
  • a transformer without a magnetic circuit has primary 1 and secondary 2 windings, interwinding insulation 3 and interlayer insulation 4 and is placed in a fusible or curable electrical insulating material or compound 5, and it completely fills the axial space 6 along the axis of the transformer if, as described in the method above, the carrier element in the form of a thin conductive needle comparable in diameter to a thread or wire, wire or thread is removed from the transformer.
  • the transformer can be unpackaged (filled with electrically insulating material or compound 5 in a mold, followed by removal from the mold after the material has cured), but it can also have an external power housing 7.
  • the first layer wound on the forming carrier element is mainly separated from the subsequent second layer of the winding wire by interlayer insulation made of a film with high electrical strength, such as astralon, kapton (for example, adhesive kapton), fluoroplastic, polyethylene terephthalate, etc. with overlapping ends of the film and indent from both ends of the laid layer of winding wire, adhesive one-sided or two-sided insulating film.
  • a film with high electrical strength such as astralon, kapton (for example, adhesive kapton), fluoroplastic, polyethylene terephthalate, etc.
  • one side of the film with adhesive applied to it should be adjacent to the first layer of the secondary winding.
  • the first insulation layer can be made from the indicated types of film without an adhesive layer, but in this case, the pulling of the carrier element from the space of the axis of the wound transformer, as a rule, causes the wound transformer to disintegrate.
  • gluing the first layer of the interlayer insulating film to the first layer of the winding does not make it impossible to extend the entire first layer of the winding from the transformer when conventional interlayer insulation films are used for subsequent interlayer insulation or when the layers are not tightly wound. All subsequent layers of interlayer insulation after the first winding layer can be made from the specified film material without an adhesive layer.
  • the thickness of one layer of interlayer insulation when using modern electrically insulating polymer films with high electrical strength from these materials does not exceed 20-60 microns. Due to the small thickness of the layers of interlayer insulation, a high density (filling) of the coils of the wire winding of the transformer volume is achieved.
  • the coupling coefficient of the windings of the proposed transformer is maximum due to the reduction of the leakage fluxes of magnetic induction, achieved by the high density of the secondary winding by the maximum possible convergence of the primary and secondary windings.
  • the primary low-voltage winding is wound as a rule over the secondary winding through interwinding insulation from the specified material of insulating films. But in possibly necessary cases, the winding order can be changed.
  • a low-voltage primary winding is first wound onto the winding support element from one layer or several layers with or without insulation between the layers.
  • a multilayer high-voltage secondary winding with mutual insulation of layers is wound onto the primary winding through the interwinding insulation.
  • it is more expedient to wind the primary low-turn winding of a thick wire mainly over the secondary multi-turn winding of a thin wire since a thin wire always has a smaller bending radius, which is the minimum allowable by technical specifications, and due to the small unused axial space, it makes it possible to lay a larger number of layers (and turns) of the secondary winding at a given outer diameter of the transformer and thus increase the transformation ratio.
  • the primary winding due to the small number of turns of large diameter wire to obtain a large transformation ratio can be either single-layer or multi-layer, and in particular when winding over the secondary winding trapezoidal with the lower base of the trapezoid facing the secondary winding, such a trapezoidal primary winding in possibly necessary applications transformer increases the duration high-voltage pulse compared to cylindrical winding with the same number of turns.
  • the thickness of the interwinding insulation electrically separating the primary and secondary windings does not exceed 60-200 microns.
  • the transformer After winding, the transformer is either removed from the electrically conductive carrier element (carbon fiber, metal wire or needle by pulling out (removing) the fiber, wire or needle from the formed axial hole of the transformer) or, in the case of winding on a non-conductive carrier element (polymer thread, mineral fiber), the carrier element is removed by pulling out or left inside the axial space and cut off the ends of the supporting element along the ends of the transformer, which is less appropriate (indicated above in the description of the method). After that, under vacuum or under pressure, or by combining vacuum and pressure, the transformer is poured into the mold with electrical insulating material or compound 5, followed by curing of the material and removing the finished transformer from the mold.
  • the electrically conductive carrier element carbon fiber, metal wire or needle by pulling out (removing) the fiber, wire or needle from the formed axial hole of the transformer
  • a non-conductive carrier element polymer thread, mineral fiber
  • the electrical insulating material may be either elastic or non-elastic (eg polyethylene, paraffin, cured silicone or epoxy). Possibility of pouring electrically insulating material into housing 7 in which a wound transformer is placed. In this case, the casting mold is not required, and the body 7, made mainly of polymeric material, gives the transformer additional mechanical strength and better electrical insulating properties.
  • non-hardening electrical insulating materials for example, silicone or transformer oils.
  • one of the outputs of the secondary winding 2 when winding the first layer of the secondary winding on the initial layer of insulation placed on the carrier element, can be passed through the axial channel after removing the carrier element to exit the high-voltage output to the other side of the transformer.
  • the output is pulled through a thin insulating tube installed in the axial space in place of the carrier element after it is removed from the axial space 7 of the transformer.
  • one of the outputs of the high-voltage secondary winding adjacent to the interwinding insulation is connected to the output of the primary winding directly inside the filling with the compound 5 without output to the outside, and thus the transformer has only two low-voltage outputs and one high-voltage output from the axial space of the transformer.
  • This design is convenient for many topologies of the final cascades of electroshock weapons.
  • the coupling coefficient of the transformer windings is increased by reducing the leakage fluxes of magnetic induction achieved by the maximum convergence of the primary and secondary windings and the increased density of the secondary winding. Due to the reduced inductance due to the lack of a magnetic circuit, the transformer can be used in short-pulse high-voltage technology.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, к технике получения высоких напряжений, к портативным устройствам питания высоким напряжением озонаторов, ионизаторов, газоразрядных ламп, лазеров, к технике получения наносекундных импульсов и преимущественно к технике оконечных каскадов электрошоковых устройств. Технический результат состоит в снижении веса и габаритов, улучшении технологии производства, снижении цены. Высоковольтный импульсный трансформатор содержит преимущественно вторичную обмотку, намотанную на преимущественно извлекаемом несущем элементе без оправки, каркаса, шаблона или гильзы слоями с межслойной изоляцией, первичную обмотку, отделенную от вторичной межобмоточной изоляцией. Вся конструкция залита электроизоляционным компаундом или электроизоляционной жидкостью.

