CN101702312B - 一种钢琴自动演奏琴键驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及技术领域为乐器类，具体说涉及一种钢琴琴键自动演奏装置，特别是通过电磁铁驱动钢琴琴键自动弹奏的装置，其特征是：垂直的框架电磁铁锯齿状分布排列分别连接在垂直的安装板前、后面，每个框架电磁铁的顶杆穿过钢琴中板相互独立的顶杆孔，在中板上面的顶端部位插接缓冲帽，安装板上部设有一行断续的腰形槽穿过螺钉将多个转接角分别连接在安装板的前、后面，安装板的上部和下部之间设有几行等间距断续的腰形槽，穿过螺钉将框架电磁铁分别连接在安装板的前、后面。本发明与现有技术相比，设计新颖、结构牢固，使用可靠、制造方便，对钢琴结构影响小，无须破坏钢琴中板，且成本低，生产安装简便，通用性强，电磁铁的功率余量大，容易散热。

Description

一种钢琴自动演奏琴键驱动装置

技术领域

本发明涉及技术领域为乐器类，具体说涉及一种钢琴琴键自动演奏装置，特别是通过电磁铁驱动钢琴琴键自动弹奏的装置。

背景技术

钢琴是一种昂贵、精密的声学仪器，稳定性和恒温恒湿要求高，键盘一般由88个琴键组成，单个琴键中部存在一个定位支点，当人手弹奏琴键前端时，琴键的尾端被翘起。由单片机构成的控制电路驱动电磁铁铁芯向上运动时，顶起琴键尾端，琴键的前端向下运动，则琴键模拟了手指弹奏时的动作，具有这种功能的钢琴通常称为自动演奏钢琴。由于钢琴键盘琴键排列密集，限制了电磁铁的外形尺寸，而体积小的电磁铁功率低、力度弱。因此，电磁铁的选用直接关系到自动演奏的声学效果和实用性。

目前自动演奏钢琴中电磁铁的安装方式可以归纳为三类：一类为单列式，另二类为垂直双列式和平面双列式。单列式排列结构简单，但电磁铁的宽度不得大于琴键尾部宽度(缝隙)，体积受到限制，铁芯太小，为增强功率，用特殊强磁材料方案制成的成本高，而且排列成一行的钢琴中板顶杆孔密度高，造成中板变形，甚至断裂的隐患。垂直双列式将电磁铁的安装布局成上下两列，提高了电磁铁体积，功率增强，缺点是上下列电磁铁顶杆长度不同，互换性差；排列成一行的中板顶杆孔密度高，也有造成中板变形，甚至断裂的隐患；而且上下列电磁铁联成一体后，垂直尺寸长，影响视觉，有的将中板锯割出条形槽的，电磁铁可以插进中板内，视觉虽改善了，但横贯中板的条形槽对钢琴结构的破坏性更强，更易造成中板变形，甚至断裂。日本雅马哈公司设有平面双列式排列电磁铁的琴键驱动装置，体积矮小扁薄，正好安装于定制的雅马哈钢琴键盘与中板的夹层间，但对于其它厂家生产的钢琴来说，该装置仍然太高，必须开挖中板或将琴键部分锯薄，以弥补空间不足，对钢琴的破坏性太强；该方案的磁通量偏小，必须提高电压增强功率；另一不足是键盘与中板的夹层空间狭小，空气不易对流，散热差，而热膨胀容易引发木制料件的变形、开裂，影响钢琴的稳定性，高温也容易使电路元器件老化，甚至损坏。国内有的单位采用圆柱体电磁铁，平面双列锯齿状排列的琴键驱动装置，受结构局限，也必须将约4厘米厚的钢琴中板锯出横贯左右1米以上的条形槽，对钢琴稳定性和整体性影响较大。

发明内容

本发明的目地是提供一种改进的电磁铁驱动钢琴琴键自动弹奏的装置，特别是对钢琴结构影响小，无须破坏钢琴中板，且成本低，生产安装简便，通用性强，电磁铁的功率余量大，容易散热。

