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TECHNISCHES
GEBIET
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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.
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STAND DER
TECHNIK
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der zweite Magnet scheibenförmig.
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In einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung ist der zweite Magnet ringförmig.
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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.
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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.
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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.
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In einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung ist der zweite Magnet in der gleichen Richtung wie der
erste Magnet magnetisiert.
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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.
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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.
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In einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung ist die erste Membran aus einem magnetischen Werkstoff
hergestellt.
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In einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung ist die erste Membran aus einem nichtmagnetischen Werkstoff
hergestellt.
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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.
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In einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung ist die erste magnetische Platte ringförmig.
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In einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung enthält
der elektromagnetische Wandler ferner eine zweite magnetische Platte,
die an dem zweiten Magneten angeordnet ist.
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In einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung ist die zweite magnetische Platte scheibenförmig.
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In einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung ist die zweite magnetische Platte ringförmig.
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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.
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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.
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In einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung ist die erste Membran dadurch befestigt, dass sie an das
erste Gehäuse
geklebt ist.
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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.
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In einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung ist das zweite Gehäuse
eine Abdeckung, um die erste Membran und die zweite Membran zu schützen.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung
wird eine tragbare Kommunikationsvor richtung geschaffen, die irgendeinen
der oben erwähnten
elektromagnetischen Wandler enthält.
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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.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der zweite Magnet in dem dritten Gehäuse angeordnet.
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1A ist
eine Draufsicht eines zweiten Gehäuses eines elektromagnetischen
Wandlers 1000 gemäß Beispiel
1 der vorliegenden Erfindung.
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1B ist
eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Wandlers 1000 gemäß Beispiel 1
der vorliegenden Erfindung.
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1C ist
eine Draufsicht eines zweiten Magneten in dem elektromagnetischen
Wandler 1000 gemäß Beispiel
1 der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 1000 gemäß Beispiel
1 der vorliegenden Erfindung.
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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.
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4 ist
eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Wandlers 2000 gemäß Beispiel 2
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Wandlers 3000 gemäß Beispiel 3
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 3000 gemäß Beispiel
3 der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Wandlers 4000 gemäß Beispiel 4
der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt
die Kraftverlagerungscharakteristik-Kurve einer ersten Membran in
dem elektromagnetischen Wandler 4000 gemäß Beispiel
4 der vorliegenden Erfindung.
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9A ist
eine Draufsicht eines elektromagnetischen Wandlers 5000 gemäß Beispiel
5 der vorliegenden Erfindung.
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9B ist
eine Querschnittsansicht eines zweiten Magneten in dem elektromagnetischen Wandler 5000 gemäß Beispiel
5 der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 5000 gemäß Beispiel
5 der vorliegenden Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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14 ist
eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Wandlers 6000 gemäß Beispiel 6
der vorliegenden Erfindung.
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15 ist
ein Magnetfluss-Vektordiagramm des elektromagnetischen Wandlers 6000 gemäß Beispiel
6 der vorliegenden Erfindung.
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16A ist
eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Wandlers 7000 gemäß Beispiel 7
der vorliegenden Erfindung.
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16B und 16C sind Draufsichten einer zweiten
dünnen
magnetischen Platte in dem elektromagnetischen Wandler 7000 gemäß Beispiel
7 der vorliegenden Erfindung.
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17 ist
eine perspektivische Teilwegschnittansicht einer tragbaren Kommunikationsvorrichtung,
die einen elektromagnetischen Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält.
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18A ist
eine Draufsicht eines herkömmlichen
elektromagnetischen Wandlers.
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18B ist
eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen elektromagnetischen
Wandlers.
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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.
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BESTE AUSFÜHRUNGSART
DER ERFINDUNG
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Im Folgenden wird die vorliegende
Erfindung anhand veranschaulichender Beispiele mit Bezug auf die
beigefügten
Figuren beschrieben.
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(Beispiel 1)
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Anhand der 1A, 1B und 2 wird ein elektromagnetischer
Wandler 1000 gemäß Beispiel
1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die 1A und 1B sind eine Draufsicht bzw. eine
Querschnittsansicht, die den elektromagnetischen Wandler 1000 gemäß Beispiel
1 der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend werden der Betrieb und
die Wirkungen des oben beschriebenen elektromagnetischen Wandlers 1000 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Wie oben beschrieben wurde, ist der
Außendurchmesser
des zweiten Magneten 9 vorzugsweise gleich oder kleiner
dem Außendurchmesser
der zweiten Membran 2.
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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.
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(Beispiel 2)
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Anhand von 4 wird ein elektromagnetischer Wandler 2000 gemäß Beispiel
2 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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4 ist
eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Wandlers 2000 gemäß Beispiel
2 der vorliegenden Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Beispiel 3)
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Anhand der 5 und 6 wird
ein elektromagnetischer Wandler 3000 gemäß Beispiel
3 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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(Beispiel 4)
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Anhand der 7 und 8 wird
ein elektromagnetischer Wandler 4000 gemäß Beispiel
4 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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7 ist
eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Wandlers 4000 gemäß Beispiel
4 der vorliegenden Erfindung.
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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.
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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.
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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)
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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.
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(Beispiel 7)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.