DE2735191A1

DE2735191A1 - FREQUENCY QUADRUPLE

Info

Publication number: DE2735191A1
Application number: DE19772735191
Authority: DE
Inventors: Fujio Ishikawa; Zenkichi Tsuchiyo
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 1976-08-18
Filing date: 1977-08-04
Publication date: 1978-02-23
Also published as: CA1078920A; GB1544300A; FR2362523A1; DE2735191C2; FR2362523B1

Description

FrequenzvervierfacherFrequency quadruple

Frequenzumsetzer, die eine gegenüber der Eingangsfrequenz vierfache Ausgangsfrequenz liefern, sind bekannt. Es gibt unter ihnen sogenannte statische Umformer, welche mit Halbleitern arbeiten. Es gibt auch umlaufende Frequenzumsetzer, die auf dem Motor-Generator-Prinzip basieren. Die umlaufenden Maschinen sind besonders als Stromquelle für schneilaufende Motoren kleiner Leistung geeignet, wie sie für den Antrieb von Werkzeugen und dgl. verwendet werden, weil sie verhältnismäßig wenig kosten und robust sind.Frequency converter, the one opposite the input frequency provide four times the output frequency are known. There are so-called static converters among them, which with Semiconductors work. There are also rotating frequency converters based on the motor-generator principle. The rotating machines are particularly suitable as a power source for high-speed, low-power engines, How they are used to drive tools and the like. Because they cost relatively little and are robust are.

Die üblichen umlaufenden Frequenzumsetzer sind hauptsächlich vom Motor-Generator-Typ, bei welchem ein Wechselstromgenerator von einem Wechselstrommotor angetrieben wird. Diese Umformer verwenden demnach zwei umlaufende Maschinen, sie sind daher relativ aufwendig und anfällig und benötigen eine ständige Wartung an den Schleifringen und Bürsten.The usual rotary frequency converters are mainly of the motor-generator type in which an AC generator is driven by an AC motor. These Converters therefore use two rotating machines, so they are relatively complex and fragile and need them constant maintenance of the slip rings and brushes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen umlaufenden Frequenzvervierfacher anzugeben, welcher weniger störungsanfällig ist und gegenüber den bekannten billiger hergestellt werden kann.The invention is based on the object of specifying a rotating frequency quadrupler which is less susceptible to interference and can be manufactured more cheaply compared to the known ones.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the invention specified in claim 1. Further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Die Erfindung schafft somit einen Frequenzumformer, welcher nur einen einzigen Magnetkern verwendet und keinerlei Schleifringe und Bürsten aufweist. Die Maschine ist völligThe invention thus creates a frequency converter which uses only a single magnetic core and does not use any Has slip rings and brushes. The machine is utter

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wartungsfrei und läßt sich sehr robust und billig herstellen.maintenance-free and can be manufactured very robustly and cheaply.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt:The invention is to be explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings will. It shows:

Fig. 1 und 2 Schnitte durch einen erfindungsgemäßen Frequenzumformer, in welchen Fig. 1 nur eine obere Hälfte und Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1 darstellen;1 and 2 sections through a frequency converter according to the invention, in which FIG. 1 only one the upper half and Fig. 2 show a section along the line II-II of Fig. 1;

Fig. 3 eine Abwicklung längs des Luftspaltes des Umformers von Fig. 2 in einem Zustand, bei dem das Zentrum eines Rotormagnetpoles mit der magnetomotorischen Kraftachse der Primärwicklung übereinstimmt;FIG. 3 shows a development along the air gap of the converter from FIG. 2 in a state at the center of a rotor magnet pole with the magnetomotive force axis of the primary winding matches;

Fig. 4 eine Abwicklung längs des Luftspaltes mit den praktischen Gegebenheiten besser gerechtwerdenden Bedingungen; 4 shows a development along the air gap with the practical conditions better suited to conditions;

Fig. 5 eine Ausführungsform der Erfindung, die sich in der Praxis als noch günstiger herausgestellt hat;Fig. 5 shows an embodiment of the invention which has been found to be even more favorable in practice Has;

Fig. 6 eine Abwicklung längs des Luftspaltes der Ausführungsform nach Fig. 5, und6 shows a development along the air gap of the embodiment according to FIG. 5, and

Fig. 7 die Lageabweichung des Rotors, wenn eine Last an die Sekundärwicklung des Umformers angeschlossen wird.7 shows the positional deviation of the rotor when a load is connected to the secondary winding of the converter will.

