DE1127398B

DE1127398B - Magnetkernschalter

Info

Publication number: DE1127398B
Application number: DEI17261A
Authority: DE
Inventors: Mitchell Paul Markus
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1958-06-30
Filing date: 1959-11-19
Publication date: 1962-04-12
Also published as: DE1098540B; NL133372C; GB992404A; GB915630A; DE1165083B; US3126528A; FR1233187A; NL245386A; GB929502A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

INTERNAT. KL. H 03 k

117261

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

19. NOVEMBER 1959

12. APRIL 1962

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, zum Erzeugen der Erregerströme der Magnetkernspeicher Schalter aus Magnetkernen zu benutzen; hierbei wird der beim Überführen eines Schalterkernes von einem in den anderen Sättigungszustand in einer Kernwicklung entstehende Spannungsimpuls als Lieferant für den Magnetisierung- (Halb-) Strom der Speichermatrix benutzt. Es wurde schon vorgeschlagen, zur Auswahl des gewünschten aus einer Mehrzahl von Schalterkernen je eine aus mehreren Wicklungen eines Kernes mit der entsprechenden Wicklung eines anderen Kernes in Reihe zu schalten. Dabei umschlingen die verschiedenen Wicklungen eines Kernes diesen mit verschiedenem Wicklungssinn. Die ausgewählten Wicklungen sind auf den zur Abgabe des Magnetisierungsimpulses vorgesehenen Kern so gewickelt, daß sich alle zugeführten Feldstärken darauf addieren, während sie sich auf den nicht ausgewählten Kernen gegenseitig auslöschen.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Zahl der zur Auswahl eines aus einer gegebenen Zahl von Schalterkernen erforderlichen Wicklungen pro Kern auf einen Kleinstwert zu reduzieren.

Gegenstand der Erfindung ist ein Magnetkernschalter mit mehreren Magnetkernen und je mehreren Wicklungen mit Reihenschaltung jeder Wicklung eines Magnetkernes mit je einer Wicklung aller anderen Magnetkerne sowie mit Einrichtungen zur Stromzufuhr an einige ausgewählte der Reihenschaltungen zwecks Ummagnetisierung eines der Magnetkerne mit dem Merkmal, daß die Zahl der Wicklungen auf jedem Magnetkern gleich ist der kleinsten Potenz von zwei, welche größer ist als die Zahl der Magnetkerne, und daß die von den jeweils ausgewählten Wicklungen erzeugten magnetischen Feldstärken sich in an sich bekannter Weise addieren und sich bei den übrigen Magnetkernen gegenseitig aufheben.

Die Ausführungsbeispiele der nachfolgenden Beschreibung werden durch Zeichnungen erläutert. Diese zeigen in

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung, in

Fig. 2 eine Hystereseschleife zur Erleichterung des Verständnisses der Fig. 1 und in

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Anordnung.

Die Anordnung nach Fig. 1, im folgenden Magnetkernschalter genannt, enthält drei Magnetkerne 3, 5 und 7, die als Beispiel in Toroidform ausgebildet sind. Vier Eingangswicklungen 9, 11,. 13 und 15, die alle an eine positive Spannungsquelle -\-B angeschlos-Magnetkernschalter

Anmelder:

International Business Machines Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt, BÖblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. November 1958 (Nr. 775 279)

Mitchell Paul Markus, Binghamton, N. Y.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

sen sind, sind in unterschiedlichem Wickelsinn durch die Kerne hindurchgeführt. Dabei führt jeweils für jeden Kern die Hälfte der Wicklung in dem einen und die andere Hälfte in dem anderen Wickelsinne durch die Öffnungen der Kerne. Jeder Kern trägt eine Ausgangswicklung 17 α bis 17 c, an welche eine Spalten- oder Zeilenwicklung des Magnetkernspeichers angeschlossen ist; der Speicher wird hier durch Belastungswiderstände 19 α bis 19 c dargestellt. Die Wicklungen sind über vier Schalter 21,23, 25 und 27 an den anderen Pol der Spannungsquelle — B angeschlossen. Die Schalter sind der Einfachheit halber als handbetätigte Schalter gezeigt, obwohl natürlich elektronisch betriebene Schalter dazu benutzt werden können.

Die Hystereseschleife eines für die Schalterkerne verwendbaren Kernmaterials ist in Fig. 2 dargestellt. Die beiden möglichen Magnetisierungszustände sind mit »0« und »1« bezeichnet. Der Mindestwert des Magnetisierungsstromes, der nötig ist, um eine Änderung des einen stabilen Zustandes eines Kernes zu erzeugen, wird weiter als Schwellwert bezeichnet. Ein Magnetisierungsstrom unterhalb dieses Schwellwertes ruft keine bleibende Änderung des remanenten Zustandes hervor, während ein über dem Schwellwert liegender Magnetisierungsstrom passender Richtung den Kern zum anderen Remanenzzustand führt.

