DE1148283B

DE1148283B - Mittels Vormagnetisierung steuerbarer Modulator

Info

Publication number: DE1148283B
Application number: DEN17387A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Egbert Hendrik Boiten
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1958-10-28
Filing date: 1959-10-15
Publication date: 1963-05-09
Also published as: US3157848A; GB918857A; BE583755A; NL111820C; NL232675A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mittels Vormagnetisierung steuerbaren Modulator, der einen Elektromagneten, eine einstellbare magnetische Flußquelle und eine mit einem Kerne versehene Oszillatorspule umfaßt, welcher die Pole des Elektromagneten und die Pole der Flußquelle verbindet und wobei der Magnetfluß der Flußquelle über ein aus zumindest zwei Teilen bestehendes Joch fließt, das aus einem magnetischen Werkstoff von hoher Permeabilität und hohem spezifischem Widerstand besteht.

Ein Modulator, worin zur Vormagnetisierung, d. h. zur Gleichfelderregung, eine Flußquelle mit massivem Kern, ζ. B. ein Dauermagnet, benutzt wird, ist aus der deutschen Patentschrift 949 892 bekannt. Die in jener Anordnung verwendete Flußquelle ist nicht einstellbar. Ein Modulator mit einstellbarer Rußquelle ist aus der Druckschrift Catalog 9/55 Vari-L Company inc., Stamford, Connecticut, USA, an sich bekannt; dort wird der Oszillatorspulenkerngleichfluß durch Luftspaltregelung der Flußquelle eingestellt. Ein Nachteil jener Regelung ist, daß sie den magnetischen Widerstand des magnetischen Kreises des Modulators und durch diesen die Modulationsempfindlichkeit des ganzen beeinflußt. Eine weitere Schwierigkeit ist, daß die Empfindlichkeit der Vormagnetisierungsregelung in starkem Maße von der Breite des Luftspaltes abhängig ist, so daß die Regelung nicht linear ist. Auch ist es schwierig, eine Konstruktion mit Luftspaltregelung stabil zu gestalten.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und einen mittels Vormagnetisierung steuerbaren Modulator der angegebenen Art so zu gestalten, daß die nachgewiesenen Nachteile nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flußquelle aus einem ring- oder scheibenförmigen Permanentmagneten besteht, dessen Peripherie einen Vollkreis darstellt, daß dieser Permanentmagnet gleitend verdrehbar zwischen den Jochen angeordnet ist und die reversible Permeabilität seines Werkstoffes etwa zwischen 1,1 und 1,4 liegt, und daß dieser Permanentmagnet so magnetisiert ist, daß in der Nähe seiner Peripherie Nord- und Südpole einander abwechseln.

Es ist bereits bekannt, zur Einstellung der Induktion einer Spule im Kern dieser Spule zwischen zwei Jochzeilen einen verdrehbaren Dauermagneten vorzusehen. Zur Benutzung in einem Modulator ist diese Konstruktion ungeeignet, da der Widerstand des durch den Spulenkern gebildeten magnetischen Kreises sich bei einer Verdrehung des Magneten

Mittels Vormagnetisierung steuerbarer
Modulator

Anmelder:

Nederlandse Organisatie

voorToegepast-Natuurwetenschappelijk

Onderzoek ten behoeve van Nijverheid,

Handel enVerkeer, Den Haag

Vertreter: Dr.-Ing. O. Stürner, Patentanwalt,
CaIw-Wimberg, Ostlandstr. 36

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 28. Oktober 1958 (Nr. 232 675)

Dipl.-Ing. Egbert Hendrik Boiten, Pijnacker

(Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

ändert, wodurch die Modulationsempfindlichkeit beeinflußt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Modulator kann man sich den Ringmagneten als aus gebogenen, stabförmigen Magneten bestehend vorstellen, die mit ihren Nordpolen bzw. Südpolen gegeneinandergestellt sind. Der Verlauf des magnetischen Potentials längs des Ringes von einem Nordpol zu einem Südpol und umgekehrt ist nahezu linear. Es hat sich dabei herausgestellt, daß dieser Verlauf für einen scheibenförmigen Permanentmagneten gleichen Werkstoffes an der Peripherie ähnlich ist.

