Magnetkernvorrichtung, insbesondere für Speicherzwecke Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnet- kernvorrichtung, die sich beispielsweise in Codie- rungs- und Decodierungseinrichtungen für elektrische Impulscodemodulationsanlagen zur Nachrichtenüber tragung verwenden lässt.
Es sind Codierungs- und Decodierungseinrichtun- gen vorgeschlagen worden, welche geeignet gewickelte Kerne aus sättigbarem magnetischem Material ver wenden, in welchen Einrichtungen ein Kern für jeden darzustellenden Signalpegel vorgesehen ist. Damit die Signalwellen mit hinreichender Treue wiedergegeben werden können, müssen eine verhältnismässig grosse Anzahl von Pegeln vorgesehen werden, und die Be- wicklung und der Zusammenbau der entsprechenden Kerne erweisen sich als ziemlich kostspielig und eig nen sich nicht besonders für automatische Prozesse.
Bisher wurden die Kerne üblicherweise aus einem geeigneten Ferrit hergestellt, und die heutzutage ver fügbaren Ferrite weisen gewisse Grenzen hinsichtlich der Umschaltgeschwindigkeit auf, und ausserdem ist die Hysteresisschleife gewöhnlich von einer unzweck mässig grossen Breite. Gewisse metallische Stoffe, wie z.
B. das sogenannte Permalloy (eingetragene Marke), sind im Prinzip in dieser Hinsicht vorteil hafter, aber wenn diese Vorteile ausgeschöpft werden sollen, werden die entsprechenden Keine derart klein, dass sie sich nicht mehr gut handhaben lassen und das Anbringen der Wicklungen zu steigenden Schwie rigkeiten führen würde.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Aufbaues für eine Ma- gnetkernvorrichtung, welche beispielsweise in einer Impuls-Codierungs- oder -Decodierungseinrichtung verwendet werden könnte und welche sich zur Her stellung durch einen automatischen Vorgang eignet und die Verwendung von metallischen magnetischen Stoffen anstelle von Ferriten zulässt. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Die Fig. <B>1</B> einen Grundriss eines Ausführungsbei spiels des Erfindungsgegenstandes und die Fig. 2 und<B>3</B> verschiedene Schnitte der Fig. <B>1.</B> Der elektrische Vorteil der Verwendung von Permalloy oder von anderen gleichartigen Legie rungen als magnetisches Material für die Magnet kerne einer Codierungseinrichtung lässt sich nur dann erzielen, wenn das Permalloy sehr dünn ist und entweder in der Form eines dünnen Bandes oder in Form von aufgebrachten überzügen verwendet wird.
Es ist bekannt, einen Ringkern dadurch herzustellen, dass man eine flache Spirale aus Permalloy -Band. eng aufwickelt. Das Ausführungsbeispiel der Erfin dung, welches in der Fig. <B>1</B> dargestellt ist, weist eine derartige gewickelte Spirale<B>1</B> auf, wobei zur Er höhung der Klarheit der Zeichnung die einzelnen Win dungen mit grossem gegenseitigem Abstand dargestellt sind.
Dieser Kern weist ausserdem eine Anzahl Wick lungen auf, um eine einem Kernzusammenbau gleich wertige Vorrichtung zu schaffen, welche die Quante- lungsamplitudenpegel in einer Impuls-Codierungsein- richtung bestimmt. Der Kernzusammenbau einer be kannten derartigen Einrichtung weist z. B.<B>70</B> Einzel- magnetkerne auf, von denen jeder eine Abtastwick- lung, eine Signalwicklung, eine Vorspannwicklung -und mehrere Ausgangswicklungen für die Ziffernünpulse aufweist.
Das Bewickeln eines solchen Kernzusam menbaus ist ein komplizierter Vorgang, welcher von Hand ausgeführt werden muss.
In der Fig. <B>1</B> der befliegenden Zeichnung ent spricht jede Windung der Spirale<B>1</B> auf der rechten Seite der Figur einem der Kerne der erwähnten Codie rungseinrichtungen. Tatsächlich sind ün vorliegenden Fall nur sechs Windungen der Spirale gezeigt, wäh rend in praktischen Fällen bedeutend mehr, beispiels weise ungefähr<B>70</B> Windungen vorhanden sind. Ent gegen der Darstellung, gemäss welcher die einzelnen Windungen der Spirale<B>1</B> unter sich einen Abstand aufweisen, liegen diese in praktischen Fällen eng an einander, so dass sich auf der linken Seite ein prak tisch fester Querschnitt des Ringkernes ohne Zwi schenräume ergibt.
Auf diesem Teil des Kernes sind zwei Wicklungen vorhanden, nämlich eine Abtast- wicklung 2 und eine Signalwicklung<B>3.</B> Diese Wick lungen sind mit<B>je</B> zwei Windungen dargestellt, welche entgegengesetzt gewickelt sind. In Praxis können diese Wicklungen jedoch eine oder irgendeine andere geeignete Anzahl von Windungen aufweisen, und ausserdem kann der Wicklungssinn beider Wicklungen der gleiche sein.
Auf der rechten Seite der Fig. <B>1</B> ist eine Vorspann- wicklung 4 dargestellt, deren Windungen unterschied liche Anzahlen von Windungen der Spirale umschlie ssen und daher notwendigerweise zwischen den Win dungen der Spirale hindurchgeführt werden müssen, wie dies aus der Fig. <B>1</B> hervorgeht. Ausserdem sind vier Ausgangsziffernwicklungen <B>5, 6, 7</B> und<B>8</B> dar gestellt, wobei zu verstehen ist, dass eine geringere oder grössere Anzahl von Ziffemwicklungen vor handen sein können. Jede Ziffernwicklung umgibt nur gewisse Windungen der Spirale.
Die Fig. 2 und<B>3</B> zeigen Querschnitte durch den Kein der Fig. <B>1,</B> aus denen hervorgeht, wie die Wick lungen gewunden sind. Diese Figuren sind rein schematisch und zeigen keine genauen Schnittbilder. Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt in der Nähe der Wick lungen 2 und 4 der Fig. <B>1,</B> während die Fig. <B>3</B> einen Schnitt in der Nähe der Wicklungen<B>3</B> und<B>5</B> bis<B>8</B> der Fig. <B>1</B> zeigt.
Aus der Fig. 2 geht hervor, dass die Abtastwicklung 2 eine gewöhnliche Wicklung ist, wel che sämtliche Windungen der Spirale<B>1</B> umgibt, wäh rend aufeinanderfolgende Windungen der Vorspann- wicklung <B>3</B> eine, zwei, drei usw. Windungen der Spirale umgeben. Der Grund für diese Anordnung besteht darin, dass die für die aufeinanderfolgenden Windungen der Spirale erforderlichen Vorspannfelder proportional zu den Zahlen<B>1,</B> 2,<B>3,</B> 4 usw. ansteigen.
Es ist klar, dass, wenn ein gegebener Vorspannstrom durch die Wicklung 4 fliesst, die innerste Windung der Spirale von allen Windungen der Vorspann- wicklung umschlossen ist und damit das maximale Vorspannfeld aufweist, während die äusserste Win dung der Spirale nur von einer Windung der Vor- spannwicklung 4 umgeben ist und damit das kleinste Vorspannfeld aufweist.
Auf der linken Seite der Fig. <B>3</B> ist die Signalwick lung<B>3</B> dargestellt, welche alle Windungen der Spirale umschliesst, in der gleichen Weise, wie dies für die Abtastwicklung 2 gilt. Auf der rechten Seite der Fig. <B>3</B> ist nur die Ziffernwicklung<B>7</B> dargestellt. Wie ersichtlich, umschliesst diese Wicklung die ersten bei den Windungen der Spirale (von der Innenseite aus -gezählt) und die fünfte Windung. Diese Wicklung kann auch gewisse andere Windungen der Spirale umgeben, welche in der Fig. <B>1</B> nicht dargestellt sind. Das Codebild bestimmt, welche Wicklungen um schlossen sind.
Alle übrigen Ziffernwicklungen wer den in der für die Ziffernwicklung<B>7</B> dargestellten Weise angebracht, wobei sie aber andere Kombina tionen von Windungen der Spirale umgeben. So um schliesst die Wicklung<B>5</B> die Windung<B>1</B> der Spirale; die Wicklung<B>6</B> die Windungen<B>1, 3</B> und<B>5</B> der Spi rale und die Wicklung<B>8</B> die Windungen 2,<B>3</B> und 4. Auch diese Wicklungen können andere nicht gezeigte Windungen der Spirale umschliessen.