Description

Малогабаритный высоковольтный импульсный трансформаторов и способ его изготовления
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технике получения высоких напряжений электрического тока, к портативным устройствам питания высоким напряжением озонаторов, ионизаторов, газоразрядных ламп, лазеров, к технике получения наносекундных импульсов и преимущественно к технике оконечных каскадов электрошокового оружия.
Уровень техники
Традиционный способ изготовления высоковольтных импульсных трансформаторов с как с магнитопроводом, так и без него состоит в том, что на полимерный, керамический или электрокартонный, микотканевый или иной нетокопроводный оправку или каркас или шаблон или гильзу наматывают обмоточный провод в лаковой изоляции слоями с межслойной изоляцией либо наматывают на секционированный нетокопроводный каркас. Недостатком такого способа является необходимость наличия при намотке оправки, каркаса или шаблона или гильзы имеющих наружный диаметр или диаметр окружности вписанного периметра в десятки и до сотен диаметров обмоточной проволоки. Большой диаметр обмотки во-первых не позволяет выполнить компактный трансформатор для применения в малогабаритных и микроустройствах использующих высокое напряжение электрического тока например в малогабаритном электрошоковом оружии и в частности электрических пулях. Во-вторых такой способ при заданных ограниченных размерах не позволяет изготавливать трансформаторы с большим коэффициентом трансформации, и повышеной эффективностью работы.
Традиционная конструкция высоковольтного импульсного трансформатора, всегда содержит каркас из изоляционного материала с намотанной на нем первичной и вторичной обмоткой, магнитный сердечник с замкнутым или незамкнутым магнитопроводом, при этом вторичная обмотка выполняется слоевой с однослойной намоткой каждого слоя и с межслойной изоляцией [1].
Примером традиционной конструкции высоковольтного импульсного трансформатора служит трансформатор по патенту [2], содержащий незамкнутый стержневой сердечник (магнитопровод) из ферромагнитного материала, первичную и вторичную обмотки, герметичный корпус.
Как правило схема включения высоковольтного импульсного трансформатора для питания высоковольтных устройств содержит источник питания, например низковольтные аккумулятор или батарею, повышающий преобразователь напряжения (инвертер) и пороговое устройство формирования импульсов в цепи первичной обмотке трансформатора например полупроводниковый ключ (тиристор или транзистор) или газовый разрядник управляемого или неуправляемого типа разрядный пороговый или управляемый элемент (защитный разрядник, тиратрон). Вырабатываемые на вторичной обмотке трансформатора импульсы высокого напряжения той или иной выбранной частоты поступают на нагрузку.
Недостатком рассмотренной конструкции трансформатора являются значительные габариты и вес. Другим недостатком трансформаторов описанной конструкции является их повышенная индуктивность являющаяся следствием наличия в них магнитопровода.
Повышенная индуктивность таких трансформаторов является препятствием получения коротких импульсов для работы различных короткоимпульсных устройств.
В портативных высоковольтных устройствах, высоковольтный трансформатор является наиболее массивным и объемным элементом и в известных сегодня серийных конструкциях занимает до 1/3 объема всего устройства, являясь одновременно и наиболее массивным компонентом.
В электрошоковом оружии одной из основных характеристик является «максимальное развиваемое напряжение холостого хода» определяемая визуально как «пробивное расстояние по воздуху». Значительно снизить габариты описанного выше трансформатора при сохранении описанной основной характеристики при такой конструкции высоковольтного импульсного трансформатора не представляется возможным.
Известны высоковольтные трансформаторы без сердечников например трансформаторы Тесла [3], и иные трансформаторы без сердечника с общим названием «воздушные трансформаторы». Воздушные трансформаторы имеют каркасную или бескаркасную обмотку из провода намотанного в виде спирали виток к витку или как правило с тем или иным шагом и вторичную обмотку на которой на каркасе виток к витку в один слой уложено большое количество витков провода малого диаметра. Между первичной и вторичной обмоткой находиться воздушный зазор в несколько сантиметров воздуха даже в малогабаритных трансформаторах Тесла служащий межобмоточной изоляцией причем разница диаметров между первичной и вторичной обмотками в воздушных трансформаторах может достигать 3-5 раз. Другой вариант исполнения трансформатора Тесла имеет первичную обмотку, уложенную вплотную или с зазором виток к витку, но расположенную только в центре очень длинного по отношению к длине первичной обмотки каркаса-цилиндра с вторичной обмоткой. Воздушные трансформаторы имеют слабую (не более 0,1) индуктивную связь между катушками причиной которой является необходимость иметь между первичной и вторичной обмоткой вместо твердой или жидкой тонкослойной электрически прочной изоляции воздушную изоляцию с незначительной электрической прочностью и соответственно увеличенной ее толщиной для исключения возможности искрового электропробоя или утечек коронного разряда высокого напряжения между обмотками.
Общим недостатком воздушных трансформаторов являются очень большие габариты, совершенно исключающие применение таких трансформаторов в портативных высоковольтных устройствах, например электрошоковом оружии. Этот недостаток является следствием индуктивной слабосвязанностью из-за отсутствия сердечника и слабой магнитной проницаемости толстого слоя воздуха между обмотками, а также очень больших расстояний между обмотками и их неоптимальным для максимальной индуктивной связи пространственного расположения.
