DE19725373A1 - Permanentmagnetelektrodynamische Antriebe für akustische Informationssysteme - Google Patents

Description

Stand der Technik und Grund der Erfindung

Es ist ein Antriebssystem für akustische Informationssysteme bekannt, beschreiben in der Pa­ tentschrift DE 37 30 305 C1, das den oben dargestellten Merkmalen am nächsten kommt. Die in diesem Patent beschriebene Erfindung stammt von A. Ziegenberg und E. Schiessle. Beim Stand der Technik ist ein Magnetsystem im Inneren der Schwingspule koaxial angeordnet. Das Magnetsystem besteht aus zwei axial magnetisierten Magnetscheiben die über eine weichmag­ netische Zwischenscheibe, geeigneter Dicke, so angeordnet sind, daß sie sich hinsichtlich ihrer magnetischen Polarisation eine Abstoßung ergibt. Dieses jochlose Magnetsystem zeichnet sich durch eine kleine flache und leichte Bauweise aus.

Die Patentschriften DE 39 29 266 C1 und DE 40 21 651 C1 (Erf. A. Ziegenberg und E. Schiessle) beschreiben Antriebssysteme, bestehend aus mehreren Spulen und mehreren Magneten, geeig­ net als Antriebssysteme für digitale und analoge mehrkanalige akustische Informationssysteme. Diese Patente wirken sich aber auf den neuen Erfindungsgegenstand nicht neuheitsschädlich aus.

Die Patentschriften DE 39 29 266 C1 (Erf. A. Ziegenberg und E. Schiessle) und DE 43 17 775 C2 (Patentinhaber: Fa. Foster Co. Tokio) sowie die Offenlegungsschriften DE 41 30 460 A1 (Pat­ entinhaber Fa. Nokia Pforzheim) und die europäische Offenlegungsschrift EP 0 618 752 A1 (Ka­ bushiki Kaisha Kenwood) beschreiben in den Patentansprüchen Aufhängungsmechanismen zwischen Schwingspule und Lautsprechermembranen, sie wirken somit auch nicht neuheits­ schädlich für den Erfindungsgegenstand.

Die erste Gruppe des Erfindungsgegenstand (Einspulen-Antriebssystem) hat, unter Beibehal­ tung der vorteilhaften flachen und leichten eisenjochlosen Bauweise, eine, im Vergleich zum Stand der Technik, weitere Erhöhung der akustischen Leistung zur Aufgabe.

Bei aus mehreren zusammengeschalteten Lautsprechern bestehenden akustischen Informations­ systemen soll, unter Beibehaltung der vorteilhaften flachen und leichten eisenjochlosen Bau­ weise mit einer hohen akustischen Leistungsabgabe, eine sehr kleine elektrische Gesamtschal­ tungsimpedanz (kleiner als die Impedanzwerte die dem Stand der Technik entsprechen) reali­ siert werden. Dies wird durch die zweite Gruppe des Erfindungsgegenstandes gattungsgemäß gelöst.

2. Aufbau und physikalische Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes

In Fig. 1 ist der konstruktive Aufbau eines permanentmagnetelektrodynamischen Antriebes be­ stehend aus vier Permanentmagnetringscheiben (1.1, 1.2, 1.4, 1.5), zwei weichmagnetischen Zwischenringscherben (1.3, 1.6) und einer elektrischen Antriebsspule (1.7) dargestellt. Die beiden inneren Permanentmagnetringscheiben (1.1, 1.2) sind axial magnetisch polarisiert und geometrisch konzentrisch, distanziert durch eine hochpermeable weichmagnetische Zwi­ schenringscheibe (1.3), so angeordnet, daß ihre magnetischen Nordpole einander entgegenge­ richtet sind. Die beiden äußeren Permanentmagnetringscheiben (1.4, 1.5) sind axial magnetisch polarisiert und geometrisch konzentrisch, distanziert durch eine hochpermeable weichmagne­ tische Zwischenringscheibe (1.6), so angeordnet, daß ihre magnetischen Südpole einander ent­ gegengerichtet sind.

