EP0092549A1 - Parametrische elektrische maschine - Google Patents

Parametrische elektrische maschine

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EP0092549A1
EP0092549A1 EP82901826A EP82901826A EP0092549A1 EP 0092549 A1 EP0092549 A1 EP 0092549A1 EP 82901826 A EP82901826 A EP 82901826A EP 82901826 A EP82901826 A EP 82901826A EP 0092549 A1 EP0092549 A1 EP 0092549A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
capacitor
parametric
induction coil
resonant circuit
machine according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP82901826A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ferdinand Cap
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Vereinigung Osterreichischer Industrieller Landesgruppe Tirol
Original Assignee
Vereinigung Osterreichischer Industrieller Landesgruppe Tirol
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Publication date
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Publication of EP0092549A1 publication Critical patent/EP0092549A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/06—Influence generators
    • H02N1/08—Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines

Definitions

  • the invention relates to a parametric electrical machine, consisting of at least one capacitor with time-variable capacitance in series with an inductor comprising at least one induction coil and an ohmic resistor.
  • a parametric generator can be expected to have some advantages over conventional generators based on the induction principle do not work with permanent magnets (e.g. bicycle dynamo) - the necessary magnetic field is generated by excitation coils, in the windings of which Joule'sehe losses naturally occur which are so great that direct water cooling is necessary from a certain generator output. However, considerable heat losses can also occur in the rotor windings.
  • the parametric generator is largely free of heat loss. Furthermore, relatively high voltages (in the kV range) can be generated directly with a parametric generator. Other advantages are the simple design and the low weight of a parametric generator.
  • ⁇ C (C max - C min ) / 2.
  • R o is the (initially) constant ohmic resistance of the Inductance and Q (t) is the charge on the capacitor.
  • the differential equation (I) is a damped one
  • R o , L o , C o and ⁇ C result in a stable periodic oscillation, which does not change with time, however, after a sine function but after a math function.
  • Hardly any supply network will be interested in electrical voltages that, according to Mathieu functions, function as a function of time.
  • the invention is based on the object of providing a parametric electrical machine with which it is possible to generate stable sinusoidal alternating currents (generator) without the need for external excitation and which can also be used to convert electrical energy into mechanical energy (motor), and by connecting to a power supply network that supplies a sinusoidal alternating current.
  • C o the (total) basic capacitance of the capacitor (or capacitors)
  • ⁇ C the mechanical change in the (total) capacitance of the capacitor (or capacitors)
  • L o the (total) inductance of the induction coil ( n) and R o are the (total) ohmic resistance of the induction coil (s) including any additional purely ohmic resistors in the no-load state, and that at least one parameter element (L, R, C) of the resonant circuit is one. Function of the current I flowing in the resonant circuit is.
  • C o and ⁇ C relate to the highest value of the (total) capacitance C max and to the lowest value of the (total) capacitance C min of the capacitor (s) in the following relationship:
  • the "capacitance" of the resonant circuit consists of a single capacitor with variable capacitance and the “inductance” consists of a single induction coil with a core made of ferromagnetic material.
  • the "capacity” can, however, also from parallel or. Series connections of several capacitors (at least one of which is a variable over time
  • the "inductor” consist of several induction coils connected in parallel or in series (at least one of which has a stationary core made of ferromagnetic material).
  • the invention is based on the knowledge that it is possible to convert the differential equation (I) into an oscillation equation which has sine functions as solutions, namely when the oscillation equation is given a non-linear term.
  • the differential equation (II) has a stable sinusoidal solution (after a few periodic non-sinusoidal settling processes), provided that the threshold condition according to the invention applies
  • the threshold condition contains the values C o , R o , L o , i.e. the parameter elements of the load-free oscillating circuit, it is considered an inequality even in the loaded state.
  • compliance with the threshold condition means that at least as much mechanical energy is supplied to the generator as there are losses in the ohmic resistors.
  • compliance with the threshold condition guarantees that the electrical energy supplied is equal to the losses in the ohmic resistances.
