DE1149749B

DE1149749B - Electromagnetic sound transducer, especially for telephones

Info

Publication number: DE1149749B
Application number: DEV21890A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dieter Stiller
Original assignee: ARNSTADT FERNMELDEWERK; Fernmeldewerk Arnstadt VEB
Current assignee: ARNSTADT FERNMELDEWERK; Fernmeldewerk Arnstadt VEB
Priority date: 1962-01-15
Filing date: 1962-01-15
Publication date: 1963-06-06

Description

Elektromagnetischer Schallwandler, insbesondere für Fernsprechapparate Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler nach dem elektromagnetischen Prinzip, bei dem für Gleich- und Wechselfluß zur Verbesserung des Wirkungsgrades teilweise getrennte Wege vorliegen und bei dem die wirksame Masse des Schwingungssystems verringert und durch konstruktive Maßnahmen ein gegenüber bekannten Systemen vereinfachter Zusammenbau ermöglicht ist. Es ist bei Zweipolsystemen bekannt, zur Verbesserung des Wirkungsgrades Maßnahmen vorzusehen, die für den Wechselfluß einen geringeren magnetischen Widerstand mit sich bringen. Es wird jedoch nicht erreicht, daß der magnetische Widerstand gegenüber dem Wechselfluß günstigerweise nur in den Arbeitsluftspalten konzentriert ist, da durch die Gleichflußvormagnetisierung in der aus akustischen Gründen dünnen Membran eine teilweise Sättigung des Membranmaterials eintritt, wodurch der wirksame Luftspalt vergrößert wird.Electromagnetic sound transducers, in particular for telephones The invention relates to an electroacoustic transducer after the electromagnetic one Principle in which for direct and alternating flux to improve efficiency partially separate paths and in which the effective mass of the oscillation system reduced and simplified by design measures compared to known systems Assembly is enabled. It is known to improve two-pole systems the efficiency measures to provide that a lower for the alternating flow bring magnetic resistance with it. However, it is not achieved that the magnetic resistance to the alternating flux advantageously only in the working air gaps is concentrated because of the constant flux bias in the acoustic Reasons thin membrane a partial saturation of the membrane material occurs, whereby the effective air gap is enlarged.

Es ist daher schon vorgeschlagen worden, das Magnetsystem symmetrisch auszubilden und die magnetische Membran (Anker) so anzuordnen, daß sie in radialer Richtung (bei konzentrischen Systemen) bzw. in Längsrichtung (bei rechteckigen Systemen) gleichflußfrei bleibt. In diesem Falle kann der Anker in akustisch günstiger Weise sehr dünn gehalten werden, wobei durch Auswahl eines hochpermeablen Werkstoffes für den Anker auch dessen magnetischer Widerstand gering bleibt. Die symmetrische Anordnung des Ankers ist dabei in der Weise gelöst, daß dieser zwischen zwei Magnete gleicher magnetischer Kenndaten eingespannt ist, von deren- freien Enden der magnetische Kreis durch Flußleitstücke geschlossen ist. Somit liegt der Anker im Brückenzweig des sich ergebenden Magnetkreises und führt bei geometrisch mittiger Justierung und bei Gleichheit beider Magnete keinen Fluß in radialer Richtung. Nachteilig dabei ist, daß der Dauermagnet zur Erzeugung der erforderlichen Induktion im Luftspalt direkt auch im Wechselflußkreis liegt. Da moderne Dauermagnete hohen Energieinhaltes (z. B. AlNiCo-Legierungen) eine geringe reversible Permeabilität besitzen, stellt der Dauermagnet für den Wechselfluß einen großen magnetischen Widerstand dar, so daß der Vorteil des in radialer bzw. axialer Richtung gleichflußfreien Ankers nicht voll zur Geltung kommt. Soll dieser Nachteil behoben werden, sind Dauermagnete großen Querschnittes erforderlich. Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, daß zur Erreichung der Gleichflußfreiheit des Ankers eine große Fertigungsgenauigkeit der Teile und ein paarweises Aussuchen der Dauermagnete auf gleiche magnetische Kennwerte erforderlich ist.It has therefore already been proposed that the magnet system be symmetrical train and arrange the magnetic membrane (armature) so that they are in radial Direction (with concentric systems) or in the longitudinal direction (with rectangular systems) remains free of constant flow. In this case, the anchor can be acoustically beneficial can be kept very thin, with the selection of a highly permeable material for the armature its magnetic resistance also remains low. The symmetrical Arrangement of the armature is solved in such a way that it is between two magnets the same magnetic characteristics is clamped, of the free ends of which the magnetic Circle is closed by flux guide pieces. Thus the anchor is in the bridge branch of the resulting magnetic circuit and results in geometrically centered adjustment and if both magnets are the same, there is no flow in the radial direction. Disadvantageous is that the permanent magnet is used to generate the necessary induction in the air gap is also directly in the alternating flow circuit. Because modern permanent magnets have a high energy content (e.g. AlNiCo alloys) have a low reversible permeability the permanent magnet for the alternating flux represents a large magnetic resistance, so that the advantage of the armature free of equal flux in the radial or axial direction is not comes into its own. If this disadvantage is to be remedied, permanent magnets are great Cross section required. Another disadvantage of this design is that that to achieve the freedom of constant flow of the armature a great manufacturing accuracy the parts and selecting the permanent magnets in pairs for the same magnetic ones Characteristic values is required.

Bei einem anderen bekannten System ist für den Wechselfluß ein getrennter Kreis dadurch geschaffen worden, daß parallel zum Gleichflußweg eine für Wechselfluß gut leitende Brücke eingebaut ist. Hierbei ist eine Ausführungsform relativ kompliziert in der Fertigung, während eine andere auf Grund der großen beweglichen Massen des Schwingungssystems eine steife Einspannung des Ankers erfordert, so däß die günstigere Dimensionierung und konstruktive Gestaltung des magnetischen Kreises nicht voll zur Verbesserung der Empfindlichkeit ausgenutzt werden können.In another known system, a separate flow is used for the alternating flow Circle has been created in that parallel to the constant flow path one for alternating flow a good conductive bridge is installed. Here, one embodiment is relatively complicated in production, while another due to the large moving masses of the The vibration system requires a rigid clamping of the armature, so the more favorable one Dimensioning and structural design of the magnetic circuit not fully can be used to improve sensitivity.

Die bekannten Systeme zur Verbesserung der Empfindlichkeit können also wie folgt charakterisiert werden: Sowohl die Ausführungen mit Trennung von Gleich- und Wechselfluß nur in bezug auf den magnetischen Antriebsanker als auch die Ausführungen mit magnetisch niederohmigen Wechselflußweg besitzen infolge der räumlichen Trennung von akustischer Membran und Antriebsmembran, und die dadurch notwendig werdende starre Verbindung beider über einen Koppelstift, eine größere wirksame Masse des Schwingungssystems. Das bedingt eine geringere Nachgiebigkeit des Schwingungssystems, wodurch die durch die Verbesserung des magnetischen Kreises erreichte Emfindlichkeitssteigerung teilweise wieder zunichte gemacht wird. Außerdem sind bei diesen Systemen große Fertigungsgenauigkeiten und teilweise komplizierte Justagearbeiten erforderlich.The known systems for improving the sensitivity can thus be characterized as follows: Both the versions with separation of Direct and alternating flux only in relation to the magnetic drive armature as well the versions with magnetically low-resistance alternating flux path have due to the spatial separation of acoustic membrane and drive membrane, and the resulting Rigid connection of the two becomes necessary via a coupling pin, a larger one effective mass of the vibration system. This requires less flexibility of the vibration system, thereby reducing the by improving the magnetic circuit achieved sensitivity increase is partially nullified again. aside from that are high manufacturing accuracy and sometimes complicated in these systems Adjustment work required.

Mit der Erfindung wird ein elektroakustischer Wandler geschaffen, der eine große Empfindlichkeit bei konstruktiv einfacher Ausführung besitzt und die genannten Nachteile nicht aufweist.With the invention, an electroacoustic transducer is created, of a great sensitivity with a structurally simple design and does not have the disadvantages mentioned.

Dabei wird auch von der teilweisen Trennung von Gleich- und Wechselfluß Gebrauch gemacht. Als Aüker wird eine als Ringanker ausgebildete Formmembran verwendet.This also includes the partial separation of direct and alternating flux Made use of. A shaped membrane designed as a ring anchor is used as the Aüker.

Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß der äußere Rand des Ringankers unter Zwischenlage zweier nichtmagnetischer . Zwischenringe zwischen den Endflächen der äußeren zylindrischen Teile zweier im Querschnitt U-förmiger Flußleitringe derart eingespannt ist, daß der innere Rand des Ankers zwischen den Endflächen der inneren zylindrischen Teile der Flußleitringe freie Schwingungen ausführen kann, und daß zur Erzielung des Gleichflusses nur ein Ringmagnet vorgesehen ist, auf dessen einer Endfläche der eine Flußleitring mit seinem Steg aufsitzt und über dessen andere Endfläche der Gleichflußweg über einen Weicheisentopf Und ein ringförmiges Flußleitstück geschlossen ist.The invention is characterized in that the outer edge of the ring anchor with the interposition of two non-magnetic. Intermediate rings between the end faces the outer cylindrical parts of two in cross-section U-shaped flux guide rings in this way is clamped that the inner edge of the anchor between the end faces of the inner cylindrical parts of the flux guide rings can perform free vibrations, and that to achieve the constant flux only one ring magnet is provided, on one of which End face of a flux guide ring sits with its web and over the other End face of the constant flow path over a soft iron pot and an annular flow guide piece closed is.

Dabei wird zweckmäßigerweise das ringförmige Flußleitstück in den Weicheisentopf eingepreßt. Die U-förmigen Flußleitringe sind aus einem solchen Material hergestellt, daß deren magnetischer Widerstand für den Wechselfluß trotz Gleichflußvorbelastung vernachlässigbar klein gegenüber dem magnetischen Widerstand der Luftspalte ist. Zur Zentrierung des Ringmagneten, des Ringankers, der Zwischenringe und der U-förmigen Flußleitringe ist ein Kunststoffring vorgesehen, der zwischen dem Weicheisentopf und den zu zentrierenden Teilen angeordnet ist. Der Weicheisentopf des Magnetsystems dient zugleich als Gehäuse für den elektroakustischen Wandler. Infolge der erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung des Magnetsystems ist der wirksame magnetische Widerstand für den Wechselfluß überwiegend im Arbeitsluftspalt konzentriert. Ferner ist die Verwendung eines an sich bekannten Ringankers mit relativ leichter Formmembran möglich, dessen Vorteile auf der Hand liegen.In this case, the annular flow guide is expediently in the Pressed in soft iron pot. The U-shaped flux guide rings are made of such a material produced that their magnetic resistance for the alternating flux despite direct flux bias is negligibly small compared to the magnetic resistance of the air gaps. For centering the ring magnet, the ring armature, the intermediate rings and the U-shaped Flußleitringe a plastic ring is provided between the soft iron pot and the parts to be centered is arranged. The soft iron pot of the magnet system also serves as the housing for the electroacoustic transducer. As a result of the invention formed arrangement of the magnet system is the effective magnetic resistance for the alternating flow mainly concentrated in the working air gap. Furthermore, the Use of a ring anchor known per se with a relatively light molded membrane possible, the advantages of which are obvious.

Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail using two exemplary embodiments.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch das Magnetsystem gemäß Erfindung; Fig. 2 zeigt die Verhältnisse des Flußverlaufes. Zwischen den Endflächen 12; 13 der äußeren zylindrischen Teile zweier im Querschnitt U-förmiger Flußleitringe 3; 4 ist unter Zwischenlage zweier nichtmagnetischer Ringe 7; 8 der äußere Rand eines Ringankers 5 eingespannt. Der innere Rand des Ringankers 5 kann in den Arbeitsluftspalten 14; 15, die durch die beiden Endflächen der inneren zylindrischen Teile der U-förmigen Flußleitringe 3; 4 begrenzt werden, freie Schwingungen ausführen. Die Länge der Arbeitsluftspalte wird dabei bestimmt durch die Stärke der nichtmagnetischen Ringe 7; 8, da die inneren und äußeren Endflächen der zylindrischen Teile jedes U-förmigen Ringes in einer Ebene liegen. Fest verbunden mit dem Innenrand des Ringankers ist eine Formmembran geringer Masse, deren Formgebung so gestaltet ist, daß sie im gesamten zu übertragenden Frequenzbereich kolbenartig schwingt.1 shows a section through the magnet system according to the invention; Fig. 2 shows the relationships of the course of the river. Between the end faces 12; 13th the outer cylindrical parts of two in cross-section U-shaped flux guide rings 3; 4 is with the interposition of two non-magnetic rings 7; 8 the outer edge of a Ring anchor 5 clamped. The inner edge of the ring anchor 5 can be in the working air gaps 14; 15 passing through the two end faces of the inner cylindrical parts of the U-shaped Flux guide rings 3; 4 are limited, run free oscillations. The length of the The working air gap is determined by the strength of the non-magnetic rings 7; 8, since the inner and outer end faces of the cylindrical parts are each U-shaped Ring lie in one plane. Is firmly connected to the inner edge of the ring anchor a molded membrane of low mass, the shape of which is designed so that it is throughout frequency range to be transmitted oscillates like a piston.

Zur Erzielung der geringen Masse der Formmembran wird günstigerweise ein Kunststoff geringer Wichte oder eine Metallfolie verwendet. Die in den Arbeitsluftspalten 1415 erforderliche Induktion wird durch einen ringförmigen Dauermagneten 2 sichergestellt. Auf die eine Endfläche des Dauermagneten ist der Steg des U-förmigen Flußleitringes 3 aufgesetzt. Die andere Endfläche sitzt auf dem Weicheisentopf 1 auf. Über ein in den zylindrischen Teil des Weicheisentopfes 1 eingepreßtes ringförmiges Flußleitstück 9 aus magnetischem Material wird ein geschlossener Gleichflußkreis zum Ring 4 hergestellt. Dabei liegt das ringförmige Flußleitstück 9 auf dem Steg des U-förmigen Ringes 4 auf.In order to achieve the low mass of the molded membrane, it is advantageous a low-weight plastic or a metal foil is used. The ones in the working air gaps 1415 required induction is ensured by a ring-shaped permanent magnet 2. The web of the U-shaped flux guide ring is on one end face of the permanent magnet 3 put on. The other end face rests on the soft iron pot 1. About a In the cylindrical part of the soft iron pot 1 pressed annular flux guide 9 made of magnetic material, a closed constant flux circuit to the ring 4 is produced. The annular flux guide piece 9 lies on the web of the U-shaped ring 4 on.

