Title:
Elektrisches Gerät mit hoher elektromagnetischer Verträglichkeit
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Um ein elektrisches Gerät (18) mit hoher elektromagnetischer Verträglichkeit umfassend ein erstes Aktivteil (22a), das einen ersten Kern (20a) und wenigstens eine erste Wicklungseinheit (21a) aufweist, die einen Schenkel des ersten Kerns (20a) umschließt, und ein zweites Aktivteil (22b), das einen zweiten Kern (20b) und wenigstens eine zweite Wicklungseinheit (21b) aufweist, die einen Schenkel des zweiten Kerns (20b) umschließt, wobei der erste Kern (20a) und der zweite Kern (20b) magnetisch entkoppelt sind, zu schaffen, das kostengünstig, leicht und kompakt ausgestaltet ist, wird vorgeschlagen, dass die Wicklungseinheiten (21a,21b) magnetisch antiparallel zueinander angeordnet sind, so dass ein äußeres Magnetfeld des elektrischen Gerätes (18) herabgesetzt ist. embedded image





Inventors:
Fröhner, Jörg (58285, Gevelsberg, DE)
Voss, Stephan (91077, Neunkirchen, DE)
Claus, Jonas (58300, Wetter, DE)
Application Number:
DE102017201880A
Publication Date:
08/09/2018
Filing Date:
02/07/2017
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
International Classes:
H01F27/00; B60L9/12; H01F27/34
Foreign References:
AT366203B
20150262751
Claims:
Elektrisches Gerät (18) mit hoher elektromagnetischer Verträglichkeit umfassend
- ein erstes Aktivteil (22a), das einen ersten Kern (20a) und wenigstens eine erste Wicklungseinheit (21a) aufweist, die einen Schenkel des ersten Kerns (20a) umschließt, und
- ein zweites Aktivteil (22b), das einen zweiten Kern (20b) und wenigstens eine zweite Wicklungseinheit (21b) aufweist, die einen Schenkel des zweiten Kerns (20b) umschließt, wobei der erste Kern (20a) und der zweite Kern (20b) magnetisch entkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungseinheiten (21a,21b) magnetisch antiparallel zueinander angeordnet, so dass ein äußeres Magnetfeld des elektrischen Gerätes (18) herabgesetzt ist.

Elektrisches Gerät (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kern (20) einen wicklungsfreien Rückführungsschenkel aufweist.

Elektrisches Gerät (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Aktivteil (21) einen Kern (20) mit zwei Schenkeln (261,262) aufweist, wobei jeder Schenkel (261,262) von einer Wicklungseinheit (211,212) umgeben ist, so dass ein Vierpol ausgebildet ist.

Elektrisches Gerät (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens vier Aktivteile (22a,22b,22c,22d) vorgesehen sind, wobei wenigstens zwei Aktivteile (22a,22b) in einer unteren Schicht in Längsrichtung der Schenkel (26) angeordnet sind, deren Wicklungseinheiten nebeneinander und magnetisch antiparallel angeordnet sind, wobei wenigstens zwei Aktivteile (22c,22d) in einer darüber liegenden oberen Schicht in Längsrichtung der Schenkel (26) nebeneinander angeordnet sind, deren Wicklungseinheiten (21) magnetisch antiparallel zueinander geschaltet sind, wobei jedes Aktivteil (22a,22b) der unteren Schicht einem magnetisch antiparallelem Aktivteil (22c,22d) der oberen Schicht zugewandt ist.

Elektrisches Gerät (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wicklungseinheit (21a) eine erste Unterspannungswicklung (12a) und eine erste Oberspannungswicklung (11a) aufweist, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, und die zweite Wicklungseinheit (21b) eine zweite Unterspannungswicklung (12b) und eine zweite Oberspannungswicklung (11b) aufweist, die konzentrisch zueinander angeordnet sind.

Elektrisches Gerät (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wicklungseinheit (21) feststoffisolierte Wicklung ist.

Elektrisches Gerät (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wicklungseinheit (21) in einem fluiddichten Gehäuse angeordnet ist, wobei sich der Kern (20) beidseitig aus dem Gehäuse heraus erstreckt.