  • the feature according to the invention according to which at least one parameter element (L, R, C) is a function of the current flowing in the resonant circuit (which leads to non-linearity of the oscillation equation and to sinusoidal solutions) means that an induction coil and / or a resistor is present in the resonant circuit of the machine and / or there must be a capacitor whose inductance or resistance or capacitance changes depending on the current strength.
  • At least one induction coil of the inductance of the resonant circuit contains a stationary core made of magnetic material.
  • a low-loss ferro-magnetic material for the core of the induction coil, the hysteresis loop of which therefore includes the smallest possible area.
  • the Hysteresis curve should be as steep as possible, so that the dependency is very large.
  • Another technical possibility of non-linearization of the vibration equation is e.g. in a circuit of a thermal resistor in series with the inductance of the resonant circuit, i.e. a resistor that changes depending on the current (and temperature), or in the use of a capacitor, the capacitance, e.g. due to its special properties, its dielectric depends on the current flowing through it.
  • Fig. 2 shows in section an embodiment of a capacitor with time-varying capacitance and an induction coil with an iron core connected in series.
  • FIG. 3 shows a rotor plate in view and FIG. 4 shows a stator plate of the capacitor according to FIG. 2.
  • FIGS. 5 and 6 show further circuit diagrams of the parametric generator according to the invention.
  • the parametric generator consists of a capacitor 1 with a periodically changing capacitance and an induction coil 2 with a core 3 made of ferromagnetic material. 4 with a consumer is designated, which in this case is connected in parallel to the induction coil 2.
  • the capacitor 1 consists, as can be seen in FIG. 2, of stator plates 5 and rotor plates 6.
  • the rotor plates 6 sit in an electrically conductive connection on the shaft 7, which is driven by a symbolically represented mechanical drive 8, e.g. an engine or a turbine.
  • the stator plates 5 are held by electrically conductive rods 9.
  • the stator plates 5 and rotor plates 6 are constructed essentially the same and consist, as can be seen from FIGS. 3 (rotor plate) and 4 (stator plate), alternately from sectors 10 made of electrically conductive material, e.g. Copper, and sectors 11 of electrically insulating material, e.g. Plastic. Due to the rotation of the rotor plates 6, the capacitance C of the capacitor changes periodically with time.
  • the induction coil 2 connected in series with the capacitor 1 consists of the coil winding 12 and the iron core 3, which in the present case is an EI core, made up of technical dynamo sheets IV of 0.35 mm Thickness and a loss figure (V 10 ) of 1.3 W / kg.
  • the consumer, not shown, is connected, for example, to the terminals 13 of the induction coil 2.
  • the parametric generator Since the temporal periodicity of the capacitance of the capacitor 1 must correspond to the frequency of the resonant circuit in the sense of the "resonance condition", it is expedient if the parametric generator has setting options in this regard.
  • the length of the period of the time change of the capacitance 'of the capacitor 1 depends on the speed of the motor or the turbine, and in the case of the exemplary embodiment shown. - From the number of sectors 10, 11 of the rotor plates 6 or 5 stator plates. To meet the resonance conditions, one can e.g. the speed of the drive 8, for example with the help of a continuously variable transmission, vary.
  • the electromagnetic variables of the resonant circuit can also be designed to be adjustable, for example the inductance of the induction coil 2 by adjusting the air gap between the yoke (I-piece) 3 'and the
  • E-piece of the iron core 3 or change the total capacity by connecting an additional small variable capacity in series.
  • the coil winding 12 of the inductance of the resonant circuit forming the primary winding of the transformer and the iron core 3 of the inductance of the resonant circuit is designed so that it magnetically couples the primary winding 12 and secondary winding 14.
  • the entire coil winding 12 of the inductance of the resonant circuit does not necessarily have to be the primary winding of the transformer at the same time part of the induction coils form the primary winding of the transformer.
  • the time-periodically changing capacitance can also be solved in a technically different manner than in the exemplary embodiment described, for example by forming the dielectric of the capacitor as a gearwheel and the like, driven by a motor, a water turbine or the like. can rotate between the capacitor plates.
  • a cylindrical capacitor which consists of two mutually rotatable, alternately divided into sections of conductive and dielectric material, coaxially pushed cylindrical rollers.
