DE1052455B - Magnetisches Schaltsystem - Google Patents

Description

Es sind bereits als Auswahleinrichtungen geeignete magnetische Schaltsysteme vorgeschlagen worden, bei denen einer von mehreren magnetisierbaren Kernen von seinem einen Arbeitszustand in den anderen Arbeitszustand umgesteuert wird, sobald Eingangssignale an einen zugeordneten Eingang angelegt werden. Bei verschiedenen Anwendungsfällen ist es jedoch erwünscht, daß bei Anlegung eines bestimmten binären Eingangssignals alle Kerne mit Ausnahme des durch die Anlegung des Signals ausgewählten Kernes umgesteuert werden. Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Schaltsystem mit mehreren Kernen aus magnetisierbarem Material, welches stabile remanente Zustände einzunehmen vermag, deren Wicklungen über einen ersten Gleichrichter mit einer regelmäßig positive und negative Impulse liefernden Stromquelle verbunden sind, so daß unter dem Einfluß der Impulse der einen Polarität alle Kerne periodisch auf den einen Sättigungsbereich ihrer Hysteresisschleife magnetisiert werden, dadurch, daß weitere Wicklungen auf wenigstens einigen der Kerne in einem zweiten Reihenschaltungskreis über einen zweiten, entgegengesetzt zu dem ersten Gleichrichter gepolten Gleichrichter mit der Stromquelle verbunden sind, so daß die Impulse der entgegengesetzten Polarität periodisch Magnetisierungskräfte auf wenigstens einige der Kerne ausüben, und daß mehrere Eingangswicklungen auf den Kernen derart vorgesehen sind, daß sie bei Erregung die Wirkung der weiteren Wicklungen einiger Kerne unterstützen und der Wirkung der weiteren Wicklungen anderer Kerne entgegenwirken, so daß durch Anschaltung von Eingangsimpulsen an einige dieser Eingangswicklungen gleichzeitig mit Impulsen der entgegengesetzten Polarität der Stromquelle alle bis auf einen Kern in den entgegengesetzten Sättigungsbereich ihrer Hysteresisschleife in dem Zeitintervall zwischen demAuf treten von Impulsen der ersten Polarität ummagnetisiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung verwendet vorzugsweise einen Kern für jeden der möglichen Ausstöße und einen Reihenstromkreis für jede einzugebende Bedeutung. Jeder Eingangsreihenstromkreis hat auf jedem Kern eine Spule. Die Windungsrichtung der Spulen, die Auswahl, welche Spulen magnetisiert werden, und die Stärke einer anfänglichen magnetisierenden Kraft, die auf jeden Kern ausgeübt wird, bestimmt die Umsteuerung der Kerne. Die Einrichtung der Erfindung ist daher einfacher in dem Aufbau als vorbekannte Anordnungen. Sie erfordert einen geringen Aufwand und ist sehr wirksam in ihrer Betätigung. Sie enthält keine Teile, die einem Verschleiß unterworfen sind.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Magnetisches Sctialtsystem

Anmelder:

Sperry Rand Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Weintraud, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Mainzer Landstr. 134/146

Joseph Douglas Lawrence jun., Oreland, Pa. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 eine Hysteresisschleife eines Materials, was

für die verschiedenen Kerne verwendet werden kann, Fig. 2 einen Stromlauf einer Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Abwandlung eines Teils der Fig. 2,
Fig. 4 eine weitere Abwandlung eines Teils des Stromlaufs der Fig. 2.

