SE516270C2 - Elektromagnetisk vibrator - Google Patents

Description

516 270 1 Teknikens ståndpunkt En variabel reluktans vibrator av hittills känt slag visas i Figur 1. Vibratom består av dels en ringforrnad magnet och en spole sammanfogade på lärnpligt sätt i en rigid enhet (benämnes vibratoms underdel) samt dels en vibratorplatta sammanfogad med en lämplig adapter för anslutning till lasten ( benärrmes vibratoms överdel).

Vibratorplattan fungerar som ett ok som sluter både det statiska (biaserande) magnetiska flödet th., genererat av permanentmagneten och signalflödet (IL genererat av spolen. Total kraftutveckling i luftgapet bestäms under nonnala omständigheter av Ekv 1.

E0t°°(øo+ø.)2= øoz+øfiøo+ø~z Ekvl Viktigt att notera är således att konventionella benledningsvibratorer av variabel reluktanstyp kännetecknas av att biaseringsflödesenheten (perrnanentmagneten) och signalflödesenheten (spolen) sitter fast sarnrnanbundna i samma enhet dvs. vibratoms underdel.

Nackdelar med konventionell variabel reluktansvibrator Av ovanstående beskrivning framgår att en konventionell variabel reluktansvibrator är så konstruerad att det magnetiska si gnalflödet sarnrnanfaller/följer det statiska flödet, se Ekv 1 och Figur 1. Detta får till följd att egenskapema i den elektrodynarniska omvandlingen försämras eftersom perrnanentmagneter har en låg relativ perrneabilitet u, (låg perrneabilitet ger högt magnetiskt flödesmotstånd).

Ett annat problem är att denna typ av vibrator vid högre signalnivåer skapar hög harmonisk distorsion av andra ordningen pga terrnen of, se Ekv 2. För att erhålla god linjäritet kräves ett högt biaseringsflöde (oc) vilket ställer krav på hög styvhet i den återfórande fiädem vilket i sin tur leder till högre resonansfrekvens. Denna förhöjning i resonansfrekvens kan motverkas genom en ökning av massan hos vibratoms underdel men till priset av ökad vikt och storlek.

För att förhindra att det luftgap som bildas mellan vibratorplattan och vibratoms underdel ej kollapsar på grund av den statiska kraften (wooz ) krävs en fjäder som håller isär delarna. I viloläget, vilket motsvarar ett luftgap på 50-100 um, är fjädern utböjd så mycket att dess återfórande kraft precis balanserar pennanentmagnetens attraherande kraft. Perrnanentmagnetens attraktionskraft strävar alltså hela tiden att minska luftgapet som skapats genom balans mellan magnetkraften och ijäderkraften. Åldring av fjädem och yttre mekaniska påkänningar kan således innebära att vibratoms luftgap kollapsar. Om så sker blir ljudet från vibratom kraftigt distorderat och vibratom måste repareras.

Balanserad armatur För att kunna bibehålla högt biaseringsflöde och använda en svag återförandetjäder (förbättrar lågfrekvensrespons och krav på mindre mothållsmassa) har man vid konstruktion av små högtalare för placering i hörselgången (generering av luftstrålat ljud) sedan lång tid använt en sk "balanced armature” princip, se ex.vis US 3491435 av Elmer V. Carlsson. Den tunna armen (”armature reed”) av mjukjärnsmaterial, som även fungerar som återförande fjäder, är placerad mellan två perrnanentmagneter. I rnittpositionen drar magneterna lika mycket och armen befinner sig då i ett balanserat läge. Kraven på den återförande tjädems tjäderkonstant blir här mycket mindre än om en magnetkrets av traditionellt slag skulle användas. Dessa transducers är anpassade till att driva ett lättviktsmembran för luftburen ljudalstring och konstruktionen kan 2000-02-24 516 270 3 inte överföras till en benledningsvibrator vars last och driftsförhållanden (dvs skallbenet) skiljer sig avsevärt från luft. Vidare leds signalflödet inte bara genom mjukjämsmaterialet och luftgapet utan också genom permanentmagnetmaterialet vilket har en hög reluktans (magnetiskt flödesmotstånd) relativt mjukjäinsmaterialet.

Sammanfattning av uppfinningen Kännetecknen av den föreslagna uppfinningen är att den nya vibratom av variabel reluktans typ principiellt består av två enheter - signalflödesgenereringsenheten (bobinstomme och spole) och biasflödesgenereringsenheten (permanent magnet och mjukjärn). Iden ena enheten sker generering av det magnetiska signalflödet och i den andra enheten sker generering av det magnetiska biasflödet.

Signalflöde och biasflöde samverkar i två eller flera gemensamma luftgap enligt push- pull princip för generering av signalkraften. Till skillnad från känd teknik kan signalflödet genom denna lösning slutas genom mjukjämsmaterial och luftgap utan att passera permanentmagneten (-erna). Fördelen med denna lösning är att vibratoms effektivitet förbättras eftersom permanentmagneter, som ovan nämnts, generellt har dåliga dynamiska egenskaper jämfört med mjukjärnsmaterial. i Det statiska magnetflödet samverkar i luftgapen enligt principen för "balanserad upphängning" så att de statiska krafterna tar ut varandra. Återföringen till neuralläge säkerställs med en eller flera fiädringselement som kopplar ihop de två enhetema.

Fjädringselementen kan ex.vis bestå av bladfiädrar med eller utan därnpande beläggning. Dessutom kan luftgapet förses med små elastiska kuddar för att utverka en progressiv fjädring vilken ger en mjuk begränsning (kompression) av höga ljud.

Kuddarna i luftgapet motverkar även möjligheten till luftgapskollaps. Fördelen med den balanserade upphängningen är att vibratom kan göras mindre för en given resonansfrekvens eftersom fjädern kan vara mjukare och mothållsmassan i motsvarande grad kan vara lättare dvs mindre. En annan fördel är att på samma sätt som de statiska kraftema balanseras ut kommer även de kvadratiska distorsionstermema att balanseras ut. Framförallt gäller detta den andra harmoniska övertonen som annars kan vara mycket dominerande vid låga frekvenser.

Anslutning till lasten (ex. vis titanfixtur inläkt i temporalbenet) kan ske antingen via signalflödesenheten eller biaseringsflödesenheten. I utföiingsexemplet i Figur 2 visas enbart en anslutning via signalflödesenheten. Vibratoms resonansfrekvens bestäms av fiädringselementens totala fjäderkonstant och massan hos den enhet som ej ansluts till lasten (mothållsenheten). Resonansfrekvensen kan sänkas/ökas genom att förändra vikten hos mothållsenheten.

Uppfinningens tillämpningar begränsar sig inte till benledningshörapparater utan kan med fördel användas även som audiometervibrator och i andra högtalartillämpningar samt som vibrationsgivare.

Beskrivning av figurer Figur l: Konventionell vibrator av variabel reluktanstyp Figur 2: Tvärsnitt genom en föredragen utföringsform av uppfinningen.

Figur 3: Detaljer av den föredragna utföringsformen Figur 4: Alternativt exempel av utfóríngsforrn av uppfinningen. 2000-02-24 s1e 27o H Detaljerad beskrivning Ett utföringsexempel enligt Föreliggande uppfinning visas i Figur 2. Bilden i utföringsexemplet har väsentligen cirkulär symmetri. Vibratom består av en signalflödesgenereringsenhet (1) och en biaseringsflödesenhet (2) som är elastiskt förbundna till varandra medelst bladtjäder (3) och styrfiäder (4).

Signalflödesgenereringsenheten (1) består av bobinstomme (S), spole (6) och adapterok (7), alla fast förbundna till varandra. Biaseringsflödesenheten (2) består av magnet (8), ankare (9), bottenplatta (10), stolpe (11) och mothållsmassa (12), alla fast förbundna till varandra. Mellan si gnalflödesgenereringsenheten (1) och biaseringsflödesenheten (2) formas eirkulära axiella luftgap (13a) och (13b) genom vilka biaseringsflödet 4)., och signalflödet (p. leds på så sätt att kraftema i luftgapen aktueras i push-pull mode. Effekten av denna lösning framgår även av Ekv 2-4 nedan: 2 fi°=

Claims (2)

1. 516 270 "-.___.-" ¥II,'_-*j=fj¿_ 5 Patentkrav 1. Anordning för generering eller registrering av vibrationer enligt variabel reluktans princip bestående av en spole (6) för generering/registrering av magnetiskt signalflöde, en bobinstomme av magnetiskt ledande material (5 och 7; 16), ett eller flera ok av magnetiskt ledande material (9) och en eller flera permanentrnagneter (8;l9a-d) för generering av magnetiskt biaseringsflöde kännetecknat av, att signalflödet genererat/registrerat av spolen sluts genom mjukjärn, och två eller flera luftgap (l3a,b;20a-d), och där perrnanentmagneten (-erna) är anordnade så att deras statiska flöde sammanfaller och samverkar med signalflödet i luftgapen så att de statiska krafterna mellan ok och bobinstomme balanseras ut och så att mellan ok och bobinstomme genereras axiella signalkrafter alternativt registreras axiella rörelser genom spänning inducerad i spolen.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av, att bobinstommen är H-fonnad och att luftgapen bildas invändigt och/eller utvändigt av den H-formade bobinstommens armar och ok. . Anordning enligt krav 1 och 2, kännetecknad av, att bobinstomme, ok och magnet (-er) kan vara utförda enligt cirkulär eller rektangulär symmetri. . Anordning enligt krav 3, kännetecknad av, att ok och bobinstomme är fjädrande kopplade till varandra medelst ett eller flera fiädringselement (3, 4;17) med lämpliga elastiska egenskaper för att säkerställa ett stabilt luftgap och att ge önskad resonansfrekvens. . Anordning enligt krav 4, kännetecknad av, att fjädringselementen utgörs av bladfjädrar försedda med dämpande massa. . Anordning enligt krav 5, kännetecknad av, att kuddar (15) med lämpliga elastiska och därnpande egenskaper är anordnade i ett eller flera av de gemensamma luftgapen. Anordning för generering/registrering av vibrationer enligt variabel reluktans princip, _// ' " 516 270 ¿ ' .' ' bestående av en första enhet innehållande mjukjämsmaterial (9, 10, ll) och en eller flera perrnanentmagneter (8) för generering av magnetiskt biaseringsflöde och en andra enhet innehållande mjukjämsmaterial (5; 7) och en spole (6) för generering av magnetiskt signalflöde enligt krav 1, kännetecknad av, att enhetema är fjädrande kopplade till varandra medelst ett eller flera fjädringselement (3, 4) med lämpliga elastiska egenskaper för att säkerställa ett stabilt luftgap och att ge resonansfrekvens. 9. Anordning enligt krav 8, kännetecknad av, att íjädringselementen utgörs av bladtjädrar försedda med dämpande massa. 10. Anordning enligt krav 9, kännetecknad av, att kuddar med lämpliga elastiska och dämpande egenskaper är anordnade i ett eller flera av de gemensamma lufigap. 11. Anordning enligt ett eller flera av kraven l-l0, kännetecknad av, att signalkrafierna i lufigapen är anordnade att genereras i push-pull mode och att de statiska krafterna mellan enhetema, i ett neutralläge, är anordnade att balanseras ut.