STATIC MAGNETIC FREQUENCY MULTIPLIER

Abstract: 1. A static magnetic frequency multiplier which comprises metal plated iron bodies (5, 6) forming a closed magnetic circuit, a multi-phase primary winding (1) distributed in grooves (3) and possessing a number of pole pairs p1 , and a secondary winding (2) magnetically coupled to the first and having a number of pole pairs p2 equal to an odd numbered multiple of the number of pole pairs p1 of the primary winding (1), in which multiplier a sub-zone of the iron bodies (5, 6) is saturated by the magnetic field generated by the primary winding when a primary nominal voltage at the nominal frequency is applied, characterised in that the saturated sub-zone is arranged in the return path (yoke), and the primary and secondary windings (1 and 2) are formed by measures known per se in such manner that an operative voltage can only be induced across the terminals of the primary winding (1) by the fundamental harmonics of a field having the number of pole pairs p1 , whereas no effective voltage is induced across the terminals of the secondary winding (2) by the same fundamental harmonics and by the harmonics which deviate from the number of pole pairs p2 .

Description: Ruhender magnetischer Freguenzvervielfacher Die Erfindung bezieht sich auf einen ruhenden magnetischen Frequenzvervielfacher' der einen geschlossenen magnetischen Kreis bildende geblechte Eisenkörper und eine in Nuten verteilte mehrphasige Primärwicklung der Polpaarzahl pl sowie eine mit dieser magnetisch gekoppelte Sekundärwicklung aufweist, deren Polpaarzahl p2 ein ungeradzahliges Vielfaches der Polpaarzahl p1 der Primärwicklung ist, bei welchem Vervielfacher ferner ein Teilbereich der Eisenkörper durch das von der Primärwicklung bei Speisung mit der primären Nennspannung bei Nennfrequenz erzeugte Magnetfeld gesättigt ist. Ein solcher Frequenzvervielfacher ist durch die GB-PS 630 289 bekannt. Dieser Frequenzvervielfacher ist so aufgebaut, dass eine Sättigung in der zwischen einem inneren zylindrischen und einem äusseren ringförmigen Rückschlussteil gelegenen Nut-Zahnschicht auftritt. Durch eine solche Sättigung in der Nut-Zahnschicht ergibt sich eine ausgeprägte trapezförmige Verteilung der Flussdichte über der Polteilung, wie dies auch in Fig. 1 dieser Patentschrift dargestellt ist. Eine solche Form der Flussverteilung besteht aus einer Grundharmonischen und deren höheren Harmonischen ungerader Ordnungszahl. Die Amplitude der Harmonischen ist hierbei unter Voraussetzung einer rechteckförmigen Verteilung der Flussdichte - höchstens ihrer jeweiligen Ordnungszahl umgekehrt proportional. Dies bedeutet ein entsprechend starkes Absinken der Windungsspannungen höherer Frequenz, was letztlich eine geringe Ausnutzung und beträchtliche Wicklungsverluste zur Folge hat. Da bei dem bekannten Frequenzvervielfacher die Sekundärspule jeweils nur einen Zahn umfasst, werden ausser der gewünschten Spannung höherer Frequenz auch noch Spannungen mit anderen Frequenzen induziert. Dies führt zu einem starken Abweichen der Sekundärspannung von der Sinusform Der Erfindung l gt die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzvervielfacher der eingangs beschriebenen Art so ausiubil- den, dass er bei höheren Frequenzen wesentlich höhere Windungsspannungen liefert und damit weniger Raum beansprucht, ein geringeres Gewicht aufweist und einen besseren Wir- kungsgrad besitzt. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch) dass der gesättigte Teilbereich im Rückschluss- weg (Joch) vorgesehen ist und die Primär- und Sekundärwicklungen mittels an sich bekannter Massnahmen so ausgebildet sind, dass an den Klemmen der Primärwicklung praktisch nur von der Grundharmonischen eines Feldes der Polpaarzahl p1 eine Spannung und von der gleichen Grundharmonischen sowie den von der Polpaarzahl p2 abweichenden Harmonischen an den Klemmen der Sekundärwicklung keine Spannung induziert werden kann, Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert; Fig, 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel in schemati