Die magnetisierbaren Kerne können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Unter diesen verschiedenen Materialien sind die Ferrite und die verschiedenen Ausführungen magnetischer Bänder einschließlich der unter der Bezeichnung Orthonik und der Bezeichnung 4-79 Moly-Permalloy bekannten Materialien. Diese Materialien können verschiedenen Hitzebehandlungen unterworfen werden, damit sie die verschiedensten Eigenschaften erhalten. Das magnetisierbare Material, das für die Kerne verwendet wird, sollte vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise eine rechteckige Hysteresisschleife, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, besitzen. Kerne dieser Art sind grundsätzlich bekannt. Die Kerne können auch in den verschiedensten geometrischen Formen ausgebildet sein, wobei sowohl offene wie auch geschlossene Eisenkreise, topfförmige, streifenförmige und schraubenförmig ausgebildete Kerne möglich sind. Wenn der Kern auf der Horizontalen oder im wesentlichen gesättigten Teil der Hysteresisschleife arbeitet, dann gleicht seine Arbeitsweise der eines Eisenkreises mit Luftspalt, dessen Wicklung eine niedrige Impedanz besitzt. Wenn der Kern andererseits auf den steilen oder ungesättigten Teilen der Hysteresisschleife arbeitet, dann ist die Impedanz der Spulen auf den Kern hoch.

Die in Fig. 2 wiedergegebene Schaltungsanordnung

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besitzt zwei Eingänge 12 und 13 und vier Ausstoßkerne 00, 01, 10 und 11.

Durch geeignete Erregung der Eingangsschalter 12 und 13 werden alle Kerne bis auf einen von der negativen zu der positiven Remanenz Br umgesteuert. Z. B., wenn beide Schalter 12 und 13 offen sind, dann bedeutet dies die Auswahl des Kernes 00, und dieser Kern wird nicht umgesteuert, während die anderen umgesteuert werden. Ist der Schalter 12 offen und der Schalter 13 geschlossen, dann bedeutet dies die Auswahl des Kernes 01, und er wird umgesteuert, während die anderen nicht umgesteuert werden. Mit dem Schalter 12 ist ein Widerstand 15 und eine negative Spannungsquelle 14 verbunden, welche den Gleichrichter 41 gewöhnlich vorspannt, so daß er sperrt und einen Stromfluß in dem Eingangskreis unterbindet mit Ausnahme, wenn der Schalter 12 geschlossen ist. Der Reihenstromkreis enthält den Schalter 12 und die Spulen 16, 17, 18 und 19, die auf den vier Kernen aufgewickelt sind. Die Richtung, in der diese Spulen gewickelt sind, ist λόπ Bedeutung und wird nachstehend erläutert. Ein weiterer Eingangsreihenstromkreis enthält den Schalter 13 und Gleichrichter und Vorspannungsmittel, die den beschriebenen entsprechen. Dieser zweite Reihenstromkreis enthält ferner die Spulen 20, 21, 22 und 23, die in geeignetem Wicklungssinn auf den vier Kernen aufgebracht sind. Ein dritter Eingangsstromkreis, der Vorspannungsimpulse führt, enthält die Spulen 24, 25 und 26, die alle in der gleichen Richtung, jedoch mit verschiedenen Windungszahlen auf den Kernen 01., 10 und 11 aufgebracht sind. Die vier Kerne tragen ferner Wicklungen 27, 28, 29 und 30, welche zur Regelung der Ausstoßspannungen dienen. Jeder Ausstoßkreis hat eine Spannungsbegrenzungseinrichtung 35, 36, die im einzelnen später beschrieben wird. Ein Rückstellstromkreis enthält die Spulen 38, 38 und 39 sowie 40 und Gleichrichter 42.

Eine Impulsquelle PPI liefert nach der positiven und nach der negativen Seite verlaufende periodische Impulse, wie sie oberhalb der Impulsquelle wiedergegeben sind. Angenommen, daß ein positiver Impuls vorliegt und daß alle Kerne auf die negative Remanenz magnetisiert sind, dann ist es ersichtlich, daß alle Kerne mit Ausnahme des Kerns 00 umgesteuert werden, sofern die Schalter 12 und 13 offen bleiben. Bei dem Auftreten dieses positiven Impulses der Spannungsquelle PP1 fließt nämlich kein Strom in einer der Wicklungen 16 bis 23, jedoch fließt Strom durch die Wicklungen 24, 25 und 26. Dieser Stromfluß in den drei Wicklungen steuert die Kerne 01, 10 und 11 auf die positive Sättigung um, wobei Potentiale in den Ausstoßwicklungen 28, 29 und 30 erzeugt werden. Es treten also Ausstoßsignale an den Klemmen 32, 33 und 34 auf, jedoch wird kein Ausstoßsignal in der Wicklung 27 erzeugt und kein Ausstoß erscheint an der Klemme 31, weil in dem Kern 00 keine magnetomotorische Kraft aufgetreten ist. Während des anschließenden negativen Impulses der Spannungsquelle PPI fließt Strom durch die Gleichrichter 42 und die Spulen 37, 38, 39 und 40, und alle Kerne werden auf negative Remanenz ummagnetisiert.

