Магнитодинамическое акустическое устройство

 

Устройство используется для преобразования акустических сигналов в звуковые колебания в установках радиоприемников, электрофонов и т.д. и содержит корпус с размещенными в нем магнитопроводом с катушкой и диафрагму со стержнем, прикрепленную к стенке корпуса, причем магнитопровод выполнен в виде многослойной спирали из ферромагнитной пластины с профильным косым пазом на ее поверхности, а катушка - в виде электроизолированного провода с выводами, закрепленного в пазу. 5 ил.

Магнитодинамическое акустическое устройство предназначено для преобразования электрических сигналов в звуковые колебания, поэтому оно может быть использовано в громкоговорящих установках радиоприемников, телевизоров, электро- фонов и т.п.

В настоящее время известны и широко применяются для указанных выше целей электроакустические устройства, основанные на различных электромеханических эффектах: электродинамические, электро- магнитные, пьезоэлектрические, электростатические и др. (Дольник А.Г. Громкоговорители, М.-Л., 1958, с. 18; Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. Л.: Судостроение, 1982, с. 95; авт.св. СССР N 479269, кл. Н 04 R 19/00, 1975).

Акустическое устройство относится к электромагнитным преобразователям, лучшие образцы которых позволяют воспроизводить диапазон частот порядка 30-16000 Гц при неравномерности частотной характеристики порядка 4-6 дБ и нелинейных искажениях на уровне 3% и имеют КПД около 15%, что является существенным недостатком, обусловленным конструктивными особенностями магнитной системы электромагнитных преобразователей.

Прототипом предлагаемого магнитодинамического акустического устройства является электромагнитный преобразователь (авт.св. СССР N 1042209, кл. H 04 R 13/00, 1981), содержащий корпус с системой магнитов и катушек, взаимодействующих с подвижным якорем, соединенным с диафрагмой.

Так как система магнитов и катушек образует разомкнутую магнитную цепь с многочисленными немагнитными зазорами, то данное обстоятельство приводит к значительным полям рассеивания, снижая общий КПД преобразователя, не позволяя эффективно использовать электроэнергию сигналов. Повысить КПД можно путем образования замкнутой магнитной цепи, предотвращая поля рассеивания и обеспечивая эффективное использование электроэнергии сигналов.

С целью повышения КПД акустического устройства катушка выполнена в виде многослойной спирали из ферромагнитной пластины, в продольном косом пазу на поверхности которой закреплен электроизолированный провод, образующий спиральную пространственную обмотку с выводами. Пространственная спираль - обмотка при прохождении по ней тока стягивается в плоскую спираль, это происходит под действием магнитных сил взаимодействия витков обмотки на магнитопроводе между собой (Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. Л.: Энергия, 1970, с. 333, 335, рис. 8-1).

Так как при изменении размеров пространственной спирали под действием магнитных сил магнитное поле оказывается всегда замкнутым в магнитопроводе, то это предотвращает образование полей рассеивания, обеспечивая повышение КПД, что и является достижением цели изобретения.

На фиг.1 показана многослойная спираль устройства при снятой диафрагме; на фиг. 2 - магнитодинамическое акустическое устройство, разрез по оси; на фиг.3 представлена пластина с проводом в развернутом виде в плане; на фиг.4 - та же пластина, вид с торца; на фиг.5 показано закрепление в пластине изолированного провода.

Магнитодинамическое акустическое устройство имеет корпус 1 в виде цилиндрического сосуда с проушинами 2 для крепления по месту монтажа, внутри которого размещен магнитопровод 3 в виде свернутой в спираль ферромагнитной пластины 4 с электроизолированным проводом 5, закрепленным в пазу 6 на поверхности пластины 4 под заданным углом к ее кромкам, например, с помощью клинового крепления и т.п. Концы провода 5 имеют выводы 7 и 8 через отверстие 9 в корпусе 1 в виде гибких проводов. С торца корпуса 1 к его стенке прикреплена диафрагма 10, центральной областью соединенная со стержнем 11, укрепленным на конце пластины в центре спирального магнитопровода 3. Магнитопровод 3 из спиральной пластины 4 имеет ступенчатый выступ 12 и ступенчатую впадину 13, над которой с помощью стенок корпуса 1 и стержня 11 в центре укреплена диафрагма 10.

Материалом корпуса может быть сталь или прочные сорта полимеров, пластина 4 выполнена из ферромагнитного материала, например пермаллоя, электротехнической стали и т.п., провода выполнены медными в эмалированной изоляции. Поверхность витков спирального магнитопровода 3 покрыта графитовой смазкой.

Работает магнитодинамическое акустическое устройство следующим образом.

Акустическое устройство может быть использовано в качестве источника или приемника акустических колебаний, звука, речевых или музыкальных сигналов, что обеспечивается прямым или обратным его включением.

Для работы устройства в качестве источника акустических сигналов оно укрепляется по месту применения с помощью проушин 2, выводы 7 и 8 спирального провода 5 из отверстия 9 в корпусе 1 соединяются с выходом генератора электрических сигналов звуковой частоты или источника электрических сигналов звуковой частоты, например УНЧ-электрофона и т.п. Так как пространственная спираль 5 при прохождении по ней тока от источника электрических сигналов стягивается в плоскую спираль, то в соответствии с частотой сигналов источника стержень 11 приводит к колебаниям диафрагму 10, которая создает акустические сигналы вокруг себя. Так как магнитная цепь катушки в любом состоянии магнитопровода замкнута на себя, то данное обстоятельство предотвращает образование полей рассеивания, предотвращает потери, повышая общий КПД акустического преобразования сигналов, что и обеспечивает достижение цели изобретения.

Для работы устройства в качестве приемника акустических сигналов выводы 7 и 8 спирали 5 соединяются с входом УНЧ звукозаписывающего устройства, радиопередатчика и т.п., а диафрагма 10 направляется на источник звука. При включении электропитанияч УНЧ и направлении звука на диафрагму 10 звуковое давление на нее передается на стержень 11, который соответствующие колебания передает магнитопроводу 3 с пространственной спиралью 5, в результате чего изменяется с частотой звуковых колебаний ее индуктивность, определяя соответствующие изменения частоты и уровня выходных сигналов с УНЧ, что и обеспечивает преобразование звуковых колебаний в электрические сигналы соответствующей частоты. Так как изменение индуктивности спирали 5 осуществляется при замкнутом магнитопроводе 3 на себя, то этим обстоятельством обеспечивается повышение эффективности преобразования звуковых колебаний в электрические за счет предотвращения потерь на поля рассеивания, что и является достижением цели изобретения.

Эффективность магнитодинамического акустического устройства определяется его конкретным исполнением по конкретному применению, габаритами, числом витков спирального магнитопровода 3, шагом спиральной катушки 5. Так, например, акустическое устройство, состоящее из 50-виткового спирального магнитопровода из пластины 4 толщиной 0,1 мм с электропроводом в ее пазу сечением порядка 0,02 мм², позволяет выполнить излучатель звука габаритами порядка 10х10 мм, мощностью порядка 1 Вт, что невозможно по прототипу или другими аналогичными устройствами.

Формула изобретения

МАГНИТОДИНАМИЧЕСКОЕ АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус с размещенными в нем магнитопроводом с катушкой и диафрагму со стержнем, прикрепленную к стенке корпуса, отличающееся тем, что магнитопровод выполнен в виде многослойной спирали из ферромагнитной пластины с продольным косым пазом на ее поверхности, а катушка - в виде электроизолированного провода с выводами, закрепленного в пазу, причем стержень закреплен одним концом в центре диафрагмы, а другим - на конце ферромагнитной пластины в центре магнитопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5