Die Erfindung, welche eine wechselstromerregte Synchronmaschine verwendet, soll nachfolgend im einzelnen erläutert werden.The invention, which uses an AC-excited synchronous machine, will be explained in detail below.

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Fig. T zeigt einen Schnitt längs der Welle des Frequenzumformers nach der vorliegenden Erfindung. Nur die obere Hälfte des Schnittes ist aus Vereinfachungsgründen dargestellt. Der Frequenzumformer besteht aus einem Stator und einem Rotor, wie bei wechselstromerregten Synchronmaschinen üblich. Ein Rotorkern 4 ist auf einer Welle 6 befestigt, die von Lagern 7 freilaufend gelagert wird. Der Rotorkern 4 ist mit Dämpfungswicklungen 5 versehen.Fig. T shows a section along the shaft of the frequency converter according to the present invention. Only the top one Half of the section is shown for the sake of simplicity. The frequency converter consists of a stator and a rotor, as is customary in AC synchronous machines. A rotor core 4 is on a shaft 6 attached, which is supported by bearings 7 free running. The rotor core 4 is provided with damping windings 5.

Der Statorkern 1 hat nahezu die gleiche Gestalt wie der eines üblichen Synchronmotors. Der Unterschied liegt jedoch darin, daß der Statorkern 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zwei Wicklungen 2 und 3 trägt. Diese zwei Wicklungen 2 und sind so ausgebildet, daß sie verschiedene Polzahlen haben, die sich im Verhältnis 1 : 4 unterscheiden. Die Wicklung mit der geringeren Polzahl wird als Primärwicklung bezeichnet. Im speziellen Ausführungsbeispiel ist die Wicklung 2 die Primärwicklung und hat zwei Pole. Die andere Wicklung mit der größeren Polzahl wird mit Sekundärwicklung bezeichnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Wicklung 3 acht Pole.The stator core 1 has almost the same shape as that of a conventional synchronous motor. The difference, however, lies in that the stator core 1 carries two windings 2 and 3 according to the present invention. These two windings 2 and are designed in such a way that they have different numbers of poles, which differ in a ratio of 1: 4. The winding with the lower number of poles is called the primary winding. In the special embodiment is that Winding 2 is the primary winding and has two poles. The other winding with the larger number of poles has a secondary winding designated. In the present exemplary embodiment, the winding 3 has eight poles.

Im Schnittbild nach Fig. 2 ist mit OC das Verhältnis der Länge des Polbogens gegenüber der Polteilung des Rotors bezeichnet. Mit ß> ist das Verhältnis der Länge desjenigen Abschnitts des Polbogens in bezug auf die Polteilung des Rotorkerns 4 bezeichnet, welcher mit dem Statorkern den engeren Luftspalt bildet.In the sectional view according to FIG. 2, OC denotes the ratio of the length of the pole arc to the pole pitch of the rotor. The ratio of the length of that section of the pole arc in relation to the pole pitch of the rotor core 4 which forms the narrower air gap with the stator core is denoted by β>.

Der Statorkern 1 ist mit mehreren Schlitzen 8 versehen, in welche die Primärwicklung 1 und die Sekundärwicklung 3 eingelegt sind. In der Zeichnung ist nur einer der Schlitze dargestellt.The stator core 1 is provided with several slots 8, into which the primary winding 1 and the secondary winding 3 are inserted. In the drawing there is only one of the slots shown.

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Der Rotorkern 4 weist genauso viele Pole auf wie die Primärwicklung 2. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 2 dargestellt ist, hat der Rotorkern zwei Pole. Der Pol, der in Fig. 2 oben dargestellt ist, wird als konvexer Pol bezeichnet und weist einen Luftspalt auf, welcher in der Mitte enger ist als an seinen Randbereichen. Der Pol, der in Fig. 2 unten dargestellt ist, wird als konkaver Pol bezeichnet und weist in seinem Mittenbereich einen weiteren Luftspalt zum Stator auf als an seinen Randbereichen.The rotor core 4 has the same number of poles as the primary winding 2. In the present embodiment of the invention, shown in Fig. 2, the rotor core has two poles. The pole shown above in Fig. 2 is called called convex pole and has an air gap which is narrower in the middle than at its edge areas. The pole, which is shown in Fig. 2 below, is referred to as the concave pole and points in its central area a wider air gap to the stator than at its edge areas.

