DE102016226006A1 - Device for exciting vibrations and use of such a device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anregung von Schwingungen in einer anzuregenden sternförmigen flächig ausgedehnten Übertragerstruktur. Insbesondere kann die Vorrichtung in einem Lautsprecher zur Wiedergabe von Audiosignalen eingesetzt werden. Die Vorrichtung weist mindestens zwei Anregungsmittel auf, welche jeweils mindestens einen Dauermagneten mit einem Ringspalt, mindestens eine ringförmige Tauchspule und mindestens einen Schwingteilträger aufweisen. Der Schwingteilträger ist an die Übertragerstruktur lösbar gekoppelt, und die Übertragerstruktur ist zwischen zwei Anregungsmitteln angeordnet.The invention relates to a device for excitation of oscillations in a star-shaped surface extensively extended Übertragerstruktur. In particular, the device can be used in a loudspeaker for the reproduction of audio signals. The device has at least two excitation means, each having at least one permanent magnet with an annular gap, at least one annular plunger coil and at least one vibrating part carrier. The oscillatory subcarrier is releasably coupled to the transducer structure, and the transducer structure is disposed between two excitation means.
Description
Anwendungsgebiet und Stand der TechnikField of application and state of the art
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anregung von Schwingungen mit einer anzuregenden vorzugsweise sternförmigen flächig ausgedehnten Übertragerstruktur. Insbesondere kann die Vorrichtung in einem Lautsprecher zur Wiedergabe von Audiosignalen eingesetzt werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung mögliche Verwendungen einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device for excitation of oscillations with a preferably star-shaped planar extensively distributed transformer structure. In particular, the device can be used in a loudspeaker for the reproduction of audio signals. Furthermore, the invention relates to possible uses of such a device.
Aus der
Aus der
Ein Nachteil an den genannten Lösungen ist die relativ kleine Leistungsdichte der Lautsprecher, die auf die schallgebende Fläche übertragbar ist.A disadvantage of the solutions mentioned is the relatively small power density of the speakers, which is transferable to the sound-emitting surface.
Meist werden Anregungselemente oder zumindest ein Teil davon, z. B. der Kopplungsring, zur Fixierung an die schallgebenden Flächen geklebt. Das führt zu einer aufwendigen Montage mit erhöhter Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Ausrichtung und Fixierung.Most are excitation elements or at least part of it, z. B. the coupling ring, glued for fixing to the sound-emitting surfaces. This leads to a complex assembly with increased error probability in the alignment and fixation.
Ein weiterer Nachteil ist, dass solche Flächenmembranlautsprecher meist eine große Bauform und ein großes Gewicht aufweisen. Dies führt für viele Anwendungen wie z. B. in der Luftfahrt oder im Fahrzeugbau zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch und kann sich nachteilig auswirken.Another disadvantage is that such surface diaphragm speakers usually have a large size and a large weight. This leads to many applications such. As in aviation or in vehicle construction to increased fuel consumption and can adversely affect.
Aufgabe und LösungTask and solution
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung und eine entsprechende Verwendung zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und insbesondere eine leistungsfähige Vorrichtung zur Anregung von Schwingungen mit einer Übertragerstruktur geschaffen werden kann.The invention has for its object to provide an aforementioned device and a corresponding use with which problems of the prior art can be solved and in particular a powerful device for exciting vibrations with a transformer structure can be created.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie Verwendungen nach Anspruch 15, 16 oder 17. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Manche der nachfolgend genannten Merkmale werden nur für eine Vorrichtung oder nur für eine Verwendung genannt. Sie sollen aber unabhängig davon sowohl für eine Vorrichtung als auch für eine Verwendung unabhängig voneinander und selbstständig gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This object is achieved by a device according to claim 1 and uses according to claim 15, 16 or 17. Advantageous and preferred embodiments of the invention are subject matter of further claims and are explained in more detail below. Some of the features mentioned below are mentioned for one device only or for one use only. However, they should be able to apply independently and independently of each other, both for a device and for use. The wording of the claims is incorporated herein by express reference.
