WO2017012787A1 - Elektro-akustik-wandler mit wegaddition abseits der schallrichtung - Google Patents

Elektro-akustik-wandler mit wegaddition abseits der schallrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2017012787A1
WO2017012787A1 PCT/EP2016/063746 EP2016063746W WO2017012787A1 WO 2017012787 A1 WO2017012787 A1 WO 2017012787A1 EP 2016063746 W EP2016063746 W EP 2016063746W WO 2017012787 A1 WO2017012787 A1 WO 2017012787A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
membrane
electroacoustic transducer
transducer according
stack
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/063746
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Karl
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP16731553.0A priority Critical patent/EP3325179A1/de
Priority to CN201680043130.0A priority patent/CN107847980B/zh
Publication of WO2017012787A1 publication Critical patent/WO2017012787A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/521—Constructional features
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/18—Details, e.g. bulbs, pumps, pistons, switches or casings
    • G10K9/22—Mountings; Casings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an electro-acoustic transducer for
  • the present invention relates to an improved coupling of a motor to a diaphragm for increasing the radiated sound power.
  • the above-identified object is achieved by an electro-acoustic transducer with the features of claim 1.
  • the electro-acoustic transducer is used for environmental detection in a means of transport and can, for example, as an ultrasonic transmitter or ultrasonic receiver or as
  • Be configured ultrasonic transceiver It comprises a membrane, which is set up to oscillate in a preferred direction corresponding to the main emission direction of emitted sound signals.
  • a first engine (depending on
  • the motor has a stack of each separately contacted elementary motors, wherein the stack is stacked in a drive direction which unlike the
  • Preferred direction is oriented. In other words, when emitting sound signals first electrical alternating signals in length changes of the stack along the drive direction causes, which finally to a
  • Deflection of the membrane in the said preferred direction lead.
  • sound signals incident on the membrane are converted into membrane vibration in the preferred direction, the membrane vibration resulting in a change in length of the stack of the motor in the drive direction.
  • the stroke of the motor or the stack is basically independent of the amount of the stroke of the membrane in the preferred direction.
  • the oscillating within the engine acoustic mass is thus reduced based on the stroke of the diaphragm according to the transmission ratio, provided that the stroke of the diaphragm is greater than the corresponding stroke of the stack in the drive direction. This allows a higher Wrkungsgrad in the sound conversion and greater freedom in the choice of the resonant frequency of the electro-acoustic transducer.
  • the first motor may, for example, be coupled to the membrane via a lever.
  • the lever may, for example, be configured as an element projecting from the membrane at least proportionally in the preferred direction, the distal end of which is moved by the motor in the drive direction.
  • the rotation of the lever about its anchor point e.g., on the diaphragm and / or on the housing
  • the first motor may be arranged on a suspension of the membrane.
  • the suspension of the membrane can be designed as a mediating piece (eg comprising a bead), which is provided to mediate the movement of the membrane with respect to a fixed housing of the electro-acoustic transducer.
  • the suspension can by means of the first motor, for example.
  • the suspension may have an angle not equal to 0 ° or 90 ° or 180 ° with respect to the main direction of extension of the membrane and the membrane
  • the distance between an anchor point of the motor on the housing of the electro-acoustic transducer on the one hand and the membrane on the other hand changes.
  • An excitation of the motor with a periodic signal thus leads to a repeated deflection of the membrane, which has an amount which is greater than the amount of the corresponding change in length of the
  • the Wnkel Scheme which results between a surface normal of the suspension and a surface normal of the membrane, can, for example.
  • the first motor may, for example, have an annular disk shape, which is particularly suitable for receiving a circular disk-shaped diaphragm in its center.
  • the elementary motors of the first motor can, for example, form piezo rings, which decrease in the direction of the diaphragm
  • Such a motor can be made, for example, as a stack ring or stack tube, which is then sliced.
  • the elementary motors can be applied to a lateral surface of a carrier cylinder, so that a hollow bar results after the carrier cylinder has been removed. The hollow cylinder can then or before removing the Carrier cylinder are sliced, resulting in the optional cylindrical shape for the engine.
  • the membrane may, for example, be made of metal (eg aluminum) or of plastic (in particular a fiber composite material).
  • the elementary motors are to be acted upon for the purpose of sending in each case with the highest possible electrical voltage to produce a maximum lift
  • the reception of the sound signals preferably takes place by means of a series connection of the elementary motors to the tapped
  • Sensitivity range of the subsequent evaluation circuit can be achieved without a transformer.
  • a switching device can be provided, which after the transmission of a measurement signal from a parallel circuit of
  • Elementarmotoren switched to a series connection of the elementary motors (each electrical). The absence of a transformer allows another
  • the electro-acoustic transducer may preferably comprise a housing and a contact rubber.
  • the housing may be understood as a substantially stationary (non-resonating) carrier unit of the electro-acoustic transducer.