Der Rotorkern 4 ist mit Schlitzen 9 versehen, um den magnetischen Widerstand im magnetischen Querweg zu vergrößern. Die Welle des Rotors besteht aus unmagnetischem Material, um den magnetischen Widerstand im magnetischen Querweg zu vergrößern und um den Rotor magnetisch vom Stator zu entkoppeln.The rotor core 4 is provided with slots 9 to the magnetic To increase resistance in the magnetic cross path. The shaft of the rotor is made of non-magnetic material around the to increase the magnetic resistance in the magnetic transverse path and to magnetically decouple the rotor from the stator.

Es sei nun ein Zustand betrachtet, in welchem die Primärwicklung 2 an eine mehrphasige Wechselstromquelle angeschlossen und von dieser erregt wird. Es sei angenommen, daß die Permeabilität des Eisens unendlich ist und daß der ganze Rotorkern in magnetischer Hinsicht equipotential wird.Let us now consider a state in which the primary winding 2 is connected to and excited by a polyphase alternating current source. Suppose that the permeability of iron is infinite and that the whole rotor core becomes equipotential from a magnetic point of view.

Bei einem normalen wechselstromerregten Synchronmotor wird das magnetische Potential des Rotorkerns auf Null gehalten. Bei dem Frequenzumformer gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Form des Luftspaltes am konvexen Pol jedoch verschieden von der am konkaven Pol. Daher ist die Permeanz an den beiden Polen unterschiedlich. Dementsprechend sind auch die Amperewindungen, die in den Luftspalten verbraucht werden, an den beiden Polen unterschiedlich. Die Wicklung ist jedoch gleichförmig aufgebracht, so daß an den beiden Luftspalten gleiche magnetische Spannungen herrschen. Als Folge davon bekommt der Rotor ein bestimmtes magnetischesIn a normal AC synchronous motor, the magnetic potential of the rotor core is kept at zero. In the frequency converter according to the present invention, however, the shape of the air gap at the convex pole is different from that at the concave pole. Hence the permeance different at the two poles. The ampere turns that are consumed in the air gaps are also corresponding be different at the two poles. However, the winding is applied uniformly, so that on the two The same magnetic tensions prevail in the air gaps. As a result, the rotor gets a certain magnetic

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Potential. Dieses magnetische Potential wird mit ξ ausgedrückt.Potential. This magnetic potential is expressed with ξ.

Wenn man den Streufluß vernachläßigt, dann ist die Flußdichte im Luftspalt proportional der Amperewindungszahl, die auf den Luftspalt einwirkt, und umgekehrt proportional zur Länge des Luftspaltes.If one neglects the leakage flux, then the flux density in the air gap is proportional to the number of ampere-turns applied to the Acts air gap, and inversely proportional to the length of the air gap.

Fig. 3 zeigt eine Abwicklung der Luftspaltverhältnisse nach Fig. 2. Aus ihr geht die Gestalt der Pole des Rotorkerns 4 und das Verhältnis des Verlaufs der magnetischen Spannung 10 der Primärwicklung und des in den Luftspalten erzeugten Flusses 11 hervor. Fig. 3 zeigt die Position des Rotors, bei welcher die Mitte des Rotorpols 4 mit der Mitte der magnetischen Spannung in der Primärwicklung 2 koinzidiert.FIG. 3 shows a development of the air gap conditions according to FIG. 2. The shape of the poles of the rotor core 4 is derived from it and the ratio of the course of the magnetic voltage 10 of the primary winding and that generated in the air gaps River 11 emerges. Fig. 3 shows the position of the rotor in which the center of the rotor pole 4 with the center of the magnetic voltage in the primary winding 2 coincides.

Es sei angenommen, die magnetische Spannung der Primärwicklung sei A. Dann ist die an jedem Punkt des konvexen Poles verbrauchte AmperewindungszahlAssume that the magnetic voltage of the primary winding is A. Then is the number of ampere-turns consumed at each point on the convex pole

-A · sin θ + ξ , worin θ der auf den Punkt Null in Fig. 3 bezogene Winkel ist.-A sin θ + ξ, where θ is the angle related to the point zero in FIG.

Die Amperewindungen, die im Luftspalt des konkaven Poles verbraucht werden, sind:The ampere turns consumed in the air gap of the concave pole are:

A · sin θ - £ .A · sin θ - £.

