DE69021165T2

DE69021165T2 - Magnetisch abgeschirmter elektromagnetischer Schallwandler.

Info

Publication number: DE69021165T2
Application number: DE69021165T
Authority: DE
Inventors: Elmer V Carlson
Original assignee: Knowles Electronics LLC
Current assignee: Knowles Electronics LLC
Priority date: 1989-10-26
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: CA2027265C; DK0424916T3; CA2027265A1; EP0424916A2; JPH03184500A; EP0424916A3; DE69021165D1; US4956868A; EP0424916B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf magnetisch abgeschirmte elektromagnetische Schallwandler mit Merkmalen, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben sind. Ein Wandler dieser allgemeinen Gattung ist in der US-A-3935338 beschrieben und ist besonders nützlich in Hörgeräten.
Ein elektromagnetischer Hörgeräteempfänger oder ein anderer vergleichbarer elektromagnetischer Schallwandler erzeugt von Natur aus ein magnetisches Feld; ohne Abschirmung wird ein wesentlicher Teil dieses Feldes vom Wandler nach außen abgestrahlt. Dieses äußere Magnetfeld induziert ungewollte Signale in anderen elektromagnetischen Einrichtungen in der unmittelbaren Nachbarschaft. Häufig verursacht das den elektromagnetischen Hörgerätewandler umgebende äußere Magnetfeld ungewollte Rückkopplungssignale in einer Abnehmerspule, die zum Koppeln des Hörgerätes mit einem Fernhörer verwendet wird.
Eine wesentliche Verbesserung bei der Zurückhaltung des äußeren Feldes eines elektromagnetischen Hörgeräteeinpfängers wird bei der eine magnetische Abschirmung aufweisenden Wandlerkonstruktion erreicht, die in der US-A 3111563 beschrieben und beansprucht ist. Obwohl die von diesem Patent abgedeckte selbstabschirmende Empfängerkonstruktion eine wesentliche Verbesserung hinsichtlich der Minimierung des Effektes des äußeren Feldes eines elektromagnetischen Hörgeräteempfängers oder einer ähnlichen Einrichtung bringt, löst sie das Problem nicht vollständig.
Dasselbe gilt für den Wandler, der in der oben erwähnten US-A-3935398 beschrieben ist und ein rechteckig geformtes Gehäuse mit nach oben stehenden Seitenwänden und einem Deckel hat, wobei alle diese Teile aus magnetflußleitendem Material bestehen, das als eine magnetische Abschirmung für die elektromagnetische Antriebsanordnung dient. Der Deckel hat nach unten stehende Seitenwände, die an der Innenfläche der Seitenwände des Gehäuses z.B. durch Verkittung befestigt sind und somit eine Fuge oder Nahtstelle bilden, die von einem Teil des Streuflusses aus der elektromagnetischen Antriebsanordnung bzw. dem Motor überkreuzt wird. Wie ausführlicher weiter unten beschrieben wird, steht dieses Merkmal einer vollständigen Lösung des oben angesprochenen Problems entgegen.
Die US-A-3671684 offenbart einen elektromagnetischen Wandler, der besonders brauchbar für Hörgeräte sein soll und eine Abschirmung aufweist, bestehend aus einer sich in Längsrichtung erstreckenden Hülse, welche die elektromagnetischen Bauteile des Wandlers mit Ausnahme der Membran und zugehöriger mechanischer Verbindungseinrichtungen umschließt und entweder aus einem nahtlosen Rohr oder aus mindestens aus einem Streifen hergestellt ist, der zur Bildung eines abschirmenden Rohrs mit mindestens einer in der Axialrichtung verlaufenden Naht geformt ist. Der innere Rand der Naht ist zentral bezüglich Magneten angeordnet, die Teil des magnetischen Kreises des Wandlers sind. Wie in der betreffenden Patentschrift dargelegt, führt die Naht auf diese vernachlässigbar wenig Magnetfluß, mit der Folge, daß praktisch keiner der hochpermeablen Wege, die durch die Hülse zwischen den Magneten des Wandlers geschaffen werden, durch die Naht unterbrochen wird. Die Hülse hat jedoch Enden, die abgeschlossen werden müssen. Geeignete Stirnplatten können nicht ohne Naht an die Hülse gefügt werden und sind somit ineffizient als Nebenschluß für das axial erzeugte Feld, welches mit der elektromagnetischen Spule des Wandlers verkettet ist oder verkettet sein kann.
Somit bringen die bekannten Hörgeräteempfänger und andere elektromagnetische Wandler, insbesondere Miniatureinrichtungen, nach wie vor wesentliche Probleme, wenn sie in dichte Nähe zu anderen elektromagnetischen Wandlern oder Kopplern gebracht werden, ob es sich nun um Mikrofone oder Empfänger oder Koppelspulen handelt. Die vorliegende Erfindung ist dazu gedacht, dieser Situation abzuhelfen und eine viel bessere und effektivere Abschirmung als bisher zu schaffen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer neuen und verbesserten Konstruktion für einen magnetisch abgeschirmten, insbesondere zum Einsatz als Hörgeräteempfänger geeigneten elektromagnetischen Schallwandlers, die einfach und billig ist und dennoch äußere elektromagnetische Felder besser unterdrückt als bisher bekannte Wandler dieser allgemeinen Gattung. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 beschriebenen Merkmale gelöst. Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2-5 gekennzeichnet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt in sehr vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch einen miniaturisierten, als Hörgeräteempfänger verwendeten elektromagnetischen Schallwandler, der gemäß der vorliegenden Erfindung magnetisch abgeschirmt ist;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt ungefähr gemäß der Linie 2- 2 in Fig. 1;
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt ungefähr gemäß der Linie 3- 3 in Fig. 1.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Praktisch jeder elektromagnetische Motor, der zur Verwendung in einem Hörgeräteempfänger, einem Miniaturmikrofon oder irgendeinem anderen kleinen elektromagnetischen Schallwandler geeignet ist, hat mindestens eine Symmetrieebene hinsichtlich des magnetischen Kreises der Einrichtung; die meisten dieser Einrichtungen haben nur eine Symmetrieebene. Bei allen praktischen Empfängerkonstruktionen ist der elektromagnetische Motor aus Gründen der Raumersparnis exzentrisch innerhalb des Gehäuses der Einrichtung angeordnet. Bei modernen Einrichtungen dieser Art ist das Gehäuse eine elektromagnetische Abschirmung, die aus hochpermeablem magnetischen Material gebildet ist und in einer Weise funktioniert, wie in der oben genannten US-A-3111563 beschrieben. Das Endergebnis ist eine Reduzierung des magnetischen Streuflusses aus dem Empfänger, Mikrofon oder anderen Schallwandler; trotzdem gibt es noch eine beträchtliche unabgeglichene magnetische Streuung bei Signalfrequenzen aus diesen Einrichtungen.
Die übliche magnetisch abschirmende Gehäusekonstruktion verwendet mindestens zwei Teilstücke. Diese Abschirmungen, die aus magnetischem Material hoher Permeabilität gebildet sind, enthalten gewöhnlich zwei napfförmige Stücke und sind entlang einer genau passenden Nahtstelle zusammengefügt, die einen minimalen Luftspalt bildet. Bei herkömmlichen Konstruktionen muß ein Teil des Streuflusses aus dem elektromagnetischen Motor, der die Einrichtung, sei es ein Empfänger oder ein Mikrofon, antreibt, diese Nahtstelle überkreuzen. Der durch die Nahtstelle gebildete kleine Luftspalt bewirkt eine Hervorhebung schwacher Magnetpole, die außerhalb des Empfänger- oder Mikrofongehäuses infolge magnetischen Streuflusses entstehen, und vergrößert im Effekt das signalfrequente Magnetfeld in dem die Einrichtung umgebenden Bereich. In anderen Worten verschlimmert die Nahtstelle im magnetisch abschirmenden Gehäuse für den Empfänger oder einen anderen Wandler die oben beschriebenen Strahlungs- und Rückkopplungsprobleme.
