DE60009692T2 - Elektromagnetischer wandler und tragbares kommunikationsgerät - Google Patents

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DE60009692T2
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magnet
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Sawako Kobe-shi USUKI
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektroakustischen Wandler zur Verwendung in einer tragbaren Kommunikationsvorrichtung, z. B. in einem Zellentelephon oder in einem Funkrufempfänger, zur Wiedergabe eines Alarmschalls, einer Melodie oder einer Audioschallsprache in Reaktion auf einen ankommenden Anruf.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die 18A und 18B zeigen eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen elektroakustischen Wandlers 200 vom elektromagnetischen Typ (im Folgenden als ein "elektromagnetischer Wandler" bezeichnet). Der herkömmliche elektromagnetische Wandler 200 enthält ein zylinderförmiges Gehäuse 107 und ein scheibenförmiges Joch 106, das in der Weise angeordnet ist, dass es die untere Fläche des Gehäuses 107 bedeckt. In einem Mittelabschnitt des Jochs 106 ist ein Mittelpol 103 vorgesehen, der einen einteiligen Bestandteil des Jochs 106 bilden kann. Um den Mittelpol 103 ist eine Spule 104 gewickelt. Von dem äußeren Umfang der Spule 104 beabstandet ist ein Ringmagnet 105 vorgesehen, wobei zwischen der Spule 104 und dem inneren Umfang des Ringmagneten 105 um dessen gesamten Umfang ein geeigneter Zwischenraum aufrechterhalten ist. Die äußere Umfangsoberfläche des Magneten 105 grenzt an die innere Umfangsoberfläche des Gehäuses 107 an. Ein oberes Ende des Gehäuses 107 hält eine erste Membran 100, die aus einer nichtmagnetischen Scheibe hergestellt ist, so dass zwischen der ersten Membran 100 und dem Magneten 105, der Spule 104 und dem Mittelpol 103 ein geeigneter Zwischenraum vorhanden ist. In einem Mittelabschnitt der ersten Membran 100 ist konzentrisch zu der ersten Membran 100 eine zweite Membran 101 vorgesehen, die aus einer magnetischen Scheibe hergestellt ist.
  • Es werden nun der Betrieb und die Wirkungen des oben beschriebenen herkömmlichen elektromagnetischen Wandlers 200 beschrieben. In einem Anfangszustand, in dem kein Strom durch die Spule 104 fließt, wird von dem Magneten 105, der zweiten Membran 101, dem Mittelpol 103 und dem Joch 106 ein magnetischer Pfad gebildet. Im Ergebnis wird die zweite Membran 101 bis zu einem Gleichgewichtspunkt mit der elastischen Kraft der ersten Membran 100 zu dem Magneten 105 und zu dem Mittelpol 103 angezogen. Falls in diesem Zustand ein Wechselstrom durch die Spule 104 fließt, wird in dem oben erwähnten magnetischen Pfad ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, so dass auf die zweite Membran 101 eine Antriebskraft erzeugt wird. Diese auf die zweite Membran 101 erzeugte Antriebskraft bewirkt, dass die zweite Membran 101 wegen einer Wechselwirkung mit der durch den Magneten 105 erzeugten Anziehungskraft zusammen mit der festen ersten Membran 100 aus ihrem Anfangszustand schwingt. Diese Schwingung sendet einen Schall.
  • Eine Resonanzfrequenz des elektromagnetischen Wandlers 200 mit der oben beschriebenen Konstruktion hängt von der Verformung der ersten Membran 100 in einem Zustand ab, in dem die elastische Kraft der ersten Membran 100 und die Anziehungskraft, die durch den Magneten 105 auf die zweite Membran 101 erzeugt wird, im Gleichgewicht sind.
  • 19 veranschaulicht die Beziehung zwischen einer Kraftverlagerungskurve der ersten Membran 100 und der durch den Magneten 105 auf die zweite Membran 101 erzeugten Anziehungskraft. Die vertikale Achse der graphischen Darstellung repräsentiert die Kraft, während die horizontale Achse der graphischen Darstellung die Verlagerung der ersten Membran 100 repräsentiert. Wie in 19 gezeigt ist, schneiden die Kraftverlagerungskurve der ersten Membran 100 und die Kurve der (durch den Magneten 105 auf die zweite Membran 101 erzeugten) Anziehungskraft einander in einem Schnittpunkt A. Mit anderen Worten, der Schnittpunkt A zeigt einen Punkt, in dem die elastische Kraft und die statische Anziehung im Gleichgewicht sind. Die Resonanzfrequenz ist durch die elastische Konstante der ersten Membran 100 in dem Schnittpunkt A bestimmt.
  • Um die Resonanzfrequenz zu verringern, muss die Masse des schwingenden Systems (d. h. der ersten Membran 100 und der zweiten Membran 101) erhöht oder die elastische Konstante des schwingenden Systems verringert werden. Allerdings ist es unerwünscht, die Masse des schwingenden Systems zu erhöhen, da es zu einer Verringerung des Wirkungsgrads des elektromagnetischen Wandlers 200 führt. Andererseits würde das zu starke Verringern der elastischen Konstanten des schwingenden Systems eine Kraftverlagerungscharakteristik-Kurve erzeugen, die in 19 durch die Strichlinie gezeigt ist und die die Kurve der (durch den Magneten 105 auf die zweite Membran 101 erzeugten) Anziehungskraft nicht schneidet. Im Ergebnis wird die zweite Membran 101 zusammen mit der ersten Membran 100 in einen magnetischen Kreis angezogen, ohne dass in irgendeiner Position ein Gleichgewicht hergestellt wird.
  • Mit anderen Worten, da die elastische Konstante in einem Bereich gehalten werden muss, so dass die Kurve der elastischen Konstanten die Anziehungskraftkurve schneidet, gibt es eine untere Entwurfsgrenze an die Resonanzfrequenz. Obgleich es ebenfalls möglich ist, die elastische Konstante durch Verringern der Anziehungskraft zu verringern, führt dies zu einer Verringerung der erzeugten Antriebskraft, so dass kein ausreichender wiedergegebener Schalldruckpegel erhalten werden kann.
  • GB 2096862 A offenbart einen elektromagnetischen Wandler mit einer Baueinheit, die umfasst: einen Magnetkern, eine Spule und einen Magneten; ein Ankerelement, das angrenzend an die Baueinheit, jedoch beabstandet von ihr angeordnet ist; und eine Schwingungsplatte, an der das Ankerelement befestigt ist und deren Umfang durch einen Metallhalterahmen gehalten wird; wobei die Spule Anschlüsse besitzt, von denen einer mit dem Magnetkern verbunden ist, während der andere mit dem Halterahmen verbunden ist.