Das innere Permanentmagnetsystem (1.2, 1.3, 1.4) ist über eine Haltebolzenkonstruktion (1.9) mit der Bodenplatte (1.11) mechanisch verbunden. Das äußere Permanentmagnetsystem (1.4, 1.5, 1.6) ist über einen Haltering (1.10) mechanisch mit der Bodenplatte (1.11) verbunden. Die elektrisch Antriebsspule (1.7) ist mechanisch mit einem nichtmagnetischen Zylindermantel der akustischen Membran (1.8) verbunden.

Die magnetische und geometrische Anordnung der äußeren und inneren Permanentmagnet­ ringe, sowie der zugehörigen hochpermeablen weichmagnetischen Zwischenringscheibe führt zu einem hochkonzentrierten radialen magnetischen Fluß durch die elektrische Antriebsspule (1.7). Wird nun die elektrische Antriebsspule von einem niederfrequenten Steuerstrom durch­ flossen, so tritt das dadurch erzeugte niederfrequente magnetische Spulenwechselfeld mit dem hochkonzentrierten konstanten magnetischen Feld der beiden Permanentmagnetsysteme in magnetische Wecheslwirkung. Die dadurch erzeugten mechanischen Hub-Bewegungungen, der elektrischen Antriebsspule, erzeugen, durch die mechanische Kopplung zwischen der elektri­ schen Antriebsspule und der akustischen Membran, mechanische Hub-Bewegungen der aku­ stischen Membran im Rhythmus des niederfrequenten Steuerstromes, und damit Membran- Abstrahlungen akustischer Informationen mit hoher Intensität.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des oben beschrieben permanentelektrodynamischen Antriebes dargestellt. Damit bei flacher Bauweise auch bei großen mechanischen Hüben eine längere elektrische Antriebsspule ausgenutzt werden kann, wird die innere hochpermeable Zwischenringscheibe (2.3) und die äußere hochpermeable Zwischenringscheibe (2.6) mit pol­ schuartigen Innen- bzw. Außenflächen versehen.

In Fig. 4 ist der konstruktive Aufbau eines permanentmagnetelektrodynamischen Antriebes bestehend aus zwei Permanentmagnetringscheiben (4.1, 4.2) mit zwei weichmagnetischen Polringscheiben (4.3, 4.4) und einer elektrischen Antriebsspule (4.5) dargestellt. Die beiden inneren Permanentmagnetringscheiben (4.1, 4.2) sind radial magnetisch polarisiert und geometrisch konzentrisch, so angeordnet, daß der magnetische Nordpol der inneren Per­ manentmagnetringscheibe und der magnetische Südpol der äußeren Permanentmagnetscheibe gegeneinander gerichtet sind.

Die magnetische und geometrische Anordnung der äußeren und inneren Permanentmagnet­ ringe, führt zu einem hochkonzentrierten radialen magnetischen Fluß durch die elektrische Antriebsspule (4.5), bei extrem flacher und leichter Bauweise.

Wird nun die elektrische Antriebsspule von einem niederfrequenten Steuerstrom durchflossen, so tritt das dadurch erzeugte niederfrequente magnetische Spulenwechselfeld mit dem hoch­ konzentrierten konstanten magnetischen Feld der beiden Permanentmagnetsysteme in magneti­ sche Wechselwirkung. Die dadurch erzeugten mechanischen Hub-Bewegungungen der elektri­ schen Antriebsspule erzeugen, durch die mechanische Kopplung zwischen der elektrischen An­ triebsspule und der akustischen Membran, mechanische Hub-Bewegungen der akustischen Membran im Rhythmus des niederfrequenten Steuerstromes, und damit einer Membran-Ab­ strahlungen akustischer Informationen mit hoher Intensität.