Эти недостатки указываются в источнике [4] где указано что ВИТ рассматриваемой конструкции: «может применяться только для относительно небольшого повышения напряжения".
Слабая связь ведет к уменьшению напряжения холостого хода или «пробивного расстояния по воздуху» трансформатора типа Тесла, хотя известно, что увеличение коэффициента связи всего в два раза дает повышение выходного напряжения на 25%, а в четыре раза уже 35%.
В источнике [4] описана конструкции высоковольтных воздушных импульсных трансформаторов (ВИТ) без сердечников (магнитной системы). Приведенные конструкции, характеризуются большими габаритными размерами вытекающими из-за того, что средний внутренний диаметр или диаметр окружности вписанного периметра каркасов для намотки составляет сотни и тысячи диаметров обмоточного провода, а роль межобмоточной изоляции выполняет воздух имеющий незначительную электрическую прочность при атмосферном давлении.
В качестве прототипа выбран высоковольтный импульсный трансформатор без сердечника [5] Трансформатор содержит вторичную обмотку намотанную бескаркасно но преимущественно с секционным каркасом, первичную обмотку отделенную от вторичной зазором в качестве которого используется электроизоляционный материал или цилиндрическая трубчатая обечайка. Вся конструкция помещена в жидкую, эластичную или твердую изоляцию электроизоляцию. Трансформатор имеет следующие недостатки. Вторичная обмотка, намотанная бескаркасно как галетная или перекрестная обмотка (что, отмечено в описании патента [5]), имеет ничтожную электрическую прочность вследствие того, что приращение потенциала от слоя к слою обмоточного провода для недопущения межслоевого пробоя должна выдерживать только лаковая изоляция самого обмоточного провода которая при малом диаметре провода (0,05-0,08) используемого при намотке малогабаритных трансформаторов имеет электрическую прочность всего в сотни вольт при наличии между слоями потенциала уже в тысячи вольт. Таким образом, рассматриваемые типы бескаркасной намотки не имеют достаточного для работы запаса электрической прочности и склонны к электрическому пробою. Намотка галетного и перекрестного типа требует специальных намоточных станков, скрепление намотанных витков клеящими веществами, что снижает технологичность намотки. Послойная намотка на секционный каркас при малой длине секции (а секция должна иметь длину не более 1,5-3 мм при исполнении высоковольтных импульсных трансформаторов) требует опять же специальных намоточных станков позволяющих раскладывать провод на указанной выше длине при большой скорости намотки. При неимении таких станков намотка секционной катушки с секциями указанной длины возможна только внавал. Рассматриваемый трансформатор с каркасом, требует дополнительной отдельной детали «каркас» изготавливаемой методом литья пластмасс и требующий точной дорогостоящей прессформы. Трансформатор использует также трубчатую разделительную электроизоляционную обечайку для взаимоизоляции вторичной и первичной обмоток также требующую для изготовления точной дорогостоящей пресс формы. Самоокупаемость пресс форм возможна только при крупносерийном выпуске каркасов и обечаек. Трансформаторы же рассматриваемой конструкции без электроизоляционной обечайки не технологичны в исполнении. Указанные недостатки делают трансформатор прототип нетехнологичным и дорогостоящим при ограниченной серии. Намотка выполненная внавал или газетным и перекрестным способом не позволяет добиться максимального коэффициента связи обмоток трансформатора вследствие увеличенных потоков рассеяния магнитной индукции из-за невозможности достигнуть максимальной плотности укладки витков обмотки. Это увеличивает габариты трансформатора для достижения необходимого выходного напряжения. Однако и при послойной намотке секций наличии пресс материала между секциями секционного каркаса толщина которого не может быть менее получаемых для термопластов при их литье 0,5-0, 8 мм (для термопластавтоматов зарубежного производства и 1-1,5 мм для термопластавтоматов отечественного производства) увеличивает объем трансформатора уменьшая связь между обмотками снижая эффективность трансформации.
Главным недостатком прототипа является ограниченное количество витков в трансформаторе с заданными наружными габаритами при заданном диаметре намоточного провода прототипе за счет того, что часть объема занимает "силовой осевой стержень" (так в формуле патента [4]). При этом по опыту производства трансформаторов по патенту [5] известно, что "силовой осевой стержень", выполненный из материала каркаса и представляющий собой его часть, невозможно выполнить диаметром менее 3 мм, так как в связи с большими изгибающими усилиями при намотке трансформаторов "силовой осевой стержень" выступающие (и обрезаемые после намотки) концы которого зажимаются в шпинделях намоточного станка ломается, что делает невозможным намотку трансформатора.
Раскрытие изобретения
Техническая проблема заключается в создании способа изготовления малогабаритного высоковольтного импульсного трансформатора без магнитопровода отличающихся технологичностью, дешевизной в производстве при увеличенном высоком напряжении холостого хода, большого коэффициента трансформации и повышении эффективности за счет улучшения магнитного потокосцепления, уменьшения потоков рассеяния магнитной индукции. Техническая проблема заключается также в создании конструкции трансформатора, исполняемого по заявляемому способу.
Технический результат заключается в решении указанных технических проблем.
