NL8302053A - Spoelopbouw voorzien van fluxrichtende middelen. - Google Patents

Description

» * 4 VO 4841

Spoelopbouw voorzien van fluxriciitende middelen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een spoelopbouw ten gebruike in een communicatiesysteem. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een spoelopbouw voor gebruik in een communicatiesysteem waarbij de ruimtelijke oriëntatie van de spoelopbouw ten op-5 zichte van andere componenten in het systeem niet van tevoren bepaald kan worden.

Er bestaan verscheidene communicatiesystemen waarbij communicatie tot stand moet worden gebracht tussen twee of meer componenten door middel van een koppelend magnetisch veld, waarbij tenminste een 10 van de componenten beweegbaar is ten opzichte van de andere, zodat voor het handhaven van communicatie een isotrope gevoeligheid belangrijk is.

De noodzaak van een isotrope responsie in oproepsystemen en systemen voor het bewaken van artikelen, om bijvoorbeeld twee voorbeelden te noemen, zal duidelijk zijn.

15 Wanneer men veronderstelt dat er communicatie tot stand ge bracht moet worden hetzij naar of van een raamvormige spoel door middel van een magnetisch wisselstroomveld, bestaat het probleem in het verzekeren van een voldoende magnetische koppeling tussen de spoel en het veld, onafhankelijk van de ruimtelijke oriëntatie 20 van de spoel ten opzichte van de fluxlijnen die het veld vormen.

Het is bijvoorbeeld welbekend, dat een vlakke spoel die gebracht is in een magnetisch veld waarin alle fluxlijnen evenwijdig zijn aan het vlak van de spoel weinig of geen magnetische koppeling met een dergelijk veld zal vertonen. Wanneer anderzijds de spoel gébruikt 25. wordt om een veld qp te wekken, zullen de fluxlijnen normaal georiënteerd zijn ten opzichte van het gemiddelde vlak van de spoel en niet evenwijdig daaraan. De werking van een dergelijke spoel is duidelijk anisotroop en er zullen in ieder communicatiesysteem waarin de ruimtelijke oriëntatie van de spoel niet tevoren bepaald kan worden 30 nulpunten bestaan.

De onderhavige uitvinding heeft derhalve tot doel de nulpunten van het bovengenoemde soort te verminderen en een spoelopbouw te verschaffen die minder anisotroop is dan tot nu toe békende spoelen.

Volgens de uitvinding is voorzien in een spoelopbouw ten gebruike 35 in een communicatiesysteem waarin de koppeling tussen de spoelopbouw en een andere communieatiecomponent tot stand gebracht kan 8302053 - -2- worden door de spoel en de component door een magnetisch veld te koppelen, waarbij de spoel de vorm heeft van een lts met een platte configuratie die gevormd is uit elektrisch geleidende windingen die een as omringen, welke normaal is ten opzichte van het vlak van de 5 spoelopbouw, en waarin magnetisch permeabel materiaal aangrenzend aan de geleidende wikkelingen geplaatst is en daarmee in verband gebracht is voor het verschaffen van een fluxpad met een lage reluctan-tie dat· door het vlak van de platte spoel verloopt van een zijde naar de .andere zijde daarvan.

10 De uitvinding zal in het hiernavolgende nader besproken worden aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de tekening, hierin toont: fig. 1 een blokschema van een communicatiesysteem waarin de componenten gekoppeld zijn door een magnetisch veld; ^ fig. 2 een schematisch aanzicht van een vlakke spoelopbouw en de bijbehorende schakeling, hetwelk illustratief is voor de omgeving waarin de onderhavige uitvinding gebruikt kan worden; fig. 3 een schematische illustratie welke een vlakke spoel in één oriëntatie vertoont ten opzichte van de in een magnetisch veld aanwezige fluxlijnen; fig. 4 een aanzicht gelijk aan dat van fig. 3, waarbij echter de relatie met de flux getoond wordt voor een andere oriëntatie van de spoelopbouw; fig. 5 een zijaanzicht van de spoel uit fig. 4, welke bepaalde andere oriëntaties van de spoelopbouw toont; fig. 6 een vooraanzicht van een spoelopbouw die volgens de uitvinding is opgebouwd en fig. 7 een aanzicht in dwarsdoorsnede langs de lijn VII-yiI in fig. 6.