In Fig. 3 ist der konstruktive Aufbau eines permanentmagnetelektrodynamischen Antriebes be­ stehend aus zwei Permanentmagnetringscheiben (3.4, 3.5), drei hochpermeablen weichmag­ netischen Ringscheiben (3.1, 3.2, 3.3) und drei elektrischen Antriebsspule (3.6, 3.7, 3.8) darge­ stellt.

Die beiden Permanentmagnetringscheiben (3.4, 3.5) sind axial magnetisch polarisiert und geo­ metrisch konzentrisch, distanziert durch eine hochpermeable weichmagnetische Zwischenring­ scheibe (3.2), so angeordnet, daß ihre magnetischen Nordpole einander entgegengerichtet sind. Die beiden äußeren hochpermeablen weichmagnetischen Deckringscheiben (3.1, 3.3) bilden den magnetischen Abschluß des Permanentmagnetsystems, sie sind über den jeweiligen magne­ tischen Südpolen der Permanentmagnetringscheiben angeordnet.

Die magnetische und geometrische Anordnung der Permanentmagnetringscheiben, sowie der hochpermeablen weichmagnetischen Zwischenringscheibe und der beiden hochpermeablen weichmagnetischen Deckscheiben führt zu einem hochkonzentrierten radialen magnetischen Fluß durch die elektrischen Antriebsspulen (3.6, 3.7, 3.8).

Die drei Antriebsspulen (3.6, 3.7, 3.8) sind mechanisch in Reihe geschaltet. Aufgrund der je­ weiligen Magnetflußrichtung zwischen der mittleren und den äußeren hochpermeablen weich­ magnetischen Deckringscheiben, muß der Wickelsinn der mittlere Antriebsspule (3.7) entgegen dem Wickelsinn der oberen und unteren Antriebsspule (3.6, 3.8) sein. Die Antriebsspulen (3.6, 3.8) sind elektrisch seriell geschaltet. Die Serienschaltung der Antriebsspulen (3.6, 3.8) ist pa­ rallel zur Antriebsspule (3.7) geschaltet. Die elektrische Mischschaltung der Antriebsspulen ermöglicht, unter Verwendung von Leichtmetalldrahten, vorzugsweise mit rechteckigem Quer­ schnitt, die Spulenwindungszahl im magnetomechanischen Wechselwirkungsbereich zu erhö­ hen, ohne Erhöhung der elektrischen Impedanz. Man kann die Antriebsspulen (3.6, 3.8) mit anderen Windungszahlen aufbauen als die mittler Antriebsspule (3.7). Die drei Antriebsspulen können geometrisch getrennt oder, mit Hilfe spezieller Wickeltechniken unter Berücksichti­ gung des jeweiligen Wickelsinns, geometrisch als Einheit gewickelt werden. Bei geeigneter Auslegung und Mischschaltung der Antriebsspulen kann die elektrische Impedanz sogar be­ wußt minimiert werden, bei gleichzeitiger Maximierung der mechanischen Antriebskräfte. Eine weitere Möglichkeit bei der getrennten Spulenanordnung besteht auch darin, daß man die einzelnen Schwingspulen mit unterschiedlich angepaßten Wickelprofilen herstellen kann. Da­ mit ist eine Linearisierung der Antriebskinematik, durch Anpassung der konstruktions- oder fertigungsbedingten jeweils aktuelle herrschenden Kraftverhältnissen möglich.

Werden nun die drei elektrischen Antriebsspulen von einem niederfrequenten Steuerstrom durchflossen, so treten die dadurch erzeugte niederfrequente magnetische Spulenwechselfelder mit den hochkonzentrierten konstanten magnetischen Feld der beiden Permanentmagnetsys­ tems in magnetische Wechselwirkung. Die dadurch erzeugten mechanischen Hubbewegungen der elektrischen Antriebsspulen erzeugen, durch die mechanische Kopplung zwischen der elek­ trischen Antriebsspulen und der akustischen Membran, mechanische Hub-Bewegungen der akustischen Membran im Rhythmus des niederfrequenten Steuerstromes, und damit eine Mem­ bran-Abstrahlung akustischer Informationen mit hoher Intensität.

