SE468967B - Drivsystem foer akustiska aparater baserat paa en magnetkrets med en cylindrisk magnetostriktiv kuts som drivcell - Google Patents

Description

e 967 sändare som utnyttjar dessa effekter också i princip kan användas som mottagare.

Det finnes ett flertal olika utföringsformer av akustiska sändare. Vid lågfrekventa applikationer är det vanligt att de har en cylindrisk form med antingen cirkulär eller elliptisk tvärsnittsyta.

Det största problemet vid denna typ av sändare är att åstadkomma tillräckligt stor amplitud på svängningama. Därvid skulle man behöva antingen en stor sändaryta eller en liten sändaryta med stor svängningsarnplitud.

Tillkomsten av de så kallade högmagnetostriktiva magnetiska materialen har förbättrat förutsättningama för att få goda akustiska sändare. Med sådana material som drivelement kan man få amplitudförändringar som i stort uppgår till 30 gånger mer än motsvarande med piezoelektriska material. Sändare som utnyttjar dessa högmagnetostriktiva material har funnits i flera år. En egenskap hos sändare som utnyttjar högmagnetostriktiva material är att de måste förspärmas mekaniskt. Detta kan ske på olika sätt , exempelvis så som visats i US 4 438 509 med hjälp av förspända trådar.

En vanlig utföringsforrn för själva drivningen skall beskrivas närmare med utgångspunkt från en cylindrisk sändare med nära elliptiskt tvärsnitt.

Den cylindriska mantelytan består av ett elastiskt membran eller skal.

Inuti och parallellt med cylindems axel och med anliggning mot skalet befinner sig två tryckbalkar. Balkamas tvärsnittsyta är symmetriskt spegelvänd i förhållande till det elliptiska skalets lillaxel och varje balk avgränsas av den del av skalet som vänder mot storaxelns ände och en korda parallell med lillaxeln. Mellan balkama och med anliggning mot deras planparallella sidor är anordnat ett elektriskt styrt drivelement i form av en drivstav. Drivstavens längsaxel sammanfaller med det elliptiskt formade tvärsnittets storaxel och ligger lika långt från sändarens ändytor. I det fall då det är den magnetostriktiva effekten som utnyttjas utgörs drivstaven av ett magnetostriktivt material som med en omgivande lindning magnetiseras i takt med sändarens önskade frekvens. Om det är den piezoelektriska effekten som skall utnyttjas görs drivstaven av ett piezoelektriskt material. Drivstaven kan självfallet i sin helhet eller enbart till vissa delar bestå av ett material med önskade längdförändrings- möjligheter.

Den principiella utforrrmingen av en akustisk sändare som ovan beskrivits kan vad själva detaljema beträffar vara olika. En akustisk sändare med cylindrisk fonn och elliptisk tvärsnittsyta och med drivstavar av högmagnetostriktivt material beskrivs bl a i US 4 901 293 "A rare earth flextensional transducer". 3 468 967 I svenska patentet 89019053, "Anordning vid akustiska apparater" beskrivs en likaledes cylindrisk sändare med elliptiskt tvärsnitt.

Drivelementet består här av en kropp med motstående urspamingar i vilka drivstavar är införda. Drivstavama är i sin tur infästa i tryckstavar som på samma sätt som ovan påverkar membranet.

I svenska patentansökan 9003086-7 redovisas ett drivpaket för akustiska sändare bestående av en ram av magnetiskt material med fönster för inmontering av drivorgan och spännanordningar. Två fönster med drivorgan och ett mellanliggande fönster med en mekanisk förspännanordning bildar en kolonn som via trycktappar hos drivorganen och hål i ramen spänner inuti sändaren befintliga tryckbalkar i sändarens skal. Drivpaketet kan omfatta flera kolonner.

I det byggsystem som uppfinningen omfattar ingår magnetkretsar för magnetisering av det aktiva materialet i enlighet med US 4 914 412, "Magnetic circuit". Ingående magnetkretsar är avsedda att magnetisera cylindriskt formade kutsar av magnetostriktivt material, i axiell riktning i enlighet med US-patentet. Denna magnetkrets omfattar en magnetiserande spole, skivforrnade permanentmagneter för biasmagnetisering och skivor av mjukmagnetiska material vilka har en diameter som motsvarar spolens yttre diameter samt ett mjukmagnetiskt cylindriskt rör som omger den magnetiserande spolen. De mjukmagnetiska delarna ingår i de magnetiska kretsama där de magnetostriktiva kutsama ingår.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Drivsystemet för en akustisk apparat enligt uppfinningen omfattar ett antal drivdon placerade parallellt och symmetriskt mellan de tryckbalkar som enligt teknikens ståndpunkt ingår i dessa apparater. Drivdonen omfattar en fixturram inuti vilken befinnes två drivenheter med en mellanliggande mekanisk förspänningsanordning. Drivdonen har axiellt utgående tappar som ligger an mot de motstående tryckbalkama ingående i den akustiska apparaten.