Указанный технический результат тем, что способ изготовления малогабаритного высоковольтного импульсного трансформатора без магнитопровода, содержащего первичную и вторичную обмотки состоит в том, что вторичную высоковольтную обмотку наматывают от оси трансформатора на удаляемом после намотки электропроводном или оставляемом после намотки неэлектропроводном несущем элементе при минимально допустимом радиусе изгиба обмоточного эмальпровода на несущем элементе в 0,5- 1,0 от наружного диаметра обмоточного провода, без оправки, каркаса, шаблона или гильзы слоями виток к витку с разделением намотанных слоев обмоточного эмальпровода межслоевой изоляцией перекрывающей с напуском длину слоев, поверх намотанной вторичной обмотки укладывают слой межобмоточной изоляции перекрывающей с напуском длину слоев, а поверх межобмоточной изоляции наматывают первичную низковольтную обмотку и всю намотанную конструкцию помещают в жидкий, эластичный или отверждаемый электроизоляционный материал.
Дополнительной особенностью способа является то, что несущий элемент представляет собой, проволоку или плетеную или одинарную нить выполненную из прочного на разрыв и скручивание металла или полимерного, углеродного или минерального волокна и натянутую между шпинделем и бабкой намоточного станка. Дополнительной особенностью способа является то, что несущий элемент представляет собой иглу из прочного на изгиб металла или полимера закрепленную в шпинделе намоточного станка.
Указанный технический результат достигается также тем, что малогабаритный высоковольтный импульсный трансформатор без магнитопровода, содержащий первичную однослойную или многослойную низковольтную и вторичную высоковольтную многослойную обмотку с межслоевой изоляцией, имеет осевой канал вторичной обмотки заполненный электроизоляционным материалом или компаундом, поверх вторичной обмотки уложена межобмоточная слоевая изоляция поверх которой намотана первичная низковольтная обмотка, электроизоляционный материал или компаунд заполняет также свободные пространства между слоями межслоевой изоляции.
Дополнительной особенностью трансформатора является то, что имеет первый слой межслоевой изоляции выполненный из клеящейся односторонней или двухсторонней изоляционной пленки.
Дополнительной особенностью трансформатора является то, что полностью залит в высоковольтный электроизоляционный материал или компаунд заполняющий осевой канал, свободные пространства между слоями межслоевой и межобмоточной изоляции и покрывающий наружную поверхность намотанного трансформатора, а выводы обмоток выходят из наружной поверхности электроизоляционного материала или компаунда.
Дополнительной особенностью трансформатора является то, что один из выводов высоковольтной вторичной обмотки соединен с выводом первичной обмотки внутри заливки компаундом без выхода наружу поверхности заливки.
Дополнительной особенностью трансформатора является то, что имеет первичную многослойную трапецевидную низковольтную обмотку с нижним основанием трапеции обращенной ко вторичной обмотке.
Дополнительной особенностью трансформатора является то, что один из выводов первичной или вторичной обмотки проходит в осевом канале внутри первичной или вторичной обмотки.
Дополнительной особенностью трансформатора является то, что один из выводов высоковольтной вторичной обмотки соединен с выводом первичной обмотки внутри заливки электроизоляционным материалом или компаундом.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 Вид трансформатора в разрезе.
Фиг. 2 Вид электрошоковых устройств дистанционного действия с заявляемым способом намотки и устройством трансформатора. Осуществление изобретения
Вторичную проволочную обмотку начинают наматывать без начального слоя изоляции на несущий элемент в виде натянутую между шпинделем и бабкой намоточного станка и вращающуюся вместе со шпинделем и бабкой сверхпрочную полиарамидную, либо из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, либо углеродную, либо минеральную (например, стекловолоконную) либо выполненную из иного металлического или неметаллического материала прочного на разрыв и скручивание проволоку или нить. Либо начинают наматывать без начального слоя изоляции на стальную иглу зажатую в шпинделе намоточного станка. Современный обмоточный провод малых диаметров в лаковой изоляции (эмальпровод) допускает радиус изгиба от 0,5 до 1,0 своего диаметра без нарушения целостности изоляции что позволяет применять в заявляемом трансформаторе обмоточные провода потребного для диаметра для высоковольтных импульсных трансформаторов малогабаритных электрошоковых устройств (0,05-0,12 мм). Множественные слои вторичной обмотки наматывают в один слой с использованием межслоевой и межобмоточной изоляцией, перекрывающей с напуском длину слоев и диаметр слоев эмальпровода по обычным правилам намотки высоковольтных трансформаторов. Специалисту очевидно, что указанный способ намотки наиболее просто обеспечивается намоткой первого слоя обмоточного провода в лаковой изоляции на натянутую между шпинделем и вращающейся задней бабкой намоточного станка металлическую проволоку или углеродную нить или нетокопроводные полимерную или минеральную нить с вытягиванием этой проволоки или нити из осевого пространства (канала) намотанного трансформатора после его намотки. Проводящую проволоку или нить вытягивают из осевого пространства трансформатора после его намотки. Нетокопроводные полимерную или минеральную нить, можно не извлекать из осевого пространства намотанного трансформатора, а просто обрезать по торцам намотанного трансформатора но такой способ менее целесообразен (см. ниже).