  • the contact rubber is configured to provide a mechanical bias between the housing and the first motor. In a similar manner, in particular in the course of this, the contact rubber can also provide electrical contact with the electrical connections of the first motor. The mechanical fixing of the first motor can be done via the contact rubber. This simplifies the assembly of an electroacoustic transducer according to the invention.
  • the electro-acoustic transducer may include a second motor which may be disposed on a common edge of the diaphragm adjacent to the first motor. In this way, the motor forces add up the membrane of the electro-acoustic transducer at substantially identical stroke.
  • the first motor and the second motor may be disposed opposite to each other with respect to a center of the diaphragm. In this way, a phase-in control of the two motors
  • Main extension direction stands. In this way, the sound flow can be increased.
  • the electro-acoustic transducer also has a third motor, wherein the three motors are in particular arranged around the membrane in such a way that they are offset relative to one another by 120 ° with respect to a center point of the membrane.
  • the use of three motors again increases the electric power of the electro-acoustic transducer and increases the degrees of freedom in the control (eg for directional sound radiation) and signal decrease (eg for direction-specific environmental detection) of the membrane.
  • a fourth motor is provided in the electro-acoustic transducer, wherein the four motors either star-shaped (each by 90 °) to each other with respect to a center of the membrane offset or arranged in pairs opposite each other.
  • the use of four motors again increases the electric power of the electro-acoustic transducer and allows smaller motors to be used to increase the same radiated
  • the electrical contacting of the elementary motors within the motors can, for example, take place in such a way that two electrical conductors, which are extended in the drive direction, are electrically coupled to the elementary motors by branch lines penetrating vertically between the elementary motors.
  • the one conductor is connected to those branch lines, which are coupled to the front-side oriented end faces of the elementary motors, while the other conductor is connected to those stubs, which are coupled to the rear end faces of the elementary motors.
  • Such a construction can also be made by using a build-up process called "lamination".
  • the electrical contact is made particularly easy in this way.
  • the two extending in the drive direction electrical conductor may have a respective terminal, which serves for electrical contacting of a signal source.
  • Such a connection can be designed as plug-in connection or cutting / clamping connection and / or in the form of a cohesive connection (eg soldering).
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of an inventively equipped means of transport with an electro-acoustic transducer
  • Figure 2 is a first sectional view of a first embodiment of an electro-acoustic transducer according to the invention
  • Figure 3 is a first sectional view of a second
  • Figure 4 is a schematic plan view of an annular
  • Figure 5a is a plan view of a third embodiment of a
  • Figure 5b is a sectional view through the third shown in Figure 5a
  • Embodiment of the electro-acoustic transducer Embodiment of the electro-acoustic transducer.
  • Figure 1 shows a car 10 as a means of transport, in the front
  • Bumper is an inventively designed electro-acoustic transducer 1, which is connected to an electronic control unit 2 as an evaluation
  • the electro-acoustic transducer 1 is set up to be acted upon by the control unit 2 with electrical signals to emit corresponding measurement signals in the environment of the car 10 and on the other hand received from the environment (eg.
  • Figure 2 shows a sectional view through a first embodiment of an inventively designed electro-acoustic transducer 1, which has a membrane 4, which is stretched on a housing 5.
  • the membrane is adapted to oscillate in a preferred direction P1 while emitting sound or
  • a lever 8 protrudes from the membrane 4 in a direction oriented substantially parallel to the preferred direction P1. Between the distal end of the lever 8 and the housing 5, a motor 3 is arranged, which has piezo elements 14 as elementary motors, which are stacked in succession in a drive direction P2. Electrical signals, which can be applied from a voltage source 13 via electrical lines 1 1, 12 to the piezo elements 14, provide for a corresponding
  • Housing 5 used and therefore also positively fixed in the electro-acoustic transducer 1.
  • FIG. 3 shows an alternative arrangement of a motor 3 between the lever 8 and the housing 5, in which a contact rubber 9 is arranged between the motor 3 and the housing 5.
  • the contact rubber 9 provides on the one hand for a lasting mechanical preload and on the other hand holds the contact rubber
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a ring-shaped motor 3, which surrounds a circular disk-shaped membrane 4.
  • Elements 14 are arranged concentrically around a center of the membrane 4 and electrically connected to each other by likewise annular electrodes 18, 19 connected.
  • the production of the motor 3 shown can, as described above, be carried out such that first a corresponding hollow cylinder is made, which is cut into annular disc-shaped segments.
  • Figure 5a shows a rectangular membrane 4 on a rectangular housing 5. Between the housing 5 and a first edge 16 of the membrane 4, two motors 3 are arranged. In a corresponding manner, two further motors 3 are arranged between the housing 5 and a second edge 17 of the membrane 4.
  • the edges of the membrane 4 arranged in the image above and below are designed to be free-swinging in order not to impair the efficiency of the electroacoustic transducer 1.