Elektrisches Gerät (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Aktivteile (22) innerhalb eines gemeinsamen Kessels angeordnet sind.

Elektrisches Gerät (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kern (20) Halterungsmittel zum Befestigen des jeweiligen Aktivteils (22) an einem Schienenfahrzeug (2) aufweist.

Elektrisches Gerät (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Wicklungseinheit (21a,21b) parallel zueinander angeordnet und gegensinnig zueinander polarisiert sind.

Elektrisches Gerät (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Wicklungseinheit (21a,21b) parallel zueinander angeordnet sind und gegensinnige Wicklungsrichtungen aufweisen.

Elektrisches Gerät (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Aktivteil (22) eingangs und ausgangsseitig jeweils mit einem Umrichter (8, 14) verbunden ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit hoher elektromagnetischer Verträglichkeit umfassend ein erstes Aktivteil, das einen ersten Kern und wenigstens eine erste Wicklungseinheit aufweist, die einen Schenkel des ersten Kerns umschließt, und ein zweites Aktivteil, das einen zweiten Kern und wenigstens eine zweite Wicklungseinheit aufweist, die einen Schenkel des zweiten Kerns umschließt, wobei der erste Kern und der zweite Kern magnetisch entkoppelt sind.

Ein solches elektrisches Gerät ist dem Fachmann aus der Praxis bekannt. So weisen beispielsweise bestimmte schienengeführte Fahrzeuge einen elektrischen Antrieb auf, der modular aufgebaut ist. Die in Reihe geschalteten Module des Antriebs sind jeweils mit einem separaten und unabhängigen Transformator als elektrisches Gerät ausgerüstet. Jeder dieser Transformatoren verfügt über ein Aktivteil mit einem magnetisierbaren Kern. Der Kern bildet einen Schenkel aus, der sich durch eine Wicklungseinheit mit zwei Wicklungen erstreckt, wobei eine Wicklung als Oberspannung- und die andere Wicklung als Unterspannungswicklung dient.

Das oben genannte elektrische Gerät kann äußere elektromagnetische Felder erzeugen, die in anderen Betriebsmitteln, beispielsweise in streckenseitigen Bahnkomponenten, Störungen verursachen. Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des elektrischen Geräts ist daher eine zwingende Voraussetzung für seinen Einsatz in diesen Anwendungsbereichen. Insbesondere sei auf die EMV-Richtlinie 2014/30/EU verwiesen. Die dort festgeschriebenen Anforderungen müssen von einem elektrischen Gerät erfüllt werden, um für den Verkauf in diesem Bereich zugelassen zu werden.

Um die Überschreitung der vorgegebenen Grenzwerte zu vermeiden, sind elektrische Gerät daher mit hochpermeablen Schirmelementen, wie beispielsweise Kernblechpaketen oder leitfähigen Gehäuseteilen ausgerüstet, die als Wirbelstromschirm wirken und das elektrische Gerät nach außen hin abschirmen.

Einem solchen elektrischen Gerät haftet jedoch der Nachteil an, dass die Abschirmung kostenintensiv und raumgreifend ist. Darüber hinaus sorgen solche äußeren Gehäuseteile für ein zusätzliches Gewicht. Auch im Hinblick auf den begrenzten Bauraum bei Schienenfahrzeugen sind zusätzliche Komponenten unerwünscht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Gerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, das kostengünstig, leicht und kompakt ausgestaltet ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Wicklungseinheiten magnetisch antiparallel zueinander derart angeordnet sind, dass ein äußeres Magnetfeld des elektrischen Gerätes herabgesetzt ist.