Bei der Erfindung weist die Vorrichtung eine sternförmige, flächig ausgedehnte Übertragerstruktur auf. Zur möglichst verzerrungsfreien Wiedergabe von Audiosignalen hat sich diese Form der Übertragerstruktur als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Übertragerstruktur wird zwischen zwei Anregungsmitteln mit Hilfe eines Kopplungsmechanismus fixiert. Der Kopplungsmechanismus ist insbesondere für Montagezwecke lösbar ausgelegt.In the invention, the device has a star-shaped, extensively extended transformer structure. For the most distortion-free reproduction of audio signals, this form of transformer structure has proven to be particularly advantageous. The transformer structure is fixed between two excitation means by means of a coupling mechanism. The coupling mechanism is designed in particular for mounting purposes detachable.
Die Anregungsmittel weisen mindestens einen Dauermagneten mit einem Ringspalt, mindestens eine ringförmige Tauchspule und mindestens einen Schwingteilträger auf. Die Tauchspule kann mit elektrischem Strom durchflossen werden und erzeugt ein vom Anregungssignal abhängiges elektromagnetisches Wechselfeld, dadurch bewegt sich die Tauchspule im Ringspalt des Dauermagneten. Diese Funktion einer Tauchspule ist dem Fachmann hinreichend bekannt und wird deshalb nicht näher erläutert. Der Schwingteilträger ist mit der Tauchspule mechanisch bzw. konstruktiv verbunden und leitet die Schwingungen weiter.The excitation means have at least one permanent magnet with an annular gap, at least one annular plunger coil and at least one vibrating part carrier. The immersion coil can be traversed by electric current and generates a dependent of the excitation signal electromagnetic alternating field, thereby moving the plunger coil in the annular gap of the permanent magnet. This function of a plunger coil is well known to the skilled person and is therefore not explained in detail. The vibrating part carrier is mechanically or constructively connected to the plunger and passes the vibrations on.
Durch die Vorrichtung mit zwei Anregungsmitteln, die die anzuregende Übertragerstruktur von zwei gegenüberliegenden Seiten anregen, wird eine hohe Leistungsdichte der Schwingungen in der Übertragerstruktur erreicht. Damit sich die Leistung der zwei sich gegenüberliegenden Anregungsmittel addiert, schwingen die Anregungsmittel um 180° phasenverschoben zueinander.The device with two excitation means, which excite the transformer structure to be excited from two opposite sides, achieves a high power density of the oscillations in the transformer structure. In order for the power of the two opposing excitation means to add up, the excitation means oscillate 180 ° out of phase with each other.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung derart ausgelegt, dass Schwingungen mit Frequenzen im hörbaren Bereich des menschlichen Gehörs angeregt werden können. Vorzugsweise liegen die Frequenzen zwischen 15 Hz und 20 kHz.In an advantageous embodiment of the invention, the device is designed such that vibrations with frequencies in the audible range of human hearing can be excited. Preferably, the frequencies are between 15 Hz and 20 kHz.
Zum Betrieb der Anregungsmittel benötigt man elektronische Schaltungen wie Treiber, Verstärker etc. Die elektronischen Schaltungen sind in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung in mindestens einem der Anregungsmittel integriert. Dadurch wird der benötigte Bauraum der Vorrichtung gering gehalten und die Vorrichtung lässt sich relativ flach realisieren.The operation of the excitation means requires electronic circuits such as drivers, amplifiers, etc. The electronic circuits are integrated in at least one of the excitation means in a preferred embodiment of the invention. As a result, the required installation space of the device is low held and the device can be realized relatively flat.
Zum Betrieb der Anregungsmittel benötigt man elektrische Energie, um z. B. die Tauschspulen mit elektrischem Strom zu versorgen. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht deshalb vor Energiespeicher in Form von mindestens einer Batterie und/oder mindestens eines Akkumulators in mindestens eines der Anregungsmittel zu integrieren. Ein Energiespeicher kann auch durch beide Anregungsmittel hindurch verlaufen, so dass er genügend Stauraum hat und ausreichend groß sein kann.To operate the excitation means requires electrical energy to z. B. to supply the exchange coils with electric current. A further advantageous embodiment of the invention therefore envisages integrating energy storage in the form of at least one battery and / or at least one accumulator into at least one of the excitation means. An energy store can also run through both excitation means, so that it has sufficient storage space and can be sufficiently large.