  • Ein elektromagnetischer Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: eine erste Membran; eine zweite Membran, die in einem Mittelabschnitt der ersten Membran angeordnet und aus einem magnetischen Werkstoff hergestellt ist; ein Joch, das gegenüber der ersten Membran angeordnet ist; einen Mittelpol, der zwischen dem Joch und der ersten Membran angeordnet ist; eine Spule, die so angeordnet ist, dass sie den Mittelpol umgibt; und einen ersten Magneten, der so angeordnet ist, dass er die Spule umgibt; und einen zweiten Magneten, der in Bezug auf den Mittelpol auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Membran angeordnet ist.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung enthält der elektromagnetische Wandler ferner: ein erstes Gehäuse, um die erste Membran zu tragen; und ein zweites Gehäuse, in dem der zweite Magnet angeordnet ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Magnet scheibenförmig.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Magnet ringförmig.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Außendurchmesser des zweiten Magneten gleich oder kleiner als ein Außendurchmesser der zweiten Membran, falls der zweite Magnet ringförmig ist.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Außendurchmesser des zweiten Magneten gleich oder größer als ein Außendurchmesser der zweiten Membran, falls der zweite Magnet ringförmig ist.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der elektromagnetische Wandler ferner in einem Mittelabschnitt einer Fläche der ersten Membran und/oder einer Fläche der zweiten Membran einen dritten Magneten.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Magnet in der gleichen Richtung wie der erste Magnet magnetisiert.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Magnet in einer radialen Richtung in Bezug auf eine Achse durch ein Zentrum des Mittelpols magnetisiert.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung hat die zweite Membran eine Dicke, die ermöglicht, dass eine magnetische Sättigung auftritt, wenn die zweite Membran eine Umgebung einer oberen Fläche des Mittelpols erreicht.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Membran aus einem magnetischen Werkstoff hergestellt.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Membran aus einem nichtmagnetischen Werkstoff hergestellt.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der elektromagnetische Wandler ferner eine erste magnetische Platte, die zwischen dem ersten Magneten und der ersten Membran vorgesehen ist.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste magnetische Platte ringförmig.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der elektromagnetische Wandler ferner eine zweite magnetische Platte, die an dem zweiten Magneten angeordnet ist.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die zweite magnetische Platte scheibenförmig.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die zweite magnetische Platte ringförmig.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Membran so geformt, dass sie Kraftverlagerungscharakteristiken hat, um eine Nichtlinearität einer Antriebskraft, die an der zweiten Membran erzeugt wird, im Wesentlichen aufzuheben.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung herrscht zwischen einer Resultierenden einer ersten Anziehungskraft und einer zweiten Anziehungskraft und einem Abstand zwischen der zweiten Membran und dem Mittelpol eine im Wesentlichen lineare Beziehung; wobei die erste Anziehungskraft eine Anziehungskraft ist, die bei der zweiten Membran durch einen Magnetkreis erzeugt wird, der einen ersten Magneten, den Mittelpol und das Joch umfasst, und die zweite Anziehungskraft eine Anziehungskraft ist, die bei der zweiten Membran durch den zweiten Magneten erzeugt wird.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Membran dadurch befestigt, dass sie an das erste Gehäuse geklebt ist.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Membran dadurch befestigt, dass sie zwischen das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse eingefügt ist.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Gehäuse eine Abdeckung, um die erste Membran und die zweite Membran zu schützen.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine tragbare Kommunikationsvor richtung geschaffen, die irgendeinen der oben erwähnten elektromagnetischen Wandler enthält.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die tragbare Kommunikationsvorrichtung ferner ein drittes Gehäuse, in dem ein Schallloch vorhanden ist, wobei der elektromagnetische Wandler so angeordnet ist, dass sich die erste Membran und die zweite Membran gegenüber dem Schallloch befinden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Magnet in dem dritten Gehäuse angeordnet.
  • Somit ermöglicht die hier beschriebene Erfindung den Vorteil, dass ein elektromagnetischer Wandler geschaffen wird, der Niederfrequenzbereiche wiedergeben kann, ohne dass er eine Änderung der Größe des ersten Magneten oder der ersten und der zweiten Membran erfordert, und der durch eine erhöhte Antriebskraft einen Schall auf einem hohen Pegel und bei niedriger Verzerrung wiedergeben kann.
  • Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann auf dem Gebiet beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren klar.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1A ist eine Draufsicht eines zweiten Gehäuses eines elektromagnetischen Wandlers 1000 gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 1B ist eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Wandlers 1000 gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 1C ist eine Draufsicht eines zweiten Magneten in dem elektromagnetischen Wandler 1000 gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 1000 gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Außen durchmesser des zweiten Magneten, der Anziehungskraft und der Antriebskraft in dem elektromagnetischen Wandler 1000 gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Wandlers 2000 gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Wandlers 3000 gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 3000 gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Wandlers 4000 gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • 8 zeigt die Kraftverlagerungscharakteristik-Kurve einer ersten Membran in dem elektromagnetischen Wandler 4000 gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • 9A ist eine Draufsicht eines elektromagnetischen Wandlers 5000 gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 9B ist eine Querschnittsansicht eines zweiten Magneten in dem elektromagnetischen Wandler 5000 gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 5000 gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist eine graphische Darstellung, die die Anziehungskräfte veranschaulicht, die auf eine zweite Membran in dem elektromagnetischen Wandler 5000 gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung erzeugt werden.
  • 12 ist eine graphische Darstellung, die die Antriebskräfte veranschaulicht, die auf eine zweite Membran in dem elektromagnetischen Wandler 5000 gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung erzeugt werden.
  • 13 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Außendurchmesser des zweiten Magneten 19, der Anziehungskraft und der Antriebskraft in dem elektromagnetischen Wandler 5000 gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 14 ist eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Wandlers 6000 gemäß Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung.
  • 15 ist ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 6000 gemäß Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung.
  • 16A ist eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Wandlers 7000 gemäß Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung.
  • 16B und 16C sind Draufsichten einer zweiten dünnen magnetischen Platte in dem elektromagnetischen Wandler 7000 gemäß Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung.
  • 17 ist eine perspektivische Teilwegschnittansicht einer tragbaren Kommunikationsvorrichtung, die einen elektromagnetischen Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
  • 18A ist eine Draufsicht eines herkömmlichen elektromagnetischen Wandlers.
  • 18B ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen elektromagnetischen Wandlers.
  • 19 veranschaulicht die Beziehung zwischen einer Kraftverlagerungskurve einer ersten Membran und der in einem elektromagnetischen Wandler durch einen Magneten auf eine zweite Membran 101 erzeugten Anziehungskraft.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand veranschaulichender Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
  • (Beispiel 1)
  • Anhand der 1A, 1B und 2 wird ein elektromagnetischer Wandler 1000 gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Die 1A und 1B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht, die den elektromagnetischen Wandler 1000 gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • 2 ist ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 1000 gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Das Magnetfluss-Vektordiagramm aus 2 veranschaulicht lediglich eine der beiden Hälften in Bezug auf eine (in der Figur links gezeigte) Mittelachse.
  • Wie in 1B gezeigt ist, enthält der elektromagnetische Wandler 1000 gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung ein zylinderförmiges erstes Gehäuse 7 und ein scheibenförmiges Joch 6, das in der Weise angeordnet ist, dass es die untere Fläche des ersten Gehäuses 7 bedeckt. In einem Mittelabschnitt des Jochs 6 ist ein Mittelpol 3 vorgesehen, der einen einteiligen Bestandteil des Jochs 6 bilden kann. Um den Mittelpol 3 ist eine Spule 4 gewickelt. Von dem äußeren Umfang der Spule 4 beabstandet ist ein erster Ringmagnet 5 vorgesehen, wobei zwischen der Spule 4 und dem inneren Umfang des ersten Ringmagneten 5 um seinen gesamten Umfang ein geeigneter Zwischenraum aufrechterhalten ist. Zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des ersten Magneten 5 und der inneren Umfangsoberfläche des ersten Gehäuses 7 ist um seinen gesamten Umfang ein geeigneter Zwischenraum aufrechterhalten. Ein oberes Ende des ersten Gehäuses 7 hält eine erste Membran 1, die aus einer magnetischen Scheibe hergestellt ist, in einer Weise, die die Schwingung der ersten Membran 1 ermöglicht. Zwischen der ersten Membran 1 und der Spule 4 sowie zwischen der ersten Membran 1 und dem Mittelpol 3 ist ein geeigneter Zwischenraum vorhanden. In einem Mittelabschnitt der ersten Membran 1 ist eine aus einer magnetischen Scheibe hergestellte zweite Membran 2 vorgesehen, so dass sie konzentrisch zu der ersten Membran 1 ist. Es ist ein zweites zylindrisches Gehäuse 10 vorgesehen, das die obere Fläche des ersten Gehäuses 7 bedeckt. An dem zweiten Gehäuse 10 ist ein zweiter Magnet 9 vorgesehen, so dass er sich über der zweiten Membran 2 befindet. Der zweite Magnet 9 ist wie in 1C gezeigt scheibenförmig. Die erste Membran 1 kann beispielsweise an dem ersten Gehäuse 7 angeklebt sein. Alter nativ kann die erste Membran 1 dadurch befestigt sein, dass sie zwischen das erste Gehäuse 7 und das zweite Gehäuse 10 eingefügt ist.