Wenn man den Fluß am konvexen Pol pro Längeneinheit des Kerns in axialer Richtung mit φ_Η und den des konkaven Poles mit 0_L und den inneren Durchmesser des Stators mit D bezeichnet, dann erhält man den folgenden Zusammenhang:If one denotes the flux at the convex pole per unit length of the core in the axial direction with φ _Η and that of the concave pole with 0 _L and the inner diameter of the stator with D, then one obtains the following relationship:

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-G--G-

ir*ir *

*h'TS^D * h'TS ^D

■A sin θ + ζ■ A sin θ + ζ

eiegg

47T47T

L TOL TO

AA. sinsin OO -ι-ι άθάθ . Air. Air
⁺ To ⁺ To DD. // AA. sinsin θθ - ξ- ξ «Γ«Γ «f +«F + €€ 1«1" ηη hH 1-«1-" ₊₊

Wenn φ gleich φ, sein soll, dann kann man aus den obigen Gleichungen s wie folgt gewinnen:If φ should be equal to φ, then one can use the above Obtain equations s as follows:

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Die obige Gleichung zeigt, daß der Rotor ein bestimmtes magnetisches Potential aufweist, so daß es notwendig ist, ihn mit Ausnahme am Luftspalt vom Stator magnetisch zu isolieren.The above equation shows that the rotor has a certain Has magnetic potential, so that it is necessary to magnetically to it with the exception of the air gap from the stator isolate.

Die rechte Seite der Gleichung wird durch Größenwerte bestimmt, die mit Ausnahme von A aus Fig. 3 ersichtlich sind, so daß sich die Gleichung auch wie folgt umschreiben kann:The right-hand side of the equation is determined by magnitude values which can be seen from FIG. 3 with the exception of A so that the equation can also be rewritten as follows:

Die Konstante K wird durch Werte wie <* , fo , £, fc bestimmt. Im allgemeinen ergeben sich für K Werte zwischen 0,02 und 0,15. Dies bedeutet, daß das magnetische Potential des Rotors etwa 2 % bis 15 % der magnetischen Primärspannung beträgt.The constant K is determined by values like <*, fo, £, fc. In general, K values between 0.02 and 0.15 result. This means that the magnetic potential of the rotor is about 2% to 15 % of the primary magnetic voltage.

Wie erwähnt, ist die Flußdichte im Luftspalt proportional zu den verbrauchten Amperewindungen und umgekehrt proportional zur Länge des Luftspaltes. Hieraus ergibt sich folgendes Verhältnis:As mentioned, the flux density in the air gap is proportional to the ampere-turns consumed and inversely proportional the length of the air gap. This results in the following relationship:

Flußdichte = ||[(A ^{sin θ} - §)/Luftspaltlänge.Flux density = || [(A ^{sin θ} - §) / air gap length.

Der Fluß 11 im Luftspalt gemäß Fig. 3 ergibt sich aus der obigen Gleichung.The flow 11 in the air gap according to FIG. 3 results from the above equation.

Wenn man den Verlauf des Flusses im Luftspalt in eine Fourier-Reihe zerlegt, dann werden die Amplitude b₁ der Grundwelle und die Amplitude a. der vierten Oberwelle durch folgende Gleichungen angegeben:If the course of the flux in the air gap is broken down into a Fourier series, then the amplitude b _{1 of} the fundamental wave and the amplitude a. the fourth harmonic given by the following equations:

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1 ⁼ Tu h [l[(^sinflL^⁺ sin/ö^ - sin1 ⁼ Tu h [l [( ^sinflL ^ ⁺ sin / ö ^ - sin

- 2K ⁺ TU fi{^(sinar" ^Sin^ ^{+ Sin} 2K - 2K ⁺ TU fi { ^(sinar " ^Sin ^ ^{+ Sin} 2K

f I- sinipit+ sin2f I- sinipit + sin2

Wenn wir in die obigen Gleichungen die folgenden Werte einsetzen:If we substitute the following values in the above equations:

α= 0,5, β = 0,25, (f* 035, £ - 0,35,α = 0.5, β = 0.25, (f * 035, £ - 0.35,

dann ergeben sich für b und a. folgende Werte:then we get for b and a. the following values:

¹I ⁼ °'⁶¹³£ T? ¹ I ⁼ ° ' ⁶¹³ £ T?

