DE2414786A1 - Verfahren zur erzeugung eines hochfrequenten, magnetischen drehfeldes sowie drehfeldgenerator zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 8 München 2 2 7. MRZ 1974

Berlin und München Wittelsbacherplatz 2

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Verfahren zur Erzeugung eines hochfrequenten, magnetischen Drehfeldes sowie Drehfeldgenerator zur Durchführung des Verfahrens. -

Domänentranspo/tspeicher besitzen ein "block-, insbesondere schichtförmiges Speichermedium, z.B. aus magnetischem Granat- oder Orthoferrit mit zur Schichtebene senkrecht magnetisierten Zylinderdomänen, deren Magnetisierungsrichtung entgegengesetzt zur Magnetisierung der Umgebung und zu einem, zur Stabilisierung der Zylinderdomänen dienenden, senkrecht zur Schichtebene ausgerichteten magnetischen Haltefeld ist und ein vorzugsweise periodisches Manipulationsmuster, dessen Einzelelemente aus magnetisierbarem Material, insbesondere aus einer magnetostriktionsfreien NiFe-Legierung, schicht- und rechteckförmig auf die eine Schichtoberfläche aufgebracht sind. Zur Manipulation der Zylinderdomänen dient ein hochfrequentes, magnetisches Drehfeld, dessen Feldvektor sich parallel zur Schichtebene dreht.

Im vorstehend erwähnten magnetischen Drehfeld erzeugen die Einzelelemente des Manipualtionsmusters magnetische Streufelder, unter deren Wirkung ZyIInderdomänen zu energetisch günstigen Positionen an den Einzelelementen wandern. Bei geeigneter Geometrie der Manipulationsmuster, deren eines beispielsweise in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, bewegen sich die Zylinderdomänen bei einer in Fig. 1 mit Pfeilrichtung A angedeuteten vollen Umdrehung des magnetischen Drehfeldes in Pfeilrichtung B um eine Periode des Manipulationsmusters 5, d.h. - betrachtet in Fig. 1, von 1 bis 4 - um einen Speicherplatz weiter. In einem ständig rotierenden Magnetfeld

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können so die Zylinderdomänen auf durch das Manipulationsmuster vorgegebenen Bahnen befördert werden.

Das zum Zylinderdomänen-Transport erforderliche magnetische Drehfeld wird - wie an sich bekannt und in Fig. 2 bis 4 schematisch dargestellt ist - in einem orthogonal zueinander ausgerichteten Spulenpaar 6, 7 (Helmholtz-Spule) erzeugt, wobei aus energetischen Überlegungen die einzelnen Spulen jeweils zu Schwingkreisen ergänzt sind, die mit einem Sinus- bzw. Kosinus-Strom angesteuert werden. Zum Erhalt eines ideal rotierenden Magnetfeldes im Arbeitsraum des Spulenpaares muß auf die Phasenlage und die Amplitude der Steuerströme geachtet werden, da nur hierdurch die Gewähr geboten ist, daß der Endpunkt des magnetischen Eeldvektors exakt einen Kreis beschreibt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines hochfrequenten, magnetischen Drehfeldes anzugeben, das eine relativ hohe Ausgangsleistung besitzt, in einer im Vergleich zur Periodendauer kleinen Zeit abschaltbar ist und in einem gewünschten Bereich frequenzregelbar ist, wobei die Erfüllung dieser Forderungen zum Teil die Schaffung von zwei sinusförmigen Strömen mit 90° Phasenverschiebung voraussetzt, die in ihrer Phasenlage starr zueinander ausgerichtet und in ihren Amplituden unabhängig voneinander regelbar sind.

Bei einem Verfahren zur Erzeugung eines hochfrequenten, magnetischen Drehfeldes, wobei 90°-phasenverschobene, phasenstarre, sinusförmige Ströme in ein gekreuztes, vorzugsweise orthogonal zueinander ausgerichtetes Spulenpaar eingespeist werden, sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß eine frequenzregelbare Taktimpulsfolge durch ein ELipflop in eine Rechteckimpulsfolge umgewandelt wird, daß die Rechteckimpulsfolge in zwei parallelgeschaltete Plipflops eingespeist wird,

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wobei 'dem einen Flipflop ein Inverter vorgeschaltet ist, und daß die 90 -phasenverschobenen digitalen Ausgangssignale der Flipflops jeweils Endstufen steuern, an deren Ausgangsseiten die zu Resonanzkreisen ergänzten Spulen liegen.

Durch die digitale Ansteuerung der Endstufen, als die "bevorzugt mit schnellen Schalttransistoren besetzte Schaltverstärker dienen, und die Art der Erzeugung der Steuerimpulse sind einfach, verläßlich und unabhängig von der Drehfrequenz zueinander exakt 90 -phasenverschobene Sinusströtne in die Resonanzkreise einspeisbar. Zusätzlich lassen sich, im Unterschied zur sinusförmigen Ansteuerung der Endstufen, höhere Steuerspannungen betriebssicherer anwenden, wodurch mehr Leistung in die durch Kondensatoren zu Resonanzkreisen ergänzten Spulen gepumpt werden kann. Auch das Spulenvolumen und damit die Speichermodule können größer gewählt werden.

