SE503305C2 - Kondensator - Google Patents

Description

503 305 10 15 20 30 35 2 med omvänd potential. Då plattorna påföres laddning vid en viss frekvens, varje gång med en alternerande potential, uppstår därför mellan plattorna en alternerande mekanisk kraft. Denna kraft ger hos plattorna upphov till en mekanisk rörelse, vars frekvens är dubbelt så stor som frekvensen hos den påförda alternerande laddningen. För ett lindat kondensatorelement bestående av ett mycket stort antal lager, adderas rörelsen hos varje inre lager till det yttre, varvid rörelsen i ytterskiktet kan bli mycket stor. En olägenhet med ett sådant kondensatorelement är därför att det vid belastning kommer i svängning, varvid vibrationer i kondensatorelementets ytskikt avstrålar som oönskat ljud eller buller.

En vanlig åtgärd för att minska bullret från kondensatorer av ovannämnda slag, innefattande ett flertal element som vid belastning genererar vibrationer, vilka transporteras till kondensatorbehållarens utsida och där avstrålar som ljud, är att avskärrna kondensatorerna eller att helt eller delvis bygga in dem. sämre skärrneffekt och vid inbyggnad stora huvar. Både tyngd och material- åtgång ökar därmed. Dessa åtgärder är kostnadskrävande.

Inom audiotekniken är genom ett patent IP 60-16 739 (1985) en kondensator känd, vilken består av ett kondensatorelement lindat av elektroder och plastfilmer och som placerats i en behållare med en inre och en yttre belägg- ning. Den inre beläggningen kan antingen vara av elastiskt eller oelastiskt material. Den yttre beläggningen kan också antingen vara av elastiskt eller oelastiskt material men måste vara av en i förhållande till den inre belägg- ningen motsatt slag. Denna kondensatorkonstruktion löser ej ljudproblemet hos den aktuella kondensatorn, som innefattar flera kondensatorelement och som är så stor att en beläggning av ovan beskrivet slag ej skulle ha någon dämpande effekt på ljudavstrålningen.

REDocöRELsE FÖR UPPFINNNGEN Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en kondensator av ovan _ angivet slag, vars inre svängningar vid belastning hämmas, varvid konden- 10 15 20 35 503 305 3 satorn genererar mindre ljud. Detta åstadkommes genom att mellan kondensatorelement eller buntar av kondensatorelement inuti en kondensatorbehållare anordna ett eller flera veka fjäderelement, varvid kondensatorns mekaniska egenresonanser förändras. Kondensatorns svängningsmotstànd kan därvid ökas vid de frekvensomráden där kraften verkar, varvid kondensatorn genererar mindre ljud. Ett sådant fjäderelement kan innefatta en evakuerad, tät behållare av företrädesvis metall. Behållaren innefattar en passivt eller aktivt verkande fjädrande anordning. Med en aktivt verkande fjäderanordning menas ett kraftupptagande element, vars styvhet kan styras genom yttre energitillförsel.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade figurer, där figur 1 visar en delvis uppskuren kraftkondensator, figur 2 visar ett kondensatorelement, figur 3 visar schematiskt hurett flertal kondensatorelement sammankopplats, i figur 4a visar hur ett känt kondensatorpaket är uppbyggt samt dess mekaniska ekvivalent, figur 4b visar hur ett kondensatorpaket med ett vekt fjäderelement enligt uppfinningen är uppbyggt och dess mekaniska ekvivalent, figur 5 visar ett diagram med vibrationshastighet som funktion av frekvens för ett känt kondensatorpaket och för ett kondensatorpaket innefattande ett vekt fjäderelement, och figur 6 visar ett tvärsnitt av fjäderelement enligt uppfinningen. 503 305 10 15 20 30 35 4 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I figur 1 visas en kraftkondensator innefattande en med genomföringar 1 för- sedd kondensatorbehållare 4, inneslutande ett antal av elektriskt isolerande vätska impregnerade och omslutna kondensatorelement 2, vilka hålls isolerade från kondensatorbehållaren 4 av en isolerande inklädnad 3. Figur 2 visar hur ett kondensatorelement 2 är lindat av två elektriskt ledande metall- folier 5, företrädesvis av aluminium, åtskilda av tre elektriskt isolerande filmer 6 av dielektriskt material. Kondensatorelementen 2 innefattar mycket långa folier respektive filmer, vilka lindats till en rulle. För att spara plats i behållaren 4 är rullarna sammantryckta och staplade till ett paket 10. Ur figur 3 framgår hur elementen 2 har elektriskt kopplats samman med säkringar 7 och urladdningsmotstånd 8 och anslutits till genomföringarna 1.