  • FIG. 5b shows a section through the exemplary embodiment shown in FIG. 5a.
  • the membrane 4 is arranged to oscillate in a preferred direction P1.
  • suspensions 15 are connected via beads 20 with the membrane 4 and the housing 5 mechanically (in particular also fluid-tight).
  • Motors 3 are glued flat with the suspensions 15. An expansion of the motors 3 in respective directions P2, P3 results in a corresponding extension and bending of the suspensions 15, whereby the membrane 4 is raised in the direction P1.
  • the suspensions 15 have a main extension direction, which in a Wnkel of about 30 ° relative to the
  • Main extension direction of the diaphragm 4 is inclined. In this way, a transmission ratio between a stroke of the motors 3 and a hub of the diaphragm 4 is created, which increases the radiated sound power.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Abstract

Es wird ein Elektro-Akustik-Wandler (1) zur Umfelddetektion in einem Fortbewegungsmittel vorgeschlagen. Der Elektro-Akustik-Wandler umfasst eine Membran (4), und einen ersten Motor (3), wobei die Membran (4) eingerichtet ist, in einer Vorzugsrichtung (P1) zu schwingen und der Motor (3) einen Stapel jeweils separat kontaktierter Elementarmotoren aufweist, welche eingerichtet sind, im Ansprechen auf ein auf die Membran (4) einfallendes Schallsignal und/oder ein an den ersten Motor (3) angelegtes elektrisches Signal eine Längenänderung des Stapels in einer Antriebsrichtung (P2) zu bewirken, wobei die Antriebsrichtung (P2) ungleich der Vorzugsrichtung (P1) orientiert ist.

Description

Beschreibung Titel
Elektro-Akustik-Wandler mit Wegaddition abseits der Schallrichtung Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektro-Akustik-Wandler zur
Umfelddetektion in einem Fortbewegungsmittel. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Ankopplung eines Motors an eine Membran zur Erhöhung der abgestrahlten Schallleistung.
Im Stand der Technik sind "Dickenschwinger", die mittels eines Stapels (Englisch "Stack") gegen eine schallabstrahlende Fläche ("Membran") arbeiten, bekannt. Den bekannten Ansätzen ist dabei gemeinsam, dass stets eine vergleichsweise hohe Masse bewegt (in Schwingung versetzt bzw. beschleunigt) werden muss. Die zu beschleunigende Masse bestimmt die Resonanzfrequenz maßgeblich mit und ein hoher Wrkungsgrad kann nur bei in Resonanz befindlichen Systemen erreicht werden.
Weiter ist bekannt, dass sich die mechanische Auslenkung von Elektro-Akustik- Wandlern, wie z. B. einer Piezo-Keramik, bei mechanischer Reihenanordnung addiert. Ein Beispiel hierfür ist der sogenannte Piezo-Stack (mehrere
hauchdünne, jeweils voneinander durch Elektroden getrennte Piezo-Elemente, welche in einer gemeinsamen Richtung hintereinander gestapelt sind).
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Wirkungsgrad eines gattungsgemäßen Elektro-Akustik-Wandlers zu erhöhen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die in Schallabstrahlungsrichtung schwingende Masse eines Elektro-Akustik-Wandlers zu verringern.
Offenbarung der Erfindung Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Elektro- Akustik-Wandler mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Der Elektro-Akustik- Wandler dient der Umfelddetektion in einem Fortbewegungsmittel und kann hierzu bspw. als Ultraschallsender bzw. Ultraschallempfänger oder als
Ultraschallsendeempfänger ausgestaltet sein. Er umfasst eine Membran, welche in einer Vorzugsrichtung entsprechend der Hauptabstrahlrichtung ausgesandter Schallsignale zu schwingen eingerichtet ist. Ein erster Motor (je nach
Wirkrichtung auch als„Generator" oder„Akustoelektrischer Wandler" zu bezeichnen) ist vorgesehen, die Membran zu Schwingungen anzuregen bzw. durch Schall induzierte Kräfte in elektrische Signale zu wandeln. Der Motor weist einen Stapel jeweils separat kontaktierter Elementarmotoren auf, wobei der Stapel in eine Antriebsrichtung gestapelt ist, welche ungleich der
Vorzugsrichtung orientiert ist. Mit anderen Worten werden beim Aussenden von Schallsignalen zunächst elektrische Wechselsignale in Längenänderungen des Stapels entlang der Antriebsrichtung bewirkt, welche schließlich zu einer
