ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОВОДНИК СПИРАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к электрическому оборудованию, в частности к токопроводящим кабелям трубчатой конструкции, образованным смотанным в спираль ленточным проводником.

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.

Недостатком плоского кабеля является высокое электрическое сопротивление.

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.

Недостатком плоского электрического кабеля является высокая электрическая емкость.

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.

Недостаток токопроводящей жилы связан с тем, что для ВЧ и НЧ составляющих сигнала круглый проводник имеет разное электрическое сопротивление.

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.

Недостатком выбранного за прототип устройства является склонность необратимо деформироваться при изгибании.

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.

Технический результат заключается в снижении массы при сохранении эксплуатационных параметров, повышении гибкости, виброустойчивости и способности к безразрывному растяжению.

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.

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.

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.

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.

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.