Eine einzelne Wicklung kann als magnetischer Dipol verstanden werden, da ein Stromfluss durch die Wicklung ein Magnetfeld mit einer Orientierung von einem magnetischen Nord- zu einem magnetischen Südpol durch die Wicklungsanordnung erzeugt. Eine Wicklung ist im Sinne der Erfindung magnetisch antiparallel zu einer anderen Wicklung angeordnet, wenn deren magnetische Dipole antiparallel also entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Eine Wicklungseinheit im Sinne der Erfindung umfasst eine oder mehrere Wicklungen. Mehrere Wicklungseinheiten können somit als Anordnung mehrerer magnetischer Dipole verstanden werden (z.B. als Quadrupol, Hexapol, usw.). Eine Wicklungseinheit ist im Sinne der Erfindung magnetisch antiparallel zu einer anderen Wicklungseinheit angeordnet, wenn zu jeder Wicklung der einen Wicklungseinheit genau eine Wicklung der anderen Wicklungseinheit magnetisch antiparallel angeordnet ist.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Magnetfelder der Wicklungseinheiten des eingangs genannten elektrischen Geräts sich gegenseitig beeinflussen. Ordnet man die Wicklungseinheiten magnetisch antiparallel zueinander an, so wird das Magnetfeld außerhalb des elektrischen Gerätes reduziert, je kürzer alle Abstände zwischen Nord- und Südpol benachbarter, antiparalleler magnetischer Dipole sind. Der Passus „... magnetisch antiparallel...“, ist im Sinne der Erfindung so zu verstehen, dass die Wicklungseinheiten in Längsrichtung der Schenkel, die sie umgeben, parallel und mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind. Fasst man die bestromte Wicklung der Wicklungseinheit zusammen mit dem sich durch diese hindurch erstreckenden Schenkel als magnetischen Dipol auf, verlaufen die magnetischen Feldlinien von dem als Nordpol wirkende Ende einer Wicklungseinheit zu dem direkt neben dieser Wicklungseinheit liegenden Südpol der parallel geschalteten Wicklungseinheit. Das magnetische Feld verläuft mit anderen Worten verstärkt auf der Seite jeder Wicklungseinheit, die der jeweiligen anderen parallel angeordneten Wicklungseinheit zugewandt ist. Auf diese Weise wird das Magnetfeld an der anderen Seite und somit das äußere Magnetfeld der gesamten Anordnung herabgesetzt.

Das äußere Magnetfeld ist mit anderen Worten das Magnetfeld, das an der Seite einer Wicklungseinheit entsteht, die keiner anderen Wicklungseinheit, sei eines anderen Aktivteils oder des gleichen Aktivteils, zugewandt ist.

Im Sinne der Erfindung kann eine Wicklungseinheit eine oder mehrere Wicklungen aufweisen. Ist das Gerät beispielsweise eine Drossel, besteht jede Wicklungseinheit aus lediglich einer umfänglich geschlossenen Wicklung. Ist das elektrische Gerät beispielsweise ein Transformator, kann jede Wicklungseinheit zwei konzentrisch zueinander angeordnete Wicklungen aufweisen, die umfänglich geschlossen sind. Die genaue Anordnung der Aktivteile und somit der Wicklungseinheiten kann im Rahmen der Erfindung auf vielfältige Weise erfolgen. So ist die Anordnung beispielsweise davon abhängig, wie viele Wicklungen jede Wicklungseinheit aufweist. Darüber hinaus ist die Anordnung davon abhängig, ob jedes Aktivteil einen Schenkel mit einer Wicklungseinheit, also einen so genannten Zweipol ausbildet, oder ob jedes Aktivteil über einen Kern mit zwei Schenkeln verfügt, die jeweils von einer Wicklungseinheit umgeben sind.

Wesentlich im Rahmen der Erfindung ist jedoch, dass die Anordnung bewusst so gewählt ist, dass das äußere Magnetfeld, das also an der Seite der außenliegenden Wicklungseinheiten entsteht, die von einer anderen Wicklungseinheit abgewandt ist, durch die gegenseitige elektromagnetische Beeinflussung der Aktivteile herabgesetzt ist. Auf diese Art und Weise ist die elektromagnetische Verträglichkeit des elektrischen Geräts gesteigert, ohne dass zusätzliche Gehäuseteile zum Einsatz gebracht werden müssen.