Um eine Zerstörung und/oder Fehlfunktionen der Vorrichtung zu vermeiden muss die beim Betrieb der Vorrichtung entstehende Wärme aus der Vorrichtung abgeführt werden. Dies geschieht in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung über aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehende, federartige Elemente, die die entstehende Wärme auf die angeregte Übertragerstruktur weiterleiten. Dort kann die Wärme großflächig verteilt und an die Umgebung abgegeben werden. Idealerweise kann dann auf das bisher im Stand der Technik eingesetzte Ferrofluid verzichtet werden. Durch den Verzicht auf Ferrofluid lässt sich die Vorrichtung erheblich preisgünstiger herstellen und Verschmutzungen werden verhindert.In order to avoid destruction and / or malfunction of the device, the heat generated during operation of the device must be removed from the device. This is done in a further advantageous embodiment of the invention over existing from carbon fiber reinforced plastic, spring-like elements that forward the resulting heat to the excited transformer structure. There, the heat can be distributed over a large area and released to the environment. Ideally, then can be dispensed with the ferrofluid used in the prior art. By dispensing with ferrofluid, the device can be produced significantly cheaper and soiling is prevented.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Übertragerstruktur aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Dies hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff eine hohe Steifigkeit aufweist, woraus besonders gute Schwingungsübertragungseigenschaften hervorgehen.In a further advantageous embodiment of the invention, the transformer structure is made of carbon fiber reinforced plastic. This has proven to be particularly advantageous because carbon fiber reinforced plastic has a high rigidity, resulting in particularly good vibration transmission properties.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung mehrere getrennte Anordnungen bestehend aus jeweils einem Dauermagnet, der jeweils einen Ringspalt aufweist, und jeweils einer Tauchspule für verschiedene Frequenzbereiche der anzuregenden Schwingungen auf. Damit kann die Schallleistung für verschiedene Frequenzen auf die jeweils getrennten Anordnungen aufgeteilt werden. So können die verschiedenen Eigenschaften der Anordnungen für verschiedene Frequenzen optimiert werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the device has a plurality of separate arrangements consisting of a respective permanent magnet, each having an annular gap, and in each case a plunger coil for different frequency ranges of the vibrations to be excited. Thus, the sound power for different frequencies can be divided into the respective separate arrangements. Thus, the different properties of the arrangements for different frequencies can be optimized.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung mindestens einen Dauermagneten, der mindestens einen Ringspalt aufweist, und mindestens eine ringförmige Tauchspule auf, welche zur induktiven Erzeugung von elektrischer Energie aus der Schwingung der Übertragerstruktur verwendet werden können. Damit lässt sich aus einer externen Anregung der Übertragerstruktur elektrische Energie gewinnen. Weiterhin kann die Vorrichtung mindestens eine Spule zur induktiven Einkopplung von elektrischer Energie aufweisen. Diese Spule kann eine der Tauchspulen sein, kann aber auch eine separate Spule sein.In a further advantageous embodiment of the invention, the device has at least one permanent magnet, which has at least one annular gap, and at least one annular plunger coil, which can be used for the inductive generation of electrical energy from the vibration of the transformer structure. This can be obtained from an external excitation of the transformer structure electrical energy. Furthermore, the device may have at least one coil for the inductive coupling of electrical energy. This coil may be one of the immersion coils, but may also be a separate coil.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die gewonnene elektrische Energie vorteilhafterweise in einen Energiespeicher in Form eines Akkumulators gespeichert, welcher bereits in der Vorrichtung integriert ist.In a further embodiment of the invention, the recovered electrical energy is advantageously stored in an energy store in the form of a rechargeable battery, which is already integrated in the device.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die flächig ausgedehnte Übertragerstruktur mehrere Arme auf, die um einen Zentralbereich radial verteilt angeordnet sind, das kann eine Sternform ergeben. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, 6 Arme zu verwenden. Die Längen der Arme liegen typischerweise im Bereich von 3 cm bis 50 cm, wobei vorteilhaft 6 die Arme jeweils eine unterschiedliche Länge aufweisen.In a further advantageous embodiment of the invention, the extensively extended Übertragerstruktur a plurality of arms which are arranged distributed radially around a central region, which can give a star shape. It has proven to be particularly advantageous to use 6 arms. The lengths of the arms are typically in the range of 3 cm to 50 cm, advantageously 6 each having a different length.
Die Breite der Arme liegt vorzugsweise im Bereich 5 mm bis 50 mm, die Höhe der Arme vorteilhaft im Bereich 1 mm bis 5 mm. Der Zentralbereich und die davon ausgehenden Arme spannen dabei vorteilhaft eine Fläche von 20 cm2 bis 8000 cm2 auf.The width of the arms is preferably in the range 5 mm to 50 mm, the height of the arms advantageously in the range 1 mm to 5 mm. The central area and the arms extending therefrom advantageously span an area of 20 cm 2 to 8000 cm 2 .
Die Übertragerstruktur kann eine Höhe von 1 mm bis 5 mm über einer Auflagefläche aufweisen, wobei die Gesamthöhe der Vorrichtung zwischen 2 mm und 10 mm liegen kann.The transformer structure may have a height of 1 mm to 5 mm over a support surface, wherein the total height of the device may be between 2 mm and 10 mm.
Der Zentralbereich der Übertragerstruktur kann eine Erhöhung gegenüber den radial um den Zentralbereich verteilten Armen aufweisen. Die Anregungsmittel sind vorteilhaft im Zentralbereich angeordnet, wobei die Übertragerstruktur zwischen zwei Anregungsmitteln angeordnet ist, einer drüber und einer drunter.The central region of the transformer structure may have an increase relative to the arms distributed radially around the central region. The excitation means are advantageously arranged in the central area, the transmitter structure being arranged between two excitation means, one above and one below.
Die Vorrichtung kann in vorteilhaft als Lautsprecher zur Wiedergabe von Audiosignalen wie Musik oder Sprachdurchsagen verwendet werden.The device can be advantageously used as a loudspeaker for reproducing audio signals such as music or voice announcements.
Aufgrund der kompakten Bauweise und der durch die einfache Montage ist die Vorrichtung für Verwendungen in Kraftfahrzeugen, Luftfahrzeugen und/oder Raumfahrzeugen geeignet.Due to the compact design and the ease of assembly, the device is suitable for use in motor vehicles, aircraft and / or spacecraft.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind ein Teil des Kopplungsmechanismus zwischen dem Schwingteilträger und der Übertragerstruktur und die Übertragerstruktur in einem übergeordneten Bauteil angeordnet. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass ein Teil des Kopplungsmechanismus und die Übertragerstruktur in einem Kunststoffteil wie z. B. eine Innenraumverkleidung eines Flugzeuges oder Autos während der Fertigung eingebaut werden oder ein Teil dessen sein können. Die Anregungsmittel können dann anschließend aufgebracht werden, wodurch Fertigungszeit eingespart, die Justierung vereinfacht und eine einfache Austauschbarkeit gewährleistet wird.In a further embodiment of the invention, a part of the coupling mechanism between the oscillating member carrier and the transformer structure and the transformer structure are arranged in a superordinate component. This can be z. B. happen that a part of the coupling mechanism and the transformer structure in a plastic part such. For example, an interior trim panel of an airplane or car may be incorporated during manufacture or may be part of it. The excitation means can then be subsequently applied, thereby saving manufacturing time, the Adjustment simplified and easy replacement is guaranteed.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.These and other features will become apparent from the claims but also from the description and drawings, wherein the individual features each alone or more in the form of sub-combinations in an embodiment of the invention and in other fields be realized and advantageous and protectable Represent embodiments for which protection is claimed here. The subdivision of the application into individual sections and subheadings does not limit the statements made thereunder in their generality.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung, -
2 eine Schrägansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung und -
3 eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung.
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1 an oblique view of an embodiment of the device according to the invention, -
2 an oblique view of another embodiment of the device according to the invention and -
3 a side view of another embodiment of the device according to the invention.
Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the embodiments
Das erste Anregungsmittel
In der Vorrichtung ist ein Energiespeicher
Das erste Anregungsmittel
Damit sich die Leistung der zwei sich gegenüberliegenden Anregungsmittel addiert, schwingen die Anregungsmittel um 180° phasenverschoben zueinander. Die Signalverarbeitungs- bzw. Ansteuerelektronik
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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