本发明所采取的技术方案如下：用非磁性不易互感、导热性好易散热、刚性良好的铝合金板，加工成有数行断续的腰形槽的长方形安装板，用金属转接角连接到钢琴中板的下面。框架式电磁铁用螺栓通过腰型槽固定在安装板的两面，呈锯齿状排列成同向两行，电磁铁的位置可左右调整；同一面上相邻电磁铁间的空隙中插入螺栓，紧固安装板另一面上的一个电磁铁。电磁铁顶杆穿过中板上的通孔，使顶杆套接近或触及琴键尾部下方。更换尺寸稍有差异的顶杆缓冲帽，可以微调电磁铁杆体的总高度尺寸。电磁铁驱动时，线圈内铁芯带动顶杆及顶杆套向上运动，推动琴键尾部抬起。电磁铁下方安装板正、反面各连接有加强筋作用的直角托板，托板水平面贴减震的消音垫，托举住垂直的、失去电流激励的电磁铁铁芯。

为实现上述技术方案，设计一种钢琴自动演奏琴键驱动装置，包括缓冲帽、顶杆、框架电磁铁、安装板、转接角、钢琴琴键和电路板，转接角并且连接钢琴中板的下面，其特征是：垂直的框架电磁铁锯齿状分布排列分别连接在垂直的安装板前、后面，每个框架电磁铁的顶杆穿过钢琴中板相互独立的顶杆孔，在中板上面的顶端部位插接缓冲帽，安装板上部设有一行断续的腰形槽穿过螺钉将多个转接角分别连接在安装板的前、后面，安装板的上部和下部之间设有几行等间距断续的腰形槽，穿过螺钉将框架电磁铁分别连接在安装板的前、后面；安装板下部的前、后面分别连接前托板和后托板，前托板和后托板与安装板垂直的一边上面分别粘贴有消音垫；前托板和后托板的下面分别连接转接柱，每个转接柱的另一端同电路板连接；安装板与前托板或后托板的连接是独立的二者连接；前托板和后托板的形状和规格为相同形状和相同尺寸；每个钢琴琴键对应钢琴中板上的一个顶杆孔，所有顶杆孔分成若干单元，各单元顶杆孔锯齿状交替排列成两行；每个框架电磁铁与安装板连接的一组螺钉头部处于安装板的两面，安装板每个面上螺钉组与框架电磁铁交替排列；长方形的金属导热非磁性安装板设有四至五行断续的腰形槽，各行腰形槽的断点互相错开；安装板上允许每个框架电磁铁与安装板连接的螺钉孔或槽至少有两处。

根据钢琴的结构特点，钢琴键盘一般按音域将琴键分成数个单元，各厂家分法不尽相同。因此，整套电磁铁驱动钢琴琴键自动弹奏的装置也分成相应的单元。不同厂家牌号、规格的钢琴每个单元都采用按同一种规格尺寸制造的安装板和托板，使用时按单元的长度尺寸切割。采用尺寸不同的转接角，可以上提或下移安装板及电磁铁，使本装置适用于任何厂家牌号、规格的钢琴。

安装板上断续的腰形槽被加工成中断处行间相互错开，不在同一垂直线上，则每个电磁铁最多只有一个固定用螺纹孔被遮挡；安装板上三行断续的腰形槽对应电磁铁框架上三个排成一列的固定用螺纹孔，则至少有二个螺纹孔可以有效固定电磁铁。如此，错开的腰形槽断点既使安装板保持钢性强度，又不至于因为断点而影响电磁体的固定。电磁铁下方安装板正、反两面各连接有于其垂直的托板，既可托举电磁铁铁芯，也强化了安装板的抗弯强度。安装板上最上一行断续的腰形槽作连接转接角之用，腰形槽可使转接角的固定位置灵活调整。该结构的安装板及托板制造、切割、携带和安装都很方便，成本也低。

框架电磁铁呈锯齿状排列成两行，同样电流产生的推力，作用在前行或后行的声音大小会不一致，由程序控制电路向声音轻(力臂短)的一行电磁铁补偿电流，使前后两行电磁铁作用在相应的琴键时力矩平衡。与单行排列相比，锯齿状两行排列既可使电磁铁的选用优化，选择更大的体积功率；又可分散钢琴中板上密集成一行的顶杆孔，保持中板的结构强度，降低因开孔对中板的影响。