Wenn man unipolare Magnetisierungsimpulse in Betracht zieht, kann der Wicklungssinn durch die Richtung definiert werden, in welchen er den Kern

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durchsetzt. Eine Wicklung, die den Zustand »1« erzeugt, soll, willkürlich gewählt, eine solche sein, die über und unter dem Kern (bei Betrachtung der Fig. 1 oder Fig. 3 der Zeichnungen) und von unten her gerechnet durchläuft. Eine Wicklung sei in solchem Sinne gewickelt, daß sie eine »0« einschreibt, wenn sie erst unter und dann über dem Kern verläuft. Befindet sich also ein Kern im »O«-Zustand, so kann er zum »1 «-Zustand gebracht werden, wenn man eine Wicklung, welche nach der eben gegebenen Definition in »1 «-Richtung ihn durchsetzt, mit einem Strom beaufschlagt, der den Schwellwert überschreitet; der Kern erreicht zunächst den Sättigungspunkt α, und nach dem Ende des Magnetisierungsimpulses stellt er sich auf den Zustand »1« ein. Dasselbe gilt für die Magnetisierung eines Kernes vom Zustand »1« zum Zustand »0«. Bei der Magnetisierung eines Kernes vom Zustand »0« nach »1« oder vom Zustand »1« nach »0« entstehen in den Ausgangswicklungen Impulse entgegegesetzter Polarität, die als Schreib- bzw. Leseimpulse für die Magnetkernspeichermatrix brauchbar sind.

Der Erfindungsgedanke besteht nun darin, die von den Strömen in den einzelnen Erregerwicklungen erzeugten magnetischen Feldstärken so zu kombinieren, daß ihre Summe die zur Ummagnetisierung nötige Gesamtfeldstärke liefert, wobei jede Erregerwicklung für sich nur einen Bruchteil des erforderlichen Gesamtstromes aufzubringen hat. Diese Verringerung von Strom und Leistung in jeder Erregerwicklung ist besonders vorteilhaft, wenn die Stromergiebigkeit der Schalter kleingehalten werden muß. So erzeugt im vorliegenden Falle jede Erregerwicklung die Feldstärkeeinheit H_U} die gleich ist der Feldstärke zum Zustand »1« bzw. zum Zustand »0«. Um das Wicklungsschema für die nächstgrößere vollständige Matrix zu finden, d. h. die nächstgrößere Matrix, die alle möglichen Kombinationen von Eingangswerten benutzen kann, wird das folgende Verfahren angewandt:

1. Die erste Zeile des vorliegenden Wicklungsschemas wird nach beiden Richtungen erweitert, indem der auf dieser Seite stehende Wert wiederholt

to wird; man erhält so die erste Zeile des neuen Schemas, welches so aussieht

...111 10 000...

H_T

wo Ηγ die gesamte zur Ummagnetisierung erforderliche Feldstärke und JV die Gesamtzahl der Treiberwindungen darstellt. In Anwendung dieses Prinzips der Leistungsaufteilung werden JV Windungen mit einem Kern induktiv gekoppelt und davon die Hälfte in dem Sinne »1« um den Kern gewickelt und die andere Hälfte in dem Sinne »0«. Infolgedessen durchsetzen — Windungen einen Kern im Sinne »1« und

ebenso viele Windungen im Sinne »0«. Infolgedessen werden während der nächsten Zeit des Speichers durch gleichzeitige Zufuhr von Erregerstrom zu

Windungen im Sinne »1«-^- Feldstärkeeinheiten

dem von »0« nach »1« zu bringenden Kern zügeführt. Dasselbe gilt entsprechend für den Schreibzyklus des Speichers. Es wird bei diesem Verfahren nur ein einziger Kern ausgewählt, ohne daß von den übrigen nicht gewählten Kernen Störsignale veranlaßt werden.

Hierfür ist ein besonderes Wicklungsschema zu wählen. Im Beispiel der Fig. 1 lautet dieses Schema

Dieses Schema gilt für einen Schalter mit einem einzigen Kern und zwei Eingangs- und einer Ausgangswicklung; je eine Wicklung bringt den Kern

2. Für jede Zeile des gegebenen Wicklungsschemas werden zwei Zeilen des neuen Wicklungsschemas gebildet, indem das gegebene Zeilenschema in den ersten drei Quadranten eines Koordinatensystems wiederholt und im vierten Quadranten das Komplement des gegebenen Schemas s eingezeichnet wird.

. Es entsteht folgendes Bild:

gegebener
Zeilenwert

III

gegebener Zeilenwert

Komplement

des gegebenen

Zeilenwertes

IV

Das nächstgrößere vollständige Wicklungsschema wird also eine mehr als zweimal die Zahl der Zeilen des gegebenen Schemas enthalten.

Zur Erläuterung soll nun für die in Fig. 1 gezeigte Anordnung das Wicklungsschema für vier Eingänge und drei Ausgänge abgeleitet werden. Zunächst wird das Grundschema »10« nach beiden Seiten durch jeden Wert dieser Seite erweitert, so daß folgendes Schema entsteht:

»1100«.

Entsprechend der Regel 2 wird das Grundschema durch zwei neue Zeilen erweitert, indem das gegebene Schema (»10«) in den ersten drei Quadranten und der Komplementwert (»01«) im vierten Quadranten eingeschrieben wird. Es entsteht daraus:

10

Die mit Hufe der ersten Regel gefundene Zeile wird nun mit den beiden mit der zweiten Regel ermittelten Zeile kombiniert. Es entsteht das Schema

1100

1010

1001

Dieses Schema ist in der Fig. 1 verwirklicht. Jede Zeile des Wicklungsschemas entspricht einem Kern und jede Spalte den in Reihe geschalteten Erregerwicklungen. Die Betrachtung der Fig. 1 zeigt, daß auf dem Kern 3 die von links nach rechts gezählte erste und zweite Wicklung durch den Kern im Sinne

»1« (über und unter) und die dritte und vierte Wicklung im Sinne »0« (unter und über) gewickelt ist, was dem Schema 1100 der ersten Zeile der Tabelle entspricht.

Die Auswahl eines Kernes, der von »0« nach »1« gebracht werden soll, geschieht durch Erregung aller Wicklungen, welche diesen Kern im Sinne »1« durchsetzen. Um einen Kern von »1« nach »0« zu bringen, werden die Wicklungen erregt, welche den betreffenden Kern imSinne »0« durchsetzen.

Es seien alle drei Kerne 3, 5 und 7 im Zustand »0«, und es soll der Kern 5 ausgewählt werden, was dem Schema 1010 entspricht. Der Kern soll nach»l« gebracht werden. Die Schalter 21 und 25 werden geschlossen und führen den Wicklungen 9 und 13 Strom zu. Nur der Kern 5 behält zwei Feldstärkeeinheiten in Richtung »1«, und nur er wird an seinem Belastungswiderstand 19 b einen Ausgangsimpuls von seiner Ausgangswicklung 17 b abgeben. Die beiden anderen Kerne 3 und 7 erhalten je eine Feldstärkeeinheit in Richtung »1« und eine Feldstärkeeinheit in Richtung »0«, die sich gegenseitig auslöschen, so daß die Entstehung von Störimpulsen auf einer der Ausgangswicklungen 17 α oder 17 c unmöglich ist.

Wenn ein neuer Wert oder auch der vorher gelesene Wert in dieselbe Stelle des Speichers eingeschrieben werden soll, muß auf der gleichen Ausgangswicklung ein gleich großer, aber entgegengesetzter Impuls erzeugt werden. Das geschieht durch Rückstellen des vorher gewählten Magnetkernes vom Zustand »1« zum Zustand »0«. Die Schalter 23 und 27 werden geschlossen, so daß die Wicklungen 11 und 15 erregt werden, Auch hier erhält wieder nur der Kern 5 entsprechend dem Schema 1010 als einziger zwei Feldstärkeeinheiten in Richtung »0«.

Für die mit dem beschriebenen Magnetkernschalter erhaltenen Ergebnisse ist die Wahl der Eingangsspannungen und Ströme, die dem gewählten Kern zugeführt werden, sowie die Windungszahlen der Eingangs- und Ausgangswicklungen oder die Kernabmessungen und die Art des Werkstoffes eine Angelegenheit des Entwurfs und hier ohne besondere Bedeutung.

Es können Kernmaterialien mit linearer oder quadratischer Hystereseschleife benutzt werden. Der Magnetkernschalter nach der Erfindung vereint das Prinzip der Leistungsaufteilung mit der Beseitigung von Störsignalen. Der Leistungsaufwand für den einzelnen Treiber wird vermindert, da die sonst in die Störsignale gehende zusätzliche Leistung nicht benötigt wird.