После намотки вторичной обмотки на намотанную обмотку укладывают слои межобмоточной изоляции поверх которой наматывают первичную низковольтную обмотку из толстой проволоки с небольшим числом витков как правило в один слой. Намотанный трансформатор помещают в жидкий электроизоляционный материал (в том числе расплав, например, полимеров, например, полиэтилена) или компаунд и отверждают его охлаждением или полимеризацией преимущественно под вакуумом либо под давлением либо объединяя оба способа (сначала вакуум, а затем давление). При этом образующийся осевой канал при вытягивании из осевого пространства токопроводной проволоки или нити заполняют электроизоляционным материалом или компаундом, а также заполняют также свободные пространства между слоями межслоевой и межобмоточной изоляции. При использовании нетокопроводной нити электроизоляционный материал или компаунд, а также заполняет преимущественно свободные пространства между слоями межслоевой и межобмоточной изоляции но также проникает и в осевое пространство. Гораздо целесообразней вытягивать несущий элемент из осевого пространства с целью заполнения осевого пространства полностью электроизоляцилнным материалом, так как при оставлении даже нетокопроводного несущего элемента в осевом пространстве существует вероятность незатекания электроизоляцилнного материала между несущим элементом и первым слоем намотки с последующей возможностью электрического пробоя первого слоя за счет разности потенциала между началом слоя и концом слоя. Но в любом случае осевой канал после намотки трансформатора заполняется электроизоляционным материалом будь это вытягиваемый (заполнение отверждаемым материалом) или оставляемый несущий элемент (электроизолятор в виде нити).
Фиг. 1. Трансформатор без магнитопровода имеет первичную 1 и вторичную 2 обмотки, межобмоточную изоляцию 3 и межслойную изоляцию 4 и помещен в легкоплавкий или отверждаемый электроизоляционный материал или компаунд 5, причем он полностью заполняет и осевое пространство 6 по оси трансформатора в том случае, если как описано в способе выше, несущий элемент в виде тонкой токопроводной иглы сравнимой по диаметру с нитью или проволокой, проволоки или нити удаляют из трансформатора. Трансформатор может быть бескорпусным (заливаться электроизоляционным материалом или компаундом 5 в форме с последующим после отверждения материала извлечением из формы), но может и иметь наружный силовой корпус 7. Вторичная обмотка высоковольтных трансформатором исполняется из тонкого эмальпровода имеющего выводы 8 и 9, первичная низковольтная обмотка имеющая выводы 10 и 11 может быть выполнена как из толстого эмальпровода, так и из различных типов монтажного провода (например МГТЭФ, МС и подобных) с экструдированной или спеченной полимерной изоляцией.
Первый намотанный на формирующем несущем элементе слой преимущественно отделяют от последующего второго слоя обмоточного провода межслоевой изоляцией, выполненной из пленки с высокой электрической прочностью, типа астралон, каптон (например, клеящегося каптона (adhesive kapton)), фторопласт, полиэтилентерефталат и т.п. с перекрытием концов пленки и отступе от обоих концов уложенного слоя обмоточной проволоки, клеящейся односторонней или двухсторонней изоляционной пленки. При этом одна сторона пленки с нанесенным на нее клеем должна прилегать к первому слою вторичной обмотки. Теоретически допускается, что первый слой изоляции можно выполнять из указанных типов пленки без клеевого слоя, но в этом случае вытягивание несущего элемента из пространства оси намотанного трансформатора как правило вызывает расформирование намотанного трансформатора. При извлечении из намотанного трансформатора несущего элемента приклеивание первого слоя межслойной изоляционной пленке к первому слою обмотки не дает невозможность выдвижения всего первого слоя обмотки из трансформатора при употреблении для последующей межслойной изоляции пленок обычной межслоевой изоляции либо при неплотной намотке слоев. Все последующие слои межслойной изоляции после первого слоя обмотки могут выполнятся из указанного материала пленок без клеящего слоя. Толщина одного слоя межслойной изоляции при употреблении современных электроизоляционных полимерных пленок с большой электрической прочностью из указанных материалов не превышает 20-60 мкм. В связи с малой толщиной слоев межслойной изоляции достигается высокая плотность (заполнение) витками проволочной обмотки объема трансформатора. Коэффициент связи обмоток у заявляемого трансформатора максимален из-за уменьшения потоков рассеяния магнитной индукции, достигаемой большой плотностью вторичной обмотки максимально возможным сближением первичной и вторичной обмоток. Первичная низковольтная обмотка намотана как правило поверх вторичной обмотки через межобмоточную изоляцию из указанного материала изоляционных пленок. Но в возможно необходимых случаях порядок намотки может быть и изменен. На несущий элемент для намотки сначала наматывают низковольтную первичную обмотку из одного слоя или нескольких слоев с изоляцией или без между слоями. На первичную обмотку через межобмоточную изоляцию наматывается многослойная с взаимоизоляцией слоев высоковольтная вторичная обмотка. Однако первичную маловитковую обмотку толстого провода целесообразнее наматывать преимущественно поверх вторичной многовитковой обмотки тонкого провода поскольку тонкий провод всегда имеет меньший радиус минимально допустимого по техническим условиям изгиба, и в связи с малым неиспользуемым осевым пространством дает возможность укладки большего количества слоев (и витков) вторичной обмотки при заданном наружном диаметре трансформатора и таким образом увеличивать коэффициент трансформации. Первичная обмотка в связи с малым количеством витков провода большого диаметра для получения