Det är känt att ljudgenereringen från en mekanisk struktur, såsom tex en kondensator, beror dels av den påförda kraften, dels av strukturens dyna- miska egenskaper. Sammanfaller frekvensen hos den mekaniska kraften med någon av strukturens egenresonanser uppstår kraftig rörelse. Denna rörelse ger upphov till vibrationer, som via isolervätskan når kondensatorbehållaren där de avstrålar som ljud. Hur kraftigt ljud som genereras beror på styrkan hos kraften och på dämpningen av resonansen. Omvänt gäller att om kraft och resonans kan missanpassas så att deras respektive frekvenser ej samman- faller genereras mindre ljud genom att strukturens motstånd mot svängning vid kraftens frekvens ökar. Genom att dels dämpa strukturen, dels eftersträva att frekvensema hos resonans och kraft hamnar långt ifrån varandra kan ljudet reduceras. Härvid är oftast kraften given, varför en förändring av I strukturen är mest aktuell. De strukturella resonansema hos en sammansatt struktur är dock svåra att beräkna.

Genom åtskilliga ljudmätningar av kondensatorer under kontrollerad belast- ning har en matematisk modell framtagits för att kunna beräkna ljudavstrål- ningen från en kondensator. Härvid har framkommit att kondensatorns mekaniska egenskaper domineras av ett resonant beteende som direkt kan härledas till grundresonansen för longitudinella vågor i kondensatorpaketet 10. Resonansfrekvensen är proportionell mot kvadratroten ur kvoten av kondensatorpaketets styvhet och dess densitet och omvänt proportionell mot längden hos paketet. Då paketet delas och en vek fjäder placeras emellan 10 15 20 30 35 503 305 5 delarna ändras resonansfrekvensen för paketet. Genom att välja styvhet hos fjädern kan resonansfrekvensen styras och väljas på ett lämpligt sätt i förhållande till krafternas frekvenser. Figur 4a visar schematiskt ett kondensatorpaket och dess motsvarande mekaniska ekvivalent. Det av ett antal kondensatorelement 2 bestående kondensatorpaketet 10 kan mekaniskt betraktas som två stora massor 12 sammankopplade av en fjäder 13.

Figur 4b visar samma kondensatorpaket 10, vilket enligt uppfinningen är uppdelat i två delar 10a, 10b åtskilda av ett vekt fjäderelement 11. I figuren 4b visas också dess mekaniskt ekvivalenta kopplingsschema. Då det ursprung- liga kondensatorpaketet delas av ett vekt fjäderelement 11 kan det mekaniskt betraktas som två mindre kondensatorpaket enligt ovan sammankopplade av en vek fjäder 15. De mindre kondensatorpaketen får därvid mindre massor 14 och på grund av det kortare paketet en styvare fjäder 16.

Diagramrnet i figur 5 visar vibrationshastighet som funktion av frekvens. De två kurvorna i diagrammet utgör det beräknade resultatet av vibrations- hastigheten vid kondensatorpaketens yttre ändar vid en pålagd, i frekvensled svepande kraft. Den streckprickade kurvan representerar det homogena kondensatorpaketet 10 som har en resonans vid 1000 Hz. Den heldragna kurvan representerar det av en vek fjäder 11 delade kondensatorpaketet 10a, 10b och har två resonanser, dels vid 350 Hz, dels vid 1750 Hz. Resultatet visar också att i det senare fallet uppträder en antiresonans vid 500 Hz, vilket är ett resultat av att det med fjäderelement uppdelade mekaniska systemet erhåller fler frihetsgrader. Vid en sådan antiresonans är hos kondensatorpaketets ändytor svängningsmotståndet oändligt stort och rörelsen därmed i princip noll medan fjäderelementet får uppta hela rörelsen.