In Fig. 5 ist der konstruktive Aufbau eines permanentmagnetelektrodynamischen Antriebes be­ stehend aus drei inneren Permanentmagnetringscheiben (5.1, 5,2, 5.3), drei äußeren Perma­ nentmagnetringscheiben (5.4, 5.5, 5.6) und drei elektrischen Antriebsspule (5.7, 5.8, 5.9) dar­ gestellt.

Die sechs Pennanentmagnetringscheiben (5.1, 5.6) sind radial magnetisch polarisiert und geo­ metrisch konzentrisch, so angeordnet, daß der magnetische Nordpol der inneren mittleren Per­ manentmagnetringscheibe (5.2) und der magnetische Südpol der äußeren mittleren Permanent­ magnetscheibe (5.5) gegeneinander gerichtet sind, während die magnetischen Südpole der in­ neren oberen und unteren Permanentmagnetringscheibe (5.1, 5.3) und die magnetischen Nord­ pole der äußern oberen und unteren Permanentmagnetringscheibe (5.4, 5.6) gegeneinander ge­ richtet sind. Die magnetische und geometrische Anordnung der äußeren und inneren Perma­ nentmagnetringe, führt zu einem hochkonzentrierten radialen magnetischen Fluß durch die je­ weiligen elektrische Antriebsspule, bei sehr flacher und leichter Bauweise.

Aufgrund der jeweiligen Magnetflußrichtung zwischen der mittleren inneren und mittleren äu­ ßeren Permanentmagnetscheibe (5.2, 5.5), sowie der oberen inneren bzw. unteren inneren Per­ manentmagnetringscheibe (5.1, 5.3) und der oberen äußeren bzw. unteren äußeren Permanent­ magnetringscheibe (5.4, 5.6), muß der Wickelarm der mittlere Antriebsspule (5.5) entgegen dem Wickelarm der oberen und unteren Antriebsspule (5.7, 5.9) sein.

Die drei Schwingspulen (5.7, 5.8, 5.9) sind mechanisch in Reihe geschaltet. Die Antriebsspulen (5.7, 5.9) sind elektrisch seriell geschaltet. Die Serienschaltung der Antriebsspulen (5.7, 5.9) ist parallel zur Antriebsspule (5.8) geschaltet. Die elektrische Mischschaltung der Antriebsspulen ermöglicht, unter Verwendung von Leichtmetalldrähten, vorzugsweise mit rechteckigem Querschnitt, die Spulenwindungszahl im magnetomechanischen Wechselwirkungsbereich zu erhöhen, ohne Erhöhung der elektrischen Impedanz. Man kann die Antriebsspulen (5.7, 5.9) mit anderen Windungszahlen aufbauen als die mittlere Antriebsspule (5.8). Die drei Antriebs­ spulen können geometrisch getrennt oder, mit Hilfe spezieller Wickeltechniken unter Berück­ sichtigung des jeweiligen Wickelsinns, geometrisch als Einheit gewickelt werden.

Bei geeigneter Auslegung und Mischschaltung der Antriebsspulen kann die elektrische Impe­ danz sogar bewußt mimiert werden, bei gleichzeitiger Maximierung der mechanischen An­ triebskräfte.

Werden nun die drei elektrischen Antriebsspulen von einem niederfrequenten Steuerstrom durchflossen, so treten die dadurch erzeugte niederfrequente magnetische Spulenwechselfelder mit den hochkonzentrierten konstanten magnetischen Feld der beiden Permanentmagnetsys­ tems in magnetische Wechselwirkung. Die dadurch erzeugten mechanischen Hub-Bewegungen der elektrischen Antriebsspulen erzeugen, durch die mechanische Kopplung zwischen der elek­ trischen Antriebsspulen und der akustischen Membran, mechanische Hub-Bewegungen der akustischen Membran im Rhythmus des niederfrequenten Steuerstromes, und damit eine Mem­ bran-Abstrahlung akustischer Informationen mit hoher Intensität.

