DE1073221B - Magnetische Vorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Insbesondere innerhalb des Bereiches der Technik, der sich auf elektrische Rechenmaschinen und Databehandlungsmaschinen bezieht, werden seit verhältnismäßig langer Zeit toroidförmige, magnetisierbare Elemente verwendet, die zwei stabile Remanenzzustände haben, von denen der eine, der beispielsweise dem Schnittpunkt zwischen der Hystereseschleife des Materials und der negativen B-Achse entspricht, beliebig gewählt worden ist, um eine binäre »Null« zu repräsentieren, während der andere, der dementsprechend dem Schnittpunkt zwischen der Hystereseschleife und der positiven 5-Achse entspricht, infolgedessen eine binäre »Eins« repräsentiert. In der Databehandlungstechnik ist es oft erwünscht, daß das Kernmaterial im wesentlichen rechteckige Hysteresekennlinien hat.

Ein solches toriodförmiges, magnetisierbares Element, das häufig »Ferritkern« genannt wird, da das Material des Magnetkerns ferritisch ist, kann veranlaßt werden, von dem einen Sättigungszustand zu dem anderen dadurch überzuwechseln, daß ein Stromimpuls durch eine Wicklung gesandt wirdj die durch den ringförmigen Magnetkern verläuft und diesen mit einer oder mehreren Windungen umschließt. Voraussetzung für einen Zustandswechsel ist, daß das Produkt der Stromstärke (/) durch die Wicklung und deren Windungszahl (N) größer ist als die Amperewindungszahl, die dem Grenzpunkt der Hystereseschleife (in dem ersten oder dritten Quadranten eines /iV-5-Diagramms je nach dem Remanenzzustand und der Strom- bzw. Wicklungsrichtung) entspricht. Je mehr Windungen, mit welchen die Wicklung den Kern umschließt, vorhanden sind, desto schwächerer Strom ist infolgedessen erforderlich, damit sein Magnetisierungszustand gewechselt werden soll. Wenn- ein Kern auf diese Weise den Magnetisierungszustand wechselt, wird auf Grund der Fluß änderungen im Kern eine Spannung in einer anderen Wicklung induziert, die auch durch den Kern verläuft und diese mit einer oder mehreren Windungen umschließt.

In magnetischen Kernspeichern werden beispielsweise gewöhnlich solche. Kerne in Reihen und Kolonnen angeordnet, so daß sie eine sogenannte Matrix bilden. Es hat sich dabei gezeigt, daß die Kerne nicht getrennt voneinander angeordnet werden müssen, und man hat demzufolge vorgeschlagen, eine solche Kernmatrix in Form einer oder mehreren Platten oder Scheiben aus magnetischem Material auszuführen, in welchen reihen- und gegebenenfalls auch kolonnenweise angeordnete Löcher vorhanden sind. Eine solche Platte ist im wesentlichen äquivalent mit einer Matrix aus ringförmigen Magnetkernen.

Die vorliegende Erfindung betrifft in erster Linie eine magnetische Vorrichtung, die eine Anzahl von Magnetische Vorrichtung

Anmelder:

Aktiebolaget Ätvidabergs Industrier,
Atvidaberg (Schweden)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin-Grunewald,

und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Tal 71,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 22. Oktober 1957

Erik Gerhard Natanael Westerberg, Stockholm,
ist als Erfinder genannt worden

magnetisierbaren Elementen aufweist, welche zwei im wesentlichen stabile Sättigungszustände haben und als separate oder zusammenhängende Ringe mit im wesentlichen rechteckigen Hysteresekennlinien ausgebildet sind. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist im wesentlichen durch eine Äntriebswicklung gekennzeichnet, die verschieden viele Male durch je eines der verschiedenen Elemente verläuft und somit Spulen bildet, die verschiedene Windungszahlen haben und an je ein Element gekuppelt sind, sowie durch eine Vorrichtung zur Erregung der Antriebswicklung mit einem vorzugsweise periodisch variierenden Strom, der während jeder Periode zweckmäßig allmählich von einem Ausgangswert zu einem Höchstwert zunimmt und von dort schneller zum Ausgangswert zurückfällt, so daß die verschiedenen magnetischen Elemente während des Stromanstiegs veranlaßt werden, von ihrem Sättigungszustand zu dem anderen an verschiedenen Zeitpunkten zu wechseln, je nachdem das Produkt von magnetisierendem Strom und Spulenwindungszahl der Reihe nach den. Amperewindungszahlwert überwindet, der erforderlich ist, um die Magnetisierungsrichtung der Elemente zu wechseln.