Durch das Gleiten der Jochteile längs der Peripherie, etwa dadurch, daß der eine Jochteil in Richtung eines Nordpols und der andere Jochteil in Richtung eines Südpols verschoben wird, ändert sich der Fluß in der Belastung des Magneten, der sich aus den magnetischen Kreisen der Oszillatorspule und des Elektromagneten zusammensetzt. Der Fluß ist der magnetischen Potentialdifferenz zwischen den beiden Jochteilen proportional. Das Resultat hiervon ist, daß die Änderung des Flusses in der Belastung der Flußquelle auf einfache Weise der Verschiebung der Jochteile längs der Oberfläche des Magneten linear gemacht worden ist.

309 579/195

Ein Teil des vom Strom durch die Spule 8 verursachten Flusses geht auch durch die Flußquelle. Ist dieser Strom ein Wechselstrom, so wird dieser Teil des Flusses Wirbelstromverluste in der Flußquelle verursachen. Um diese Verluste zu beschränken, hat der elektrische Widerstand der Flußquelle hoch zu sein.

Diesen beiden Anforderungen genügt ein Ferrit von einer reversiblen Permeabilität μ_Ύίν = 1,1 bis 1,4

Außer der Realisierung einer linearen Flußregelung in der Belastung bietet die erfindungsgemäße Konstruktion den Vorteil eines bei allen Stellungen des Magneten zwischen den Jochteilen praktisch konstanten Widerstandes.

Dadurch, daß der Magnet aus einem magnetischen Material mit einer reversiblen Permeabilität etwa zwischen 1,1 und 1,4 hergestellt ist, ist der magnetische Widerstand der Flußquelle sehr groß. Dies

hat zur Folge, daß praktisch alle Kraftlinien des vom io und dessen spezifischer Widerstand ungefähr 10^e modulierenden Strom gesteuerten Elektromagneten Ohm · m beträgt, wie er z. B. unter dem Namen ihren Weg durch den Oszillatorspulenkern nehmen. »Ferroxdure« im Handel ist. Deshalb wird das ma-Hierdurch ist die Modulationsempfindlichkeit des gnetische Potentiometer vorzugsweise aus einem der-Modulators sehr groß, was zur Folge hat, daß diese artigen magnetisch harten, oxydischen, keramischen Empfindlichkeit praktisch nicht von der Einstellung 15 Werkstoff angefertigt, während das Joch vorzugsweise des Ringmagneten beeinflußt wird. aus einem magnetisch weichen Werkstoff von sehr

hoher Permeabilität, z. B. aus einem Manganzinkferrit wie »Ferroxcube 3 A«, hergestellt wird.

Die Flußquelle kann leicht, gedrängt und mechaao nisch stabil hergestellt werden, und zwar dadurch, daß Luftspalte zur Einstellung der Vormagnetisierung im magnetischen Kreise vermieden werden und die Flußquelle unmittelbar auf dem magnetischen Kreis oder unmittelbar an ihm befestigt werden kann.
Fig. 2 stellt eine andere Ausführungsform dar. In dieser Figur ist ein geschliffenes, scheibenförmiges, magnetisches Potentiometer 1 drehbar auf den Endflächen des sich aus zwei Teilen zusammensetzenden Joches 2 montiert. In der Nähe der Peripherie des Potentiometers wechseln Nord- und Südpole einander ab. Mit einem derartigen Potentiometer können mehrere magnetische Kreise gleichzeitig vormagnetisiert werden, wie dies für einen zweiten magnetischen Kreis in der Figur punktiert angegeben ist.

Fig. 3 zeigt eine magnetische Flußquelle mit einem magnetischen Potentiometer 1, die außerdem mit einem stabförmigen Dauermagneten 12 versehen ist; dieser Dauermagnet besitzt vorzugsweise dieselben Werkstoffeigenschaften wie das magnetische Potentio-

tischem Werkstoff mit Hilfe von Bügelchen 4 das aus 40 meter. Die Richtung der vom magnetischen Potentiozwei Teilen bestehende Joch 2 gegen das ringförmige meter verursachten Magnetisierung kann jetzt so magnetische Potentiometer 1. eingestellt werden, daß sie dem Felde des Dauerin der Figur ist ein magnetischer Kreis, der aus magneten 12 im Kern 7 mithilft oder entgegenarbeitet, einem mit einer Spule 8 mit Anschlüssen 10 versehe- Es ist also möglich, durch eine richtige Wahl der