Auslenkung der Membran in der besagten Vorzugsrichtung führen. Umgekehrt werden auf die Membran einfallende Schallsignale zu einer Membranschwingung in Vorzugsrichtung umgewandelt, wobei die Membranschwingung in eine Längenänderung des Stapels des Motors in der Antriebsrichtung führen. Auf diese Weise ist der Hub des Motors bzw. des Stapels grundsätzlich unabhängig vom Betrag des Hubs der Membran in Vorzugsrichtung. Die innerhalb des Motors schwingende akustische Masse ist somit bezogen auf den Hub der Membran entsprechend dem Übersetzungsverhältnis reduziert, sofern der Hub der Membran größer als der entsprechende Hub des Stapels in Antriebsrichtung ist. Dies ermöglicht einen höheren Wrkungsgrad bei der Schallwandlung sowie eine größere Freiheit bei der Wahl der Resonanzfrequenz des Elektro-Akustik- Wandlers.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Der erste Motor kann bspw. über einen Hebel mit der Membran gekoppelt sein. Der Hebel kann bspw. als zumindest anteilig in Vorzugsrichtung von der Membran hervorstehendes Element ausgestaltet sein, dessen distales Ende vom Motor in Antriebsrichtung bewegt wird. Die Verdrehung des Hebels um seinen Ankerpunkt (z.B. an der Membran und/oder am Gehäuse) bewirkt nun eine
Auslenkung der Membran in Vorzugsrichtung. Der erste Motor kann an einer Aufhängung der Membran angeordnet sein. Die Aufhängung der Membran kann als Vermittlungsstück (z.B. umfassend eine Sicke) ausgestaltet sein, welches zur Vermittlung der Bewegung der Membran gegenüber einem feststehenden Gehäuse des Elektro-Akustik-Wandlers vorgesehen ist. Die Aufhängung kann mittels des ersten Motors bspw.
hinsichtlich ihrer Länge verändert werden, sodass sich die Aufhängung zwischen dem feststehenden Teil des Elektro-Akustik-Wandlers und der Membran verstemmt und somit ein Heben bzw. Senken der Membran in Vorzugsrichtung bewirkt. Alternativ oder zusätzlich kann der Motor für eine Biegung der
Aufhängung sorgen, wodurch die Membran wiederum angehoben bzw.
abgesenkt wird.
Die Aufhängung kann einen Winkel ungleich 0° bzw. 90° bzw. 180° bezüglich der Haupterstreckungsrichtung der Membran aufweisen und die Membran
insbesondere anteilig umgeben bzw. einfassen. Verändert sich die Länge der
Aufhängung, verändert sich auch der Abstand zwischen einem Ankerpunkt des Motors am Gehäuse des Elektro-Akustik-Wandlers einerseits und der Membran andererseits. Eine Anregung des Motors mit einem periodischen Signal führt somit zu einer wiederholten Auslenkung der Membran, welche einen Betrag aufweist, der größer als der Betrag der korrespondierenden Längenänderung des
Motors ist. Der Wnkelbereich, welcher sich zwischen einer Flächennormalen der Aufhängung und einer Flächennormalen der Membran ergibt, kann bspw.
zwischen 5° und 45°, bevorzugt zwischen 10° und 35° liegen. Die
Betriebssicherheit und die Wrkungsgradverbesserung sind in den vorgenannten Bereichen besonders hoch.
Der erste Motor kann bspw. eine Ringscheibenform aufweisen, welche insbesondere geeignet ist, eine kreisscheibenförmige Membran in ihrer Mitte aufzunehmen. Die Elementarmotoren des ersten Motors können bspw. Piezo- Ringe bilden, welche einen in Richtung der Membran abnehmenden
Durchmesser aufweisen. Zwischen den einzelnen Piezo-Ringen erfolgt die elektrische Kontaktierung und Anregung bzw. beim Empfang die Signalabnahme. Ein solcher Motor kann bspw. als Stack-Ring oder Stack-Rohr gefertigt werden, der bzw. das anschließend in Scheiben geschnitten wird. Bspw. können die Elementarmotoren auf eine Mantelfläche eines Trägerzylinders aufgebracht werden, sodass sich ein Hohlstab ergibt, nachdem der Trägerzylinder entfernt wurde. Der Hohlzylinder kann anschließend oder bereits vor dem Entfernen des Trägerzylinders in Scheiben geschnitten werden, wodurch sich die optional zylindrische Form für den Motor ergibt.
Die Membran kann bspw. aus Metall (z. B. Aluminium) oder aus Kunststoff (insbesondere ein Faserverbundwerkstoff) hergestellt sein.
Während die Elementarmotoren zum Zwecke des Aussendens jeweils mit einer möglichst hohen elektrischen Spannung zu beaufschlagen sind, um einen maximalen Hub zu erzeugen, erfolgt der Empfang der Schallsignale bevorzugt mittels einer Reihenschaltung der Elementarmotoren, um die abgegriffene
Signalspannung zu vergrößern. In Abhängigkeit der tatsächlichen Anordnung kann somit auf einen Transformator verzichtet werden, da der
Empfindlichkeitsbereich der nachfolgenden Auswerteschaltung auch ohne Transformator erreicht werden kann. Um zwischen der parallelen Anregung der Elementarmotoren während eines Sendevorgangs und einer Spannungsaddition durch Serienschaltung der Elementarmotoren im Zuge eines Empfangsvorgangs zu vermitteln, kann eine Schalteinrichtung vorgesehen sein, welche nach erfolgter Aussendung eines Messsignals von einer Parallelschaltung der
Elementarmotoren auf eine Reihenschaltung der Elementarmotoren (jeweils elektrisch) umschaltet. Der Verzicht auf einen Trafo ermöglicht eine weitere
Gewichtsreduktion und eine Kostenersparnis für einen erfindungsgemäß ausgestalteten Elektro-Akustik-Wandler.