scher Darstellung und Fig. 3 und 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel. Fig. 5 und 6 zeigen die durch magnetische Sättigung er zielbaren räumlichen Flussdichte--Verteilungen von der Erfindung zugrundeliegenden Dreh- bzw. Wander feldern und ihre Zerlegung in Harmonische. Fig, 7 zeigt ein Beispiel der Schaltung einschliesslich eines angeschlossenen Motors. Fig, 8 und 9 erläutern erfindungsgemässe Ausbildungsformen der bewickelten Eisenkörper. Fig, 10 und 11 zeigen Massnahmen zur Dämpfung unerwünschter parasitärer Nagnetflüsse. Fig 12 stellt ein Ausführungsbeispiel mit Ringwicklung und Fig. 13 den Zusammenbau mit einem Asynchronmotor dar.. Fig, 14 zeigt die sogenannte rechteckige Hystereseschleife von an sich bekannten Werkstoffen, die aufgrund dieser Schleifenausbildung für eine erfindungs- gemässe Anwendung besonders geeignet sind Fig 15 und 16 stellen schematisch ein Ausführungsbeispiel mit Ringwicklung dar, das nach dem Wanderfeld-. prinzip arbeitet, Fig. 17 einen nach dem Wanderfeldprinzip arbeitenden Fre quenzvervielfacher im Längsschnitt, bei dem die Nuten zur Aufnahme der Primär- und Sekundärwick lung in dem den Rückschluss bildenden Eisenkörpern angeordnet sind, Figt 18 einen Querschnitt des in Fig. T7 dargestellten Frequenzvervielfachers, Fig. 19 einen nach dem Wanderfeldprinzip arbeitenden Fre quenzvervielfacher im Längsschnitt, bei dem die Nuten in dem von der Primär- und Sekundärwicklung umschlossenen Eisenkörper angeordnet sind, Fig. 20 und 21 Zahnkopfkonturen, durch die ein gegenüber dem Zahnquerschnitt grösserer Ubergangsquerschnitt für den Magnetfluss erreicht wird. Der Frequenzvervielfacher nach den Fig. 1 und 2 besteht aus einem zylindrischen Blechpaket 3, das in Nuten an seinem Umfang die Primärwicklung 1 und die Sekundärwicklung 2 trägt. Den magnetischen Rückschluss für das von der Primärwicklung erregte Drehfeld bildet ein hohlzylindrisches Blechpaket 4, dessen Innenfläche von den Zahnköpfen des Blechpaketes nur durch eine dünne Isolationsschicht getrennt ist. Die Zähne sind hier erfindungsgemäss schmal und parallelflankig ausgebildet, um auf ihrer ganzen Länge in ihnen eine ausgeprägte magnetische Sättigung zu erzielen. Das Joch des zylindrischen Blechpaketes 3 und der Querb schnitt des hohl zylindrischen Elechpaketes 4 sind hingegen so bemessen, dass hier keine Sättigung auftritt, Die mehrphasige Primärwicklung 1. hat die Polpaarzahl pl (vorzugsweise p1 = 2 oder 43 und ist erfindungsgemäss mittels an sich bekannter Massnahmen ^ z.B. Zusammenschaltung der Wicklungsstränge, Sehnung, Strangverschachtelung, Abstufung der Leiterzahlen je Nut, Nutschränkung - so ausgeführt, dass praktisch nur die Grundharmonische eines Drehfeldes der Polpaarzahl Pl eine Spannung an ihren Klemmen induzieren kann (sog. oberwellenfreie Wicklung) Unter Voraussetznng einer Sinusform der die Primärwicklung 1 speisenden Netzspannung führt eine solche Wicklung auch bei hoher Eisensättigung nur sinusförmige Magnetisierungsströme, die eine räumlich sinusförmig verteilte Drehdurch- flutung erzeugen. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, erzeugt diese Durchflutung infolge der Zahnsättigung eine ausgeprägte trapezähnliche (im Grenzfall rechteckförmige) Verteilung der an der Grenzfläche zwischen den Eisenkörpern 3 und 4 auftretenden Flussdichte B L des Drehfeldes über der Polteilung tp1 (BL jeweils über eine Nutteilung gemittelt). Ein solches Drehfeld enthält neben der Grundharmonischen mit der Flussdichte B 1 ausgeprägte höhere Harmonische ungerader Ordnungszahl, von denen hier beispielsweise die dritte Harmonische mit den Flussdichtenverlauf BL2 und der Polteilung tp2 = tpll3 eingezeichnet ist. Diese Harmonische weist die dreifache Polzahl der Primärwicklung 1 auf (p2 = 3pol), rotiert jedoch mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Grundharmonische. Sie induziert daher in der ein- oder mehrphasigen Sekundärwicklung 2, die erfindungsgemäss die Polpaarzahl p2 aufweist, die dreifache Primärfrequenz. Die Sekundärwicklung 2 ist so gestaltet, dass sie von der Grundharmonischen