  • the capacitor shown in the drawings can (according to general thermodynamic principles) also be used as a motor if one applies an alternating voltage to the terminals 13 in FIG. 2 and gives the rotor plates 6 of the capacitor 1 or the capacitor shaft 7 an initial torque in order to "Resonance condition" to meet. This then results in positive and negative charging of the sectors 10 and in electrostatic repulsive forces or torques.

Description

Parametrische elektrische Maschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine parametrische elektrische Maschine, bestehend aus wenigstens einem Kondensator mit zeitlich veränderlicher Kapazität in Serie mit einer mindestens eine Induktionsspule umfassenden Induktivität und einem Ohm'schen Widerstand.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Es wurde bereits vorgeschlagen, mechanische Energie in elektrische durch periodische Änderung der elektrischen Größen eines Schwingkreises umzuformen. Bei einem solchen "parametrischen Generator" wird z.B. in einem aus einem Kondensator und einer Induktionsspule bestehenden Serienschwingkreis die Kapazität zeitlich periodisch geändert. Wird die Kapazität eines Kondensators verkleinert, so muß, da die Ladung des Kondensators auf engeren Raum, d.h. auf eine kleinere Kapazität zusammengedrängt wird, Arbeit geleistet werden. Energiequelle ist hierbei jener Mechanismus, der die Kapazität verkleinert. Wird die Kapazität vergrößert, so ist es nicht notwendig, dem System Energie zuzuführen, da die gleichnamigen Ladungen sich von selbst einander abstoßen und auf der vergrößerten Kapazität von selbst einen größeren Raum einnehmen. Es findet daher bei periodischer Verkleinerung und Vergrößerung der Kapazität immer nur einer Energiefluß vom Antriebsmechanismus in den Schwingungskreisstatt (Verwandlung mechanischer in elektromagnetische Energie).
Von einem parametrischen Generator sind einige Vorteile gegenüber herkömmlichen, auf dem Induktionsprinzip beruhenden Generatoren zu erwarten, bei denen - soweit sie nicht mit Permanentmagneten arbeiten (z.B. Fahrraddynamo) - das notwendige Magnetfeld durch Erregerspulen erzeugt wird, in deren Wicklungen naturgemäß Joule'sehe Verluste auftreten, die so groß sind, daß ab einer gewissen Generatorleistung eine direkte Wasserkühlung notwendig wird. Aber auch in den Läuferwicklungen können erhebliche Wärmeverluste entstehen. Der parametrische Generator hingegen ist weitgehend frei von Wärmeverlusten. Ferner können mit einem parametrischen Generator unmittelbar relativ hohe Spannungen (im kV-Bereich) erzeugt werden. Weitere Vorteile sind die einfache Bauartund das geringe Gewicht eines parametrischen Generators.
Die bisherigen Versuche, einen parametrischen Generator zu bauen, schlugen jedoch fehl. Einerseits gelang es nicht, einen von wechselnden Belastungen durch die Verbraucher unabhängigen stabilen periodischen Wechselstrom zu erzeugen; vielmehr kam es entweder zu exponentiell anwachsenden Stromstärken und damit zum Durchbrennen der Induktionsspulen oder zur raschen Dämpfung der WechselStromschwingung. Anderseits gelang es auch nicht, mit einem parametrischen Generator sinusoidale Wechselstromschwingungen zu erzeugen. Der Grund hiefür ergibt sich aus der Betrachtung der Differentialgleichung für den parametrischen Schwingkreis, welche bei zeitlich periodischer Kapazität wie folgt lautet
Hier bedeuten Lo die (zunächst) als konstant angenommene Induktivität, Co den Mittelwert der Gesamtkapazität definiert durch Co=(Cmax+ Cmin)/2, wobei Cmax den größten und Cmm. den kleinsten Wert der Kappazität bedeuten. Die
Kapazitätsänderung wird mitΔC = (Cmax- Cmin)/2 bezeichnet.
Ro ist der (zunächst) konstante Ohm'sehe Widerstand der Induktivität und Q(t) ist die Ladung am Kondensator.