Die Vorspannwicklung und die Ziffernwicklungen werden vorzugsweise während des Wickelvorganges der Spirale angebracht, welcher mit Hilfe eines (nicht gezeigten) zentralen Dornes vorgenommen wird. Die Wicklungen werden in ihre Lage gebracht, während die Spirale gewickelt wird. Somit wird nach jeder gewickelten Windung der Spirale eine Windung der Vorspannwicklung aufgebracht, indem sie (beispiels weise durch einen geeigneten horizontalen Schlitz im Dorn) über die Innenseite des Kernes geführt wird, und weiter wird ein Draht für jede Ziffernwicklung, welcher die Windung der Spirale zu umgeben hat, in seine Lage gebracht.
Hierauf wird die nächste Win dung der Spirale gewickelt, und es werden wiederum die entsprechenden Windungen der anderen Wick lungen gewickelt usw.
Nachdem die Vorspannwicklung und die Ziffern wicklungen aufgebracht worden sind, werden die Ab- tastwicklung 2 und die Signalwicklung<B>3</B> in der üblichen Weise auf den fertiggestellten Kernen auf gebracht.
Diese Wickelvorgänge können automatisch mit Hilfe einer Maschine ausgeführt werden, bei welcher die bekannte Technik der Bewicklung von Ring kernen und des Webens in geeigneter Weise kombi niert sind. Man erkennt, dass das Durchsetzen von Windungen der Spirale durch die Drähte der Vor- spannwicklung und die Ziffernwicklungen im Prinzip gleich ist wie ein Webevorgang.
Es kann erwünscht sein, einen (nicht gezeigten) dünnen Ring aus geeignetem nicht magnetischem Material zu verwenden, welcher als Basis für die Spi rale dient. Es ist ausserdem zweckmässig, die erste Windung der Spirale an einer Stelle<B>9</B> zu beginnen, die in der Nähe des Ortes liegt, wo die Ziffernwick lungen und die Vorspannwicklung anzubringen sind, so dass ein möglichst grosser Kontaktbogen zwischen der ersten und der zweiten Windung der Spirale erzielt wird, bevor die erste Windung durch irgendeine Wick lung umschlossen wird. Gemäss einer Variante können zwei oder drei Windungen der Spirale als Basis ver wendet werden, bevor irgendein Durchsetzen des Kerns durch die Drähte der verschiedenen Wicklun gen einsetzt.
In diesem Falle können die genannten zwei oder drei Windungen als erste Windung der Spirale vom Standpunkt der Vorspannwicklung und der Ziffernwicklung aus betrachtet werden. Es ist selbstverständlich, dass die Spirale so eng als möglich gewickelt sein sollte, so dass ihre Windun gen auf dem weitaus grössten Teil eines Umganges miteinander in Berührung stehen.
Die Wirkung des Durchsetzens des Kernes durch die verschiedenen Wicklungen besteht darin, den magnetischen Kreis örtlich in eine Anzahl paralleler magnetischer Kreise aufzuteilen, von denen jeder getrennt vorgespannt und umgeschaltet oder gewickelt werden kann und von denen jeder einem der Keine der oben erwähnten bekannten Einrichtung entspricht. Die magnetischen Kreise der äusseren Windungen sind selbstverständlich länger als diejenigen der inneren Windungen. Der extreme Längenbereich kann sich daher beispielsweise über ein Verhältnis 2:<B>1</B> erstrecken.
Wenn die magne tischen Kreise durch die Verwendung von Abtast- impulsen mit besonderer Flussverkettung umgeschaltet werden, ist der Unterschied der magnetischen Weg länge von geringer Bedeutung. Die längeren magne tischen Kreise erfordern grössere Ströme zur Umschal tung, aber solche grössere Ströme sind verfügbar, wenn Abtastimpulse der erwähnten Art verwendet werden.
