[0001] Die Erfindung betrifft einen elektrischen Generator, der mit variabler magnetischer
Sättigung betrieben wird und besteht aus zwei magnetischen Kernen. An dem ersten magnetischen
Kern sind zwei Spulen aus kapazitiven Wicklungen so angeordnet, daß bei jeder halben
Periode des pulsierenden Stromes die magnetischen Pole gegeneinander mit der gleichen
Polarität wirken. Am ersten magnetischen Kern ist mindestens ein zweiter magnetischer
Kern durch einen Luftspalt senkrecht befestigt, an dem eine Induktionsspule und eine
Erregerspule gewickelt sind. Die Erregerspule wird mit Magnetisierungsstrom bestromt
und somit ist ein magnetischer Kreis in dem magnetischen Kern geschlossen. In der
Induktionsspule wird Spannung induziert. Das geschieht, wenn das Erregerfeld zeitlich
mit der Sättigung variiert. Schwankungen der Flußdichte in dem ersten magnetischen
Kern sind der Frequenz des Stromes in der kapazitiven Wicklung proportional.
[0002] Im Stand der Technik ist nicht bekannt, daß ein elektrischer Generator mit variabler
magnetischer Sättigung betrieben wird. In einem weit entfernten Fachgebiet ist bekannt,
daß die magnetische Sättigung in einer Steuerdrossel, oder auch Sättigungsdrossel
genannt, angewendet wird. In diesem Anwendungsbereich hat die Steuerdrossel keine
Merkmale, die mit den erfindungsgemäßen Merkmalen vergleichbar sind.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Hochleistungsgenerator
zu schaffen, der ohne Luftspalt im magnetischen Kreis und mit einem enorm großen Wirkungsgrad
bei hoher Frequenz betrieben wird.
[0004] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch kennzeichnende Merkmale
des ersten Anspruchs. Erfindungsgemäß wird ein elektrischer Generator geschaffen,
bei dem mindestens in einem geschlossenen magnetischen Kreis durch variable magnetische
Sättigung und in einer Induktionsspule gemäß dem Induktionsgesetz elektrischer Strom
induziert wird.
[0005] Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die wichtigste Einheit die kapazitive Wicklung,
die an dem ersten Magnetkern gewickelt ist. Die genannte kapazitive Wicklung ist in
der
DE-OS 10 2008 032 666 A1 sowie in der
WO 2010/003394 A2 ausführlich beschrieben.
[0006] Mindestens zwei Spulen von dieser kapazitiven Wicklung sind im elektrischen Kreis
so angeschlossen, daß in jeder halben Periode des oszillierenden Stromes deren magnetisches
Feld mit gleichartigen Polen gegeneinander orientiert ist. Gerade dieser Schaltkreis
ist die wichtigste Neuheit der vorliegenden Erfindung. Bei einem solchen Schaltkreis
fließt durch die kapazitive Wicklung nur Blindstrom, dessen höchster Wert mit Gleichung
[1] definiert ist

wo
U = Spannung an den Kondensatoren 4, 5, 6, 7
Π = Ludolfsche Zahl
f = Frequenz der Spannung
c = Gesamtkapazität von Kondensator 4,5 oder 6, 7
[0007] Trotz eines solchen Schaltkreises und Orientierung des magnetischen Flusses findet
kein Kurzschlußstrom in beiden kapazitiven Wicklungen statt. Mittels der kapazitiven
Wicklung und der Kapazität der Kondensatoren erreicht man beliebig hohen elektrischen
Strom, mit dem die magnetische Sättigung bestimmt wird. Die mit der kapazitiven Wicklung
gefertigten Spulen können mit hoher Windungszahl gewickelt werden und trotzdem ist
deren Selbstinduktion fast Null.
[0008] In der kapazitiven Wicklung wird keine Wärme erzeugt.
[0009] Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen näher erläutert.
[0010] Es zeigt
- Fig. 1
- einen erfindungsgemäßen Ringbandkern mit kapazitiver Wicklung, die an einer oszillierenden
Stromquelle angeschlossen ist und am zweiten Ringbandkern eine Erregerspule und eine
Induktionsspule.
- Fig. 2
- eine dreidimensionale Struktur im Teil von zwei zueinander senkrecht befestigten magnetischen
Kernen.
- Fig. 3
- einen Ringbandkern mit zwei kapazitiven Wicklungen, die an einer oszillierenden Stromquelle
angeschlossen sind und eine Erregerspule, die an einer Gleichstromquelle angeschlossen
ist und eine Induktionsspule.
[0011] Gemäß der Erfindung sind mehrere Bauarten des elektrischen Generators technisch machbar
und alle haben wirtschaftliche Bedeutung.
