SE467077B - Generator foer akustiska tryckvaagor - Google Patents

Description

4 2 appÉåZer9¿7Zörn. En typisk högeffektljudsändare av sådant slag är baserad på vevstaksdrift med kolv i en cylinder, vars volym till en del bildar tryckkammare, ansluten till ett resonanshorn. Hornets impedans kan på grund av mekanismen aldrig motverka kolvrörelsen, förutsatt att den mekaniska drivkraften är tillräcklig. Denna typ av ljudalstring är på så sätt karakteriserad av extrema högimpedansegenskaper.

Mot bakgrund av verkningsgradens stora betydelse, särskilt vid generering av höga effektnivåer, har ytterligare en prin- cip utvecklats, där mekanismen för tryckkammarens oscillation kunnat förenklas och effektiviseras. Relativt hög impedans möjliggöres utan komplicerad vev- och kolvmekanism. Tillräck- ligt höga frekvenser kan åstadkommas - vid elmotordrift utan att rotationen måste växlas upp till hastigheter med besvä- rande masströghetsproblem. Denna nya princip baseras på ett dynamiskt magnetfält för kraftöverföringen till ett oscille- rande organ och kallas därför magnetodynamisk. Ett utförande, som är beskrivet i patentet SE - B - 452 541, innefattar en rotationssymmetrisk tryckkammare bildad av ett mantelformat spaltutrymme, vilket till sin volym periodiskt påyerkas av ett magnetfält i rotationsrörelse. Magnetkrafterna vid en periodiskt varierande spalt kan tack vare sin progressivitet i viss mån jämföras med krafterna vid mekaniskt kopplade mekanismer; man slipper dock en rad besvärande nackdelar.

Metoden erbjuder impedansegenskaper som kan förbättra anpass- ningen till resonanshorn.

Föreliggande uppfinning avser en generator av inledningsvis angivet slag; i syfte att uppnå hög driftsäkerhet, hög verk- ningsgrad och hög akustisk effekt under utnyttjande av ett fördelaktigt enkelt drivsystem har en tryckvågsgenerator en- ligt uppfinningen erhållit kännetecken som angivits i patent- kravet 1. I den magnetodynmiska generatorn enligt uppfinning- en förändras en tryckkammares volym med viss amplitud och frekvens. Båda storheterna bestämmes av ett varierande mag- netfält, exempelvis roterande med permanenta magneter. Tryck- kammaren är till sin natur och form ett magnetiskt gap, som kan vara mantelformat med en längs axelns ena riktning avta- gande,tvärsnitt. Genom att ena väggen i tryckkammaren är ax- ielltirörlig i förhållande till en motsatt begränsningsvägg åstadkommas volymändringar, vilka medför tryckvariationer i takt med rörelsen. Tryckvariationerna kan få en avsevärd amp- litud tack vare anslutning av tryckkammaren mot en hög utim- pedans; ett resonanshorn är här ett naturligt organ för över- föring till den yttre omgivningen.

För närmare förklaring av uppfinningen hänvisas till bifogade ritning, på vilken Fig 1 är en axialsektionsvy av en tryckvågsgenerator enligt uppfinningen, med en koniskt rotationssymmetrisk, axiellt rörlig trumma, Fig 2 är en utbredd mantelyta av en i generatorn ingående magnetrotor i 4-poligt utförande, vilket betyder 4 jämnt för- delade grupper av magneter, Fig 3 är en utbredd mantelyta av en magnetrotor såsom i Fig 2 men med dubbelverkande magnetsystem, och Fig 4 är en del av axialsektionsvyn enligt Fig 1 men med ett elektromagnetiskt styrt spärrdon för blockering av trummans oscillation. nl 3 467 077 Med hänvisning till Fig 1 innefattar den visade anordningen förutom en elmotor (1) för direktdrift av en konisk magnetro- tor (2) ett i huvudsak koniskt hus (3), som tillsammans med en gavelfläns (4) och en fästfläns (5) innesluter en axiellt rörlig, till väsentlig del stel trumma (6), ävenledes av konisk form. Trumman är elastiskt infäst längs husets perife- ri medelst en ringformad planfjäder (7) och är därtill cent- rerad vid lilländen med hjälp av dels en styrhylsa (8), dels en ringmagnet (9), som är fäst vid rotoraxeln och vars repul- sionsfält verkar mot minst tre permanentmagneter (10), som är anbragta på trumman.

Mellan trumman (6) och den av elmotorn (1) drivna rotorn (2) bildas det gap (11) med mantelformad utbredning, som utgör tryckkammare för den akustiska alstringen av en tryckvâg.

Härvid utgör rotorns koniska yta den i rummet fasta, eller mer exakt icke oscillerande, begränsningsväggen i tryckkamma- ren, medan trumman med sin skalkonstruktion bildar en axiellt rörlig vägg i tryckkammaren. När trumman rör sig axiellt, förändras tryckkammarens volym sålunda, att en rörelse i riktning mot rotorns storände medför en kontraktipn av tryck- kammaren, innebärande minskad volym - och vice versa. Trum- mans generatris är i figuren visad parallell med rotorns, men så behöver inte nödvändigtvis vara fallet. Ett mot lilländen ökande gap kan nämligen vara motiverat av aerodynamiska skäl, särskilt vid mycket höga effekter. Üscillationskrafterna pâ trumman âstadkommes i det visade ut- förandet med hjälp av magneter i roterande rörelse, i figuren visade såsom permanentmagneter (12) infattade i en rotor. Al- ternativt kan elektromagneter användas, fasta eller roteran- de. Utefter trummans ytteryta finns ävenledes ett antal mag- neter (13), som i likhet med rotorn kan vara arrangerade i grupper för att bilda poler i det totala magnetodynamiska systemet. Till sin fördelning motsvaras trummans magneter av magneterna på rotorns yta, för den avsedda samverkan av mag- netkrafterna över gapet. I princip kan varje pol utgöras av en enda magnet på trumman och en motsvarande på rotorn; om detta är tillräckligt beror på magneternas styrka och på ef- fektbehovet. Magneternas placering inbördes pâ trumma och rotorlväljes så, att tillräcklig attraktionskraft uppstår, även när gapet däremellan är maximalt. Enligt de fysikaliska lagarna innebär detta krav, att viss ändring av magnetflödet skall bli följden av varje ändring av gapet. Ytterläget av trumman, när gapet är maximalt, bestämmes i huvudsak av direktionskraften hos den ringformade planfjädern (7). Läget när gapet är minst bestämmas i första hand av den progressiva fjäderkraften genom inverkan av det kurvformade sätet (14) och i andra hand av en ansatsring (15), som slutgiltigt för- hindrar så stor rörelse att trumman berör rotorns yta.

Vid rotorns kringvridning under drivning medelst motor eller manuellt - genom mekanisk hopkoppling - utsattes trumman med sina magneter för krafter, som är tangentiella, radiella och axiella. De tangentiella vridningskrafterna har ingen funk- tionell verkan på trumman, eftersom denna är periferiellt förankrad längs fjäderns (7) kanter. En särskilt fördelaktig utföringsform, som kan vara befogad vid höga överföringsef- fekter, kännetecknas av att särskilda repulsionsmagneter (16) och (17) alstrar ett rotationen motriktat vridmoment, som har maximal styrka i det rotationsläge, då gapet mellan trumman och rotorn har sitt minimum och attraktionen härmed sitt max- imum. Denna anordning innebär reducerat krav pâ fasthållning längs den ringformade fjäderns periferier. 467 Û77 5 PATENTKRAV 1. Generator för akustiska tryckvàgor av hörbar frekvens eller lägre frekvens ned till och inom infraljudomrâdet, innefattande en till ett akustiskt resonansorgan ansluten tryckkammare (11), anordnad som ett spaltutrymme mellan tvâ begränsningsväggar, varav den ena är magnetiskt påverkbar för att bibringas en spaltutrymments volym periodiskt förändrande rörelse relativt den andra, ß k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att magneter (12), (13) på spaltutrymmets motsatta sidor är anordnade att genom periodiskt varierande magnetiska kraft- fält bibringa den nämnda ena begränsningsväggen (6) en oscil- lerande rörelse med komposanter såväl i begränsningsväggens utsträckning som tvärs spaltutrymmet. .u 2. Generator enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den nämnda ena begränsningsväggen till tryckkammaren ut- göres av en i huvudsak konisk, rotationssymmetriskt formad trumma (6), som är förenad till en fast del (4) medelst ett fjädrande organ (7), vars axiella kraft på trumman ökar företrädesvis exponentiellt med dess rörelse. \ 3. -Generator enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att en motordriven eller manuellt driven rotor (2) är anord- nad koaxiellt inuti trumman och att magneterna innefattar ett antal utefter rotorns mantelyta periferiskt jämnt fördelade permanent- eller elektromagneter (12), (12') och för samver- kan därmed utefter trummans mantelyta periferiskt jämnt för- delade permanent- eller elektromagneter (13), varvid magne- terna tillsammans bildar poler i ett magnetodynamiskt system. 4. Generator enligt patentkrav 3, k ä nln e t e c k n a d d ä r a v, att permanent- eller elektromagneterna är anordnade på sådant sätt, att kraftfälten mellan rotorns och trummans magneter strävar att bibringa trumman periodisk, axiell rörelse betingad av de momentana inbördes lägena av ä ena sidan rotorns och å andra sidan trummans magneter, när rotorn för- sättes i rotation. 5. Generator enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att magneterna på endera av eller båda sidorna av spaltutrym- met utgöres av elektromagneter med sina spolar genomflutna av elektrisk ström med en periodicitet anpassad efter den önska- de frekvensen hos tryckkammarens volymändringar.

"J 6. Generator enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att magneterna bildar så orienterade poler, att momentan attraktion uppstår mellan å ena sidan rotorns poler (12) och ä andra sidan trummans poler (13). 5 467 077 En speciell utföringsform av en tryckvâgsgenerator enligt uppfinningen innebär, att magnetkrafterna mellan rotorn och trumman omväxlande verkar i båda axialriktningarna. Magnet- fältet över gapet blir på detta sätt dubbelverkande, med andra ord omväxlande attraherande och repellerande. I Fig 3 visas, hur denna effekt àstadkommes genom att varannan magnet eller grupp av magneter - pol i magnetodynamisk betydelse - har omvänd polaritet. En förutsättning är att samma förhål- lande skall gälla för trumman.

Utföringsformen med dubbelverkande magnetsystem har en av sina fördelar däri, att âterföringskraften hos den ringforma- de fjädern (7) kan göras mindre utan samma krav på att fjä- derkraften i en rörelsefas skall upphäva attraktionskraften; detta är särskilt vid stora maskiner praktiskt betydelse- fullt. En annan fördel med växelverkan ligger däri, att lägre frekvenser kan genereras, genom att en 2-polig generator (det enklaste fallet) vid ett varvs kringvridning ger en komplett cykel i tryckkammaren. Detta förhållande bör jämföras med att tvâ arbetscykler per varv genereras vid tidigare beskrivna utföranden utan växelverkan. Eftersom en allmänt jypisk för- del hos den magnetodynamiska tryckvågsgenereringen ligger i den maskinella enkelheten, är särskilt för alstring av in- fraljud eller frekvenser nära infraljud den omständigheten väsentlig, att elmotorer med vanligt förekommande standard- varvtal kan användas.

Det fysikaliska tryckvâgsförloppet blir vid dubbelverkande magnetodynamiskt system mera likt en sinuskurva än vad fallet blir vid enkelverkande system. Vid industriell användning av ljud - exempelvis för rörelseaktivering - kan en sinusliknan- de väg vara en produktionsteknisk fördel, eftersom övertoner hos tryckvâgen innebär störande ljud utan önskad effekt. Vid signalering däremot är det generellt en fördel om signalen är övertonsrik, vilket är en typegenskap vid magnetodynamisk ljudalstring med enkelverkande magnetsystem.

Claims (9)

467 077 5 PATENTKRAV

1. l. Generator för akustiska tryckvågor av hörbar frekvens eller lägre frekvens ned till och inom infraljudomrâdet, innefattande en till ett akustiskt resonansorgan ansluten tryckkammare (11), anordnad som ett spaltutrymme mellan tvâ begränsningsväggar, varav den ena är magnetiskt påverkbar för att bibringas en spaltutrymments volym periodiskt förändrande rörelse relativt den andra, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att magneter (12), (13) på spaltutrymmets motsatta sidor är anordnade att genom periodiskt varierande magnetiska kraft- fält bibringa den nämnda ena begränsningsväggen (6) en oscil- lerande rörelse med komposanter såväl i begränsningsväggens utsträckning som tvärs spaltutrymmet. .H *J

2. Generator enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den nämnda ena begränsningsväggen till tryckkammaren ut- göres av en i huvudsak konisk, rotationssymmetriskt formad trumma (6), som är förenad till en fast del (4) medelst ett fjädrande organ (7), vars axiella kraft på trumman ökar företrädesvis exponentiellt med dess rörelse. \

3. -Generator enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att en motordriven eller manuellt driven rotor (2) är anord- nad koaxiellt inuti trumman och att magneterna innefattar ett antal utefter rotorns mantelyta periferiskt jämnt fördelade permanent- eller elektromagneter (12), (12') och för samver- kan därmed utefter trummans mantelyta periferiskt jämnt för- delade permanent- eller elektromagneter (13), varvid magne- terna tillsammans bildar poler i ett magnetodynamiskt system.

4. Generator enligt patentkrav 3, k ä nln e t e c k n a d d ä r a v, att permanent- eller elektromagneterna är anordnade på sådant sätt, att kraftfälten mellan rotorns och trummans magneter strävar att bibringa trumman periodisk, axiell rörelse betingad av de momentana inbördes lägena av ä ena sidan rotorns och å andra sidan trummans magneter, när rotorn för- sättes i rotation.

5. Generator enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att magneterna på endera av eller båda sidorna av spaltutrym- met utgöres av elektromagneter med sina spolar genomflutna av elektrisk ström med en periodicitet anpassad efter den önska- de frekvensen hos tryckkammarens volymändringar. m

6. Generator enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att magneterna bildar så orienterade poler, att momentan attraktion uppstår mellan å ena sidan rotorns poler (12) och à andra sidan trummans poler (13). 7

7. Generator enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att magneterna på såväl rotor som trumma bildar utefter peri- ferin växlande poler mellan den ena och den andra polariteten för att alstra omväxlande attraktion och repulsion vid rota- tionen. 467 077

8. Generator enligt något av patentkraven 1 - 7, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att tryckkammarens nämnda ena vägg är temporärt blockerbar, företrädesvis i det läge då tryckkammarens volym är störst, under sådan inverkan av ett elektromagnetiskt fält eller ett elektromekaniskt reglerat magnetfält, att den väggen pâver- kande magnetiska attraktionen övervinnes.

9. Generator enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att tryckkammaren har ett tvärsnitt vars area minskar utefter axeln i lägre grad än linjärt i riktning mot resonansorganet.