^a4 ⁼ -°'¹⁴²7TÜ ^a 4 ⁼ - ° ' ¹⁴² 7TÜ

Die obigen Gleichungen verdeutlichen, daß die Grundwelle des Flusses eine Amplitude aufweist, die 61,3 % einer Amplitude der Flußwelle entspricht, wenn der Luftspalt gleichförmig wäre (d.h. der Rotor wäre zylindrisch) und eine Weite vonThe above equations make it clear that the fundamental wave of the flux has an amplitude which corresponds to 61.3% of an amplitude of the flux wave if the air gap were uniform (ie the rotor were cylindrical) and a width of

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(/hätte. Die vierte Oberwelle hätte eine Amplitude, die 14,2 X der der vorerwähnten Grundwelle hätte.(/ would have. The fourth harmonic would have an amplitude 14.2 X that of the aforementioned fundamental wave.

Wie oben erläutert, enthält die Flußwelle im Luftspalt in der Hauptsache nur die Grundwelle und die vierte Oberwelle. Da der Rotor 4 die gleiche Anzahl Pole hat wie die Primärwicklung 2, dreht sich der Rotor 4 synchron mit der Grundfrequenz, d.h. der Frequenz der elektrischen Stromquelle. Die Sekundärwicklung 3 hat viermal soviel Pole wie die Primärwicklung 2, in ihr wird daher eine Spannung mit der vierfachen Frequenz induziert.As explained above, the flux wave in the air gap mainly contains only the fundamental wave and the fourth harmonic. Since the rotor 4 has the same number of poles as the primary winding 2, the rotor 4 rotates in synchronism with the fundamental frequency, i.e. the frequency of the electric power source. The secondary winding 3 has four times as many poles as the primary winding 2, so there is a voltage in it with the four times the frequency induced.

Dies bedeutet, daß der Frequenzwandler gemäß der Erfindung eine Ausgangsspannung liefern kann, deren Frequenz viermal so groß ist wie die der Versorgungsspannungsquelle, an welche seine Primärwicklung angeschlossen ist.This means that the frequency converter according to the invention can provide an output voltage whose frequency is four times is as large as that of the supply voltage source to which its primary winding is connected.

Der Frequenzwandler nach der Erfindung kann klein und billig aufgebaut werden, weil er einfach und robust in der Konstruktion ist. Er weist darüber hinaus den Vorteil auf, daß er wartungsfrei ist, weil er keine dem Verschleiß ausgesetzten Te.ile, wie Schleifringe und Bürsten, aufweist.The frequency converter according to the invention can be made small and cheap because it is simple and robust in construction is. It also has the advantage that it is maintenance-free because it does not have any parts exposed to wear, such as slip rings and brushes.

In der vorangegangenen Erläuterung ist davon ausgegangen worden, daß die Werte von CL, β , J und € an den beiden verschiedenen Polen einander jeweils gleich sind und daß der engere Luftspaltabschnitt des einen Pols genauso lang ist wie der weitere Luftspaltabschnitt des anderen Pols. Die Leistung des Frequenzwandlers läßt sich jedoch noch steigern, wenn die Werte vonIn the preceding explanation it was assumed that the values of CL, β , J and € at the two different poles are equal to one another and that the narrower air gap section of one pole is just as long as the further air gap section of the other pole. However, the performance of the frequency converter can still be increased if the values of

<X , β , J und £ an den beiden Polen verschieden sind und indem man den Luftspalten eine geeigneter verrundete Form gibt. Darüber hinaus kann man die Anordnung so treffen, daß das magnetische Potential am Rotor 4 gleich Null wird. <X , β , J and £ are different at the two poles and by giving the air gaps a suitable rounded shape. In addition, the arrangement can be made so that the magnetic potential at the rotor 4 is zero.

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Fig. 4 zeigt die Abwicklung eines verbesserten Rotors mit der magnetischen Spannungswelle 10 in der Primärwicklung und der Flußwelle 11 im Luftspalt. Die Zeichnung zeigt weiterhin die Flußgrundwelle 12, die vierte Harmonische 13 der Flußwelle und die Gleichkomponente 14, die in der Flußwelle 11 enthalten ist.Fig. 4 shows the development of an improved rotor with the magnetic voltage wave 10 in the primary winding and the flux wave 11 in the air gap. The drawing shows furthermore the flux fundamental wave 12, the fourth harmonic 13 of the flux wave and the constant component 14, which are in the Flux wave 11 is included.

Die Flußwelle 11 wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung weicher, verrundeter, weil die magnetischen Polflächen gegenüber dem zuvor erläuterten Beispiel verrundet sind. Die Werte von OL , β , ί und fe sind für die beiden Pole in diesem Fall verschieden.In this embodiment of the invention, the flux wave 11 becomes softer, more rounded, because the magnetic pole faces are rounded compared to the example explained above. The values of OL , β , ί and fe are different for the two poles in this case.