Eine solche Vorrichtung kann zur Erregung von Impulsfolgen verwendet werden dadurch, daß die magnetisierbaren Elemente mit mindestens je einer Sekundärspule versehen werden, in welchen Spulen elektrische Impulse erzeugt werden, wenn der magnetisierende Strom die Elemente veranlaßt, ihre Magneti-

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sierungsrichtung zu wechseln. Diese Sekundärspulen sind zweckmäßig zusammengekuppelt, vorzugsweise in Reihe miteinander, so daß sie eine gemeinsame Sekundärwicklung bilden. Alternativ kann eine den Elementen gemeinsame Sekundärwicklung außer den separaten Sekundärspulen vorhanden sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung hervor, die das Prinzip der Erfindung an Hand von zwei als Beispiele gewählten Ausführungsformen veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschema,

Fig. 2 ein .BZ-Diagramm für vier Magnetkerne mit verschiedenen Spulenwindungszahlen,

Fig. 3 das Lesesignal von einem Impulsfolgeerzeuger nach Fig. 1, gemessen über eine gemeinsame Leseleitung bei stark verschiedenen Windungszahlen der Magnetisierungsspulen der verschiedenen Kerne,

Fig. 4 a die Ausgangsspannungen von zwei konsekutiven Kernen mit wenig verschiedener Windungszahl der Antriebsspulen der beiden Kerne und gemessen über separate Leseschleifen,

Fig. 4b ein der Fig. 4 a entsprechendes Diagramm über die Ausgangsspannung von einer gemeinsamen Leseleitung bei geringem Unterschied zwischen den Windungszahlen der Antriebsspulen einer Anzahl von Kernen,

Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltschema über eine Weiterentwicklung der Schaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 6 ein Impulsdiagramm.

In Fig. 1 ist schematisch eine Reihe von ringförmigen Magnetkernen la, Ib₁ lc, Id gezeigt, die in dem gewählten Beispiel vier sind, die aber ebensogut mehr oder weniger sein können. Um jeden Kern 1 ist eine Antriebs- oder Magnetisierungsspule 2 a, 2 b, 2 c bzw. 2d gewickelt, und diese Spulen sind zu einer gemeinsamen Antriebs- oder Magnetisierungsleitung 2 in Reihe geschaltet, in welcher gegebenenfalls ein zusätzliches Induktanzelement 3 eingeschaltet sein kann. In der Praxis ist im allgemeinen das Element 3 auf Grund der Induktanz der Spulen 2 a bis 2d nicht erforderlich. Durch jeden der Kerne 1 α bis Id verläuft eine separate Leseschleife 4a, 4t b, 4c bzw. ^d, und außerdem verläuft durch sämtliche Kerne la bis Id eine gemeinsame Lesewicklung 5.

Wenn man jetzt annimmt, daß die Kerne la bis Id zu Beginn sich in dem einer binären Null entsprechenden Zustand befinden und mittels eines Spannungspulses E einen Strompuls I₁ dessen Momentanwert, vorzugsweise kontinuierlich, mit der Zeit zunimmt, durch die gemeinsame Antriebswicklung 2 senden, wechseln die Kerne la bis Id der Reihe nach von Null zu Eins. Wenn die Kerne zu Beginn sich in dem einer binären Eins entsprechenden Zustand befinden, muß selbstverständlich der Momentan wer,t des Stromimpulses in der negativen Richtung ansteigen, d. h. mit der Zeit abnehmen, damit die Kerne von Eins zu Null wechseln. Wie die Kerne 1 wechseln, geht deutlich aus Fig. 2 hervor, die ein gemeinsames BI-Diagramm für vier Kerne mit verschiedenen Windungszahlen zeigt (f? bezeichnet wie gewöhnlich die magnetische Flußdichte). Die mit α bezeichnete Hystereseschleife gilt für den Kern 1 α mit der kleinsten Anzahl von Spulenwindungen, die mit b bezeichnete Schleife für den Kern 1 b mit der zweitkleinsten Anzahl von Spulenwindungen, die mit c bezeichnete Schleife für den Kern 1 c mit der zweitgrößten Anzahl von Spulenwindungen, und die mit d bezeichnete Schleife gilt für den Kern 1 d mit der größten Anzahl von Spulenwindungen. Aus dem Diagramm nach Fig. 2 geht hervor, daß die Kerne 1 von Null zu Eins nacheinander wechseln, wenn der Strom von Null in der positiven Richtung zunimmt. Der Kern 1 d mit der größten Windungszahl in seiner Antriebsspule 2 d wechselt zuerst und der Kern la mit der kleinsten Windungszahl in seiner Antriebsspule 2 α zuletzt.

Vorausgesetzt, daß die Übergänge der Kerne Id bis la im BI-Diagramm von Null zu Eins gleichmäßig verteilt sind und genügend weit voneinander

ίο liegen, werden Leseimpulse d, c, b, a mit untereinander gleichen Zeitabständen von den Kernen 1 d bis la erhalten, wenn man den magnetisierenden Antriebsstrom L mit der Zeit linear ansteigen läßt. Das Ausgangssignal von der gemeinsamen Leseleitung 5 wird in Fig 3 angedeutet.

Wenn der Antriebsstrom / mit der Zeit nicht linear zunimmt, werden die Abstände zwischen den einzelnen Impulsen variieren. Damit die Wechsel der verschiedenen Kerne nicht einander überlappen sollen, muß man einen genügend großen Windungszahlunterschied zwischen den Kernen haben. In Fig. 4 wird gezeigt, wie die Lesesignale V als Funktion der Zeit t bei zu niedriger Windungszahlseparierung, d. h. bei zu kleinem Windungszahlunterschied der Antriebsspulen 2 von konsekutiven Kernen aussehen. Fig. 4 a zeigt die Lesesignale in den Leseschleifen 4 von zwei konsekutiven Kernen, und Fig. 4 b, die Fig. 3 entspricht, zeigt die Ausgangsspannung V der gemeinsamen Lesewicklung 5. Die Kurve nach Fig. 4b stellt eine Überlagerung einer Mehrzahl von Kurven nach Fig. 4 a dar.

Fig. 5, in welcher dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden, um analoge Elemente zu bezeichnen, stellt ein vereinfachtes Prinzipschema über eine Weiterentwicklung der Schaltung nach Fig. 1 dar, wobei die separaten Leseschleifen 4 deutlichkeitshalber weggelassen worden sind.

In Fig. 5 ist eine besondere Regulierwicklung 6 gezeigt, die durch eine zweckmäßig resistive Belastung 7 geschlossen ist und mittels welcher die Pulsfolge derart reguliert wird, daß man gewährleisten kann, daß sich die Wechsel der Kerne ohne störende Überlappung einander ablösen. Dies geschieht auf folgende Weise:

Wenn der Kern 1 d, dessen Spule 2 d die größte Windungszahl hat, zu wechseln beginnt, induziert er einen Sekundärstrom durch die Regulierwicklung 6. Dieser Strom ist bestrebt, der treibenden Amperewindungszahl des Stromes / durch die Antriebswicklung 2 entgegenzuwirken. Dies bewirkt, daß der Kern 1 c, der demjenigen folgt, der zu wechseln gerade begonnen hat, sowie die folgenden Kerne einen automatischen Vorstrom erhalten, der ihren Wechsel verzögert, wenn der fragliche Kern 1 d wechselt. Wenn der Kern 1 d gewechselt hat, verschwindet der Strom durch die Regulierwicklung 6, und die Sperrung des folgenden Kerns Ic und der übrigen Kerne 1 δ, Ια hört auf. Bei der Verwendung einer Regulierwicklung 6 zur Regulierung der Wechsel der Kerne nimmt das Ausgangssignal von den verschiedenen Kernen 1 das Aussehen nach Fig. 6 an. Die Schaltung nach Fig. 5 kann zur Erzeugung von Zeitpulsen mit konstanter Dauer verwendet werden.

Die Schaltung nach Fig. 5 kann auch derart betrieben werden, daß man die Regulierwicklung 6 als Antriebswicklung 2 ausnutzt und die Antriebswicklung als Regulierwicklung dadurch verwendet, daß vorige mit einer Impedanz belastet wird.

Die beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen sind natürlich nur als Beispiele

zu betrachten und können in ihren Einzelheiten auf viele Weise innerhalb des Rahmens der folgenden Patentansprüche abgeändert werden. Somit können die Kerne I₃ von denen im vorigen stillschweigend angenommen worden ist, daß sie möglichst gleiche Abmessungen und magnetische Eigenschaften untereinander haben, absichtlich verschieden in dieser Hinsicht gewählt werden, um den Wechselpunkt für die betreffenden Kerne zu regulieren. Wenn diese Alternative gewählt wird, können sogar wenigstens einige der Antriebsspulen untereinander die gleiche Windungszahl haben.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Magnetische Vorrichtung, welche ein Anzahl von magnetisierbaren Elementen aufweist, die zwei im wesentlichen stabile Sättigungszustände haben und als separate oder zusammenhängende Ringe aus einem Material mit im wesentlichen rechteckiger Hysteresekennlinie ausgebildet sind, gekennzeichnet durch eine Antriebswicklung, die sich verschieden viele Male durch jedes der verschiedenen Elemente erstreckt und somit Spulen bildet, die verschiedene Windungszahlen haben und an je einem Element gekuppelt sind, und durch eine Vorrichtung zur Erregung der Antriebswicklung mit einem vorzugsweise periodisch variierenden Strom, der während jeder Periode allmählich von einem Anfangswert zu einem Höchstwert ansteigt und dann schneller zum Anfangswert zurückfällt, so daß die verschiedenen magnetischen Elemente während des Stromanstiegs veranlaßt werden, von ihrem Sättigungszustand zu dem anderen an verschiedenen Zeitpunkten zu wechseln, je nachdem das Produkt von magnetisierendem Strom und Spulenwindungszahl der Reihe nach den Amperewindungszahlwert überwindet, der erforderlich ist, um die Magnetisierungsrichtung der Elemente zu wechseln.

2. Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, bestimmt zur Erzeugung von Impulsfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbaren Elemente mit mindestens je einer Sekundärspule versehen sind, in welchen Spulen elektrische Impulse erzeugt werden, wenn der magnetisierende Strom die Elemente veranlaßt, die Magnetisierungsrichtung zu wechseln.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine sämtlichen Elementen gemeinsame Sekundärwicklung, die gegebenenfalls dadurch gebildet sein kann, daß die Sekundärspulen, vorzugsweise in Reihe miteinander, zusammengekuppelt sind, so daß sie die gemeinsame Sekundärwicklung bilden.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den Elementen gemeinsame und durch dieselben verlaufende Regulierwicklung, die mit einer Impedanz belastet ist und in der die elektromotorische Kraft, die über die Regulierwicklung erzeugt wird, wenn ein Element seinen Magnetisierungszustand wechselt, einen Strom erzeugt, der dem Bestreben der übrigen Elemente, den Magnetisierungszustand zu wechseln, entgegenwirkt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gegekennzeichnet, daß die Antriebswicklung mit einer Impedanz anstatt der Regulierwicklung belastet ist und daß diese ihrerseits an eine Magnetisierungsstromquelle anstatt der Antriebswicklung angeschlossen ist, was bedeutet, daß die Antriebsund Regulierwicklungen ihre Funktionen im Vergleich mit der Vorrichtung nach Anspruch 4 tauschen.

6. Verfahren zum Antrieb einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Eigeninduktanz der Kerne ausnutzt, um den mit der Zeit ansteigenden magnetisierenden Strom zu erzeugen, indem man einen rechteckförmigen Spannungsimpuls über die Antriebswicklung legt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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