FI104611B

FI104611B - Laskostettu energiamuunnin

Info

Publication number: FI104611B
Application number: FI932860A
Authority: FI
Inventors: Kari Johannes Kirjavainen
Original assignee: Panphonics Oy
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 2000-02-29
Also published as: DE69424048D1; EP0705527A1; ES2145828T3; JP3532207B2; DK0705527T3; JPH08511671A; US5757090A; WO1995001079A1; EP0705527B1; FI932860A; ATE192011T1; FI932860A0; DE69424048T2

Description

104611

LASKOSTETTU ENERGIAMUUNNIN

Sähkökentän hyväksikäyttö energiamuuntimissa edellyttää erittäin pienten ilma-välien käyttöä riittävän suuren kentänvoimakkuuden aikaansaamiseksi. Tällöin 5 kuitenkin muuntimen liikevara pienenee.

Keksinnössä on esitetty menetelmä muuntimen syrjäyttämän ilma- tai väli-ainemäärän kasvattamiseksi laskostamalla dielektrinen kalvo ja sijoittamalla elektrodit laskoksiin. Näin voidaan hyödyntää entistä suurempia ilman liikemää-10 riä ja aikaansaada samanaikaisesti myös suuria ilmanpaineita, esim. äänenpai-neita akustisissa sovellutuksissa. Keksintö käsittää myös muunninelementtien valmistusmenetelmän, jossa laskostettu elementti ensin puristetaan tiiviiksi pakaksi, jolloin laskosten nurkat puristuvat teräviksi. Tämän jälkeen elementtiä venyttämällä laskokset saavat loivaa s-kirjainta muistuttavan luonnollisen kaa-15 revuutensa, joka pitää laskokset stabiilissa asemassa sähkökentän voimien alaisena. Yksityiskohtaisesti keksinnölle tunnusomaiset piirteet on esitetty patenttivaatimuksien 1 ja 8 tunnusmerkkiosissa.

• Keksinnön eräs edullinen sovellutusmuoto on esitetty kuvassa 1. Siinä sähkö- : 20 kenttää vuoroin heikennetään ja vahvistetaan toisiaan seuraavissa laskoksissa ohjaavan jännitteen avulla. Laskostetussa elementissä varauksella (Q) varattu kalvo on päällystetty toisiaan seuraavissa laskoksissa elektrodikerroksilla siten, että ohjauseiektrodit (Δ) ja (-Δ) ovat laskosten eri puolilla. Tällainen kalvoele-mentti voidaan valmistaa esim. pysyvästi varatusta elektreettikalvosta tai kolmi-25 kerroskalvosta, jossa keskikerros on puolijohtavaa materiaalia ja johon on yhdistetty tasajännitepotentiaali, joka muodostaa varauksen (Q). Tällaista elementtiä voidaan ohjata perinteisillä vahvistinlaitteilla äänentoistosovellutuksissa.

Koska sähköstaattisella periaatteella saavutettavissa oleva paine (P) on P = 30 yAzE2, jossa (ε) on dielektrisyysvakio, (E) on sähkökentän voimakkuus, eli E = * U/s, jossa U = jännite ja s = elektrodien välinen etäisyys. Oleellista hyvän line aarisuuden saavuttamiseksi on, että etäisyydestä riippuvat termit pysyvät mah-, dollisimman muuttumattomina kuten keksinnön mukaisesti muotoilluilla Iaskok- silla tapahtuu.

2 104611 Sähköstaattisella periaatteella toimivissa äänentoistolaitteissa on yleensä revitetyt staattorilevyt ja niiden välissä liikkuva ohut elektrodikalvo. Koska sähkökentän voima kohdistuu myös staattorilevyihin, syntyy näissä haitallisia resonansseja. Elementtien on oltava myös suuria riittävän tehon aikaansaamisek- 5 si.