本发明与现有技术相比，设计新颖、结构牢固，使用可靠、制造方便，对钢琴结构影响小，无须破坏钢琴中板，且成本低，生产安装简便，通用性强，电磁铁的功率余量大，容易散热。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的安装板正向局部示意图。

图2为本发明的安装板俯视示意图。

图3为本发明的侧视剖面示意图。

图4为本发明另一实施例的侧视剖面示意图。

指定图3为摘要附图

图中1.缓冲帽，2.顶杆，3.转接角，4.螺钉，5.螺钉，6.转接角，7.框架电磁铁，8.螺钉，9.框架电磁铁，10.螺钉，11.安装板，12.铁芯，13.螺钉，14.前托板，15.消音垫，16.螺钉，17.消音垫，18.后托板，19.自攻螺钉，20.转接柱，21.电路板，22.自攻螺钉，23.自攻螺钉，24.中板，25.销钉，26.琴键，27.卡簧，28.缓冲圈。

具体实施方式

结合附图对本发明专利做进一步说明，这种装置的制造技术对本专业的人来说是非常清楚的。

在图1中，安装板(11)上加工成四行断续的腰形槽，各行间的断点互相错开。螺钉(4)从正面穿过安装板(11)最上一行的腰形槽将转接角(3)连接在安装板(11)背面，螺钉(5)从背面穿过安装板(11)最上一行的腰形槽将转接角(6)连接在安装板(11)正面；转接角在相邻的两个电磁铁顶杆间可适当左右调整。安装板(11)下面三行断续的腰形槽用来安装电磁铁，螺钉(8)和螺钉(10)分别穿过腰形槽将框架电磁铁(7)连接在安装板(11)的背面，框架最上的一个安装螺纹孔被腰形槽断点遮挡，只有两个螺纹孔可以固定框架电磁铁(7)。框架电磁铁(9)垂直被连接在安装板(11)的正面。由于电磁铁工作在振动环境，为提高可靠性，也可将安装板多加工一行断续的腰形槽，使同每个电磁铁连接的螺钉增加一个。

安装板(11)正面的下部连接前托板(14)，前托板(14)呈长条角铁状，水平面上方粘贴一条消音垫(17)，另一垂直面连接安装板(11)，螺钉(13)是连接用的紧固件之一。螺钉(16)是连接安装板(11)背面托板用的螺钉之一，前托板(14)设有一比螺钉(16)头部直径大的孔，使安装板(11)背面的托板连接不必受前托板(14)连接与否的影响。电磁铁铁芯(12)失去电流激励后被前托板(14)托举，消音垫(17)用以消除铁芯下坠撞击前托板(14)的声音，框架电磁铁(7)的顶杆(2)顶端套有缓冲帽(1)起同样的降噪声作用。

在图2中，垂直的电磁铁呈锯齿状排列成两行；框架电磁铁(7)位于安装板(11)的背面，下方设有贴消音垫(17)的后托板(18)；框架电磁铁(9)位于安装板(11)的正面，下方设有粘贴消音垫(15)的前托板(14)。

实施例1展示了一种转接柱安装驱动电路板的优化方案。图3中，转接柱(20)一端设有孔，自攻螺钉(19)将转接柱(20)和后托板(18)连接；转接柱(20)另一端设有弹性卡扣，可以卡入电路板(21)的孔内实现连接。

为防止装配时误用过长的螺钉旋入电磁铁线圈中造成损害，优化的实施方案中，除转接角连接中板的自功螺钉外，安装板连接前、后托板和转接角的螺钉长度相同，约为二块安装板的厚度，而电磁铁框架厚度，转接角厚度，前、后托板厚度和安装板的厚度选择相同或相近的尺寸，也可方便加工装配。图3中，螺钉(13)将前托板(14)和安装板(11)连接，不能将后托板(18)一起连接。螺钉(13)尾部对应后托板(18)设有一大于螺钉(13)直径的孔，既可防止螺钉过长排斥，又可使安装板(11)正面的前托板(14)连接不必受后托板(18)连接与否的影响。