  • Wie in 1A gezeigt ist, sind in dem zweiten Gehäuse 10 mehrere Luftlöcher 12 gebildet, die ermöglichen, dass der aus der ersten Membran 1 und aus der zweiten Membran 2 erzeugte Schall nach außen ausgesendet wird. Das zweite Gehäuse 10 dient außerdem als eine Abdeckung, die die erste Membran und die zweite Membran 1 und 2 vor äußeren Stößen schützt. In dem Joch 6 sind in vorgegebenen Abständen entlang der Umfangsrichtung mehrere Luftlöcher 8 gebildet, die eine Verbindung zwischen dem Raum zwischen der Spule 4 und der inneren Umfangsoberfläche des ersten Magneten 5 und dem Außenraum, der außerhalb des Raums zwischen der ersten Membran 1 und dem Joch 6 liegt, ermöglichen. Jedes Luftloch 8 ermöglicht, dass die Luft nach außen freigesetzt wird, um die akustische Last auf die erste Membran 1 zu verringern.
  • Nachfolgend werden der Betrieb und die Wirkungen des oben beschriebenen elektromagnetischen Wandlers 1000 beschrieben.
  • In einem wie in 2 gezeigten Anfangszustand, in dem kein Strom durch die Spule 4 fließt, wird von dem ersten Magneten 5, von der ersten Membran 1, von der zweiten Membran 2, von dem Mittelpol 3 und von dem Joch 6 ein erster magnetischer Pfad gebildet. Von dem zweiten Magneten 9 und von der zweiten Membran 2 wird ein zweiter magnetischer Pfad gebildet.
  • In dieser Konfiguration heben sich eine durch den ersten magnetischen Pfad erzeugte nach unten gerichtete Anziehungskraft und eine durch den zweiten magnetischen Pfad erzeugte nach oben gerichtete Anziehungskraft in Bezug auf die zweite Membran 2 gegenseitig auf. Im Ergebnis wird die erste Membran 1 durch die durch den ersten magnetischen Pfad erzeugte nach unten gerichtete Anziehungskraft kaum verlagert.
  • Falls durch die Spule 4 in ihrem Anfangszustand ein Wechselstrom fließt, wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, so dass eine Antriebskraft auf die zweite Membran 2 erzeugt wird. Diese auf die zweite Membran 2 erzeugte Antriebskraft bewirkt, dass die zweite Membran 2 wegen der Wechselwirkung mit der durch den ersten Magneten 5 erzeugten Anziehungskraft zusammen mit der festen ersten Membran 1 aus ihrem Anfangszustand schwingt. Diese Schwingung wird als Schall gesendet.
  • In diesem Fall wird die erste Membran 1 durch die durch den ersten magnetischen Pfad erzeugte nach unten gerichtete Anziehungskraft kaum verlagert. Somit hängt die Resonanzfrequenz von einer elastischen Konstanten in der Nachbarschaft des Ursprungs auf der in 19 gezeigten Kraftverlagerungskurve der ersten Membran ab. Somit besitzt der elektromagnetische Wandler 1000 gemäß dem vorliegenden Beispiel eine kleinere elastische Konstante als in dem Fall, in dem es wie im Fall des herkömmlichen elektromagnetischen Wandlers 200 eine Anfangsauslenkung gibt, was zu einer niedrigen Resonanzfrequenz führt. Beispielsweise kann die Resonanzfrequenz im Fall eines elektromagnetischen Wandlers mit einem Durchmesser von etwa 15 mm, bei dem die erste Membran 1 und die zweite Membran 2 jeweils aus einem Permalloy gebildet und etwa 30 μm dick tzw. 150 μm dick sind, wegen der Bereitstellung des zweiten Magneten 9 auf etwa 1,6 kHz bis 1 kHz abgesenkt werden.
  • 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Außendurchmesser des zweiten Magneten 2, der Anziehungskraft und der Antriebskraft. Die vertikale Achse repräsentiert die Anziehungskraft (durchgezogene Linie) und die Antriebskraft (Strichlinie), während die horizontale Achse den Außendurchmesser des zweiten Magneten 2 repräsentiert. Ein negativer Wert der Anziehungskraft gibt an, dass die zweite Membran 2 zu dem zweiten Magneten 9 angezogen wird. Es wird angenommen, dass die zweite Membran 2 gemäß dem vorliegenden Beispiel einen Durchmesser von etwa 4 mm besitzt.
  • Wie in 3 gezeigt ist, wird die Anziehungskraft im Wesentlichen null, wenn der Außendurchmesser des zweiten Magneten 9 im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der zweiten Membran 2 ist, so dass die nach oben gerichtete und die nach unten gerichtete Anziehungskraft, die auf die zweite Membran 2 wirken, im Gleichgewicht sind. Während der Außendurchmesser des zweiten Magneten 9 von diesem Wert steigt, wird die zweite Membran 2 trotz der Zunahme der Volumengröße des zweiten Magneten 9 stärker zu dem Mittelpol 3 angezogen. Andererseits wird die zweite Membran 2 stärker zu dem zweiten Magneten 9 angezogen, während der Außendurchmesser des zweiten Magneten 9 abnimmt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die zweite Membran 2 stärker zu dem zweiten Magneten 9 angezogen wird, während der Außendurchmesser des zweiten Magneten 9 abnimmt.
  • Diese Ergebnisse zeigen, dass die zweite Membran 2 bei bestimmten Durchmessern des zweiten Magneten 9 zu stark zu dem zweiten Magneten 9 angezogen werden kann, während der Außendurchmesser des zweiten Magneten 9 verringert wird. In diesen Fällen kann die Anziehungskraft dadurch eingestellt werden, dass der zweite Magnet 9 durch einen Magneten mit einer kleineren Dicke oder mit einem kleineren Energieprodukt ersetzt wird. Dadurch, dass der zweite Magnet 9 durch einen Magneten mit einer kleineren Dicke oder mit einem kleineren Energieprodukt ersetzt wird, kann die Größe des elektromagnetischen Wandlers 1000 verringert werden, wobei der Leckfluss ins Äußere des elektromagnetischen Wandlers 1000 verringert werden kann.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist der Außendurchmesser des zweiten Magneten 9 vorzugsweise gleich oder kleiner dem Außendurchmesser der zweiten Membran 2.
  • Obgleich die Magnetisierungsrichtung des zweiten Magneten 9 gemäß dem vorliegenden Beispiel in der Weise gezeigt ist, dass sie die gleiche Richtung wie die des ersten Magneten 5 besitzt, können der zweite Magnet 9 und der erste Magnet 5 ebenfalls in entgegengesetzte Richtungen magnetisiert werden.
  • (Beispiel 2)
  • Anhand von 4 wird ein elektromagnetischer Wandler 2000 gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Wandlers 2000 gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung.
  • In Übereinstimmung mit dem in 4 gezeigten elektromagnetischen Wandler 2000 ist ein dritter Magnet 11 z. B. dadurch vorgesehen, dass er an die zweite Membran 2 angeklebt ist. Ein erster Magnet 405 und ein zweiter Magnet 409 schaffen die gleichen Wirkungen wie der erste Magnet 5 bzw. der zweite Magnet 9, die in Beispiel 1 beschrieben worden sind. Allerdings sind die jeweiligen Energieprodukte des ersten Magneten 405 und eines zweiten Magneten 409 in der Weise eingestellt, dass zwischen ihnen und dem dritten Magneten 11 geeignete magnetische Pfade gebildet werden. Ansonsten besitzt der elektromagneti sche Wandler 2000 die gleiche Konstruktion wie der elektromagnetische Wandler 1000 gemäß Beispiel 1. Die Magnetisierungsrichtung des dritten Magneten 11 ist entgegengesetzt zu der des ersten Magneten 405 und zu der des zweiten Magneten 409.
  • Abgesehen davon, dass der dritte Magnet 11 an der zweiten Membran 2 vorhanden ist, ist der Betrieb des elektromagnetischen Wandlers 2000 gemäß Beispiel 2 ähnlich dem des elektromagnetischen Wandlers 1000 gemäß Beispiel 1. Da der dritte Magnet 11 in der entgegengesetzten Richtung zu dem ersten Magneten 405 und zu dem zweiten Magneten 409 magnetisiert ist, kann verhindert werden, dass die erste Membran 1 oder die zweite Membran 2 auf den ersten Magneten 405 oder auf den zweiten Magneten 409 angezogen wird, wenn die erste Membran 1 abgelenkt wird oder schwingt.