Angenommen, während der nächsten positiven Impulse soll die binäre Zahl 01 in das System eingefügt werden. Dies geschieht, indem der Schalter 12 offen gelassen wird und der Schalter 13 geschlossen wird. In diesem Fall wird durch die Wicklungen 20 und 22 eine positive Magnetisierungskraft auf die Kerne 00 und 10 ausgeübt, während durch die Wicklungen 21 und 23 negative Magnetisierungskräfte auf die Kerne 01 und 11 ausgeübt werden. Die von der Spule 21 erzeugten negativen Magnetisierungskräfte werden jedoch aufgehoben durch die positiven Magnetisierungskräfte, die die Spule 24 auf dem Kern 01 erzeugt, so daß in dem Kern 01 keine Magnetisierungskraft auftritt. Die positiven Magnetisierungskräfte der Spulen 25 und 26 addieren sich mit denen der Spulen 22 und 23. Somit wird der Kern 00 umgesteuert durch die Magnetisierungskraft der Spule 20. Der Kern 10 wird umgesteuert durch die positiven Magnetisierungskräfte der Spulen 22 und 25, und der Kern 11 wird umgesteuert, da die positive Magnetisierungskraft der Spule 26 größer ist als die negative Magnetisierungskraft der Spule 23, so daß auf den Kern 11 eine verbleibendepositiveMagnetisierungskraftausgeübtwird. Als Ergebnis werden alle Kerne mit Ausnahme des Kernes 01 umgesteuert, wobei Spannungen in den Spulen 27, 29 und 30 erzeugt werden, welche Aus-Stoßsignale an den Klemmen 31, 33 und 34 hervorrufen. Der auf diesen positiven Impuls der Spannungsquelle PPI folgende negative Impuls dieser Spannungsquelle verursacht einen Stromfluß durch die Spulen 37 bis 40, welche alle Kerne auf die negative Remanenz umsteuert.

Soll die binäre Zahl 10 in das System eingebracht werden, dann wird der Schalter 12 geschlossen und der Schalter 13 bleibt offen. Infolgedessen fließt Strom über die Spulen 16 bis 19, aber nicht durch die Spulen

20 bis 23. Da die Spule 18 eine negative Magnetisierungskraft und die Spule 25 eine positive Magnetisierungskraft erzeugt, wird auf den Kern 10 keine Magnetisierungskraft ausgeübt. Der Kern 10 wird nicht umgesteuert, und keine Spannung wird in der Spule 29 erzeugt. Jedoch steuert der Stromfluß in der Spule 16 den Kern 00 um und die Stromflüsse in den Spulen 17 und 24 den Kern 01. Der Kern 11 wird umgesteuert durch die negative Magnetisierungskraft der Spule 19, welche durch die sehr viel größere positive Magnetisierungskraft der Spule26 überkompensiert wird, so daß auf denKernll eine positive Magnetisierungskraft ausgeübt wird. Es werden somit Spannungen in den Spulen 27, 28 und 30 induziert. Anschließend an diesen positiven Impuls der Spannungsquelle PP1 werden durch den negativen Impuls dieser Spannungsquelle alle Spulen 37 bis 40 magnetisiert und alle Kerne auf die negative Remanenz zurückgestellt.

Wenn das binäre Signal 11 in das System eingebracht werden soll, dann werden beide Schalter 12 und 13 geschlossen. Der nächste positive Impuls der Spannungsquelle PP1 erregt die Spulen 16 bis 26. In dem Kern 11 tritt jedoch kein magnetischer Fluß auf, weil die Spulen 19 und 23 zusammen eine magnetische Kraft—2 P erzeugen, während die Spule 26 eine magnetische Kraft + 2 P erzeugt. Daher tritt keine Flußänderung in der Spule30 auf. In dem Kern 10 tritt eine magnetische Kraft +F auf, weil die Spulen 22 und 25 zusammen Magnetisierungskräfte in der Größe +2F erzeugen, während die Spule 18 eine negative Magnetisierungskraft der Größe —F erzeugt. Es verbleibt somit eine Magnetisierungskraft + F, welche den Kern 10 auf die positive Sättigung umsteuert und dadurch eine Spannung in der Spule 29 induziert. Auf den Kern 01 üben die Spulen 17 und 24 eine positive Magnetisierungskraft + 2 F aus, durch die der Kern auf die positive Sättigung umgesteuert wird und eine Spannung in der Spule 28 induziert, obwohl die Spule

21 eine negative Magnetisierungskraft der Größe —F erzeugt. Beide Spulen 16 und 20 üben positive Magnetisierungskräfte auf den Kern 00 aus und steuern ihn auf positive Sättigung um, wobei eine Spannung in der Spule 27 induziert wird. Während der nächsten nega-

tiven Impulse der Spannungsquelle PP1 stellt der Stromfluß durch die Spulen 37 bis 40 alle Kerne wieder auf negative Remanenz zurück.

Die dargestellte Schaltungsanordnung besitzt nur zwei Eingänge und nur vier Ausgänge. Ohne von dem Gedanken der Erfindung abzuweichen, kann sie in der Zahl der Ausgänge und in der Zahl der Eingänge abgewandelt werden. Die Zahl der Windungen der Wicklungen in dem Vorspannungsimpulskreis muß hierbei etwas geändert werden, aber es besteht keine Schwierigkeit in Übereinstimmung mit der gegebenen Beschreibung, die anderen Windungszahlen festzulegen. Es ist auch möglich, die Erfindung mit unterschiedlich bemessenen Wicklungen der Spulen auf den verschiedenen Kernen in den Eingangsstromkreisen anzuwenden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung begrenzen die Einrichtungen 35, 36 das Verhältnis der Flußänderung in dem Kern und damit die in den nichtbenutzten Eingangskreisen induzierten Spannungen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 führen die Ausstoßstromkreise keine Verstärkung. Es sind jedoch auch Anordnungen mit Kraftverstärkung möglich. Fig. 3 und 4 zeigen zwei mögliche Abwandlungen der Schaltung, die eine Kraftverstärkung gestatten. Die zur rechten Seite der senkrechten Linie AA in Fig. 2 dargestellten Stromläufe sind hierbei genau dieselben. Es sind lediglich einige Teile links dieser Linie AA in Fig. 3 und in Fig. 4 unterschiedlich ausgebildet. In Fig. 3 werden die Kerne nach Art eines magnetischen Impulsverstärkers der Reihentype betrieben, in welcher jeder Kern einen Ausstoßstromkreis besitzt. Die Ausstoßstromkreise des Kerns 00 enthalten die Belastung 44, die Spule 45, den Gleichrichter 46 und die Stromquelle PP 2. Die Stromquellen PP 1 und PP 2 sind in diesem Falle Generatoren, welche Rechteckimpulse wechselnder Richtung liefern, die in ihrer Phase derart gegeneinander versetzt sind, daß der eine Impuls positiv verläuft, während der andere negativ verläuft, und umgekehrt. Wenn die in Fig. 3 dargestellte Ausbildung angewendet wird, dann können die Spulen 37 bis 40 der Fig. 2 weggelassen werden. Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 3 ist folgende. Nachdem alle Kerne bis auf einen auf die positive Remanenz + Br durch den Impuls der Spannungsquelle PP1 umgesteuert worden sind, liefert die Spannungsquelle PP 2 einen positiven Impuls auf alle Ausstoßstromkreise, welcher auf alle Kerne eine negative Magnetisierungskraft ausübt. Der ausgewählte Kern, welcher auf dem negativen Remanenzpunkt stehengeblieben war, befindet sich somit in dem Zustand niedriger Impedanz, so daß der Stromfluß aus der Spannungsquelle PP 2 über die Last 44 fließt. Alle anderen Kerne befinden sich im Zustand der hohen Impedanz und verhindern einen Stromfluß über ihre zugeordneten Belastungen. Nur die ausgewählte Last wird daher erregt. Dieses System kann mit Energieverstärkung arbeiten, da der Belastungsstromkreis so ausgelegt werden kann, daß der Wechsel an Energie in der Last größer sein kann als der Wechsel an Energie, der erforderlich ist, um die Eingänge zu steuern.

Fig. 4 zeigt einen anderen Ausstoß Stromkreis, der in Verbindung mit der Erfindung angewendet werden kann. Die in der Fig. 4 verwendeten Kerne sind nach Art eines magnetischen Impulsverstärkers der Paralleltype ausgebildet, welche Energieverstärkung erzeugen. Solch eine Anordnung verwendet auf jeden Kern eine Ausstoßwicklung in Reihe mit einem Gleichrichter und einer Last. Diese Teile tragen die Bezugszeichen 47, 48 und 49 auf dem Kern 00 der Fig. 4. Der Gleichrichter 48 trennt die Last 49 von der Spule 47 während des Einstellvorgangs, wenn die Spannungsquelle PP1 einen positiven Impuls liefert, weil während der Umsteuerung des Kerns auf positive Remanenz in der Spule 47 ein negatives Potential induziert wird. Wenn der Strom durch die Spulen 37 bis 40 fließt und alle bis auf den ausgewählten Kern von der positiven Remanenz zur negativen Sättigung zurückgestellt werden, dann werden in der Ausgangsspule 47 positive Potentiale erzeugt, welche einen Stromfluß über die Belastung 49 zur Folge haben. Nur in dem ausgewählten Kern, der bereits bei negativer Remanenz steht, wird kein positives Potential erzeugt, und daher tritt auch kein Ausstoßimpuls auf der Leitung auf. Alle Kerne, bis auf den ausgewählten, erzielen somit einen Ausstoß.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltsystem mit mehreren Kernen aus magnetisierbarem Material, welches stabile remanente Zustände einzunehmen vermag, deren Wicklungen über einen ersten Gleichrichter mit einer regelmäßig positive und negative Impulse liefernden Stromquelle verbunden sind, so daß unter dem Einfluß der Impulse der einen Polarität alle Kerne periodisch auf den einen Sättigungsbereich ihrer Hysteresisschleife magnetisiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Wicklungen (24, 25, 26) auf wenigstens einigen der Kerne in einem zweiten Reihenschaltungskreis über einen zweiten, entgegengesetzt zu dem ersten Gleichrichter (42) gepolten Gleichrichter mit der Stromquelle (PP-I) verbunden sind, so daß die Impulse der entgegengesetzten Polarität periodisch Magnetisierungskräfte auf wenigstens einige der Kerne ausüben, und daß mehrere Eingangswicklungen (16-23) auf den Kernen derart vorgesehen sind, daß sie bei Erregung die Wirkung der weiteren Wicklungen einiger Kerne unterstützen und der Wirkung der weiteren Wicklungen anderer Kerne entgegenwirken, so daß durch Anschaltung von Eingangsimpulsen an einige dieser Eingangswicklungen gleichzeitig mit Impulsen der entgegengesetzten Polarität der Stromquelle alle bis auf einen Kern in den entgegengesetzten Sättigungsbereich ihrer Hysteresisschleife in den Zeitintervallen zwischen dem Auftreten von Impulsen der ersten Polarität ummagnetisiert werden.

2. Schaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reihenschaltungskreise vorgesehen sind, von denen jeder eine der Eingangswicklungen (16-23) jedes der Kerne enthält.

3. Schaltsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Reihenschaltungskreise einen Gleichrichter (41) enthält und mit einer Vorspannungsquelle (14) verbunden ist, welche den Gleichrichter sperrt und einen Stromfluß über den Gleichrichter so lange verhindert, als nicht ein Eingangsimpuls an den betreffenden Reihenschaltungskreis angelegt wird.

4. Schaltsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens vier Kerne (00 bis 11) und wenigstens zwei Eingänge (12, 13), von denen jeder mit einem Reihenschaltungskreis verbunden ist, vorgesehen sind, von denen ein erster Eingangsstromkreis Wicklungen des ersten und zweiten Kernes trägt, welche Magnetisierungskräfte erzeugen, die bestrebt sind, die Kerne von dem einen in den entgegengesetzten Sättigungsbereich der Hysteresisschleife umzusteuern, sowie

Wicklungen auf den dritten und vierten Kern zur Erzeugung von Magnetisierungskräften in der gleichen Richtung wie die Impulse einer Polarität der Stromquelle und von denen der zweite Eingangskreis Wicklungen auf dem ersten und dritten Kern enthält, welche Magnetisierungskräfte erzeugen, die bestrebt sind, die Kerne von dem einen in den entgegengesetzten Sättigungsbereich der Hysteresisschleife umzusteuern, sowie Wicklungen auf dem zweiten und vierten Kern zur Erzeugung von Magnetisierungskräften in der gleichen Richtung wie die von den Impulsen der ersten Polarität der Stromquelle erzeugten Magnetisierungskräfte und daß der zweite Reihenschaltungskreis weitere Wicklungen (24, 25, 26) auf dem zweiten, dritten und vierten Kern enthalt, die derart bemessen sind, daß der Impuls anderer Polarität der Stromquelle in dem zweiten Kern (01) eine Magnetisierungskraft erzeugt, die praktisch gleich groß, jedoch entgegengesetzt gerichtet ist zu der von dem zweiten Eingangskreis (13) erzeugten Magnetisierungskraft, in dem dritten Kern (10) eine Magnetisierungskraft erzeugt, die gleich groß und entgegengesetzt gerichtet ist zu der von dem ersten Eingangskreis (12) erzeugten Magnetisierungskraft, und in dem vierten Kern (11) eine Magnetisierungskraft erzeugt, die gleich groß und entgegengesetzt gerichtet ist zu der durch die vereinigte Wirkung beider Eingangskreise erzeugten Magnetisierungskraft.

5. Schaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern eine Ausgangswicklung (45, 47) trägt, welche mit einer Last (44, 49) und einem Gleichrichter (46, 48) in Reihe verbunden ist, so daß der Ausgangsimpuls an der gewünschten Last größere Stärke besitzt, als sie zur Umschaltung der Kerne erforderlich ist.

6. Schaltsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jedem der Kerne zugeordnete Ausgangswicklung (47), Last (48) und Gleichrichter (49) einen unabhängigen Reihenschaltungskreis bilden, so daß Ausgangsimpulse an allen Kreisen mit Ausnahme des der gewünschten Last erscheinen, wenn die zugeordneten Kerne von dem einen Sättigungsbereich ihrer Hysteresisschleife in den anderen umgesteuert werden.

7. Schaltsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Stromquelle (PP 2) mit der Last (44) jedes der Ausgangskreise über zugeordnete Gleichrichter (46) und die Ausgangswicklung (45) verbunden ist, so daß diese zweite Stromquelle alle Kerne in den einen Sättigungsbereich ihrer Hysteresisschleife schaltet und einen Ausgangsimpuls an der zugeordneten Last desjenigen Kernes erzeugt, der bereits auf diesen "Sättigungsbereich geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 968 205.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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