Figur 6 visar en utförandeform av fjäderelementet 11. Det utgöres av en evakuerad planparallell, tät behållare av metall, vars i figuren 6 visade över- och undersida utförts av tjocka styva plattor 20 och vars kanter 21 på alla sidor utförts av tunna med halvcirkelformat tvärsnitt utformade plåtlister fästade vid vardera plattan 20. Det färdiga fjäderelementet påminner i formen om ett med avrundade kanter utformat rätblock med samma planmått som konden- satorpaketen 2. 503 305 10 15 20 6 Med kunskap om vilka krafter en kondensator kommer att utsättas för kan, genom införande av en eller flera veka fjädrar, den mekaniska utformningen av en kondensator väljas på ett optimalt sätt så att frekvenserna hos den mekaniska resonanserna hamnar långt ifrån frekvenserna hos de kritiska kraftkomponenterna. En optimal mekanisk utformning erhålls därvid då de införda fjäderelementen är dimensionerade så att antiresonanser hamnar vid samma frekvenser som de dominerande krafterna.

Som fjäderelement eller kraftupptagande element kan en mängd material och utförandeformer komma i åtanke, både med passiva och aktiva fjädringsegen- skaper. Passiva fjäderelement är sådana anordningar där fjädringsegenska- perna bestäms av form och material hos fjädrarna och ej kan förändras genom yttre påverkan. Ett aktivt fläderelement kan vara uppbyggt på samma sätt som ett passivt element men av ett material, vars egenskaper, såsom volym eller form, kan ändras vid yttre energitillförsel, exempelvis magneto- striktiva eller piezoelektriska material. Fjäderelementet kan, som i utförings- exemplet, utföras som ett ihåligt rätblock av något tätt, mot isolervätskan tåligt material som exempelvis metall eller plast. Fjäderelementet innefattar de önskade kraftupptagande egenskaperna och kan antingen själv utgöra den fjädrande anordningen eller kan en anordning med de önskade egenskaperna vara innesluten i en behållare som utgör fjäderelementet.

Claims (8)

503 305 PATENTKRAV

1. Kondensator för tillfällig lagring av elektrisk energi innefattande minst två kondensatorelement (2), vilka är uppbyggda av elektroder (5), åtskilda av ett eller flera dielektrikum (6), kännetecknad av att minst ett fjäderelement (11) är anordnat mellan eller i anslutning till kondensatorelementen (2), och att fjäderelementets (11) styvhet är anordnad så att kondensatorns yttre vibra- tioner vid en påtvingad svängning minskar, vilket medför mindre ljudav- strålning från kondensatorn.

2. Kondensator enligt patentkrav 1, kännetecknad av att varje konden- satorelement (2) innefattar en av metallfolier (5) och dielektrikumfilmer (6) lindad rulle.

3. Kondensator enligt något av ovanstående patentkrav, kännetecknad av att kondensatorelementen (2) är staplade till kondensatorpaket (10), åtskilda av åtminstone ett fjäderelement (11).

4. Kondensator enligt något av ovanstående patentkrav, kännetecknad av att kondensatorelementen (2) är omgivna av en elektriskt isolerande vätska.

5. Kondensator enligt patentkrav 4, kännetecknad av att kondensator- elementen (2), fjäderelementen (11) och den elektriskt isolerande vätskan är inneslutna i en kondensatorbehållare (4) innefattande genomföringar (1) och skyddsisolering (3).

6. Kondensator enligt patentkrav 1, 3 eller 5, kännetecknad av att åtmin- stone ett fjäderelernent (11) innefattar en evakuerad, tät behållare av metall eller plast.

7. Kondensator enligt patentkrav 1, 3, 5 eller 6, kännetecknad av att åtminstone ett fjäderelement (11) innefattar en av material och form betingad passivt verkande fjäderanordning.

8. Kondensator enligt patentkrav 1, 3, 5 eller 6, kännetecknad av att åtminstone ett fjäderelement (11) innefattar en genom tillförd yttre energi aktivt verkande fjäderanordning.