der Polpaarzahl p1 nicht induziert werden kann - bei den meisten üblichen Wicklungen ist dies von vornherein der Fall , vorteilhafterweise aber auch die anderen Harmonischen des gesättigten Drehfeldes (Polpaarzahlen p i p2) ihre Klemmenspannung praktisch nicht beeinflussen können, Dies ist mit den im. Zusammenhang mit der Primärwicklung erwähnten bekannten Massnahmen erreichbar. Erfindungsgemäss können auch andere Harmonische des Drehfeldes als in Fig. 5 dargestellt - z.B.. die fünfte oder siebente - zu einer ihrer Ordnungszahl entsprechenden Frequenzvervielfachnng herangezogen werden Beim Frequenzvervielfacher nach den Fig. 3 und 4 ist die Primärwicklung 1 in Nuten am Aussenumfang eines zylindrischen Blechpaketes 5 und die Sekundärwicklung 2 in korrespondierenden Nuten am Innenumfang eines hohlzylindrischen Blechpaketes 6 untergebracht. Diese Ausführung ist für die Herstellung der Wicklungen, ferner bei hohen Spannungen sowie zwecks Verbesserung bei Abfuhr der Verlustwärme besonders vorteilhaft.. Die Fugen zwischen den Zahnköpfen der beiden Blechpakete sind auch hier bis auf eine dünne Isolationsschicht geschlossen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Zähne ungesättigt gehalten und die magnetische Sättigung ist erfindungsgemäss in das Joch von mindestens einem der Blechpakete 5 bzw. 6 (in den Fig. 3 und 4 in beide) verlegt. Um dem Austritt von die Sättigung vermindernden, also parasitären Streuflüssen entgegenzuwirken, sind an den gesättigten Jochen erfindungsgemäss massive Dämpfungskörper 7 und 8 vorgesehen, die aus einem amagnetischen Werkstoff guter elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere einem Leichtmetall, bestehen. In Fig. 6 ist die ausgeprägt nichtsinusförmig Verteilung der Flussdichte BL des Drehfeldes dargestellt, die bei Jochsättigung und ungesättigten Zähnen entsteht. Wie ein Vergleich der Fig. 5 und 6 zeigt, wirken Zahn- und Joch Sättigung hinsichtlich Verzerrung der Form des Drehfeldes gegensinnig, was auch eine Gegenphasigkeit der Oberwellen ergibt Daher darf erfindungsgemäss nur Zahn- oder Jochsättigung vorgesehen sein. Die Ausführung mit Jochsättigung hat. den Vorteil, dass mit dem Jochquerschnitt die Breite s (Fig. 6) des steilflankigen Drehfeldteiles im Verhältnis zur Polteilung tp1 der. Primä:#rirklung 1 variiert und damit der Anteil der Oberwelle gewünschter Ordnung optimiert werden kann. In Fig. 7 ist ein Schaltungsbeispiel dargestellt. Die dreiphasige Primärwicklung l ist zweckmässig in Stern geschaltet, da dann in ihren Strängen Spannungsoberschwingungen, deren.Ordnungszahl durch drei teilbar ist, induziert werden dürfen, ohne in den Anschlussklemmen aufzutreten. Auch bei der Sekundärwicklung 2 erleichtert die Sternschaltung die Wicklungsauslegung. Die Ständerwicklung 9 eines angeschlossenen Motors kann beliebig geschaltet sein. Um das Netz von der Magnetisierungsblindleistung zu entlasten, die der Primärwicklung 1 zugeführt werden muss, können erfindungsgemäss Kondensatoren 10 zu dieser Wicklung parallelgeschaltet sein. Durch erfindungsgemässen Anschluss von weiteren Kondensatoren 11 an die Sekundärwicklung 2 wird diese vom Motorblindstrom entlastet, was einerseits die Wicklungsverluste vermindert und andererseits eine Spannungsstützung bewirkt. Jeder "Luftspalt" zwischen den Zahnköpfen des zylindrischen Blechpaketes 3 und dem hohl zylindrischen Blechpaket 4 (Fig. I und 2) bzw. zwischen den Zahnköpfen der Blechpakete 5 und 6 (Fig, 3 und 4) ist nachteilig, da er ohne Nutzeffekt den Blindleistungsbedarf des Frequenzvervielfachers erhöht. Andererseits ist eine metallische Berührung der betreffenden Flächen im allgemeinen unzulässig, da sie eine leitfähige Dberbrückung benachbarter Bleche und damit grosse zusätzliche'Wirbelstromverluste herbeiführen könnte. Es ist daher eine dünne Isolationsschicht - Lack oder Folie zwischen den Ubergangsblechen vorzusehen., Wenn diese Flächen zylindrisch ausgebildet sind, muss noch ein zusätzliches Spiel zwischen ihnen vorgesehen werden, um die Isolationsschicht beim Ineinanderschieben der Blechpakete 3 und 4 bzw. 5 und 6 nicht zu beschädigen. Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemässe Gestaltung der Zahnköpfe nach den Fig. 8 und 9 ver,nieden und gleichzeitig die Montage bedeutend erleichtert. Nach Fig. 8 sind die gegenüberliegenden Zahnkopfflächen 12 und 13 erfindungsgemäss derart abgeschrägt, dass nach dem Ineinanderschieben der bewickelten Blechpakete 5 und 6 was in der gezeichneten Relativlage bequem erfolgen kann durch eine Verdrehung der Pakete gegeneinander im Pfeilsinn diese zentriert und gleichzeitig die Fugen zwischen den Zahnkopfflächen 12 und 13 bis auf eine dünne Isolationsschicht geschlossen werden. Eine Beschädigung dieser Isolationsschicht wird dabei vermieden. Fig. 9 zeigt die erfindungsgemässe Konturengestaltung für den Fall, dass nur ein Blechpaket 15 bewickelt ist, Dessen Zahnkopffl#ächen 16 sind wie in Fig. 8 abgeschrägt, das unbewickelte und daher ungenutete Blechpaket 14 erhält eine sägezahnartige Kontur, wobei deren nur kurze Zähne die gleiche Schrägung ihrer Kopffläche 17 wie die Zahnkopfflächen 16 erhalten. Die erfindungsgemässe Zahnkopfausbildung nach Fig. 8 bzw. 9 ist selbstverständlich auch bei verbreiterten Zahnköpfen, dht halbgeschlossenen Nuten, anwendbar. Um Magnetflüsse in den Nuten, die eine Sättigung der Zähne oder des Joches vermindern, wegzudämpfen, sind erfindungsgemäss gegenüber den Zähnen isolierte Dämpfungseinlagen 23 nach Fig, 10 vorgesehen, die aus einem amagnetischen Werkstoff guter elektrischer Leitfähigkeit - vorzugsweise Kupfer oder Aluminium - bestehen. Die Sättigung eines ungenuteten Blechpaketes, z*B, des Blechpaketes 4 in Fig, t, kann durch parasitäre Magnetflüsse quer durch Nut und Zahnkopf verringert werden, Um solche Flüsse zu dämpfen, sind erfindungsgemäss gegenüber den Zähnen isolierte metallische Nutverschlusskeile 24, wie in Fig. 11 dargestellt, uorgesehene Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine beträchtliche Wickelkopfausladung einer niederpoligen Primärwicklung vermieden und gleichzeitig eine gute Ausnützung erzielt wird, ist in Fig 12 dargestellt. Dort sind eine Primärwicklung 18 und eine Sekundärwicklung 19 ausgeführt und auf einem aussen und innen mit gleicher Nutenzahl versehenen ringförmigen Blechpaket 20 angeordnet. An den Stirnseiten dieses Blechpaketes sind zur Dämpfung von Streuflüssen die uoraugsweise aus Leichtmetall bestehenden massiven Dämpfungskörper 7 und 8 vorgesehen. Es entstehen hier zwei Drehfelder, die sich im Joch des Blechpaketes 20 vereinigen und in einem in der Uffnung des ringförmigen Blechpaketes 20 angeordneten inneren Blechpaket 21 bzw. in einem das Blechpaket 20 umschliessenden äusseren Blechpaket 22 ihren Rückschlussweg finden, Fig, 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Vereinigung des Frequenzvervielfachers mit einem von ihm gespeisten Asynchronmotor. Die Blechpakete 25 und 26 mit den Primärund Sekundärwicklungen. 27 und 28 sind im Gehäuse 29 des Motors untergebracht, dessen Ständerwicklung 9 in Nuten des hohl zylindrischen Blechpaketes 26 angeordnet und an die Sekundärwicklung 28 angeschlossen ist. Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung bestehen die Blechpakete oder zumindest die zur Sättigung vorgesehenen Teile derselben aus einem Werkstoff mit rechteckiger Hystereseschleife gemäss Fig. 14 und die magnetischen Vorzugsrichtungen, denen diese Schleife zugeordnet ist, sind in der Sättigungszone zumindest näherungsweise in die Richtung des magnetischen Kraftlinienverlaufes verlegt. Da die völlige Sättigung derartiger Werkstoffe bereits bei sehr geringer Feldstärke eintritt, ergibt sich einerseits eine sehr kleine primäre Blindleistung des FrequenIverviel- fachers und damit eine Einsparung an Wicklungsverlusten und leichte Entbehrlichkeit von primärseitig angeschlosEe- nen Kondensatoren (10 in Fig. 7), andererseits können Massnahmen zur Dämpfung von sättigungsmindernden parasitären Magnetflüssen entfallen. Bei den in den-Fig. 1, 2, 3, 4, 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispielen, die durch zylindrische geblechte ' Eisenkörper mit