Die Differentialgleichung (I) ist eine gedämpfte
Mathieu'sche Differentialgleichung, die im allgemeinen instabile Lösungen besitzt, d.h. Spannung, Ladung und Strom gehen entweder exponential gegen unendlich oder gegen Null. Nur für ganz bestimmte Werte der Parameter
Ro, Lo, Co und ΔC kommt es zu einer stabilen periodischen Schwingung, die sich aber nicht nach einer Sinusfunktion sondern nach einer Mathieufunktion mit der Zeit verändert. Kaum ein Versorgungsnetz wird aber an elektrischen Spannungen, die sich nach Mathieu funktionen als Funktion der Zeit verhalten, interessiert sein.
Zur Behebung dieses Mangels wurde vorgeschlagen (DE-PS 633 254), einen parametrischen Schwingkreis mit variabler Kapazität oder Induktivität durch Einspeisen einer sinusoidalen Wechselspannung dazu zu zwingen, diese Fremderregung durch parametrische Effekte zu verstärken ("power amplifier").
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung hingegen liegt die Aufgabe zugrunde, eine parametrische elektrische Maschine zu schaffen, mit der es ohne notwendige Fremderregung möglich ist, stabile sinusoidale Wechselströme zu erzeugen (Generator) und die auch zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie (Motor) verwendbar ist, und zwar durch Anschluß an ein Stromversorgungsnetz, welches einen sinusförmigen Wechselstrom liefert.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Schwingkreis, der Maschine die Bedingung
gilt, wobei Co die (Gesamt-) Grundkapazität des Kondensators (bzw. der Kondensatoren), ΔC die mechanische Änderung der (Gesamt-) Kapazität des Kondensators (bzw. der Kondensatoren), Lo die (Gesamt-) Induktivität der Induktionsspule (n) und Ro der (gesamte) Ohm'sehe Widerstand der Induktionsspule (n) einschließlich allfälliger zusätzlicher rein Ohm'scher Widerstände im belastungsfreien Zustand sind, und daß zumindest ein Parameterglied (L, R, C ) des Schwingkreises eine. Funktion des im Schwingkreis fließenden Stromes I ist.
Co und Δ C stehen - wie oben bei Gleichung (I) - zum höchsten Wert der (Gesamt-) Kapazität Cmax und zum niedrigsten Wert der (Gesamt-) Kapazität Cmin des Kondensators (der Kondensatoren) in folgender Beziehung:
Im einfachsten Fall besteht die "Kapazität" des Schwingkreises aus einem einzigen Kondensator mit veränderlicher Kapazität und die "Induktivität" aus einer einzigen Induktionsspule mit einem Kern aus ferromagnetischem Material. Die "Kapazität" kann jedoch auch aus Parallelbzw. Serienschaltungen von mehreren Kondensatoren (von denen wenigstens einer eine zeitlich veränderliche
Kapazität aufweist) und die "Induktivität" aus mehreren parallel oder in Serie geschalteten Induktionsspulen (von denen wenigstens eine einen ruhenden Kern aus ferromagnetischem Material besitzt) bestehen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es möglich ist, die Differentialgleichung (I) in eine Schwingungsgleichung überzuführen, die Sinusfunktionen als Lösungen besitzt, nämlich dann, wenn die Schwingungs gleichung ein nichtlineares Glied erhält. Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, daß sich ein solches nichtlineares Glied der Schwingungsgleichung technisch dadurch realisieren läßt, daß zumindest ein Parameterglied (L, R, C ) des Schwingkreises eine Funktion des im Schwingkreis fließenden Stromes I = Q' = ist. Nimmt man beispielsweise an, daß die Induktivität dem folgenden Gesetz gehorcht
L = Lo(1 + g(Q'))
so ergibt sich für den parametrischen Schwingkreis die folgende homogene nichtlineare Differentialgleichung
Bei geeigneter und auch technisch realisierbarer Wahl von g(Q') hat die Differentialgleichung (II) eine stabile sinusoidale Lösung (nach einigen periodischen nichtsinusförmigen Einschwingvorgängen), vorausgesetzt, es gilt die erfindungsgemäße Schwellenbedingung
sowie eine der möglichen Resonanzbedingungen. Eine davon lautet: Obgleich die Schwellenbedingung die Werte Co,Ro,Lo, also der Parameterglieder des belastungsfreien Schwingkreises enthält, gilt sie als Ungleichung auch im belasteten Zustand.
