DE1031349B - Magnetkreisanordnung mit einem Magnetkern, durch welchen die z. B. aus einfachen Leitungen bestehenden Eingangs- und Ausgangswicklungen hindurchgefuehrt sind - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetkreisanordnung mit einem Magnetkern, durch welchen die z. B. aus einfachen Leitungen bestehenden Eingangsund Ausgangswicklungen hindurchgeführt sind. Solche Magnetkerne kommen z. B. bei statischen magnetischen Kippschaltungen zur Anwendung. Das ferromagnetische Material, aus dem bei diesen Kippschaltungen der magnetische Kern aufgebaut ist, hat eine hohe Remanenz und eine annähernd rechteckförmige Hystereseschleife. Bekanntlich werden solche Kippschaltungen unter anderem zum Speichern von kodierten Signalen verwendet, wobei das Signal durch den Remanenzzustand des ferromagnetischen Materials festgelegt wird. Mittels Stromimpulsen, die durch mindestens eine mit dem magnetischen Kern gekoppelte Eingangswicklung geführt werden, ist ein bestimmter Remanenzzustand einstellbar, der einer »0« oder einer »1« des kodierten Signals entspricht; »0« wird z. B. durch positive Remanenz, »1« durch negative Remanenz gekennzeichnet. Das Ablesen des Signals erfolgt durch Messung der an einer mit dem magnetischen Kern gekoppelten Ausgangswicklung unter dem Einfluß eines Ablesestromimpulses auftretenden Spannung.

Die Magnetkerne sind bei bekannten Kippschaltungen ringförmig ausgebildet. Um die zum Betrieb der Kippschaltungen benötigte Leistung der Stromimpulse herabzusetzen und die maximale Wiederholungsfrequenz dieser Stromimpulse nicht übermäßig zu beschränken, müssen die Ringkerne aber klein bemessen sein. Infolgedessen sind die Kerne schwierig zu handhaben und außerdem wenig betriebssicher; ein Nachteil, der namentlich bei Speichermatrizen, in denen eine große Anzahl solcher Kerne zur Verwendung kommt, eine wichtige Rolle spielt.

Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil bei einer Magnetkreisanordnung eingangs erwähnter Art dadurch, daß der Magnetkern in mindestens zwei getrennte, plattenförmige Teile aufgeteilt ist, die je ein Loch aufweisen, durch welche die Eingangswicklungen in Reihe und die Ausgangswicklungen in entgegengesetzter Reihen- oder Parallelschaltung hindurchführen, wobei die Abmessungen der Löcher und die Anzahl der Wicklungsleiter durch diese Löcher entsprechend den verwendeten Plattenwerk-Stoffen derart gewählt sind, daß ein Teil der Spannungen, die von der einen Platte infolge des in ihr wirksamen magnetischen Flusses in den Ausgangswicklungen erzeugt werden, von den Spannungen ausgeglichen wird, die von den in den anderen Platten auftretenden Flüssen hervorgerufen werden. Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Magnetkreisanordnung
mit einem Magnetkern,
durch welchen die z.B. aus einfachen
Leitungen bestehenden Eingangsund Ausgangswicklungen
hindurchgeführt sind

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 19. August 1954

Hendrik van der Heide, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 eine Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 die äquivalente bekannte Ausbildung einer solchen Anordnung,

Fig. 3 die bei der Anordnung nach Fig. 2 bzw. 4 auftretenden Kennlinien,

Fig. 4 ebenfalls eine Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 5 eine bekannte Anordnung für Schaltzwecke,

Fig. 6 die bei der Anordnung nach Fig. 7 auftretenden Kennlinien,

Fig. 7 eine Anordnung nach der Erfindung für Schaltzwecke,

Fig. 8 eine aus bekannten Anordnungen aufgebaute Speichermatrix und

Fig. 9 eine aus Anordnungen nach der Erfindung aufgebaute Speichermatrix.