Keksinnössä esitetty äänentoistolaite muodostuu ainoastaan yhdestä laskostetusta kalvosta, johon on muodostettu elektrodit. Toisessa sovellutuksessa elektrodit on järjestetty siten, että laskosten sivuihin on yhdistetty vuorottaisessa jär-10 jestyksessä ( + )-potentiaali, ohjaava signaali (Δ), (- )-potentiaali ja vastakkais-vaiheinen ohjaava signaali (-Δ). Em. elektrodit on yhdistetty samanlaiset keskenään kalvon reunassa. ( + )- ja (- )-elektrodeihin jännite voidaan kytkeä suuren vastuksen (R ) kautta. ( + )- ja (- )-potentiaalit voidaan korvata myös ns. elekt-reettivarauksella, joka on injektoitu dielektriseen kaivoon jaksoittaisesti ( + ) ja 15 (- ) vuorotellen. Keksinnön mukaista kalvoa voidaan käyttää myös äänen tai värähtelyn mittaamiseen, eli (Δ)- ja (-A)-elektrodeihin indusoituu elektrodien liikettä vastaava sähköenergia.

·- Kuvassa 1 on esitetty kaivon ja elektrodien rakenne. Kalvo voidaan valmistaa : : 20 ohuesta, kaksipuolisesti metalloidusta muovikalvosta, johon elektrodit on syö vytetty virtapiirilevyjen valmistuksessa käytetyn tekniikan avulla. Tämän jälkeen kalvo laskostetaan esim. 1-10 mm korkuisille laskoksille, joiden etäisyys toisistaan on 0,1 mm. Kuvassa 2 on esitetty kahdesta kalvosta valmistettu rakenne, jossa elektreettivaraukset on sijoitettu kalvojen väliin. Kuvassa 4 on esitetty 25 keksinnön sovellutus, jossa kaksi laskostettua kalvoa on sijoitettu ristikkäin, ja joista toiseen ohjearvosignaali (I) syötetään säätövahvistimen (A) kautta ja toisesta kalvosta saatava äänenpainetta vastaava mittaussignaali syötetään vastakkaisena säätövahvistimelle. Tällaista kalvoelementtiä voidaan äänentoisto-sovellutusten lisäksi käyttää aktiivisena vaimennuselementtinä kun ohjaava sig-30 naali on asetettu nollaksi.

Elementti voidaan päällystää suojakerroksilla (3 ja 4 ), joista molemmat voivat olla esim. ohuita kalvoja tai toinen voi olla paksumpi levy. Kuvassa 3 esitettyjä elementtejä voidaan sijoittaa useita tai vähintään kaksi päällekkäin niin, että 35 suojakerrokset (4) ovat ulospäin.

3 104611

Keksinnön mukaiset elementit ovat erittäin keveitä ja lujia ja niillä saadaan aikaan suuri teho. On edullista valmistaa kalvot litteitä kaasukuplia sisältävistä muovikalvoista, joissa elektreettivarausten on todettu pysyvän erityisen hyvin ja jotka ovat mahdollisimman keveitä. Äänilähde sovelluksissa keksintö on erit-5 täin edullinen, koska kalvojen liike on poikittainen äänen suuntaan nähden, jolloin kalvon massahitausvoimat eivät aiheuta äänen suuntaista vastamomenttia. Melunvaimennussovellutuksissa elementit toimivat monitehoisesti. Laskosten väliin virtaava ilma aiheuttaa viskoosin vaimennuksen, samoin kalvojen vis-koelastinen liike.

10 Sähkömekaanista vaimennusta voidaan lisätä kasvattamalla elektrodien resistanssia, jolloin äänen indusoima sähköenergia muuttuu lämmöksi elektrodeissa, joiden sisäänmenot ja ulostulot ohjaava elektroniikka oikosulkee. Resistiivisillä elektrodikerroksilla voidaan aikaansaada myös vaihesiirtoa ja elementin suun-15 takuvion leveneminen ainoastaan horisontaalisesti. Erilaisten suuntakuvioiden aikaansaamiseksi elementit voivat olla myös kaarevia.

Keksintöä voidaan soveltaa myös monissa muissa tarkoituksissa joissa sähkö-·· energiaa muunnetaan mekaaniseksi liikkeeksi tai värähtelyksi. Tai päinvastoin : : 20 joissa mekaanista liikettä tai värähtelyä muunnetaan sähköenergiaksi. Molem missa tapauksissa menetelmällä saavutetaan erittäin korkea hyötysuhde.

Kuvassa 5 on esitetty keksinnön sovellutus, jossa esim. seiniin (8) tai levyn molemmille puolille on sijoitettu rimat (7) sekä näiden päälle laskostetut ele-25 mentit (5) ja (6), joiden välillä on sähköinen yhteys johtimien (9) välityksellä. Ääni generoi varausmuutoksen elementissä (5), tällä syötetään vastakkaisvaihei-sena elementteihin (6). Jos seinän passiivinen vaimennus on esim. 20 dB ja elementtien hyötysuhde on 10%, saavutetaan täydellinen äänenvaimennus molempiin suuntiin. Elementtien hyötysuhdetta ja vaimennusta voidaan säätää 30 jännitteitä ( + ) ja (-) säätämällä tai valitsemalla elektreettipotentiaali sopivan „ suuruiseksi siten, että saavutetaan optimaalinen hyötysuhde ja paras vaimen nus eri käyttötarkoituksissa. Myös laskostiheyttä voidaan säätää.

%

Claims

1. Laskostettu, energiamuuntimena toimiva dielektrinen kalvoelementti (3,5,6), * joka muodostuu ainakin yhdestä laskoksille taitetusta dielektrisestä kalvosta 5 (1,2), johon kalvoon (1,2) on järjestetty elektrodit, * tunnettu siitä, että elektrodit on jäljestetty laskoksiin, erilaiset elektrodit peräkkäisiin laskoksiin siten, että sähkökentän voimakkuus suurenee toisessa ja pienenee toisessa laskoksessa joko siten, 10 että perättäisesti toisiaan seuraavien laskosten elektrodikerrokset noudattavat järjestystä: tasajännite-elektrodi (+), vaihtojännite-elektrodi (Δ), tasajännite-elektrodi (-) ja vastakkaisvaiheinen vaihtojännite-elektrodi (-Δ), tai siten, 15 että perättäisesti toisiaan seuraavien laskosten elektrodikerrokset noudattavat järjestystä: elektreettivaraus (+), vaihtojännite-elektrodi (Δ), elektreettivaraus (-) ja vastakkaisvaiheinen vaihtojännite-elektrodi (-Δ) tai nolla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kalvoelementti, tunnettu siitä, että varauk-20 selia varattu kalvo (1,2) on päällystetty toisiaan seuraavissa laskoksissa elekt- rodikerroksilla siten, että vaihtojännite-elektrodi (Δ) ja sen vastakkaisvaiheinen elektroi (-Δ) ovat laskosten eri puolilla.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kalvoelementti, tunnettu siitä, että elementti 25 on päällystetty ainakin yhdellä suojakerroksella (4).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kalvoelementti, tunnettu siitä, että suoja-kerros on huokoinen suojalevy.

4 104611

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kalvoelementti, tunnettu siitä, että kalvo (1.2) on toiselta puolelta yhtenäisesti metalloitu.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kalvoelementti, tunnettu siitä, että kalvo » (1.2) on litteitä kaasukuplia sisältävä muovikalvo. 35

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kalvoelementti, tunnettu siitä, että äänen tuottamiseksi tai vaimentamiseksi siinä ainakin yksi laskostettu kalvoelementti * 5 104611 muodostaa takaisinkytketyn elementin, jossa on ääntä tuottava osa sekä ääntä mittaava osa, ja joiden osien välillä on sähköinen yhteys tai säätövahvistin (A).

8. Menetelmä laskostetun, energiamuuntimena toimivan dielektrisen kalvoele-5 mentin (3,5,6), joka muodostuu ainakin yhdestä laskoksille taitetusta dielektri-sestä kalvosta (1,2), johon kalvoon (1,2) on järjestetty elektrodit, valmistamiseksi, tunnettu siitä, 10 että elektrodit järjestetään laskoksiin erilaiset elektrodit vierekkäisiin laskoksiin siten, että rinnakkaisissa laskoksissa sähkökentän voimakkuus suurenee toisessa ja pienenee toisessa laskoksessa, ja 15 että laskostettu elementti (3,5,6) puristetaan tiiviiksi pakaksi, minkä jälkeen elementtiä venytetään, jolloin laskokset saavat loivaa S-kirjainta muistuttavan kaarevuuden, joka pitää laskokset stabiilissa asemassa sähkökentän voimien alaisena. 6 10461Ί f