Beim Generator bedeutet die Einhaltung der Schwellenbedingung, daß dem Generator zumindest soviel an mechanischer Energie zugeführt wird, als in den Ohm'schen Widerständen Verluste auftreten. Beim Motor garantiert die Einhaltung der Schwellenbedingung, daß die zugeführte elektrische Energie gleich groß ist den Verlusten in den Ohm'schen Widerständen.
Das erfindungsgemäße Merkmal, wonach zumindest ein Parameterglied (L,R,C) eine Funktion des im Schwingkreis fließenden Stromes ist (wodurch es zur Nichtlinearität der Schwingungsgleichung und zu sinusoidalen Lösungen kommt) bedeutet, daß im Schwingkreis der Maschine eine Induktionsspule und/oder ein Widerstand und/oder ein Kondensator vorhanden sein muß, dessen Induktivität bzw. Widerstand bzw. Kapazität sich in Abhängigkeit von der Stromstärke ändert. Dazu gibt es verschiedene technische Ausführungsmöglichkeiten.
Eine erfindungsgemäße Möglichkeit besteht darin, daß wenigstens eine Induktionsspule der Induktivität des Schwingkreises einen ruhenden Kern aus magnetischem Material enthält. Um die durch den Kern aus ferro magnetischem Material bedingten "Eisenverluste" möglichst gering zu halten, ist es zweckmäßig, für den Kern der Induktionsspule ein verlustarmes Ferro magneticum zu verwenden, dessen Hysteresisschleife also eine möglichst kleine Fläche einschließt. Die
Eisenverluste sollen zweckmäßig in der Größenordnung von 1 bis 3 W/kg (Verlustziffer V10 bei 50 Hz und 1 T = 10 kG Maximalreduktion) liegen. Außerdem soll die Hysteresiskurve möglichst steil sein, sodaß die Abhängigkeit sehr groß ist.
Eine andere technische Möglichkeit der Nichtlinearisierung der Schwingungsgleichung besteht z.B. in der Ein Schaltung eines Thermowiderstandes in Serie zur Induktivität des Schwingkreises, also eines Widerstandes, der sich in Abhängigkeit von der Stromstärke (und Temperatur) ändert, oder in der Verwendung eines Kondensators, dessen Kapazität, z.B. infolge der besonderen Eigenschaften sei nes Dielektrikums, von der ihn durchfließenden Stromstärke abhängt.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Merkmale gelingt es, einen echten parametrischen Generator zu schaffen, der selbst bei starken stochastisch veränderlichen Werten für den Ohm'schen Widerstand, die Induktivität und die Kapazität der an den Generator angeschlossenen Verbraucher einen frequenz- und amplitudenstabilen, sinusförmigen Wechselstrom liefert, im Gegensatz zu den üblichen frequenzempfindlichen Wechselstromgeneratoren.
Ferner ist es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Merkmale möglich, einen parametrischen Motor zu schafffen, der aus einem normalen Wechselstromnetz gespeist werden kann und der sich auch durch leichte Bauweise sowie (je nach Wahl der Paramter) durch die Möglichkeit der Erzeugung hoher Drehzahlen und des direkten Anschlusses an hohe Spannungen (im kV-Bereich) auszeichnet.
Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen parametrischen Generators,
Fig. 2 zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines Kondensators mit zeitlich veränderlicher Kapazität und einer dazu in Serie geschalteten Induktionsspule mit Eisenkern.
Fig. 3 zeigt in Ansicht eine Rotorplatte und Fig. 4 eine Statorplatte des Kondensators nach Fig. 2. Fig. 5 und Fig. 6 zeigen weitere Schaltbilder des erfindungsgemäßen parametrischen Generators.
Beschreibung von bevorzugten Ausfühirungs beispielen
Gemäß Fig. 1 besteht der parametrische Generator aus einem Kondensator 1 mit zeitlich periodisch veränderlicher Kapazität und einer Induktionsspule 2 mit einem Kern 3 aus ferromagnetischem Material. Mit 4 ist ein Verbraucher bezeichnet, der in diesem Falle zur Induktionsspule 2 parallel geschaltet ist.
