Электродинамический преобразователь

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для работы в составе аудиометров при исследовании слуха по каналу костной проводимости. Электродинамический преобразователь содержит цилиндрический корпус 1 с мембраной 2 и контактной площадкой 3. С площадкой 3 жестко соединено дно чашки 4, на стенке которой закреплена подвижная катушка 5. Магнитная система включает два кольцевых магнита 6 и 7, между которыми без зазоров размещен сердечник 8 с укрепленными на нем короткозамкнутыми витками 9 и 10, выполненными из материала с высокой электропроводностью. Магниты закреплены на дне цилиндрического магнитопровода 11 таким образом, что чашка 4 охватывает снаружи один из магнитов, а катушка 5 размещается в рабочем кольцевом зазоре, образованном сердечником 8 и стенкой магнитопровода 11. Магнитопровод 11 установлен в корпусе 1 посредством эластичных элементов 12 и 13, гибкость которых больше гибкости мембраны 2. Масса корпуса 1 меньше суммарной массы магнитной системы. Изобретение позволяет повысить эффективность излучения в широком диапазоне звуковых частот и уменьшить нелинейные искажения. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромеханическим преобразователям, и предназначено для работы в составе аудиометров и других видов приборов при исследовании слуха по каналу костного звукопроведения.

В соответствии с международными стандартами преобразователи, используемые в качестве аудиометрических вибраторов, должны иметь определенные технические характеристики: нормируемый уровень развиваемой вибратором максимальной переменной силы в широком диапазоне звуковых частот и малые нелинейные искажения, малые габариты и массу. Кроме того, заданы форма и размер излучателя (рабочей площадки вибратора) и сила, с которой он должен прижиматься к сосцевидному отростку (мастоиду) во время исследований костной проводимости (Лисовский В.А. Елисеев В.А. Слуховые приборы и аппараты. М. Радио и связь, 1991, с. 17-19(.

Современные вибраторы для аудиометрии, удовлетворяющие указанным требованиям, представляют собой, как правило, электромеханические преобразователи: электромагнитные, электродинамические или пьезоэлектрические.

Известен костный телефон для исследования слуха и протезирования по авт. св. СССР N 449713, А 61 В 5/12, 1972, содержащий пьезоэлектрический вибродвигатель и излучатель в виде пластин. Однако это устройство имеет низкую эффективность преобразования сигналов на нижних частотах звукового диапазона и относительно высокое напряжение (более 10 В) звукового сигнала, что ограничивает возможность его использования в аудиометрии.

Известен также электромеханический преобразователь по авт.св. СССР N 917360, Н 04 R 13/00, 1980, содержащий два магнита, катушку, шток, соединенный с диафрагмой-излучателем, и два U-образных якоря, связанных с корпусом и диафрагмой, при этом одно из плеч каждого якоря проходит через катушку и рабочий зазор магнитов. Однако устройство имеет неравномерную частотную характеристику, значительные искажения и недостаточную отдачу на высших частотах звукового диапазона.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому преобразователю является электродинамический преобразователь [1] содержащий катушку подмагничивания или постоянный магнит, магнитопровод в виде цилиндрического стакана из магнитомягкого материала, в рабочем зазоре которого размещена подвижная катушка, соединенная с гибким подвесом и излучателем. Подвижная катушка снабжена дополнительным магнитопроводом в виде слоев, чередующихся со слоями обмотки. Колебательное движение преобразователя возникает в результате взаимодействия переменного тока подвижной катушки с постоянным магнитным полем. Данное устройство имеет повышенную отдачу и небольшие искажения в области низших частот звукового диапазона. Однако на высших звуковых частотах отдача снижена из-за увеличенной массы подвижной системы за счет введения дополнительного магнитопровода, а также вследствие того, что индуктивное сопротивление катушки увеличивается с ростом частоты, что приводит к уменьшению величины переменного тока в катушке, следовательно, и к уменьшению переменной силы, развиваемой преобразователем. Данное свойство существенно снижает вероятность использования известного устройства в аудиометрии.

В основу настоящего изобретения положена задача создания преобразователя, обладающего высокой эффективностью излучения в широком диапазоне звуковых частот и малым уровнем нелинейных искажений, который имел бы при этом малые размеры и был пригоден для применения в аудиметрах.