Die Werte b₁, a und ζ , die für ein AusführungsbeispielThe values b ₁ , a and ζ, for one embodiment

¹ 4 ¹ 4

eines Frequenzwandlers errechnet wurden, welcher eine Polgestaltung, wie in Fig. 4 dargestellt, aufwies, waren:of a frequency converter have been calculated, which has a pole configuration, as shown in Fig. 4, were:

A
^a4 " ^U'^3b J TOA.
^a 4 " ^U ' ^3b J TO

ξ = 0,08 ξ = 0.08

Aus diesen Werten läßt sich entnehmen, daß a. erheblich größer geworden ist als bei der Ausführungsform nach Fig. Darüber hinaus muß noch beachtet werden, daß die anderen Harmonischen der Flußwellen, die nicht für die Frequenzwandlung benötigt werden, in diesem Fall erheblich geringere Amplituden als zuvor aufweisen. Diese Ausführungsform eines Frequenzvervierfachers bringt somit eine beachtliche Leistungssteigerung.From these values it can be seen that a. considerable Has become larger than in the embodiment of FIG. In addition, it must be noted that the other Harmonics of the flux waves, which are not required for the frequency conversion, are considerably lower in this case Have amplitudes than before. This embodiment of a frequency quadrupler thus brings about a considerable Performance increase.

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Fig. S zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der kleine, zusätzliche magnetische Pole im Abstand von weniger als _+ j If vom Zentrum des konvexen Poles angeordnet sind, um die Ausbildung der vierten Oberwelle noch mehr zu fördern. Diese kleinen zusätzlichen Pole sind in Fig. 5 mit einer Schraffur versehen.5 shows a further embodiment of the invention in which small, additional magnetic poles are arranged at a distance of less than _ + j If from the center of the convex pole in order to further promote the formation of the fourth harmonic. These small additional poles are provided with hatching in FIG. 5.

Fig. 6 zeigt die Abwicklung des Rotors nach Fig. 5 längs des Luftspaltes zusammen mit der magnetischen Spannungswelle 10 der Primärwicklung, der Flußwelle 11 im Spalt, der Grundwelle 12 und der vierten Oberwelle 13 sowie der Gleichkomponente 14, die in der Flußwelle 11 enthalten sind.FIG. 6 shows the development of the rotor according to FIG. 5 along the air gap together with the magnetic stress wave 10 the primary winding, the flux wave 11 in the gap, the fundamental wave 12 and the fourth harmonic 13 as well as the DC component 14, contained in the flux wave 11.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Hußwelle 11 im Luftspalt in der Mitte zwischen dem konvexen und dem konkaven Pol nahezu Null. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 weist die Flußwelle 11 an jener Stelle jedoch einen gewissen, von Null verschiedenen Wert auf. Dieser ist in Fig. 6 durch eine Schraffur dargestellt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bekommt bei gleicher Amplitude der Flußwelle 11 im Luftspalt die vierte Harmonische eine größere Amplitude als bei der Ausführungsform ohne zusätzliche Pole.In the embodiment of FIG. 4, the Husswelle 11 is in Air gap in the middle between the convex and the concave pole almost zero. In the embodiment of FIG the flux wave 11 at that point, however, has a certain non-zero value. This is in Fig. 6 by a Hatching shown. In this embodiment of the invention, the flux wave 11 has the same amplitude in the air gap, the fourth harmonic has a greater amplitude than in the embodiment without additional poles.

Folgende Werte lassen sich in der Praxis mit einem Polprofil der obengenannten Art erreichen:The following values can be achieved in practice with a pole profile of the type mentioned above:

^a4 " °'³⁷ 7 Tu ^a 4 "° ^'37 7 Tu

0,060.06

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Dies bedeutet, daß aus dem gleichen Stator die vervierfachte Frequenz mit noch vergrößerter Leistung gegenüber den vorangegangenen Beispielen entnommen werden kann.This means that from the same stator the quadrupled frequency with even greater power compared to the previous ones Examples can be found.