Als weiteren Vorteil der digitalen Ansteuerung der Endstufen erweist sich die abrupte Abschaltbarkeit des magnetischen Drehfeldes, was insbesondere beim Betrieb von Domänentransportspeichern von ausschlaggebender Bedeutung ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zudem eine hohe Leistungsabgabe bei hoher Drehfrequenz, z.B. 18 W bei 1 MHz, und trotz dieser erheblichen Leistungssteigerung einen vereinfachten Aufbau der Endstufen.

Liegt jede der Endstufen an je einer getrennt regelbaren Spannungsquelle, so sind beide Spulen des Spulenpaares auf gleiche Peldamplitude einstellbar, wodurch gewährleistet ist, daß der Peldvektor des magnetischen Drehfeldes exakt einen Kreis beschreibt.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch angedeuteten Ausführungsbeispieles eines Drehfei dgenerators und eines Impulsfolgediagramms näher erläutert,

Fig. 5 zeigt im Blockschaltbild einen Impulsgenerator 10 zur Erzeugung der in Pig. 7 a dargestellten nadeiförmigen Taktimpulsfolge konstanter Frequenz, die, bedingt durch die Frequenzreduzierung durch die nachgeschaltete Steuerstufe 11, das 4-fache der gewünschten Frequenz des Drehfeldgenerators, d.h. maximal 4 MHz, beträgt. Die Taktimpulse zeichnen sich hierbei durch schnelle Anstiegsflanken aus.

Die auch in Fig. 6 zur Vereinfachung im Blockschaltbild dargestellte digitale Steuerstufe 11 besitzt eingangsseitig ein Flipflop 20, zwei diesem nach- und parallelgeschaltete Flipflops 22, 23, wobei dem Flipflop 22 ein Inverter 21 vorgeschaltet ist und jeweils den beiden Ausgängen der Flipflops 22 und 23 in Reihe nachgeschaltete Trennstufen, nämlich Inverter 25, 26 bzw. 27, 28 und Impedanzwandler 29, 30 bzw. 31, 32. Der Rückstelleingang des Flipflops 22 ist über eine Rückstellstufe 24 mit dem einen Ausgang des Flipflops 23 verbunden, wodurch gleiche Anfangsbedingungen geschaffen und damit eine willkürliche Drehrichtungsänderung im Magnetfeld vermieden wird.

Die beiden Ausgänge der Steuerstufe 11 sind jeweils mit · einer Endstufe 12 bzw. 13, als die insbesondere transistorisierte Schaltverstärker dienen, verbunden, die jeweils an einer getrennt regelbaren Spannungswelle 14 bzw. 15 liegen. Die in Fig. 5 dargestellten Spulen 6 bzw. 7 des gekreuzten Spulenpaares bilden mit in Fig. 5 nicht dargestellten Kapazitäten der Endstufen 12 bzw. 13 Resonanzkreise.

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Die Stromversorgung des Taktgenerators 10 erfolgt durch eine, in der Zeichnung nicht dargestellte Stromquelle, die zur Frequenzstabilisierung und zum Ausgleich von Netzspannungsschwankungen stabilisiert ist.

Die Stromversorgung der Steuerstufe 11 erfolgt gleichfalls durch eine nicht dargestellte selbständige, stabilisierte Spannungsquelle.

Die Wirkungsweise des Drehfeldgenerators wird anhand des Impulsfolgediagramms nach Fig. 7 veranschaulicht.

Die durch den Taktgenerator 10 erzeugte Taktimpulsfolge gemäß Fig. 7 a wird in die Steuerstufe 11 eingespeist, wobei die Taktimpulse durch das Flipflop 20 in die Rechteckimpulse gemäß Fig. 7 b umgewandelt und in die parallelgeschalteten Flipflops 22, 23 eingespeist werden. Die in das Flipflop 22 eingespeisten Rechteckimpulse des Flipflops 20 erleiden dabei durch den dem Flipflop 22 vorgeschalteten Inverter 21 eine 180°-Phasenumkehr (s. Fig. 7 c). Die in Fig. 7 d und 7 e dargestellten, gegeneinander 90°-phasenverschobenen Ausgangssignale der Flipflops 22, 23 steuern über Trennstufen 25, 26 bzw. 27, 28 und Impedanzwandler 29, 30 bzw. 31, 32 jeweils die Endstufen 12 bzw. 13 digital an. Durch die Rückstellstufe 24- ist gewährleistet, daß bei Inbetriebnahme des Drehfeldgenerators stets die gleichen Anfangsbedingungen herrschen, da ansonsten eine willkürliche und folglich unerwünschte Drehrichtungsänderung im Magnetfeld entstehen könnte. Die Rückstellstufe 24 verhindert dies, indem sie einen Rückstellimpuls in Abhängigkeit vom Anfangszustand ableitet.

Durch die Endstufen 12, 13 werden die gemäß Fig. 7 d und 7 e komplementären Rechteckimpulse bzw. Steuersignale der Steuer-

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stufe 11 in Leistung umgesetzt, wobei durch die Form der Steuerimpulse die Betriebsart.der Endstufen, nämlich diejenige eines Schaltverstärkers, grundsätzlich bereits bestimmt ist. Durch geläufige schaltungstechnische Maßnahmen, die bekannt und deshalb hier nicht näher erläutert sind, läßt sich eine Ausgangsleistung von nahezu 20 Watt pro Ausgang der Endstufen erreichen. Die durch die Endstufen 12 bzw. 13 verstärkten Ausgangssignale der digitalen Steuerstufe 11 werden schließlich in die, zu Resonanzkreisen, insbesondere LC-Kreisen,ergänzten und gekreuzten Spulen 6 bzw. 7 eingespeist und in die in Pig. 7 f und 7 g dargestellten zueinander
wandelt.

einander 90 -phasenverschobenen, sinusförmigen Ströme umge-

Die getrennten Endstufen 12 und 13 sind durch zwei unabhängige und getrennt regelbare Spannungsquellen 14 bzw. 15 versorgt. Hierdurch ist die Leistung am Ausgang jeder Endstufe regel- und damit eine symmetrische Einstellung des Magnetfeldes erzielbar.

Das vorstehend beschriebene Verfahren und der zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagene Drehfeldgenerator ermöglichen die Erzeugung eines hochfrequenten, magnetischen Drehfeldes, dessen Ausgangssignale an den beiden Endstufen über einen weiten Frequenzbereich exakt um 90 phasenverschoben sind. Durch die Ansteuerung der Endstufen durch steile Schaltimpulse anstelle von HF-Strömen sind sämtliche hochgestellten Anforderungen, vor allem bezüglich der Grenzfrequenz und der Leistungsabgabe, einwandfrei erreichbar. Die digitale Ansteuerung der Endstufen ermöglicht nicht nur diese stärker auszusteuern, sondern erleichtert es auch wesentlich, die Forderungen hinsichtlich der Variabilität der Frequenz bei starrer 90 -Phasendifferenz der Signale an beiden Ausgängen der

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Endstufen zu erfüllen. Aufgrund der aus Leistungsgründen ohnehin erforderlichen Resonanzschaltung der gekreuzten Spulen 6, 7 wird von diesen aus der eingegebenen Impulsfolge nur die Grundfrequenz ausgesiebt und so trotzdem ein HP-Feld erhalten.

5 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims (5)

24H786 Patentansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung eines hochfrequenten, magnetischen Drehfeldes, wobei 90°-phasenverschobene, phasenstarre, sinusförmige Ströme in ein gekreuztes, insbesondere orthogonal angeordnetes, Spulenpaar eingespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine frequenzregelbare Taktimpulsfolge durch ein Flipflop in eine Rechteckinpulsiolge umgewandelt wird, daß die Rechteckimpulsfolge in zwei parallelgeschaltete Flipflops eingespeist wird, wobei dem einen Flipflop ein Inverter vorgeschaltet ist, und daß die 90°-phasenverschobenen, digitalen Ausgangssignale der -Flipflops jeweils Endstufen steuern, zu deren Ausgangsseiten die zu Resonanzkreisen ergänzten Spulen liegen.

2. Drehfeldgenerator zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen frequenzregelbaren Taktimpulsgenerator (10), eine Steuerstufe (11), bestehend aus einem Flipflop (20), zwei diesem nach- und parallelgeschaltete Flipflops (22, 23), wobei dem einen Flipflop (22) ein Inverter (21) vorgeschaltet ist und zwei jeweils einem der parallelgeschalteten Flipflops nachgeschaltete Schaltverstärker (12, 13), die ausgangsseitig jeweils an einer je zu einem Resonanzkreis ergänzten Spule (6, 7) des Spulenpaares liegen.

3. Drehfeldgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennz e i chne t, daß jeder Schaltverstärker (12,13) in je einer getrennt regelbaren Spannungsquelle (14, 15) liegt.

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4. Drehfeldgenerator nach Anspruch 2, dadurch ge'kennze i ohne t, daß der Rückstelleingang des einen der "beiden parallelgeschalteten Flipflops (22, 23) über eine Rückstellstufe (24) mit dem einen Ausgang des anderen Flipflops verbunden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Erzeugung eines hochfrequenten, magnetischen Drehfeldes zur Verschiebung der Zylinderdomänen in einem Domänentransportspeicher.

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