Erfindungsgemäß sind die Kerne der Aktivteile entkoppelt. Die Kerne sind daher mit Abstand zueinander angeordnet und wenn überhaupt nur über Komponenten miteinander verbunden, deren Materialien einen im Vergleich zum Kernmaterial hohen magnetischen Widerstand aufweisen. Die Komponenten dienen beispielsweise zur Befestigung der Kerne.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts weist jeder Kern einen Rückführungsschenkel auf. Das so gebildete Aktivteil verfügt über lediglich einen Schenkel, der von einer Wicklungseinheit umgeben ist, so dass ein so genannter Zweipol bereitgestellt ist. Dabei erstreckt sich jeder Schenkel in einer Längsrichtung. Ein Schenkel, der Rückführungsschenkel, ist von keiner Wicklungseinheit umschlossen. Werden nun zwei so ausgeführte Aktivteile in dieser Längsrichtung nebeneinander gelegt, kommt es aufgrund der magnetisch antiparallelen Anordnung zu einer Herabsetzung an der Seite jeder Wicklungseinheit, die von der anderen Wicklungseinheit abgewandt ist.

Wie bereits ausgeführt wurde, kann jede Wicklungseinheit zwei konzentrisch zueinander angeordnete Wicklungen aufweisen, wobei eine dieser Wicklungen eingangsseitig erregt wird.

Bei einer hiervon abweichenden Ausführung der Erfindung verfügt jedes Aktivteil über einen Kern mit zwei Schenkeln, wobei jeder Schenkel von einer Wicklungseinheit umgeben ist, so dass ein Vierpol ausgebildet ist. Ein solcher Vierpol verfügt somit über zwei Wicklungseinheiten, die jeweils ein oder zwei Wicklungen aufweisen können, wobei die Wicklungen z.B. in Reihe geschaltet sind. Eine solche Ausgestaltung des Aktivteils hat sich für viele Anwendungen als vorteilhaft erwiesen.

Zweckmäßigerweise sind wenigstens vier Aktivteile vorgesehen, wobei wenigstens zwei Aktivteile in einer unteren Schicht in Längsrichtung der Schenkel nebeneinander angeordnet sind, deren Wicklungseinheiten magnetisch antiparallel zueinander angeordnet sind. Wenigstens zwei Aktivteile sind in einer darüber liegenden oberen Schicht in Längsrichtung der Schenkel nebeneinander angeordnet, deren Wicklungseinheiten magnetisch antiparallel zueinander angeordnet sind, wobei jedes Aktivteil der unteren Schicht einem magnetisch antiparallelen Aktivteil der oberen Schicht zugewandt ist. Sind beispielsweise vier Aktivteile vorgesehen, liegen somit zwei Aktivteile in der unteren Schicht und zwei Aktivteile in der oberen Schicht. Die Aktivteile, die in der gleichen Schicht in Längsrichtung nebeneinander liegen, sind mit ihren Wicklungseinheiten zueinander jeweils magnetisch antiparallel angeordnet. Mit anderen Worten verlaufen die Magnetfeldlinien von dem jeweiligen Nordpol zum parallel auf gleicher Höhe liegenden Südpol der zugewandten Wicklungseinheit des anderen Aktivteils der gleichen Schicht. Darüber hinaus ist jedes Aktivteil der unteren Schicht einem Aktivteil der oberen Schicht unmittelbar zugewandt oder mit anderen Worten benachbart, das ebenfalls Wicklungseinheiten aufweist, die magnetisch antiparallel zu den Wicklungseinheiten des zugewandten unteren Aktivteils angeordnet ist. Auf diese Weise können äußere Magnetfelder, die also oberhalb der oberen Schicht und unterhalb der unteren Schicht und rechts und links und an beiden Stirnseiten der übereinander liegenden Schichten entstehen, herabgesetzt werden. Anstelle von vier Aktivteilen können beispielsweise sechs, acht oder sogar mehr Aktivteile in den übereinander liegenden Schichten angeordnet sein.