Claims (5)

1. Permanentmagnetelektrodynamischer Antrieb, bestehend aus vier magnetisch axial polari­ sierten Permanentmagnetringscheiben, zwei weichmagnetischen Zwischenringscheiben und mindestens einer elektrischen Antriebsspule,
wobei die beiden inneren Permanentmagnetringscheiben und die beiden äußeren Permanent­ magnetringscheiben geometrisch konzentrisch ineinanderliegend angeordnet sind so, daß die gleichnamigen magnetischen Pole in axialer Richtung einander gegenüberstehen,
wobei die vier Permanentmagnetringscheiben durch je eine weichmagnetische Zwischenring­ scheibe voneinander distanziert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden inneren Permanentmagnetscheiben (1.1, 1.2) und die beiden äußeren Perma­ nentmagnetseheiben (1.4, 1.5) geometrisch und magnetisch so angeordnet sind, daß ihre geo­ metrischen Mittelachsen zusammenfallen und sich in radialer Richtung ungleichnamige mag­ netische Pole gegenüberstehen,
wobei sich zwischen dem Innendurchmesser der beiden äußeren Permanentmagnetringscheiben und dem Außendurchmesser der beiden inneren Permanentmagnetringscheiben mindestens eine elektrische Antriebsspule (1.7) befindet, geometrisch so gelagert, daß die Mittelachsen der äu­ ßeren und der inneren Permanentmagnetringscheibe und der Antriebsspule zusammenfallen,
wobei sich die Normallage der Antriebsspule in Höhe der weichmagnetischen Zwischenring­ scheiben (1.3, 1.6) befindet.

2. Permanentmagnetelektrodynamischer Antrieb, bestehend aus vier magnetisch axial polari­ sierten Permanentmagnetringscheiben, zwei weichmagnetischen Zwischenringscheiben und mindestens einer elektrischen Antriebsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere hochpermeable Zwischenringscheibe (2.3) und die äußere hochpermeable Zwi­ schenringscheibe (2.6) mit polschuartigen Innen- bzw. Außenflächen versehen sind.

3. Permanentmagnetoelektrischer Antrieb, bestehen aus drei hochpermeablen weichmagneti­ schen Ringscheiben, drei elektrischen Antriebsspule und zwei Permanentmagnetringscheiben, welche axial magnetisch polarisiert sind und geometrisch konzentrisch, distanziert durch eine hochpermeable weichmagnetische Zwischenringscheibe, so angeordnet, daß ihre magnetischen Nordpole einander entgegengerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren hochpermeablen weichmagnetischen Deckringscheiben (3.1, 3.3) den magnetischen Abschluß des Permanentmagnetsystems bilden, wobei sie über den jeweiligen magnetischen Südpolen der Permanentmagnetringscheiben (3.4, 3.5) so angeordnet sind, daß die Mittelachsen der drei weichmagnetischen Ringscheiben (3.1, 3.2, 3.3) und der zwei Perma­ nentmagnetringscheiben (3.4, 3.5) zusammenfallen, wobei die drei elektrischen Antriebsspulen (3.6, 3.7, 3.8) mechanisch in Reihe geschaltet sind und der Wickelsinn der mittlere Antriebs­ spule (3.7) entgegen dem Wickelsinn der oberen und unteren Antriebsspule (3.6, 3.8) ist, wo­ bei die Antriebsspulen (3.6, 3.8) elektrisch seriell und die Serienschaltung der Antriebsspulen (3.6, 3.8) parallel zur Antriebsspule (3.7) geschaltet sind, und geometrisch so angeordnet, daß sich die Normallagen der elektrischen Antriebsspulen (3.6, 3.7, 3.8) in Höhe der weichmagne­ tischen Ringscheiben (3.1, 3.2, 3.3) befinden.

