DE1157266B - Magnetostriktives Wandlerelement - Google Patents

Description

• Magnetostriktives Wandlerelement Die Anwendung des magnetostriktiven Effektes als Wandlerelement für elektroakustische Wandler ist seit langem bekannt. Besonders bewährt haben sich Wandler für Ultraschallfrequenzen. Die Eigenart dieser Wandler besteht darin, daß sie nur ein verhältnismäßig schmales Frequenzband übertragen.
• Die Anwendung des magnetostriktiven Effektes für breitbandige Wandler, Mikrophone und Lautsprecher im normalen Tonfrequenzgebiet ist vielfach versucht worden. Die bisher gebauten Wandler hatten eine sehr geringe Wandlerempfindlichkeit, weil es schwierig ist, aus dem magnetostriktiven Material einerseits einen geschlossenen magnetischen Kreis, andererseits ein Anpassungsglied zur mechanischen Transformation bei der Kraftübertragung zwischen dem Wandler und der Membran, oder umgekehrt, zu machen. Vergleiche hierzu die USA.-Patentschrift 2 475 148. Die in dieser Patentschrift gezeigten Ausführungsbeispiele elektroakustischer Wandler mit magnetostriktivem Antrieb benutzen Bimetallstreifen aus zwei Streifen verschiedenen magnetischen Verhaltens. Sie weisen als besonderes Merkmal verhältnismäßig große Luftspalte auf, so daß die Wandlerempfindlichkeit sehr gering wird. In der französischen Patentschrift 845 844 sind ebenfalls Wandler bekanntgeworden, die Bimetallstreifen verwenden. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Bimetallstreifen in Richtung der Berührungsfläche der beiden Materialien durch die Membran bewegt werden oder umgekehrt. Auch diese Anordnung gibt durch die ungünstige Ankopplung des Bimetallstreifens an die Membran nur eine sehr geringe Wandlerempfindlichkeit. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Konstruktion anzugeben, die die Verwendung magnetostriktiver Wandlerelemente ermöglicht, ohne nennenswerte magnetische Verlustwiderstände. Außerdem soll die Konstruktion es ermöglichen, daß die Membran so an das Wandlerelement angekoppelt wird, daß die Vorteile, die der Bimetallstreifen in der Leistungsumsetzung bringt, voll ausgenutzt werden können.
• Die Erfindung bezieht sich auf einen elektroakustischen Wandler, bestehend aus einem Wandlerelement aus magnetostriktivemMaterial inForm eines einseitig eingespannten Bimetallstreifens. Dieser Streifen wird von einer wirksamen Wicklung umgeben und ist zum Zweck des aktiven oder passiven Antriebs beispielsweise für Lautsprecher oder Mikrophone oder Tontaster mit einer Membran oder einem Abtastsystem gekoppelt. Die Bewegungsrichtung des Antriebs soll dabei nach dem Erfindungsgedanken etwa senkrecht zur Berührungsfläche der einzelnen Streifen des Bimetalls verlaufen. Der Bimetallstreifen soll in seiner ganzen Länge oder wenigstens auf den am meisten wirksamen Teilen seiner Länge von einem magnetischen Gleichfluß zum Einstellen des magnetischen Arbeitspunktes durchflossen sein. Das Besondere der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der magnetostriktive U-förmig ist. Es ist ferner vorgesehen, daß dieser Streifen an seinem offenen Ende mit einem Überbrückungsstück aus Material geringen magnetischen Widerstandes in der Weise geschlossen wird, daß ein geschlossener Kreis geringen magnetischen Widerstandes entsteht.
• Eine Abwandlung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungsstück über einen veränderlichen magnetischen Widerstand einen magnetischen Gleichfluß erhält. Dieser Gleichfluß kann beispielsweise von einem Dauermagneten herrühren. Der Gleichfluß wird in einen Teilfluß durch das Überbrückungsstück und einen Teilfluß durch den magnetostriktiven Bimetallstreifen aufgeteilt. Der magnetische Gleichfluß und die magnetischen Widerstände der Teilkreise werden so aufeinander abgestimmt, daß im Bimetallstreifen der gewünschte Teilfluß vorhanden ist.
• Eine weitere Ergänzung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungsstück in seinem magnetischen Widerstand veränderlich ist. Diese Veränderung kann beispielsweise mittels. Querschnittsveränderung durch Zuschichten oder Entfernen von Blechen geschehen. Auch ist es möglich, durch Einschnitte, beispielsweise Sägefugen quer zur Kraftlinienrichtung, den magnetischen Widerstand zu ändern. Dadurch ist es möglich, den beispielsweise von einem Permanentmagneten gelieferten magnetisehen Gleichfluß in seinem Teilfluß durch diesen einstellbaren magnetischen Widerstand zu regeln. Der im wesentlichen durch das magnetostriktive Material fließende Teilfiuß kann unter Umständen in Reihenschaltung mit einem Teil des magnetischen Widerstandes des. Überbrückungsstückes ebenfalls eingestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Teilfluß durch das magnetostriktive Material auf den gewünschten Wort einzustellen.
• Die Abb. 1 bis. 3 sollen die Erfindung erläutern. Die Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel. In ihm ist mit 1 der U-förmige Bimetallstreifen, der aus dem Materialien 2 und 3 besteht, bezeichnet. Der Bimetallstreifen ist mechanisch so dimensioniert, daß seine neutrale Zone in der Berührungsfläche der Materialien 2 und 3 liegt. Von den Materialien 2 und 3 ist entweder 3 magnetostriktiv und das andere nicht magnetisch, d. h., es besitzt einen hohen magnetischen Widerstand, oder beide Materialien sind magnetostriktiv, jedoch in entgegengesetztem Sinne. Mit 4 ist in diesem Beispiel ein Stift bezeichnet, der zwischen der Membran 5 und dem Bimetallstreifen 1 zur Kraftübertragung dient. Das offene Ende des Bimetallstreifens 1 ist mit einem Dauermagneten 6 von geringem magnetischen Widerstand, der die Pole N und S besitzt, magnetisch geschlossen. Das aus Eisen geringen magnetischen Widerstands bestehende verschiebbare Stück 9 und im Bedarfsfall die magnetisch isolierende dünne, ebenfalls verschiebbare Zwischenlage 8 stellen den veränderlichen magnetischen Parallelwiderstand dar, mit dem der vom Magneten 6 erzeugte Fluß in einen Teilfluß durch den Bimetallstreifen 1 und einen Teilfluß durch das Eisenstück 9 aufgeteilt wird, wodurch im Bimetallstreifen 1 der gewünschte Magnetfluß eingestellt werden kann. Die Wicklung 7 ist die aktive oder passive Tonfrequenzwicklung des Wandlers, je nachdem er als Mikrophon oder Lautsprecher arbeitet. Abb. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, in dem der U-förmige Bimetallstreifen in zwei Bimetallstreifen 1 und 11 aufgeteilt ist, die mit dem Steg 31 miteinander verbunden sind. Der Steg 31 und die Teile 3 der Bimetallstreifen 1 und 11 bilden das U-förmige Stück magnetostriktiven Materials. Das Verbindungsstück 60 aus Material geringen magnetischen Widerstandes schließt den magnetischen Kreis zu einem Gesamtkreis mit geringem magnetischem Widerstand. Es trägt die Wicklung 61, die beispielsweise über eine Drossel 62, einen Regelwiderstand 64 aus der Gleichspannungsquelle 63 den Erregerstrom zum Erzeugen der notwendigen Durchflutung erhält.
• Abb. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, welches aus der Abb. 1 abgeleitet wurde. Der U-förmige Bimetallstreifen 1 ist durch das Eisenstück 65 von geringem magnetischem Widerstand zu einem geschlossenen magnetischen Kreis geringen magnetischen Widerstandes gemacht. Der Bimetallstreifen erhält durch den verschiebbar angeordneten Dauermagneten 66 mit hohem magnetischem Widerstand, beispielsweise einem Ferritmagnet, seinen notwendigen Gleichfluß. Der von dem Magneten herrührende Fluß wird in zwei Teilflüsse aufgespalten, von denen einer im wesentlichen das magnetostriktive Material und der andere das Eisenteil 65 durchfließt. Durch Lageveränderung des Magneten 66 kann der Teilfluß im magnetostriktiven Material auf den gewünschten Betrag eingestellt werden.

Claims (3)

1. n:1Tf-- # NTr1NSPRÜC'HE: 1. Elektroakustischer Wandler bestehend aus einem Wandlerelement aus magnetostriktivem Material in Form eines einseitig eingespannten Bimetallstreifens, der von der wirksamen Wicklung umgeben ist und einem aktiven oder passiven Antrieb, beispielsweise für Lautsprecher, Mikrophone oder einen Tontasterantrieb, wobei die Bewegungsrichtung des Antriebes etwa senkrecht zur Berührungsfläche der einzelnen Streifen des Bimetallstreifens verläuft, und der Bimetallstreifen in. seiner ganzen Länge oder wenigstens auf den am meisten wirksamen Teilen seiner Länge von einem magnetischen Gleichfiuß zum Einstellen des magnetischen Arbeitspunktes durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetostriktive Bimetallstreifen U-förmig ist und daß dieser Streifen an seinem offenen Ende mit einem Überbrückungsstück aus Material geringen magnetischen Widerstandes in der Weise geschlossen wird, daß ein geschlossener Kreis geringen magnetischen Widerstandes entsteht.
2. 2. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das überbrückungsstück über einen veränderlichen magnetischen Widerstand, beispielsweise von einem Dauermagneten einen Gleichfluß erhält, der sich in einem Teilfluß durch das Überbrückungsstück und einen Teilfluß durch den magnetostriktiven Bimetallstreifen aufteilt, und daß dieser Gleichfluß und die magnetischen Widerstände der Teilkreise so aufeinander abgestimmt sind, daß im Bimetallstreifen der gewünschte Teilfluß vorhanden ist.
3. 3. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungsstück in seinem magnetischen Widerstand veränderlich ist, beispielsweise mittels Querschnittsveränderung durch Zuschichten oder Entfernen von Blechen oder durch Einschnitte quer zur Kraftsinienrichtung, wodurch der beispielsweise von einem Permanentmagneten gelieferte magnetische Gleichfluß in einen Teilfluß durch diesen einstellbaren magnetischen Widerstand und einen Teilfluß im wesentlichen durch das magnetostriktive Material unter Umständen in Reihenschaltung mit einem Teil des magnetischen Widerstandes des Überbrückungsstückes in der Weise aufgeteilt wird, daß der Teilfluß durch das magnetostriktive Material den gewünschten Wert erhält. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 845 844; britische Patentschrift Nz. 650 808.