SE470471B - Generator för akustiska tryckvågor - Google Patents

Description

470 471 Vid framtida tillämpningar av den nu föreliggande uppfin- ningen - inte minst vid industriellt produktionsutnyttjande av ljud för rörelseaktivering, s k industrisonik - skulle elektrodynamiska strömslingor hypotetiskt kunna utföras av supraledande material, vilket skulle innebära exceptionella möjligheter till ljudgenerering med nästan förlustfri om- vandling av rotationsrörelse till oscillationsrörelse.

I angivet syfte utnyttjar den nu föreslagna generatorn ett roterande eller i vart fall vridbart system av permanent- eller alternativt elektromagneter. I motsats till den i det a föregående kort beskrivna magnetodynamiska metoden påverkas inte det oscillerande organet i den föreliggande uppfin- ningen med direkt magnetisk attraktion eller repulsion, utan det rörliga magnetsystemet inducerar elektriska strömmar i en eller flera strömslingor,.som är fästade vid oscilla- tionsorganet. I enlighet härmed har generatorn av det inled- ningsvis angivna slaget erhållit kännetecknen enligt patent- kravet 1.

För närmare förklaring av uppfinningen hänvisas till bifoga- de ritning, på vilken Figur 1 visar en vy i halvsektion av ett utförande av en in- duktionsgenerator för ljudalstring, driven av en elmotor, Figur 2 visar en periferiellt utbredd delprojektion av snit- tet A-A enligt Figur 1, med det rörliga magnetsystemet i visst läge, Figur 3 visar en projektion motsvarande Fig 2 men med en annan typ av strömslinga och med ett magnetfält uppdelat i två hälfter med olika fältriktning, Figur 4 visar en periferiellt förlängd slinga i två lägen relativt det i pilens riktning passerande magnetfältet.

Med hänvisning till Figur 1, och såsom i det föregående del- vis beskrivits, är ett kring en central axel (1) rörligt magnetsystem (2) anordnat. Genom vridningsrörelse av syste- met, som innefattar ett flertal magneter (3), (3'), bildande periferiellt ordnade poler, induceras en elektromotorisk kraft i en eller flera strömslingor (4), fysiskt förenade med ett oscillationsorgan (5) i form av ett membran med en fjädrande fästanordning, i det visade exemplet utförd som en flexibel, ringformad del (6) utmed membranets periferi.

Oscillationsorganet bildar gränsyta till en tryckkammare (7), som mynnar i ett akustiskt horn eller en motsvarande impedanshöjande akustisk anordning.

Figur 2 visar en slinga som delvis befinner sig i ett passe- 5 rande magnetfält, såsom pilen visar. Därvid är slingans ' tvärgående del (8) i magnetfältet inducerande medan slingans längsgående del (9), som dock partiellt befinner sig utanför magnetfältet, kraftgenererande.

Figur 3 visar, att som alternativ till slingans tvärgående delar enbart för induktion, en sneddad del (10) kan fungera såväl för induktion som för kraftgenerering. Härvid kan den sneddade ledaren till sin funktion betraktas som bestående 47u'¿7Ä av en längsgående (periferiell) del och en tvärgående (ax- iell) del. I denna figur visas för övrigt också_möjligheten att med olika magnetfältriktningar i två skilda magnetsek- tioner öka den inducerade elektromotoriska kraften och sam- tidigt under-passagen få en växlande kraftriktning.

Figur 4 visar en sekvens med två lägen av en förlängd slinga (11). Ett sådant utförande kan vara berättigat i avsikt att uppnå kompensation för en ofrånkomlig fasförskjutning mellan den elektromotoriska kraften och den inducerade strömmen.

Det kan vara lämpligt att låta magnetfältet vid sin passage av slingan ha en förlängd verkningssträcka, för att kraften - i fas med strömmen - skall hinna verka.