Der Elektro-Akustik-Wandler kann bevorzugt ein Gehäuse und ein Kontaktgummi umfassen. Das Gehäuse kann als im Wesentlichen feststehende (nicht- mitschwingende) Trägereinheit des Elektro-Akustik-Wandlers verstanden werden. Das Kontaktgummi ist eingerichtet, eine mechanische Vorspannung zwischen dem Gehäuse und dem ersten Motor herzustellen. In ähnlicher Weise, insbesondere im Zuge dessen, kann das Kontaktgummi auch eine elektrische Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse des ersten Motors vermitteln. Auch die mechanische Festlegung des ersten Motors kann über das Kontaktgummi erfolgen. Dies vereinfacht die Montage eines erfindungsgemäßen Elektro- Akustik-Wandlers.
Optional kann der Elektro-Akustik-Wandler einen zweiten Motor aufweisen, welcher an einer gemeinsamen Kante der Membran neben dem ersten Motor angeordnet sein kann. Auf diese Weise addieren sich die motorischen Kräfte auf die Membran des Elektro-Akustik-Wandlers bei im Wesentlichen identischem Hub. Alternativ können der erste Motor und der zweite Motor bezüglich eines Zentrums der Membran einander gegenüberliegend angeordnet sein. Auf diese Weise wird bei phasengleicher Ansteuerung der beiden Motoren eine
Auslenkung der Membran erzeugt, welche senkrecht auf ihrer
Haupterstreckungsrichtung steht. Auf diese Weise kann der Schallfluss erhöht werden.
Bevorzugt weist der Elektro-Akustik-Wandler auch einen dritten Motor auf, wobei die drei Motoren insbesondere derart um die Membran angeordnet sind, dass sie um jeweils 120° bezüglich eines Mittelpunkts der Membran zueinander versetzt gelegen sind. Die Verwendung dreier Motoren erhöht abermals die elektrische Leistung des Elektro-Akustik-Wandlers und erhöht die Freiheitsgrade bei der Ansteuerung (z. B. zur gerichteten Schallabstrahlung) und Signalabnahme (z. B. zur richtungsspezifischen Umfelddetektion) der Membran.
Bevorzugt ist auch ein vierter Motor im Elektro-Akustik-Wandler vorgesehen, wobei die vier Motoren entweder sternförmig (jeweils um 90°) zueinander bezüglich eines Mittelpunktes der Membran versetzt bzw. paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Verwendung von vier Motoren erhöht die elektrische Leistung des Elektro-Akustik-Wandlers abermals und ermöglicht eine Verwendung kleinerer Motoren zur Erhöhung derselben abgestrahlten
Schallleistung Zudem kann der Betrieb im Falle eines Defektes anteilig aufrecht erhalten werden.
Die elektrische Kontaktierung der Elementarmotoren innerhalb der Motoren kann bspw. derart erfolgen, dass zwei in Antriebsrichtung erstreckte elektrische Leiter durch senkrecht zwischen die Elementarmotoren dringende Stichleitungen elektrisch mit den Elementarmotoren gekoppelt werden. Dabei wird der eine Leiter an diejenigen Stichleitungen angeschlossen, welche mit den vorderseitig orientierten Stirnseiten der Elementarmotoren gekoppelt sind, während der andere Leiter mit denjenigen Stichleitungen verbunden wird, welche mit den rückwärtigen Stirnseiten der Elementarmotoren gekoppelt sind. Eine solche Bauform kann auch durch Verwendung eines als "Laminieren" bezeichneten Aufbauverfahrens hergestellt werden. Die elektrische Kontaktierung wird auf diese Weise besonders einfach möglich. Die beiden in Antriebsrichtung verlaufenden elektrischen Leiter können einen jeweiligen Anschluss aufweisen, welcher zur elektrischen Kontaktierung einer Signalquelle dient. Ein solcher Anschluss kann als Steckanschluss oder Schneid- /Klemmverbindung und/oder in Form einer stoffschlüssigen Verbindung (z. B. Löten) ausgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestatteten Fortbewegungsmittels mit einem Elektro-Akustik-Wandler;
Figur 2 eine erste Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Elektro-Akustik-Wandlers;
Figur 3 eine erste Schnittdarstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Elektro-
Akustik-Wandlers;
Figur 4 eine schematische Draufsicht auf einen ringförmig
ausgestalteten Motor;
Figur 5a eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäß ausgestalteten Elektro-Akustik-Wandlers; und
Figur 5b eine Schnittdarstellung durch das in Figur 5a gezeigte dritte
Ausführungsbeispiel des Elektro-Akustik-Wandlers.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt einen Pkw 10 als Fortbewegungsmittel, in dessen vorderem
Stoßfänger sich ein erfindungsgemäß ausgestalteter Elektro-Akustik-Wandler 1 befindet, der an ein elektronisches Steuergerät 2 als Auswerteeinheit
informationstechnisch angeschlossen ist. Der Elektro-Akustik-Wandler 1 ist eingerichtet, über das Steuergerät 2 mit elektrischen Signalen beaufschlagt zu werden, um entsprechende Messsignale in die Umgebung des Pkws 10 auszusenden und andererseits aus der Umgebung empfangene (z. B.
reflektierte) Schallsignale in elektrische Signale zu wandeln und dem Steuergerät 2 zuzuführen.
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Elektro-Akustik-Wandlers 1 , der eine Membran 4 aufweist, welche auf ein Gehäuse 5 gespannt ist. Die Membran ist eingerichtet, in einer Vorzugsrichtung P1 zu schwingen und dabei Schall abzustrahlen bzw.
Schallsignale aufzunehmen. Ein Hebel 8 steht in im Wesentlichen parallel zur Vorzugsrichtung P1 orientierter Richtung von der Membran 4 hervor. Zwischen dem distalen Ende des Hebels 8 und dem Gehäuse 5 ist ein Motor 3 angeordnet, welcher Piezo-Elemente 14 als Elementarmotoren aufweist, welche in einer Antriebsrichtung P2 hintereinander gestapelt sind. Elektrische Signale, welche von einer Spannungsquelle 13 über elektrische Leitungen 1 1 , 12 an die Piezo- Elemente 14 angelegt werden können, sorgen für eine entsprechende
Verlängerung bzw. Kontraktion des Motors 3, wodurch die Membran 4 zu Schwingungen in Richtung P1 angeregt wird. Ein bezüglich des Gehäuses 5 dem Hebel gegenüberliegendes Element 6 der Membran 4 bildet mit einer Kavität 7 im Gehäuse 5 einen Formschluss auf, wodurch sowohl die Membran 4 als auch der Motor 3 fest mit dem Gehäuse 5 verbunden werden. Das dem Hebel 8 gegenüberliegende Ende des Motors 3 ist in eine Kavität innerhalb des
Gehäuses 5 eingesetzt und daher ebenfalls formschlüssig im Elektro-Akustik- Wandler 1 festgelegt.
Figur 3 zeigt eine alternative Anordnung eines Motors 3 zwischen dem Hebel 8 und dem Gehäuse 5, bei welchem zwischen dem Motor 3 und dem Gehäuse 5 ein Kontaktgummi 9 angeordnet ist. Das Kontaktgummi 9 sorgt einerseits für eine andauernde mechanische Vorspannung und andererseits hält das Kontaktgummi
9 elektrische Kontakte bereit, welche die elektrischen Signale auf den
elektrischen Leitungen 1 1 , 12 an den Motor 3 bzw. vom Motor 3 weiterleiten.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines ringscheibenförmigen Motors 3, welcher eine kreisscheibenförmige Membran 4 umgibt. Ringförmige Piezo-
Elemente 14 sind konzentrisch um ein Zentrum der Membran 4 angeordnet und zueinander durch ebenfalls ringförmige Elektroden 18, 19 elektrisch miteinander verbunden. Die Herstellung des dargestellten Motors 3 kann wie eingangs beschrieben, derart erfolgen, dass zunächst ein entsprechender Hohlzylinder gefertigt wird, welcher in ringscheibenförmige Segmente geschnitten wird.
Figur 5a zeigt eine rechteckförmige Membran 4 auf einem rechteckförmigen Gehäuse 5. Zwischen dem Gehäuse 5 und einer ersten Kante 16 der Membran 4 sind zwei Motoren 3 angeordnet. In entsprechender Weise sind zwischen dem Gehäuse 5 und einer zweiten Kante 17 der Membran 4 zwei weitere Motoren 3 angeordnet. Die im Bild oben und unten angeordneten Kanten der Membran 4 sind freischwingend ausgeführt, um den Wirkungsgrad des Elektro-Akustik- Wandlers 1 nicht zu beeinträchtigen.
Figur 5b zeigt einen Schnitt durch das in Figur 5a gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Membran 4 ist eingerichtet, in einer Vorzugsrichtung P1 zu schwingen.
Hierzu ist sie beidseitig mittels Aufhängungen 15 am Gehäuse 5 verankert. Die Aufhängungen 15 sind über Sicken 20 mit der Membran 4 bzw. dem Gehäuse 5 mechanisch (insbesondere auch fluiddicht) verbunden. Motoren 3 sind flächig mit den Aufhängungen 15 verklebt. Eine Ausdehnung der Motoren 3 in jeweilige Richtungen P2, P3 führt zu einer entsprechenden Verlängerung und einer Biegung der Aufhängungen 15, wodurch die Membran 4 in Richtung P1 angehoben wird. Die Aufhängungen 15 weisen eine Haupterstreckungsrichtung auf, welche in einem Wnkel von ca. 30° gegenüber der
Haupterstreckungsrichtung der Membran 4 geneigt ist. Auf diese Weise wird ein Übersetzungsverhältnis zwischen einem Hub der Motoren 3 und einem Hub der Membran 4 geschaffen, welches die ausgestrahlte Schallleistung erhöht.

Claims

Elektroakustikwandler (1) zur Umfelddetektion in einem
Fortbewegungsmittel (10) umfassend:
eine Membran (4), und
einen ersten Motor (3), wobei
die Membran (4) eingerichtet ist, in einer Vorzugsrichtung (P1) zu
schwingen und
der Motor (3) einen Stapel jeweils separat kontaktierter Elementarmotoren (14) aufweist, welche eingerichtet sind,
im Ansprechen auf ein auf die Membran (4) einfallendes Schallsignal und/oder
ein an den ersten Motor (3) angelegtes elektrisches Signal (13) eine Längenänderung des Stapels in einer Antriebsrichtung (P2) zu
bewirken, wobei die Antriebsrichtung (P2) ungleich der
Vorzugsrichtung (P1) orientiert ist.
Elektroakustikwandler nach Anspruch 1 , wobei der erste Motor (3) über einen Hebel (8) mit der Membran (4) gekoppelt ist.
Elektroakustikwandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Motor (3) an einer Aufhängung (15) der Membran (4) angeordnet ist.
Elektroakustikwandler nach Anspruch 3, wobei der erste Motor (3) eingerichtet ist, eine
Längenänderung und/oder
eine Biegung der Aufhängung (15) zu bewirken.
Elektroakustikwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Aufhängung (15) eine Flächennormale aufweist, welche eine andere Richtung aufweist als eine Flächennormale der Membran (4). Elektroakustikwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Motor (3) eine Ringscheibenform aufweist, und insbesondere ein Zentrum der Membran (4) äquidistant umgibt.
Elektroakustikwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Elektroakustikwandler (1 ) weiter
ein Gehäuse (5) und
ein Kontaktgummi (9) aufweist,
wobei das Kontaktgummi (9) eine elektrische Kontaktierung des ersten
Motors (3) vermittelt und zwischen einem Ende des Stapels und dem
Gehäuse (5) angeordnet, insbesondere festgeklemmt, ist.
Elektroakustikwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend
einen zweiten Motor (3), wobei der erste Motor (3) und der zweite Motor (3) die Membran (4)
an einer gemeinsamen Kante (16, 17) der Membran (4) oder bezüglich eines Zentrums der Membran (4) einander
gegenüberliegend angeordnet sind.
Elektroakustikwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7 weiter umfassend
einen zweiten Motor (3), und
einen dritten Motor (3),
wobei der erste Motor (3), der zweite Motor (3) und der dritte Motor (3) sternförmig um die Membran (4) angeordnet sind.
Elektroakustikwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7 weiter umfassend
einen zweiten Motor (3),
einen dritten Motor (3), und
einen vierten Motor (3), wobei der erste Motor (3), der zweite Motor (3), der dritte Motor (3) und der vierte Motor (3)
sternförmig um die Membran (4) oder
paarweise an einander gegenüberliegenden Kanten (16, 17) der Membran (4) angeordnet sind.
PCT/EP2016/063746 2015-07-22 2016-06-15 Elektro-akustik-wandler mit wegaddition abseits der schallrichtung WO2017012787A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16731553.0A EP3325179A1 (de) 2015-07-22 2016-06-15 Elektro-akustik-wandler mit wegaddition abseits der schallrichtung
CN201680043130.0A CN107847980B (zh) 2015-07-22 2016-06-15 具有偏离声方向的路程相加的电声转换器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015213813.5A DE102015213813A1 (de) 2015-07-22 2015-07-22 Elektro-Akustik-Wandler mit Wegaddition abseits der Schallrichtung
DE102015213813.5 2015-07-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017012787A1 true WO2017012787A1 (de) 2017-01-26

Family

ID=56194457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/063746 WO2017012787A1 (de) 2015-07-22 2016-06-15 Elektro-akustik-wandler mit wegaddition abseits der schallrichtung

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3325179A1 (de)
CN (1) CN107847980B (de)
DE (1) DE102015213813A1 (de)
WO (1) WO2017012787A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070090723A1 (en) * 2003-03-31 2007-04-26 Keolian Robert M Thermacoustic piezoelectric generator
US20080273720A1 (en) * 2005-05-31 2008-11-06 Johnson Kevin M Optimized piezo design for a mechanical-to-acoustical transducer
JP2013090309A (ja) * 2011-10-24 2013-05-13 Kddi Corp 音響トランスデューサ、スピーカ、電子機器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE495350C (de) * 1927-09-18 1930-04-05 Telefunken Gmbh Piezoelektrisches Mikrophon
JPS60210171A (ja) * 1983-11-23 1985-10-22 Shoketsu Kinzoku Kogyo Co Ltd アクチユエ−タ
US7199498B2 (en) * 2003-06-02 2007-04-03 Ambient Systems, Inc. Electrical assemblies using molecular-scale electrically conductive and mechanically flexible beams and methods for application of same
CN201383870Y (zh) * 2009-01-19 2010-01-13 歌尔声学股份有限公司 微型动圈式电声转换器
DE102009040264A1 (de) * 2009-09-04 2011-03-10 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung oder zum Empfang von Ultraschallwellen sowie Ultraschallmessvorrichtung und Fahrzeug
DE102012201884A1 (de) * 2012-02-09 2013-08-14 Robert Bosch Gmbh Schallwandler
KR101788428B1 (ko) * 2013-03-11 2017-10-19 애플 인크. 촉각적 진동기를 사용하는 휴대용 전자 디바이스
EP3090427B1 (de) * 2013-12-30 2022-11-02 Photosonix Medical, Inc. Flextensionaler wandler und zugehöriges verfahren

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070090723A1 (en) * 2003-03-31 2007-04-26 Keolian Robert M Thermacoustic piezoelectric generator
US20080273720A1 (en) * 2005-05-31 2008-11-06 Johnson Kevin M Optimized piezo design for a mechanical-to-acoustical transducer
JP2013090309A (ja) * 2011-10-24 2013-05-13 Kddi Corp 音響トランスデューサ、スピーカ、電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
CN107847980A (zh) 2018-03-27
DE102015213813A1 (de) 2017-01-26
EP3325179A1 (de) 2018-05-30
CN107847980B (zh) 2021-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010027780A1 (de) Verfahren zum Ansteuern eines Ultraschallsensors und Ultraschallsensor
WO2014146828A2 (de) Sensoranordnung und verfahren zur umfelderfassung eines fahrzeugs
EP2031580B1 (de) Ultraschallsensor mit einem Trägerelement und einer Membran, wobei die Membran in das Trägerelement eingebettet ist
WO2011073414A2 (de) Schwingfähiges system für einen ultraschallwandler und verfahren zur herstellung des schwingfähigen systems
DE102015202393A1 (de) Schallwandler umfassend eine Vielzahl von Einzelwandlern und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2020083910A1 (de) Schallwandler und verfahren zum betrieb des schallwandlers
EP2828681A1 (de) Ultraschallsensor und verfahren zur messung eines objektabstands
DE102013210874B4 (de) Schallwandler-Array mit breitbandigen Empfangselementen
EP2650055B1 (de) Sensoranordnung und Verfahren zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs
EP3297774A1 (de) Akustische wandlervorrichtung mit einem piezo-schallwandler und einem mut-schallwandler, verfahren zum betrieb derselben, akustisches system, akustische koppelstruktur und verfahren zum herstellen einer akustischen koppelstruktur
DE102014110179A1 (de) Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug
EP3010655A1 (de) Elektroakustischer wandler
EP3325179A1 (de) Elektro-akustik-wandler mit wegaddition abseits der schallrichtung
WO2001011353A2 (de) Ultraschall-sensoranordnung
WO2017005636A1 (de) Ultraschallsensorvorrichtung für ein kraftfahrzeug mit zwei piezoelementen, fahrerassistenzsystem, kraftfahrzeug sowie verfahren
DE102013222076A1 (de) Schallwandler und Herstellungsverfahren für einen Schallwandler
DE102012014197A1 (de) Ultraschallwandler und korrespondierendeVorrichtung zur Umfelderfassung in einem Fahrzeug
EP3799966B1 (de) Akustischer wandler und verfahren zum erzeugen/empfangen einer akustischen welle
WO2021165146A1 (de) Wasserschallwandler
DE102017122428B4 (de) Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug
EP3325180A1 (de) Vorrichtung zum aussenden und/oder empfangen akustischer signale
EP3319738B1 (de) Schallwandler
DE102019102243A1 (de) Wandlerelement, Ultraschallsensor-Baugruppe und Ultraschallsensor
DE102022210125A1 (de) Mikromechanische Schallwandlervorrichtung und entsprechendes Schallwandlungsverfahren
DE112021002856T5 (de) Wandler, verfahren zu dessen ansteuerung und system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16731553

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2016731553

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE