ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЭФФЕКТИВНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 1999 года по МПК H02K9/00 H04R9/00 B06B1/04 

Изобретение электродинамический преобразователь с эффективным охлаждением относится к области электромеханических преобразователей.

Известен [Акустика: Справочник. А.П. Ефимов и др.; Под ред. М.А. Сапожкова. - 2-е изд. - М.: Радио и связь, 1989, с. 58, 59] электродинамический преобразователь, в котором магнитное поле сосредоточено в кольцевом зазоре, а проводник намотан на цилиндрический каркас в виде звуковой /силовой/ катушки. В процессе преобразования подводимая к силовой катушке часть электрической энергии преобразуется в механическую, а часть рассеивается в виде тепла. Определенный тепловой вклад вносят также вихревые токи /токи Фуко/, возникающие в приповерхностных частях /по глубине примерно 0,5 мм/ магнитной цепи при движении силовой катушки. Температура силовой катушки и элементов магнитной цепи вызывает механические повреждения катушки, изменение магнитных свойств цепи, возрастание активного сопротивления намоточного провода.

Для улучшения теплового режима силовых катушек применяются магнитные жидкости, тепловые трубки, полупроводниковые холодильники, материалы для каркасов силовых катушек с высокой теплопроводностью, радиаторы на магнитных цепях, а также специальные термостойкие материалы для каркасов, изоляции проводов и клеев для катушек, выдерживающие нагрев до 200 - 300^oC без изменения свойств. Все эти меры улучшают тепловые режимы силовых катушек, однако стоимость многих из них достаточно высока.

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение условий охлаждения силовой катушки и, вследствие этого, повышение надежности и долговечности ее работы, увеличение плотности тока и, следовательно, мощности электродинамического преобразователя при сохранении или даже уменьшении его габаритов и веса, причем стоимость технологии практически не увеличивается.

Указанный технический результат достигается таким образом, что электродинамический преобразователь с эффективным охлаждением, состоящий из магнитной цепи с кольцевым зазором, образуемым ее полюсами, в котором размещена силовая (звуковая) катушка с возможностью перемещения под действием протекающего по ней переменного ток, отличается тем, что поверхности полюсов, образующие кольцевой зазор, покрыты материалом с более высокой, чем у магнитной цепи, теплопроводностью, причем теплообменные контактирующие с воздушной средой в зазоре поверхности выполнены шероховатыми и содержат канавки. В частном случае электродинамический преобразователь отличается тем, что канавки выполнены, например, в виде решетки с наклонными продольными составляющими.

Указанное техническое решение в отличие от известного технического решения позволяет:
1. Существенно улучшить термическую проводимость в зоне контакта теплопроводящей воздушной среды с теплоотводящей магнитной цепью, т.е. улучшить условия конвекционного теплообмена.

2. Создать в кольцевом зазоре более высокую степень турбулентности, разрушающей пограничный слой на теплообменных поверхностях, и обеспечить интенсификацию процессов теплопередачи.

3. Уменьшить или исключить образование вихревых токов /токов Фуко/ в приповерхностных частях магнитной цепи.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан электродинамический преобразователь в разрезе. Преобразователь содержит керновый магнит /или электромагнит/ 1, магнитную цепь 2, полюсную насадку 3, верхний фланец 4, каркас силовой катушки 5, обмотку силовой катушки 6, кольцевой зазор 7, канавки 8. При колебаниях силовой катушки в кольцевом зазоре 7 происходит разнонаправленное перемещение воздушной среды, которое под действием шероховатости /не показана/ поверхностей и канавок 8 приобретает вихревой характер, что и приводит к разрушению пограничного слоя на теплообменных поверхностях и обеспечивает резкую интенсификацию процессов теплоотдачи силовой катушки и передачи тепловой энергии через воздушную среду массивным частям магнитной системы.

Течение воздушной среды в зазоре преобразователей акустических систем образуется за счет изменения объема внутренней полости магнитной цепи колеблющейся силовой катушкой, а в преобразователях, используемых в нагнетательной технике, за счет поршневой прокачки воздушной среды колеблющейся диафрагмой. Но и в одном, и в другом случае механизм вынужденной конвекции при обтекании силовой катушки потоками воздуха, возникающими в полостях магнитной цепи, т. е. механизм теплопередачи приобретает иной, резко интенсивный характер.

Величину снижения температуры силовой катушки точно оценить трудно, однако данные по вихревым теплообменникам позволяют заключить, что снижение температуры в 1,5 - 2,0 раза не является пределом. При этом следует отметить, что если в области электроакустики это позволит повысить надежность и улучшить акустические характеристики громкоговорителей, то в области нагнетательной техники, например, при использовании электродинамических преобразователей в качестве приводов диафрагменных нагнетателей, это приведет к существенному улучшению удельного соотношения мощности на единицу веса.

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям. В электродинамическом преобразователе с эффективным охлаждением, состоящем из магнитной цепи с кольцевым зазором, образуемым ее полюсами, расположена силовая (звуковая) катушка. Катушка может перемещаться под действием протекающего по ней переменного тока. Поверхности полюсов, образующие кольцевой зазор, покрыты материалом с более высокой, чем у магнитной цепи, теплопроводностью. При этом теплообменные контактирующие с воздушной средой в зазоре поверхности выполнены шероховатыми и содержат канавки. В частном случае канавки могут быть выполнены в виде решетки с наклонными продольными составляющими. В результате улучшается тепловой режим в узле "силовая (звуковая) катушка - магнитная цепь" и вследствие этого повышается надежность и долговечность его работы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электродинамический преобразователь с эффективным охлаждением, состоящий из магнитной цепи с кольцевым зазором, образуемым ее полюсами, в котором расположена силовая (звуковая) катушка с возможностью перемещения под действием протекающего по ней переменного тока, отличающийся тем, что поверхности полюсов, образующие кольцевой зазор, покрыты материалом с более высокой, чем у магнитной цепи, теплопроводностью, причем теплообменные, контактирующие с воздушной средой в зазоре поверхности выполнены шероховатыми и содержат канавки. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что канавки выполнены, например, в виде решетки с наклонными продольными составляющими.