большого коэффициента трансформации может быть как однослойной так и многослойной и в частности при намотке поверх вторичной обмотки трапецевидной с нижним основанием трапеции обращенной ко вторичной обмотке, такая трапецевидная первичная обмотка в возможно необходимых случаях применения трансформатора увеличивает длительность высоковольтного импульса по сравнению с цилиндрической намоткой при том же числе витков. Толщина межобмоточной изоляции, электрически разделяющей первичную и вторичную обмотки, составляет не превышает 60-200 мкм. После намотки трансформатор либо снимают с электропроводного несущего элемента (углеродного волокна, металлической проволоки или иглы выдергивая (удаляя) из образуемого осевого отверстия трансформатора волокно, проволоку или иглу) либо в случае намотки на нетокопроводном несущем элементе (полимерная нить, минеральное волокно) несущий элемент удаляют выдергиванием или оставляют внутри осевого пространства и обрезают концы несущего элемента по торцам трансформатора что менее целесообразно (указано выше в описании способа) . После этого под вакуумом или под давлением или комбинируя вакуум и давление трансформатор заливают в форме электроизоляционным материалом или компаундом 5 после чего следует отверждение материала и извлечение готового трансформатора из формы. При заливке материал 5 заполняет и свободные пространства между слоями межслоевой изоляции по торцам трансформатора. Электроизоляционный материал может быть как эластичным, так и неэластичным (например, полиэтилен, парафин, отверждаемые силиконовый или эпоксидный компаунд). Возможна заливка электроизоляционного материала и в корпус 7 в который помещается намотанный трансформатор. В этом случае форма для заливки не требуется, а корпус 7 выполненный преимущественно из полимерного материала придает трансформатору дополнительную механическую прочность и лучшие электроизоляционные свойства. При устройстве герметичного корпуса 7 и герметичных выводов вторичной и первичной обмоток трансформатора возможно применять и неотверждаемые электроизоляционные материалы (например, силиконовые или трансформаторные масла).
При изготовлении трансформаторов при рассчитанном для получения необходимого коэффициента трансформации количестве слоев обмотки, часто возникает необходимость выведения концов вторичной обмотки на одну сторону трансформатора. В заявляемом трансформаторе один из выводов вторичной обмотки 2 при намотке первого слоя вторичной обмотки на начальном слое изоляции положенной на несущий элемент может быть пропущен через осевой канал после удаления несущего элемента для выхода высоковольтного вывода на другую сторону трансформатора. Вывод протаскивается через тонкую электроизоляционную трубку, установленную в осевое пространство на место несущего элемента после его извлечения из осевого пространства 7 трансформатора.
В одном из вариантов исполнения трансформатора один из выводов высоковольтной вторичной обмотки прилежащий к межобмоточной изоляции соединяется с выводом первичной обмотки непосредственно внутри заливки компаундом 5 без выхода вывода наружу, и таким образом трансформатор имеет выход наружу из заливки компаундом 5 или из корпуса 7 только два низковольтных вывода, и один высоковольтный из осевого пространства трансформатора. Такое исполнение удобно для многих топологий оконечных каскадов электрошокового оружия.
В заявляемой конструкции трансформатора коэффициент связи обмоток трансформатора повышен за счет уменьшения потоков рассеяния магнитной индукции достигаемого максимальным сближением первичной и вторичной обмоток и увеличенной плотности вторичной обмотки. Вследствие уменьшенной индуктивности из-за отсутствия магнитопровода, трансформатор может применяться в короткоимпульсной высоковольтной технике.
В описании указано, что изобретение относится преимущественно к технике оконечных каскадов электрошоковых устройств. Новизна качества состоит в том, что на основе заявляемого изобретения трансформатора впервые в мире удалось создать полноценное малогабаритное контактно-дистанционное электрошоковое оружие [6].
Предложенное отличие конструкции высоковольтного трансформатора, заключающееся в намотке высоковольтного трансформатора без магнитопровода при минимально допустимом радиусе изгиба провода который в настоящее время при существующих сегодня качестве и технологиях нанесения лаковой изоляции составляет 0, 5- 1,0 наружного диаметра обмоточного провода не являются очевидными для специалистов по высоковольтной технике и технике электрошокового оружия, к каковой технике как указано в описании изобретения преимущественно и относится изобретение, и неочевидны и для специалистов в иных областях техники так как практических конструкций трансформаторов с совокупностью признаков но настоящей заявке на изобретения в современной технике не существует. Однако в будущем вероятно будут разработаны лаковые покрытия проводов, которые будут допускать радиус изгиба обмоточного провода даже менее 0,5 его наружного диаметра.
В заявляемой конструкции трансформатора потокосцепление и коэффициент связи обмоток трансформатора максимален для трансформаторов без магнитопровода за счет уменьшения потоков рассеяния магнитной индукции, достигаемого максимальным сближением первичной 1 и вторичной 2 обмоток и следующим за этим соответственным уменьшением их диаметра и длины.
Список цитированных источников:
1. Геращенко Г.В. Справочное руководство по изготовлению катушек трансформаторов (1956) 2. Патент США No 6810868В2
3. Патент CHIA ? 568176
4. С. С. Вдовин «Проектирование импульсных трансформаторов» Энергоатомиздат, 1991 г, стр. 194-198. 5. Патент РФ N° 2482562.
6. Патент РФ М? 2744303

Claims

Формула изобретения
1. Способ изготовления малогабаритных высоковольтных импульсных трансформаторов без магнитопровода содержащих первичную и вторичную обмотки состоит в том, что вторичную высоковольтную обмотку наматывают от оси трансформатора на удаляемом после намотки электропроводном или оставляемом после намотки неэлектропроводном несущем элементе при минимально допустимом радиусе изгиба обмоточного эмальпровода на несущем элементе в 0,5- 1,0 от наружного диаметра обмоточного провода, без оправки, каркаса, шаблона или гильзы слоями виток к витку с разделением намотанных слоев обмоточного эмальпровода межслоевой изоляцией перекрывающей с напуском длину слоев, поверх намотанной вторичной обмотки укладывают слой межобмоточной изоляции перекрывающей с напуском длину слоев, а поверх межобмоточной изоляции наматывают первичную низковольтную обмотку и всю намотанную конструкцию помещают в жидкий, эластичный или отверждаемый электроизоляционный материал.
2. Способ по п. 1 состоит в том, что несущий элемент представляет собой, проволоку или плетеную или одинарную нить выполненную из прочного на разрыв и скручивание металла или полимерного, углеродного или минерального волокна и натянутую между шпинделем и бабкой намоточного станка.
3. Способ по п. 1 состоит в том, что несущий элемент представляет собой тонкую иглу из прочного на изгиб металла или полимера закрепленную в шпинделе намоточного станка.
4. Малогабаритный высоковольтный импульсный трансформатор без магнитопровода, содержащий первичную однослойную или многослойную низковольтную и вторичную высоковольтную многослойную обмотку с межслоевой изоляцией, отличающийся тем, что имеет осевой канал вторичной обмотки, заполненный электроизоляционным материалом или компаундом, поверх вторичной обмотки уложена межобмоточная слоевая изоляция поверх которой намотана первичная низковольтная обмотка, электроизоляционный материал или компаунд заполняет также свободные пространства между слоями межслоевой изоляции.
5. Трансформатор по п. 4 отличающийся тем, что имеет первый слой межслоевой изоляции, выполненный из клеящейся односторонней или двухсторонней изоляционной пленки.
6. Трансформатор по п. 4 отличающийся тем, что полностью залит в высоковольтный электроизоляционный материал или компаунд заполняющий осевой канал, свободные пространства между слоями межслоевой и межобмоточной изоляции и покрывающий наружную поверхность намотанного трансформатора, а выводы обмоток выходят из наружной поверхности электроизоляционного материала или компаунда.
7. Трансформатор по п. 6, отличающийся тем, что один из выводов высоковольтной вторичной обмотки соединен с выводом первичной обмотки внутри заливки компаундом без выхода наружу поверхности заливки.
8. Трансформатор по п. 4 отличающийся тем, что имеет первичную многослойную трапецевидную низковольтную обмотку с нижним основанием трапеции обращенной ко вторичной обмотке.
9. Трансформатор по п. 4, отличающийся тем, что один из выводов первичной или вторичной обмотки проходит в осевом канале внутри первичной или вторичной обмотки.
10. Трансформатор по п. 4, отличающийся тем, что один из выводов высоковольтной вторичной обмотки соединен с выводом первичной обмотки внутри заливки электроизоляционным материалом или компаундом.
PCT/RU2021/000405 2021-07-08 2021-09-20 Малогабаритный высоковольтный импульсный трансформаторов и способ его изготовления WO2023282785A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180100325.5A CN117678036A (zh) 2021-07-08 2021-09-20 紧凑型高压脉冲变压器及其制造方法
US18/577,464 US20240177924A1 (en) 2021-07-08 2021-09-20 Compact high-voltage pulse transformer and method of manufacturing same
IL309895A IL309895A (en) 2021-07-08 2021-09-20 A compact pulse transformer for high voltage and a method for its production
EP21949460.6A EP4369361A1 (en) 2021-07-08 2021-09-20 Compact high-voltage pulse transformer and method of manufacturing same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021120102A RU2764648C1 (ru) 2021-07-08 2021-07-08 Малогабаритный высоковольтный импульсный трансформатор и способ его изготовления
RU2021120102 2021-07-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023282785A1 true WO2023282785A1 (ru) 2023-01-12