Drehfeldern gekennzeichnet sind, müssen für die Anwendbarkeit von Blechen mit Rechteckschleife die Eisenkörper aus Blechsegmenten, vorzugsweise mit Stossstellenüberlappung, aufgebaut sein - wie es bei grossen elektrischen Maschinen üblich ist -, um in den einzelnen Segmenten die Kraftlinienrichtung in den Zähnen bzw. im Joch - z.T. nur angenähert -der magnetischen Vorzugsrich- tung zuzuordnen. Dieser Aufwand kann durch die gemässe Ausführung nach den Fig. 15 und 16 vermieden werden. Das gesättigte Feld ist hier ein Wanderfeld, das von der primären Ringwicklung 18, die zusammen mit der sekundären Ringwicklung 19 in den beidseitigen Nutungen des Blechpaketes 20 untergebracht ist, erregt wird. Die Blechpakete 21 und 22 sind als Rückschlussteile vorgesehen, die Dämpfungskörper 7 und 8 unterdrücken stirnseitig aus dem Paket austretende Streuflüsse. Die Anordnung nach den Fig. 15 und 16 bildet gewissermassen ein über ein oder mehrere Polpaare der Primärwicklung reichendes und geradegebogenes Segment der Anordnung nach Fig. 12. Die Wanderfeldausführung nach den Fig, 1.5 und 76 - vorzugsweise mit Zahnsättigung - zeichnet sich durch Kompaktheit, minimalen Blechverschnitt bei der Fertigung und problemlose Einhaltung kleinster Fugen zwischen den Blechpaketen aus, Wenn für das Blechpaket 20 erfindungsgemäss Blech mit rechteckiger Hystereseschleife nach Fig. 14 verwendet und die Vorzugsrichtung in der Achse der zu sättigenden Zähne verlegt wird, sind die geschilderten Vorteile dieses Werkstoffes ohne Einbusse erzielbar. Bei der in den Fig. 15 und t6 dargestellten Wanderfeldausführung wurde davon ausgegangen, dass sich die genutete Zone des betreffenden Eisenkörpers übei sin geradzahliges lliel- faches der Polteilung der Primärwicklung erstreckt, da nur dann die algebraische Summe aller Zahnflüsse dauernd gleich Null und somit ausser den Zähnen kein weiterer Flusspfad zwischen den mit den Wicklungen versehenen Eisenkörpern und den den Rückschluss bildenden Eisenkörpern erforderlict ist. Mit Rücksicht auf eine praktische Oberwellenfreithe@@ der Primär- und Sekundärwicklung ist eine nicht zu kleine Nucen- zahl je Pol und Strang vorteilhaft. Hierbei sind desto mehr Nuten erforderlich, je höher die sekundäre Frequenz und damit die Polzahl der Sekundärwicklung ist. Die Nuten und Zähne können aus technologischen Gründen nicht beliebig schmal bemessen werden. Die für zwei volle primäre Polteilungen erforderliche Nutenzahl kann daher zu einer solchen Länge der genuteten Zone des Eisenkörpers führen, dass insbesondere bei kleineren Leistungen des Frequenzverviel- fachers die Abmessungen bzw, Proportionen des Eisenkörpers ungünstig werden. Bei den in den Fig. 17 bis 19 dargestellten Frequenzvervielfachern erstreckt sich die den Eisenkörper 20 zusammen mit der Sekundärwicklung 19 umfassende mehrphasige Primärwicklung 18 über weniger als zwei ganze primäre Polteilungen Für die Unterbringung der Primär- und Sekundärwicklung sind daher weniger Nuten erforderlich als bei einer Ausführung, bei der sich die mehrphasige Primärwicklung jeweils über mindestens zwei ganze Polteilungen erstreckt. Ein solcher Frequenzvervielfacher kann jeweils mit geeigneten konstruktiven Abmessungen ausgeführt werden, da wegen der geringeren Nutenzahl die Baulänge des Eisenkörpers ver kürzt ist, Da sich die mehrphasige Primärwicklung 18 über weniger als zwei ganze Polteilungen erstreckt, ist die Summe aller Zahnflüsse jedoch nicht mehr dauernd Null, sondern es tritt ein magnetischer Wechsel fluss auf, der durch geblechte Verbindungsteile 30, die ausserhalb der bewickelten Zone angeordnet sind, zu den den Rückschluss bildenden Eisenkörpern 21 und 22 geführt wird. Die magnetischen Mérbindungsteile 30 sind so bemessen, dass sie in allen vor gesehenen Betriebs zuständen ungesättigt bleiben, um die Wirkungsweise der funktionsgemäss gesättigten Bereiche im Rückschlussweg nicht störend zu beeinflussen, Da sich zumindest die Primärwicklung 18 nicht über ein ganzes Polteilungspaar bzwt ein ganzzahliges Vielfaches davon erstreckt, ist ebenso wie die Summe aller