DE3613797A1 - Device for transmitting electrical signals - Google Patents

Device for transmitting electrical signals

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Horst Gukkenberger
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    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires

Abstract

In the case of a device for transmitting electrical signals, having a first rectangular conductor which consists of ferromagnetic material having a high permeability and through which an alternating current flows, it is proposed to fit a second electrical conductor, which is likewise rectangular and consists of ferromagnetic material having a high permeability, at a distance a from the first conductor, the distance a being dimensioned to be so small that the magnetic flux produced by the alternating current flowing in the first magnet conductor extends over the electrically insulating intermediate space to the second magnetic conductor, where the magnetic circuit is closed. Such a device forms a transformer, in the case of which the conductors which are used are utilised both for the electrical power supply and as the magnetic coupling material between the primary and secondary.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung von elektrischen Signalen mit einem ersten rechteckförmigen elektrischen Leiter aus ferromagnetischem Material mit hoher Permeabilität, welcher von einem Wechselstrom durchflossen wird.The present invention relates to a device for the transmission of electrical signals with a first rectangular electrical conductor ferromagnetic material with high permeability, which is traversed by an alternating current.

Aus der Zeitschrift "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. MAG-13, No. 5, September 1977, S. 1224-1226, ist eine Einrichtung zur Übertragung von elektrischen Signalen bekannt. Diese Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem Transformatorkern aus amorphem Material, einer von einem Wechselstrom I p durchflossenen Primärwicklung W p , einer Sekundärwicklung W s und einer an die Sekundärwicklung angeschlossenen Last- bzw. Auswerteschaltung. Bei derartigen Einrichtungen verwendet man üblicherweise für die Stromzuleitung bzw. als Wicklungsmaterial Kupfer wegen seiner guten Leitfähigkeit. Der Transformatorkern aus amorphem Material ist notwendig zur Erzeugung einer starken magnetischen Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung. Die Verwendung von amorphem Material als Transformatorkern bringt im Vergleich zu Ferritkernen den Vorteil, daß die gesamte Vorrichtung minimisiert und billiger hergestellt werden kann sowie geringere Verluste aufweist.From the magazine "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. MAG-13, No. 5, September 1977, pp. 1224-1226, a device for the transmission of electrical signals is known. This device essentially consists of a transformer core made of amorphous material, a primary winding W p through which an alternating current I p flows, a secondary winding W s and a load or evaluation circuit connected to the secondary winding. In such devices, copper is usually used for the power supply or as the winding material because of its good conductivity. The transformer core made of amorphous material is necessary to create a strong magnetic coupling between the primary and secondary windings. The use of amorphous material as a transformer core has the advantage over ferrite cores that the entire device can be minimized and manufactured more cheaply, and has lower losses.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Übertragung von elektrischen Signalen anzugeben, deren Herstellung gegenüber bekannten Einrichtungen wesentlich vereinfacht, deren Volumen erheblich reduziert ist und deren Streufeld besonders gering ist.The object of the present invention is a device for the transmission of electrical Specify signals, their production compared to known Facilities significantly simplified their volume is significantly reduced and its stray field is particularly is low.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by the specified in claim 1 Features solved. Advantageous further developments result itself from the subclaims.

Die Vorteile der Erfindung bestehen im wesentlichen darin, daß durch die Doppelverwendung der rechteckförmigen elektrischen Leiter aus ferromagnetischem Material mit hoher Permeabilität sowohl als Wicklung als auch als magnetisches Koppelmaterial das Volumen eines Übertragers erheblich reduziert und die Herstellungskosten gesenkt werden können. Ein weiterer Vorteil der beanspruchten Einrichtung besteht in dem sehr guten Verhalten bei hohen Frequenzen, so daß auch breite Frequenzbänder ohne weiteres verarbeitet werden können.The advantages of the invention essentially exist in that through the double use of the rectangular electrical conductor made of ferromagnetic material with  high permeability both as winding and the volume of a magnetic coupling material Transformer significantly reduced and the Manufacturing costs can be reduced. A there is another advantage of the claimed device in the very good behavior at high frequencies, so that wide frequency bands can be processed easily can be.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel, welches im folgenden anhand der (einzigen) Figur näher erläutert wird.Other advantageous properties of the Invention result from an embodiment, which in the following based on the (single) figure is explained.