De på oscillationsorganet verkande elektrodynamiska krafter- na på olika delar av en elektrisk slinga är i varje ögon- blick beroende av strömstyrkan och strömriktningen såväl som av ledarens riktning i förhållande till magnetfältets rikt- ning, och därutöver av den magnetiska flödestätheten. Efter- som en elektrodynamisk kraft fysikaliskt verkar vinkelrätt mot såväl ledarens riktning som magnetfältets riktning, kom- mer de krafter som kan utnyttjas för en axiell rörelse hos oscillationsorganet att utgöras endast av komposanter i de periferiellt längsgående delarna av ledaren. För önskad oscillation skall alltså dels - när viss del av slingan pas- seras av magnetfältlinjer med riktning tvärs desamma, gg elektromotorisk kraft induceras, och dels - när viss del av slingan passeras av ett magnetfält utan att skära fältlin- jerna, d v s periferiellt, en axialkraft genereras. Dessa krav innebär för den praktiska tillämpningen i föreliggande uppfinning, att en slingas ledare icke i sin helhet utan en- dast till vissa delar kan utnyttjas genom placering i mag- netfält. Üscillationen kan, såsom framgått av det föregående, genere- ras genom en serie kraftimpulser enbart i en och samma rikt- ning, förutsatt att oscillationsorganet har en härför lämpad fjädrande anordning (b). I princip kan en sådan fjäderanord- ning som den visade ersättas av exempelvis inbördes påver- kande magneter, attraherande eller repellerande.

Eftersom styrkan eller annorlunda uttryckt ljudtrycksnivån hos den akustiska tryckvåg som genereras primärt är beroende av svängningsamplituden hos oscillationsorganet, vill man generellt utnyttja möjligheterna till mekanisk resonans för detta. En sådan resonans innebär fysikaliskt, att masströg- hetens eljest reducerande inverkan på svängningen kan elimi- neras, vilket för tryckvågsgenereringen i dess helhet kan vara av stor betydelse. De optimala förutsättningarna för en effektiv alstring av en ljudvåg i fria luften råder först när oscillationsorganets egenfrekvens sammanfaller med fre- kvensen hos den styrande kraften, i detta fall den elektro- dynamiska. Men härvidlag är en viktig faktor dessutom, att anpassning i görligaste mån råder mellan å ena sidan impe- dansen hos den akustiska tryckvåg som belastar oscillations- organet utifrån och å andra sidan den inre impedans som betingas av organets egna parametrar, nämligen massa, elas- ticitet och påtryckta krafter. I de fall akustiskt horn ut- nyttjas för anpassning utåt, bör alltså den akustiska reso- 4 4-70 471 nansen i hornet liksom den tidigare nämnda inre egenresonan- sen överensstämma relativt väl med den frekvens som skall genereras.

Ett tänkbart alternativt sätt att inducera krafter av väx- lande axiell riktning på oscillationsorganet är att låta det vridbara magnetsystemet vara anordnat för torsionspendling kring ett bestämt medelläge. Metoden kan komma till använd- ning i vissa fall, när det exempelvis är praktiskt att med hjälp av ett fluidum åstadkomma en pendelrörelse i stället för en ren rotationsrörelse.

Modifieringar till de visade anordningarna vid den magneti- ska induktionsgeneratorn kan exemplifieras av följande: - Dscillationsorganet kan utföras som en kolv, således utan den periferiella infästning som visats i form av en fjädran- de del av organet. Ett sådant alternativt utförande förut- sätter en tätning med låg friktion utefter organets perife- ri. Vid behov av stor amplitud, motsvarande extremt höga akustiska effekter, kan detta utförande komma ifråga.

- Den slinga eller de separata slingor, som är anordnade på oscillationsorganet för att försätta detta i rörelse, kan vardera bestå av ett flertal lindningsvarv, i fall då detta befinnes vara en konstruktionsteknisk fördel.