Durch das Einpressen des ringförmigen Flußleitstückes 9 in den Weicheisentopf 1 wird zugleich das gesamte Magnetsystem mechanisch zusammengehalten. Mit Hilfe eines Kunststoffringes 16 werden der ringförmige Dauermagnet 2, der Ringanker 5, die U-förmigen Flußleitringe 3; 4 sowie die nichtmagnetischen Zwischenringe 7; 8 zentriert, so daß die Montage des Systems wesentlich vereinfacht ist. In den freien Raum der U-förmigen Flußleitringe 3; 4 ist je eine freitragend gewickelte Erregerspule 10 bzw. 11 eingelegt. Beide Spulen sind so in Reihe geschaltet, daß der durch den Stromfluß in ihnen erzeugte Wechselfluß in den Arbeitsluftspalten 14; 15 dem Gleichfluß so überlagert wird, daß sich jeweils in dem einen Luftspalt die Summe beider Flüsse und im anderen Luftspalt die Differenz beider Flüsse ergibt.By pressing the annular flux guide piece 9 into the soft iron pot 1, the entire magnet system is held together mechanically at the same time. With help of a plastic ring 16, the ring-shaped permanent magnet 2, the ring armature 5, the U-shaped flux guide rings 3; 4 and the non-magnetic intermediate rings 7; 8th centered, so that the assembly of the system is considerably simplified. In the free Space of the U-shaped flux guide rings 3; 4 is a self-supporting wound excitation coil 10 or 11 inserted. Both coils are connected in series so that the through the Current flow generated in them alternating flow in the working air gaps 14; 15 the constant flow is superimposed in such a way that the sum of the two flows is in each case in the one air gap and in the other air gap results in the difference between the two flows.

Die Verläufe von Gleich- und Wechselfluß bei diesem Magnetsystem sind an Hand der Fig. 2 näher beschrieben.The curves of direct and alternating flux in this magnet system are described in more detail with reference to FIG.

Der Dauermagnet 2 erzeugt den Gleichfluß, der sich in den Fluß OA _ in den Arbeitsluftspalten 14; 15 und den Fluß OZ- in den »Zusatzluftspalten« 7; 8 aufteilt.The permanent magnet 2 generates the constant flux, which is in the flux OA _ in the working air gaps 14; 15 and the flow OZ- in the "additional air gaps" 7; 8 divides.

Mit den »Zusatzluftspalten« 7; B ist vermieden, daß der gesamte vom Dauermagneten 2 erzeugte Fluß über die Einspannstelle des Ringankers verläuft. Damit bleibt in den Arbeitsluftspalten der Gleichfluß erhalten. Durch günstige Dimensionierung des Dauermagneten und Auswahl eines hochwertigen Dauermagnetwerkstoffes läßt sich bei kleinen geometrischen Abmessungen des Dauermagneten trotzdem ein großer Nutzfluß in den Arbeitsluftspalten erzielen. Für die U-förmigen Flußteilringe 3; 4 wird ein magnetisches Material ausgewählt, welches trotz der Gleichflußvormagnetisierung für den Wechselfluß einen geringen magnetischen Widerstand darstellt. Durch Wahl eines hochpermeablen Materials für den Anker, z. B. Vanadium-Permendur oder eine Fe-Co-Legierung, wird auch dessen magnetischer Wechselflußwiderstand gering, so daß der magnetische Widerstand des Wechselflußkreises fast ausschließlich durch die Luftspaltabmessungen bestimmt ist. Die durch Stromfluß in der Spule 10; 11 hervorgerufenen Wechselflüsse nehmen dann den in Fig: 2 dargestellten Weg.With the »additional air gaps« 7; B avoids the entire dated Permanent magnets 2 generated flux runs over the clamping point of the ring armature. In order to the constant flow is maintained in the working air gaps. Thanks to favorable dimensions of the permanent magnet and selection of a high-quality permanent magnet material can be with small geometrical dimensions of the permanent magnet, a large useful flux nevertheless in the working air gaps. For the U-shaped flux sub-rings 3; 4 becomes a magnetic material selected, which despite the constant flux bias represents a low magnetic resistance for the alternating flux. By choice a highly permeable material for the anchor, e.g. B. Vanadium Permendur or a Fe-Co alloy, its AC magnetic resistance also becomes low, so that the magnetic resistance of the alternating flux circuit is almost entirely through the air gap dimensions are determined. The flow of current in the coil 10; 11 evoked Alternating flows then take the path shown in FIG.

Der Wechselfluß verläuft somit nicht mehr durch den magnetisch schlecht leitenden Dauermagneten 2, wodurch der Energieverbrauch verringert wird. Die Kraftwirkung auf den Innenrand des Ringankers wird durch entsprechende Zusammenschaltung der beiden Erregerspulen erreicht, wobei der Wechselfluß dem Gleichfluß in dem einen Luftspalt gleichsinnig und in dem anderen Luftspalt gegensinnig überlagert wird.The alternating flux thus no longer runs through the magnetically poorly conductive permanent magnet 2, whereby the energy consumption is reduced. The force effect on the inner edge of the ring anchor by interconnecting the reached two excitation coils, the alternating flux to the direct flux in one Air gap is superimposed in the same direction and in the other air gap in opposite directions.

In einer weiteren Ausführungsform kann das System so ausgebildet sein, daß nur der eine U-förmige Flußleitring 3; 4 eine Spule enthält. Das ergibt zwar eine Verringerung der Empfindlichkeit, bringt aber herstellungsmäßig Vereinfachungen mit sich. Dabei kann z. B. der eine Flußleitring 4 so ausgebildet sein, daß seine zylindrischen Teile verkürzt sind, während die des anderen Flußleitringes 3 dann verlängert sind, um die Spule 10 mit größerer Windungszahl ausführen zu können.In a further embodiment, the system can be designed in such a way that that only one U-shaped flux guide ring 3; 4 contains a coil. Although that results a reduction in sensitivity, but simplifies production with himself. It can, for. B. the one Flußleitring 4 be designed so that its cylindrical parts are shortened, while those of the other flux guide ring 3 are then lengthened in order to be able to execute the coil 10 with a larger number of turns.

Die Erfindung vereinigt in sich somit das Merkmal der teilweisenTrennung von Gleich- undWechselfluß, wobei für den Wechselfluß ein magnetisch niederohmiger Kreis geschaffen ist, sowie das Merkmal einer geringen wirksamen Masse des mechanischen Schwingungssystems.The invention thus incorporates the feature of partial separation of direct and alternating flux, with a low-resistance magnetic flux for the alternating flux Circle is created, as well as the feature of a low effective mass of the mechanical Vibration system.

Zum Stand der Technik wurde berücksichtigt: Deutsche Patentschriften 301391, 739 040, 860 814, 863 082, 899 673, 910 906.The prior art has been taken into account: German patents 301391, 739 040, 860 814, 863 082, 899 673, 9 1 0 906.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Concentric symmetrical magnet system for electroacoustic transducers, preferably for telephone purposes, with partial separation of direct and alternating flux and magnetic ring armature with a light molded membrane, characterized in that the outer edge of the ring armature (5) with the interposition of two non-magnetic intermediate rings (7 ; 8) between the end faces (12; 13) of the outer cylindrical parts of two U-shaped flux guide rings (3; 4) is clamped in such a way that the inner edge of the armature between the end faces of the inner cylindrical parts of the flux guide rings (3; 4 ) can carry out free oscillations and that only one ring magnet (2} is provided to achieve constant flux, on one end surface of which the flux guide ring rests with its web, and on the other end surface of which the constant flux path via a soft iron pot (1) and an annular flux guide piece ( 9) is closed.

2. Magnet system according to claim 1, characterized in that the annular flux guide piece (9) in the soft iron pot (1) is pressed in.

3. Magnet system according to claim 1, characterized in that the U-shaped flux guide rings (3; 4) are made of such a material, that their magnetic resistance for the alternating flux despite direct flux preload is negligibly small compared to the magnetic resistance of the air gaps.

4. Magnet system according to claim 1, characterized in that a plastic ring (16) is provided, with the help of which the ring magnet (2), the ring armature (5), the Intermediate rings (7; 8) and the U-shaped flux guide rings (3; 4) are centered.

5. Magnet system according to claim 1, characterized in that the soft iron pot (1) of the magnet system also serves as the housing for the electroacoustic transducer.

6. Magnet system according to claim 1, characterized in that only in one of the two U-shaped flux guide rings (3 or 4) an excitation coil is arranged.