30 In alle figuren zijn dezelfde verwijzingscijfers gebruikt om dezelfde of gelijksoortige onderdelen aan te geven.

Fig. 1 toont een signaalbron 10 die met een signaalontvanger 11 gekoppeld is door middel van magnetische golven 12 welke zich tussen deze beide voortplanten.De bron IQ en ontvanger 11 kunnen 25 componenten van ieder bekend communicatiesysteem zijn waarin een koppeling tussen de componenten verschaft worden door een magnetisch veld. Zoals eerder vermeld is,is een voorbeeld een oproepsysteem waarbij het oproepapparaat de vorm heeft van een kleine 8302053 -3- ontvanger, die gewoonlijk niet groter is dan een pakje sigaretten, welke ontvanger door een persoon gedragen wordt wanneer deze zich. verplaatst. De ruimtelijke oriëntatie van het oproepapparaat ten opzichte van de signaalbron zal derhalve voortdurend veranderen. Een gelijk-5 soortige situatie bestaat bij verschillende andere communicatiesystemen.

'Derwille van de duidelijkheid wordt er verondersteld dat de signaalontvanger 11 een vlakke lusvormige spoel of wikkeling 13 bezit die verbonden is met een geschikte schakeling 14, zoals getoond in fig.2. Verder wordt verondersteld dat de spoel 13 in een magne-10 tisch veld gebracht is, zoals getoond in fig. 3, waarbij de spoel 13 van boven gezien wordt en de magnetische fluxlijn in hoofdzaak verlopen op de wijze zoals aangegeven door de onderbroken lijnen 15. Dit wil zeggen dat alle fluxlijnen in hoofdzaak evenwijdig aan elkaar zijn en loodrecht verlopen ten opzichte van het vlak van de spoel 13. Dit zal in het hier-15 navolgende de normale toestand genoemd worden en het zal duidelijk zijn dat in een dergelijk geval een maximale fluxkoppeling tussen spoel 13 en de flux 15 optreedt. Wanneer echter de spoel 13 zodanig gericht is dat het vlak ervan evenwijdig aan de fluxlijn is, zoals getoond in fig. 4, zal de magnetische koppeling gewoonlijk nul of ten-20 minste te verwaarlozen zijn. Dit zal in het hiernavolgende de parallel-toestand genoemd worden.

Van opzij gezien kan, zoals getoond is in fig. 5, de spoel 13 een volledige 360° rond de as ervan gedraaid worden, zoals getoond is door de pijl 16,zonder de magnetische koppeling te doen toenemen.

25 Wanneer in het hiernavolgende verwezen wordt naar een nul-oriëntatie, betekent dit een oriëntatie waarin een minimale magnetische koppeling optreedt.

Verwezen wordt naar de figuren 6 en 7 waarin een voorbeeld van een spoel volgens de uitvinding getoond is. Een vlakke spoel 13 30 is voorzien van eindaansluitingen 21 en 22. Een aantal dunne stroken uit magnetisch permeabel materiaal, hier getoond als de vier strippen 23,24,25,26, zijn met de spoel 13 samengebouwd. De stroken 23-26 kunnen vervaardigd zijn uit een ferrietmateriaal of iets dergelijks, en kunnen met de spoel 13 verbonden zijn door middel van een geschikt kleef-35 of bindmiddel.

8302053 -4-

Zoala in de tekening getoond is strekt de strook 23 zich uit van een punt dat gelegen is aan een zijde van de vlakke spoel 13, voorbij de radiaal meest naar buiten gelegen omtrek, naar binnen toe naar de as en evenwijdig aan het vlak van de spoel 13, over de aan-5 grenzende spoelwikkelingen, die aangegeven zijn met 27. De strook 24 is in het algemeen in een lijn met de strook 23 geplaatst, maar aan de tegenover gelegen zijde van de spoel 13, en strekt zich dus uit van een punt dat gelegen is voorbij de radiaal het meest naar buiten gelegen omtrek van spoel 13, naar binnen toe naar de as en evenwijdig aan het 10 vlak van de spoel, over de aangrenzende spoelwikkelingen,die aangegeven zijn met 28.

Op gelijke wijze liggen de stroken 25 en 26 over gedeelten van de spoel bij respectievelijk 29 en 30, een aan iedere zijde van de spoel en in het algemeen in één lijn gelegen, maar met hun langsassen 15 orthogonaal ten opzichte van de langsassen van de stroken 23 en 24.

Om hierna te bespreken redenen, kunnen een of meer van de permeabele stroken een andere vorm en afmeting hébben dan de andere .

Wanneer de spoelopbouw volgens fig. 6 en 7 in een magnetisch veld geplaatst wordt, zal de flux die in een richting normaal 20 op het vlak van de spoel 13 verloopt, met de spoel op een gebruikelijke wijze koppelen, waarbij de permeabele stroken een verwaarloosbare invloed hebben. Wanneer echter de spoel 13 op de in fig. 4 getoonde wijze is gericht, met het vlak ervan evenwijdig aan de magnetische fluxlijnen, ontstaat de volgende toestand. Wanneer de spoelopbouw zodanig gericht 25 is, dat de langsassen van de stroken 23 en 24 samenvallen met de fluxrich-ting, zal de flux een pad met lagere reluctantie"zien" via de stroken 23 en 24 door het vlak van de spoel 13 dan door de omgevenée lucht^ waardoorde flux door de spoel 13 geleid zal worden en daarmee zal koppelen. Fig.5 toont de spoelopbouw in een dergelijke toestand , 30 Omdat de stroken 25 e.n 26 orthogonaal gelegen zijn ten opzichte van de de stroken 23 en 24 en axiaal gezien aani tegenover gelegen zijde van de spoel gelegen zijn, zal hun netto bijdrage te verwaarlozen zijn.

Wanneer echter de spoel 13, nog steeds evenwijdig aan de flux van het veld, in de richting van pijl 16 over 90° gedraaid wordt , zal de 35 flux via de stroken 25 en 26 door het vlak van de spoel gaan.

Het is echter mogelijk om de spoel 13 zodanig in het veld 15 te richten, dat twee of meer fluxpaden met de spoel koppelen. In een 8302053 - *f -5- dergelijke toestand kan een nulpunt optreden. Meer in het bijzonder kan, wanneer de spoel 13 gedraaid wordt rond een as, die normaal op het vlak daarvan is, terwijl dat vlak evenwijdig verloopt aan de fluxlijnen van het veld 5, tweemaal een nulpunt o.f een "dip" optreden, 5 welke 180° uit elkaar liggen. Dergelijke nulpunten kunnen optreden wanneer de fluxlijnen 15 samenvallen met de richting die in ,fig. 6 is aangegeven met de onderbrokenlijn 31. De reden van het optreden van een nulpunt zal duidelijk zijn.Bij afwezigheid van de stroken 23-26 zal er geen fluxkoppeling met de spoel 13 bestaan. De fluxlijnen 10 die in het algemeen evenwijdig aan lijn 13 verlopen, zouden verscheidene paden met een lage reluctantie ontmoeten. Een pad gaat door de stroken 24 en 25 in serie, axiaal gezien aan een zijde van spoel 13, terwijl een ander pad door de stroken 23 en 26 in serie, axiaal gezien aan de andere zijde van de spoel 13 verloopt,,waarbij geen van 15 de paden mat de spoel 13 koppelt. Een verder pad omvat de stroken 23 en 24 in serie, terwijl weer een ander pad de stroken 25 en 26 in serie omvat, maar de twee laatstgenoemde paden koppelen zodanig met de spoel 13 dat daarin spanningen geïnduceerd worden, welke tegengesteld in fase zijn. Hierdoor treedt het nulpunt op.

20 Wanneer de spoel 13 over 90° in een van beide richtingen gedraaid wordt, zodat de flux in één lijn verloopt met de onderbroken lijn 32, treedt de tegenovergestelde toestand op. De stroken 23 en 26 zullen nu parallel samenwerken met de eveneens parallel werkende stroken 24 en 25, ,en voorzien in paden met een lage reluctantie 25 welke door de spoel 13 verlopen waarbij een fase coherentie staat tussen de in de spoel 13 geïnduceerde spanningen.

Uit fig. 6 blijkt, dat de lijnen 31 en 32, die loodrecht ten opzichte van elkaar verlopen, niet gelegen zijn langs de bisectrices van de hoeken,die gevormd worden tussen de langsassen van de stroken 30 23-26, maar een weinig verschoven zijn. Een dergelijke verschuiving ontstaat door een afwijking in de symmetrie die wordt veroorzaakt door het veranderen van de afmeting en de vorm van de strook 26.

De specifieke vorm en afmeting die in fig. 6 getoond is, dient slechts als voorbeeld en hangt af van de gewenste plaatsen van de 35 nulpunten. D.w.z. dat afhankelijk van het beoogde gebruik van de spoel-opbouw er bepaalde plaatsen voor de nulpunten kunnen zijn die minder 8302053 0 « -6- bezwaarlijk zijn dan andere plaatsen. In een dergelijk geval kan men een zekere invloed uitoefenen op de ligging van de nulpunten door een geschikte keuze van de afmeting en de vorm van de strook.

Zuiver theoretisch kunnen de nulpunten geëlimineerd worden 5 wanneer de inrichting zodanig kan worden opgebouwd, dat wanneer ten gevolge van de oriëntatie vein de spoel ten opzichte van het magnetische veld, de amplitude van de flux welke door het middengebied van de spoel via de permeabele stroken passeert, gelijk is aan de amplitude van de flux die via het middengebied gaat on-10 afhankelijk van de strook, waarbij de fasen van de in de spoel geïnduceerde spanningen ten gevolge van de twee fluxcomponenten niet 180° uit fase zijn. Zelfs een kleine afwijking van het verband van 180° zal in een aanzienlijk netto signaal bij die spoeloriêntatie . resulteren. Bij een bepaalde andere oriëntatie kan het fasever-15 schil tussen de twee geïnduceerde spanningen gelijk zijn aan 180°, maar in dat geval zullen de amplituden niet langer gelijk zijn7 waardoor een diep nulpunt in die positie vermeden zal worden.

Een zekere beheersing van het faseverband kan men verkrijgen door permeabele stroken te kiezen,waarin tijdens het gebruik wervel-20 stromen worden opgewekt. De wervelstromen hebben de neiging om de flux-cyclus in de stroken te vertragen. Een permalloystrook met een dikte van 0,25 mm zal bijvoorbeeld voldoende geïnduceerde wervelstromen bezitten bij een frequentie van 25 kHz om een belangrijke fase-verschuiving te veroorzaken. Het is derhalve gewenst om een fase-25 verschil te hébben tussen de twee stellen permeabele stroken en dit kan verkregen worden door tussen de streken te voorzien in een verschillende verhouding van de dikte tot de breedte.

Alhoewel de bovenstaande beschrijving betrekking had op het gebruik van de spoel 13 in een signaalontvangende situatie, zal het 30 duidelijk zijn dat de hierin beschreven principes met een gelijk voordeel toegepast kunnen worden in een situatie waarin de spoel 13 signalen uitzendt.

Het zal tevens duidelijk zijn, dat iedere geschikte spoelconstruc-tie met een vlakke vorm gebruikt kan worden, waarbij de anisotropie 35 verkleind wordt door gebruik te maken van de in de aanvrage beschreven permeabele stroken. Ieder materiaal met een grotere 8302053 -7- permeabiliteit dan lucht kan met voordeel voor de stroken gebruikt worden. Aangezien de materialen met een hoge permeabiliteit meer effectief zijn, zal de uiteindelijke keuze bepaald worden door kostenoverwegingen, de afmetingen en het gewicht.

5 Alhoewel de onderhavige aanvrage onder verwijzing naar een momenteel de voorkeur genietende uitvoeringsvorm beschreven is, zal het aan vakmensen duidelijk zijn dat er verschillende veranderingen in de opbouw kunnen worden aangebracht zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

8302053

Claims (7)

1. Spoelopbouw ten gebruike in een communicatiesysteem waarin de koppeling tussen die opbouw en een andere communicatiecomponent tot stand komt door de spoel en de component door middel van een magnetisch veld te koppelen, waarbij de spoel de vorm heeft van 5 een lus of een vlakke configuratie en is gevormd uit elektrisch geleidende wikkelingen welke een as omringen die normaal is ten opzichte van het vlak van de spoelopbouw, met het kenmerk, dat magnetisch permeabel materiaal aangrenzend aan de geleidende wikkelingen geplaatst is en daarmee in verband gebracht is voor het IQ. verschaffen van een fluxpad met een lage reluctantie dat door het vlak van de vlakke spoel verloopt van één zijde naar de andere zijde daarvan.

2. Spoelopbouw volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het magnetisch permeabele materiaal opgenomen is in een of meer stroken, 15 en dat tenminste één van de stroken zodanig geplaatst is dat deze verloopt van een punt· dat gelegen is aan een zijde van de vlakke spoel, radiaal voorbij de buitenste omtrek daarvan en zich daarvandaan naar binnen toe uitstrekt naar de as, evenwijdig aan het vlak van de spoelopbouw en over de wikkelingen van het aan-20 grenzende gedeelte van de spoel.

3. Spoelopbouw volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een andere van de stroken orthogonaal ten opzichte van de ene strook en in axiale richting van de vlakke spoel aan de tegenover gelegen zijde van de ene strook gelegen is.

4. Spoelopbouw volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het magnetisch permeabele materiaal opgenomen is in een aantal stroken en dat ten minste twee van de stroken elk aan één zijde van de vlakke spoel gelegen zijn, en zich uitstrekken van respectieve punten radiaal voorbij de buitenste omtrek van de spoel, naar binnen toe naar de 30 as van de spoel, evenwijdig aan het vlak van de spoelopbouw en over de wikkelingen van het aangrenzende gedeelte van de spoel, waarbij de stroken in het algemeen in één lijn gelegen zijn.

5. Spoelopbouw volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat twee of meer stroken, één aan iedere zijde van de spoel, in het 35 algemeen in één lijn gelegen, met hm langsassen in hoofdzaak 8302053 Γ -9- orthogonaal gelegen ten opzichte van de langsassen van de eerste twee streken en op dezelfde wijze als de eerste twee stroken over gedeelten van de spoel gelegen, zijn aangebracht.

6. Spoelopbouw volgens conclusie 1, gekenmerkt door middelen 5 voor het verschuiven van de fase van de spanning die in de spoel wordt geïnduceerd ten gevolge van flux die met de spoel koppelt via een eerste pad, ten opzichte van de spanning die in de spoel geïnduceerd wordt ten gevolge van de flux die met de spoel via een tweede pad koppelt.

7. Spoelopbouw volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de middelen stroken uit magnetisch permeabel materiaal omvatten van een voldoende dikte bij de werkings frequentie om het opwekken van wervelstromen daarin mogelijk te maken. 8302053