在实施例1中，安装板(11)的正面和背面各有若干个转接角，转接角的位置和电磁铁顶杆的位置错开；转接角(3)位于安装板(11)的背面，其连接安装板(11)的螺钉头部位于安装板(11)的正面；转接角(6)位于安装板(11)的正面，其连接安装板(11)的螺钉(5)头部位于安装板(11)的背面。

装置处于钢琴中板(24)下面的空阔处，顶杆(2)穿过中板(24)上的顶杆孔驱动琴键(26)。转接角(3)通过自攻螺钉(22)和钢琴中板(24)连接，转接角(6)通过自攻螺钉(23)和中板(24)连接。静态时，框架电磁铁(7)的顶杆(2)上部的缓冲帽(1)的顶面和琴键(26)的底面齐平。销钉(25)起琴键(26)的支点定位作用，当电流激励框架电磁铁(7)时，铁芯(12)被向上驱动，带动插入铁芯(12)并紧配合的顶杆(2)和缓冲帽(1)一起运动，推动琴键(26)的端部抬起。

图4实施例2中，取消了前、后托板和消音垫，改用顶杆开槽加卡簧(27)控制顶杆铁芯下坠；为避免卡簧撞击电磁铁框架的金属声，顶杆中套缓冲圈(28)。

实施例1和实施例2装配时，应在钢琴琴键尾部下方的中板钻顶杆孔，孔径通常为顶杆直径的1至2倍，不大于琴键尾部宽度，每个琴键对应一个顶杆孔，孔的中心线尽量处于琴键尾部横向宽度的中心，相应图2中框架电磁铁的锯齿状排列成两行，顶杆孔也交替排列成锯齿状两行，行中心间距＝垂直的电磁铁框架两外立面的间距+安装板厚度。

Claims (9)

1.一种钢琴自动演奏琴键驱动装置，包括缓冲帽、顶杆、框架电磁铁、安装板、转接角、钢琴琴键和电路板，转接角并且连接钢琴中板的下面，其特征是：垂直的框架电磁铁锯齿状分布排列分别连接在垂直的安装板前、后面，每个框架电磁铁的顶杆穿过钢琴中板相互独立的顶杆孔，在中板上面的顶端部位插接缓冲帽，安装板上部设有一行断续的腰形槽穿过螺钉将多个转接角分别连接在安装板的前、后面，安装板的上部和下部之间设有几行等间距断续的腰形槽，穿过螺钉将框架电磁铁分别连接在安装板的前、后面。

2.根据权利要求1所述的一种钢琴自动演奏琴键驱动装置，其特征是：安装板下部的前、后面分别连接前托板和后托板，前托板和后托板与安装板垂直的一边上面分别粘贴有消音垫。

3.根据权利要求2所述的一种钢琴自动演奏琴键驱动装置，其特征是：前托板和后托板的下面分别连接转接柱，每个转接柱的另一端同电路板连接。

4.根据权利要求2所述的一种钢琴自动演奏琴键驱动装置，其特征是：安装板与前托板或后托板的连接是独立的二者连接。

5.根据权利要求2所述的一种钢琴自动演奏琴键驱动装置，其特征是：前托板和后托板的形状和规格为相同形状和相同尺寸。

6.根据权利要求1所述的一种钢琴自动演奏琴键驱动装置，其特征是：每个钢琴琴键对应钢琴中板上的一个顶杆孔，所有顶杆孔分成若干单元，各单元顶杆孔锯齿状交替排列成两行。

7.根据权利要求1所述的一种钢琴自动演奏琴键驱动装置，其特征是：每个框架电磁铁与安装板连接的一组螺钉头部处于安装板的两面，安装板每个面上螺钉组与框架电磁铁交替排列。

8.根据权利要求1所述的一种钢琴自动演奏琴键驱动装置，其特征是：长方形的金属导热非磁性安装板设有四至五行断续的腰形槽，各行腰形槽的断点互相错开。

9.根据权利要求1或权利要求7所述的一种钢琴自动演奏琴键驱动装置，其特征是：安装板上允许每个框架电磁铁与安装板连接的螺钉孔或槽至少有两处。

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