Bei einer weiteren Variante der Erfindung können auch drei oder mehr übereinander angeordnete Schichten mit zwei oder mehreren Aktivteilen vorgesehen sein. Bei allen diesen Ausgestaltungen der Erfindung ist jedes Aktivteil in einer Schicht längs neben einem Aktivteil parallel angeordnet, wobei die nebeneinander liegende Wicklungseinheiten magnetisch antiparallel zueinander angeordnet sind. Darüber hinaus ist jedes Aktivteil dem darüber oder darunter liegenden Aktivteil magnetisch antiparallel angeordnet.

Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, ist es zweckmäßig, wenn eine Wicklungseinheit zwei Wicklungen und beispielsweise eine erste Unterspannungswicklung und eine erste Oberspannungswicklung aufweist, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Dabei weist die zweite Wicklungseinheit eine zweite Unterspannungswicklung und eine zweite Oberspannungswicklung auf, die ebenfalls konzentrisch zueinander angeordnet sind. Bei dieser Ausführung der Erfindung ist das elektrische Gerät ein Transformator.

Jede Wicklungseinheit kann im Rahmen der Erfindung als feststoffisolierte Wicklung ausgeführt sein. Die Feststoffisolierung erfolgt beispielsweise durch Einbetten der Wicklungsleiters jeder Wicklung in einen zweckmäßigen Harz, so dass eine so genannte Trockenwicklung bereitgestellt ist. Ein solcher Harzblock mit seinen Außenanschlüssen kann anschließend konzentrisch möglicherweise zu einer weiteren feststoffisolierten Wicklung angeordnet sein.

Abweichend hiervon ist jede Wicklungseinheit jedoch in einem fluiddichten gekapselten Gehäuse angeordnet, wobei sich der Kern fluiddicht aus dem Gehäuse heraus erstreckt. Das fluiddichte Gehäuse ist mit einem geeigneten Isolierfluid, beispielsweise einem mineralischen Öl oder einem Esteröl befüllt, wobei das Isolierfluid neben der Isolierung auch für die Kühlung der jeweiligen Wicklung oder Wicklungseinheit sorgt.

Das erfindungsgemäße elektrische Gerät ist zweckmäßigerweise ohne ein äußeres Gehäuse ausgeführt. Bei einer hiervon abweichenden Variante der Erfindung ist jedoch ein äußeres Gehäuse vorgesehen. Das äußere Gehäuse umfasst alle Aktivteile oder zumindest alle Wicklungseinheiten. Die Kerne der Aktivteile können sich aus dem äußeren Gehäuse heraus erstrecken. Das äußere Gehäuse dient im Wesentlichen der Kapselung des elektrischen Geräts gegenüber Verunreinigungen, Staubbelastungen, Flüssigkeiten oder dergleichen.

Bei einer hiervon abweichenden Ausführung ist das äußere gemeinsame Gehäuse als Kessel fluiddicht ausgeführt, wobei die Wicklungseinheiten kein separates Gehäuse aufweisen, sondern alle Wicklungen in einem gemeinsamen Isolierfluidbad angeordnet sind.

Zweckmäßigerweise weist jeder Kern Halterungsmittel zum Befestigen des jeweiligen Aktivteils an einem Schienenfahrzeug auf. Auf diese Weise ist eine kostengünstige und einfache Befestigung und Montage bei begrenztem Bauraum ermöglicht.

Vorteilhafterweise sind die erste und die zweite Wicklungseinheit parallel zueinander angeordnet und gegensinnig zueinander polarisiert. Dies ist eine Möglichkeit, die magnetisch antiparallele Anordnung der Wicklungseinheiten auszuführen.