Zahnflüsse die Summe aller Durchfiutungen nicht dauernd Null, Bei dex in Fig, 1,7 dargestellten Ausführungsform des Frequenzvervielfachers, bei der eine Sättigung im Rückschlussweg (Joch) bei ungesättigten Zähnen vorliegt, hat dies keine Bedeutung, da alle Durchflutungen bereits durch die Sättigung im Rückschlussweg aufgehoben werden, so dass die magnetischen Verbindungsteile 30 ebenso wie die Zähne, zu denen sie einen magnetischen Nebenschluss bilden, ohne besondere Massnahmen ungesättigt bleiben. Wäre hingegen bei der Ausführungsform nach Fig. 17 Zahnsättigung bei ungesättigtem Rückschlussweg vorgesehen, so würde die jeweilige Durchflutungssumme der Wicklungen einen zusätzlichen (parasitären) magnetischen Wechselfluss durch den aus den Eisenkörpern 21, 22 und 20 sowie den magnetischen Verbindungsteilen 30 bestehenden magnetischen Kreis treiben, der diese Teile funktionsstörend sättigen und unerwünschte induktive Spannungsabfälle in den Wicklungen induzieren wurde. Um dies zu vermeiden, sind bei der in Fig. t9 dargestellten Ausführungsform für Zahnsättigung zwischen den Wänden der genuteten Zone und den magnetischen Verbindungsteilen 30 Kompensationswicklungen 31 angeordnet. Diese sind so ausgelegt und mit der Primär- bzw. Sekundärwicklung 18 bzw., 19 in Reihe geschaltet, dass sie die von diesen Wicklungen erzeugte Wechseldurchflutung aufheben. Es kann vorteilhaft sein, die Primärwicklung 1,8 über ein ganzes Polteilungspaar oder ein ganizahliges Vielfaches davon zu erstrecken, um z.B < für alle Stränge hinsichtlich der Belastung und der Spannungsabfälle Symmetrie zu erzie lein, Dies wird dadurch erreicht, dass der Frequenzverviel- facher aus zwJei oder mehr getrennt angeordneten Eisenkörpern 20 mit zwischen diesen und deren zugehörigen Rückschlusskörpern 21. und 22 angeordneten Verbindungsteilen 30 besteht, wobei die in den Nuten der Eisenkörper 20 bzw. 21 und 22 angeordneten Primärwicklungen 1; ;8 in Reihe geschaltet und so ausgelegt sind, dass sie zusammen ein geradzahliges Vielfaches einer Polteilung umfassen, Die zur Aufnahme der als Ringwicklungen ausgebildeten Primär- und Sekundärwicklungen 18 und 19 bestimmten Nuten können wahlweise in dem Eisenkörper 20 (Fig, 19) oder in den den Rückschluss bildenden Eisenkörpern 21 und 22 (Fig 17 und 18) vorgesehen werden. Im erstgenannten Fall wird in die Nuten hineingewickelt, was für den Wärmeaustausch zwischen Wicklung und Eisen günstig ist. Im anderen Fall können die einzelnen Spulen der Wicklung vorgefertigt und über den Eisenkörper 20 geschoben und danach die den Rückschluss bildenden Eisenkörper 21 und 22 darübergestülpt werden, was bei höherer Spannung isolationstechnisch vorteilhaft ist. Die magnetischen Verbindungsteile 30 können als Fortsetzung des Eisenkörpers 20 (Fig. 19) oder der den Rückschluss bildenden Eisenkörper 2t, 22 (Fig. 17) ausgebildet sein, wobei die betreffenden Eisenkörper vorzugsweise auch die Nuten für die Wicklungen aufweisen. Wenn für die jeweils mit Nuten versehenen Eisenkörper 20 bzw. 21 und 22 ein Werkstoff mit höherer Sättigungsflussdichte vorgesehen ist, als sie der Werkstoff der ungenuteten Eisenkörper aufweist, so wird zur Vermeidung störender magnetischer Engpässe erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Kontur der Zahnköpfe 32 und 34 so auszubilden, dass der Ubergangsquerschnitt für den Magnetfluss von einem Zahnkopf 32 bzw. 34 zum benachbarten, den Rückschluss bildenden Eisenkörper 33 grösser als der Zahnquerschnitt ist, Gemäss Fig, -20 ist dies durch die 'an sich bekannte Ausbildung der Zähne 32 bei halbgeschlossenen Nuten erreicht, Sind dagegen aus wicklungstechnischen Gründen offene Nuten erforderlich, so können die Zähne 34, wie in Fig. 21 dargestellt, dachförmig abgeschrägt werden, wobei die Zähne 34 mit ihrer Abschrägung in entsprechende Vertiefungen 35 des den Rückschluss bildenden Eisenkörpers 33 hineinragen, 23 Patentansprüche 21 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Ruhender magnetischer Frequenzvervielfacher, der e;-,1en geschlossenen magnetischen Kreis bildende Eisenkörper ind