nen Kern 7 besteht, schematisch angegeben. Der 45 Magnetisierungen des magnetischen Potentiometers 1 Kern 7 dieses magnetischen Kreises schließt den das und des Permanentmagneten 12 die Feldstärke im Joch 2, den Permanentmagneten 1 und die Pole oder Kern 7 zwischen Null und einem Maximumwert zu Endflächen 18 umfassenden magnetischen Kreis der variieren. Die Flußquelle ergibt somit bei einer VerFlußquelle. Durch Verdrehung des magnetischen drehung des Potentiometers über einen Winkel von Potentiometers 1 mit Hilfe z. B. des Regelgriffes 5 50 180° eine große Änderung des Flusses, nämlich und einer Achse 6 wird die Vormagnetisierung im 2 Φ_η, wenn φ_η der maximale Kraftstrom ist, der vom magnetischen Kreise eingestellt. Potentiometer allein erregt werden kann, und der

Bei einer Verdrehung des Permanentmagneten tritt Kraftstrom des Permanentmagneten 12 ebenfalls Φ_η keine Änderung im inneren magnetischen Widerstand ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Perdes magnetischen Kreises der Flußquelle ein. Es ist 55 manentmagneten 12 als ein magnetisches Potentioerwünscht, daß die Vormagnetisierung der einzige meter auszuführen.

von der Flußquelle auf den magnetischen Kreis aus- Die Flußquelle, wie in Fig. 3 skizziert, kann mit

geübte Einfluß sei. Vorteil in einem Modulator angewandt werden, wie

Die Selbstinduktion der Spule 8 wird also nicht in Fig. 4 angegeben. Auf dem Spulenkern 1, der eine nur durch den magnetischen Widerstand des Kernes 7, 60 ziemlich hohe Permeabilität aufweist, z.B. einNickelder von der Vormagnetisierung im Kerne 7 bestimmt zinkferrit mit kubischer Kristallstruktur wie »Ferroxwird, sondern auch durch den magnetischen Wider- cube 4Β«, ist die Oszillatorspule 8 mit den Anschlüsstand der Flußquelle, die dazu parallel geschaltet ist, sen 10 aufgenommen. Das Steuerjoch 15 ist aus bestimmt. Der magnetische Widerstand der Fluß- demselben magnetisch weichen Werkstoff wie das quelle soll aber so groß wie möglich sein, damit 65 Joch 2 der magnetischen Flußquelle hergestellt. Zwei dessen Einfluß gering gehalten werde. Zudem ist jetzt in Serie geschaltete Steuerspulen 16 sind auf den der magnetische Fluß der Flußquelle unabhängig Beinen des Steuerjoches 15 angeordnet. Der Signalvom magnetischen Widerstand des Kernes 7. strom wird den Steuerspulen zugeführt.

Da außerdem die Luftspalte fortgelassen sind, ist, wie weiter im Ausführungsbeispiel gezeigt werden wird, auf einfache Weise eine mechanisch sehr starke, kompakte Konstruktion erzielt worden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert:

Fig. 1 und 2 stellen einige Ausführungsformen von erfindungsgemäßen magnetischen Flußquellen schematisch und perspektivisch dar;

Fig. 3 ist ebenfalls schematisch und perspektivisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flußquelle, wobei die Flußquelle durch Verwendung eines zusätzlichen Permanentmagneten zwischen dem Joch mit einem verschobenen Regelgebiet versehen ist;

Fig. 4 stellt einen Modulator dar, in dem eine einstellbare magnetische Flußquelle gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 Verwendung findet;

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung, woraus der Einfluß der Feldstärke im Kern auf die Überlagerungspermeabilität des Kernes ersichtlich ist.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile der verschiedenen Ausführungsformen.

In Fig. 1 ziehen die Federn 3 aus nichtmagne-

Durch Verdrehung des magnetischen Potentiometers 1 der Flußquelle wird die Vormagnetisierung derart eingestellt, daß der Kern 7 sich in einem linearen Teil der /«,rff-Kurve befindet, wie in Fig. 7 Punkt H₀ dargestellt. Wenn der Signalstrom durch die Steuerspulen zu der Feldstärke im Steuerjoch proportional ist, dann ist auch die Änderung der Überlagerungspermeabilität uj des Kernes 7 proportional zu dem Steuerstrom. Hieraus folgt, daß die Änderung der Selbstinduktion der Spule 8 und damit die Frequenzänderung des Oszillators zum Steuerstrom proportional ist.