Der Magnetkernschalter der Fig. 3 verwendet sieben Kerne und hat sieben Ausgangsleitungen, die durch Kombination von acht Eingangssignalen ausgewählt werden, können. Das Wicklungsschema für diese Anordnung kann aus dem Wicklungsschema für die Anordnung mit drei Ausgängen folgendermaßen abgeleitet werden:

1. Die erste Zeile wird aus der ersten Zeile des gegebenen Schemas gebildet, indem nach beiden Seiten der dort stehende Wert wiederholt wird, bis die Gesamtzahl der für das neue Schema nötigen Werte erhalten ist. Es wird also aus 1100 nun 11110000.

2. Jede Zeile der gegebenen Anordnung wird in den drei Quadranten und die komplementäre Darstellung im vierten Quadranten zur Bildung von jeweils zwei neuen Zeilen niedergeschrieben. Aus der ersten Zeile des gegebenen Schemas (1100) wird also

1100 1100

1100 0011

Die zweite Zeile des gegebenen Schemas (1010) wird zu

1010
1010

1010 0101

und schließlich wird aus der dritten gegebenen Zeile (1001) nun

1001 1001 1001 0110

Durch Vereinen aller dieser neu gefundenen Muster entsteht das Wicklungsschema für die Anordnung mit acht Eingängen und sieben Ausgängen folgendermaßen:

11110000

11001100

11000011

10101010

10100101
²S 10011001

10010110

Die Führung der Eingangswicklungen 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41 und 43 durch die Kerne 45, 47, 49, 51, 53, 55 und 57 stimmt mit dem obigen Schema überein: Um einen bestimmten aus den Kernen auszuwählenden und seiner Ausgangswicklung 59abis 59 g ' und der angeschlossenen Belastung 61a bis 61g einen Impuls zuzuführen, müssen in richtiger Kombination jeweils die Hälfte der gesamten Eingangswicklungen über die Schalter 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75 und 77 mit einem Erregerstrom versorgt werden. Soll z. B. der Kern 51 in den »!«-Zustand gebracht werden, so werden die Schalter 63, 67, 71 und 75 geschlossen.

Die damit erregten Wicklungen 29, 33, 37 und 41 durchsetzen alle den Kern 51 im Sinne »1«, und ihre Wirkung hebt sich in allen anderen Kernen auf. Jeder Wicklung braucht nur der vierte Teil der Gesamtleistung zugeführt zu werden, die zur Umschaltung mit einer einzigen Wicklung erforderlich wäre. Nur der Kern 59 d gibt an die Belastung 61 d ein Signal ab, und keine andere Ausgangswicklung erhält ein Störsignal.

Wenn umgekehrt der Kern 51 in der Richtung »0« zu magnetisieren ist, so werden die Schalter 65, 69, 73 und 77 geschlossen, die Wicklungen 31, 35, 39 und 43 erregt, welche alle den Kern 51 im Sinne »0« durchsetzen; an der Ausgangswicklung 59 d entsteht ein Impuls umgekehrter Polarität, während an keiner anderen Ausgangswicklung ein Störsignal entsteht.

Die Beschreibung zeigt, wie man ein Wicklungsschema für einen vollständigen Magnetkernschalter entwerfen kann, bei dem alle möglichen Kombinationen von Eingangswicklungen benutzt werden, um Ausgangssignale zu erzeugen, deren Gesamtzahl um eines kleiner ist als die Zahl der Eingangssignale. Wird ein unvollständiger Schalter gebraucht, so braucht lediglich eine Zeile des Wicklungsschemas nicht benutzt zu werden. Für einen Schalter mit sechs Ausgängen würde man also das gezeigte Wicklungsschema verwenden und eine Zeile weglassen. Nachdem das Wicklungsschema erstellt ist, kann man natürlich die Zeilen oder die Spalten miteinander

vertauschen, ohne daß die Arbeitsweise beeinflußt wird. Ebenso können alle »1«- und alle »O«-Werte untereinander vertauscht werden oder Kombinationen von Teilen und Spaltentausch und »0«- und »1«- Werttausch angewendet werden.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Magnetkernschalter mit mehreren Magnetkernen und je mehreren Wicklungen, mit Reihenschaltung jeder Wicklung eines Magnetkernes mit je einer Wicklung aller anderen Magnetkerne sowie mit Einrichtungen zur Stromzufuhr an einige

ausgewählte der Reihenschaltungen zwecks Ummagnetisierung eines der Magnetkerne, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Wicklungen auf jedem Magnetkern gleich ist der kleinsten Potenz von zwei, welche größer ist als die Zahl der Magnetkerne, und daß die von den jeweils ausgewählten Wicklungen erzeugten magnetischen Feldstärken in an sich bekannter Weise sich bei einem Magnetkern addieren und sich bei den übrigen Magnetkernen gegenseitig aufheben.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1098 540.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209 559/351 4.62