ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H04R9/00 

Изобретение относится к электроакустике и может быть использовано для изготовления электродинамических преобразователей микрофонов и телефонов.

Известны электроакустические преобразователи электродинамического типа, излучающая мембрана которых содержит плоскую катушку возбуждения, размещенную непосредственно на мембране, и магнитную систему, выполненную из двух рядов зеркально расположенных магнитов с чередующейся вдоль рядов полярностью. При этом эластичная мембрана из диэлектрического материала с плоской катушкой на ней размещена между рядами магнитов так, что активные части витков катушки расположены в пространстве между соседними полюсами магнитов одного ряда [1 и 2]
Недостатки указанных решений заключаются в недостаточно высоком качестве преобразования, а также в сложности конструкции, влекущей за собой трудоемкость изготовления и настройки работы преобразователя. Первый недостаток связан с тем, что излучающие акустические волны участки мембраны имеют прямоугольную форму. В процессе излучения акустических колебаний, особенно с повышенными амплитудами, последние создают большое число гармоник, снижающих качество звука. Сложность конструкции заключается в наличии большого количества чередующейся полярности магнитов, которые требуют точной установки и последующего совмещения с промежутками между ними активных участков витков катушки. Кроме того, прямоугольной формы катушки возбуждения содержат на своих витках активную и пассивную части с соизмеримыми длинами их участков. В результате часть подводимой к преобразователю энергии бесполезно рассеивается на пассивных участках катушки и КПД преобразователя падает.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является электроакустический преобразователь, содержащий плоскую мембрану из диэлектрического материала с плоской спиралевидной катушкой на ней и аксиальную магнитную систему с чередующимися параллельно мембране полюсами. Витки катушки нанесены в виде спирали на одной или на обеих сторонах плоской мембраны и расположены над кольцевыми зазорами магнитной системы. Причем направление витков чередуются от одного слоя к другому на различных сторонах мембраны, а также от одной группы к другой [3]
Недостаток этого технического решения заключается в низком электроакустическом преобразовании энергии. Это является следствием конструктивных особенностей преобразователя, в котором катушка возбуждения выполнена на плоской мембране и, следовательно, имеет довольно большую протяженность в радиальном направлении. Для своего возбуждения она требует соответствующего, т. е. по крайней мере не меньшей ширины, зазора магнитной системы. При этом использование даже высококоэрцитивных магнитных материалов не дает в столь протяженных зазорах достаточно высокой напряженности магнитного поля, которое обеспечило бы высокую отдачу энергии при электроакустическом преобразовании.

Цель изобретения состоит в повышении эффективности электроакустического преобразования энергии в преобразователе.

Для достижения цели плоская спиралевидная катушка возбуждения преобразователя выполнена в виде группы аксиально расположенных незамкнутых колец, электрически последовательно связанных между собой в местах разрывав, а в пространстве кольцевых зазоров магнитной системы расположены введенные кольцевидная пластина из диамагнитного материала и кольцевые ферромагнитные полосы, нанесенные на обращенную к мембране сторону кольцевидной пластины и совмещенные с промежутками между кольцами плоской спиралевидной катушки. Кроме того, пространство между ферромагнитными полосами на кольцевидной пластине заполнено диамагнитным веществом.

На фиг. 1 изображен акустический преобразователь в разрезе; на фиг. 2 и 3 вид спереди на магнитную систему преобразователя и на мембрану соответственно; на фиг. 4 показано взаимное расположение элементов преобразователя в силовом пространстве его магнитного поля.

Электроакустический преобразователь содержит аксиальную магнитную систему 1 с концентратором 2 магнитного поля, формирующим магнитный зазор 3, в котором размещена пластина 4 из диамагнитного материала. На фронтальной стороне пластины 4 нанесена аксиально с равными промежутками друг от друга группа кольцевидных полос 5 из ферромагнитного вещества. Перед магнитным зазором закреплена эластичная мембрана 6 из диэлектрического материала с нанесенными осесимметрично на нее витками 7 электрической катушки возбуждения. Положение мембраны относительно корпуса магнитной системы зафиксировано с помощью калиброванного кольца 8, удерживающего ее на минимальном расстоянии от пластины 4 с ферромагнитными полосами 5. Толщина кольца 8 для этого выбрана с условием, позволяющим мембране беспрепятственно перемещаться до максимальной амплитуды ее возбуждения. Кроме того, мембрана установлена так, что аксиально размещенные на ней витки 7 катушки совмещены с промежутками 9 между кольцевидными ферромагнитными полосами 5 на диамагнитной пластине 4.

На фиг. 2 изображен фронтальный вид кольцевых полос 5 из ферромагнитного вещества на диамагнитной пластине 4 с кольцевыми промежутками 9 между полосами. Пространство в промежутках при этом может быть заполнено диамагнитным веществом. В частности, как показано, это вещество может быть однородно веществу пластины 4. В этом случае ферромагнитные полосы 5 наносятся в предварительно протравленные в пластине 4 канавки.