Ein weiterer Vorteil der zusätzlichen Pole liegt darin, daß sie dazu beitragen, Vibrationen zu vermeiden, die sonst durch die Unwucht der magnetischen Zugkräfte im Luftspalt bei einer zweipoligen Maschine auftreten können. Die Anbringung von Zusatzpolen ist daher besonders bei zweipoligen Maschinen von Vorteil.Another advantage of the extra poles is that they help avoid vibrations that would otherwise be caused by the unbalance of the magnetic tensile forces in the air gap can occur in a two-pole machine. The attachment of Additional poles are therefore particularly advantageous for two-pole machines.

Aufgrund der unterschiedlichen Verläufe der Flußwellen unter den Polen bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die magnetischen Zugkräfte an den beiden Polen verschieden. Der Rotor ist in bezug auf die längsgerichtete Magnetachse symmetrisch, so daß die magnetischen Zugkräfte einander ausgleichen. Er ist jedoch nicht in bezug auf die magnetische Querachse symmetrisch, so daß diese magnetischen Zugkräfte am Rotor nicht im Gleichgewicht stehen und am Rotor während der Drehung Vibrationen hervorrufen.Due to the different courses of the flux waves under the poles in the embodiment according to FIG magnetic tensile forces at the two poles different. The rotor is with respect to the longitudinal magnet axis symmetrical, so that the magnetic tensile forces balance each other. However, it is not related to the magnetic Transverse axis symmetrical, so that these magnetic tensile forces are not in equilibrium on the rotor and on the rotor during cause vibrations during rotation.

Der Rotor mit den zusätzlichen Polen, der in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, setzt dieses Ungleichgewicht der magnetischen Zugkräfte durch eine geeignete Gestalt der zusätzlichen Pole herab. Diese Ausführungsart eignet sich daher für die Praxis besonders gut.The rotor with the additional poles, which is shown in Figs. 5 and 6, sets this imbalance of the magnetic Tensile forces are reduced by a suitable shape of the additional poles. This embodiment is therefore suitable for practice especially good.

Es muß auf der Generatorseite beachtet werden, daß durch die Vorsehung der zusätzlichen Pole die Ankerrückwirkung leicht ansteigt und auch die Spannungsregulierung etwas schlecht wird.It must be noted on the generator side that the armature reaction is slight due to the provision of additional poles increases and the voltage regulation also gets a bit bad.

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In der vorangegangenen Beschreibung wurde von einem Zustand ausgegangen, bei dem die magnetische Spannungsachse der Primärwicklung mit der Mitte des Rotorpoles koinzidiert. Dieser Zustand ist vorhanden, wenn der Frequenzwandler völlig unbelastet ist. Liegt eine Belastung vor, dann entsteht ein bestimmter Verschiebungswinkel Y zwischen der Mitte des Rotorpoles und der magnetischen Spannungsachse der Primärwicklung, welcher von der Belastung abhängt. Dieser Verschiebungswinkel T ist aus Fig. 7 ersichtlich. In dieser Figur ist nur eine Wicklung für eine Wicklungsachse der mehrphasigen Wicklungen dargestellt.In the preceding description, a condition was assumed in which the magnetic voltage axis of the primary winding coincides with the center of the rotor pole. This condition exists when the frequency converter is completely unloaded. If there is a load, there is a certain displacement angle Y between the center of the rotor pole and the magnetic stress axis of the primary winding, which depends on the load. This displacement angle T can be seen from FIG. 7. In this figure, only one winding is shown for one winding axis of the polyphase windings.

In einem solchen Lastfall kann die magnetische Spannung 10, die von der Primärwicklung 2 hervorgerufen wird, in zwei Komponenten zerlegt werden, und zwar in eine Komponente 15, die mit dem Zentrum des Rotorpoles zusammenfällt (mit Längsachs-Komponente bezeichnet), und eine Komponente 16, welche um jT gegenüber ersterer in der Phase verschoben ist (mit Querachs-Komponente bezeichnet). Die Flußwelle im Luftspalt, ihre Grundwelle und die vierte Harmonische, die von der magnetischen Spannung jeder Komponente erzeugt werden, müssen berücksichtigt werden.In such a load case, the magnetic voltage 10, which is generated by the primary winding 2, can be broken down into two components, namely into a component 15, which coincides with the center of the rotor pole (referred to as the longitudinal axis component), and a component 16 , which is shifted in phase by jT compared to the former (denoted by the cross-axis component). The flux wave in the air gap, its fundamental wave and the fourth harmonic generated by the magnetic tension of each component must be taken into account.