Die gezeigte Einrichtung besteht im wesentlichen aus zwei rechteckförmigen elektrischen Leitern 1, 2 aus ferromagnetischem Material mit hoher Permeabilität. Die Permeabilität der beiden Leiter kann gleich sein, wird aber vorteilhafterweise unterschiedlich gewählt. Die beiden Leiter befinden sich in einem Abstand a voneinander.The device shown consists essentially of two rectangular electrical conductors 1 , 2 made of ferromagnetic material with high permeability. The permeability of the two conductors can be the same, but is advantageously chosen differently. The two conductors are at a distance a from one another.

In den Leiter 1 wird ein Wechselstrom I p eingespeist, welcher einen Stromfluß durch den Leiter 1 bewirkt. Aufgrund dieses Stromflusses bildet sich ein magnetisches Feld ringförmig um den stromführenden Leiter aus.An alternating current I p is fed into the conductor 1 , which causes a current to flow through the conductor 1 . Due to this current flow, a magnetic field is formed in a ring around the current-carrying conductor.

Dieses Magnetfeld würde dann, wenn der Leiter 2 nicht vorgesehen wäre, wegen der hohen Permeabilität (beispielsweise 10 000) des Leiters 1 im Vergleich zur Permeabilität der Umgebung (Luft) außerhalb des Leiters 1 verschwindend gering sein.If the conductor 2 were not provided, this magnetic field would be negligibly small due to the high permeability (for example 10,000) of the conductor 1 compared to the permeability of the environment (air) outside the conductor 1 .

Bringt man jetzt aber einen rechteckförmigen elektrischen Leiter 2, welcher ebenfalls aus ferromagnetischem Material mit hoher Permeabilität besteht, sehr nahe an den ersten Leiter 1 heran, dann tritt das den Strom I p umschließende Magnetfeld aus dem Leiter 1 aus, breitet sich über die Distanz a zwischen den beiden Leitern aus und schließt sich über den Leiter 2, wie es durch die gestrichelte Schleife 4 angedeutet ist. An den Enden 5 und 6 des Leiters 2 entsteht demzufolge eine Spannung U s , die von dem primärseitigen Strom I p abhängig ist. Diese Spannung kann einem mit den Klemmen 5 und 6 verbundenen Verbraucher zugeführt werden und steht diesem als Leistung zur Verfügung. Ein Vorteil eines derartigen Übertragers besteht darin, daß das entstehende Streufeld im Vergleich zu herkömmlichen Übertragern gering ist.But if you bring a rectangular electrical conductor 2 , which is also made of ferromagnetic material with high permeability, very close to the first conductor 1 , then the magnetic field enclosing the current I p emerges from the conductor 1 and spreads over the distance a between the two conductors and closes via the conductor 2 , as indicated by the dashed loop 4 . At the ends 5 and 6 of the conductor 2 there is consequently a voltage U s which is dependent on the primary-side current I p . This voltage can be supplied to a consumer connected to terminals 5 and 6 and is available to it as power. An advantage of such a transmitter is that the stray field that is created is small compared to conventional transmitters.

Die Leiter 1 und 2 bestehen bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus amorphem weichmagnetischen Material, da dieses die für die Funktionsfähigkeit der beanspruchten Einrichtung notwendigen guten elektrischen und magnetischen Eigenschaften aufweist, nämlich insbesondere eine gute elektrische Leitfähigkeit und eine hohe Permeabilität. In a preferred embodiment of the invention, the conductors 1 and 2 consist of amorphous soft magnetic material, since this has the good electrical and magnetic properties necessary for the functionality of the claimed device, namely in particular good electrical conductivity and high permeability.

