DE1073221B

DE1073221B - Magnetic device

Info

Publication number: DE1073221B
Application number: DENDAT1073221D
Authority: DE
Inventors: Gerhard Natanael Westerberg Stockholm Erik
Original assignee: Aktiebolaget Ätvidabergs Indu stner Ätvidaberg (Schweden)
Priority date: 1957-10-22
Publication date: 1960-01-14
Also published as: GB845960A; NL232491A; FR1212505A

Description

DEUTSCHESGERMAN

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.In particular within the field of technology relating to electrical calculating machines and data handling machines, toroidal, magnetizable elements have been used for a relatively long time, which have two stable states of remanence, one of which, for example, the intersection between the hysteresis loop of the material and the negative B- axis has been chosen arbitrarily to represent a binary "zero", while the other, which corresponds to the point of intersection between the hysteresis loop and the positive 5-axis, consequently represents a binary "one". In the data handling art, it is often desirable that the core material have substantially rectangular hysteresis characteristics.

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.Such a toroidal magnetizable element, often called a "ferrite core" because the material of the magnetic core is ferritic, can be made to change from one state of saturation to the other by sending a current pulse through a winding through the ring-shaped magnetic core runs and surrounds it with one or more turns. The prerequisite for a change of state is that the product of the current intensity (/) through the winding and its number of turns (N) is greater than the number of ampere-turns that corresponds to the limit point of the hysteresis loop (in the first or third quadrant of a / iV-5 diagram, depending on the remanence state and the current or winding direction). The more turns there are with which the winding surrounds the core, the weaker the current is consequently required so that its magnetization state is to be changed. If a core changes its magnetization state in this way, a voltage is induced in another winding due to the flux changes in the core, which also runs through the core and surrounds it with one or more turns.

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.In magnetic core memories, for example, these are commonly used. Cores in rows and columns arranged so that they form a so-called matrix. It has been shown that the kernels are not must be arranged separately from one another, and it has accordingly been proposed that such a core matrix in the form of one or more plates or discs made of magnetic material, in which holes arranged in rows and possibly also in columns are present. Such Plate is essentially equivalent to a matrix of annular magnetic cores.

Die vorliegende Erfindung betrifft in erster Linie eine magnetische Vorrichtung, die eine Anzahl von Magnetische VorrichtungThe present invention relates primarily to a magnetic device comprising a number of Magnetic device

Anmelder:Applicant:

Aktiebolaget Ätvidabergs Industrier,
Atvidaberg (Schweden)Aktiebolaget Ätvidabergs Industrier,
Atvidaberg (Sweden)

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

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

PatentanwältePatent attorneys

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 22. Oktober 1957Claimed priority:
Sweden from October 22, 1957

Erik Gerhard Natanael Westerberg, Stockholm,
ist als Erfinder genannt wordenErik Gerhard Natanael Westerberg, Stockholm,
has been named as the inventor

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.Has magnetizable elements which have two substantially stable saturation states and as formed separate or contiguous rings with substantially rectangular hysteresis characteristics are. The device according to the invention is essentially characterized by a drive winding, which runs different times through one of the different elements and thus coils forms that have different numbers of turns and are each coupled to an element, as well as by a device to excite the drive winding with a preferably periodically varying current, which expediently increases gradually from a starting value to a maximum value during each period and from there falls back more quickly to the initial value, so that the various magnetic Elements during the current rise are made to move from their saturation state to the other to switch at different times, depending on the product of magnetizing current and Number of coil turns in sequence. Overcomes the number of ampere turns required to achieve the To change the direction of magnetization of the elements.

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-Such a device can be used to excite Pulse sequences are used in that the magnetizable elements with at least one each Secondary coil can be provided, in which coils electrical pulses are generated when the magnetizing Current causes the elements to

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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.change direction. These secondary coils are expediently coupled together, preferably in series with one another, so that they have a common Form secondary winding. Alternatively, a secondary winding common to the elements can be used in addition to the separate secondary coils.

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 zeigtFurther details of the invention can be found in the following description in conjunction with the drawing point out the principle of the invention on the basis of two embodiments chosen as examples illustrated. It shows

Fig. 1 ein Prinzipschema,1 shows a basic diagram,

Fig. 2 ein .BZ-Diagramm für vier Magnetkerne mit verschiedenen Spulenwindungszahlen,2 shows a BZ diagram for four magnetic cores with different numbers of coil turns,

Fig. 3 das Lesesignal von einem Impulsfolgeerzeuger nach Fig. 1, gemessen über eine gemeinsame Leseleitung bei stark verschiedenen Windungszahlen der Magnetisierungsspulen der verschiedenen Kerne,3 shows the read signal from a pulse train generator according to FIG. 1, measured via a common read line with very different numbers of turns of the magnetizing coils of the different cores,

Fig. 4 a die Ausgangsspannungen von zwei konsekutiven Kernen mit wenig verschiedener Windungszahl der Antriebsspulen der beiden Kerne und gemessen über separate Leseschleifen,4 a shows the output voltages of two consecutive cores with little different number of turns the drive coils of the two cores and measured via separate reading loops,

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. 4b shows a diagram corresponding to FIG. 4a over the output voltage from a common Reading line with a small difference between the number of turns of the drive coils of a number of Cores,

Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltschema über eine Weiterentwicklung der Schaltung gemäß Fig. 1,5 shows a simplified circuit diagram of a further development of the circuit according to FIG. 1,

Fig. 6 ein Impulsdiagramm.Fig. 6 is a timing diagram.

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.In Fig. 1 a series of ring-shaped magnetic cores la, Ib ₁ lc, Id is shown, which are four in the example chosen, but which can just as well be more or less. Around each core 1 is a drive or magnetization coil 2 a, 2 b, 2 c wound and 2d, and these coils are connected to a common drive or magnetization line 2 in series, in which optionally contains an additional inductance element 3 can be switched on. In practice generally the element 3 due to the inductance of the coil 2a to 2d is not required. Through each of the cores 1 α to Id runs a separate reading loop 4 a, b 4t, 4c or d ^, and also passes through all cores la to Id a common sense winding. 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.If one now assumes that the cores la to Id are at the beginning in the state corresponding to a binary zero and send a current pulse I ₁ whose instantaneous value, preferably continuously, increases over time, through the common drive winding 2, by means of a voltage pulse E. the cores la to Id in sequence from zero to one. If the nuclei are in the state corresponding to a binary one at the beginning, the instantaneous value t of the current pulse must of course increase in the negative direction, ie decrease over time, so that the nuclei change from one to zero. How the cores 1 change can be clearly seen from FIG. 2, which shows a common BI diagram for four cores with different numbers of turns (f? Denotes the magnetic flux density as usual). The hysteresis loop labeled α applies to the core 1 α with the smallest number of coil turns, the loop labeled b for the core 1 b with the second smallest number of coil turns, the loop labeled c for the core 1 c with the second largest number of Coil turns, and the loop labeled d applies to the core 1 d with the largest number of coil turns. From the diagram of Fig. 2 it can be seen that the cores 1 change from zero to one one after another as the current increases from zero in the positive direction. The core 1 d with the largest number of turns in its drive coil 2 d changes first and the core la with the smallest number of turns in its drive coil 2 α last.

Vorausgesetzt, daß die Übergänge der Kerne Id bis la im BI-Diagramm von Null zu Eins gleichmäßig verteilt sind und genügend weit voneinanderProvided that the transitions of the cores Id to la in the BI diagram from zero to one are evenly distributed and sufficiently far apart

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.ίο, read pulses d, c, b, a are obtained from the cores 1 d to la at equal time intervals, if the magnetizing drive current L is allowed to increase linearly with time. The output signal from the common read line 5 is indicated in FIG.

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.If the drive current / does not increase linearly over time, the intervals between the individual pulses will vary. So that the changes of the different cores should not overlap one another, one must have a sufficiently large difference in the number of turns between the cores. 4 shows how the read signals V look as a function of time t if the number of turns separation is too low, ie if the number of turns difference in the drive coils 2 of consecutive cores is too small. FIG. 4 a shows the read signals in the read loops 4 of two consecutive cores, and FIG. 4 b, which corresponds to FIG. 3, shows the output voltage V of the common read winding 5. The curve according to FIG. 4b represents a superposition of a plurality of curves according to Fig. 4 a.

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.Fig. 5, in which the same reference numerals as in Fig. 1 are used to designate analogous elements, represents a simplified principle diagram of a further development of the circuit according to FIG. 1 , the separate reading loops 4 have been omitted for the sake of clarity.

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:In FIG. 5, a special regulating winding 6 is shown, which is protected by an expediently resistive load 7 is closed and by means of which the pulse sequence is regulated in such a way that one can ensure that the changes of the cores replace each other without a disturbing overlap. This happens on the following Way:

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.When the core 1 d, the coil 2 d of which has the largest number of turns, begins to change, it induces a secondary current through the regulating winding 6. This causes the core 1 c, which follows the one who has just started to change, and the following cores obtained an automatic bias that delays its change, when the question core 1 changes d. When the core 1 d has changed, the current through the regulating winding 6 disappears and the blocking of the following core Ic and the remaining cores 1 δ, Ια ceases. When using a regulating winding 6 for regulating the change of the cores, the output signal from the various cores 1 takes on the appearance of FIG. The circuit of FIG. 5 can be used to generate time pulses of constant duration.

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.The circuit of FIG. 5 can also be operated in this way be that one uses the regulating winding 6 as the drive winding 2 and the drive winding used as a regulating winding in that the previous one is loaded with an impedance.

Die beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen sind natürlich nur als BeispieleThe embodiments described and shown in the drawings are of course only given as examples

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.and their details can be modified in many ways within the scope of the following patent claims. Thus, the cores I ₃ of which it was previously tacitly assumed that they have the same dimensions and magnetic properties as possible, can be chosen deliberately different in this regard in order to regulate the change point for the cores in question. If this alternative is chosen, at least some of the drive coils can even have the same number of turns.

Claims

Patent claims:

1. Magnetic device which has a number of magnetizable elements which have two essentially stable states of saturation and are designed as separate or contiguous rings made of a material with an essentially rectangular hysteresis characteristic curve, characterized by a drive winding which extends differently many times through each of the extends various elements and thus forms coils which have different numbers of turns and are each coupled to an element, and by a device for exciting the drive winding with a preferably periodically varying current which gradually increases during each period from an initial value to a maximum value and then faster falls back to the initial value, so that the various magnetic elements are caused during the current rise to change from their state of saturation to the other at different points in time depending on the product of the magnetizing current and coil windings gszahl in turn overcomes the number of ampere turns required to change the direction of magnetization of the elements.

2. Magnetic device according to claim 1, intended for generating pulse trains, thereby characterized in that the magnetizable elements each have at least one secondary coil are provided in which coils electrical pulses are generated when the magnetizing Current causes the elements to change the direction of magnetization.

3. Apparatus according to claim 2, characterized by a common to all elements Secondary winding, which can optionally be formed by the secondary coils, preferably in series with one another, are coupled together so that they share the secondary winding form.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized by one of the elements common and through the same regulating winding that loads with an impedance and in which the electromotive force that is generated via the regulating winding when a Element changes its state of magnetization, generating a current that the efforts of the rest Elements to change the magnetization state, counteracts.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the drive winding with an impedance is loaded instead of the regulating winding and that this in turn is connected to a magnetizing current source instead of the drive winding, which means that the drive and Regulating windings their functions in comparison with the device according to claim 4 To deceive.

6. A method for driving a device according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the self-inductance of the cores is used to increase the over time Generate magnetizing current by sending a square-wave voltage pulse over the drive winding.

1 sheet of drawings