Die Luftspaltlänge der Querachse ist jedoch im Mittel länger als die der Längsachse und die zusätzlichen Pole sind schmaler als die anderen Pole und darüber hinaus ist der Rotorkern mit Schlitzen versehen, die den magnetischen Widerstand für den magnetischen Weg in Querrichtung vergrößern, so daß die Flußwelle im Luftspalt, d.h. ihre Grundwelle und die vierte Harmonische, die von der Querachs-Komponente 16 erzeugt wird, sehr klein im Verhältnis zu derjenigen ist, die von der Längsachs-Komponente erzeugt wird. In der Praxis ist es bei der Entscheidung über die Gestalt des Rotorpoles ausreichend, nur den Einfluß derHowever, the air gap length of the transverse axis is on average longer than that of the longitudinal axis and the additional poles are narrower than the other poles and, in addition, the rotor core is provided with slots that hold the magnetic Increase resistance for the magnetic path in the transverse direction so that the flux wave in the air gap, i.e. its Fundamental wave and the fourth harmonic generated by the cross-axis component 16 are very small in relation is to that produced by the longitudinal axis component. In practice it is the decision on which Shape of the rotor pole sufficient, only the influence of the

Längsachs-Komponente zu berücksichtigen.Longitudinal axis component to be taken into account.

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Claims

Expectations

1.]Umlaufender Frequenzvervierfacher mit einem Stator, welcher eine mehrphasige Primärwicklung und eine mehrphasige Sekundärwicklung mit gegenüber der Primärwicklung vierfacher Polanzahl aufweist, und einem frei drehbaren Rotor, der die gleiche Polanzahl wie die Primärwicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgeprägten Pole des Rotors (4) in zwei abwechselnde Gruppen unterteilt sind, von denen jeder zur ersten Gruppe gehörende Pol in seiner Mitte gegenüber dem Stator (1) einen engeren Luftspalt (</) freiläßt als an seinen Randbereichen, und von denen jeder zur zweiten Gruppe gehörende Pol in seiner Mitte gegenüber dem Stator (1) einen weiteren Luftspalt (cT + ζ.) freiläßt als an seinen Randbereichen, und daß die Primärwicklung (2) an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist.1.] Rotating frequency quadrupler with a stator, which has a polyphase primary winding and a polyphase secondary winding with four times the number of poles compared to the primary winding, and a freely rotatable rotor, which has the same number of poles as the primary winding, characterized in that the salient poles of the rotor ( 4) are divided into two alternating groups, of which each pole belonging to the first group leaves a narrower air gap (</) in its center opposite the stator (1) than at its edge regions, and each of which pole belonging to the second group in its In the middle opposite the stator (1) a further air gap (cT + ζ.) Leaves free than at its edge areas, and that the primary winding (2) is connected to an alternating current source.

2. Frequenzvervierfacher nach Anspruch 1 mit zwei ausgeprägten Polen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zu beiden Seiten jedes ausgeprägten Poles der ersten2. frequency quadruple according to claim 1 with two salient poles, characterized in that the rotor on either side of each salient pole of the first

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MÜNCHEN: TELEFON (OSO) 995880 KABEL: PROPINOUS ■ TELEX OB94944MUNICH: TELEPHONE (OSO) 995880 CABLE: PROPINOUS ■ TELEX OB94944

BERLIN: TELEFON (O3O) 8319Ο88 KABEL: PROPINDUS ■ TELEX OI 84O07BERLIN: TELEPHONE (O3O) 8319Ο88 CABLE: PROPINDUS ■ TELEX OI 84O07

OFMQINAL INSPECTEDOFMQINAL INSPECTED

Gruppe mit je einem weiteren, kleinen Pol versehen ist, welcher zur Mitte des zugehörigen ausgeprägten Poles einen Teilungsabstand von weniger als i'aufweist.Each group is provided with a further, small pole, which has a pitch of less than i 'to the center of the associated salient pole.

3. Frequenzvervierfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als wechselstromerregte Synchron maschine ausgebildet ist.3. frequency quadruple according to claim 1 or 2, characterized characterized in that it is designed as an AC synchronous machine.

4. Frequenzvervierfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als Klauenpol-Synchronmaschine ausgebildet ist.4. frequency quadruple according to claim 1 or 2, characterized characterized in that it is designed as a claw pole synchronous machine.

5. Frequenzvervierfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stator (1) und Rotor (4) mit Ausnahme des Luftspaltes voneinander magnetisch isoliert sind.5. frequency quadruple according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the stator (1) and rotor (4), with the exception of the air gap, are magnetic from one another are isolated.

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