Поставленная задача решается тем, что в электродинамический преобразователь, содержащий корпус, мембрану с контактной площадкой, цилиндрический магнитопровод, на дне которого закреплены постоянный кольцевой магнит и примыкающий к нему сердечник, и подвижную катушку, связанную с мембраной и размещенную в рабочем зазоре, образованном цилиндрическим магнитопроводом и сердечником, согласно изобретению введены дополнительный кольцевой магнит и по крайней мере один короткозамкнутый виток из материала с высокой электропроводностью, магниты намагничены аксиально и установлены соосно одноименными полюсами навстречу друг другу, сердечник с закрепленным на нем короткозамкнутым витком размещен между магнитами без зазоров, подвижная катушка закреплена на цилиндрической стенке чашки, выполненной из немагнитного материала и свободно вставленной в цилиндрический магнитопровод соосно с ним, при этом дно чашки жестко связано с контактной площадкой мембраны, цилиндрический магнитопровод установлен в корпусе посредством эластичных элементов, гибкость которых больше гибкости мембраны, а масса корпуса меньше суммарной массы магнитопровода с магнитами и сердечником.

Электродинамический преобразователь, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, характеризуется высокой эффективностью излучения в широком диапазоне звуковых частот и низким уровнем нелинейных искажений благодаря применению высокоэффективной компактной магнитной системы с двумя магнитами и сердечником с короткозамкнутым витком и выполнению подвижной системы в виде двух колебательных контуров, при этом резонансная частота одного контура находится в области низших частот звукового диапазона, а резонансная частота второго контура в области высших звуковых частот.

На чертеже представлен преобразователь в собранном виде, разрез по оси.

Электродинамический преобразователь содержит цилиндрический корпус 1, дно которого имеет меньшую толщину, чем стенка, и представляет собой мембрану 2. Центральная часть мембраны 2, выполненная с большей толщиной, представляет собой контактную площадку 3. Корпус 1 выполнен из пластмассы (например, из капролона). С площадкой 3 жестко соединено дно чашки 4, изготовленной из немагнитного материала (например, из пластмассы или алюминиевого сплава). На цилиндрической стенке чашки 4 закреплена подвижная катушка 5. Магнитная система преобразователя включает в себя кольцевые магниты 6 и 7, намагниченные аксиально и установленные соосно одноименными полюсами навстречу друг другу. Между магнитами 6 и 7 размещен без зазоров сердечник 8 из магнитомягкого материала, на котором закреплены два короткозамкнутых витка 9 и 10, выполненные из материала с высокой электропроводностью (например, из меди или алюминия). Витки 9 и 10 расположены на поверхностях сердечника 8, примыкающих к плоскостям магнитов 6 и 7 соответственно. В случае использования одного короткозамкнутого витка он может быть размещен на одинаковом расстоянии от магнитов либо может быть выполнен в виде медного слоя на наружной цилиндрической поверхности сердечника 8. Жестко соединенные между собой магнит 6, сердечник 8 и магнит 7 закреплены на дне цилиндрического магнитопровода 11 таким образом, что чашка 4 охватывает их снаружи, а подвижная катушка 5 размещается в рабочем кольцевом зазоре, образованном сердечником 8 и стенкой магнитопровода 11. Вся конструкция имеет общую ось ОО' симметрии. В свою очередь, цилиндрический магнитопровод 11 установлен в корпусе 1 посредством кольцевых эластичных элементов 12 и 13, выполненных, например, из бутиловой резины. Магниты 6 и 7, сердечник 8, магнитопровод 11 и крышка корпуса 1 имеют сквозное центральное отверстие, через которое выведены провода 14 от подвижной катушки 5 для подключения к источнику переменного тока (не показан).

Преобразователь работает следующим образом.

Постоянные магниты 6 и 7 создают постоянное магнитное поле в кольцевом зазоре между сердечником 8 и магнитопроводом 11. При протекании электрического переменного тока в обмотке катушки 5 в результате его взаимодействия с постоянным магнитным полем катушки 5 совершает колебательные движения вдоль оси ОО'. Переменная сила, возникающая в результате этого взаимодействия, прямо пропорциональна магнитной индукции в рабочем зазоре, общей длине провода катушки 5 и силе переменного тока, протекающего в катушке 5. Поскольку длина провода катушки 5 и магнитное поле постоянны, то переменная сила прямо пропорциональна силе тока, питающего катушку 5.

В общем случае на подвижную систему преобразователя дополнительно действует ряд противодействующих сил: сила инерции массы подвижной системы, восстанавливающая сила упругости подвижной системы и сила сопротивления. Колебательное движение катушки 5 через чашку 4 передается контактной площадке 3 и далее через мембрану 2 корпусу 1. Подвижную систему преобразователя можно представить в виде колебательного контура, состоящего из действующих масс, гибкостей и механических сопротивлений ее составных частей.

На низших частотах звукового диапазона в колебаниях участвует колебательный контур, резонансная частота которого определяется общей массой катушки 5, чашки 7 и корпуса 1, гибкостью элементов 12 и 13 и импедансом нагрузки преобразователя, т.е. сопротивлением мастоида.

С увеличением частоты тока сила инерции массы корпуса 1 возрастает, поэтому на высших частотах звукового диапазона в колебаниях участвует другой колебательный контур, резонансная частота которого определяется суммарной массой катушки 5, чашки 4 и контактной площадки 3, гибкостью мембраны 2 и импедансом нагрузки преобразователя.

Необходимым условием для расширения рабочего частотного диапазона является следующее: гибкость элементов 12 и 13 должна быть больше гибкости мембраны 2, а масса корпуса 1 должна быть меньше суммарной массы магнитопровода 11, магнитов 6 и 7 и сердечника 8.

На повышение эффективности излучения направлено увеличение магнитной индукции и равномерности магнитного поля в рабочем зазоре благодаря использованию двух высокоэффективных магнитов 6 и 7, размещенных наиболее рационально в компактной магнитной системе, содержащей, кроме магнитов, сердечник 8 и внешний магнитопровод 11.

Как известно, индуктивное сопротивление катушки 5 с увеличением частоты также увеличивается и переменная сила уменьшается. Для компенсации снижения переменной силы на высших частотах на сердечнике 8 установлены короткозамкнутые витки 9 и 10, уменьшающие индуктивное сопротивление катушки 5.

Таким образом, предлагаемый электродинамический преобразователь характеризуется расширенным рабочим диапазоном частот благодаря выполнению подвижной системы в виде двух колебательных контуров, а также высокой эффективностью излучения во всем диапазоне частот благодаря оптимальному выполнению магнитной системы.

Изготовлена опытная партия преобразователей в соответствии с изобретением для использования их в составе аудиометров при исследовании костной проводимости пациентов с потерей слуха. Проведены испытания преобразователей и получены следующие характеристики: Частотный диапазон, Гц Не уже 125-8000 Развиваемая переменная сила на частоте 500 Гц, Н Не менее 0,8 Нелинейные искажения, на частоте 250 Гц Не более 2,5 на частотах выше 500 Гц Не более 1 Габариты: диаметр, мм 24 высота, мм 25 Масса, г 30

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий корпус, магнитопровод, соосно установленные на магнитопроводе два постоянных кольцевых магнита, намагниченных аксиально и обращенных одноименными полюсами навстречу друг другу, сердечник и подвижную систему, включающую в себя мембрану, несущий элемент в виде трубчатого выступа, жестко связанного с мембраной, катушку, закрепленную на трубчатом выступе и размещенную в рабочем зазоре, и гибкий кольцевой подвес, связанный с мембраной по внутренней окружности и с корпусом по периферии, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде полого цилиндра, на дне которого установлены соединенные между собой без зазоров первый магнит, сердечник и второй магнит, рабочий зазор образован внутренней поверхностью цилиндрического магнитопровода и наружной поверхностью сердечника, на которой закреплен по крайней мере один короткозамкнутый виток из материала с высокой электропроводностью, при этом магнитопровод установлен в корпусе посредством эластичных элементов, гибкость которых больше гибкости подвеса подвижной системы, а масса корпуса меньше суммарной массы магнитопровода с магнитами и сердечником.

РИСУНКИ

Рисунок 1