SE465946B - Anordning foer oeverfoering av elektrisk energi till elektrisk utrustning genom omagnetiska och elektriskt isolerande material - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 465 946 2 Elektriska och magnetiska kan karma in på olika Ett sätt är gencan konduktiv förbindelse så att störkällan har jord-, kraft- eller signalförbindelser gexnensaiuma med den störda apparaten. “ Störningar genom konduktiv förbindelse motverkas genom att bryta upp kondiflttiva förbindelser genom användning av optokopplare och optiska fibrer för signalöverföriiig. genom kvarvarande koridulctiva förbindelser för jord och loraft åtgärdas genom filtrering.

Andra sätt är gernom kapacitiv förbindelse så att störkällans hölje, jord-, kraft- eller signalförbindelser är kapacitivt kopplade till någon del i den störda apparaten, eller genom induktiv koppling så att störkällans hölje, jord-, kraft- eller Signalförbindelser är irxdtflïtivt kopplade till någon del i den störda apparaten.

Stömiiigar genom kapacitiv och iiflxflctiv koppling åtgärdas genom att öka avstånden till störkällan och dess kozidxflctiva förbindelser, genom och genom av optiska fibrer eller signalkablar med tvinnade par och differential dataöverföring (r ex EIA standard Rs 485 e111er Rs 422 A).

Ett ytterligare sätt är genom strålning, varvid störkällan avger elektro- magnetisk strålning, som tager sig in i den störda apparaten.

Störningar genan strålning åtgärdas genom att den störda apparaten och dess tilledningar förses med elektriska och magnetiska avskärmxiirxgar, eventuellt i Ikombination med optiska fibrer.

Av det ovanstående framgår att effektiva åtgärder finns mot alla störningar utom de som sig till eller kopplas via konduktiva förbindelser för kraft och jord. Med den ökade störkänslighet, som ges av snabbare och kraftfullare datorer och av datanät Ined snabbare och större dataflöden, så kan man konstatera att de konduktiva förbindelser som behövs för kraft- överföring och jord är en nrycket svag punkt i störskyddet.

Genom föreliggande Iippfinnirxg åstadkamnes en anordning för trådlös överföring av elektrisk energi, vid vilken all konduktiv förbindelse till en dators eller ett datanäts känsliga delar brytes så att inkoppling av 10 15 20 25 30 35 465 946 3 effektivt förhindras. Genom användning av uppfinningen tillsammans med kända åtgärder för störskydd, såsom och galvaniskt isolerade eignalförbiraeleer, t ex eptielta fibrer och eptekøpplare, kan nan bygga datorer och datanät, som är okänsliga för störningar även i extremt stör- ningsrika miljöer.

Uppfinningen hänför sig till en anordning för överföring av elektrisk energi till elektrisk utrustning, främst datorer och datanät, vilken anordning är avsedd att anslutas mellan en spänningskälla och den elektriska utrustningen, innefattande en generator, vilken är avsedd att anslutas till nämnda spänningskälla och vilken är anordnad att alstra en högfrekvent mekanisk vågrörelse och innefattande ett överföringsorgan anordnat att överföra nämnda rörelse till en mottagare, vilket överföringsorgan innefattar ett omagnetiskt och elektriskt isolerande material, i- vilket den mekaniska vågrörelsen kan ledas, där nämnda mottagare, Vilken är avsedd att anslutas till den elektriska utrustningen, är anordnad att omvandla nämnda mekaniska vågrörelse till en elektriskt varierande och där nämnda generator och nämnda mottagare vardera innefattar ett piezoelektriskt element, vilket står i mekanisk förbindelse med nämnda överföringsorgan, och utmärkes av, att nämnda överföringsorgan är i form av en stav eller motsvarande lång- sträckt organ, av att mottagarens piezoelektriska element är anslutet till överföringsorganets första ände medan generatorns piezoelektriska element är anslutet till överföringsorganets andra, Incrtsatta, ände och av, att generatorns piezoelektriska element är anordnat att alstra longitudinella lnekarliska vågor i överföringsorganet samt av, att ett stavformigt element är placerat på motsatt sida om vardera av de piezoelektriska elementen relativt överföringsorganet, vilka stavformiga element är anordnade att akustiskt anpassa de piezoelektriska elementen till överförjngeorganet.

I det efterföljande behandlas exemplifierande utföringsformer av upp- finningen, vid vilken överföring av elektrisk energi åstadkommas till kraftaggregat, vilka skall förse datorer och datanät med elektrisk spänning, utan att samtidigt överföra elektriska och magnetiska Upp- finningen kan givetvis även tillämpas i sådana fall, då det föreligger behov att över korta avstånd trådlöst överföra elektrisk energi utan att skapa en korxdlllctiv förbindelse. Uppfinningen är inte begränsad till något visst sådant användningsområde. 10 15 20 25 30 35 465 946 4 Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas ned hänvisning till bifogade ritningar, där - Fig 1 visar en principiell utförirxgsfom av uppfinningen.

- Fig 2 visar ett exenpel på hur datorer och datanät trådlöst kan förses ned elektrisk energi.

- Fig 3 illustrerar en utföringsform, där en piezoelektrisk sändare av t ex keramik sänder och en piezoelr-flctrisk detektor av t ex keramik mottager en ultraljudvåg, vilken transmitteras genom en stav av elektriskt isolerande och omagnetiskt material t ex porslin eller glas.

- Fig 4 illustrerar en utföringsforrn, där en anordning enligt uppfinningen ges en ökad effektivitet genom att ingående piezoelektriska sändare och mottagare på en sida avslutas av ett material ned en motsvarande en fjärdedels våglängd vid den ultraljuafravensen.

- Fig 5 illustrerar en utföringsform där en anordning enligt uppfirmirxgen kan överföra en större elektrisk effekt genom att piezoelelctrislca sändare och Inottagare ges en Inekanisk förspännirxg.

- Fig 6 illustrerar en utförirxgsform, där ett mått på den elektriska effektförbrlflmingen på förbrukningssidan via en optisk fiber överföres till mttagnirægssidan, så att förluster och i resonansfrekvens i den piezoelektriska kan kcmpenseras.

- Fig 7 illustrerar en utföringsform, där en piezoelektrisk plastfilm användes som sändare och mttagare för trådlös överföring av elektrisk energi Ired hjälp av ultraljud.

- Fig 8 visar hur elektriskt isolerande material nellan en piezoelektrisk sändare och mottagare kan anordnas för spänningstransforxrerirxg genom att förses ned en sektion, som är en fjärdedels våglängd lång vid den överförda ultraljudfrelzvensen.

- Fig 9 visar hur flera elektriskt isolerade spänningskällor åstadkommes genom sektionering av förbrukningssidan.

- Fig 10 visar hur sektionering av förbrrukningssidan i kombination med sektioner av längden en fjärdedels våglängd kan ge spänningskällor sins- emellan isolerade och ned vald - Fig 11 illustrerar en utföringsform, där ultraljud överföres genom en elekmiskt isolerande - Fig 12 illustrerar en utföringsform, där en ultraljudvåg exiteras i en elektriskt isolerande stav ned hjälp av en nvagnetostrilctiv stav.

- Fig 13 illustrerar en utförirlgsform, där en ultraljudvåg exiteras genom att sättaettmagnetislctnexzvbranismängrxirng. 10 15 20 25 30 465 946 5 - Fig 14 illustrerar en utföringsform, där en ultraljudvåg exiteras genom att sätta ett membran i genom att påverka en lättrörlig spole.

- Fig 15 och 16 illustrerar två olika utföringsformer, där en ultraljudvåg exiteras genom att nxekanislct sätta ett membrran i - Fig 17 visar ett från omgivningen elektriskt isolerat datanät i form av en strömslinga, där sändare och mottagare är anslutna via optokopplare och där strömslixxgan är driven av ett kraftaggregat enligt uppfinningen.

- Fig 18 visar en drivkrets till en signalkabel för differentiell, balanserad som är ansluten och driven utan elektrisk kontakt.

- Fig 19 visar en elektriskt isolerad databuss, som är driven med hjälp av kraftaggregat med sektionerad förbrukningssida, såsom illustreras i fig 9 OCh 10. .

- Fig 20 illustrerar hur en dator kan göras helt resistent mot elektriska och magnetiska störningar genom att förses fred en elektrisk och magnetisk skärm, ha signalförbindelser och givare anslutna via optiska fibrer samt få nödvändig elektrisk energi trådlöst Överförd.

- Fig 21 visar en elektriskt isolerad övergång, repeater, mellan t ex _två koaxialkablar.

Uppfinningens principiella ftmlction framgår av fig 1.

En generator 10,11 förefinns, vilken är avsedd att anslutas till en extern spänningskälla, såsom det allmänna nätet och vilken är anordnad att alstra en högfrekvent mekanisk vågrörelse. Siffran 10 betecknar en elektrisk högfrekvensgenerator. Siffran 11 betecknar en generator anordnad att omvandla den högfrekventa elektriska spänningen till en mekanisk vågrörelse. Vidare förefinns ett överföringsorgan 12 anordnat att överföra rmärnnda rörelse till en :mottagare 13, vilket överföringsorgan 12 innefattar ett omagrxetislct och elektriskt isolerande material, i vilket den elektriska vågrörelsen kan ledas. Mottagaren 13, vilken är avsedd att anslutas till den elektriska utrustningen, är anordnad att onxvandla nämnda vågrörelse till en elektriskt varierande medelst ett piezoelektriskt element, vilket står i lnekarlisk förbindelse med rzänlrfla överföringsorgan 12.

Siffran 14 betecknar en krets innefattande en likriktare och en transfor- mator, via vilken krets mottagarens 13 piezoelelctriska element är anslutet till den elektriska utrustningen. 10 15 20 25 30 35 465 946 6 Genom den besla-ivna anordningen omvandlas således elektrisk energi till vibrationer, vilka överföres från generatorn till mottagaren genom över- föringsorganet och vilka vibrationer omvandlas i lnolztagaren till elektrisk energi. Det är föredraget att vibrationerna har ultraljlldfrelcverls.

Av fig 2 framgår uppfinningens tillämpning för trådlös överföring av elektrisk energi till datorer och datanär. Datorerna 20,22 och 23 är anslutna till kraftaggregat 24, Via Vilka de erhåller trådlöst Överförd elektrisk energi. Datorerna 20 och 22 är inbördes förbundna av en datbuss 21, till vilken de är anslutna via optokopplare. Databussen av ett kraftaggregat 24 enligt Ilppfilmirlgen med flera isolerade Datorerna 22 och 23 är signallnässigt förhmclln av optiska fibrer. Datorn 23 har en sensor, en givare 25, ansluten via en optisk fiber. Datorn 22 har via an scranalinga 27 analumng till mfiaramatar 26. Anslutning till strömslillgan är över optokopplare och strüuslirlgan 27 av ett lcraftaggregat 24 enligt llppfizmirlgen. Datorn 20 driver en signallednillg med differentiell, balanserad (t ex RS422) . Till signal- ledningen är anslutna mottagare 28 via optokopplare och sändare 29, vilka drives av lcraftaggregat 24 enligt Ilppfilmingen.

Fig 3 visar en utföringsform av llppfirmirrgen, där 30 betecknar raänlrlda elektriska högfrekvensgenerator, som arbetar vid t ex 40 kHz och som drives av tillförd elektrisk energi. Högfrelwensgeneratorn 30 är ansluten till en skiva eller ring 31 av t ex piezoelektrisk keramik, såsom blyzirconat, blytitanat och med Inetallskilct anbragta på var sina motstående sidor. När en från generatorn 30 pålägges över Inetallskilcten, så genererar skivan 31 ultraljlldslrärlgnillgar. Tjockleken på skivan 31 bör väljas så att den är nära resonant vid generatorns 30 frekvens. Den alstrade ultraljud- effekten kopplas lnekarzislct till ett i form av en stav 32 av anagnetiskt och elektriskt isolerande material med goda akustiska egenskaper t ex glas eller porslin, genan att skivan 31 är ansluten till staven 32. Till stavens 32 andraändeärenlnottagare33 avsamlnallppbyggnad somskivan31ansluten. När 33r1åsavdengencanstaven32 sända ultraljudvågen alstras en elektrisk av sarmna frekvens som ultra- ljudvågen mellan de två lnetallskikten. Denna transformeras före- trädesvis i en transformator 34 och likriktas i en likrilctarbrygga 35.

Enl. denna lrtförirlgsform innefattar således generatorn ett piezoelekàiskt 10 15 20 25 30 465 946 7 element 31, vilket är anslutet till nämnda stavs 32 andra ände medan mottagarens piezoleketriska element 33 är anslutet till stavens 32 första ände.

Vid en jämförelse med fig 1 motsvarar således högfrekvensgeneratorn 30 blocket 10; det piezoelektriska elementet 31 blocket 11; staven 32 över- föringsorganet 12; mottagarens piezoelektriska element 33 blocket 13 samt transformatorn 34 och likrilctaren 35 blocket 14.

Nedan användes i samband med olika utföringsformer beteckningarna 30,31, 32,33,34 och 35 för element motsvarande de i fig 3 visade elementen.

För att förbättra in- och utkoppling av ultraljud in i och från staven 32 är det fördelaktigt att de fria ändarna av de piezoelektriska elexnenten 31 och 33 är avslutade av stavforrniga elanent 36 och 37, med god akustisk transmission och med en längd av en fjärdedels våglängd vid den aktuella frekvensen, såsom visas i fig. 4. För att förbättra anpassningen till stavens 32 akustiska inpeaans kan det vara en fördel att lägga in Smk: av annat lämpligt material 321 och 322 mellan de piezoelektriska elementen 31 OCh 33 OCh staven 32.

Den ultraljudeffekt, som kan överföras begränsas av hållfasthetetï i de piezoelektriska elementen 31 och 33 och deras fogar mot stavarna 32,36 och 37. Som visas i fig 5 kan denna hållfasfluet ökas genom Inekarlislt förspänriiiig åstadkommen av gängade och åtdragna bultar 38 och 39.

För att få god överföring av,samt oznvalidliiag till och från akustisk energi är det viktigt att de piezoelektriska elementen 31 och 33 är nära resonanta vid frekvensen för högfrekvensgeneratorn 30. När det elektriska effektuttaget på förbrukningssidan ändras, så ändras resonansfrekvens och godhetstalet för de piezoelektriska elementen 31 och 33, vilket ger en icke önskvärd av verkningsgraden. Fig 6 visar en avkänningsanordning 60, som är anordnad att avkänna ström och på förbrukningssidan och överföra dessa värden via en optisk fiber 61 till en regl 62, vilken är anordnad att reglera generatorns 30 frekvens så att maximal verlmingsgrad erhålles. Maximal verkningsgrad erhålles när det mekaniska systemet inne- fattande överförignsorgarxet svänger med sin resonansfrekveris. Ett motsvarande reglersystem kan tillämpas på alla de ovan och nedan beskrivna utförirags- 10 15 20 25 30 465 946 8 formerna så när som på utföringsfornxerna beskrivna i samband med fig 15 och 16.

I fig 3-6 visas utföririgsformer enl lippfirmiiigen, där piezoelektrisk keramik användes för att omvandla elektrisk energi till akustisk energi, överföra derma och åter auvandla derma till elektrisk energi. Optimalt utförda sådana anordningar kan carmvarxila och överföra effekter åhniristone upp till 1oo watt med verknjngsgrader upp till 90%.

För den angivna effekten har kraftaggregatet 24 en naturlig storlek, som ungefär :notsvarar storleken i fig 3.

I fig 7 visas en utföringsform av Iiçpfizmizagen, där en på båda sidor metallbelagd plastfilm användes för att cmvandla elektrisk energi till akustisk och vice versa. Det är känt att plasten polyvirxyliderufluorid efter behandling med vänne och starka elektriska fält uppvisar piezo- - elektriska egenskaper. Den piezoelelktariska plasten har lägre akustisk inpedans och tål en högre elektrisk fältstyrka än piezoelektrisk keramik.

Detta underlättar anpassningen till elektriskt isolerande material, som ofta har låg akustisk impedans, samt möjliggör överförande av större effekter. Enl utföringsfornen är en högfrekvensgenerator 70, vid tex 40 kHz, , driven av tillförd elektrisk energi och är kopplad mellan de två :netallslciicten på en piezoelektrisk plastfilm 71. Plastfilmen 71 alstrar därigenom en ultraljudvåg, san 'transmitteras genom en stav 72 eller ett skikt av cmagnetiskt och elektriskt isolerande material. Ultraljudvågen mottagæ av en likaledes metallbelagd, piezoleketrisk plastfilm 73. Den elektriska spänningen från piezo-filmen 73 anfonnas i en transformator 74 och lilnriktas i en likriktarbrcygga 75 för att ge önskad på för- idan. Bakom filmerna 71 och 73 ligger stavar eller skikt 76,77 :motsvarande de ovan beskrivna stavformiga elementen 36,37, vilka gencan akustisk impedans och akustisk längd, c:a en fjärdedels våglängd är anord- nade att anpassa filmerna 71,73 till materialet 72.

I utföringsfonrxenia visade i fig 7-10 motsvarar detaljen 70 blocket 10 i fig 1, medan detaljen 71 motsvarar blocket 11, detaljen 72 överföringsorganet 12, detaljen 73 blocket 13 samt transfonnatorn 74 och liJcr-ilctaren 75 blocket 14. Dessutcm iimefattas elementen 76 resp 77 i generatorn 11 resp mottagaren 13 i fig 1. 10 15 20 25 30 35 465 946 I fig 8 visas staven 72 utformad för att ge en spänningstransformering mellan filmerna 71 och 73. Vid filmen 73 har staven eller skiktet 72 ett annat tvärsnitt eller en annan akustisk impedans (ljudhastíghet) än vid filmen 71. Staven 72 är så utformad att den har en eller flera mellanliggande längdsektioner med ett tvärsnitt eller en akustisk impedans (ljudhastighet) , som är skild från tvärsnittet vid stavens resp. ändar dvs vid filmerna 71 och 73. Om en dylik mellanliggande längdsektion användes, så är dess effektiva akustiska impedans, uttryckt i tvärsnitt eller ljudhastighet, det geometriska medelvärdet mellan värdena vid filinenia 71 resp 73. Bakom filmerna 71,73 ligger stavar eller skikt 76,77, vilka genom akustisk impedans och akustisk längd, c:a en fjärdedels våglängd, är anordnade att anpassa filmerna till staven 72.

På mottagarsidan kan man åstaclkorrmaa flera från varandra elektriskt isolerade mottagare på sätt som illustreras i fig 9. Detta åstadkormnes genom att filmen 73 sektioneras i så många elektriskt isolerade sektioner som man önskar elektriska spänningskällor. Sektionerirngen av filmen 73 kan ske antingen på de båda netallbelä eller genom hela filmen. Bakom filmen 73 ligger stavar eller skikt 77, vilka genom akustisk impedans och akustisk längd, c:a en fjärdedels våglängd, är anordnade att anpassa filmen 73 till staven 72. Staven 72 är lämpligen, men ej nödvändigtvis sektionerad i enlighet med sektioneriragen av filmen 73. Härvid kan staven 72 vara så utförd att den vid dess vid mottagaren belägna ände, där den sektionerade filmen förefinns, uppvisar två eller flera utsprång, vilka vart och ett samverkar med en sektion av flmen 73. Till varje sektion av filmen 73 är separat anslutet en transformator 74 och en likrilctarbrygga 75, även om bara två dylika anslutningar visas i fig 9.

I fig 10 visas en utföringsform för att uppnå spänningstransforrnering i samband med energiöverföring till flera isolerade spänningskällor enl fig 9. Detta uppnås genom att sektionera staven 72, så att nämnda utsprång 80, 81, 82 ges en betydande längd och där varje utsprång innefattar två eller flera längdsektioner s3,a4;e5,s6,a7,as ned olika stora tvärsnitt, där ändlytan av varje utsprång samverkar med en film 73. Bakom filmerna ligger, på ovan angivet sätt, stavar eller skikt 77 för att erhålla akustisk anpassning till resp utsprång. Företrädesvis utformas de olika längd- sektionerna med en längd, som motsvarar en fjärdedels våglängd hos den i 10 15 20 25 30 465 946 10 längdsektionerna frdwensen.

Vidare är enl en ytterligare utförirlgsfonn olika längdsektioner av olika material med olika akustiska egenskaper.

Cm man önskar placera de olika spänningskällonaa på skilda, men närliggande ställen kan det vara praktiskt att de olika nämnda larxgdselct" ionerna är olika långa för de olika llon1a. I fig 10 Iippvisar det inre avsnittet 101 en lägre ljudhastighet än avsnittet 102. Avsnittet 103 Llppvisar en högra ljudhastighet än avsnittet 102. Denna ölming av ljudhastigheten, räknat inifrån, kan ske stegvis eller gradvis. Denna variation av ljud- hastigheten över tvärsnittet k den akustiska energin till sektionens centrum, vilket medger längre överföringsavstånd.

I de utföriixgsfornaer av Lzppfiianiiagen, som visats i fig 3-10 överföres således den akustiska energin genom fasta elastiska material, vilka är magnetiska och elektriskt isolerande.

Enl en ytterligare utförirxgsfom av uppfinningen överföres den akustiska energin medelst ett innefattande ett flytande material.

Denna utföririgsfonn illustreras i fig 11.

I fig 11 visas ett rör 110, i vilket ett flytande material 111 är inneslutet.

Det flytande materialet är elektriskt isolerande och cmagnetislct. Enl en föredragen utförirxgsfom utgörs det flytande materialet av destillerat vatten eller en elektriskt isolerande olja. Även röret är av ett elektriskt isolerande och cxnagnetiskt material, företrädesvis glas eller plast.

Rörets 110 ändytor utgöres enl en xrtföringsform av Inemhran 113,114, till vilka ett piezoeleketriskt element 31,33 är anslutet. Alternativt kan resp piezoeleketriskt element 31,33 utgöra rörets resp gavel.

Generatorn irmefattar således ett vid rörets 110 ena ärxdyta anbragt piezo- elektriskt elanerxt 31, vilket är anordnat att matas av en eléctrisk hög- frekvensgenerator 30. Vidare är således :mottagarens piezoelektriska elexnent 33 anslutet till rörets andra 10 15 20 25 30 465 946 11 Enl denna utföringsfonn överföres ultraljudvågen huvudsakligen eller helt medelst det flytande materialet. ' Den i mottagaren genererade spänningen transformeras i en transformator 34 och likrilctas i en lilmilctarbrygga 35.

Ovan har utföringsfornner beskrivits, där ultraljudvågor exiteras medelst en sändare i form av ett piezoelektriskt element.

Nedan beskrivas utförirxgsfomer av Llppfiimizigen, där exitering av ultra- ljudvågor sker på annat sätt.

I fig 12 visas ett utförande, där en ultraljudvåg bringas att exiteras medelst ett Inagnetostriktivt stavformat elenent 120, av t ex järn eller kobolt, på vilken är lindad en spole 121.Spolen 121 matas med högfrekvent från en högfrelwensgenerator, varvid staven 120 vibrerar i med generatorns frekvens och exiterar en ljudvåg i en elektriskt isolerande och omagnetisk stav 32 av ovan angivet slag, till vilkens ena ärldyta nämnda element 120 är fästat. Ljudvågen omvandlas till elelctrisk i den piezoelektriska mottagaren 33 och transformeras med en transformator 34 och likrilctas med en likriktare 35. Den fria änden av elementet 33 kan vara anslutet till en stav 37 med den akustiska längden en fjärdedels våglängd, såsom beskrivits ovan.

I fig 13 visas ett utförande, där en ljudvåg bringas att exiteras medelst ett magnetiskt membran 130, vilket attraheras av en permanenünagnet 131, som är försedd ned en lindning 132. Attraktionen sker i takt med en elektrisk spänning, som påläggs på lindrlingen 132 medelst en högfrelwensgenerator, varvid en ljudvåg eller vihration exiteras i staven 32, vilken är nelcaxmislct förbunden med nembrarxet 130. Ljudvågen onrvandlas till elektrisk i en piezoelektrisk mottagare 33 och transforneras med en transformator 34 och likrilctas i en lilcilctare 35. Den fria änden av elementet 33 kan vara ansluten till en stav 37 med den akustiska lärxgden en fjärdedels våglängd.

I ett utförande visat i fig 14 förefinns ett membran 140, som är fast förbandet ned en lätt, elektrisk spole 141. Spolen är anordnad att röra sig i det magnetiska fältet från en elektromagnet 144, vilken magnetiseras 10 15 20 25 30 465 946 12 av en likström genom en lindning 143. Spolen 141 matas från en hög- frekvensgenerator 142, varvid nembranet 140 rör sig i takt med den pâtryckta frekvensen och exiterar en ljudvåg i en magnetisk och elektriskt isolerande stav 32, vilken är förbanden med membranet 140. Ljudvågezx omvandlas till elektrisk i en piezoeleketrisk :mottagare 33 och transformeras med en transformator 34 och likriktas med en likrilrtare 35. Den fria änden av elenentet 33 kan vara ansluten till en stav 37 med den akustiska längden en fjärdedels våglängd.

Fig 15 och 16 visar anordningar för att exitera en ljudvåg i en magnetisk och elektriskt isolerande stav 151, genom mekaniska medel, såsom slag mot stavens ena ände. Staven 151 är därvid via en piezoelektrisk mottagare 152 mekaniskt förbunden med ett nelnbran 150. Delarna 150,151 och 152 utgör tillsammans ett mekanislct med en bestånd hög egenresomns- frekvens. Detta bringas att exiteras genom suooessiva slag, med tidsintervall nellan slagen så avpassade att de exiterade själv- ej i väsentlig hinner klinga av. De exiterade självsvärignirnganma, ljudvågen, cxnvandlas till elektrisk i den piezoelektriska mottagaren 152 och transfonneras i en transformator 154 och likriktas i en lilmilctare 155.

Slag mot stavens 151 fria ände kan alstras ned vilken som helst lämplig mekanisk slaganordning. I fig 15 illustreras detta med ett elektriskt drivet tandhjul 153 och i fig 16 med en elektriskt driven vibrator 163.

Slaganordningen är således anordnad att slå mot staven med en frekvens, scan väsentligen understiger rnänmda egenresoruansfrelwexzs.

Ovan har de olika utföringsfornerna beskrivits, där elektriska och magnetiska icke kan passera från generatorn till mottagaren.

För att helt skydda en elektrisk utrustning, vilken matas ned energi nedelst föreliggande kraftaggregat 24 är det föredraget att en skärm, såsom ett metallnät eller ett netallnelnbran är anordnad genan tvärs den mekaniska vågrörelsens propagerirmgsrilctiiiixg och plaærad i en nod utbildad då mtas ned den avsedda frekvensen hos gereratorn. Vanligen finns en nod mitt emellan övenïöringsorgarxets Skärnenöravseddattanslutastillenyttreslcärm, scxnomgerdenutrust- ning, som önskas skyddad för att därigencm utbilda en Faradays bur kring 10 15 20 25 30 465 946 13 utrustningen. I fig 5 illustreras en dylik skärm av ett i staven 32 ingjutet Inetalllneinbran eller metallnät 51.

I fig 11 illustreras en dylik skärm med ett genom det flytande materialet 111 och röret 110 löpande Inetallinernbran eller metallnät 112.

Vid utnyttjande av utföringsformer, där ett elektriskt ledande Inembran utnyttjas i anordningen, såsom i utföringsformerna visade i fig 13, 14, 15 och 16 är det föredraget att ansluta membranet till den yttre skärmen, exermpelvis ett plåthölje, som omger den utrustning, som önskas skyddad för att därigenom utbilda en Faradays kur kirirzg utrustningen.

Fig 17 - 21 visar hur en anordning för överföring av elektrisk energi, enligt uppfinningen kan användas till störningsfria kraftaggregat för datorer och datanät.

I fig 17 betecknar 172 en strömkälla med tillförd elektrisk energi, enligt lippfixmiiigen, vilken driver en ström t ex 20 mA genom en strömslinga 170.

Till strönslingan 170 är kopplade ett flertal sändare/mottagare enheter, 171, vilka via optokopplare mttager digital signal i form av strömavbrott och sänder digitala signaler i form av Strömslixxgan är i övrigt utförd på sedvanligt professionellt sätt t ex med tvinnad parledning.

En fördel ur störningssynpurflct är att man får en strömslirxga, som är elek- triskt isolerad från omgivningen samt sändare/mottagare enheter, som är elektriskt isolerade såväl från strömsliiigan som inbördes.

För att medge en snabbare dataöverföring över längre avstård har förbättrade metoder för dataöverföring på tråd utvecklats. En sådan metod en differentiell, balanserad drivning av en parledning och har standardiserats itexEIARs 422 e11erEIARs4s5. I fig 18 visashurensådanparlednirg kan elektriskt isoleras från anslutna sändare och Irbttagare. En ansluten mottagare kan på känt sätt isoleras från parledningen. En sändare är däremot aktiv och sänder via två utgångar ut en signal och dess kcmplemxwentär på parledningen, varför sändarens driver-del (slutsteg) måste ha galvanisk kontakt med parledningen. I fig 18 visas en driver 180, för en sändare, vilken driver en parledning 181. Drivern 180 får sin elektriska energi via ett kraftaggregat 182 enligt lippfirmixigen. Signaler till drivern 180 kopplas in via optokopplare 183. Parledningen är i övrigt utförd på sedvanligt 10 15 20 25 30 35 465 946 14 professionellt sätt t ex med tvinnad parledrdrig. En fördel ut störsynpunkt är att man får en parledrairig för differentiell, balanserad drivning, som är elektriskt isolerad från omgivningen och från anslutna sändare och mottagare.

I fig 19 visas hur i en databuss de olika bitledningarïxa kan isoleras elektriskt från angivningen och från varandra. I en databasslednirmg 190, utgöres varje bitledning 191 av en strömslirzga. Siffrorna 194 och 195 betecknar datorer. Till varje strëmslinga är kopplad en strömgenerator 192, vilken får elelktrislc energi tillförd enligt wappfirmirigen och driver enstråntexwznägerncnnstrünslixzgan. Såsanvisas ifig9 och10kanden elektriska energikällan vara gemensam på :nottagraiiigssidan för att sedan på förbrukningssidan genom sektionerirrg ge flera energikällor, en till varje bitledning, vilka är inbördes elektriskt isolerade samt isolerade från omgivningen. Kammanikation med databussen sker genom att till varje bit- ledning är anslutna särxiare/mttagareenheter 193, vilka via optokopplare sänder och mottager digitala signaler i form av Fig 20 visar hur en centralenhet 200 i en dator helt kan isoleras mot elektriska och magnetiska Centralenheten 200 är omgiven av en elektrisk och magnetisk skärm 201 utförd i t ex Iny-Inetall. Elektrisk energi tillföres på sätt san visas i t ex fig 4 och 5 genom att en ultraljudvåg transmitterasgerunenstav32, vilkengårinietthåliskännenzm.

Staven 32 exiteras så att en nod ligger vid genomgången av skärmen 201 och att vid derma nod ett inetalhnerxwbran eller lnetallnät 51 är ingjutet i staven och elektriskt förbundet med skärmen 201. All konmunilmtion mellan central- enheten 200 och cmvärlden sker via optiska fibrer 202, vilka passerar genomhåliskärnxerazol. Tilldeoptislæfibrernakanvaraarslutnatex sändare/Inottagare enheter 203 eller sensorer 204.

Fig 21 illustrerar hur en signalförbindelse via t ex en tvinnad parledning eller en koaxialkabel kan brytas upp i flera sektioner, exerrplifierat av sektionerna 210 och 211, vilka är elektriskt: isolerade från varandra och från omgivningen. I slutet av sektion 210 sitter en mottagare 212 och en sändare 213, vilken drives av ett kraftaggregat 214 enligt IJppfiJmiJ-igen. I början av sektion 211 sitter en sändare 215 och en mttagare 216, vilka drives av ett kiraftaggr-egat 217 enligt uppfinningen. Sändaren 215 får via en optokopplare 218 signaler från :nottagaren 212 och sändaren 213 får via 465 946 15 en optokopplare 219 signaler från mottagaren 216. Kraftaggregaten 214 och 217 kan i enlighet :med fig 9 och 10 drivas av en gemensam energikälla på primärsidan. ' I det ovanstående har olika utföranden och tillämpningar av uppfinningen beskrivits. Kombinationer av utföranden och tillämpningar kan även utföras på många andra sätt, vilket är uppenbart för varje fackman.

Föreliggande uppfinning skall således inte anses begränsad till de ovan angivna utföringsfonnerna, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (14)

10 15 20 25 30 465 946 16 Patentkrav

1. Anordning för av elektrisk energi till elektrisk utrust- ning, främst datorer och datanät, vilken anordning är avsedd att anslutas mellan en lla och den elektriska trtrusüiirrgen, innefattande en generator, vilken är avsedd att anslutas till nämnda spänningskälla och vilken är anordnad att alsiïa en högfrekvent Inekanisk vågrörelse och innefattande ett anordnat att nämnda rörelse till en Inottagare, vilket innefattar ett anagnetiskt och elektriskt isolerande material, i vilket den vågrörelsen kan ledas, där nämnda mottagare, vilken är avsedd att anslutas till den elek- triska utrustningen, är anordnad att auvandla nämnda mekaniska vågrörelse till en elektriskt varierande och där nämnda generator och nämnda :nottagare vardera innefattar ett piezoelektriskt element, vilket står i nxekanislcförbizudelsernedrmänmdaöverföríimgsorgan, kännetecknad a v, att rzänrrxda överföringsorgan (12;32;72;l10,111) är i form av en stav eller nntsvararnde långsträckt organ, av att mttagarexis (13 ,14;33-35;73- 75) piezoelektriska element (31;33;73) är anslutet till överföringsorganets första ände medan generatorns (10,11;30,31;70,71) piezoelektriska element (31;71) är anslutet till överföringsorgariets andra, mtsatta, ände och av, att generatorns piezoelektriska element (31;71) är anordnat att alstra longitudirxella Inekarlislca vågor i (12 ;32 ;72;l10-111) samt av, att ett stavfonnigt element (36,37;76,77) är placerat på motsatt sida om vardera av de piezoelelctrislia (31;33;7l;73) elementen relativt överföringsorgarxet, vilka stavformiga element (36;37;76,77) är anordnade att akustiskt anpassa de piezoelektriska elementen till överföringsorganet.

2. AnordningenligtlcravLkännetecknad amattnänmda nnttagares (13,14;33-35;73-75) piezoelektriska element(33;73) är anslutet till en likrilctare (35;75) företrädesvis via en transformator (34 ;74)

3. Arlordriirlgerlligtlcravleller2,kännetecknad av,att nämnda som är i form av en stav (32;72,-151) eller mot- svarande är av ett fast och elastislct naterial, företrädesvis glas eller porslin.

4. Anordningeliligtlaavleller2,kännetecknad av,att nämnda i form av ettrör (110) av maagrxetislct och 10 15 20 25 30 465 946 17 elektriskt isolerande material, vilket innesluter ett flytande material (111) , vilket är omagrietislct och elektriskt isolerande, där generatorns piezoelektriska element (31) är anslutet till rörets (110) ena ände, samt där mottagarens piezoelektriska element (33) är anslutet till rörets (110) andra ände. '

5. AnordningenligtkravLkännetecknad amattnämnda generators piezoelektriska element (3l;7l) är anordnat att matas med en högfrekvent från en högfrekvensgenerator (30 ;70) .

6. Anordningerxligtlcrav5,kännetecknad av,attstaven (72) vid dess ena ände har ett tvärsnitt, vars storlek skiljer sig från stavens tvärsnitt vid dess andra ände och av, att mellan ändarna en eller flera Inellanliggande längdsektioner av staven förefinns, vars tvärsnitt skiljer sig från tvärsnittet vid stavens resp

7. Ar1ordningenligtlcrav5,kännetecknadav,attnä1nnda mottagare (73-75) är uppdelad i två eller flera elektriskt från isolerade mottagare, genom att mottagaren innefattar två eller flera elektriskt från varandra skilda piezoelektriska element (73) av, att staven (72) vid dess vid mottagaren belägna ände uppvisar två eller flera utsprårag (80-82) , vilka samverkar med var sitt av nämnda elektriskt från varandra isolerade piezoelektriska element (73) .

8. Amrdnirxgeiiligtkravfi kännetecknad av,attett eller flera av nämnda utsprång (80-82) innefattar en eller flera längd- sektioner (83-88) med olika stora tvärsnitt.

9. Anordningenligtkrav6eller8, kännetecknad av, att olika längdsektioner (83-88) är av material med olika akustiska egen- skaper.

10. Anordningeliligtnågotavlcravenl-9, kännetecknad a V, att rxänxncia piezoelektriska element (31,33) utgöres av en skiva eller ring av en piezoelektrisk keramik, vilken skiva eller ring är på dess mtståerxde sidoytor försedd med Inetallskildz. 10 15 20 465 946 18

ll. Anordningerxligtrzågotavlcravenl-9, kännetecknad a v, att rxämnda piezoelektriska elament (71,73) utgöres av en piezoelektrisk plastfilm, vilken på dess motstående sidoytor är försedd med ett Inetallskjlct.

12. Anordningerxligtnågotavlmavenl-ll, kännetecknad a v, att nämnda stavfonniga element (36,37;76,77) har god akustisk trans- mission och en längd, som motsvarar en fjärdedels våglängd hos den frekvens, som avses medelst nämnda stav.

13. Alnrdrxirmgexiligtnågotavlmavenl-lz, kännetecknad a v, att en skärm (51;112) , såsom ett metallnät eller ett nnetallmernbran är anordnad genom (32 ;1lO,ll1) tvärs den mekaniska Vågrör- elsens propagerirlgsrfltxmirxg od: placerad i en nod utbildad då överförings- orgarzet matas med den avsedda frekvensen hos generatorn (30,31) , vilken skärm (51;112) är avsedd att anslutas till en yttre skärm, som omger den Irtrusming, scan önskas skyddad, för att därigenoan utbilda en Faradays bur

14. Anordnzingerxligtrxågotavlcravenl-IB, kännetecknad a v, att till nxottagareli är anslutet en a (60) anordnad att avkännaströrnoclispärmiragpåmottagarsidanodiarmordnad att överföra denna irnfonrxation via en optisk fiber (61) till en regleranordnirag (62) , vilken regleranordrxmg är anordnad att reglera generatorns frekvens, så att maximal ver erhålles vid olika elektriska belastningar av mottagaren.