4. Permanentmagnetelektrodynamischer Antrieb, bestehend aus zwei magnetisch radial polari­ sierten Permanentmagnetringseheiben, zwei weichmagnetischen Polringscheiben und mindestens einer elektrischen Antriebsspule, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden inneren radial magnetisch polarisierten Permanentmagnetringscheiben (4.1, 4.2) geometrisch konzentrisch so angeordnet sind, daß ihre Mittelachsen geometrisch zusammen­ fallen und der magnetische Nordpol der inneren Pennanentmagnetringscheibe (4.1) und der magnetische Südpol der äußeren Permanentmagnetscheibe (4.2) radial gegeneinander gerichtet und mit je einer weichmagnetischen Polringscheibe (4.3, 4.5) versehen sind, wobei der weich­ magnetische Polring (4.3) auf dem Außendurchmesser der Permanentmagnetringscheibe (4.1) und die weichmagnetische Polringscheibe (4.4) auf dem Innendurchmesser der Permanentmag­ netringscheibe (4.2) angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Innendurchmesser der äußeren Polringscheibe (4.4) und dem Außendurchmesser der inneren Polringscheibe (4.3) mindestens eine elektrische Antriebsspule (4.5) befindet, geometrisch so gelagert, daß die Mittelachsen der äußeren und der inneren Polringscheibe und der Antriebsspule zusammenfallen, wobei sich die Normallage der Antriebsspule in Höhe der Polringscheiben (4.3, 4.4) befindet.

5. Permanentmagnetelektrodynamischer Antrieb bestehend aus drei inneren magnetisch radial polarisierten Pennentmagnetringscheiben, drei äußeren magnetisch radial polarisierten Per­ manentmagnetringscheiben, distanziert durch vier nichtmagnetische Zwischenringscheiben, und drei elektrischen Antriebsspule, dadurch gekennzeichnet, daß die sechs radial magnetisch polarisiert Permanentmagnetringscheiben (5.1 bis 5.6) geo­ metrisch konzentrisch, so angeordnet sind, daß ihre Mittelachsen zusammenfallen und die bei­ den oberen und unteren äußeren Permanentmagnetringe (5.4, 5.6) mit den oberen und unteren inneren Permanentmagnetringen (5.1, 5.3) sowie der mittlere äußere Permanentmagnetring (5.5) mit dem mittleren inneren Permanentmagnetring (5.2) eine geometrische Ebene bilden, wobei der magnetische Nordpol der inneren mittleren Permanentmagnetringscheibe (5.2) und der magnetische Südpol der äußeren mittleren Permanentmagnetscheibe (5.5) gegeneinander gerichtet ist, während die magnetischen Südpole der inneren oberen und unteren Permanent­ magnetringscheiben (5.1, 5.3) und die magnetischen Nordpole der äußern oberen und unteren Permanentmagnetringscheibe (5.4, 5.6) gegeneinander gerichtet sind, wobei die elektrischen Antriebsspulen (5.7, 5.8, 5.9) geometrisch so angeordnet sind, daß sich ihre Normallagen der Ebene und zwischen den Innendurchmessern der äußeren und den Außendurchmessern der inneren Permanentmagnetringscheiben befinden, wobei der Wickelsinn der mittlere elektrischen Antriebsspule (5.5) entgegen dem Wickelsinn der oberen und unteren elektrischen Antriebs­ spule (5.7, 5.9) ist, wobei die drei elektrischen Antriebsspulen (5.7, 5.8, 5.9) mechanisch in Reihe geschaltet sind, und die seriell elektrisch verschalteten Antriebsspulen (5.7, 5.9) mit der Antriebsspule (5.8) parallel geschaltet sind.