DE1018117B

DE1018117B - Device for regulating the inductance of a high frequency coil

Info

Publication number: DE1018117B
Application number: DES43049A
Authority: DE
Inventors: Dr Hugo Muckenthaler; Dr Adolf Weis
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1955-03-15
Filing date: 1955-03-15
Publication date: 1957-10-24

Description

Vorrichtung zur Regelung der Induktivität einer Hochfrequenzspule Die Erfindung behandelt eine Vorrichtung zur Regelung der Induktivität einer Hochfrequenzspule durch Regelung des Stromes eines ihr zugeordneten Elektromagneten.Device for regulating the inductance of a high frequency coil The invention deals with a device for regulating the inductance of a high frequency coil by regulating the current of an electromagnet assigned to it.

Ein solches sogenanntes Magnetvariometer wird z. B. in Abstimmkreisen von Rundfunkgeräten verwendet. Bei der Regelung des Stromes des Elektromagneten treten für einen bestimmten Stromwert verschiedene Werte der Induktivität der Hochfrequenzspule auf, je nachdem, ob man sich auf der Magnetisierungskennlinie von einem niederen zu einem höheren Wert oder von einem höheren zu einem niedrigeren Wert bewegt. Dies ist durch die Hysterese des Eisens bedingt. Um diese nicht eindeutigen Induktivitätswerte zu vermeiden, kann man nur auf einem Ast der Magnetisierungskennlinie arbeiten, indem man den Strom nur in einer Richtung regelt.Such a so-called magnetic variometer is z. B. in voting circles used by radios. When regulating the current of the electromagnet For a certain current value, different values of the inductance of the high-frequency coil occur on, depending on whether one is on the magnetization curve of a lower one moved to a higher value or from a higher to a lower value. this is due to the hysteresis of the iron. To these ambiguous inductance values to avoid, one can only work on one branch of the magnetization curve, by only regulating the current in one direction.

Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, eine Regelung auf einem Ast dadurch zu erreichen, daß man je--,veils nur Werte bei steigendem Strom einstellt. Will man einen Wert, der einem niedrigeren Strom entspricht, erreichen, muß man zuerst zum Nullpunkt zurückkehren und kann dann erst den gewünschten Wert einstellen. Bei dieser Regelung auf einem Ast vom Nullpunkt aus ist jedoch die Empfindlichkeit der Regelung sehr gering, da sich dort die Induktivität der im Kreis des Elektromagneten liegenden Spule mit steigender Feldstärke nur gering ändert.It has therefore already been proposed that a scheme should be on a branch can be achieved by setting values only when the current increases. If you want to achieve a value that corresponds to a lower current, you have to first return to the zero point and only then can you set the desired value. With this regulation on a branch from the zero point, however, the sensitivity is the regulation is very low, since there is the inductance in the circle of the electromagnet lying coil changes only slightly with increasing field strength.

Unabhängig hiervon ist es bekanntgeworden, neben dem von dem Regelstrom durchflossenen Elektromagneten einen mit ihm in Reihe geschalteten Permanentmagneten oder einen weiteren, aber von konstantem Strom durchflossenen Elektromagneten vorzusehen, wobei es offenblieb, ob die Polaritäten des Regelmagneten und des Festmagneten vorteilhaft gleich oder entgegengesetzt zu richten sind..Regardless of this, it has become known, in addition to that of the control current through which the electromagnet flows, a permanent magnet connected in series with it or to provide an additional electromagnet with a constant current flowing through it, it remained open whether the polarities of the regulating magnet and the fixed magnet were advantageous are to be directed equally or oppositely ..

Weiterhin ist eine ähnliche Anordnung ohne festen Zusatzmagneten, also nur mit einem regelnden Elektromagneten, bekanntgeworden, bei der der Strom durch den Elektromagneten, bevor er geändert werden kann, zunächst unterbrochen wird. Nach jeder Unterbrechung steigt dann der Strom von Null auf einen stufenweise einstellbaren Wert an.Furthermore, a similar arrangement without fixed additional magnets is possible, so only with a regulating electromagnet, became known, in which the current interrupted by the electromagnet before it can be changed will. After each interruption, the current then increases gradually from zero to one adjustable value.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Induktivität einer Spule durch Regelung des Stromes eines ihr zugeordneten Elektromagneten, bei dem die Regelung von einem durch eine dauernde konstante Vormagnetisierung auf der Magnetisierkennlinie eingestellten Festpunkt aus vorgenommen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der steilste Teil der Magnetisierungskenulinie entgegen der Vermagnetisieru:ng durch den in bekannter Weise von Null ansteigenden Strom des Elektromagneten durchlaufen wird und die Regelung des Stromes des Elektromagneten, wie bekannt, nur im Sinne steigenden Stromes erfolgt.The inventive device for regulating the inductance of a Coil by regulating the current of an electromagnet assigned to it, in which the regulation of one by a permanent constant premagnetization on the magnetization characteristic set fixed point is made, is characterized in that the steepest part of the magnetization curve against the vermagnetization through run through the current of the electromagnet, which increases from zero in a known manner is and the regulation of the current of the electromagnet, as is known, only in the sense increasing current takes place.

Erfindungsgemäß wird also zunächst vorgeschlagen, im steilsten Teil der Magnetisierungskennlinie zu arbeiten. Dazu wird vorgeschlagen, durch eine dauernde konstante Vormagnetisierung einen Festpunkt der Magnetisierungskennlinie dort einzustellen, wo, vom \Tullpunkt aus gesehen, der steilste Teil der Magnetisierungskennknie endet. Eine Gerade durch den Punkt der Magnetisierungskennlinie, der der Feldstärke Null entspricht, tangiert die Magnetisierungskenn,linie in diesem Festpunkt. Wird jetzt der Elektromagnet im entgegengesetzten Sinne zur Vormagnetisierung geregelt, so wird der steilste Teil der Magnefiisierungskenn:linie durchlaufen. Um nun auf einem Ast eindeutig arbeiten zu können, ist das Erreichen eines bereits durchlaufenen Punktes nur dann möglich, wenn der Strom unterbrochen wird, so daß zuerst der durch die Vo.rmagnetisierung gegebene Festpunkt überstrichen werden muß.According to the invention, it is first proposed in the steepest part the magnetization characteristic to work. To this end, it is suggested to use a permanent constant premagnetization to set a fixed point of the magnetization characteristic there, where, seen from \ Tullpunkt, the steepest part of the magnetization knee ends. A straight line through the point of the magnetization curve, that of the field strength zero corresponds, touches the magnetization characteristic line in this fixed point. Going to happen now the electromagnet regulated in the opposite sense to the premagnetization, so the steepest part of the magnification characteristic is traversed. To now on one Being able to clearly work branch is the achievement of one that has already been passed through Point only possible if the current is interrupted, so that first the through the fixed point given the pre-magnetization must be swept over.

An Hand der Fig. 1 sei diese Wirkungsweise näher erklärt. Der Kurvenzug a stellt die Abhängigkeit der Induktivität L der zu regelnden Hochfrequenzspule von der steigenden Erregerfeldstärke H dar. Es ist daraus ersichtlich, daß durch Steigerung der Feldstärke von Null an im ersten Teil des Kurvenzuges a die Induktiv ität nur wenig geändert wird. Um jedoch das Arbeiten im steilsten Teil der Magnetisierungskennlinie durchführen zu können, wird durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Dauermagneten mit der Feldstärke HD der Punkt Po als Festpunkt eingestellt, dem der Wert Lman der Induktivität der Hochfrequenzspule entspricht. Der zur Regelung der Induktiv ität der Hochfrequenzspule dienende Elektromagnet mit seiner durch den regelbaren Strom erzeugten Feldstärke HE wirkt dem Dauermagneten entgegen. Durch Steigerung des Stromes des Elektromagneten von Null an wird- der gestrichelte Kurvenzug bin Pfeilrichtung durchlaufen. Bei steigendem. Strom des Elektromagneten wird somit der Punkt P2 überstrichen, und man gelangt zum Punkt P1. Somit ist eine Regelung im steilsten Teil der Magnetisie-:rungskennlinie in einer Richtung möglich. Soll nun rückläufig vom Punkt P1 der Punkt P2 erreicht werden, so ist dies nach der erfindungsgemäßen Anordnung nur möglich, wenn zuerst der Festpunkt Po überstrichen worden ist. Dies geschieht durch Abschalten des Stromes des Elektromagneten. Dabei wird der strichpunktierte Kurvenzug c durchlaufen. Erst nachdem der Festpunkt Po erreicht ist und der Strom, dem die Feldstärke H_r2 entspricht, eingestellt ist, wird nach Durchlaufen des Kurvenzuges b der Punkt P2 erreicht.This mode of operation will be explained in more detail with reference to FIG. 1. The curve a represents the dependence of the inductance L of the high-frequency coil to be controlled on the increasing excitation field strength H. It can be seen from this that by increasing the field strength from zero in the first part of the curve a, the inductance is only slightly changed. However, in order to be able to work in the steepest part of the magnetization characteristic, the inventive arrangement of a permanent magnet with the field strength HD sets the point Po as a fixed point, to which the value Lman of the inductance of the high-frequency coil corresponds. The electromagnet used to regulate the inductivity of the high-frequency coil, with its field strength HE generated by the controllable current, counteracts the permanent magnet. By increasing the current of the electromagnet from zero, the dashed curve is traversed in the direction of the arrow. With increasing. Current of the electromagnet is thus passed over the point P2, and one arrives at the point P1. Control in the steepest part of the magnetization characteristic is thus possible in one direction. If the point P2 is to be reached backwards from point P1, this is only possible according to the arrangement according to the invention if the fixed point Po has first been passed over. This is done by switching off the current to the electromagnet. The dash-dotted curve c is run through. Only after the fixed point Po has been reached and the current to which the field strength H_r2 corresponds has been set, the point P2 is reached after the curve b has been traversed.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann die dauernde konstante Vormagnetisierung z. B. durch einen Permanentmagneten erreicht werden. Dieser Permanentmagnet kann in den Kreis des Elektromagneten gelegt werden, was einer Reihenschaltung entspricht. Bei einer möglichen Ausführungsform nach Fig. 2 ist zwischen die beiden Schenkel 1 und 2 des Elektromagneten der Permanentmagnet als ein Joch eingefügt. Zwischen den konischen Nasen4und5 an den Schenkeln des Elektromagneten 1 und 2 ist die zu regelnde Hochfrequenzspule 6 angebracht. Die Regelung des Elektromagneten erfolgt durch die auf dem Schenkel 2 des Elektromagneten aufgebrachte Spule 7. Das durch den Strom in der Spule erzeugte Feld ist dem Dauermagneten 3 entgegengesetzt. Den Strom für die Spule 7 liefert die Stromquelle B. Die stufenlose Regelung erfolgt durch den Regler 9, der z. B. als Drehwiderstand ausgeführt sein kann. Die beim Regeln im gegenläufigen Sinn notwendige Abschaltung des Erregerstromes erfolgt durch den Schalter 10.In the arrangement according to the invention, the permanent, constant premagnetization z. B. can be achieved by a permanent magnet. This permanent magnet can be placed in the circle of the electromagnet, which corresponds to a series connection. In a possible embodiment according to FIG. 2, there is between the two legs 1 and 2 of the electromagnet the permanent magnet is inserted as a yoke. Between The conical lugs 4 and 5 on the legs of the electromagnets 1 and 2 are closed 6 high frequency regulating coil attached. The electromagnet is regulated by the applied to the leg 2 of the electromagnet coil 7. The through The field generated by the current in the coil is opposite to the permanent magnet 3. The Current for the coil 7 is supplied by the current source B. The stepless regulation takes place by the controller 9, the z. B. can be designed as a rotary resistor. The at Rules in the opposite sense, necessary shutdown of the excitation current, is carried out by the switch 10.

Die Vormagnetisierung kann auch, wie bei einer anderen Anordnung bekannt, durch einen zum Elektromagneten parallel geschalteten Permanentmagneten erfolgen, wie dies beispielsweise in Fig. 3 ausgeführt ist. Zwischen den Fortsätzen 14 und 15 des U-förmigen Elektromagneten 11 ist die zu regelnde Hochfrequenzspule 16 angeordnet. Parallel zum Elektroinagneten liegt der Dauermagnet 13, der hier als gebogener Stab ausgeführt ist, wodurch die sich zwischen I@Tordpo1 und Südpol schließenden Kraftlinien fast völlig die Spule 16 durchsetzen. Das Feld des Elektromagneten 11 wird durch die Spule 17 erzeugt, die von der Stromquelle 18 gespeist wird. Der Regelwiderstand 19 ist hier als Schiebewiderstand ausgeführt. Zur Abschaltung dient der Schalter 20. Selbstverständlich kann die Vormagnetisierung auch durch einen Elektromagneten mit konstantem dauerndem Erregerfeld erzeugt werden.The premagnetization can also, as is known in another arrangement, by a permanent magnet connected in parallel to the electromagnet, as shown in FIG. 3, for example. Between the extensions 14 and 15 of the U-shaped electromagnet 11, the high-frequency coil 16 to be regulated is arranged. The permanent magnet 13, here as a curved rod, lies parallel to the electromagnet is executed, whereby the lines of force closing between I @ Tordpo1 and the south pole almost completely enforce the coil 16. The field of the electromagnet 11 is through the coil 17 is generated, which is fed by the current source 18. The rheostat 19 is designed here as a sliding resistor. The switch is used to switch off 20. Of course, the premagnetization can also be done by an electromagnet can be generated with a constant, permanent excitation field.

Zum Abschalten des Stromes in dem Fall, daß die Regelung im gegenläufigen Sinne erfolgen soll, ist eine Vorrichtung vorgesehen, wie sie beispielsweise in Fig. 4 aufgezeichnet ist und die in einer verwandten Ausführung bei einer Vorrichtung zum Arbeiten auf nur einem Ast einer Hysteresesch.leife bekannt ist. Die Einstellwelle 21 trägt einen Drehknopf 22, ein Sperrrad 23, den verstellbaren-Abgriff 24 des Regelwiderstandes 25 sowie ein Schnurrad 26, das mit einer Anzeigevorrichtung in Verbindung steht. In die sägezahnartig ausgebildeten Zähne des Sperrades 23 greift eine Sperrklinke 27 ein, die in einer Halterung 28 horizontal verschiebbar angeordnet ist. Diese Sperrklinke 27 ist zumindest in ihrem rechten Teil in vertikaler Richtung federnd ausgebildet. Der Zapfen 29 auf der Sperrklinke 27 ist mit einer Feder 30 verbunden, die die Sperrklinke nach rechts zu ziehen sucht. Die Sperrklinke 27 hat an dem dem Sperrad gegenüberliegenden Ende eine T-förmige Kontaktplatte 31, die die Kontakte 32 und 33 miteinander verbinden kann. Wird bei Betätigung des Drehknopfes 22 die Einstellwelle im Uhrzeigersinn, d. h. in eingezeichneter Pfeilrichtung bewegt, so wird durch den verstellbaren Abgriff 24 die Kontaktbahn des Regelwiderstandes 25 überstrichen, wodurch der Widerstand im Erregerstromkreis verringert und der Strom des Elektromagneten vergrößert wird. Durch ihre vertikale Federung wird die Sperrklinke 27 von einem zum anderen Zahn des Sperrades 23 springen. Dabei hält die Feder 23 die Sperrklinke 27 so weit nach rechts, daß die Kontakte 32 und 33 durch die Kontaktplatte 31 miteinander verbunden sind. Es erfolgt also eine Regelung auf dem Kurvenzug b nach Fig: 1 vom Punkt Po zum Punkt P1. Will man jetzt den Punkt P2 nach der Fig. 1 erreichen, und bestätigt den Abstimmknopf 22 der Anordnung nach Fig.4 entgegen dein Uhrzeigersinn, so wird infolge der sägezahnartigen Ausbildung der Zähne des Sperrades 21 die Sperrklinke 27 nach links geschoben, wobei die Kontaktplatte 31 die Verbindung zu den Kontakten 32 und 33 aufhebt. Damit ist der von der Strmquelle 34 für die Erregerspule 35 gelieferte Strom ausgeschaltet, und es wird nun der Kurvenzug c nach der Fig. 1 bis zum Punkt P. durchlaufen. Ist durch den Abstimmknopf 22 in Fig. 4 der gewünschte Punkt P2 nach Fig. 1 eingestellt, der z. B. durch eine Anzeigevorrichtung, die mit dem Schnurrad 26 verbunden ist, angezeigt wird, so wird die Sperrklinke 27 durch die Feder 20 nach rechts gezogen, wobei die Kontaktplatte 31 die Verbindung zwischen den Kontakten 32 und 33 wiederherstellt. Nach dem Einschalten des Stromes wird nun der Kurvenzug b nach der Fig. 1 bis zum Punkt P2 durchlaufen, der dem gewünschten Induktivitätswert entspricht.To switch off the current in the event that the regulation is contrary To take place in the sense, a device is provided, as for example in Fig. 4 is recorded and in a related embodiment in an apparatus is known to work on only one branch of a hysteresis loop. The adjustment shaft 21 carries a rotary knob 22, a ratchet wheel 23, the adjustable tap 24 of the variable resistor 25 and a string wheel 26 which is connected to a display device. A pawl engages in the sawtooth-like teeth of the ratchet wheel 23 27 a, which is arranged in a holder 28 so as to be horizontally displaceable. These The pawl 27 is resilient in the vertical direction, at least in its right part educated. The pin 29 on the pawl 27 is connected to a spring 30, trying to pull the pawl to the right. The pawl 27 has on the Ratchet opposite end of a T-shaped contact plate 31, which the contacts 32 and 33 can connect to each other. When the rotary knob 22 is operated, the Adjusting shaft clockwise, d. H. moved in the direction of the arrow, so the contact path of the regulating resistor 25 becomes through the adjustable tap 24 painted over, which reduces the resistance in the excitation circuit and the current of the electromagnet is enlarged. The pawl is due to its vertical suspension 27 jump from one tooth to the other of the ratchet wheel 23. The spring 23 holds the pawl 27 so far to the right that the contacts 32 and 33 through the contact plate 31 are connected to each other. So there is a regulation on the curve b according to Fig: 1 from point Po to point P1. If one now wants to point P2 according to Fig. Reach 1, and confirms the tuning button 22 of the arrangement of Figure 4 contrary clockwise, as a result of the sawtooth-like formation of the teeth of the Ratchet wheel 21, the pawl 27 is pushed to the left, the contact plate 31 the connection to the contacts 32 and 33 is canceled. So that's the one from the source of the current 34 for the excitation coil 35 current supplied is switched off, and it is now the curve c according to FIG. 1 to point P. go through. Is through the tuning knob 22 in Fig. 4, the desired point P2 of FIG. 1 set, the z. B. by a display device, which is connected to the string wheel 26 is displayed, the pawl will 27 pulled to the right by the spring 20, the contact plate 31 making the connection between contacts 32 and 33 is restored. After switching on the power the curve b according to FIG. 1 is now traversed to point P2, which is the desired Corresponds to inductance value.

Bei der oben beschriebenen Sperrvorrichtung ist entsprechend der Breite der Zähne des Sperrades e ein gewisses Spiel vorhanden. Die Abschaltung des Elektromagneten beim Betätigen der Einstellwelle entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt nicht plötzlich, sondern maximal nach dem Überstreichen einer Zahnbreite. Damit ergibt sich zwar eine geringe Abweichung von dem gewünschten Einstellwert. Jedoch ist dies für die Feinabstimmung meist nicht wesentlich, wenn dadurch auf der anderen Seite beim Feinregulieren nicht jeweils der Stromkreis unterbrochen werden muß. Sind jedoch ganz exakte Einstellwerte erforderlich, so wird man das Sperrad und die Sperrklinkenanordnung durch eine Vorrichtung ersetzen, wie sie in Fig. 5 angegeben ist. Auf die Einstellwelle 41 wird ein I\Tockenrad 42 unter Einfügung einer Rutschkupplung 43 aufgesetzt. Die Haftfestigkeit der Rutschkupplung muß so eingestellt sein, da.ß beim Anschlag des Nockens des Nockenrades 42 die Einstellwelle 41 noch leicht betätigt werden kann. Wird die Einstellwelle im Uhrzeigersinn betätigt, so schließt der Nocken .des Nockenrades 42 den Kontakt 44. Der Elektromagnet steht somit unter Spannung. Wird die Einstellwelle entgegen dem Uhrzeigersinn betätigt, so wird der Nocken des Nockenrades 42 nach unten bis zum Anschlag 45 bewegt und der Kontakt 44 geöffnet. Es wird der durch die Vormagnetisierung gegebene Festpunkt überstrichen. Beim Betätigen der Einstellwelle im Uhrzeigersinn wird wieder der Kontakt 44 geschlossen. Die Feder 46 hebt die federnde Wirkurig des Kontaktes auf, um ein selbsttätiges Öffnen des Kontaktes beim Stillstand der Einstellwelle 41 zu vermeiden. Das durch diese Vorrichtung gegebene Spiel ist nur abhängig von dem notwendigen Abstand der beiden Kontaktlamellen beim geöffneten Stromkreis. Dieses Spiel ist praktisch zu vernachlässigen.In the case of the locking device described above, the width corresponds the teeth of the ratchet wheel e there is a certain amount of play. The shutdown of the electromagnet when the adjustment shaft is turned counterclockwise, it does not suddenly occur but at most after sweeping over a face width. So it arises a slight deviation from the desired setting value. However, this is for that Fine-tuning is usually not essential, if this on the other hand when fine-tuning the circuit does not have to be interrupted in each case. However, they are very exact setting values required, one is the ratchet wheel and the pawl assembly by a device replace, as indicated in Fig. 5. A cam wheel is mounted on the setting shaft 41 42 placed with the insertion of a slip clutch 43. The adhesive strength of the slip clutch must be set so that when the cam of the cam wheel 42 hits the setting shaft 41 can still be operated easily. If the adjustment shaft is operated clockwise, so the cam .des cam wheel 42 closes contact 44. The electromagnet is at a standstill thus under tension. If the adjustment shaft is operated counterclockwise, so the cam of the cam wheel 42 is moved down to the stop 45 and contact 44 is open. It becomes the fixed point given by the premagnetization painted over. When the adjustment shaft is turned clockwise, the Contact 44 closed. The spring 46 lifts the resilient effect of Contact to open the contact automatically when the setting shaft is at a standstill 41 to avoid. The game given by this device is only dependent on the necessary distance between the two contact blades when the circuit is open. This Game is practically negligible.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist also eine eindeutige Abhängigkeit der Induktivität einer Hochfrequenzspule von dem Strom des Elektromagneten im steilsten Teil der Magnetis.ierungskennlinie gegeben. Es wird der Kurvenzug b nach der Fig. 1 immer in angegebener Pfeilrichtung durchlaufen, und es entspricht somit jedem Wert des Stromes des Elektromagneten ein Wert der Induktivität der Hochfrequenzspule.The arrangement according to the invention therefore results in a clear dependency the inductance of a high frequency coil from the current of the electromagnet in the steepest Part of the magnetization characteristic given. The curve b according to Fig. 1 always run through in the direction of the arrow, and it therefore corresponds to everyone Value of the current of the electromagnet is a value of the inductance of the high frequency coil.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for regulating the inductance of a High-frequency coil by regulating the current of an electromagnet assigned to it, So-called magnetic variometer, in which the control is from one to one continuous constant premagnetization on the fixed point set on the magnetization characteristic takes place, characterized in that the steepest part of the magnetization characteristic contrary to the bias due to the rising from zero in a known manner Current of the electromagnet is passed through and the regulation of the current of the electromagnet, as is known, only takes place in the sense of increasing current.

2. Device according to claim 1, characterized in that a permanent magnet in series with the electromagnet lies.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that a permanent magnet parallel to the electromagnet.

4. Device according to one or more. of Claims 1 to 3, characterized in that when the control element for the current of the electromagnet is actuated, for example a rotary arm of a variable resistor in the sense of falling current, the current of the electromagnet is switched off and a new point only appears after the fixed point given by the premagnetization has been reached the magnetization characteristic can be set. Contemplated publications: British Patent No. 473384, 311048;. Swiss Patent No. 225 079; German patent application B 14616 VIII a / 21 a4; »Funk«, 1939, volume 21, p.529 ff.