DE1062294B - Hochfrequenz-Magnetvariometer - Google Patents

Hochfrequenz-Magnetvariometer

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DE1062294B
DE1062294B DES42727A DES0042727A DE1062294B DE 1062294 B DE1062294 B DE 1062294B DE S42727 A DES42727 A DE S42727A DE S0042727 A DES0042727 A DE S0042727A DE 1062294 B DE1062294 B DE 1062294B
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DE
Germany
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winding
core
magnetic
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variometer
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DES42727A
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English (en)
Inventor
Hans Boeddeker
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F21/00Variable inductances or transformers of the signal type
    • H01F21/02Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers
    • H01F21/08Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers by varying the permeability of the core, e.g. by varying magnetic bias
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/14Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias
    • H01F2029/143Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias with control winding for generating magnetic bias

Description

  • Hochfrequenz-Magnetvariometer Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetvariometer für Hochfrequenzabstimmzwecke. Hierbei handelt es sich um durch Vormagnetisierung steuerbare Eisenkerndrosselspulen, die im allgemeinen eine Arbeitswicklung aufweisen, in der ein Wechselstrom fließt, und eine Steuerwicklung, in der ein Vormagnetisierungsstrom fließt, insbesondere ein Gleichstrom. Durch diesen wird der Arbeitsstrom auf dem Wege über eine Veränderung der Permeabilität des Eisenkernes gesteuert. Ein Variometer kann außerdem mit weiteren Wicklungen versehen sein, z. B. Hilfsvormagnetisierungswicklungen, sowie mit Übertrager-oder Kopplungswicklungen zur induktiven Einspeisung des Arbeitswechselstromes.
  • Die jüngste Entwicklung bei Magnetvariömetern, wie sie sowohl das in- als auch das ausländische Schrifttum wiederspiegelt, hat zu einer bisher als günstigste bezeichneten Bauform geführt, bei der je ein Kern für Magnetisierungs- und Arbeitswicklung vorgesehen ist. Die beiden Kerne sind körperlich voneinander getrennt, wobei die beeinflußte Arbeitswicklung zwischen den Polen des die Vormagnetisierungswicklung tragenden Kernes angeordnet ist. Trotz der Anwendung moderner Werkstoffe, wie Ferrite, für den Kern der Arbeitswicklung im Gegensatz zu den früher vorhandenen Massekernen, fallen die Anordnungen, insbesondere der Vormagnetisierungskreis und die zugehörige Wicklung, verhältnismäßig groß aus.
  • Die bekannten Magnetvariometer arbeiten auch nicht ohne weiteres rückwirkungsfrei, sie benötigen vielmehr besondere Maßnahmen zur Vermeidung induktiver Rückwirkungen vom Steuerkreis auf den Arbeitskreis und umgekehrt. Eine bekannte Ausführung verwendet Doppelkernanordnungen, bei denen eine Wicklungsgruppe in bezug auf die andere gegensinnig geschaltet ist. Ferner hat man den Arbeitswicklungskern als Ringkern so zwischen den Polen des Vormagnetisierungskernes angeordnet, daß der Hochfrequenzfluß im Ringkern geschlossen ist und im wesentlichen nicht in den Vormagnetisierungskern eintritt. Dies ist jedoch nur im begrenzten Arbeitsbereich wirklich der Fall. Auch durch Anordnung der Arbeitswicklung im Innern eines allseits geschlossenen Schalenkernes bringt in dieser Richtung nicht völlig befriedigende Ergebnisse. Man verwendet daher an den Stellen, an denen der Arbeitswicklungskern in den Vormagnetisierungskern eingefügt ist, Zwischenschichten in Form von Kupferfolien.
  • Eine Verringerung der Rückwirkung ist durch die bekannte Quervormagnetisierung möglich, bei denen die Arbeits- und Steuerwicklungen senkrecht zueinander angeordnet sind, so daß auch die von den Wicklungen erzeugten Magnetflüsse senkrecht zueinander verlaufen. Die Anwendung derartiger Magnetkerne mit Quermagnetisierung ist an sich für verschiedene Zwecke bekannt; so bei auf der Grundlage gleichstromvormagnetisierter Drosselspulen beruhenden Gleichstromwandlern. Es ist ferner eine regelbare Induktivität bekannt mit einem Kern, dessen Schenkel von der einen von zwei Wicklungen längsmagnetisiert und von der anderen Wicklung regelbar quermagnetisiert werden. Bei dieser Anordnung sind die die längsmagnetisierenden Spulen tragenden Schenkel aus Blechen in Form längsgeschlitzter Zylinder hergestellt. Auch findet hier eine Rückwirkung des Feldes der Längsmagnetisierung auf das Feld der Ouermagnetisierung statt, so daß zur Beseitigung der Rückwirkung besondere Mittel erforderlich sind, beispielsweise die Anwendung einer Kurzschlußwindung oder einer zusätzlichen kompensierenden Erregung.
  • Zur Steuerung von Selbstinduktion in elektrischen Kreisen ist es weiterhin bekannt, die Gleichstromwicklung im Innern eines ringförmigen Kernes und die Arbeitswicklung als äußere Kernwicklung anzuordnen. Hierbei werden für den Aufbau des Kernes vier ringförmige, aus Blechen geschichtete Teile verwendet, die zu einem hohlen Ringkern zusammengesetzt werden, wobei vier Luftspalte entstehen. Zur Vermeidung von Wirbelströmen hat der Kern außerdem noch einen Radialluftspalt. Diese Bauform hat den Vorteil kompakten Aufbaus, da kein besonderer Außenkern für die Vormagnetisierung erforderlich ist. Da sie mit Quervormagnetisierung arbeitet, tritt auch im wesentlichen keine Rückwirkung auf. Wegen der vielen Luftspalte im Eisenweg ist jedoch neben hoher Steuerleistung auch keine reproduzierbare Abhängigkeit der gesteuerten Induktivität von der Temperatur gegeben, so daß der Temperaturkoeffizient nicht kompensiert werden kann. Bei allen bekannten Bauformen verursacht die Streuung der Steuer- und Arbeitswicklung im praktischen Betrieb erheblichen Aufwand an Abschirmmitteln. Dies gilt auch für die zuletzt genannte Bauform, da die zahlreichen Luftspalte im Ringkern keine wirksame Abschirmung ermöglichen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochfrequenzmagnetvariometer zu schaffen, das diesen Nachteil vermeidet. Das Magnetvariometer nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale: a) Die Induktivität der Arbeitswicklung wird durch Quervormagnetisierung mittels einer gleichstromdurchflossenen Steuerwicklung geändert.
  • b) Die Steuerwicklung ist im Innern eines ringförmigen Magnetkernes angeordnet, während die Arbeitswicklung als äußere Kernwicklung ausgeführt ist.
  • c) Verwendung eines die innere Wicklung allseitig einschließenden Schalen- oder Topfkernes mit Mittelbohrung aus einem Ferrit mit einer Anfangspermeabilität von mindestens 1000.
  • Da der Kern die Erregerwicklung als allseitig und ohne merklichen Luftspalt umschließt, dient er selbst als wirksames Abschirmmittel für den Gleichfluß. Außerdem tritt auch beim Hochfrequenzfluß fast keine Streuung auf, da die Arbeitswicklung gleichmäßig über den ganzen Umfang verteilt werden kann: Dies ist auch vorteilhaft für die Verwendung des Variometers bei relativ niedrigen Frequenzen, wo man größere Windungszahlen unterbringen muß. Bei dem bekannten Magnetvariometer mit in einem Vormagnetisierungskern eingesetzten ringförmigen Arbeitskern können dagegen große Teile des Arbeitskernes nicht bewickelt werden.
  • Der Erfindungsgegenstand vereinigt somit alle Vorteile bekannter Bauformen in sich, wie beispielsweise geringsten Raumbedarf, Rückwirkungsfreiheit ohne besondere Maßnahmen, Fortfall magnetischer Nebenschlüsse für den Hochfrequenz- und Steuerfluß sowie geringe Steuerleistung, und bringt darüber hinaus den Fortschritt, daß praktisch keine magnetische Streuung auftritt.
  • Die verwendeten Kerne haben im allgemeinen Zvlinderform und bestehen aus zwei Halbschalen mit einer Trennfläche in der Mitte des Zylinders (sogenannte Schalenkerne) oder aus einem ausgeprägten Topfteil und einem deckelförmigen Abschlußteil (sogenannte Topfkerne). Bei diesen bekannten Kernen dient zumeist die '.Mittelbohrung zur Aufnahme eines Abgleichstiftes. Für die Zwecke der Erfindung wird der Kern entfernt und in die dann offene Mittelbohrung des Kernes die Arbeitsfrequenzentwicklung hindurchgeführt, während die Vormagnetisierungswicklung in die Ringkammer des Kernes, beispielsweise auf einem Spulenkörper aufgewickelt, eingelegt wird.
  • Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines etwa aus zwei gleichen Hälften 1 und 2 bestehenden Kernes. In der im Querschnitt beispielsweise viereckigen Ringkammer 3 im Inneren des Kernes ist eine Steuerwicklung 4 untergebracht. Zusätzlich können sich dort auch noch eine oder mehrere Hilfs- oder Vormagnetisierungswicklungen befinden. Durch die Mittelbohrung 5 des Kernes, die bei üblicher bekannter Anwendung desselben manchmal von einem verstellbaren Gewindeabgleichkern eingenommen wird, ist die Arbeitswicklung 6 gewickelt. Die Berührungsflächen zwischen den beiden Kernteilen 1 und 2 sind zur Erzielung eines geringen magnetischen Widerstandes für den Fluß der Steuerwicklung 4 und damit im Sinne der Erzielung einer geringen Steuer-Amperewindungszahl planpoliert. Der Kern kann zusätzlich mit mechanischen Mitteln zum Abgleich versehen, beispielsweise kann ein in der Mitte des Kernes befindlicher Gewindeabgleichkern hohl ausgebildet und durch diesen die Arbeitswicklung S hindurchgeführt sein.
  • Fig. 2 zeigt die Schaltung der Wicklungen des Kernes nach Fig. 1. Die Steuerwicklung 4 ist beispielsweise über ein Potentiometer 7 an eine Gleichstromquelle 8 angeschlossen. Die Arbeitswicklung 6 bildet mit einem Kondensator 9 einen Schwingkreis, der auf nicht näher dargestellte Weise mit einem Wechselstrom gespeist wird, beispielsweise transformatorisch durch eine Hilfswicklung, die in der gleichen Weise wie die Arbeitswicklung 6 durch die Mittelbohrung 5 des Kernes gewickelt ist.
  • Fig. 3 zeigt die bei Ausführungsbeispielen mit Kernen aus verschiedenen Werkstoffen erzielten Ergebnisse an Hand von drei Kurven I bis III. Diese stellen in Abhängigkeit von der an der Steuerwicklung 4 vorliegenden Gleichspannung US, die in Volt aufgetragen ist, die erreichten Induktivitätswerte L in mH dar. Bei den einzelnen Kurven I bis III lagen Massekerne aus bekannten Ferriten zugrunde mit den aus der nachstehenden Tabelle ersichtlichen Handelsbezeichnungen und Kenndaten
    Material BS [kG]
    HK[A/cm]I ,uA
    I Si-Ferrit 2000 Tr7 2,4 0,08 2000
    II Si-Ferrit 1100 N22 3,3 0,2 1100
    III Si-Ferrit 700 L21 4,4 0,25 700
    Darin bedeutet BS die Sättigungsinduktion, HK die Koerzitivkraft und ,uA die Anfangspermeabilität.
  • Es wurden, wie auch die Kurven I bis III in Fig. 3 zeigen, nutzbare Induktivitätsänderungen und entsprechende Frequenzänderungen bei induktiver Schwingkreisabstimmung in folgenden Bereichen erzielt:
    Variation der
    Variation der Frequenz bei Windungszahl
    induktiver der
    Induktivität Schwingkreis- Arbeitswicklung
    abstimmung
    I 1 : 4 1 : 2 10 Windungen
    1I 1 : 2,6 1 : 1,62 19 Windungen
    III 1 : 2,25 1 : 1,5 21 Windungen
    Die Windungszahlen der Gleichstrornvormagnetisierungswicklungen betrugen in jedem Fall 5500Windungen, der Widerstand 860 Ohm. Dies entspricht bei einem Induktivitätsänderungsbereich von 1:4 im Falle der Kurve I einer Steuerleistung von maimal 50 mW. Im Falle der Kurven II und III ist eine etwas größere Steuerleistung erforderlich. Auch ist in diesem Falle, wie die Kurven im linken oberen Teil zeigen, ein nicht in allen Fällen ausnutzbarer doppelsinniger Bereich infolge Hy steresis vorhanden. Für die Zwecke der Erfindung werden daher Kerne aus dem unter I genannten Material bevorzugt.
  • Fig. 4 zeigt .ein Anwendungsbeispiel des Magnetvariometers nach der Erfindung zur Frequenzäbstimmung eines Rundfunkgerätes. Die Schaltung, die im übrigen selbst ebenfalls nur als Beispiel anzusehen ist, zeigt zwei abstimmbare Hochfrequenzverstärkerstufen A und B mit je einer nicht näher bezeichneten Verstärkerröhre, an deren Stelle auch ein anderes Verstärkerelement, beispielsweise ein Transistor, verwendet werden kann. Die Eingangskreise der Stufen 1 und 2 enthalten je ein Magnetvariometer nach Fig. 1 bzw. 2, dessen Arbeitswicklungen entsprechend jeweils mit 6 und dessen Steuerwicklungen jeweils mit 4 bezeichnet sind. Die Steuerwicklungen 4 der beiden Magnetvariometer werden in Parallelschaltung vom Spannungsabfall eines als Potentiometer ausgebildeten Widerstandes gespeist, das im Anodenstromkreis der Röhren liegt und gleichzeitig ein den Siebwiderstand eines zugehörigen Netzteiles bildet. Von diesem ist außerdem ein Ladekondensator 11 und ein Siebkondensator 12 dargestellt. Bei Magnetvariometern ist es an sich bekannt, die Steuerwicklungen über Potentiometer zu speisen. Außerdem ist eine Reihenschaltung der Steuerwicklungen mehrerer Variometer zur gleichzeitigen Abstimmung mehrerer Schwingkreise bekannt. Mit 13 sind in beiden Stufen zusätzliche, beispielsweise aus einer Windung bestehende Ankopplungswicklungen bezeichnet, die in der gleichen Weise wie die Wechselstromwicklungen 6 (vgl. Fig. 1) auf den Kernen angeordnet sind.
  • Das Potentiometer 7 kann anstatt in der Anodenzuleitung der Röhren auch in die Kathodenzuleitung derselben eingeschaltet sein. Dies ergibt den Vorteil, daß die Steuerwicklungen 4 der Variometer praktisch auf demselben Potential liegen wie die zwischen Gitter und Kathode liegenden Arbeitswicklungen 6 und gestattet eine gefahrlose Bedienung der Abstimmkreise, was insbesondere für Fernbedienungszwecke wichtig ist.
  • Streuungen durch unterschiedliche Kennlinien der Ferrite oder durch Kapazitätsunterschiede können mit Hilfe der Widerstände 14 bzw. der Trimmer 15 auskompensiert werden. Außerdem können Kondensatoren mit kompensierenden Temperaturbeiwerten zu denen der Ferrite verwandt werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs- und Anwendungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können auch Kerne verwendet werden, die aus zwei insbesondere ringförmigen Schalen mit kreisförmigen Schnittflächen senkrecht zur Ringebene bestehen können. Als Anwendungsgebiet kommt nicht nur das Gebiet der Nachrichtenübertragungstechnik, sondern auch das der industriellen Anwendung von Mittel- und Hochfrequenzschwingungen in Frage.
  • Besonders vorteilhaft ist es, die vorbeschriebenen Variometer in an sich bekannter Weise als bandspreizende zusätzliche Abstimmittel für Schwingkreise zu verwenden, als sogenannte Lupe. Außer als Abstimmittel kann das Magnetvariometer nach der Erfindung ferner als Modulator verwendet werden. In diesem Fall wird die Steuerwicklung anstatt mit Gleichstrom mit einem Modulationsstrom gespeist.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Hochfrequenz-Magnetvariometer mit ferromagnetischem Kern, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale: a) Die Induktivität der Arbeitswicklung wird durch Quermagnetisierung mittels einer gleichstromdurchflossenen Steuerwicklung geändert; b) die Steuerwicklung ist im Innern eines ringförmigen Magnetkernes angeordnet, während die Arbeitswicklung als äußere Kernwicklung ausgeführt ist; c) Verwendung eines die innere Wicklung allseitig einschließenden Schalen- oder Topfkernes mit Mittelbohrung aus einem Ferrit mit einer Anfangspermeabilität von mindestens 1000.
  2. 2. Magnetvariometer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ferritkern mit einer Anfangspermeabilität von 2000.
  3. 3. Magnetvariometer nach den Ansprüchen 1 und 2 zur Verwendung in Verstärkerschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung der Steuerwicklung der Spannungsabfall an einem von Arbeitsstrom des Verstärkers durchflossenen Widerstand dient, insbesondere der Spannungsabfall am Siebwiderstand eines zugehörigen Netzteiles.
  4. 4. Magnetvariometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand als Potentiometer ausgebildet ist und er eine beliebige Anzahl von Schwingkreisen zugleich abstimmt.
  5. 5. Magnetvariometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand in der das negative Potential führenden Speiseleitung des Arbeitsstromkreises liegt.
  6. 6. Magnetvariometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gleichlaufabstimmung der einzelnen Schwingkreise aufeinander Abgleichwiderstände (14) und Trimmer (15) vorgesehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 818 817, 5,05 90'8, 916 333; USA.-Patentschrift Nr. 743 444; deutsche Patentanmeldung S 2298 VIIIa/21a4 (bekanntgemacht am 29. 11. 1951) ; »Frequenz«, Bd. 8 (19'54), H.
  7. 7, Aufsatz von A. Weiss; »Technischer Informationsdienst für Siemens-Bauelemente«, H. 9/1, Mai 1953, S. 4; »electronics«, September 1952, S. 112 bis 115.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3428937A1 (de) * 2017-07-11 2019-01-16 Premo, S.A. Hohle stufenlose magnetische antriebseinheit

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US743444A (en) * 1903-01-27 1903-11-10 Charles Frederick Burgess Means for regulating self-inductance in electric circuits.
DE505908C (de) * 1928-03-23 1930-08-27 Rca Corp Drosselspule mit Eisenkern und ueberlagerter regelbarer Hilfsmagnetisierung
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DE916333C (de) * 1950-09-28 1954-08-09 Philips Nv Einrichtung zur Erzeugung einer gyromagnetischen Kopplung zwischen zwei Wicklungen (Gyrator)

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