Abweichend davon sind die erste und zweite Wicklungseinheit mit ihren Schenkeln parallel zueinander angeordnet und weisen bei gleichsinniger Polarisierung der Erregerspannung unterschiedliche oder mit anderen Worten gegensinnige Wicklungsrichtungen auf. So ist beispielsweise eine Wicklung der ersten Wicklungseinheit eine Rechtswicklung, während die parallele Wicklungseinheit über eine Linkswicklung verfügt. Wesentlich im Sinne der Erfindung ist, dass nebeneinander liegende Wicklungseinheiten gegengerichtete Magnetpole ausbilden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedes Aktivteil eingangs- und ausgangsseitig jeweils mit einem Umrichter verbunden. Jeder Umrichter ist wechselspannungsseitig an eine Wicklung des Aktivteils angeschlossen, wobei das Aktivteil für eine Umwandlung der Wechselspannung von einer hohen zu einer niedrigen Spannung sorgt. Jeder der besagten Umrichter ist gleichspannungsseitig mit einem weiteren Umrichter verbunden, so dass beidseitig eines jeden Aktivteils ein Frequenzumrichter bereitgestellt. Der eingangsseitige Frequenzumrichter ist seinerseits eingangsseitig mit einem Wechselspannungsversorgungsnetz verbindbar, das eine Frequenz, beispielsweise 16⅔ oder 50 Herz aufweist. Diese eingangsseitige Versorgungsfrequenz wird durch den Frequenzumrichter zu einer höheren Frequenz umgewandelt, so dass das Aktivteil kompakter ausgebildet werden kann. Die hohe Frequenz der Wechselspannung wird sekundärseitig des Aktivteils dann durch den ausgangsseitigen Frequenzumrichter in eine geringere Frequenz umgewandelt. Auf diese Weise ist beispielsweise ein Mittelfrequenztransformator bereitgestellt.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei

  • 1 den elektrischen Antrieb eines schienengeführten Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts,
  • 2 ein genauer dargestelltes Ausführungsbeispiel des als Transformator ausgeführten elektrischen Geräts in einer Draufsicht,
  • 3 ein als Drossel ausgeführtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts,
  • 4 die Anschlüsse eines als Vierpol ausgebildeten Aktivteils,
  • 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts, dessen Aktivteile als Vierpol ausgebildet sind, und
  • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts schematisch verdeutlichen.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Antriebszweig 1 eines elektrischen Schienenfahrzeugs 2. Das Schienenfahrzeug 2 verfügt auf seinem Dach über einen Stromabnehmer 3, der in elektrischem Kontakt mit einem Fahrdraht 4 gebracht werden kann, so dass die notwendige Versorgungsspannung für das Schienenfahrzeug 2 bereitgestellt ist. Über eine Glättungsdrossel 5 ist der Fahrdraht 4 mit einem Frequenzumrichter 6 verbunden, der seinerseits aus einem Gleichrichter 7 sowie einem Wechselrichter 8 besteht, die gleichspannungsseitig miteinander verbunden sind. Gleichrichter 7 und Wechselrichter 8 sind modular aufgebaut, so dass sich Gleichrichtermodule 7a, 7b, 7n ergeben, in Reihe zueinander geschaltet sind. Das untere Modul 7n des Gleichrichters 7 ist mit einer auf Erdpotenzial liegenden Schiene 9 verbunden, auf welcher das Schienenfahrzeug mit seinem Schienenrad 10 abrollt. Dabei ist jedes Gleichrichtermodul 7a, 7b...7n mit einem Wechselrichtermodul 8a, 8b, 8n gleichspannungsseitig verbunden, wobei jedes Wechselrichtermodul 8a, 8b bzw. 8n ausgangsseitig mit einer Oberspannungswicklung 11a, 11b bzw. 11n verbunden ist. Dabei ist jede Oberspannungswicklung 11a, 11b ... 11n jeweils mit einer Unterspannungswicklung 12a, 12b ... 12n induktiv gekoppelt, so dass die an der jeweiligen Oberspannungswicklung anliegende Erregungsspannung in eine kleinere Ausgangsspannung umgewandelt werden kann.