Family

ID=80040188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000405 WO2023282785A1 (ru) 2021-07-08 2021-09-20 Малогабаритный высоковольтный импульсный трансформаторов и способ его изготовления

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240177924A1 (ru)
EP (1) EP4369361A1 (ru)
CN (1) CN117678036A (ru)
IL (1) IL309895A (ru)
RU (1) RU2764648C1 (ru)
WO (1) WO2023282785A1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US568176A (en) 1896-09-22 Nikola tesla
JPH05326298A (ja) * 1992-05-22 1993-12-10 I Kiyuu For:Kk 高圧パルストランス
US6810868B2 (en) 2002-02-08 2004-11-02 Denso Corporation Ignition coil for internal combustion engine
RU2482562C2 (ru) 2010-07-09 2013-05-20 В & С Ворлд Ко. Лтд Высоковольтный импульсный трансформатор без сердечника
RU2013147592A (ru) * 2013-10-25 2015-04-27 Константин Дмитриевич Клочков Высоковольтный импульсный трансформатор
RU2744303C1 (ru) 2020-06-23 2021-03-05 Габлия Юрий Александрович Малогабаритное дистанционное электрошоковое оружие

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US568176A (en) 1896-09-22 Nikola tesla
JPH05326298A (ja) * 1992-05-22 1993-12-10 I Kiyuu For:Kk 高圧パルストランス
US6810868B2 (en) 2002-02-08 2004-11-02 Denso Corporation Ignition coil for internal combustion engine
RU2482562C2 (ru) 2010-07-09 2013-05-20 В & С Ворлд Ко. Лтд Высоковольтный импульсный трансформатор без сердечника
RU2013147592A (ru) * 2013-10-25 2015-04-27 Константин Дмитриевич Клочков Высоковольтный импульсный трансформатор
RU2744303C1 (ru) 2020-06-23 2021-03-05 Габлия Юрий Александрович Малогабаритное дистанционное электрошоковое оружие

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G.V. GERASHCHENKO, REFERENCE GUIDE FOR MANUFACTURING OF TRANSFORMER COILS, 1956
GERASHCHENKO G. V., SPRAVOCHNOE RUKOVODSTVO PO IZGOTOVLENIU KATUSHEK ELEKTROAPPARATOV, 1956, pages 12 - 13, XP009542594 *
S.S. VDOVIN, DESIGNING OF PULSE TRANSFORMERS. ENERGOATOMIZDAT, 1991, pages 194 - 198
VDOVIN S. S.: "2-e izd., pererab. i dop.- L.: Energoatomizdat. Leningr. otd-nie", PROEKTIROVANIE IMPULSNYKH TRANSFORMATOROV, 1991, pages 194 - 195, 197, XP009542593 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP4369361A1 (en) 2024-05-15
IL309895A (en) 2024-03-01
RU2764648C1 (ru) 2022-01-19
CN117678036A (zh) 2024-03-08
US20240177924A1 (en) 2024-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100961314B1 (ko) 방전 램프 점등 장치
EP3103124B1 (en) Condenser core
RU2764648C1 (ru) Малогабаритный высоковольтный импульсный трансформатор и способ его изготовления
CN102054563A (zh) 新型无缝卷铁心变压器
CN107546034B (zh) 一种铁芯分段高压环形变压器生产方法
CN111613953A (zh) 一种电力电缆的磁脉冲快速连接装置和连接方法
CN205487692U (zh) 一款高压谐振变压器结构
EP1297606A1 (de) Teilentladungsfeste isolierung für elektrische leiter
GB2344233A (en) A pulse forming line integrated with a charging transformer
CN114255978B (zh) 高压变压器
CN107888169B (zh) 一种脉冲升流器、脉冲电流产生装置及其制备方法
JP4453810B2 (ja) 昇圧トランス
CN216287932U (zh) 一种高压配电网用抗谐振电压互感器
EP3189528B1 (en) Bobbin assembly and method of producing a bobbin assembly
JPH0342810A (ja) パルス変圧器
CN201655540U (zh) 用于变压器分段式线圈的绕线模
CN218676743U (zh) 一种抗短路立体三角卷铁心油浸式变压器
CN2702424Y (zh) 干式容性阻抗电压互感器
CN113990631A (zh) 一种高压配电网用抗谐振电压互感器
JPH09180952A (ja) テレビジョン受信機のための高電圧トランス
CN201638645U (zh) 一种变压器、变压器线包以及医用x射线机
JP2006128179A (ja) 静止誘導機器コイル
RU126503U1 (ru) Высоковольтный импульсный трансформатор без сердечника
JPH0341707A (ja) パルス変圧器
CN117976377A (zh) 一种包含半匝结构的变压器线圈及绕制方法、变压器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21949460

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 309895

Country of ref document: IL

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180100325.5

Country of ref document: CN

Ref document number: 18577464

Country of ref document: US

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112024000361

Country of ref document: BR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2021949460

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021949460

Country of ref document: EP

Effective date: 20240208

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112024000361

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20240108