CN116648763A - 用于铁磁性材料消磁的电子开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过具有延长的衰减时间的谐振使铁磁材料消磁的电子电路(10)。其包括电压源(20)和与其连接的导体回路(30)，在该导体回路中布置消磁振荡电路(40)，用于形成衰减的交变磁场。在导体回路(30)中还布置与消磁振荡电路(40)串联的振荡电路充电开关(31)以及与消磁振荡电路(40)和振荡电路充电开关(31)并联的再充电振荡电路(50)，用于将充电电流脉冲式地再充电到消磁振荡电路(40)中。在导体回路(30)中有与电压源(20)、再充电振荡电路(50)和消磁振荡电路(40)并联布置的再充电储存器(60)，以及用于中断来自再充电储存器(60)的充电电流的再充电开关(32)。还设有用于中断充电源(20)的充电开关(33)。电路(10)能通过控制器(70)运行，用于控制电压源(20)和所有开关(31，32，33，43，53)。本发明还涉及一种用于运行该电路的方法。

Description

用于铁磁性材料消磁的电子开关装置

技术领域

本发明涉及一种通过具有延长的衰减时间的谐振使铁磁材料消磁的电子开关装置。该电子开关装置包括电压源和与其连接的导体回路(Leiterschleife)，在该导体回路中布置有消磁振荡电路以形成衰减的交变磁场，在该交变磁场中铁磁材料可以在衰减时间期间被消磁。该开关装置可以通过用于控制电压源和所有开关的控制器来运行。

背景技术

已知各种用于铁磁体消磁的装置。通常使用振幅递减的交变磁场。这样的磁场是利用导体线圈产生的，也被称为消磁线圈，对应于期望磁场强度的电流流过导体线圈。消磁线圈和待消磁体在消磁过程期间通常位于相对于彼此固定的位置。

为了确保在这一过程中以尽可能短的时间和尽可能少的能耗使交变极性的磁场完全穿透待消磁体，将寻求产生正弦电流变化曲线。实现这一点最简单的方法是如开头所述地使用谐振工作振荡电路。

该电路的优点在于设计特别简单，其中可靠地保持了消磁电流的递减幅度，并且馈入能量几乎无损地转换到消磁过程中。例如在专利文献US4599673和EP0021274中描述了这种基于振荡电路的自由衰减振荡(Ausschwingens)的消磁电路。

这种消磁电路的一个关键缺点是消磁电流的幅度降低过快，从而导致该电路在消磁过程中的作用有所欠缺。这种由振荡电路中电流和电压的减少所定义的降低会由于物理和材料技术方面的原因而在消磁线圈的设计中被预先设定。其包括由消磁线圈的尺寸和结构、必要时还有消磁线圈的铜电阻一起定义的损耗和待消磁体中的磁滞损失和涡流损失。

专利文献EP0597181也涉及一种在衰减的交变磁场中对磁性材料消磁的方法。一种并联振荡电路，包括两个线圈和一个电容器，其中能量同步于磁性相互作用地被馈入，以延长衰减时间。为了实现这一点，提出了一种具有正弦波-方波转换器、方波发生器和单稳态触发器的复杂电路，以便以时钟方式从能量从再充电电容器引入并联振荡电路的电容器中。

发明内容

本发明的目的是描述一种基于前述电子开关装置的装置，其具有延长的衰减时间，但是也提供了一种实用的技术方案，该技术方案可以用少量的电路组件和相对简单设计的控制来实现。

此外，令人期待的是，根据本发明的开关装置可以利用单一电流源运行和/或其不需要包括集成电路(IC)的器件。

本发明的目的通过一种具有权利要求1所述特征的电子开关装置来实现。根据本发明，前述的开关装置还包括：

-导体回路中的振荡电路充电开关，与消磁振荡电路串联，

-导体回路中的再充电振荡电路，与消磁振荡电路和振荡电路充电开关并联布置，用于在相应振荡电路充电开关闭合的情况下将充电电流脉冲式地再充电到消磁振荡电路中，

-再充电储存器，与电压源、再充电振荡电路和消磁振荡电路并联布置，用于在衰减时间期间向再充电振荡电路供电，

-导体回路中的再充电开关，用于中断从电压源和从再充电储存器到再充电振荡电路和消磁振荡电路的充电电流，

-充电开关，用于中断到再充电储存器、再充电振荡电路和消磁振荡电路的充电源，

其中在运行中，借助于控制器，通过断开和闭合(Schliessen)开关，可以将再充电脉冲从再充电振荡电路引入到消磁振荡电路中，

以延长衰减时间，直到来自再充电储存器的能量耗完为止。

利用这种开关装置，可以在该方法开始时通过电压源向消磁振荡电路、再充电振荡电路和再充电储存器充电，然后通过开关将该电压源分离。然后，启动消磁振荡电路的谐振，并且周期性地，优选在每次振荡电路电压过零(Nulldurchgang)之后，将来自再充电振荡电路的一个或多个再充电脉冲引入到谐振中。最后，再充电振荡电路再次由再充电储存器充电，以便其准备好输出下一个脉冲。重复此操作，直至再充电储存器耗尽为止。由于这些能量推动(Energieschübe)，谐振的衰减时间延长。

利用该装置，可以只使用一个电压源。在此重要的是使用了第二振荡电路作为再充电振荡电路。在这种每次仅执行半振荡(Halbschwingung)的情况下，电荷可以通过极性变换开关(Umpolschalter)变换，使得电压源可以在正方向和负方向上发射再充电脉冲，尽管再充电储存器总是以相同的方式对其充电。替代地，也可以在再充电储存器与再充电振荡电路之间布置极性变换开关，其始终在交替方向上对再充电振荡电路充电。

不使用集成电路(IC)，降低了干扰敏感性和延长了电路的使用寿命，并由此提高了电路的可靠性。

根据本发明的更多实施方式在从属权利要求中给出。

附图说明

下面参照附图对本发明进行详细说明。其中：

图1示出了用于产生衰减谐振的电子电路的示意图；

图2示出了根据图1的衰减谐振的时间变化曲线；

图3部分示出了图2中受到再充电脉冲影响的振动；

图4示出了根据本发明的用于产生延长的衰减谐振的电子电路示意图；

图5示出了根据权利要求4所述的电路的优选实施例。

具体实施方式

图1以示意图示出了根据本发明的用于对铁磁材料消磁的电子电路10。

该电路10包括消磁线圈41和振荡电路电容器42，它们经由振荡电路开关43连接到消磁振荡电路40。在该过程开始时，断开振荡电路开关43。消磁振荡电路40经由导体回路30与电流源20连接，该电流源可以对振荡电路电容器42充电。该充电过程可以通过振荡电路充电开关31来中断。

如果以振荡电路电压A结束充电过程，则断开振荡电路充电开关31并由此中断充电电流。在闭合振荡电路开关43之后，谐振启动：振荡电路电容器42经由消磁线圈41放电。振荡电路中占主导地位的电流对应于在固有频率下自由运行的(frei auslaufenden)振荡，其幅度呈指数衰减。图2以振荡电路电压A和消磁电流B随时间t的变化曲线的形式示出了消磁振荡电路40中的谐振。在振荡电路电压A和消磁电流B的幅度衰减之后，振荡电路开关43再次断开，电路10可供下一个消磁周期使用，该下一个消磁周期通过闭合振荡电路充电开关31而再次开始。

图3部分示出了根据图2的的振荡过程，包括振荡电路电压A和消磁电流B，在此是利用如上所示的再充电电流，以规则的时间间隔引入再充电脉冲C。后者是双极性电流脉冲，其每次都是在振荡电路电压A刚过零点D之后就立即被馈入。通过提供额外馈入的能量，振荡被延迟，由此使得振荡电路电压A和消磁电流B的幅度更缓慢地下降。该原理是已知的，但是已经证实，这一原理的实现就电路技术而言是复杂的。

在图4中示出了根据本发明的一般性实施方式，而在图5中示出了根据本发明的优选实施方式。在图5中，组件40、50和60是以电子器件的形式被示例性地示出。也可以选择性地将它们中的一个设计为这种形式。

图4示出了通过具有延长的衰减时间的谐振对铁磁材料消磁的电子电路10。该电子电路包括电压源20和与其连接的导体回路30，在该导体回路中连接有消磁振荡电路40，用于形成衰减的交变磁场，铁磁材料可以在该交变磁场中在衰减时间t期间被消磁。该消磁振荡电路40可以如图1所示地构造。其已经在图5中作为示例示出。然而，消磁振荡电路40的其他布置也是已知的。连同与导体回路30中的消磁振荡电路40串联设置的振荡电路充电开关31一起，可以执行图1中所描述的消磁方法。