- Generatorns roterande magnetsystem kan, i stället för att drivas av en separat motor, sammanbyggas med en drivanord- ning i form av en trefaslindning med synkron eller asynkron .verkan på särskilda magnetelement respektive kortslutna slingor, applicerade på det roterande systemet. v, å I or*

Claims (9)

5 g 470171' PATENTKRAV

1. Generator för akustiska tryckvågor av hörbar frekvens eller ohörbar frekvens inom infraljudområdet, innefattande ett kring en axel (1) vridbart eller roterbart magnetsy- stem (2), som genom systemets rörelse åstadkommer perio- disk rörelse hos ett oscillationsorgan (5), anordnat för tryckvågsalstring genom att organet försattes i svängning, k ä_n n e t e c k n a d a v att med oscillationsorganet är fast eller elastiskt för- bunden minst en sluten strömslinga (4) och att magneterna (3), (3') i det vridbara eller roterbara magnetsystemet är anordnade att bilda magnetiska kraftfält inom ordnade sek- tioner av en kring axeln cirkulär bana för induktion av ström i slingan och därav betingade elektrodynamiska kraf- ter, som åstadkommer den.nämnda svängningen hos oscilla- tionsorganet vid magnetsystemets rörelse.

2. Generator enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c'k n a d a v att den cirkulära banan är anordnad som en i magnetsyste- met ingående slits med cirkulärt mantelformad utsträckning och med tvärsnittet såsom ett spaltutrymme, anordnat för att företrädesvis radiellt korsas av magnetiska kraftlin- jer med olika fältriktning och/eller styrka inom separata sektioner av den cirkulära banan.

3. Generator enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att en del av oscillationsorganet är utformad som en cylindrisk mantel och anordnad för att kunna röra sig koaxiellt i förhållande till det cirkulärt uppbyggda mag- netsystemet, när krafter till följd av magnetisk induktion påverkar delar av den på den cylindriska manteln anbragta strömslingan. 470 471

4. Generator enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d ' a v att flera separata strömslingor eller sektioner av en enda strömslinga till antal och fördelning motsvarar anta- let och fördelningen av magnetpoler i det vridbara eller roterbara systemet på sådant sätt, att identiska ström- slingor eller sektioner av en strömslinga skall påverkas samtidigt av magnetflöden med i relation till slingornas ledningsriktning såväl transversell som longitudinell x rörelse.

5. Generator enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d a v att flera separata strömslingor eller sektioner av en enda strömslihga till antal och fördelning motsvarar anta- let och fördelningen av magnetpoler i det vridbara eller roterbara systemet på sådant sätt, att en del av en strömslinga (8) i avseende på sin ledningsriktning trans- versellt passeras av ett första magnetflöde, varvid ström induceras, medan en annan del av strömslingan (9) med i huvudsak icke transversell relativrörelse passeras av ett angränsande andra magnetflöde, varvid krafter genereras i oscillationsorganets axiella riktning.

6. Generator enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d a v att oscillationsorganet är flexibelt förbundet med genera- torns fasta del medelst en sådan anordning (6), att oscil- lationsrörelsen till amplitud och fas bestämmas av dels oscillationsorganets massa, dels direktionskrafterna hos den med generatorns fasta del förbundna fjädrande anord- ningen, dels de elektrodynamiska krafterna och dels slut- ligen de akustiska krafterna utifrån generatorns öppning mot omgivningen.

7. Generator enligt något av patentkraven 1-6, k ä n n e t e C k n a d a v att oscillationsorganet är flexibelt förbundet med genera- torns fasta del på sådant sätt, att organets mekaniska 7 470"47'1 egenfrekvens antingen sammanfaller med den akustiska reso- nansfrekvensen hos en till oscillationsorganet gränsande tryckkammare (7) i akustisk samverkan med ett akustiskt horn (12) eller åtminstone ligger högst 1/3 oktav från nämnda akustiska resonansfrekvens.

8. B. Generator enligt något av patentkraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d a v att en mekaniskt, hydrauliskt, pneumatiskt eller elek- triskt driven anordning är kopplad till magnetsystemet för att bibringa detta en fram- och âtergäende, kring syste- mets axel centrerad torsionspendling.

9. Generator enligt patentkrav 8, k ä n n ett e c k n a d a v att torsionspendlingen sker med en frekvens som ligger högst 1/3 oktav ifrån resonansfrekvensen hos det mellan oscillationsorganet och den yttre omgivningen anordnade akustiska rummetl