eine in Nuten verteilte mehrphasige Primärwicklung der Pol- paarzahl p1 sowie eine mit dieser magnetisch gekoppe .e Sekundärwicklung aufweist, deren Polpaarzahl p2 nln ungeran- - zahliges Vielfaches der Polpaarzahl p1 der Primärwicklung ist, bei welchem Vervielfacher ferner ein Teilbereich der Eisenkörper durch das von der Primärwicklung bei Speisung mit der primären Nennspannung bei Nennfrequenz erzeugte Magnetfeld gesättigt ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der gesättigte Teilbereich im Rückschlussweg (Joch) vorgesehen ist und die Primär- und Sekundärwicklungen (1 und 2) mittels an sich bekannter Massnahmen so ausgebildet sind, dass an den Klemmen der Primärwicklung (1) praktisch nur von der Grundharmonischen eines Feldes der Polpaarzahl p1 eine Spannung und von der gleichen Grundharmonischen sowie den von der Polpaarzahl p2 abweichenden Harmonischen an den Klemmen der Sekundärwicklung (2) keine Spannung induziert werden kann. 2. Frequenivervielfacher nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Primärwicklung (1) und die Sekundärwicklung (2) in den gleichen Nuten eines geblechten Eisenkörpers (3) angeordnet sind und der magnetische Rückschluss durch einen ungenuteten geblechten Eisenkörper (4) gebildet ist, der von den Zahnköpfen des Eisenkörpers (3) nur durch eine dünne Isolierschicht getrennt ist (Fig. 1 und 2). 3. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e ich n e t , dass die Primärwicklung (1), und die Sekundärwicklung (2) in je einem genuteten geblechten Eisenkörper (5 und 6) angeordnet sind, wobei die Nuten der beiden Eisenkörper (5 und 6) mit ihren Uffnungen einander gegenüberliegen und die beidseitigen Zahnköpfe nur durch eine dünne Isolationsschicht getrennt sind (Fig 3 und 43 4. Fresuenzvervielfacher nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Blechpakete (3, 4 bzw. 5! 63 zylindrisch bzw., hohlzylindrisch ausgebildet und ineinandersteckbar sind. 5. Frequenzverarieliacher nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die einander gegenüberliegenden Zahnkopfflächen (12 und 13) derart abgeschrägt sind (Fig. 8), dass nach dem axialen Ineinanderschieben der Eisenkörper (5 und 63 durch eine Verdrehung der beiden gegeneinander eine zentrierende und gleichzeitig die Fugen zwischen den Zahnkopfflächen (12 und 133 bis auf eine dazwischen befindliche dünne Isolationsschicht schliessende Wirkung erzielbar ist. 6. Frequenivervielfacher nach Anspruch 2 mit Anordnung der Nut-Zahnschicht auf einem Zylindermantel, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die dem ungenuteten Eisenkörper (14) zugewendeten Zahnkopfflächen (16) des genuteten Eisenkörpers (15) so abgeschrägt sind und die angrenzende Kontur des ungenuteten Eisenkörpers (14) derart sägezahnartig ausgebildet ist (Fig. 9), dass nach dem axialen Ineinanderschieben der Eisenkörper (14 und 15) durch Verdrehung der beiden gegeneinander einezentrierende und gleichzeitig die Fugen zwischen den Zahnkopfflächen (16) des genuteten Eisenkörpers (15) und den Flächen (17) des ungenuteten Eisenkörpers (14) bis auf eine dazwischen befindliche dünne Isolationsschicht schliessende Wirkung erzielbar ist 7. Frequenzvervielfacher nach einem der Ansprüche 1, 2 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Primärwicklung (18) und die Sekundärwicklung (19) als Ringwicklungen ausgebildet und auf einem beidseitig genuteten geblechten Eisenkörper (20) angeordnet sind und der n!agne- tische Rückschluss durch an den Zahnköpfen des Eisenkörpers (20) anliegende geblechte Eisenkörper (21 und 223 bewirkt ist (Fig. 12 und 15, 16). 8, Frequenzvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e r-t dass mindestens im Bereich der magnetisch gesättigten Teile der Blechpakete (5g 6 bzw. 20) Dämpfungskörper (7, 83 aus einem amagnetischenierkstoff guter elektrischer Leitfähigkeit angeordnet sind. 9. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dämpfungskörper (7, 8) seitlich neben dem gesättigten Rückschluss angeordnet sind. 10. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dämpfungskörper in Form einer Nuteinlage (23) ausgebildet und gegenüber den Zähnen (11) isoliert in den Nuten angeordnet sind. 11. Frequenivervielfacher nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dämpfungskörper als Nutverschlusskeile (24) ausgebildet und gegenüber den Zähnen (11) isoliert in den Nutöffnungen angeordnet sind. 12. Frequenzvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z-e i c h n e t dass die geblechten Eisenkörper (25 und 26) mit der Primärbzw. Sekundärwicklung (27 bzw. 28) im Gehäuse (29) eines Motors untergebracht sind und die Ständerwicklung (9) dieses Motors in Nuten des hohlzylindrischen Eisenkörpers (26) angeordnet und an die Sekundärwicklung (28) angeschlossen ist (Fig. 13).. 13 Frequenzvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch c h g e k e nn z e i ch n e t , dass zumindest der magnetisch gesättigte Teil der Eisenkörper aus einem Werkstoff mit rechteckiger Hysterese- schleife (Fig. 14) besteht und die magnetischen Vorzugs- richtungen, denen diese Schleife zugeordnet ist, wenigstens in der Sättigungszone zumindest näherungsweise mit der Richtung der magnetischen Kraftlinien übereinstimmen. 14. Frequenzvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass an die Primärwicklung (1) und/oder Sekundärwicklung (2) Kondensatoren (10 bzw. 11) angeschlossen sind (Fig. 7). 15. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 7 und 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Blechpakete (20 bis 24) rechteckig ausgebildet sind, 16. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1 und 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ausserhalb der bewickelten Zone geblechte Eisenkörper vorgesehen sind, die ungesättigt bleibende magnetische Verbindungsteile (30) zwischen dem von den Wicklungen (18, 19) um fassten Eisenkörpern (20) und den Rückschlussteilen (21, 22) bilden 17.. Frequenzv'ervielfa,cher nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwei oder mehr genutete Eisenkörper mit zwischen diesen und deren zugehörigen Rückschlusskörpern angeordneten Verbindungsteilen (30) getrennt angeordnet sind, wobei deren in Serie geschalteten Primärwicklungen (18) zusammen ein geradzahliges Vielfaches einer Polteilung umfassen. 184 Frequenzvervielfacher nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k-e n n z e i c h n e t , dass jeweils die genuteten Eisenkörper /21, 22 bzw, 20), deren Primärwicklung (18) kein geradzahliges Vielfaches einer Polteilung umfasst, Kompensationswicklungen (31) aufweisen, die zwischen den Enden der genuteten Zone und den magnetischen Verbindungs- teilen (30) angeordnet sind. 19. Frequenzvervielfacher nach einem der Ansprüche 16. 17 oder 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , da die die Primär- und Sekundärwicklung (18 und 19) aufnehmen- den Nuten in den den Rückschluss bildenden Eisenkörpern (21 und 22) vorgesehen sind (Fig. 17)# 20. Frequenzvervielfacher nach einem der Ansprüche 16, 17 oder 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die die Primär- und Sekundärwicklung (18 und 193 aufnehmenden Nuten in dem von den Wicklungen umschlossenen Eisenkörper (20) vorgesehen sind (Fig 19). 21. Frequenzvervielfacher nach einem der Ansprüche 16 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die magnetischen Verbindungsteile (30) als Fortsetzungen zumindest eines der Eisenkörper (21, 22 bzw. 20) des magnetischen Kreises ausgebildet sind. 22. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die magnetischen Verbindungsteile (30) als Fortsetzungen des jeweils mit Nuten versehenen Eisenkörpers (21, 22 bzw. 203 ausgebildet sind. 23. Frequenzvervielfacher nach einem der Ansprüche 16 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontur mindestens eines Teiles der Zahnköpfe (32, 343 so ausgebildet ist, dass der Ubergangsquerschnitt für den Magnetfluss von einem Zahnkopf (32 bzw. 34) zum benachbarten Eisenkörper (33) grösser als der Zahnquerschnitt ist.

Inventors: BENECKE, WILHELM, DIPL.-ING., ROSENBERG, HEINZ, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: H01F35
IPC codes: H03B19, H01F38