[0012] Der neuartige elektrische Generator ist in der ersten Bauform in Fig. 1 veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt zwei magnetische Kerne aus weichem magnetischen Material, die als Ringbandkerne
dargestellt sind. An dem ersten magnetischen Kern 1 sind zwei kapazitive Wicklungen
2, 3 gewickelt und deren Kondensatoren 4, 5 und 6,7 sind gemäß
WO 2010/003394 A2 mit einem Doppelleiter verbunden. Kapazitive Wicklung 2 ist durch Anschlüsse 8 und
9 an Hauptleitung 10, 11 angeschlossen. Von Wechselstromgenerator 12 wird die kapazitive
Wicklung 2 bestromt. Kapazitive Wicklung 3 ist durch Anschlüsse 13, 14 an Hauptleitung
10, 11 angeschlossen. Die kapazitive Wicklung 2 ist parallel oder in Serie mit der
kapazitiven Wicklung 3 so verbunden, daß deren resultierenden magnetischen Felder
immer mit der gleichen magnetischen Polarität gegeneinander wirken. Ferner ist in
Fig. 1 ein zweiter Magnetkern 15 veranschaulicht, an dem eine Erregerspule 16 und
eine Induktionsspule 17 gewickelt sind. Die Erregerspule 16 wird von Gleichstromquelle
18 bestromt, wodurch im Magnetkern 15 ein Erregerfeld erzeugt wird.
[0013] Im magnetischen Kern 15 ist ein Luftspalt 19 ausgearbeitet, durch den die zwei magnetischen
Kerne 1 und 15 mechanisch zusammen verbunden sind.
[0014] Fig. 1 zeigt ein zweidimensionales Bild. Die zwei magnetischen Kerne 1 und 15 sind
in Realität dreidimensional konstruiert und deshalb ist der magnetische Kern 15 um
90° nach vorne gedreht und durch den Luftspalt 19 auf den magnetischen Kern geschoben.
Die graphische Darstellung 20 zeigt die waagerechte Position des magnetischen Kerns
15.
[0015] Fig. 2 veranschaulicht dreidimensional, daß die zwei magnetischen Kerne 1, 15 durch
den Luftspalt miteinander senkrecht verbunden sind. Um jegliche Wirbelströme zu verhindern,
sind die Bänder 21 im magnetischen Kern 1 und im magnetischen Kern 15 planparallel
angeordnet, was in Fig. 2 veranschaulicht ist.
[0016] Der elektrische Generator gemäß der Erfindung wird mittels variabler magnetischer
Sättigung im magnetischen Kern 1 betrieben. Fig. 2 zeigt, daß im Bereich 22, wo sich
die magnetischen Kerne 1 und 15 kreuzen, die größte magnetische Sättigung stattfindet.
Im Bereich 22 hat die Permeabilitätszahl des ferromagnetischen Kerns 1 keinen konstanten
Wert, sondern die Permeabilitätszahl ist eine Funktion der magnetischen Feldstärke.
Stellt man die Feldstärke H und die magnetische Induktion B zusammen, dann erhält
man eine für jeden magnetischen Stoff charakteristische Magnetisierungskurve. Aus
diesem Grunde wird der magnetische Stoff für den magnetischen Kern 1 und 15 so gewählt,
daß die Fluktuation der Permeabilität im Bereich 22 die größte Amplitude aufweist.
Während jeder Änderung der Permeabilität im Bereich 22 ändert sich auch die magnetische
Flußdichte, was verursacht, daß in Induktionsspule 17 in Fig. 1 elektrische Spannung
induziert wird. Der Flußdichteverlauf im Bereich 22, Fig. 2, ist der Stromfrequenz
in Wicklungen 2 und 3 direkt proportional. Die maximale Spannung an der Induktionsspule
17 ist dem Erregerfeld von Spule 16 proportional. Die Erregerspule 16 wird mit Gleichstrom
von Quelle 18 bestromt.
[0017] Man kann die Erregerspule 16 am magnetischen Kern 15 mit einem Permanentmagnet ersetzen,
wodurch der Wirkungsgrad des elektrischen Generator noch erhöht wird.
[0018] In Fig.1 ist der elektrische Generator mit einem magnetischen Kern 15 dargestellt.
Der elektrische Generator gemäß der Erfindung wird mit einer Mehrzahl von ähnlichen
magnetischen Kernen betrieben, wobei alle am magnetischen Kern 1 in ähnlicher Weise
befestigt sind.Dadurch wird die Leistungskapazität des elektrischen Generators vervielfacht.