Unter »Überlagerungspermeabilität« versteht man den Quotienten zwischen der Induktionsänderung A B und der Feldstärkeänderung AH, so daß

= ^Λ-

AH '

Diese stellt sich dar als die resultierende Permeabilität, wenn ein ferromagnetisches Material der Wirkung eines polarisierenden magnetischen Feldes, also eines Gleichfeldes, unterworfen wird, das von einem wechselnden magnetischen Feld überlagert wird.

Die Oszillatorspule 8 kann mit Vorteil in zwei einander gleiche Teile zerlegt und auf den Hälften eines ringförmigen Spulkernes 7 angeordnet werden, wodurch vermieden wird, daß infolge der sich ändernden Feldstärke eine Spannung in die Spule induziert wird. Wenn die Änderung der Vormagnetisierung (der Punkt H₀) durch Einstellung des magnetischen Potentiometers 1 innerhalb des linearen Bereiches der //.rfl-Kurve bleibt, so kann bei Anwendung des Modulators als Frequenzmodulator die Grundwellenfrequenz bei sich gleichbleibender Modulationsempfindlichkeit variiert werden. Der Modulator kann in ein Gehäuse aus nichtmagnetischem Werkstoff eingeschlossen werden. Die Feder 13 drückt das magnetische Potentiometer 1 gegen das aus zwei Teilen bestehende Joch 2. Der mit dem magnetischen Potentiometer 1 verbundene Stift 11 dient zur Einstellung der Vormagnetisierung. Durch Anwendung der erfindungsgemäßen einstellbaren magnetischen Flußquelle im Modulator werden die folgenden Vorteile erzielt:

Die Selbstinduktion der Oszillatorspule kann innerhalb sehr weiter Grenzen geregelt werden.

Dadurch, daß die reversible Permeabilität des Magnetmaterials des magnetischen Potentiometers 1 und des Permanentmagneten 12 nur wenig größer ist als 1, ist der magnetische Widerstand der magnetischen Flußquelle sehr groß. Dies hat zur Folge, daß nur sehr wenige Kraftlinien vom Steuerjoch 15 ihren Weg durch die Flußquelle wählen, wodurch einerseits die Modulationsempfindhchkeit erhöht und andererseits die Modulationsempfindlichkeit nur sehr wenig von der Einstellung der Scheibe beeinflußt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Mittels Vormagnetisierung steuerbarer Modulator, der einen Elektromagneten, eine einstellbare magnetische Flußquelle und eine mit einem Kern versehene Oszillatorspule umfaßt, welcher die Pole des Elektromagneten und die Pole der Flußquelle verbindet und wobei der Magnetfluß der Flußquelle über ein aus zumindest zwei Teilen bestehendes Joch fließt, das aus einem magnetischen Werkstoff von hoher Permeabilität und hohem spezifischem Widerstand besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußquelle aus einem ring- oder scheibenförmigen Permanentmagneten besteht, dessen Peripherie einen Vollkreis darstellt, daß dieser Permanentmagnet gleitend verdrehbar zwischen den Jochen angeordnet ist und die reversible Permeabilität seines Werkstoffes etwa zwischen 1,1 und 1,4 liegt und daß dieser Permanentmagnet so magnetisiert ist, daß in der Nähe seiner Peripherie Nord- und Südpole einander abwechseln.

2. Einstellbare magnetische Flußquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum scheibenförmigen Magneten ein Permanentmagnet angeordnet ist, der ebenfalls aus einem magnetischen Material von großer Koerzitivkraft und niedriger remanenter Induktion angefertigt ist.

3. Einstellbare magnetische Flußquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneten aus einem Werkstoff mit einem hohen spezifischen Widerstand und die Jochteile aus einem magnetischen Werkstoff hoher Permeabilität und hohem spezifischem Widerstand hergestellt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 862 033, 949 892;
britische Patentschriften Nr. 551329, 763 497;
schweizerische Patentschrift Nr. 212041;
Druckschrift »Ferroxdure« der Firma Philips vom September 1952.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen