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DE1059964B - Controllable non-linear choke coil - Google Patents

Controllable non-linear choke coil

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Publication number
DE1059964B
DE1059964B DEK28272A DEK0028272A DE1059964B DE 1059964 B DE1059964 B DE 1059964B DE K28272 A DEK28272 A DE K28272A DE K0028272 A DEK0028272 A DE K0028272A DE 1059964 B DE1059964 B DE 1059964B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
core
winding
current
magnetic
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEK28272A
Other languages
German (de)
Inventor
Shintaro Oshima
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KDDI Corp
Original Assignee
Kokusai Denshin Denwa KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kokusai Denshin Denwa KK filed Critical Kokusai Denshin Denwa KK
Publication of DE1059964B publication Critical patent/DE1059964B/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/80—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using non-linear magnetic devices; using non-linear dielectric devices
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
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Description

DEUTSCHESGERMAN

Die vorliegende Erfindung betrifft eine nichtlineare Drosselspule, bei welcher der Wert der Reaktanz durch Änderung der Permeabilität des magnetischen Kernes der Drosselspule gesteuert werden kann.The present invention relates to a non-linear reactor in which the value of the reactance can be controlled by changing the permeability of the magnetic core of the choke coil.

Im allgemeinen besitzen die nichtlinearen Drosselspulen bzw. magnetischen Verstärker außer einer Drosselspule auch eine Steuerspule, und der Reaktanzwert kann durch Änderung der Permeabilität μ des magnetischen Kernes dadurch verändert werden, daß der Strom der Steuerspule gesteuert wird.In general, the non-linear reactors or magnetic amplifiers have one other than one Choke coil also a control coil, and the reactance value can be μ by changing the permeability of the magnetic core can be changed by controlling the current of the control coil.

Es kann jedoch vorkommen, daß der durch den Steuerstrom erzeugte magnetische Fluß über die genannte Drosselspule wirkt. In solchen gesteuerten Drosselspulen darf der Strom der Steuerspule keine Spannung in der Drosselspule induzieren, damit die Steuerung mit großer Geschwindigkeit erfolgen kann und damit die für die Steuerung nötige Energie so klein als möglich gehalten werden kann. Die bisher verwendeten Maßnahmen konnten jedoch diesen Ansprüchen nicht vollständig genügen. Zum Beispiel, es wird eine nichtlineare Drosselspule gemäß Fig. 1 allgemein verwendet, in welcher der durch die Steuerwicklung durchfließende Strom in zwei Drosselwicklungen zwei einander vernichtende Spannungen induziert. Da es praktisch unmöglich ist, die zwei Drosselwicklungen genau gleich zu machen, und weil die Unsymmetrie der Form und der Luftspalt bei der Kontsruktion einer solchen Drosselspule nicht vermieden werden können, kommen die genannten zwei induzierten Spannungen stark zum Vorschein.However, it can happen that the magnetic flux generated by the control current over the said Choke coil works. In such controlled choke coils, the current of the control coil must not be Induce voltage in the choke coil so that control can take place at high speed and so that the energy required for the control can be kept as small as possible. The so far However, the measures used could not fully meet these requirements. For example, it a non-linear choke coil as shown in FIG. 1 is generally used, in which the control winding The current flowing through induces two mutually destructive voltages in two inductor windings. Since it is practically impossible to make the two inductor windings exactly the same, and because the Unbalance of the shape and the air gap in the construction of such a choke coil are not avoided the mentioned two induced voltages come to the fore.

Die Wicklungen weisen anderseits eine große Zahl von Windungen auf, so daß ihre Impedanz groß ist, und die Steuerung kann nicht mit großer Geschwindigkeit erfolgen. Die Permeabilität μ des magnetischen Kernes wird dadurch verändert, daß der ganze magnetische Kern gesättigt wird, was zu hohen Hystereseverlusten führt, und die zur Steuerung benötigte Energie ist groß. Dies sind die Nachteile, welche mit der Verwendung der bisher bekannten steuerbaren nichtlinearen Drosselspulen verbunden sind. TJm diese ungünstigen Wirkungen vermeiden zu können, ist die steuerbare nichtlineare Drosselspule gemäß der vorliegenden Erfindung so konstruiert, daß die Steuerwicklung aus mindestens einem durch eine Bohrung im magnetischen Kreise geführten Leiter besteht, und daß die Steuerwicklung so angeordnet ist, daß die von dem durch jede der genannten Wicklungen fließenden Strom erzeugten magnetischen Flüsse winkelrecht zueinander verlaufen. Dadurch wird erreicht, daß der durch die Steuerwicklung fließende Strom keine Spannung in der Drosselwicklung induziert. An Stelle einer Steuerwicklung, welche mehrere Windungen aufweist, durchquert ein Draht ein Loch in einem Teil des magnetischen Kernes, so daß die Steuerbare niditlineare DrosselspuleOn the other hand, the windings have a large number of turns so that their impedance is large and the control cannot be made at a high speed. The permeability μ of the magnetic core is changed in that the entire magnetic core is saturated, which leads to high hysteresis losses, and the energy required for control is large. These are the disadvantages associated with the use of the previously known controllable non-linear choke coils. In order to be able to avoid these adverse effects, the controllable non-linear choke coil according to the present invention is so constructed that the control winding consists of at least one conductor passed through a bore in the magnetic circuit, and that the control winding is arranged so that that of the through each of said windings flowing current generated magnetic fluxes run at right angles to each other. This ensures that the current flowing through the control winding does not induce any voltage in the inductor winding. Instead of a control winding, which has several turns, a wire passes through a hole in part of the magnetic core, so that the controllable non-linear choke coil

Anmelder:Applicant:

Kokusai Denshin Denwa Co. Ltd.,
TokioKokusai Denshin Denwa Co. Ltd.,
Tokyo

Vertreter: Dr.-Ing. A. Schulze, Patentanwalt,
Berlin-Wilmersdorf, Jenaer Str. 13/14Representative: Dr.-Ing. A. Schulze, patent attorney,
Berlin-Wilmersdorf, Jenaer Str. 13/14

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 12. März 1955Claimed priority:
Japan March 12, 1955

Shintaro Oshima, Tokio,
ist als Erfinder genannt wordenShintaro Oshima, Tokyo,
has been named as the inventor

Impedanz der Steuerwicklung reduziert ist, und die Steuerung kann mit großer Geschwindigkeit erfolgen. Da die Permeabilität μ nur eines Teiles des Kernes verändert wird, ist es möglich, die für die Steuerung nötige Energie klein zu halten, weil die Hystereseverluste kleiner sind.The impedance of the control winding is reduced, and the control can be done at high speed. Since the permeability μ of only part of the core is changed, it is possible to keep the energy required for the control small because the hysteresis losses are smaller.

Aufgabe der Erfindung ist also die Herstellung von nichtlinearen Drosselspulen, bei welchen die durch den in der Steuerwicklung fließenden Strom in der Drosselwicklung induzierte Spannung sehr klein ist, die Steuerung mit großer Geschwindigkeit erfolgen kann und die verbrauchte Energie klein ist.The object of the invention is therefore the production of non-linear choke coils, in which the through the voltage induced in the inductor winding is very small, the control can be done at high speed and the energy consumed is small.

An Hand der Zeichnungen wird nun die Erfindung näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer bisher verwendeten Vorrichtung zur Änderung der Permeabilität von magnetischen Materialien;Fig. 1 is a perspective view of a previously used device for changing the permeability of magnetic materials;

Fig. 2, 3A bis 3D und 4 stellen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Drosselspule dar, und 2, 3A to 3D and 4 illustrate embodiments of the choke coil according to the invention, and

Fig. 5 A und 5 B zeigen den Längs- bzw. Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes. 5 A and 5 B show the longitudinal and cross-section of a further embodiment of the subject matter of the invention.

Mit Bezug auf Fig. 1 enthält die bisher verwendete Vorrichtung die auf einem magnetischen Kern D in entgegengesetztem Sinne gewickelten Drosselwicklungen L1 und L2 und die Steuerwicklung Lμ. Der durch die Steuerwicklung Lμ durchfließende Strom ίμ erzeugt im magnetischen Kern D einen magnetischen Fluß Φ μ, welcher in den Drossel wicklungen L1 und L2 Spannungen induziert, die einander vernichten, so daß an den Ausgangsklemmen 1 und 2 der Vorrichtung keine Spannung erscheint. Da es prak-With reference to FIG. 1, the device used hitherto contains the inductor windings L 1 and L 2 wound in opposite directions on a magnetic core D and the control winding Lμ. The current ίμ flowing through the control winding Lμ generates a magnetic flux Φμ in the magnetic core D , which induces voltages in the choke windings L 1 and L 2 that destroy each other so that no voltage appears at the output terminals 1 and 2 of the device. Since it is practically

909 558/308909 558/308

Claims (8)

tisch unmöglich ist, die Wicklungen L1 und L2 genau gleich zu machen, ist die gänzliche Herabsetzung der durch den Fluß Φμ induzierten Spannung unmöglich. Erfindungsgemäß wird die vollkommene Elimination der induzierten Spannung dadurch erzielt, daß der durch den Steuerstrom ίμ zur Veränderung der Permeabilität/i des magnetischen Stoffes erzeugte magnetische Fluß Φμ und der durch die Drosselwicklung erzeugte magnetische Fluß Φ quer zueinander gerichtet werden. Gemäß Fig. 2 wird der zylindrische magnetische Kern D mit einem axialen Loch durchgebohrt. Ein Draht W ist in dieses Loch hineingeführt und wird durch den Steuerstrom i μ zur Veränderung der Permeabilität μ des Kernes D durchgeflossen. Eine Wicklung L, deren Windungen quer zur Längsachse liegen, wird auf den Kern D gewickelt. Der durch den Steuerstrom ϊμ erzeugte Fluß Φ μ ist dann zu der zur Längsachse senkrechten Ebene parallel, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Der durch den Strom i der Wicklung L erzeugte Fluß Φ ist dagegen parallel zur Längsachse. Die beiden magnetischen Flüsse Φμ und Φ verlaufen daher quer zueinander, so daß der Strom i, der nur in Abhängigkeit von den Schwankungen der Permeabilität μ veränderlich sein muß, der Wirkung des Flusses Φμ entzogen und der obenerwähnte Nachteil der bekannten Vorrichtungen vermieden werden kann. Fig. 3A bis 3D zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, bei welchen der Rückleiter des Steuerstromes ίμ benutzt wird. Dies bedeutet, daß der vom Steuerstrom ίμ erzeugte Fluß ausgeglichen und die Energiebestrahlung im Raum vermieden wird, so daß der erwähnte Nachteil überwunden werden kann. Die Konstruktion nach Fig. 3 A wird in dem Fall verwendet, wo der magnetische Fluß im Teil des Kernes, auf welchem die Wicklung L gewickelt wird, gesättigt werden muß, während die Ausführungsform nach Fig. 3 B in dem Fall benutzt wird, wo die Wirkung des magnetischen Flusses Φμ streng vermieden werden muß. Die beiden Wicklungen L1 und L2 sind in entgegengesetztem Sinne gewickelt. Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 3 C und 3 D werden ebenfalls verwendet, wenn der magnetische Fluß im magnetischen Kern außerhalb des Teiles, auf welchem die Wicklung L angebracht ist, gesättigt werden muß. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3D wird benutzt, wenn es gewünscht wird, die Sättigung des Kernes auf einen kleinen Teil desselben zu konzentrieren. Bei den in Fig. 3 A bis 3 C dargestellten Ausführungsbeispielen liegt der Steuerdraht W parallel zur Ebene, welche durch den geschlossenen Kreis des Kernes D bestimmt ist, während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3D der Steuerdraht W senkrecht zu dieser Ebene liegt. Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen veränderlichen Kopplungstransformator, welcher beispielsweise durch Änderung des Kopplungskoeffizienten als Torkreis wirken kann. In der Zeitdauer, während der Steuerstrom ίμ nicht durch den Draht W fließt, werden die Primär- und die Sekundärwicklung L1 und L2 elektromagnetisch gekoppelt. In der Zeitdauer, während der Strom ίμ durch den Draht W fließt und daher der magnetische Fluß des gewickelten Teiles des Kernes D gesättigt wird, sind dagegen die Wicklungen L1 und L2 nicht gekoppelt. Fig. 5 zeigt eine Konstruktion, bei welcher der Drosselkern D topfförmig ist. Die ganze Drosselwicklung L wird dort durch den magnetischen Kern vollkommen umfaßt. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß jede Streuung des magnetischen Flusses vermieden werden kann. Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen fließt der steuernde Strömt μ nur durch einen bzw. zwei Leiter hindurch. Es können jedoch auch mehr als zwei Leiter für den Strom i μ benutzt werden. Wie oben gesagt, sind erfindungsgemäß der durch den steuernden Strom ίμ zur Veränderung der Permeabilität μ des Drosselkernes D erzeugte magnetische Fluß Φμ und der durch den Strom i der Drosselwicklung verursachte magnetische Fluß Φ quer zueinander gerichtet. Bei Änderung des Wertes des Steuergleichstroms ίμ wird keine Wirkung auf den Strömt der Drosselwicklung ausgeübt, so daß sich der Strom i nur in Abhängigkeit von der Änderung der Permeabilität μ ändert. Es ergibt sich daraus, daß die dargestellten Vorrichtungen einfache, betriebssichere und nichtlineare Drosselspulen bilden, welche in den Fällen verwendet werden können, wo ein Schwingungsstromkreis eine veränderliche Induktivität, einen veränderlichen Kopplungstransformator oder einen parametrisch erregten Oszillator enthalten muß. Patentansprüche:table impossible to make the windings L1 and L2 exactly the same, the complete reduction of the voltage induced by the flux Φμ is impossible. According to the invention, the complete elimination of the induced voltage is achieved in that the magnetic flux Φμ generated by the control current ίμ to change the permeability / i of the magnetic substance and the magnetic flux Φ generated by the inductor winding are directed transversely to one another. As shown in Fig. 2, the cylindrical magnetic core D is bored through with an axial hole. A wire W is led into this hole and is flowed through by the control current i μ to change the permeability μ of the core D. A winding L, the turns of which are transverse to the longitudinal axis, is wound onto the core D. The flux Φ μ generated by the control current ϊμ is then parallel to the plane perpendicular to the longitudinal axis, as can be seen from FIG. 2. The flux Φ generated by the current i of the winding L, on the other hand, is parallel to the longitudinal axis. The two magnetic fluxes Φμ and Φ therefore run transversely to each other, so that the current i, which only has to be variable as a function of the fluctuations in permeability μ, can be withdrawn from the effect of the flux Φμ and the above-mentioned disadvantage of the known devices can be avoided. 3A to 3D show exemplary embodiments of the subject matter of the invention in which the return conductor of the control current ίμ is used. This means that the flow generated by the control current ίμ is balanced and the energy radiation in the room is avoided, so that the mentioned disadvantage can be overcome. The construction of Fig. 3A is used in the case where the magnetic flux in the part of the core on which the winding L is wound must be saturated, while the embodiment of Fig. 3B is used in the case where the The effect of the magnetic flux Φμ must be strictly avoided. The two windings L1 and L2 are wound in opposite directions. The embodiments according to FIGS. 3 C and 3 D are also used when the magnetic flux in the magnetic core outside the part on which the winding L is attached must be saturated. The embodiment of Fig. 3D is used when it is desired to concentrate the saturation of the core to a small part of the same. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 3A to 3C, the control wire W lies parallel to the plane which is determined by the closed circle of the core D, while in the exemplary embodiment according to FIG. 3D the control wire W lies perpendicular to this plane. 4 shows the application of the invention to a variable coupling transformer which can act as a gate circuit, for example by changing the coupling coefficient. During the period during which the control current ίμ does not flow through the wire W, the primary and secondary windings L1 and L2 are electromagnetically coupled. In the period during which the current ίμ flows through the wire W and therefore the magnetic flux of the wound part of the core D is saturated, the windings L1 and L2 are not coupled. Fig. 5 shows a construction in which the throttle core D is cup-shaped. The entire choke winding L is completely encompassed there by the magnetic core. This construction has the advantage that any scattering of the magnetic flux can be avoided. In the exemplary embodiments described above, the controlling current μ only flows through one or two conductors. However, more than two conductors can also be used for the current i μ. As stated above, according to the invention the magnetic flux Φμ generated by the controlling current ίμ to change the permeability μ of the choke core D and the magnetic flux Φ caused by the current i of the choke winding are directed transversely to one another. When the value of the control direct current ίμ is changed, there is no effect on the flow of the inductor winding, so that the current i changes only as a function of the change in permeability μ. It follows that the devices shown constitute simple, reliable and non-linear inductors which can be used in cases where an oscillating circuit must contain a variable inductance, a variable coupling transformer or a parametrically excited oscillator. Patent claims: 1. Steuerbare nichtlineare Drosselspule, bestehend aus einem magnetischen Kern, einer Drosselwicklung, welche auf diesem Kern angebracht ist, und aus einer Steuerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwicklung aus mindestens einem durch eine Bohrung im magnetischen Kreise geführten Leiter besteht und daß die Steuerwicklung so angeordnet ist, daß die von dem durch jede der genannten Wicklungen fließenden Strom erzeugten magnetischen Flüsse winkelrecht zueinander verlaufen.1.Controllable non-linear choke coil, consisting of a magnetic core, a choke winding, which is attached to this core, and from a control winding, characterized in, that the control winding consists of at least one through a hole in the magnetic circuit There is led conductor and that the control winding is arranged so that the by current flowing through each of said windings generated magnetic fluxes at right angles to one another get lost. 2. Steuerbare nichtlineare Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselwicklung quer zu dem genannten Leiter gewickelt wird.2. Controllable non-linear choke coil according to claim 1, characterized in that the Choke winding is wound transversely to said conductor. 3. Steuerbare nichtlmeare Drosselspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kern einen geschlossenen magnetischen Kreis bildet.3. Controllable non-linear choke coil according to claim 2, characterized in that the magnetic Core forms a closed magnetic circuit. 4. Steuerbare nichtlineare Drosselspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einen geschlossenen magnetischen Kreis bildende Kern topfförmig ist und die Drosselwicklung vollkommen umfaßt.4. Controllable non-linear choke coil according to claim 3, characterized in that the a closed magnetic circuit forming core is cup-shaped and the inductor winding is perfect includes. 5. Steuerbare nichtlineare Drosselspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einen geschlossenen magnetischen Kreis bildende Kern einen äußeren Teil der Drosselwicklung umfaßt.5. Controllable non-linear choke coil according to claim 3, characterized in that the a closed magnetic circuit core forming an outer part of the choke winding includes. 6. Steuerbare nichtlineare Drosselspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Rückleiter der Steuerwicklung wirkender Steuerleiter durch den einen geschlossenen magnetischen Kreis bildenden Kern geführt wird und die Permeabilität eines Teiles des geschlossenen magnetischen Kreises steuert.6. Controllable non-linear choke coil according to claim 3, characterized in that a as Return conductor of the control winding, the control conductor acts through the one closed magnetic Circle forming core is guided and the permeability of part of the closed magnetic Circle controls. 7. Steuerbare nichtlineare Drosselspule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene des Steuerleiters und die Ebene des geschlossenen magnetischen Kreises des Kernes winkelrecht zueinander liegen.7. Controllable non-linear choke coil according to claim 6, characterized in that the Level of the control conductor and the level of the closed magnetic circuit of the core lie at right angles to each other. 8. Steuerbare nichtlineare Drosselspule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die8. Controllable non-linear choke coil according to claim 6, characterized in that the
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