电子电路10还包括导体回路30中的再充电振荡电路50，该再充电振荡电路与消磁振荡电路40和振荡电路充电开关31并联布置。该再充电振荡电路用于在振荡电路充电开关31每次短时间闭合时将充电电流脉冲式地再充电到消磁振荡电路40中。如上面关于图1所述的，存储在再充电振荡电路50中的能量可以作为短再充电脉冲C以规则的时间间隔被引入到消磁振荡电路40中。术语《短》是指持续时间t与图2和图3所示的消磁振荡电路40中的整个谐振周期相比短得多。

优选地，再充电振荡电路50的固有频率比消磁振荡电路40的固有频率大至少10倍，优选大至少100倍。

电子电路10的导体回路30还包括再充电储存器60，该再充电储存器与电压源20、再充电振荡电路50和消磁振荡电路40并联布置。该再充电储存器被设置用于在衰减时间t期间向再充电振荡电路50供电。另外，在导体回路30中还布置有再充电开关32，当该再充电开关断开时，从电压源20和再充电储存器60到再充电振荡电路50和消磁振荡电路40的充电电流被中断。

最后，电子电路10在导体回路30中还包括充电开关33，该充电开关在断开时中断从充电源20到再充电储存器60、到再充电振荡电路50和到消磁振荡电路40的连接。据此，充电开关33将充电源20与电子电路10的其余部分分离。

在运行中，控制器70控制所有开关31、32、33、43、53，并且可以通过断开和闭合开关31、32、53将再充电脉冲C从再充电振荡电路50引入到消磁振荡电路40中，以延长衰减时间，直到来自再充电储存器60的能量耗尽为止。

优选地，在导体回路30中，与电压源20和充电开关33相串联地布置整流二极管34，使得该整流二极管在使用期间可以防止从再充电储存器60、从再充电振荡电路50和从消磁振荡电路40到电压源20的回馈。

通过闭合开关(充电开关33、再充电开关32和振荡电路充电开关31)，对消磁振荡电路40、再充电振荡电路50和再充电储存器60进行充电。然后将开关33、32和31再次断开。

在这种状态下，可以开始消磁过程。直到该过程结束，不再从电压源20引入更多的能量。充电开关33在该时间期间保持断开，因此电压源20保持与电路10的其余部分分离。

此时，所有能量都存在于再充电储存器60中，这些能量可以被再充电直至消磁振荡电路40的谐振振荡结束。例如，该再充电储存器包括储存器电容器62，如图5所示。由此可以实现，只需要单一的电压源20。优选地，储存器电容器62的电容量是振荡电路电容器42的电容量的至少两倍，优选是至少三倍。

所有开关31、32、33均通过控制器70来控制，该控制器优选还控制电压源20。还可以通过该控制器70来控制另外的开关。控制器70可以与电路10分开或者是其一部分。

正如关于图3所描述的，在消磁振荡电路40中的谐振已经开始并且振荡电路电压通过零点D之后，振荡电路充电开关31被短时间地断开。现在，再充电振荡电路50将其再充电脉冲C发送到消磁振荡电路40。振荡电路充电开关31再次闭合。

现在，通过断开再充电开关32对再充电振荡电路50充电，其中电流从再充电储存器60中流出。当对再充电振荡电路50再次充电时，再充电开关32再次闭合。现在，再充电振荡电路50再次准备好在消磁振荡电路40中的振荡电路电压A下一次过零之后，向其发送另一个再充电脉冲C。通过控制器70在正确的时间点将振荡电路充电开关31再次短时间地断开，比谐振的四分之一周期短得多。

重复该过程，直至再充电储存器60中的能量耗尽。

再次必须注意确保再充电脉冲C相应具有正确的符号。符号必须交替地更换。如图5所示，再充电振荡电路50优选地包括再充电线圈51和与其串联布置的再充电电容器52。据此，在对再充电电容器52进行充电和放电期间，相应地执行再充电振荡电路50的半振荡。为了变换极性，可以优选地与再充电线圈51和再充电电容器52并联地布置极性变换开关53，用于在半振荡期间变换再充电电容器52中的电荷的极性。在再充电电容器52的每二次充电之后，在半振荡期间断开极性变换开关53，以便其在再充电电容器52中改变极性。

替代地，也可以在再充电储存器60与再充电振荡电路50之间设置转换开关(Kreuz-schalter，十字开关)，以便在每二次充电时沿相反方向对再充电电容器52进行充电。

在根据本发明的用于产生衰减的电磁场的方法中，使用在此所述的电子电路10在衰减时间期间对铁磁材料进行消磁。首先，在充电开关33、再充电开关32和振荡电路充电开关31闭合时，通过电压源20对消磁振荡电路40、再充电振荡电路50和再充电储存器60充电。

然后，再次断开上述开关31、32、33。谐振以其固有频率开始，并且通过例如闭合振荡电路开关43而具有衰减的幅度。由此产生一周期性的消磁交变磁场。

接下来，通过短时间地闭合和断开振荡电路充电开关31，将短第一再充电脉冲C以再充电电流的形式从再充电振荡电路50引入到消磁振荡电路40中。

然后，通过短时间地闭合和断开再充电开关32，利用再充电储存器60对再充电振荡电路50进行充电。重复最后两个步骤，直到再充电储存器60中的能量储备耗尽为止。

在一种优选的方法中，在每个第一再充电脉冲C之后是一个或多个具有相同符号的另外的短再充电脉冲C，并且该一个或多个另外的短再充电脉冲被传输到消磁振荡电路40上。一系列再充电脉冲C的总持续时间最大为消磁振荡电路40的振荡周期的四分之一，优选最大为八分之一。每个第一再充电脉冲C优选地在振荡电路电压A刚过零之后就流入到消磁振荡电路40的谐振中。由于振荡电路电压A因此改变了符号，因此下一个第一再充电脉冲C的符号也必须相应地改变。

为了实现这一点，变换再充电电容器52中的电荷的极性。这可以通过为振荡电路50配置极性变换开关53来实现。在断开再充电开关32和断开振荡电路充电开关31的情况下，闭合极性变换开关53，由此使得再充电振荡电路50中的电容器52和再充电线圈51产生谐振，该谐振在半振荡之后通过断开极性变换开关53被再次中断。因此，每个第一再充电脉冲C均被确定为，优选正好比先前的第一再充电脉冲C晚消磁振荡电路40的谐振的半个周期。

在该方法开始时或开始之前，将铁磁工件置于消磁振荡电路40的作用范围内，以便对其进行消磁。如有必要，可以多次重复在此所述的过程。

在此所述的电路10及其所执行的方法允许对铁磁体进行简单、可靠的消磁。电路由简单的组件组成，其能够实现安全的、无干扰的过程。

附图标记列表

10电子电路；电路

20 电压源

30 导体回路

31 振荡电路充电开关

32 再充电开关

33 充电开关

34 整流二极管

40 消磁振荡电路

41 消磁线圈

42 振荡电容器

43 振荡电路开关

50 再充电振荡电路

51 再充电线圈

52 再充电电容器

53 极性变换开关

60 再充电储存器

62 储存器电容器

70 控制器

A 振荡电路电压

B 消磁电流

C 再充电脉冲

D过零，零点

t时间。

Claims (18)

1.一种用于通过具有延长的衰减时间的谐振使铁磁材料消磁的电子电路(10)，包括：

a)电压源(20)和与其连接的导体回路(30)，

b)所述导体回路(30)中的消磁振荡电路(40)，用于形成衰减的交变磁场，铁磁材料在该交变磁场中能够在衰减时间(t)内被消磁，

c)所述导体回路(30)中的振荡电路充电开关(31)，与所述消磁振荡电路(40)串联，

d)所述导体回路(30)中的再充电振荡电路(50)，与所述消磁振荡电路(40)和所述振荡电路充电开关(31)并联布置，用于在振荡电路充电开关(31)相应闭合的情况下，将充电电流脉冲式地再充电到所述消磁振荡电路(40)中，

e)再充电储存器(60)，与所述电压源电压源(20)、所述再充电振荡电路(50)和所述消磁振荡电路(40)并联布置，用于在所述衰减时间(t)内对所述再充电振荡电路(50)供电，

f)所述导体回路(30)中的再充电开关(32)，用于中断从所述电压源(20)和从所述再充电储存器(60)到所述再充电振荡电路(50)和到所述消磁振荡电路(40)的充电电流，

g)充电开关(33)，用于中断去往所述再充电储存器(60)、所述再充电振荡电路(50)和所述消磁振荡电路(40)的充电源(20)，

其中，所述电压源(4)和所有开关(31，32，33，43，53)能够通过控制器(70)来操控，并且其中，在运行中，通过断开和闭合所述开关(31，32，33，53)，能够将来自所述再充电振荡电路(50)的再充电脉冲(C)引入到所述消磁振荡电路(40)中，以延长所述衰减时间，直至来自所述再充电储存器(60)的能量被耗尽。

2.根据权利要求1所述的电路(10)，其特征在于，所述消磁振荡电路(40)包括处于串联的消磁线圈(41)和振荡电路开关(43)以及与它们并联布置的振荡电路电容器(42)。

3.根据权利要求1或2所述的电路(10)，其特征在于，所述再充电储存器(60)包括储存器电容器(62)。

4.根据权利要求2和3所述的电路(10)，其特征在于，所述储存器电容器(62)的电容量是所述振荡电路电容器(42)的电容量的至少两倍，优选是至少三倍。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电路(10)，其特征在于，所述再充电振荡电路(50)的固有频率比所述消磁振荡电路(40)的固有频率大至少10倍，优选大至少100倍。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电路(10)，其特征在于，所述再充电振荡电路(50)包括再充电线圈(51)和与该再充电线圈串联布置的再充电电容器(52)。

7.根据权利要求6所述的电路(10)，其特征在于，在所示再充电振荡电路(50)中，与所述再充电线圈(51)和所述再充电电容器(52)并联地布置极性变换开关(53)，用于在再充电开关(32)和振荡电路充电开关(31)断开的情况下，以半振荡的方式变换所述再充电电容器(52)中的电荷的极性。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电路(10)，其特征在于，在所述导体回路(30)中，与所述电压源(20)和所述充电开关(33)串联地布置整流二极管(34)，使得所述整流二极管(34)在使用期间能够防止从所述再充电储存器(60)、从所述再充电振荡电路(50)和从所述消磁振荡电路(40)到所述电压源(20)的回馈。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电路(10)，其特征在于，所述电压源(20)是所述电路(10)中的唯一电压源。

10.一种使用根据前述权利要求中任一项所述的电子电路(10)来产生衰减的电磁场的方法，其中，铁磁材料在该电磁场中能够在衰减时间(t)内被消磁，包括以下步骤：

a)通过电压源(20)对消磁振荡电路(40)、再充电振荡电路(50)和再充电储存器(60)进行充电，同时闭合充电开关(33)、再充电开关(32)和振荡电路充电开关(31)，

b)断开所述充电开关(33)、所述再充电开关(32)和所述振荡电路充电开关(31)，并启动所述消磁振荡电路(40)中的谐振，该谐振以其固有频率和衰减的幅度出现并产生周期性的交变消磁磁场，

c)短时间地闭合和断开所述振荡电路充电开关(31)，由此有与谐振相比更短的第一再充电脉冲(C)从所述再充电振荡电路(50)流入所述消磁振荡电路(40)中，

d)短时间地闭合和断开所述再充电开关(32)，用于通过所述再充电储存器(60)对所述再充电振荡电路(50)进行充电，

e)重复步骤c)和d)，直至所述再充电储存器(60)中的能量储备耗尽。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，紧接在所述第一再充电脉冲之后，将一个或多个具有相同符号的、更短的再充电脉冲(C)传输到所述消磁振荡电路(40)上，其中，该一个或多个再充电脉冲的总持续时间最大为所述谐振的振荡周期的四分之一，优选最大为八分之一。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述第一再充电脉冲(C)在所述振荡电路电压(A)过零之后立即流入到所述消磁振荡电路(40)的谐振中。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤e)中，所述第一再充电脉冲(C)的符号在每次重复步骤c)时变换。

14.根据权利要求13并回引权利要求7所述的方法，其特征在于，通过在断开所述再充电开关(32)和所述振荡电路充电开关(31)时闭合所述极性变换开关(53)，使所述再充电电容器(52)中的电荷的极性变换，由此使所述再充电振荡电路(50)的所述电容器(52)和所述再充电线圈(51)发生谐振，该谐振在半振荡之后通过断开所述极性变换开关(53)被再次中断。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，每个后续的步骤c)恰好在所述谐振的半个周期之后开始。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中，在所述方法开始时或开始之前，将铁磁工件引入到所述消磁振荡电路(40)的作用范围内，以使其消磁。

17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，其中，该过程被多次重复。

18.根据权利要求10至17中任一项并回引权利要求2所述的方法，其中，通过闭合所述振荡电路开关(43)来启动所述谐振。