Fig. 1 stellt eine Anordnung nach der Erfindung dar. Zwei Platten aus ferromagnetischem Material von gleicher Dicke α sind mit 1 bzw. 2 bezeichnet. In der Platte 1 ist ein Loch 3 und in der Platte 2 ein Loch 4 vorgesehen, dessen Querschnitt größer als der des Loches 3 ist. Zwischen den Eingangsklemmen A und B sind die im vorliegenden Fall als einfache Leitungen ausgebildeten Primärwicklungen 5 und 6 in Reihe geschaltet; zwischen den Ausgangsklemmen C

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und D sind die ebenfalls als einfache Leitungen aus- d. h. i_v der Kern immer nach einem Stromimpuls an gebildeten Sekundärwicklungen 7 und 8 entgegen- den Klemmend und B in den Zustand Φ_± gerät, was gesetzt in Reihe geschaltet. Die Wicklungen 7 und 8 also einer »0« des kodierten Signals entspricht. Das könnten auch entgegengesetzt parallel geschaltet Festlegen einer »1«, was bedeutet, daß der Kern in werden. 5 den Zustand Φ₂ gelangt, erfolgt dadurch, daß den

Ein den EingangsklemmenA und B zugeführter Klemmend und B ein negativer Stromimpuls zu-Strom wird sowohl in der Platte 1 als auch in der geführt wird, dessen absolute Größe wenigstens Platte 2 Magnetflüsse erzeugen, die, wenn der Durch- gleich i_± ist.

messer d₀ des Loches 3 dem Durchmesser d_x des Der Unterschied zwischen einer »0« und einer »1«

Loches 4 entspräche, gleich* aber entgegengesetzt sein io eines kodierten Signals beruht also auf dem Unterwürden, was zu Spannungen über den Wicklungen 7 .schied zwischen den Spannungsspitzen über der und 8 führen würde, ,die -ebenfalls gleich, aber ent- Wicklung 10; dieser Unterschied ist dem Unterschied gegengesetzt sein würden,- ^d₁ ist aber größer als d₀, der Fluß änderungen Φ₃—Φ_± und Φ₃—Φ₂ zuzuschreiso daß nur diejenigen Spannungsbeiträge über der ben. In der Praxis stellt sich dieser Spannungs-Wicklung 7, die unter dem Einfluß der in der Platte 1 15 unterschied im allgemeinen als verhältnismäßig klein in einem Abstand größer als Va d₁ von der Leitung 5 heraus, was dadurch bedingt ist, daß der Verlauf erzeugten Flüsse' auftreten, durch die unter dem der Hystereseschleife nicht annähernd rechteckig ist. Einfluß der in der Platte 2 auf tretenden Flüsse er- Wird die in Fig. 2 dargestellte Anordnung gemäß

zeugten Spannungen über der Wicklung 8 aus- der Erfindung durch eine nach Fig. 1 ersetzt, so hat geglichen werden. An den Klemmen C und D tritt 20 diese Anordnung die gleichen Eigenschaften wie die also eine Spannung auf, die nur durch die in der nach Fig. 2.

Platte 1 in einem ringförmigen Gebiet mit einem Es hat sich gezeigt, daß die wirksame Hysterese-

Innendurchmesser d₀ und einem Außendurchmesser d_t schleife der Anordnung nach Fig. 1 in der Umauftretenden Flüsse verursacht wird. gebung der Remanenzpunkte einen flachen Verlauf • Die Anordnung nach Fig. 1 entspricht also in 35 erhalten kann, wenn z.B. der Platte 2 eine dritte elektrischem Sinne einer aus einem ferromagne- Platte 12 (Fig. 4) mit solchen Eigenschaften zutischen Ringkern 11 mit einer Dicke a, Innendurch- geordnet wird, daß die unerwünschten Flußändemesser ^₀, Außen durchmesser d_v Eingangswicklung 9 rungen Φ_χ—Φ_ζ von entsprechenden Fluß änderungen und Ausgangswicklung 10 bestehenden Anordnung in der Platte 12 gerade ausgeglichen werden. Da entsprechend Fig. 2. 30 diese Platte 12 nur eine korrigierende Wirkung auf Es leuchtet- ein, daß eine Anordnung mit einem den nicht genau rechteckigen Verlauf der wirksamen Ersatzkreis entsprechend Fig. 2 ebenfalls dadurch Hystereseschleife des von den Platten 1 und 2 geherstellbar ist, wenn für die Platte 2 ein anderer bildeten magnetischen Kernes ausüben soll, muß die Werkstoff als für die Platte 1 gewählt wird; in Hystereseschleife der Platte 12 eine verhältnismäßig diesem Fall sollen aber die Abmessung α der Platte 2, 35 geringe Remanenz haben; auch soll die Neigung der Durchmesser d_t des Loches 4 oder die Windungs- dieser Hystereseschleife in der Nähe der Remanenzzahl der Wicklung 6 oder 8 verschieden gewählt punkte praktisch der Neigung der Hystereseschleife werden. in der Nähe der Remanenzpunkte des von den Plat-Durch geeignete Wahl des Materials, der Ab- ten 1 und 2 gebildeten magnetischen Kernes entmessungen und Windungszahlen läßt sich sogar ein 40 sprechen, zum mindesten wenn die Windungszahl Magnetkern herstellen, der in bestimmten Fällen der Wicklungen 43 und 44 der Windungszahl der günstigere Eigenschaften hat als ein Ringkern. Wicklungen 5, 6 und 7, 8 entspricht. Eine solche Angenommen z. B., daß die Anordnung nach Fig. 2 korrigierende Hystereseschleife ist in Fig. 3b darals statische magnetische Kippschaltung dient und gestellt. Sind die erwähnten Neigungen einander daß der magnetische Ringkern 11 eine hohe Rema- 45 aber nicht gleich, so kann durch geeignete Wahl der nenz und eine etwa rechteckförmige Hysterese- Windungszahl der Wicklungen 43 und 44 trotzdem schleife hat. In Fig. 3 a ist eine solche Hysterese- erreicht werden, daß die unerwünschten, auf Grund schleife dargestellt, bei der der Fluß Φ als Funktion der Fluß änderungen Φ₁—Φ_ζ entstehenden Spannungsdes die Wicklung 9 durchfließenden Stromes i auf- spitzen durch unter dem Einfluß der Flußänderungen getragen ist. Bei i = 0 gibt es zwei Remanenz- 50 in der Platte 12 auftretende Spannungsspitzen auszustände, d. h. den Polarisationszustand Φ_χ und den geglichen werden.

Polarisationszustand Φ.₂. Der Zustand Φ₁ entspricht Es zeigt sich, daß bei Herstellung der Platte 12

z.B. einer »0« des kodierten Signals, Φ₂ einer »1«. aus dem gleichen Material wie dasjenige der Plat-Angenommen, daß der Kern sich im Zustand Φ_± be- ten 1 und 2, also aus einem Material, das als ringfindet, so wird ein den Klemmen A und B zugeführ- 55 förmiger Kern eine hohe Remanenz und eine rechtter positiver Stromimpuls i_y Fluß änderungen Φ₃—Φ₁ eckförmige Hystereseschleife aufweist, ein durch und Φ₁ — Φ₃ im Kern erzeugen, die an den Klein- eine solche Platte mit einem Loch gebildeter magnemen C und D der Wicklung 10 Spannungen hervor- tischer Kern eine Hystereseschleife mit der genau . rufen. Befindet sich der Kern im Zustand Φ₂, so wird gewünschten verhältnismäßig geringen Remanenz ein positiver Stromimpuls, der den Klemmen A und B 60 besitzt, d. h. daß statt Verwendung einer dritten zugeführt wird, bei ansteigender Flanke dieses Platte 12 der erwähnte Ausgleich ebenso verwirklicht Stromimpulses eine Flußänderung Φ₃— Φ₂ und bei werden kann, wenn die Platte 2 nach Fig. 1 eine geabfallender Flanke eine Fiußänderung Φ₁~Φ_Ά her- eignete Dicke größer als a hat.

beiführen, die ebenfalls an den Klemmen C und D Fig. 5 stellt eine bekannte Anordnung dar, die für

der Wicklung 10 Spannungen verursachen, deren 65 Schaltzwecke Anwendung finden kann. G ist eine erste Spannungsspitze, die bei der ansteigenden Wechselstromquelle, 13 ein Kern mit hoher Rema-Flanke des Stromimpulses auftritt, beträchtlich nenz und rechteckförmiger Hystereseschleife, 14 eine größer ist als die erste Spannungsspitze, die auftritt, Eingangswicklung, 15 eine Ausgangswicklung, 16 wenn sich der Kreis im Zustand Φ_χ befindet. Hierbei eine Regelwicklung, GB eine Gleichstromquelle und sei bemerkt, daß bei der erwähnten Impulsgröße, 70 6" ein Schalter.

In Fig. 6 a ist die bei derartigen Anordnungen verwendete Charakteristik abgebildet. Bei geöffnetem Schalter 5 wirkt die Anordnung als Transformator und infolge der steilen Charakteristik kann die Spannung über den Ausgangsklemmen beträchtlich sein. Ist aber der Schalter S geschlossen, so wird der Kern von dem von GB gelieferten Einstellstrom /₀ in Sättigung versetzt; die dann auftretenden Flußänderungen unter dem Einfluß des von G gelieferten Wechselstroms sind nur gering.

Fig. 7 zeigt eine entsprechende Anordnung nach der Erfindung. Der Kern 13 ist durch zwei Platten 17,18 und die Wicklungen 14,15,16 sind durch in Reihe geschaltete Eingangswicklungen 19, 20, durch entgegengesetzt in Reihe angeordnete Ausgangswicklungen 21,22 bzw. durch in Reihe geschaltete Regelwicklungen 26, 27 ersetzt. Da die Platten 17,18 aus dem gleichen Material wie der Kern 13 hergestellt, die Plattenstärke gleich der Stärke des Kernes 13 gewählt und die Durchmesser der Löcher in den Platten 17, 18 gleich dem Innen- bzw. Außendurchmesser des Kernes 13 gewählt sind, entsteht ein magnetischer Kern, der in bezug auf seine wirksame Hystereseschleife dem Kern 13 gleichwertig ist.

Zweckmäßig sind bei geschlossenem Schalter S die Flußänderungen gleich Null. Zu diesem Zweck sollte die Hystereseschleifencharakteristik nach Fig. 6 a bei ungefährer Sättigung flach verlaufen. Durch Verwendung einer korrigierenden Platte entsprechend der Anwendung der Platte 12 bei der Anordnung nach Fig. 4 kann die wirksame Hystereseschleife die in Fig. 6 b dargestellte Form annehmen, bei der bei geschlossenem Schalter die Fluß änderungen und deshalb die Spannung an den Ausgangsklemmen der Ausgangswicklung praktisch bis auf Null herabgesetzt werden können. Als zu diesem Zweck besonders geeignet erweist sich die Verwendung einer Platte 23 aus dem gleichen Material wie das der Platten 17,18, wobei eine Magnetisierung senkrecht zur Platte 23 durch Permanentmagnete 24, 25 stattfindet, entsprechend Fig. 7. Die Hystereseschleife des von der Platte 23 mit den Permanentmagneten 24, 25 gebildeten magnetischen Kernes ist in Fig. 6 c dargestellt.

Die Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn mehr als ein Kern verwendet wird, wie es z. B. bei Speichermatrizen der Fall ist. In Fig. 8 ist eine solche aus bekannten Anordnungen aufgebaute Speichermatrix abgebildet. Die Kerne von hoher Remanenz und rechteckförmiger Hystereseschleife sind in Reihen und Spalten angeordnet. Wenn sämtliche Kerne 31 bis 34 im Zustand Φ_χ sind (Fig. 3 a), erfolgt das Speichern einer »1«, durch den Zustand Φ._ζ gekennzeichnet, in einem bestimmten Kern dadurch, daß den mit diesem Kern gekoppelten Stromleitungen je ein Stromimpuls von einer Größe ¹ZzI₁ (Fig. 3 a) zugeführt wird; z.B. wird im Kern 32 eine »1« dadurch gespeichert, daß den Stromleitungen / und g ein Impuls zugeführt wird. Die Kerne 31 und 34 werden hierbei von einem Stromimpuls V2ij miterregt. Dieser ist aber gerade zu klein, um einen Übergang von Φ_χ zu Φ₂ zu bewirken. Das Ablesen erfolgt in gleicher Weise, wie an Hand von Fig. 3a beschrieben; nur wird jetzt der Ableseimpuls I₁ durch zwei in zwei Leitungen zugleich auftretende Stromimpulse von einer Größe V21₁ gebildet. Soll z. B. der Zustand des Kernes 32 ermittelt werden, so müssen wieder den Stromleitungen / und g Impulse je von der Größe ¹ZsI₁ zugeführt werden. Entsprechend dem Zustand des Kernes 32 wird über der gemeinsamen Ablesewicklung η eine große oder eine kleine Spannungsspitze auftreten.

Fig. 9 zeigt eine aus Anordnungen nach der Erfindung aufgebaute Speichermatrix. Die. Platten der verschiedenen Anordnungen sind im vorliegenden Fall zu zwei gemeinsamen Patten 41 und 42 vereinigt. Die Platte 42 ist hier dicker als die Platte 41 gewählt, um den vorerwähnten Ausgleich unerwünschter Ausgangsspannungen zu erhalten. Ähnliche Leitungen in den Fig. 8 und 9 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Löcher in den Platten 41 und 42, die zur Bildung des gewünschten magnetischen Kernes zusammengehören, haben mit Indices versehene Bezugszeichen erhalten, die den Zeichen der entsprechenden Kerne der Anordnung nach Fig. 8 entsprechen.

Gegenüber dem Nachteil einer etwas verwickelten Verdrahtung im Vergleich mit der Anordnung nach Fig. 8 hat die Anordnung nach Fig. 9 den Vorteil einer größeren mechanischen Festigkeit, und außerdem kann in einfacher Weise die Wirkungsweise der Anordnung durch Benutzung der geschilderten Ausgleichsmöglichkeit verbessert werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Magnetkreisanordnung mit einem Magnetkern, durch welchen die z. B. aus einfachen Leitungen bestehenden Eingangs- und Ausgangswicklungen hindurchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern in mindestens zwei getrennte, plattenförmige Teile aufgeteilt ist, die je ein Loch aufweisen, durch welche die Eingangswicklungen in Reihe und die Ausgangswicklungen in entgegengesetzter Reihen- oder Parallelschaltung hindurchführen, wobei die Abmessungen der Löcher und die Anzahl der Wicklungsleiter durch diese Löcher entsprechend den verwendeten Plattenwerkstoffen derart gewählt sind, daß ein Teil der Spannungen, die von der einen Platte infolge des in ihr wirksamen magnetischen Flusses in den Ausgangswicklungen erzeugt werden, von den Spannungen ausgeglichen wird, die von den in den anderen Platten auftretenden Flüssen hervorgerufen werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher der Magnetkern aus zwei plattenförmigen Teilen aus gleichem ferromagnetischem Material mit hoher Remanenz und etwa rechteckförmiger Hystereseschleife besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten unterschiedlich dick sind und der Lochdurchmesser der dickeren Platte größer als der in der anderen Platte und die Windungszahl der Eingangs- bzw. Ausgangswicklungen l>ei beiden Platten gleich ist, wobei der Dickenunterschied der Platten derart gewählt ist, daß die wirksame Hystereseschleife des Magnetkernes in der Nähe der Remanenzpunkte flach verläuft.

3. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher der Magnetkern plattenförmige Teile aus leicht zu sättigendem Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der plattenförmigen Teile einer konstanten Magnetisierung senkrecht zur Plattenebene unterworfen ist und die Dicke der Platten, die Abmessungen der Löcher, die Windungszahlen der Wicklungen und die Größe der genannten konstanten Magnetisierung derart gewählt sind, daß die wirksame

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Hystereseschleife des Magnetkernes bei an- Magnetkerne zu einer gemeinsamen Platte vernähernder Sättigung flach verläuft. einigt sind.

4. Anordnung nach einem der vorgenannten

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein In Betracht gezogene Druckschriften:

oder mehrere plattenförmig« Teile verschiedener 5 Britische Patentschrift Nr. 706 736.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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