Der Kondensator 1 besteht, wie aus Fig. 2 ersichtlich, aus Statorplatten 5 und Rotorplatten 6. Die Rotorplatten 6 sitzen in elektrisch leitender Verbindung auf der Welle 7,die von einem symbolisch dargestellten mechanischen Antrieb 8, z.B. einem Motor oder einer Turbine, angetrieben wird. Die Statorplatten 5 werden von elektrisch leitenden Stangen 9 gehalten. Die Statorplatten 5 und Rotorplatten 6 sind im wesentlichen gleich aufgebaut und bestehen, wie aus Fig. 3 (Rotorplatte) und 4 (Statorplatte) ersichtlich, abwechselnd aus Sektoren 10 aus elektrisch leitendem Material, z.B. Kupfer, und Sektoren 11 aus elektrisch isolierendem Material, z.B. Kunststoff. Durch die Drehung der Rotorplatten 6 ändert sich die Kapazität C des Kondensators periodisch mit der Zeit.
Die mit dem Kondensator 1 in Serie geschaltete Induktionsspule 2 besteht aus der Spulenwicklung 12 und dem Eisenkern 3, der im vorliegenden Fall ein E-I-Kern ist, aufgebaut aus technischen Dynamoblechen IV von 0,35 mm Dicke und einer Verlustziffer (V10) von 1,3 W/kg. Der nicht dargestellte Verbraucher wird z.B. an den Klemmen 13 der Induktionsspule 2 angeschlossen.
Da die zeitliche Periodizität der Kapazität des Kondensators 1 der Frequenz des Schwingkreises im Sinne der "Resonanzbedingung" entsprechen muß, ist es zweckmäßig, wenn der parametrische Generator diesbezügliche Einstellmöglichkeiten aufweist. Die Länge der Periode der zeitlichen Veränderung der Kapazität 'des Kondensators 1 hängt von der Drehzahl des Motors bzw. der Turbine, sowie im Falle des dargestellten Ausführungsbeispielr. - von der Anzahl der Sektoren 10,11 der Rotorplatten 6 bzw. Statorplatten 5 ab. Um die Resonanzbedingungen zu erfüllen, kann man daher z.B. die Drehzahl des Antriebes 8, beispielsweise mit Hilfe, eines stufenlos verstellbaren Getriebes, variieren. Statt dessen kann man auch die elektromagnetischen Größen des Schwingkreises einstellbar ausbilden, etwa die Induktivität der Induktionsspule 2 durch Einstellung des Luftspaltes zwischen Joch (I-Stück) 3' und dem
E-Stück des Eisenkernes 3, oder durch Serienschaltung einer zusätzlichen kleinen variablen Kapazität die Gesamtkapazität verändern.
Mit einem erfindungsgernäßen parametrischen Generator mit Lo = 80 H, Co = 2,13.10"9F,ΔC = 0,22 Co, Ro = 10 kΩ sowie einem Eisenkern aus Dynamoblech IV von 0,35 mm Dicke und einem Eisenverlust (V10) von 1,3 W/kg konnte., eine stabile Wechselspannung von 1050 V bei einer Frequenz von 300 Hz erreicht werden. Für niedrigere Frequenzen und höhere Spannungen sind die Drehzahl des Kondensators und/oder die Parameter Lo, Co, ΔC entsprechend zu variieren. Gemäß Schaltbild nach Fig. 1 ist der Verbraucher 4 parallel zur Induktionsspule 2 angeschlossen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit - wie aus Fig. 5 ersichtlich - den Verbraucher 4' mit dem Konden- sator 1 und der Induktionsspule 2 in Serie zu schalten. In der Praxis wird es aber gemäß Fig. 2 am günstigsten sein, den Verbraucher 4" über einen Transformator an den Schwingkreis des parametrischen Generators anzuschließen, wobei die Spulenwicklung 12 der Induktivität des Schwingkreises die Primärwicklung des Transformators bildet und der Eisenkern 3 der Induktivität des Schwingkreises so ausgebildet ist, daß er die Primärwicklung 12 und Sekundärwicklung 14 magnetisch miteinander koppelt. Es muß nicht unbedingt die gesamte Spulenwicklung 12 der Induktivität des Schwingkreises gleichzeitig auch Primärwicklung des Transformators sein. Z.B. kann auch - wenn die Induktivität des Schwingkreises aus mehreren Induktionsspulen besteht - bloß ein Teil der Induktionsspulen die Primärwicklung des Transformators bilden.