Während die Anordnung gemäss Fig. <B>1</B> beispiels weise bis zu<B>70</B> Pegel liefern kann, ist es im Fall der Codierung einer Signalwelle mit<B>35</B> positiven und<B>35</B> negativen Pegeln von Vorteil, zwei Anordnungen ge mäss Fig. <B>1</B> zu verwenden, von denen jede für<B>35</B> Pe gel ausgelegt ist, wobei diese beiden Anordnungen dann in entgegengesetzten Richtungen vorzuspannen wären.
Das in der Fig. <B>1</B> gezeigte Gebilde sollte möglichst kleine Abweichungen aufweisen, um die Hysteresis- verluste möglichst klein zu halten. So könnte der Kern beispielsweise einen Innendurchmesser von<B>6,35</B> mm aufweisen und mit einem Permalloy -Band von einer Dicke von<B>0,0127</B> mm und einer Breite von 0,254 mm gewickelt werden, wobei beispielsweise für die Wick lungen ein emaillierter Kupferdraht von<B>0,061</B><U>mm</U> Durchmesser verwendet werden könnte. Dann wäre die maximale magnetische Weglänge ungefähr 1,6mal so gross wie die maximale Weglänge im Falle eines Kernes, welcher für<B>35</B> Pegel ausgelegt ist.
Anderseits könnte für die Wicklungen anstelle von Kupferdraht auch isoliertes Kupferband verwendet werden.
Während im vorstehenden Beispiel Permalloy als Material für das magnetische Band vorgeschlagen wurde, können selbstverständlich andere magneti sche Metalle oder Legierungen mit geeigneten magne tischen Eigenschaften verwendet werden, voraus gesetzt, dass sie sich in der Form von dünnem Band herstellen lassen.
Da eine Decodierungseinrichtung Magnetkerne mit Ziffernwicklungen und anderen Wicklungen ver wendet, welche von gleicher Art sind wie die Wick lungen auf den Kernen der Codierungseinrichtung, ist es klar, dass die Anordnung gemüss Fig. <B>1</B> sich auch zur Verwendung in einer Decodierungseinrichtung ausbilden lässt, indem man die benötigten Wicklungen in der bereits- beschriebenen Weise anbringt.
Ausserdem eignet sich die anhand der Fig. <B>1</B> dar gestellte Anordnung nicht nur für Codierungs- und Decodierungseinrichtungen, sondern auch für -andere Anwendungen. So weist beispielsweise- ein sog. Transfluxor , welcher zur Informationsspeicherung verwendet wird, einen festen Toroidkern aus ferro- magnetischem Material auf, durch welchen ein oder mehrere kleine Löcher parallel zur Kernachse gebohrt sind, wobei diese Löcher den magnetischen Kreis des Ringkernes in zwei oder mehrere parallele magne tische Kreise aufteilen.
Durch diese Löcher sind Wicklungen hindurchgeführt, welche nicht die Mitte des Ringkernes durchsetzen. Man erkennt nun, dass mit Hilfe der in Fig. <B>1</B> gezeigten Vorrichtung eine einem Transfluxor äquivalente Vorrichtung geschaf fen werden kann, indem man geeignete Wicklungen mit den Windungen der Spirale verschachtelt, wo durch sich eine Anordnung ergibt, welche eine be deutend grössere Anzahl von parallelen magnetischen Kreisen liefert, als dies mit einem Transfluxor der bisher bekannten Form möglich ist.
Magnetic core device, in particular for storage purposes. The present invention relates to a magnetic core device which can be used, for example, in coding and decoding devices for electrical pulse code modulation systems for message transmission.
Encoding and decoding devices have been proposed which use suitably wound cores made of saturable magnetic material, in which devices a core is provided for each signal level to be represented. In order for the signal waves to be reproduced with sufficient fidelity, a relatively large number of levels must be provided, and the development and assembly of the corresponding cores prove to be quite expensive and not particularly suitable for automatic processes.
So far, the cores have usually been made of a suitable ferrite, and the ferrites available nowadays have certain limits with regard to the switching speed, and moreover the hysteresis loop is usually of an inappropriately large width. Certain metallic substances, such as
B. the so-called Permalloy (registered trademark), are in principle more advantageous in this regard, but if these advantages are to be exploited, the corresponding none are so small that they can no longer be handled easily and the application of the windings to increasing difficulty problems would lead.
The purpose of the present invention is therefore to provide a structure for a magnetic core device which could for example be used in a pulse coding or decoding device and which is suitable for manufacture by an automatic process and the use of metallic magnetic substances instead of ferrites. An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
The figures show: FIG. 1 shows a floor plan of an exemplary embodiment of the subject matter of the invention and FIGS. 2 and 3 show various sections of FIG. 1 electrical advantage of using permalloy or other similar alloys as magnetic material for the magnetic cores of a coding device can only be achieved if the permalloy is very thin and is used either in the form of a thin tape or in the form of applied coatings.
It is known to produce a toroidal core by making a flat spiral made of Permalloy tape. wraps tightly. The embodiment of the invention, which is shown in Fig. <B> 1 </B>, has such a wound spiral <B> 1 </B>, with the individual windings to increase the clarity of the drawing large mutual distance are shown.
This core also has a number of windings in order to create a device equivalent to a core assembly, which determines the quantization amplitude level in a pulse coding device. The core assembly of a known such device has, for. B. <B> 70 </B> individual magnetic cores, each of which has a sensing winding, a signal winding, a preload winding and several output windings for the digit pulses.
Winding such a core assembly is a complicated process that must be carried out by hand.
In Fig. 1 of the accompanying drawing, each turn of the spiral corresponds to one of the cores of the coding devices on the right-hand side of the figure. In the present case, only six turns of the spiral are actually shown, while in practical cases there are significantly more, for example approximately <B> 70 </B> turns. Contrary to the illustration, according to which the individual turns of the spiral <B> 1 </B> have a distance between them, these are in practical cases close to each other, so that a practically solid cross-section of the toroidal core without Between spaces results.
On this part of the core there are two windings, namely a sensing winding 2 and a signal winding 3. These windings are shown with two turns each, which are wound in opposite directions. In practice, however, these windings can have one or any other suitable number of turns, and moreover the sense of winding of both windings can be the same.
On the right-hand side of FIG. 1, a pretensioning winding 4 is shown, the turns of which enclose different numbers of turns of the spiral and therefore must necessarily be passed between the turns of the spiral, as shown in FIG FIG. 1 shows. In addition, four output digit windings <B> 5, 6, 7 </B> and <B> 8 </B> are shown, it being understood that a smaller or greater number of digit windings can be present. Each digit winding only surrounds certain turns of the spiral.
2 and <B> 3 </B> show cross sections through the none of FIG. 1, from which it can be seen how the windings are wound. These figures are purely schematic and do not show exact sectional images. FIG. 2 shows a section in the vicinity of the windings 2 and 4 of FIGS. 1, while FIG. 3 shows a section in the vicinity of the windings 3 and 5 to 8 of FIG. 1.
It can be seen from FIG. 2 that the sensing winding 2 is an ordinary winding which surrounds all turns of the spiral <B> 1 </B>, while successive turns of the pretensioning winding <B> 3 </B> are one , two, three, etc. turns of the spiral. The reason for this arrangement is that the bias fields required for the successive turns of the spiral increase proportionally to the numbers <B> 1, </B> 2, <B> 3, </B> 4 etc.
It is clear that when a given bias current flows through the winding 4, the innermost turn of the spiral is surrounded by all turns of the bias winding and thus has the maximum bias field, while the outermost turn of the spiral is only surrounded by one turn of the bias - Tension winding 4 is surrounded and thus has the smallest bias field.
On the left-hand side of FIG. 3, the signal winding <B> 3 </B> is shown, which encloses all turns of the spiral, in the same way as this applies to the sensing winding 2. On the right-hand side of FIG. 3, only the number winding <B> 7 </B> is shown. As can be seen, this winding encloses the first of the turns of the spiral (counted from the inside) and the fifth turn. This winding can also surround certain other turns of the spiral, which are not shown in FIG. 1. The code image determines which windings are enclosed.
All other digit windings are attached in the manner shown for the digit winding <B> 7 </B>, but they surround other combinations of turns of the spiral. The winding <B> 5 </B> thus closes the winding <B> 1 </B> of the spiral; the winding <B> 6 </B> the turns <B> 1, 3 </B> and <B> 5 </B> of the spiral and the winding <B> 8 </B> the turns 2, < B> 3 </B> and 4. These windings can also enclose other turns of the spiral (not shown).