Drivenhetema i sin tur består av ett valfritt antal i rad stackade drivelement. Varje drivelement består av en statorcell, drivcell samt styrdon i form av styrringar och en hålad styrskiva, vilka tillsammans bland annat realiserar magnetkretsar i enlighet med US 4 914 412.

Var och en av de i drivsystemet ingående nämda delama skall ges en kort summarisk beskrivning. En statorcell består av ovan nämnda magnetiserande spole som är infäst i ett omgivande mjukmagnetiskt cylindriskt rör enligt ovan, vilket rör i sin tur är infäst i ett likaledes cylindriskt rör,- hädanefter kallat fixturrör, av omagnetiskt material. Som det kommer att framgå av den utförliga beskrivningen av utförings- former har det mjukmagnetiska röret en axiell längd något större än spolens axiella längd och fixturröret ytterligare något större axiell längd.

En drivcell enligt uppfinningen består av den ovan angivna cylindriskt formade magnetostriktiva kutsen samt mot kutsens båda cirkulära ändytor koncentriskt anslutna nämnda mjukmagnetiska skivor och med anliggning mot var och en av dessa skivorna av perrnanentmagnetiskt material.

Samtliga dessa skivor har en yttre diameter motsvarande spolens ytter- diameter.

För centrering och radiell styrning av skivoma inne i statorcellema och för stackning av fixturrören är dessa vid de ringformade ändytorna ursvarvade för nämnda styrringar. För centrering och radiell styming av den magnetostriktiva kutsen har på ena sidan av en av de mjukmagnetiska skivoma som vänder mot kutsen applicerats en tunn hålad styrskiva med en ytterdiameter lika med skivoma samt med en innerdiameter obetydligt större än kutsens diameter.

Vid stackning av drivelementen till en drivenhet kommer statorcellema att via styrringama få en gemensam axiell centrumlinje. Drivcellema kommer också på detta sätt att stackas och bilda ett drivcellpaket med en gemensam perrnanentmagnetisk skiva och en styrring mellan varje drivcell. Spelet mellan kutsama och de hålade styrskivoma är så stort att den rörliga stapeln blir fullständigt parallell med statorcellstapehi trots att fullständig parallellitet mellan de i den rörliga stapeln ingående kontaktytoma ej råder. De ingående styrringamas funktion är bland armat att vid montering åstadkomma parallellitet mellan statorcellstapeln och den rörliga stapeln samt att dessa blir fritt rörliga i axiell led.

Genom att stacka ett lämpligt antal drivelement på varandra kan drivenheter med olika längd byggas ihop.

För att en drivenhet skall fungera på avsett sätt måste den, som det också har framgått av teknikens ståndpunkt, ha en mekanisk förspänning. Enligt uppfinningen åstadkommes detta genom att montera två stycken drivenheter med en mellanliggande mekanisk förspänningsanordning inuti en fixturram. Ramen med drivenheter och förspänningsanordning bildar ett drivdon, vilket i sig utgör ett byggelement, som förutom att komma till användning i akustiska apparater även generellt kan användas som ett kraft- och rörelsegivande don för andra applikationer.

Drivsystemet omfattar som det har framgått ett antal parallella drivdon vars axiella längd och antal bestäms av det omgivande höljets dimensioner samt av den kraft och rörelse som önskas i varje aktuellt fall. Genom att 5 468 967 förse drivdonens fixturramar med anordningar för fixering av dessa till varandra kan drivdonen monteras i hop till ett komplett drivsystem bestående av önskat antal drivdon. På drivdonen kan också monteras fixturplattor på vilka eventuell hjälputrustning kan placeras.

Akustiska apparater enligt uppfinningen har en verkningsgrad utanför resonansfrekvensområdet som normalt är lägre än 50 %. Detta betyder att man vid kontinuerlig drift behöver kyla de ingående delama. Kylning av drivsystemet enligt uppfinningen kan lämpligen ske genom att statorcellemas yttre ringar förses med kylkanaler eller kylflänsar. I den samtidig med denna ansökan inlämnade ansökan "Kylning av drivsystem för akustiska apparater" P ans beskrivs ett kylsystem med kylkanaler i statorcellema.

RITNINGSFÖRTECKNING Figur 1 visar en statorcell med styrringar.

Figur 2 visar en drivcell med en hålad styrskiva.

Figur 3 visar uppbyggnaden av en drivenhet.

Figur 4 visar hur ett drivdon är uppbyggt.

Figur 5 och 6 visar uppbyggnaden av ett drivsystem och hur det kan vara inbyggt i en akustisk apparat.

BESKRIVNING AV UTFÖRANDEFORMER I figur 1 visas en statorcell med styrringar. Statorcellen består av en magnetiserande spole l infäst i ett mjukmagnetiskt rör 2 som i sin tur är infäst i ett fixturrör 3. I fixturrörets ändytor har upptagits spår för styrringama 4 och 5. Som det framgår av figuren har styrringama något olika utförande och förklaringen till detta skall ges nedan.

Figur 2 visar uppbyggnaden av en drivcell med tillhörande styrskiva. Den består av en cylindriskt formad magnetisk kuts 6 mot vars båda ändytor befinnes skivor 7 och 8 av mjukmagnetiskt material. Med direkt anliggning mot dessa finnes permanentmagnetiska skivor 9 och 10.

Skivomas diameter motsvarar i stort den magnetiserande spolens yttre diameter. För radiell styming av kutsen finnes på ena sidan av den mjukmagnetiska skivan 8 som vänder mot kutsen applicerat en tunn hålad styrskiva 11 av lämpligt plastmaterial med samma ytterdiameter som 468 'šf 7 skivorna samt- med en innerdiameter obetydligt större än kutsens diameter.

Figur 3 visar en drivenhet sammansatt av ett valfritt antal stackade statorceller och motsvarande antal drivceller. Som det framgår av figuren bildar de stackade drivcellema ett drivcellpaket med en gemensam pemanentmagnetisk skiva mellan varje drivcell. Mot drivenhetens yttre statorceller är anslutna kantringar 12 och 13 vars utåtriktade yta kan vara formad som en stympad kon. Styrringama Sa och 5b för centrering av kantringama är som det framgår något annorlunda utfonnade än styrringana 4 mellan statorcellema eftersom styrringama 5a och 5b endast behöver centrera en mjukmagnetisk och en pemanentmagnetisk skiva. Ett lämpligt material för styrringama är koppar som ger en viss smörjande effekt under drift samtidigt som dess goda värrnelednings- förmåga möjliggör god vännetransport ut till fixturrören. Drivenhetens kraft- och rörelseuttag sker vid de båda drivstavama 14 och 15 som mot de permanentmagnetiska skivoma hos de yttre drivcellerna är utformade som skivor 16 och 17.

Ett drivelement enligt figur 3 kan mekaniskt förspännas på ett flertal olika sätt, exempelvis så som angetts i nämnda patentet US 4 438 509. En föredragen utföringsforrn enligt uppfinningen visas dock i figur 4 som utgör ett s k drivdon. Detta består av två drivenheter utformade praktiskt taget lika med drivenheten i figur 3 och med en mellanliggande kilformad mekanisk förspänningsanordning. Skillnaden i drivenhetema består i att de kantringar som vänder mot förspänningsanordningen har bytts mot rätblocken 18 och 19. De mot förspänningsanordningen vända driv- tappama 20 och 21 kan också vara något justerade i axiell längd för anpassning till rätblockens dimensioner.

I rätblocken har gjorts uttag för två klackar 22 och 23 med mot varandra vända plana ytor som bildar en vinkel lika stor som kilvinkeln hos en mellan klackarna placerad förspänningskil 24 . I kilen är gängad ett hål för en förspänningsskruv 25. Drivtapparna 20 och 21 ligger an mot den mellanliggande förspärmingsanordningen, vilken är infäst i en ñxturram 26. De från drivdonet utgående drivtapparna 14 och 15 ligger an mot den akustiska apparatens två tryckbalkar 27 och 28.

Fixturramen är av ferromagnetiskt material och utgör en integrerad del av den magnetkrets som sluter magnetflödet utgående från de i drivdonets båda ytterändar belägna skivoma av perrnanentmagnetiskt material.

Figurerna 5 och 6 visar i två vyer vinkelräta mot varandra hur ett drivsystem enligt uppfinningen kan vara uppbyggt i en föredragen utföringsfonn och hur det visat med streckade linjer kan vara inbyggt i en akustisk apparat med cylindrisk form med nära elliptiskt tvärsnitt. Den '7 468 967 akustiska 'apparatens skal visas vid 29. I denna utföringsform består drivsystemet av fyra drivdon vilka är direkt hopskruvade två och två via utstående armar 30 och 31 på fixturramarna. Dessa direkt hopskruvade' drivdon är också via distansbyglar hopskruvade på så sätt att det finnes ett mellanutrymme för elektriska styranordningar m m. Dessa monteras lämpligen på en fixturplatta som visas vid 32. Förspärmingsmekanismen i' drivdonen enligt figur 3 och 4 har som det framgår vridits 90 grader relativt förspänningsmekanismen i figur 4. Mothållet för spärmskruven 25_ utgöres nu av ett element 33 fixerat mellan rätblocken 18 och 19. I en föredragen utföringsform är spännskruvarnas huvud formade som snäckskruvar vilka samtliga kan manövreras med snäckskruvsstänger som löper ut mot den ena ändplattan.

De yttre drivdonen är med skruvar 34, 35, 36 och 37 fästa vid den akustiska apparatens respektive ändplattor 38 och 39. Skalets rörlighet samt tätning säkerställs med hjälp av de runt ändplattoma befintliga elastiska ringarna 40 och 41.

Ett drivsystem enligt uppfinningen är inte begränsat till enbart den föredragna utföringsformen som framgår av de bifogade figurerna. Så kan t ex drivenheten bestå av allt från ett till ett flertal drivelement. På samma sätt kan drivdonet också omfatta allt från etntill ett flertal drivenheter. Vid ett drivdon som omfattar endast en drivenhet kommer den ena av förspänningsmekanismens delar att ligga an mot fixturramen och den ena av drivstavama att utgå från förspänningsmekanismen.

Självfallet kan också drivsystemet bestå av endast ett drivdon.

Claims (4)

1. -l>-~ CT\ GCD x, (j) CN PATENTKRAV l. Drivsystem för akustiska apparater baserat på en magnetkrets bestående av en cylindrisk magnetostriktiv kuts (6), en omgivande magnetiserande spole (1) och ett kring spolen omgivande rör (2) av mjukmagnetiskt material samt mot kutsens ändytor liggande skivor (7, 8) av mjukmagnetiskt material och mot dessa anslutna skivor (9, 10) av pennanentmagnetiskt material, vilket drivsystem är k ä n n et e c k n a t av att det omfattar åtminstone ett drivdon placerat symmetriskt mellan tryckbalkar (27, 28) hos den akustiska apparaten vilka tryckbalkar via drivdonets utgående drivtappar (14, 15) sätter den akustiska apparatens skal (29) i rörelse, att drivdonet är uppbyggt av åtminstone en drivenhet som tillsammans med en mekanisk förspänningsanordning (22, 23, 24, 25) är stackad inbyggd i en fixturrarn (26), att drivenheten är uppbyggd av åtminstone en statorcell som omfattar den magnetiserande spolen (l) och det mjukmagnetiska röret (2) samt ett yttre fixturrör (3) av omagnetiskt material och motsvarande antal drivceller som omfattar cylindriska magnetostriktiva kutsar (6) och de mot dessas ändytor liggande skivor (7, 8) av mjukmagnetiskt material samt mot dessa anslutna skivor (9, 10) av permanentrnagnetiskt material med tillhörande styrringar (4, 5) och styrskivor (ll) för centrering av eventuellt flera på varandra stackade stator- och drivceller samt för frigång av drivceller.

2. Drivsystem för akustiska apparater enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar fyra drivdon, att varje drivdon innefattar två stackade drivenheter med en mellanliggande förspännings- anordning (22, 24, 24, 25).

3. Drivsystem för akustiska apparater enligt patentkrav l k ä n n e t e c k n a t av att varje drivenhet innefattar tio stackade statorceller och drivceller.

4. Drivsystem för akustiska apparater enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a t av att förspänningsanordningen är anordnad som ett kilförband bestående av två klackar (22, 23) med mot varandra vända plana ytor som bildar en vinkel lika stor som kilvinkeln hos en mellan de plana ytoma befintlig kil (24) och att till kilen är anordnad en skruv (25) som via ett mothåll (33) kan förspännas mot klackarna anslutna drivelement.