  • Im Ergebnis kann ein äußerst haltbarer elektromagnetischer Wandler geschaffen werden; so dass verhindert wird, dass die erste Membran 1 oder die zweite Membran 2 auf den ersten Magneten 405 oder auf den zweiten Magneten 409 angezogen wird, selbst wenn sich die elastische Kraft der ersten Membran 1 nach einer langen Gebrauchsdauer des elektromagnetischen Wandlers geändert hat.
  • Obgleich der dritte Magnet 11 in der Weise veranschaulicht ist, dass er auf der zweiten Membran 2 vorgesehen ist, kann der dritte Magnet 11 in der Mitte der unteren Fläche der ersten Membran 1 vorgesehen sein. Alternativ können dritte Magneten 11 in der Mitte der oberen Fläche und der unteren Fläche der ersten Membran 1 vorgesehen sein.
  • (Beispiel 3)
  • Anhand der 5 und 6 wird ein elektromagnetischer Wandler 3000 gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Die 5 und 6 sind eine Querschnittsansicht bzw. ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 3000 gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung. Das Magnetfluss-Vektordiagramm aus 6 veranschaulicht lediglich eine der beiden Hälften in Bezug auf eine (in der Figur links gezeigte) Mittelachse.
  • In Übereinstimmung mit dem elektromagnetischen Wandler 3000 ist ein zweiter Magnet 29 von einem zweiten Gehäuse 10 gehalten, so dass sich der zweite Magnet 29 über der zweiten Membran 2 befindet. Der zweite Magnet 29 ist entlang einer radialen Richtung in Bezug auf eine Achse durch die Mitte der zweiten Membran 2 magnetisiert. Ansonsten besitzt der elektromagnetische Wandler 3000 die gleiche Konstruktion wie der elektromagnetische Wandler 1000 gemäß Beispiel 1.
  • In Übereinstimmung mit dem elektromagnetischen Wandler 3000 aus Beispiel 3 wird von einem ersten Magneten 5, einer ersten Membran 1, der zweiten Membran 2, einem Mittelpol 3 und einem Joch 6 ein erster magnetischer Pfad gebildet. Von dem zweiten Magneten 29 und von der zweiten Membran 2 wird ein zweiter magnetischer Pfad gebildet. Die Bildung des ersten und des zweiten magnetischen Pfads beruht auf dem gleichen Prinzip wie bei dem elektromagnetischen Wandler 1000 gemäß Beispiel 1. Der Betrieb des elektromagnetischen Wandlers 3000 gemäß Beispiel 3 ist grundsätzlich ähnlich dem des elektromagnetischen Wandlers 1000 gemäß Beispiel 1.
  • Ein Unterschied zu Beispiel 1 ist die Magnetisierungsrichtung des zweiten Magneten 29. Wie in 6 gezeigt ist, ist der zweite Magnet 29 radial in der entgegengesetzten Richtung zu der Richtung des Magnetflussvektors bei der zweiten Membran 2 magnetisiert, so dass die magnetischen Pfade effizienter gebildet werden können. Im Ergebnis ist der Leckfluss im Vergleich zu Beispiel 1 verringert (siehe das Magnetfluss-Vektordiagramm aus 2).
  • Da die magnetischen Pfade effizienter gebildet werden können, kann die Dicke des zweiten Magneten 29 verringert werden. Beispielsweise ist die Dicke des zweiten Magneten 29, der erforderlich ist, um ähnliche Wirkungen wie durch Beispiel 1 zu erhalten, falls als der zweite Magnet 29 ein radial magnetisierter Ferritmagnet verwendet wird, etwa 1/3 der Dicke des zweiten Magneten 9 gemäß Beispiel 1.
  • Obgleich als ein Werkstoff für den zweiten Magneten 29 Ferrit veranschaulicht wird, kann ebenfalls Neodym oder dergleichen verwendet werden, um die Dicke des zweiten Magneten 29 weiter zu verringern. Außerdem kann für den zweiten Magneten 29 Samarium-Kobalt verwendet werden, um eine gute Wärmebeständigkeit zu erhalten.
  • (Beispiel 4)
  • Anhand der 7 und 8 wird ein elektromagnetischer Wandler 4000 gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Wandlers 4000 gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • In Übereinstimmung mit dem wie in 7 gezeigten elektromagnetischen Wandler 4000 ist eine erste Membran 31, die aus einem nichtmagnetischen Werkstoff (z. B. Titan) hergestellt ist, dadurch befestigt, dass sie zwischen ein erstes Gehäuse 7 und ein zweites Gehäuse 10 eingefügt ist. Die erste Membran 31 ist scheibenförmig, so dass ein Abschnitt der Scheibe entlang einer Richtung senkrecht zur radialen Richtung der Scheibe erhöht ist. Ein erster Magnet 705 und ein zweiter Magnet 709 schaffen die gleichen Wirkungen wie der erste Magnet 5 bzw. der zweite Magnet 9, die in Beispiel 1 beschrieben sind. Da die erste Membran 31 nichtmagnetisch ist, werden allerdings die jeweiligen Energieprodukte eines ersten Magneten 705 und eines zweiten Magneten 709 in der Weise eingestellt, dass geeignete magnetische Pfade gebildet werden. Ansonsten besitzt der elektromagnetische Wandler 4000 die gleiche Konstruktion wie der elektromagnetische Wandler 1000 gemäß Beispiel 1.
  • Es werden der Betrieb und die Wirkungen des elektromagnetischen Wandlers 4000 mit der oben beschriebenen Konstruktion beschrieben. Grundsätzlich ist der Betrieb des elektromagnetischen Wandlers 4000 gemäß Beispiel 4 ähnlich dem des elektromagnetischen Wandlers 1000 gemäß Beispiel 1.
  • Falls die erste Membran 31 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff hergestellt ist, sind die Anziehungskraft und die Antriebskraft, die auf die zweite Membran 2 erzeugt werden, unabhängig von der Form der ersten Membran 31 konstant.
  • Wenn in eine Spule 4 ein Sinusschwingungsstrom eingegeben wird, erscheint die auf die zweite Membran 2 erzeugte Antriebskraft im Allgemeinen nicht notwendig als eine Sinusschwingung mit der gleichen Amplitude auf der Plusseite (d. h. in der Richtung, in der sich die Membran von einem magnetischen Kreis entfernt) und auf der negativen Seite (d. h. in der Richtung, in der sich die Membran dem magnetischen Kreis nähert). Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen der Plusseite und der Minusseite etwa 0,85 : 1,00 sein, so dass die Antriebskraft zu der Minusseite vorbelastet ist. Diese Nichtlinearität kann eine harmonische Verzerrung bewirken.
  • Somit ist die Form der ersten Membran 31 gemäß Beispiel 4 so konstruiert, dass die Kraftverlagerungscharakteristiken der ersten Membran 31 ein Inverses der auf die zweite Membran 2 erzeugten vorbelasteten Antriebskraft definieren, wodurch die Nichtlinearität der Antriebskraft aufgehoben wird.
  • 8 zeigt die Kraftverlagerungskurve der in 7 gezeigten ersten Membran 31. Die erste Membran 31 ist in der Weise geformt, dass sie je nachdem, ob sie zu der Plusseite oder zu der negativen Seite verformt wird, verschiedene elastische Konstanten besitzt, d. h., die Kraftverlagerungskurve der ersten Membran 31 definiert ein Inverses der oben erwähnten vorbelasteten Antriebskraft, die auf die zweite Membran 2 erzeugt wird. Im Ergebnis schafft das Gesamtsystem, das die Antriebskraft und die Elastizität der ersten Membran 31 kombiniert, eine im Wesentlichen lineare Kraftverlagerungskurve für die erste Membran 31, wodurch eine Schallwiedergabe auf einem niedrigen Verzerrungspegel ermöglicht wird.
  • Obgleich die erste Membran 31 als so geformt veranschaulicht ist, dass ein Abschnitt der Scheibe entlang einer Richtung senkrecht zu der radialen Richtung der Scheibe erhöht ist, kann für die erste Membran 31 irgendeine Form angenommen werden, die inverse Charakteristiken der Antriebscharakteristiken realisieren kann. Beispielsweise kann ein Abschnitt der ersten Membran 31 wellenförmig sein.
  • Obgleich die erste Membran 31 als nichtmagnetisch veranschaulicht ist, um den Entwurf des elektromagnetischen Wandlers 4000 zu erleichtern, kann für die erste Membran 31 für eine erhöhte Antriebskraft ebenfalls ein magnetischer Werkstoff verwendet werden. Obgleich die veranschaulichte erste Membran 31 dadurch befestigt ist, dass sie zwischen das erste Gehäuse 7 und das zweite Gehäuse 10 eingefügt ist, kann die erste Membran 31 alternativ über Kleben befestigt sein.
  • (Beispiel 5)
  • Anhand der 9A, 9B und 10 wird ein elektromagnetischer Wandler 5000 gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Die 9A und 10 sind eine Querschnittsansicht bzw. ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 5000 gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung. Das Magnetfluss-Vektordiagramm aus 10 veranschaulicht lediglich eine der beiden Hälften in Bezug auf eine (in der Figur links gezeigte) Mittelachse des elektromagnetischen Wandlers 5000.
  • In Übereinstimmung mit dem wie in 9A gezeigten elektromagnetischen Wandler 5000 ist eine aus einem nichtmagnetischen Werkstoff hergestellte erste Membran 41 dadurch befestigt, dass sie zwischen ein erstes Gehäuse 7 und ein zweites Gehäuse 10 eingefügt ist. Die erste Membran 41 ist scheibenförmig, so dass ein Abschnitt der Scheibe entlang einer Richtung senkrecht zu der radialen Richtung der Scheibe erhöht ist. In einem Mittelabschnitt der ersten Membran 41 ist eine aus einer magnetischen Scheibe hergestellte zweite Membran 22 vorgesehen, so dass sie mit der ersten Membran 41 konzentrisch ist. Außerdem ist an dem zweiten Gehäuse 10 ein wie in 9B gezeigter zweiter Ringmagnet 19 vorgesehen, so dass er sich über der zweiten Membran 22 befindet. Auf einer der ersten Membran 41 gegenüberliegenden Fläche des ersten Magneten 905 ist eine ringförmige dünne magnetische Platte 13 vorgesehen. An der inneren Umfangsoberfläche eines ersten Magneten 905 ist ein konkaver Abschnitt zur Aufnahme der dünnen magnetischen Platte 13 vorgesehen.
  • Gemäß dem vorliegenden Beispiel ist die erste Membran 41 aus Titan, d. h. aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, hergestellt und besitzt eine Dicke von etwa 15 μm; während die zweite Membran 22 aus einem Permalloy hergestellt ist und eine Dicke von etwa 50 μm besitzt. Eine solche Dicke der zweiten Membran 22 ermöglicht, dass eine magnetische Sättigung auftritt, wenn die erste Membran 41 zu dem Mittelpol 3 abgelenkt wird. Der zweite Magnet 19 ist wie der erste Magnet 905 entlang seiner Höhenrichtung magnetisiert. Ansonsten besitzt der elektromagnetische Wandler 5000 die gleiche Konstruktion wie der wie in 7 gezeigte elektromagnetische Wandler 4000 gemäß Beispiel 4.
  • Es werden der Betrieb und die Wirkungen des elektromagnetischen Wandlers 5000 mit der oben beschriebenen Konstruktion beschrieben.
  • In einem wie in 10 gezeigten Anfangszustand, in dem kein Strom durch die Spule 4 fließt, wird durch den ersten Magneten 905, durch die dünne magnetische Platte 13, durch die zweite Membran 22, durch den Mittelpol 3 und durch das Joch 6 ein erster magnetischer Pfad gebildet. Durch den zweiten Magneten 19 und durch die zweite Membran 22 wird ein zweiter magnetischer Pfad gebildet.
  • Die Bereitstellung der wie in 9A gezeigten dünnen magnetischen Platte 13 ermöglicht, dass ein magnetischer Wechselfluss effizient durch die zweite Membran 22 fließt, wodurch die Antriebskraft erhöht wird. Im Ergebnis wird der wiedergegebene Schalldruckpegel erhöht.
  • Da die erste Membran 41 gemäß dem vorliegenden Beispiel aus nichtmagnetischem Titan hergestellt ist, ist die erste Membran 41 in dem in 10 gezeigten Magnetfluss-Vektordiagramm weggelassen.
  • 11 zeigt die auf die zweite Membran 22 erzeugte Anziehungskraft, falls der zweite Magnet 19 vorgesehen ist (durchgezogene Linie: vorliegendes Beispiel) und falls der zweite Magnet 19 nicht vorgesehen (Strichlinie: herkömmlich). Die vertikale Achse repräsentiert die Anziehungskraft, während die horizontale Achse die Entfernung von einem "Nullpunkt" der zweiten Membran 22 repräsentiert. Wie er hier verwendet wird, ist der "Nullpunkt" als eine Position der zweiten Membran 22 definiert, bei der eine durch den ersten Magneten 905 erzeugte nach unten gerichtete Anziehungskraft und eine durch den zweiten Magneten 19 erzeugte nach oben gerichtete Anziehungskraft, die beide auf die zweite Membran 22 wirken, im Gleichgewicht sind.
  • Wie in 11 zu sehen ist, nimmt die Anziehungskraft immer einen positiven Wert an, da die zweite Membran 22 zu dem ersten Magneten 905 angezogen wird, falls der zweite Magnet 19 nicht vorgesehen ist (Strichlinie).
  • Falls der zweite Magnet 19 dagegen vorgesehen ist (durchgezogene Linie), wird von dem Mittelpol 3 ebenfalls eine Anziehungskraft in der entgegengesetzten Richtung erzeugt. Somit nimmt die Anziehungskraft in Bezug auf den Nullpunkt, bei dem die beiden Anziehungskräfte auf die zweite Membran 22 im Gleichgewicht sind, sowohl positive Werte als auch negative Werte an.
  • Die zweite Membran 22 ist verhältnismäßig dünn, z. B. etwa 50 μm, was die magnetische Sättigung erleichtert. Es wird verhindert, dass die Anziehungskraft zu dem Mittelpol 3 wie im Fall eines herkömmlichen elektromagnetischen Wandlers drastisch zunimmt.
  • Wie in 11 gezeigt ist, zeigt die Anziehungskraft auf der Grundlage dieser Konstruktion im Wesentlichen lineare Charakteristiken in Bezug auf die Entfernung von dem Nullpunkt. Im Ergebnis kann die Steifheit des Gesamtsystems, die auf der Grundlage der Differenz zwischen der elastischen Kraft der ersten Membran 41 und der auf die zweite Membran 19 wirkenden Anziehungskraft bestimmt wird, verringert werden; wobei die Resonanzfrequenz, die auf der Grundlage der Steifheit bestimmt wird, ebenfalls verringert werden kann.
  • Solange die erste Membran 41 eine lineare elastische Kraft besitzt, ist die Steifheit des Gesamtsystems unabhängig von der Entfernung konstant. Somit ändert sich die Resonanzfrequenz wegen des Ansteigens und Abfallen einer angelegten Spannung nicht. Somit wird die harmonische Verzerrung minimiert.
  • 12 zeigt die auf die zweite Membran 22 erzeugten Antriebskräfte, falls der zweite Magnet 19 vorgesehen ist (durchgezogene Linie: vorliegendes Beispiel) und falls der zweite Magnet 19 nicht vorgesehen ist (Strichlinie: herkömmlich). Die vertikale Achse repräsentiert die Antriebskraft, während die horizontale Achse die Entfernung von dem Mittelpol 3 repräsentiert.
  • Wie in 12 zu sehen ist, tritt wegen der Verwendung der dünnen zweiten Membran 22 eine magnetische Sättigung auf, wobei keine ausreichende Antriebskraft erhalten werden kann, falls der zweite Magnet 19 weggelassen ist.
  • Somit wird der zweite Magnet 19 hinzugefügt, um den durch den ersten Magneten 905 auf die zweite Membran 22 erzeugten Magnetfluss aufzuheben, wodurch die magnetische Sättigung gemildert wird. Im Ergebnis wird ermöglicht, dass der magnetische Wechselfluss, der die Antriebskraft schafft, effizient durch die zweite Membran 22 fließt und dadurch die resultierende Antriebskraft erhöht. Mit anderen Worten, gemäß dem vorliegenden Beispiel kann selbst dann eine ausreichende Antriebskraft erhalten werden, wenn eine dünne Membran verwendet wird, obgleich eine solche Membran wahrscheinlich eine magnetische Sättigung bewirkt. Die Verwendung einer dünnen Membran verringert die Masse des schwingenden Systems, was zu einer weiteren Erhöhung des wiedergegebenen Schalldruckpegels führt.
  • 13 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Außendurchmesser des zweiten Magneten 19, der Anziehungskraft und der Antriebskraft. Die vertikale Achse repräsentiert die Anziehungskraft (durchgezogene Linie) und die Antriebskraft (Strichlinie), während die horizontale Achse den Außendurchmesser des zweiten Magneten 19 repräsentiert. Ein größerer Wert der Anziehungskraft gibt an, dass die zweite Membran 22 weiter zu dem Mittelpol 3 angezogen wird. Es wird angenommen, dass die zweite Membran 22 gemäß dem vorliegenden Beispiel einen Durchmesser von etwa 4 mm besitzt.
  • Wie in 13 zu sehen ist, ist die Änderung der Anziehungskraft verhältnismäßig klein, wenn der Außendurchmesser des zweiten Magneten 19 kleiner als der Außendurchmesser der zweiten Membran 22 ist. Allerdings nimmt die Änderung der Anziehungskraft zu, während der Außendurchmesser des zweiten Magneten 19 4 mm überschreitet (bei denen der Außendurchmesser des zweiten Magneten 19 gleich dem Außendurchmesser der zweiten Membran 22 ist), wobei sich die Anziehungskräfte dem Nullpunkt oder dem Gleichgewichtspunkt nähern.
  • Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass es für die auf die zweite Membran 22 wirkenden Anziehungskräfte, d. h. für die Kraft zu dem zweiten Magneten 19 und für die Kraft zu dem Mittelpol 3, in dem in 13 gezeigten Bereich leichter wird, das Gleichgewicht herzustellen.
  • Andererseits wird die Antriebskraft (obgleich die Differenz sehr klein ist) maximal, wenn der Außendurchmesser der zweiten Membran 22 etwa 4,5 mm ist, wobei in Reaktion auf die Änderung des Außendurchmessers des zweiten Magneten 19 keine wesentliche Änderung der Antriebskraft beobachtet wird.
  • Somit ist der Außendurchmesser des zweiten Magneten 19 vorzugsweise gleich oder größer als der Außendurchmesser der zweiten Membran 22.
  • Die veranschaulichte erste Membran 41 ist aus nichtmagnetischem Titan gebildet, da es wegen der Wärmebeständigkeit und der Abwesenheit von Wärmewiderstands-Magnetfeldeffekten eine größere Entwurfsflexibilität schafft. Allerdings kann sowohl für die erste Membran 41 als auch für die zweite Membran 22 ebenfalls ein Permalloy verwendet werden. Da die erste Membran 41 und die zweite Membran 22 aus dem gleichen Werkstoff hergestellt sind, ist es in diesem Fall leicht, die beiden Membranen zu verbinden. Außerdem kann für die erste Membran 41 ein Nichtmetallwerkstoff, z. B. ein Harz, verwendet werden, was es erleichtert, die erste Membran 41 zu einer gewünschten Form zu bearbeiten.
  • Obgleich die Dicke der zweiten Membran 22 gemäß dem vorliegenden Beispiel verhältnismäßig dünn, z. B. etwa 50 μm, ist, um die magnetische Sättigung zu erleichtern, kann die zweite Membran 22 eine größere Dicke besitzen, falls die magnetische Sättigung wie im Fall von Beispiel 1 irrelevant ist. In diesem Fall tritt keine Verringerung der Antriebskraft wegen der Sättigung in der Umgebung des Mittelpols 3, wie sie in 12 gezeigt ist, auf. Dies schafft bestimmte konstruktive Vorteile, so dass die zweite Membran 22 verhältnismäßig nahe an dem Mittelpol 3 eingesetzt wird. Ähnliche Wirkungen können auch dadurch erhalten werden, dass die zweite Membran 22 aus Reineisen gebildet wird.
  • Obgleich an dem ersten Magneten 905 gemäß dem vorliegenden Beispiel die dünne magnetische Platte 13 vorgesehen ist, braucht die dünne magnetische Platte 13 nicht vorgesehen zu sein, falls mit dem ersten Magneten 905 allein eine ausreichende Antriebskraft erhalten werden kann oder falls es nicht genügend Platz gibt.
  • Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird die Dicke der zweiten Membran 22 verhältnismäßig dünn gemacht, um eine magnetische Sättigung zu bewirken, um sicherzustellen, dass die Anziehungskräfte, die durch den von dem ersten Magneten 905, von dem Mittelpol 3 und von dem Joch 6 gebildeten magnetischen Pfad und von dem zweiten Magneten 19 erzeugt werden, zu dem Abstand von dem Mittelpol 3 im Wesentlichen linear sind. Allerdings können auch andere Maßnahmen ergriffen werden, solange ähnliche Wirkungen erhalten werden. Beispielsweise kann dadurch, dass die Form der zweiten Membran 22 angepasst wird, indem in der zweiten Membran 22 z. B. eine Nut oder ein Loch gebildet wird, sichergestellt werden, dass die oben erwähnten Anziehungskräfte im Wesentlichen linear zu dem Abstand von dem Mittelpol 3 sind.
  • (Beispiel 6)
  • Anhand der 14 und 15 wird ein elektromagnetischer Wandler 6000 gemäß Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Die 14 und 15 sind eine Querschnittsansicht bzw. ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 6000 gemäß Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung. Das Magnetfluss-Vektordiagramm aus 15 veranschaulicht lediglich eine der beiden Hälften in Bezug auf eine (in der Figur links gezeigte) Mittelachse des elektromagnetischen Wandlers 6000.
  • In Übereinstimmung mit dem wie in 14 gezeigten elektromagnetischen Wandler 6000 ist ein an einem zweiten Gehäuse 10 vorgesehener zweiter Ringmagnet 39 längs einer radialen Richtung in Bezug auf eine Achse durch die Mitte einer zweiten Membran 22 magnetisiert. Ansonsten besitzt der elektromagnetische Wandler 6000 die gleiche Konstruktion wie der elektromagnetische Wandler 5000 gemäß Beispiel 5.
  • In Übereinstimmung mit dem elektromagnetischen Wandler 6000 aus Beispiel 6 wird wie im Fall von Beispiel 5 in einem Anfangszustand, in dem kein Strom durch die Spule 4 fließt, wie in 15 gezeigt ist, von einem ersten Magneten 905, einer dünnen magnetischen Platte 13, der zweiten Membran 22, einem Mittelpol 3 und einem Joch 6 ein erster magnetischer Pfad gebildet, während von dem zweiten Magneten 39 und von der zweiten Membran 22 ein zweiter magnetischer Pfad gebildet wird. Der Betrieb des elektromagnetischen Wandlers 6000 gemäß Beispiel 6 ist ähnlich dem des elektromagnetischen Wandlers 5000 gemäß Beispiel 5.
  • Ein Unterschied zu Beispiel 5 ist die Magnetisierungsrichtung des zweiten Magneten 39. Wie in 15 gezeigt ist, ist der zweite Magnet 39 radial in Gegenrichtung zur Richtung des Magnetflussvektors bei der zweiten Membran 22 magnetisiert, so dass die magnetischen Pfade effizienter gebildet werden können. Im Ergebnis ist der Leckfluss im Vergleich zu dem in 5 verringert (siehe das Magnetfluss-Vektordiagramm in 10).
  • Da die magnetischen Pfade effizienter gebildet werden können, kann die Dicke des zweiten Magneten 39 verringert werden. Beispielsweise ist die Dicke des zweiten Magneten 39, die erforderlich ist, um ähnliche Wirkungen wie durch Beispiel 5 zu erhalten, falls als der zweite Magnet 39 ein radial magnetisierter Ferritmagnet verwendet wird, etwa ein Drittel der Dicke des zweiten Magneten 19 gemäß Beispiel 5.
  • Obgleich als ein Werkstoff für den zweiten Magneten 39 Ferrit veranschaulicht ist, kann ebenfalls Neodym oder dergleichen verwendet werden, um die Dicke des zweiten Magneten 39 weiter zu verringern. Außerdem kann für den zweiten Magneten 39 Samarium-Kobalt verwendet werden, um eine gute Wärmebeständigkeit zu erhalten.
  • (Beispiel 7)
  • Anhand der 16A und 16B wird ein elektromagnetischer Wandler 7000 gemäß Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 16A ist eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Wandlers 7000 gemäß Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung.
  • In Übereinstimmung mit dem wie in 16A gezeigten elektromagnetischen Wandler 7000 ist wie in 16B gezeigt auf der oberen Fläche eines zweiten Magneten 619 eine zweite ringförmige dünne magnetische Platte 33 vorgesehen. In einem zweiten Gehäuse 610 ist außerdem ein konkaver Abschnitt zur Aufnahme der zweiten dünnen magnetischen Platte 33 vorgesehen. In dem zweiten Gehäuse 610 sind mehrere Luftlöcher vorgesehen, die ermöglichen, dass der von der ersten Membran 41 und von einer zweiten Membran 22 erzeugte Schall in den Außenraum des zweiten Gehäuses 610 ausgesendet wird. Da auf der oberen Fläche des zweiten Magneten 619 die zweite dünne magnetische Platte 33 vorgesehen ist, wird von dem zweiten Magneten 619, von der zweiten dünnen magnetischen Platte 33 und von der zweiten Membran 22 ein magnetischer Pfad gebildet. Ein erster Magnet 605 und der zweite Magnet 619 schaffen die gleichen Wirkungen wie der erste Magnet 905 bzw. der zweite Magnet 19, die in Beispiel 5 beschrieben wurden. Da der Magnetfluss von dem zweiten Magneten 619 durch die zweite dünne magnetische Platte 33 eingeführt werden soll, werden die jeweiligen Energieprodukte des ersten Magneten 605 und des zweiten Magneten 619 allerdings in der Weise eingestellt, dass geeignete magnetische Pfade gebildet werden. Ansonsten besitzt der elektromagnetische Wandler 7000 die gleiche Konstruktion wie der elektromagnetische Wandler 5000 gemäß Beispiel 5.
  • Dadurch, dass wie in 16 gezeigt die zweite dünne magnetische Platte 33 vorgesehen ist, ist der Magnetfluss des zweiten Magneten 619 durch die zweite dünne magnetische Platte 33 gerichtet, so dass der magnetische Widerstand in dem oben erwähnten magnetischen Pfad verringert ist. Im Ergebnis kann das Energieprodukt des zweiten Magneten 619 im Vergleich zu dem Fall, in dem die zweite dünne magnetische Platte 33 weggelassen ist, verringert werden. Außerdem kann der magnetische Leckfluss ins Äußere des elektromagnetischen Wandlers 7000 verringert werden, da der Magnetfluss von dem zweiten Magneten 619 in die zweite dünne magnetische Platte 33 eingeführt wird.
  • Obgleich die zweite dünne magnetische Platte 33 wie in 16A gezeigt ringförmig ist, kann ebenfalls wie in 16C gezeigt auf der oberen Fläche des zweiten Magneten 619 eine scheibenförmige zweite dünne magnetische Platte 34 vorgesehen sein.
  • Die zweite dünne magnetische Platte 33 oder 34 kann außerdem auf dem in den Beispielen 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung beschriebenen scheibenförmigen zweiten Magneten vorgesehen sein.
  • Gemäß dem vorliegenden Beispiel kann die gleiche Anziehungskraft, die durch einen zweiten Magneten 19 erzeugt wird, der ein Energieprodukt von etwa 26 MGOe und eine Dicke von etwa 0,7 mm besitzt, an dem jedoch keine zweite dünne magnetische Platte 33 vorgesehen ist (z. B. Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung), durch einen zweiten Magneten 619 erreicht werden, der wegen der Bereitstellung der zweiten dünnen magnetischen Platte 33 ein Energieprodukt von etwa 22 MGOe und eine Dicke von etwa 0,5 mm besitzt.
  • 17 ist eine perspektivische Teilwegschnittansicht eines Zellentelephons 61 als ein Beispiel einer tragbaren Kommunikationsvorrichtung, die einen elektromagnetischen Wandler 64 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Als der elektromagnetische Wandler 64 kann irgendeiner der elektromagnetischen Wandler 1000 bis 7000 gemäß den Beispielen 1 bis 7 der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • Das Zellentelephon 61 besitzt ein Gehäuse 62. Auf einer Fläche des Gehäuses 62 ist ein Schallloch 63 vorgesehen. Der elektromagnetische Wandler 64 ist in der Weise vorgesehen, dass sich seine erste Membran gegenüber dem Schallloch 63 befindet. Das Zellentelephon 61 enthält eine (nicht gezeigte) Signalverarbeitungsschaltung, die ein Rufsignal empfängt, das Rufsignal umsetzt und das umgesetzte Signal in den elektromagnetischen Wandler 64 eingibt. Wenn die Signalverarbeitungsschaltung ein Signal empfängt, das einen ankommenden Anruf angibt, wird das empfangene Signal in den elektromagnetischen Wandler 64 eingegeben, wodurch der elektromagnetische Wandler 64 einen Wählton wiedergibt, der den Nutzer über einen empfangenen Anruf informiert. Nachfolgend wird in den elektromagnetischen Wandler 64 ein Audiosignal eingegeben, wobei der elektromagnetische Wandler 64 Audioklänge in der Weise wiedergibt, dass der Nutzer an dem Telephon zu sprechen beginnen kann.
  • Viele herkömmliche elektromagnetische Wandler, die in tragbaren Kommunikationsvorrichtungen wie etwa Zellentelephonen enthalten sind, besitzen eine hohe Resonanzfrequenz und werden lediglich zur Wiedergabe eines Wähltons verwendet.
  • Dagegen kann der elektromagnetische Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung eine verhältnismäßig niedrige Resonanzfrequenz besitzen. Wenn der elektromagnetische Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung für eine tragbare Kommunikationsvorrichtung verwendet wird, kann er außerdem Audiosignale wiedergeben, so dass unter Verwendung lediglich eines elektromagnetischen Wandlers ein Wählton und Audiosignale wiedergegeben werden können. Im Ergebnis kann die Anzahl der in einem Zellentelephon enthaltenen Elemente, die sich auf Audiofunktionen beziehen, von denen herkömmlich mehrere vorgesehen sind, verringert werden.
  • In dem veranschaulichten Zellentelephon 61 ist der elektromagnetische Wandler 64 direkt an dem Gehäuse 62 angebracht. Allerdings kann der elektromagnetische Wandler 64 an einer Leiterplatte angebracht sein, die sich in dem Zellentelephon 61 befindet. Eine Akustiköffnung zur Erhöhung des Schalldruckpegels des Wähltons kann hinzugefügt werden.
  • Obgleich in 17 ein Zellentelephon als eine tragbare Kommunikationsvorrichtung veranschaulicht ist, ist die vorliegende Erfindung auf irgendeine tragbare Kommunikationsvorrichtung, die einen elektromagnetischen Wandler erfordert, der einen Schall mit einem hohen Pegel in einer kleinen Konfiguration wiedergeben kann, z. B. auf einen Funkrufempfänger, auf einen Notebook-Personal-Computer oder auf eine Uhr, anwendbar.
  • Gemäß den Beispielen 1 bis 7 ist ein Gehäuse 10 oder 610 vorgesehen, das den zweiten Magneten 9, 409, 29, 709, 19, 39 oder 619 hält. Falls der elektromagneti sche Wandler gemäß irgendeinem der Beispiele 1 bis 7 an dem in 17 gezeigten Zellentelephon angebracht ist, kann allerdings beispielsweise der zweite Magnet 9, 409, 29, 709, 19, 39 oder 619 in das Gehäuse 62 des Zellentelephons eingebettet sein, so dass das Gehäuse 10 oder 610 und das Gehäuse 62 des Zellentelephons 61 als ein Stück integriert sein können.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • In Übereinstimmung mit dem elektromagnetischen Wandler der vorliegenden Erfindung ist über einer zweiten Membran mit einem Zwischenraum dazwischen ein zweiter Magnet vorgesehen, so dass eine erste Membran in einem Gleichgewichtszustand erhalten werden kann. Im Ergebnis kann die Resonanzfrequenz verringert werden, ohne irgendwelche anderen Komponenten zu ändern, wodurch die Wiedergabe von Niederfrequenzbereichen ermöglicht wird. Da die Antriebskraft auf die zweite Membran erhöht wird und im Wesentlichen lineare Anziehungskraftverlagerungscharakteristiken erhalten werden, kann Schall mit einem hohen Pegel und mit niedriger Verzerrung wiedergegeben werden, ohne irgendwelche anderen Komponenten zu ändern.
  • Alternativ kann der zweite Magnet in Übereinstimmung mit dem elektromagnetischen Wandler der vorliegenden Erfindung entlang einer radialen Richtung magnetisiert sein, so dass der zweite Magnet effektiv funktionieren kann, wodurch es möglich wird, die Größe des zweiten Magneten zu verringern.
  • Alternativ kann die erste Membran in Übereinstimmung mit dem elektromagnetischen Wandler der vorliegenden Erfindung eine Nichtlinearität besitzen, die die Nichtlinearität der auf die zweite Membran erzeugten Antriebskraft aufhebt. Im Ergebnis kann die Nichtlinearität des Gesamtsystems und somit die harmonische Verzerrung minimiert werden.
  • Alternativ kann in Übereinstimmung mit dem elektromagnetischen Wandler der vorliegenden Erfindung wenigstens auf der Oberseite oder auf der Unterseite der ersten und der zweiten Membran ein dritter Magnet vorgesehen sein. Im Ergebnis kann verhindert werden, dass die erste und die zweite Membran auf einen Mittelpol oder auf den zweiten Magneten angezogen werden.
  • Alternativ kann die zweite Membran in Übereinstimmung mit dem elektromagneti schen Wandler der vorliegenden Erfindung eine Dicke haben, die ermöglicht, dass eine magnetische Sättigung auftritt, wenn die zweite Membran zu dem Mittelpol abgelenkt wird. Somit wird die magnetische Sättigung erleichtert, wodurch die Anziehungskraft gesteuert wird, die dazu neigt, erhöht zu werden, während sich die zweite Membran zu dem Mittelpol bewegt. Da dadurch mehr lineare statische Anziehungscharakteristiken realisiert werden, kann die Resonanzfrequenz abgesenkt werden.
  • Alternativ kann in Übereinstimmung mit dem elektromagnetischen Wandler der vorliegenden Erfindung auf einer Fläche des ersten Magneten, die der ersten Membran gegenüberliegt, eine dünne magnetische Platte vorgesehen sein. Im Ergebnis wird ermöglicht, dass ein magnetischer Wechselfluss effizient durch die zweite Membran fließt, was eine erhöhte Antriebskraft und somit einen erhöhten Schalldruckpegel schafft.
  • In Übereinstimmung mit einer tragbaren Kommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die den elektromagnetischen Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, können in dem elektromagnetischen Wandler Alarmklänge, Audioklänge und dergleichen wiedergegeben werden.

Claims (25)

  1. Elektromagnetischer Wandler, der umfasst: eine erste Membran (1), die so angeordnet ist, dass sie schwingen kann; eine zweite Membran (2), die in einem Mittelabschnitt der ersten Membran (1) angeordnet und aus einem magnetischen Werkstoff hergestellt ist; ein Joch (6), das gegenüber der ersten Membran (1) angeordnet ist; einen Mittelpol (3), der zwischen dem Joch (6) und der ersten Membran (1) angeordnet ist; eine Spule (4), die so angeordnet ist, dass sie den Mittelpol (3) umgibt; und einen ersten Magneten (5), der so angeordnet ist, dass er die Spule (4) umgibt; dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Wandler einen zweiten Magneten (9) umfasst, der in Bezug auf den Mittelpol (3) auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Membran (1) angeordnet ist.
  2. Elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 1, der ferner umfasst: ein erstes Gehäuse (7), um die erste Membran (1) zu tragen; und ein zweites Gehäuse (10), in dem der zweite Magnet (9) angeordnet ist.
  3. Elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Magnet (9) scheibenförmig ist.
  4. Elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Magnet (9) ringförmig ist.
  5. Elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 3, bei dem ein Außendurchmesser des zweiten Magneten (9) gleich oder kleiner als ein Außendurchmesser der zweiten Membran (2) ist.
  6. Elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 4, bei dem ein Außendurchmesser des zweiten Magneten (9) gleich oder größer als ein Außendurchmesser der zweiten Membran (2) ist.
  7. Elektromagnetischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner in einem Mittelabschnitt einer Fläche der ersten Membran (1) und/oder einer Fläche der zweiten Membran (2) einen dritten Magneten (11) umfasst.
  8. Elektromagnetischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Magnet (9) in der gleichen Richtung wie der erste Magnet (5) magnetisiert ist.
  9. Elektromagnetischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Magnet (9) in einer radialen Richtung in Bezug auf eine Achse durch ein Zentrum des Mittelpols (3) magnetisiert ist.
  10. Elektromagnetischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Membran (2) eine Dicke hat, die ermöglicht, dass eine magnetische Sättigung auftritt, wenn die erste Membran (9) zum Mittelpol (3) ausgelenkt ist.
  11. Elektromagnetischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Membran (1) aus einem magnetischen Werkstoff hergestellt ist.
  12. Elektromagnetischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die erste Membran (1) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff hergestellt ist.
  13. Elektromagnetischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine erste magnetische Platte (13) umfasst, die zwischen dem ersten Magneten (905) und der ersten Membran (41) vorgesehen ist.
  14. Elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 13, bei dem die erste magnetische Platte (13) ringförmig ist.
  15. Elektromagnetischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine zweite magnetische Platte (33) umfasst, die an dem zweiten Magneten (619) angeordnet ist.
  16. Elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 15, bei dem die zweite magnetische Platte (33) scheibenförmig ist.
  17. Elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 15, bei dem die zweite magnetische Platte (33) ringförmig ist.
  18. Elektromagnetischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Membran (1, 31) so geformt ist, dass sie Kraftverlagerungscharakteristiken hat, um eine Nichtlinearität einer Antriebskraft, die an der zweiten Membran (2) erzeugt wird, im Wesentlichen aufzuheben.
  19. Elektromagnetischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen einer Resultierenden einer ersten Anziehungskraft und einer zweiten Anziehungskraft und einem Abstand zwischen der zweiten Membran (2) und dem Mittelpol (3) eine im Wesentlichen lineare Beziehung herrscht; wobei die erste Anziehungskraft eine Anziehungskraft ist, die bei der zweiten Membran (2) durch einen Magnetkreis erzeugt wird, der den ersten Magneten (5), den Mittelpol (3) und das Joch (6) umfasst, und die zweite Anziehungskraft eine Anziehungskraft ist, die +auf der zweiten Membran (2) durch den zweiten Magneten (9) erzeugt wird.
  20. Elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 2, bei dem die erste Membran (1) dadurch befestigt ist, dass sie an das erste Gehäuse (7) geklebt ist.
  21. Elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 2, bei dem die erste Membran (1) dadurch befestigt ist, dass sie zwischen das erste Gehäuse (7) und das zweite Gehäuse (10) eingefügt ist.
  22. Elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 2, bei dem das zweite Gehäuse (10) eine Abdeckung ist, um die erste Membran (1) und die zweite Membran (2) zu schützen.
  23. Tragbare Kommunikationsvorrichtung, die einen elektromagnetischen Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 22 enthält.
  24. Tragbare Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 23, die ferner ein drittes Gehäuse (62) umfasst, in dem ein Schallloch (63) vorhanden ist, wobei der elektromagnetische Wandler so angeordnet ist, dass sich die erste Membran (1) und die zweite Membran (2) gegenüber dem Schallloch (63) befinden.
  25. Tragbare Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 24, bei der der zweite Magnet (9) in dem dritten Gehäuse (62) angeordnet ist.
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