Die Verwendung rechteckiger Leiter wird bevorzugt, weil - wie bereits oben zum Ausdruck kommt - die beiden Leiter sehr nahe zusammengebracht werden müssen, um ein Austreten des Magnetfeldes aus dem ersten Leiter bzw. ein Schließen des Magnetfeldes über den zweiten Leiter zu ermöglichen. Auch können die sich gegenüberliegenden Flächen der beiden Leiter mittels eines geeigneten Oberflächenbearbeitungsverfahrens (z. B. Läppen) vorbearbeitet werden, um Oberflächenrauhigkeiten zu beseitigen.The use of rectangular conductors is preferred because - as already expressed above - the the two leaders are brought very close together need to escape the magnetic field from the first conductor or a closing of the magnetic field to enable via the second conductor. Can too the opposite faces of the two conductors using a suitable surface treatment process (e.g. lapping) are pre-processed to Eliminate surface roughness.

Die beschriebende Einrichtung eignet sich insbesondere zur Übertragung impulsförmiger Signale. Denn wegen der guten Hochfrequenzeigenschaften des verwendeten Materials können auch höherfrequente digitale Signale übertragen werden. Hierbei ist insbesondere von Vorteil, daß der Wirkungsgrad der Übertragung, welcher stark davon abhängig ist, wie klein der Abstand a zwischen den beiden Leitern gewählt werden kann, vergleichsweise gering sein kann, ohne daß Information verloren geht.The device described is particularly suitable for the transmission of pulse-shaped signals. Because of the good high-frequency properties of the material used, higher-frequency digital signals can also be transmitted. It is particularly advantageous here that the efficiency of the transmission, which is strongly dependent on how small the distance a between the two conductors can be selected, can be comparatively low without information being lost.

Zur Verbesserung der Wirkungsweise der beanspruchten Einrichtung können die amorphen Leiter mit elektrisch besonders gut leitfähigem Material wie Al, Cu, Ag, Au, ... beschichtet werden. Dieses Beschichten kann beispielsweise durch Aufdampfen, Sputtern oder galvanisch erfolgen. To improve the operation of the claimed The amorphous conductor can be set up with electrical particularly good conductive material such as Al, Cu, Ag, Au, ... be coated. This coating can for example by vapor deposition, sputtering or galvanically.  

Ferner kann der Zwischenraum zwischen den beiden Leitern mit einem elektrischen Isolator gefüllt werden. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung im Betrieb mehr oder weniger starken Erschütterungen ausgesetzt sein kann, aufgrund derer die beiden Leiter gegeneinander verschoben werden könnten. Durch eine derartige Verschiebung könnten die beiden Leiter in elektrischen Kontakt geraten, was durch den genannten elektrischen Isolator vermieden wird.Furthermore, the space between the two Conductors filled with an electrical insulator will. This is useful, for example, if the device according to the present invention in Operation more or less strong vibrations may be exposed due to which the two Heads could be moved against each other. By such a shift could be the two leaders come into electrical contact with what is caused by the mentioned electrical insulator is avoided.

Ferner kann der primärseitige Leiter stationär und der sekundärseitige Leiter bei gleichbleibendem Abstand a zum primärseitigen Leiter beweglich angeordnet sein, so daß beispielsweise ein rotierender Übertrager gebildet wird. In diesem Fall könnte der elektrische Isolator zwischen den beiden Leitern ein Schmierfilm sein.Furthermore, the primary-side conductor can be arranged in a stationary manner and the secondary-side conductor can be arranged to be movable with a constant distance a from the primary-side conductor, so that, for example, a rotating transformer is formed. In this case the electrical insulator between the two conductors could be a lubricating film.