Форма нанесенных на мембрану 6 витков 7 катушки возбуждения изображена на фиг. 3. Видно, что катушка возбуждения составлена из группы аксиально расположенных незамкнутых колец, электрически последовательно связанных между собой в местах разрывов. Катушка снабжена выводами 10 и 11 при одностороннем ее нанесении на мембрану. При двустороннем расположении катушки на мембране элемент 11 выполняет функцию металлизированного перехода с одной стороны мембраны на другую. Очевидно, что второй вывод может быть выполнен с другой стороны мембраны симметрично первому выводу 10.

На фиг. 4 показано взаимное расположение активных элементов преобразователя относительно поля, сформированного его магнитной системой. Видно, что витки 7 катушки, размещенной на мембране 6, совмещены с промежутками 9 между ферромагнитными полосами 5. Положение мембраны при этом фиксировано с помощью калиброванного кольца 8.

Электроакустический преобразователь работает следующим образом.

Для возбуждения мембраны витки его катушки должны находиться в магнитном поле магнитной системы, которое должно быть достаточно большим, поскольку величина возбуждающей силы пропорциональна силе тока в катушке и напряженности магнитного поля в месте локализации проводника с током. В предлагаемом преобразователе катушка размещена непосредственно на плоской мембране и вследствие этого находится вне магнитного зазора, в котором обычно сосредотачивается поле. В данной конструкции магнитное поле выведено из кольцевого зазора во вне его с помощью пластины 4 из диамагнитного материала. Последняя в соответствии с известным физическим принципом вытесняет магнитные силовые линии из зазора во внешнее пространство, т.е. непосредственно в место локализации витков 7 плоской его катушки. Кроме указанного выше, в конструкции преобразователя существует и другое препятствие в получении высококонцентрированного магнитного поля, заключающееся в довольно протяженном зазоре его магнитной системы, которое должно распространяться на всю ширину нанесенной на мембрану катушки. При этом большое сопротивление воздушного зазора в магнитной системе влечет за собой значительное снижение индукции магнитного поля в зазоре. В данной конструкции преобразователя это препятствие устранено тем, что диамагнитная пластина 4 содержит на фронтальной, т.е. обращенной к катушке возбуждения, стороне группу равномерно нанесенных на нее колец из ферромагнитного вещества. Пространство в промежутках между ферромагнитными кольцами также заполнено диамагнетиком. Благодаря этому силовые линии магнитного поля, концентрируясь ферромагнитными полосам в плоскости под катушкой, одновременно вытесняются во вне лишь в промежутках между ферромагнитными кольцевыми полосами. В местах выхода из ферромагнитных полос магнитных линий и расположены осесимметричные витки 7 электрической катушки возбуждения преобразователя. При этом предпочтительное нанесение витков 7 на тыльной стороне мембраны 6 (фиг. 4) приближает проводники катушки к магнитному полю, улучшая качество преобразования и увеличения КПД работы. При необходимости катушка возбуждения может быть выполнена на обеих сторонах мембраны. Очевидно, что вторая часть катушки должна быть зеркальным отражением первой.

Использование изобретения позволит улучшить качество преобразования, а также повысить эффективность преобразования энергии в электроакустическом преобразователе. Упростится при этом и конструкция преобразователя, и трудоемкость его реализации, поскольку все основные элементы могут быть изготовлены простыми фотолитографическими средствами.

Использование: в электротехнике. Сущность изобретения: преобразователь содержит плоскую мембрану из диэлектрического материала, магнитную систему, плоскую спералевидную катушку в виде группы аксиально расположенных незамкнутых колец, электрически последовательно связанных между собой в местах разрывов, кольцевидную пластину из диамагнитного материала и кольцевые ферромагнитные полосы, расположенные в пространстве кольцевых зазоров магнитной системы. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий плоскую мембрану из диэлектрического материала с закрепленной на ней плоской спиралевидной катушкой, аксиальную магнитную систему, обращенные к мембране торцы которой имеют чередующуюся полярность полюсов, причем витки плоской спиралевидной катушки расположены над кольцевыми зазорами магнитной системы, отличающийся тем, что плоская спиралевидная катушка выполнена в виде группы аксиально расположенных незамкнутых колец, электрически последовательно связанных между собой в местах разрывов, а в пространстве кольцевых зазоров магнитной системы расположены введенные кольцевидная пластина из диамагнитного материала и кольцевые ферромагнитные полосы, нанесенные на обращенную к мембране сторону кольцевидной пластины и совмещенные с промежутками между кольцами плоской спиралевидной катушки. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что пространство между кольцевыми ферромагнитными полосами заполнено диамагнитным веществом.