Jede Unterspannungswicklung 12a, 12b ... 12n ist mit einem Frequenzumrichter 13 verbunden, wobei der Frequenzumrichter 13 wieder aus einem Gleichrichter 14 sowie einem Wechselrichter 15 besteht. Der Gleichrichter 14 ist wieder modular aufgebaut und verfügt über Gleichrichtermodule 14a, 14b ... 14n, die wechselspannungsseitig jeweils mit der zugeordneten Unterspannungswicklung 12a, 12b bzw. 12n verbunden sind. Gleichspannungsseitig sind die Gleichrichtermodule 14a, 14b ... 14n in Reihe geschaltet, wobei die Reihenschaltung an einen Zwischenkreiskondensator 16 angeschlossen ist. Der Wechselrichter 15 ist wechselspannungsseitig mit elektrischen Traktionsmotoren 17 verbunden, welche die gewünschte Bewegungsenergie erzeugen. Die Fahrgeschwindigkeit ist von der ausgangsseitig bereitgestellten Frequenz der Wechselspannung des Wechselrichters 15 abhängig.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen modular aufgebauten Mittelfrequenztransformator 18. Durch die beidseitige Anordnung von Frequenzumrichtern ist die eingangs- und ausgangsseitig an den jeweiligen Modulen des Mittelfrequenztransformators anliegende Spannung eine hohe Frequenz auf, so dass die Module des Mittelfrequenztransformators 11a, 12a, 11b, 12b, 11n, 12n kleiner ausgestaltet werden können, als dies der Fall wäre, wenn diese mit der Frequenz der Versorgungsspannung im Fahrdraht 4 erregt würden. Durch den modularen Aufbau dieses Antriebs verfügt das als Transformator 18 ausgeführte elektrische Gerät über mehrere Aktivteile, deren Kerne nicht über magnetisierbare Materialien oder Stoffe miteinander verbunden und somit magnetisch voneinander entkoppelt sind. Die Anzahl der Module und somit die Anzahl der Aktivteile ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig.

So zeigt 2 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Transformators 18, wobei der Transformator 18 nur zwei Aktivteile 19a und 19b aufweist, die dort in einer Draufsicht gezeigt sind. Jedes Aktivteil 19a beziehungsweise 19b verfügt über einen Kern 20a bzw. 20b sowie über jeweils eine Wicklungseinheit 21a bzw. 21b, die jeweils aus einer Oberspannungswicklung 11a, 11b sowie einer Unterspannungswicklung 12a, 12b bestehen. Die Wicklungen 11a, 11b, 12a, 12b sind jeweils umfänglich geschlossen und konzentrisch zueinander angeordnet, wobei sich ein in 2 von oben nicht erkennbarer Schenkel des jeweiligen Kerns 20a beziehungsweise 20b durch die Wicklungen 11a, 11b, 12a, 12b hindurch erstreckt. Außerhalb der Wicklungseinheit 21a, 21b bildet der Kern 20a beziehungsweise 20b einen ebenfalls in 2 nicht weiter verdeutlichen Rückführungsschenkel aus, der von keiner Wicklungseinheit umgeben ist. Die Ausgestaltung solcher Aktivteile ist jedoch dem Fachmann bekannt, so dass weitergehende Ausführungen an dieser Stelle entfallen können.

Die Schenkel und somit die Wicklungseinheiten 21a, 21b sind in Längsrichtung der Schenkel, die sich in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel in die Zeichnungsebene hinein erstrecken, parallel zueinander angeordnet. Dabei sind die Wicklungen gegensinnig zueinander polarisiert. So wird in der gezeigten Draufsicht der durch Pfeile angedeutete Strom in der eingangsseitigen Oberspannungswicklung 11a entgegen dem Uhrzeigersinn getrieben, so dass in der Unterspannungswicklung ein Strom im Uhrzeigersinn induziert wird. Die Oberspannungswicklung 11b des Aktivteils 19b ist jedoch gegensinnig zur Oberspannungswicklung 11a des Aktivteils 19a polarisiert, so dass sich in der Oberspannungswicklung 11b ein Stromfluss im Uhrzeigersinn einstellt. Dies erzeugt einen Strom in der Unterspannungswicklung 12b entgegensetzt zum Uhrzeigersinn.

Bei einer hiervon abweichenden Variante weisen die Wicklungen bei gleicher Polarisierung unterschiedliche Wicklungsrichtungen zueinander auf. So ist beispielsweise die Oberspannungswicklung 11a des Aktivteils 19a eine Linkswicklung, während die Oberspannungswicklung 11b des Aktivteils 19b eine Rechtswicklung ist.

Die in 2 gezeigten Wicklungseinheiten 22 können als gegensinnig parallel zueinander angeordnete magnetische Dipole aufgefasst werden. Aufgrund dieser magnetisch antiparallelen Anordnung der Aktivteile 19a, 19b ist das Magnetfeld an der Seite des jeweiligen Aktivteils, die von dem jeweils anderen Aktivteil abgewandt ist, geschwächt. Die elektromagnetische Verträglichkeit des Transformators 18 ist somit erhöht, ohne dass ein aufwändiges Abschirmungsgehäuse erforderlich wäre.

3 entspricht dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch die Wicklungseinheiten 21a, 21b lediglich eine Wicklung 11a, 11b aufweisen, so dass das elektrische Gerät 18 als modulare Drossel ausgeführt ist.

4 verdeutlicht schematisch den Anschluss eines so genannten Vierpols 22, der einen Kern 20 mit zwei Schenkeln 261 und 262 aufweist. Jeder Schenkel 261 und 262 erstreckt konzentrisch durch eine Wicklungseinheit 211 bzw. 212, die wieder eine Oberspannungswicklung 111, 112 sowie eine Unterspannungswicklung 121, 122 aufweist. Die Oberspannungswicklungen 111, 112 der beiden Wicklungseinheiten 211, 212 und deren Unterspannungswicklungen 121, 122 sind zueinander in Reihe geschaltet. Die Oberspannungswicklung 111 wird eingangsseitig mit der Spannung U1 erregt, wobei an der Unterspannungswicklung 122 die Ausgangsspannung U2 abfällt. Die Wicklungseinheiten 211, 212 des Vierpols 22 sind somit zwar parallel zueinander angeordnet, jedoch nicht magnetisch antiparallel zueinander angeordnet.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 18, das zwei Vierpole 22 und 22b aufweist. Alle vier Wicklungseinheiten 21a1, 21a2, 21b1, 21b2 sind in Längsrichtung der Schenkel 261 bzw. 262 nebeneinander angeordnet. Dabei ist die Wicklungseinheit 21a2 der Wicklungseinheit 22b1 zugewandt. Die Wicklungseinheiten 21a1 und 21b2 liegen außen. Dabei sind die Wicklungseinheiten 21a1 und 21a2 gegensinnig zu den Wicklungseinheiten 22b1 und 22b2 polarisiert, so dass sich unterschiedliche Magnetfeldrichtungen innerhalb des jeweiligen Kerns 20a, 20b einstellen. Das Magnetfeld, das in 5 wieder durch die Pfeile angedeutet ist, verläuft im Kern 20a entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn, wobei der Magnetfluss innerhalb des Kerns 20b im Uhrzeigersinn verläuft. Auf diese Art und Weise kann das äußere Streufeld, das an der von dem jeweils anderen Aktivteil abgewandten Seite entsteht, herabgesetzt werden.

6 verdeutlicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 18, das aus vier Aktivteilen 22a, 22b, 22c und 22d besteht. Dabei sind die beiden hinteren Aktivteil 22a und 22b in einer unteren Schicht und die beiden Aktivteile 22c und 22d in einer oberen oder vorderen Schicht längs nebeneinander angeordnet. Genauer ausgedrückt, sind die Aktivteile 22a, 22b bzw. 22c, 22d in Längsrichtung ihrer Schenkel 26 nebeneinander angeordnet. Dabei sind die Aktivteile 22a und 22b wie in 5 magnetisch antiparallel angeordnet. Entsprechendes gilt auch für die Aktivteile 22c und 22d in der vorderen oder oberen Schicht, wobei jedoch das Aktivteil 22d, dem Aktivteil 22b der unteren oder hinteren Schicht, dem es zugewandt ist oder mit anderen Worten gegenüberliegt, ebenfalls magnetisch antiparallel angeordnet ist. Entsprechendes gilt für die Aktivteile 22a und 22c. Aufgrund dieser Sandwich-Anordnung und der zum jeweils zugewandten Aktivteil magnetisch antiparallelen Anordnung kommt es wieder zu einer Minimierung des äußeren magnetischen Feldes und somit zu einer hohen magnetischen Verträglichkeit des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 18.