Eine bevorzugte Verwendung der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung ergibt sich wegen der guten Frequenzeigenschaften der beschriebenen Einrichtung als rotierender Übertrager in Digital-Videorecordern.A preferred use of the device after the present invention arises because of the good Frequency characteristics of the device described as rotating transmitter in digital video recorders.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, den ersten rechteckförmigen Leiter mit mehreren rechteckförmigen elektrischen Leitern aus ferromagnetischem Material hoher Permeabilität zu umgeben. Werden diese weiteren Leiter in geeigneter Weise elektrisch miteinander verbunden, so kann ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis realisiert werden.An advantageous development of the invention exists therein the first rectangular conductor with several Rectangular ferromagnetic electrical conductors  Surround material of high permeability. Will these other conductors in a suitable electrical manner connected with each other, so a desired Gear ratio can be realized.

Claims (11)

1. Einrichtung zur Übertragung von elektrischen Signalen mit einem ersten rechteckförmigen elektrischen Leiter aus ferromagnetischem Material mit hoher Permeabilität, welcher von einem Wechselstrom durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter rechteckförmiger elektrischer Leiter aus ferromagnetischem Material mit hoher Permeabilität in einem Abstand a zum ersten Leiter angebracht wird, wobei der Abstand a derart klein bemessen ist, daß sich der vom im ersten magnetischen Leiter fließenden Wechselstrom erzeugte Magnetfluß über den elektrisch isolierenden Zwischenraum zum zweiten magnetischen Leiter erstreckt und sich dort schließt. 1. Device for transmitting electrical signals with a first rectangular electrical conductor made of ferromagnetic material with high permeability, which is traversed by an alternating current, characterized in that a second rectangular electrical conductor made of ferromagnetic material with high permeability at a distance a from the first conductor is attached, the distance a being dimensioned so small that the magnetic flux generated by the alternating current flowing in the first magnetic conductor extends over the electrically insulating gap to the second magnetic conductor and closes there. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Leiter aus weichmagnetischem Material bestehen.2. Device according to claim 1, characterized characterized that both conductors out consist of soft magnetic material. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Leiter aus amorphem, weichmagnetischem Material bestehen.3. Device according to claim 2, characterized characterized that both conductors out amorphous, soft magnetic material. 4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leiter unterschiedliche Permeabilitäten aufweisen.4. Setup according to one or more of the previous claims, thereby characterized that the two conductors have different permeabilities. 5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den ersten Leiter durchfließende Strom impulsförmig ist.5. Setup according to one or more of the previous claims, thereby characterized that the first Conductor flowing current is pulsed. 6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Leiter mit elektrisch gut leitfähigem Material beschichtet wird. 6. Setup according to one or more of the previous claims, thereby characterized in that at least one of the Conductor with electrically good conductive material is coated.   7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den beiden Leitern mit einem elektrischen Isolator gefüllt wird.7. Setup according to one or more of the previous claims, thereby characterized that the space between the two conductors with an electrical Insulator is filled. 8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leiter stationär und der zweite Leiter bei gleichbleibendem Abstand a zum ersten Leiter beweglich angeordnet ist.8. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the first conductor is arranged in a stationary manner and the second conductor is movable at a constant distance a from the first conductor. 9. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Isolator zwischen den Leitern ein Schmierfilm ist.9. Device according to claims 7 and 8, characterized in that the electrical insulator between the conductors Is lubricating film. 10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie als rotierender Übertrager in Videorecordern verwendet wird. 10. Device according to claim 8 or 9, characterized characterized as rotating Transformer is used in video recorders.   11. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste rechteckförmige elektrische Leiter von mehreren rechteckförmigen elektrischen Leitern aus ferromagnetischem Material hoher Permeabilität umgeben ist, die miteinander elektrisch verbunden sind.11. Setup according to one or more of the aforementioned claims, thereby characterized that the first rectangular electrical conductor of several rectangular electrical conductors ferromagnetic material of high permeability is surrounded, which are electrically connected to each other are.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE330855C (en) * 1920-12-23 Gustav Neuhaus Choke coil made of round or profiled, insulated conductors made of ferromagnetic metals
US3835430A (en) * 1968-09-20 1974-09-10 Transelektro Magyar Villamossa Tubular core electric transformer

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