Die zeitlich periodisch veränderliche Kapazität kann auch auf technisch andere Weise als im beschriebenen Ausführungsbeispiel gelöst werden, z.B. dadurch, daß man das Dielektrikum des Kondensators als Zahnrad ausbildet und dieses, angetrieben durch einen Motor, eine Wasserturbine od.dgl. zwischen den Kondensatorplatten drehen läßt. Weiters ist die Verwendung eines Zylinderkondensators möglich, der aus zwei gegeneinander rotierbaren, abwechselnd in Abschnitten aus leitendem und dielektrischem Material gegliederten, koaxial ineinandergeschobenen zylindrischen Walzen besteht. Der in den Zeichnungen dargestellte Kondensator läßt sich (nach allgemeinen thermodynamischen Prinzipien) auch als Motor verwenden, wenn man in Fig. 2 an die Klemmen 13 eine Wechselspannung anlegt und den Rotorplatten 6 des Kondensators 1 bzw. der Kondensatorwelle 7 ein Anfangsdrehmoment erteilt, um die "Resonanzbedingung" zu erfüllen. In der Folge kommt es dann zur positiven, und negativen Aufladung der Sektoren 10 und zu elektrostatischen Abstoßungskräften bzw. Drehmomenten.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Parametrische elektrische Maschine, bestehend aus wenigstens einem Kondensator mit zeitlich veränderlicher Kapazität in Serie mit einer mindestens eine Induktionsspule umfassenden Induktivität und einem Ohm'schen Widerstand,1 dadurch gekennzeichnet, daß im Schwingkreis der Maschine die Bedingung
gilt, wobei Co die (Gesamt-) Grαndkapazität des Kondensators (1) (bzw. der Kondensatoren),ΔC die mechanische Änderung der (Gesamt-) Kapazität des Kondensators. (1) (bzw. der Kondensatoren), Lo die (Gesamt-) Induktivität der Induktionsspule (n) (2)' und Ro der (gesamte) Ohm'sehe Widerstand der In duktionsspule (n) einschließlich allfälliger zusätzlicher rein Ohm'scher Widerstände im belastungsfreien Zustand sind, und daß zumindest ein Parameterglied (L, R, C) des Schwingkreises eine Funktion des im Schwingkreis fließenden Stromes I ist.
2. Parametrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Induktionsspule (2) der Induktivität einen ruhenden Kern (3) aus einem ferromagnetischen Material enthält.
3. Parametrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kern (3) der Induktionsspule (2) aus einem Verlustarmen ferromagnetischen Material besteht.
4. Parametrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kern (3) der Induktionsspule (2) eine
Verlύstziffer (V1o) von etwa 1 bis 3 W/kg aufweist.
5. Parametrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) der Induktionsspule (2) aus einem Paket Dynamoblechen IV von 0,35 mm Dicke besteht.
6. Parametrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (1) mit zeitlich veränder licher Kapazität aus gegeneinander rotierbaren, abwechselnd in Sektoren (10,11) aus leitendem und dielektrischem Material gegliederten achsnormalen Scheiben (5,6) besteht.
7. Parametrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator mit zeitlich veränder licher Kapazität aus gegeneinander rotierbaren, abwechselnd in Abschnitte aus leitendem und dielektrischem Material gegliederten koaxial ineinander geschobenen zylindrischen Walzen besteht.
8. Parametrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (4") über einen Transformator an den Schwingkreis angeschlossen ist, wobei die Primärwicklung des Transformators und die Spulenwicklung(en) (12) der Induktivität (2) des Schwingkreises mindestens teilweise identisch sind.
EP82901826A 1981-10-29 1982-06-07 Parametrische elektrische maschine Withdrawn EP0092549A1 (de)

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AT460381 1981-10-29

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