The bias winding and the number windings are preferably applied during the winding process of the spiral, which is carried out with the aid of a central mandrel (not shown). The windings are brought into place while the spiral is being wound. Thus, after each wound turn of the spiral, one turn of the preload winding is applied by passing it (for example, through a suitable horizontal slot in the mandrel) over the inside of the core, and furthermore a wire for each digit winding, which the turn of the spiral to surrounded, put in his position.
The next turn of the spiral is then wound, and the corresponding turns of the other windings are again wound, etc.
After the bias winding and the digit windings have been applied, the sensing winding 2 and the signal winding <B> 3 </B> are applied to the finished cores in the usual way.
These winding operations can be carried out automatically using a machine in which the known technique of winding ring cores and weaving are appropriately combined. It can be seen that the penetration of turns of the spiral through the wires of the pre-tension winding and the number windings is in principle the same as a weaving process.
It may be desirable to use a thin ring (not shown) of suitable non-magnetic material which serves as the base for the spiral. It is also useful to begin the first turn of the spiral at a point <B> 9 </B> which is close to the place where the digit windings and the preload winding are to be attached, so that the largest possible contact arc between the first and second turns of the spiral is achieved before the first turn is enclosed by any winding. According to a variant, two or three turns of the spiral can be used as a base before any penetration of the core by the wires of the various windings begins.
In this case, said two or three turns can be considered as the first turn of the spiral from the standpoint of the bias winding and the number winding. It goes without saying that the spiral should be wound as tightly as possible so that its turns are in contact with one another for by far the greater part of a handle.
The effect of penetrating the core through the various windings is to locally divide the magnetic circuit into a number of parallel magnetic circuits, each of which can be separately biased and switched or wound and each of which corresponds to one of the none of the above-mentioned known devices. The magnetic circles of the outer turns are of course longer than those of the inner turns. The extreme length range can therefore extend, for example, over a ratio of 2: 1.
If the magnetic circuits are switched using scanning pulses with a special flux linkage, the difference in the magnetic path length is of little importance. The longer magnetic circuits require larger currents for switching, but such larger currents are available when sampling pulses of the type mentioned are used.
While the arrangement according to FIG. 1 can, for example, deliver up to <B> 70 </B> levels, in the case of coding a signal wave it is <B> 35 </B> positive and <B> B> 35 </B> negative levels, it is advantageous to use two arrangements according to FIG. 1, each of which is designed for <B> 35 </B> levels, these two arrangements would then have to be biased in opposite directions.
The structure shown in FIG. 1 should have the smallest possible deviations in order to keep the hysteresis losses as small as possible. For example, the core could have an inside diameter of 6.35 mm and be wound with a permalloy tape with a thickness of 0.0127 mm and a width of 0.254 mm, where, for example, an enamelled copper wire with a diameter of <B> 0.061 </B> <U> mm </U> could be used for the windings. Then the maximum magnetic path length would be approximately 1.6 times as large as the maximum path length in the case of a core which is designed for <B> 35 </B> levels.
On the other hand, instead of copper wire, insulated copper tape could also be used for the windings.
While permalloy was proposed as the material for the magnetic tape in the above example, other magnetic metals or alloys having suitable magnetic properties can of course be used provided that they can be made in the form of thin tape.
Since a decoding device uses magnetic cores with number windings and other windings which are of the same type as the windings on the cores of the coding device, it is clear that the arrangement according to FIG. 1 can also be used in FIG a decoding device can be formed by attaching the required windings in the manner already described.
In addition, the arrangement shown with reference to FIG. 1 is suitable not only for coding and decoding devices, but also for other applications. For example, a so-called transfluxor, which is used for information storage, has a solid toroidal core made of ferromagnetic material through which one or more small holes are drilled parallel to the core axis, these holes splitting the magnetic circuit of the toroidal core into two or more divide parallel magnetic circles.
Windings that do not penetrate the center of the toroidal core are passed through these holes. It can now be seen that with the aid of the device shown in FIG. 1, a device equivalent to a transfluxor can be created by interleaving suitable windings with the turns of the spiral, which results in an arrangement which supplies a significantly larger number of parallel magnetic circuits than is possible with a transfluxor of the previously known form.