NO167699B

NO167699B - ELECTROMECHANICAL TRANSDUCES FOR LOW-FREQUENCY VIBRATIONS.

Info

Publication number: NO167699B
Application number: NO891976A
Authority: NO
Inventors: Lars S Oestlie
Original assignee: Infrawave Tech As
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1991-08-19
Also published as: NO891976D0; WO1990014169A1; AU5651990A; NO891976L; NO167699C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en elektromekanisk transduser for å overføre lavfrekvente vibrasjoner til et mekanisk system, eksempelvis en del av et skipsskrog. Hensikten med å overføre slike vibrasjoner, er å forhindre tilgroing av marine organismer på utsiden av skipsskroget. The present invention relates to an electromechanical transducer for transmitting low-frequency vibrations to a mechanical system, for example a part of a ship's hull. The purpose of transmitting such vibrations is to prevent the growth of marine organisms on the outside of the ship's hull.

Oppfinnelsen tar sitt utgangspunkt i norsk ålment til-gjengelig patentsøknad nr. 87.3306, med samme oppfinner som i herværende oppfinnelse. Fra NO 87.3306 er kjent en transduser av elektrodynamisk, høyttaler-lignende type hvor en senterbolt som er festet til transduserens svingspole, går gjennom et sentralt og aksialt hull i en hovedsakelig sylindrisk utformet magnet. Magnetens poler er adskilt av et sylindrisk luftgap som svingspolen befinner seg i, og magnetfeltet er hovedsakelig radialt fra den sentrale polen til den konsentrisk omgivende andre polen. Den sentrale polen er altså gjennomboret for den gj ennomgående senterbolten. The invention is based on Norwegian generally available patent application no. 87.3306, with the same inventor as in the present invention. From NO 87.3306 a transducer of an electrodynamic, speaker-like type is known where a center bolt which is attached to the transducer's voice coil passes through a central and axial hole in a mainly cylindrically designed magnet. The poles of the magnet are separated by a cylindrical air gap in which the winding coil is located, and the magnetic field is mainly radial from the central pole to the concentrically surrounding second pole. The central pole is therefore pierced for the continuous center bolt.

To opphengsfjærer eller -membraner er anbrakt for å holde magneten på plass. De to membranfjærene er i hovedsak anbrakt i flukt med de to hovedsakelig plane og parallelle overflatene av den sylindriske magneten, og svingspolen er festet med lakk på en spoleform av plast eller papp som sitter fast på senterbolten utenfor den ene opphengsmembranen. Two suspension springs or diaphragms are fitted to hold the magnet in place. The two diaphragm springs are placed substantially flush with the two substantially planar and parallel surfaces of the cylindrical magnet, and the coil is affixed with varnish to a plastic or cardboard coil form that is fixed to the center bolt outside one of the suspension diaphragms.

Det har vist seg at denne konstruksjonen kan forbedres for It has been shown that this construction can be improved for

å gi en bedre ytelse hva angår virkningsgrad og maksimal avgitt effekt. Foreliggende oppfinnelse angår nettopp et slikt forbedret transduser-element, og oppfinnelsen defineres nøyaktig i de vedføyde patentkravene. to provide a better performance in terms of efficiency and maximum emitted power. The present invention concerns precisely such an improved transducer element, and the invention is precisely defined in the appended patent claims.

En nærmere beskrivelse av oppfinnelsen skal nå gis, med detaljert omtale av et utførelseseksempel av ikke-begrensende type, og med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor Fig. 1 viser et aksialt tverrsnitt gjennom en utførelse av en transduser ifølge oppfinnelsen, og Fig. 2 viser samme transduser sett i aksial retning rett "ovenfra". A more detailed description of the invention will now be given, with a detailed description of a non-limiting example, and with reference to the attached drawings, where Fig. 1 shows an axial cross-section through an embodiment of a transducer according to the invention, and Fig. 2 shows the same transducer viewed in the axial direction straight "from above".

Av Fig. 1 fremgår at transduseren ifølge oppfinnelsen er ment å festes f.eks. til en skrogplate på en skip for å kunne sette platen i tverrgående mekaniske vibrasjoner. Skrogplaten er utstyrt med et feste, hvori transduserens senterbolt 1 er skrudd godt fast. Selvfølgelig kan senterbolten 1 generelt festes til det mekaniske system som skal gis vibrasjoner, på andre måter enn den viste, eksempelvis ved sveising, nagling, hurtigkobling eller lignende. From Fig. 1 it appears that the transducer according to the invention is intended to be attached e.g. to a hull plate on a ship to be able to subject the plate to transverse mechanical vibrations. The hull plate is equipped with a fastener, in which the transducer's center bolt 1 is screwed firmly. Of course, the center bolt 1 can generally be attached to the mechanical system which is to be vibrated, in other ways than the one shown, for example by welding, riveting, quick coupling or the like.

Referansetall 4 angår en magnet av strontium-ferritt, som er gitt en sylindrisk utforming med konsentriske magnetpoler og ringformet luftgap 12, analogt med den tidligere kjente transduser-utførelsen. Den sentrale polen 13 har en sentral og aksial boring som senterbolten 1 går gjennom, og det magnetiske feltet mellom polene går hovedsakelig radielt ut fra den sentrale polen 13 til den omgivende polen, gjennom luftgapet 12. Reference number 4 relates to a magnet of strontium ferrite, which is given a cylindrical design with concentric magnetic poles and annular air gap 12, analogous to the previously known transducer design. The central pole 13 has a central and axial bore through which the center bolt 1 passes, and the magnetic field between the poles goes out mainly radially from the central pole 13 to the surrounding pole, through the air gap 12.

I luftgapet 12 stikker en spoleform 7 inn, på figuren ovenfra. På spoleformen 7 er viklet en spole 6. Det skal bemerkes at spoleformen 7, som har form som en kopp (på figuren stående opp/ned), ifølge oppfinnelsen er tildannet av et eneste stykke, og er av utvalset metall, fortrinnsvis aluminium. Vanligvis er en slik spoleform av papp eller plast, men den her benyttede nye spoleformen, som er et sentralt trekk ved oppfinnelsen, er i stand til å tåle langt større krefter enn de tidligere konstruksjoner, og sørger også for langt bedre bortledning av varme, slik at høyere effekter kan benyttes. Andre metaller enn aluminium kan benyttes, men de må kunne valses ut og være slik at magnetfeltet i luftgapet ikke påvirkes vesentlig, eksempelvis av svakt paramagnetisk type. In the air gap 12, a coil form 7 protrudes, in the figure from above. A coil 6 is wound on the coil form 7. It should be noted that the coil form 7, which has the shape of a cup (upside down in the figure), according to the invention is formed from a single piece, and is made of rolled metal, preferably aluminium. Usually such a coil form is made of cardboard or plastic, but the new coil form used here, which is a central feature of the invention, is able to withstand far greater forces than the previous constructions, and also ensures far better dissipation of heat, such that higher effects can be used. Metals other than aluminum can be used, but they must be able to be rolled out and be such that the magnetic field in the air gap is not significantly affected, for example of a weak paramagnetic type.

Spolen 6 er viklet på spoleformen 7 og festet på en særegen måte. Istedenfor å benytte en lakk som festemiddel, er det ifølge oppfinnelsen her benyttet en epoxy-forbindelse, og etter vikling, epoxy-påføring og innbaking, er denne typen spolevikling i stand til å tåle temperaturer på ca. 240° C, i sammenligning med tidligere øvre grense på ca. 120° C. The coil 6 is wound on the coil form 7 and fixed in a distinctive way. Instead of using a varnish as a fixing agent, according to the invention, an epoxy compound is used here, and after winding, epoxy application and baking, this type of coil winding is able to withstand temperatures of approx. 240° C, in comparison with the previous upper limit of approx. 120°C.

Spoleformen 7 er festet med sitt sentrale område (koppens bunn) til senterbolten 1, og sitter altså ikke-bevegelig i forhold til denne. Aluminiums-spoleformen 7 er stivere enn en spoleform av papp eller plast, og sørger derved også for en mer ideell oppførsel (dvs. mangel på oppførsel, egentlig mangel på bevegelser) for spolen 6 i luftgapet 12, hvilket luftgap er utformet så trangt som mulig for å gi transduseren høy virkningsgrad. The coil form 7 is attached with its central area (the bottom of the cup) to the center bolt 1, and thus sits immovably in relation to this. The aluminum coil form 7 is stiffer than a cardboard or plastic coil form, thereby also providing a more ideal behavior (ie lack of behavior, essentially lack of movement) for the coil 6 in the air gap 12, which air gap is designed as narrowly as possible to give the transducer a high efficiency.

Magneten 4 er opphengt i to opphengsfjærer eller -membraner 2 og 8. Den eksempelvise utformingen av membranene eller fjærene 2 og 8 framgår best av Fig. 2, hvor en tre-armet konfigurasjon vises. I sentrum er opphengsfjærene 2 og 8 festet til senterbolten 1. Fra sentrum utgår hovedsakelig flate armer, her tre stk., til festepunkter på magneten 4. The magnet 4 is suspended in two suspension springs or membranes 2 and 8. The exemplary design of the membranes or springs 2 and 8 is best seen in Fig. 2, where a three-arm configuration is shown. In the centre, the suspension springs 2 and 8 are attached to the center bolt 1. From the centre, mainly flat arms, here three, extend to attachment points on the magnet 4.

Siden det er vanskelig å bore i og bearbeide det aktuelle magnetiske materialet i magneten, som her fortrinnsvis er strontium-ferritt, er det pålimt ytterplater 3 og 5 på hver plan side av magneten 4. Den ene av disse platene, her platen 3, kan forøvrig gjerne også benyttes som magnetfluks-leder, dersom den er utformet av bløtt magnetisk materiale. Since it is difficult to drill into and process the relevant magnetic material in the magnet, which here is preferably strontium ferrite, outer plates 3 and 5 are glued on each flat side of the magnet 4. One of these plates, here plate 3, can moreover, it is also often used as a magnetic flux conductor, if it is made of soft magnetic material.

Et sentralt trekk ved oppfinnelsen er imidlertid anbringel-sen av avstandstykkene 11 på utsiden av platene 3 og 5, til hvilke avstandsstykker membranene eller opphengsfjærene 2 og 8 er festet. A central feature of the invention, however, is the placement of the spacers 11 on the outside of the plates 3 and 5, to which spacers the membranes or suspension springs 2 and 8 are attached.

Ved å anbringe opphengsfjærene 2 og 8 på denne måten, i avstand fra og på yttersiden av hele magnet/spolesystemet, oppnås at systemets egenresonans lettere kan anbringes i et gunstig og lavt område, og tranduseren settes i stand til å tåle kraftige akselerasjoner (høye "G-verdier"). By placing the suspension springs 2 and 8 in this way, at a distance from and on the outside of the entire magnet/coil system, it is achieved that the natural resonance of the system can be more easily placed in a favorable and low area, and the transducer is enabled to withstand strong accelerations (high " G-values").

Videre er membranfjærene 2 og 8 utstyrt med hensikts-messig anbrakte knepunkter 9 i de enkelte armene. Dette trekk innføres for å oppnå nøyaktig konstruksjonsmessig regulering av fjærstivheten for opphengsfjærene 2 og 8, og dermed nøyaktig bestemmelse av egenresonans for transduseren. Furthermore, the membrane springs 2 and 8 are equipped with appropriately placed knee points 9 in the individual arms. This feature is introduced in order to achieve precise structural regulation of the spring stiffness for the suspension springs 2 and 8, and thus accurate determination of the natural resonance of the transducer.

Opphengsfjærene 2 og 8 er fortrinnsvis av metall, eksempelvis messing, og har høy elastisitetsmodul. The suspension springs 2 and 8 are preferably made of metal, for example brass, and have a high modulus of elasticity.

Referansetall 10 betegner en brakett på spoleformen 7 med feste-ører for elektriske tilførselsledninger til svingspolen 6. Reference number 10 denotes a bracket on the coil form 7 with attachment ears for electrical supply lines to the coil 6.

Når drivstrøm tilføres svingspolen 6, induseres magnetiske, gjensidige krefter mellom spolen 6 og magneten 4, og magneten 4 settes i bevegelse relativt senterbolten 1. På grunn av magnetens masse vil imidlertid også senterbolten 1 og dens tilkoblete ytre mekaniske system, her skipsskroget, settes i tilsvarende motfase-svingninger. When drive current is supplied to the turning coil 6, mutual magnetic forces are induced between the coil 6 and the magnet 4, and the magnet 4 is set in motion relative to the center bolt 1. Due to the magnet's mass, however, the center bolt 1 and its connected external mechanical system, here the ship's hull, will also be set in corresponding anti-phase oscillations.

Claims

1. Electromechanical transducer for generating low-frequency vibrations in a mechanical system connected to the transducer, for example in a ship's hull plate, which transducer comprises a) a mainly cylindrically designed magnet (4) with a cylindrical, coaxially arranged air gap (12) between concentric magnetic poles and with an axial hole through the entire central part (13) of the magnet (4), through which a center bolt (1) extends which is attached to the system and with which the magnet (4) can move, b) a coil (6) for generating mutual magnetic driving forces between the coil (6) and the magnet (4) according to the driving current that passes through the windings of the coil (6), which coil (6) is fixed in relation to the center bolt (1) and is located in the magnet's (4) air gap (12), and c) two suspension springs (2, 8) located at an axial distance from each other, both attached to the center bolt (1) centrally and to the magnet (4) mainly peripherally, characterized in that the suspension springs (2, 8) are placed on each outer side of and at a distance from the magnet (4), the mainly peripheral attachments being arranged by means of rigid spacers (11) between the suspension springs (2, 8) and the magnet's ( 4) mainly flat end surfaces, and that the coil (6) is wound on a coil form (7) made in one piece of rolled-out metal with a mainly cup-like shape, i.e. with a mainly flat bottom surface and cylindrical wall surface, which coil form (7) is attached centrally to the center bolt (1) with its essentially flat bottom surface.

2. Transducer according to claim 1, characterized in that the coil form (7) is made of rolled aluminium.

3. Transducer according to claim 1 or 2, characterized in that the coil (6) is surrounded by and baked firmly to the coil form (7) with an epoxy compound.

4. Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the magnet (4) is a permanent magnet of strontium ferrite.

5. Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the dimensions, mass and magnetic properties of the magnet (4), as well as the elastic properties and design of the suspension springs (2, 8), are mutually coordinated to give the transducer a low resonant frequency, for example 25 Hz .

6. Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that one or both of the suspension springs (2, 8) has a membrane shape and is designed with a central part attached to the center bolt (1) and three arm parts which extend to three mainly peripherally placed spacers (11).

7. Transducer according to claim 6, characterized in that at least one of the arm parts is equipped with a knee point (9) for adapting spring stiffness.

8. Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the suspension springs are made of metal, for example brass.

9. Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the magnet (4) on both of its mainly flat end surfaces is glued to fixing plates (3, 5) for fixing the spacers (11), which fixing plates (3, 5) are adapted to the magnet's ( 4) geometry in general.