[0019] Die zweite Bauform des elektrischen Generators gemäß der Erfindung ist in Fig. 3
veranschaulicht. Die zweite Bauform besteht nur aus einem magnetischen Kern 23 und
zwei kapazitiven Wicklungen 24, 25 sowie einer Erregerspule 26 und einer Induktionsspule
27. Der elektrische Schaltkreis für die kapazitiven Wicklungen 24, 25 in Fig. 3 ist
derselbe wie der elektrische Schaltkreis in Fig. 1 und deshalb sind die Symbole die
gleichen wie in Fig. 1. Fig. 3 veranschaulicht, daß die Erregerspule 26 an demselben
magnetischen Kern 23 angeordnet ist wie die kapazitiven Wicklungen 24, 25 und die
Induktionsspule 27.
[0020] Der elektrische Generator gemäß der zweiten Bauform wird mit sogenannten linearer
magnetischer Sättigung im magnetischen Kern 23 betrieben. Der magnetische Fluß von
Erregerspule 26 ist im magnetischen Kern 23 parallel mit dem magnetischen Fluß der
kapazitiven Wicklung 24, 25 geschlossen. Der magnetische Fluß der kapazitiven Wicklung
24, 25 oszilliert und damit oszilliert auch die Permeabilitätszahl im magnetischen
Kern 23. Mit dieser Oszillation schwingt der Verlauf der Flußdichte mit gleicher Frequenz.
[0021] Es gibt mehrere weitere Bauformen des elektrischen Generators gemäß der Erfindung.
Entsprechend der technischen und wirtschaftlichen Nutzung bestimmt man, welche Bauform
die günstigste ist. Der elektrische Generator für hohe Frequenzen besteht z.B. nur
aus einem offenen magnetischen Kern, an dem alle oben genannten Wicklungen angeordnet
sind.
[0022] Die Permeabilitätszahl von weichen magnetischen Materialien ist von der magnetischen
Flußdichte abhängig. Diese Abhängigkeit resultiert von der Kristallstruktur jener
Stoffe. Kommerziell gibt es ein großes Angebot von verschiedenen Stoffen, die für
die wirtschaftliche Nutzung des elektrischen Generators einsetzbar sind. Der hier
beschriebene elektrische Generator hat enormen wirtschaftlichen Wert mit globaler
Bedeutung.
Er ist überall einsetzbar, wo elektrische Energie verlangt wird. Ein enormer Vorteil
des elektrischen Generators gemäß der Erfindung ist, daß die erzeugte elektrische
Spannung in verlangter Höhe und in verlangter Frequenz direkt an der Arbeitsstelle
leicht einsetzbar ist. Ferner ist ein großer Vorteil des elektrischen Generators die
Kurzschlußsicherheit. Der elektrische Generator gemäß der Erfindung ist technisch
leicht herstellbar in jeder Größe von wenigen Watt bis Megawatt-Leistungen.
1. Elektrischer Generator, dadurch gekennzeichnet, daß zwei kapazitive Wicklungen (2, 3, 24, 25), die am magnetischen Kern (1, 23) gewickelt
sind und deren magnetisches Feld in jeder halben Periode des oszillierenden Stromes
mit der gleichen magnetischen Polarität (N, N) und
(S, S) gegeneinander orientiert ist und daß die magnetische Sättigung in dem magnetischen
Kern (1, 23) mit der Stromfrequenz simultan oszilliert und daß der magnetische Fluß
von Erregerspule (16, 26) in einem variablen Flußdichteverlauf durch die am magnetischen Kern (15, 23)
gewickelte Induktionsspule (17, 27) fließt und in der Induktionsspule elektrischer
Strom induziert wird.
2. Elektrischer Generator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei magnetische Kerne (1, 15) zueinander senkrecht verbunden sind und
an dem ersten magnetischen Kern (1) mindestens zwei kapazitive Wicklungen (2, 3) gewickelt
sind und an dem zweiten magnetischen Kern (15) mindestens eine Erregerspule (16) und
mindestens eine Induktionsspule (17) gewickelt ist.
3. Elektrischer Generator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß an einem magnetischen Kern (23) mindestens zwei kapazitive Wicklungen (24, 25) und
mindestens eine Erregerspule (26) und eine Induktionsspule (27) gewickelt sind.
4. Elektrischer Generator nach Anspruch 1, 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß am magnetischen Kern (15, 23) anstatt von Erregerspule (16, 26) mindestens ein Segment
eines Permanentmagneten eingesetzt ist.
5. Elektrischer Generator nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der magnetische Kern (1, 15, 23) für die hohe Arbeitsfrequenz sowie für die hohe
magnetische Sättigungsflußdichte und für die hohen Aussteuerungen aus entsprechend
der Kristallstruktur ausgewählten Weichferriten besteht.
6. Elektrischer Generator nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wellenform der induzierten Spannung durch die Kristallstruktur weicher magnetischer
Stoffe bestimmt wird.