In den Schallwandlern nach der vorliegenden Erfindung wird das magnetisch abschirmende Gehäuse so modifiziert, daß nur zwei Abschirmgehäuse-Hälften vorhanden sind, und diese beiden Hälften werden entlang einer Nahtstelle zusammengefügt, welche mit einer zuverlässigen Symmetrieebene für den Motor des Empfängers, des Mikrofons oder eines anderen Wandlers ausgerichtet ist. Das heißt, in den Wandlern nach der vorliegenden Erfindung liegt die Nahtstelle der Abschirmung dort, wo es keine Unsymmetrie in dem aus dem Motor entweichenden Fluß gibt, so daß kein merklicher Magnetfluß die Verbindungsstelle zwischen den Hälften des Gehäuses überkreuzt, welche die magnetische Abschirmung für die Einrichtung bilden.
Die Figuren 1-3 zeigen einen magnetisch abgeschirmten elektromagnetischen Schallwandler 20, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Der Wandler 20 ist ein Hörgeräteempfänger, klein genug, um in das Ohr eines Benutzers zu passen. Ein kleines Endstück 21 des Gehäuses der Einrichtung 20 (Fig. 1) hat eine solche Gestalt, daß es mit einem kurzen kleinen Rohr zusammenpaßt, welches den Schall in den äußeren Teil des Gehörganges des Benutzers leitet. Der Wandler 20 weist einen Motor 22 auf, der in einem äußeren Abschirmgehäuse 23 montiert ist, das in zwei Hälften 23A und 23B geformt ist.
Der Motor 22 des Wandlers 20 enthält ein relativ flexibles längliches hebelähnliches Ankerglied 24, das sich über nahezu die volle Länge des Innenraums des Gehäuses 23 erstreckt. Ein Ende des Ankers 24 ist mit zwei sich vertikal erstreckenden Endwänden 25 zusammengefügt; dies ist das Verankerungsende für den Anker 24. Die gesamte Ankerstruktur enthält ferner ein Paar von Seitenwänden 26, die sich entlang des größten Teils der Ankerlänge erstrecken, jedoch vom Hauptglied 24 des Ankers beabstandet sind.
Eine elektromagnetische Spule 27 ist in einer das Ankerglied 24 umfassenden Weise nahe dessen Verankerungsende durch die Wände 25 angeordnet. Ferner ist ein Teil des Ankergliedes 24 durch einen Stapel von Magnetblechlamellen 28 umgeben. Zwei Permanentmagnete 29 und 31 sind innerhalb der Mittelöffnung 32 in den Lamellen 28 angeordnet, und zwar auf entgegengesetzten Seiten des Ankers 24. Das heißt, die magnetischen Lamellen 28, die quer zum Anker 24 liegen, umschließen die beiden Permanentmagnete 29 und 31 sowie einen Teil des Ankergliedes 24. Der Motor 22 weist ferner eine Grundplatte 33 auf, auf welcher der Stapel der Lamellierung 28 angeordnet ist, und eine allgemein napfförmige Tragplatte 34, die über den Stapel der Lamellierung 28 paßt und an dessen Oberseite befestigt ist. Die Tragplatte 34 erstreckt sich, wie am besten in Fig. 1 gezeigt, über die gesamte Länge des Wandlers 20. In der Tragplatte befindet sich eine große mittlere Öffnung 35.
Der Empfänger oder sonstige elektromagnetische Wandler 20 gemäß den Figuren 1-3 enthält ferner eine Membran 36 mit einem Randkranz 37, der an einem Ende an der Tragplatte 34 befestigt ist (Fig. 1). Das andere Ende der Membran 36 ist mit einem Antriebsstift 38 verbunden. Der Antriebsstift 38 ist außerdem mit dem freien Ende 39 des Ankers 24 verbunden. Die Membran 36 überdeckt die große Öffnung 35 in der Tragplatte 34. Die Ränder der Membran können durch einen U-förmigen Rahmen 41 umfaßt sein.
Mit Ausnahme der für das Gehäuse 23 benutzten Konstruktion, die ausführlicher weiter unten diskutiert wird, ist der Wandler 20 allgemein in herkömmlicher Weise aufgebaut, so daß nur eine kurze Beschreibung seines Betriebs notwendig ist. Es sei angenommen, daß der Wandler 20 als Empfänger benutzt wird; man erkennt, daß es einen von den Permanentmagneten 29 und 31 verursachten konstanten Magnetfluß in einem geschlossenen magnetischen Kreis gibt, der den Anker 24, beide Permanentmagnete, die Lamellierung 28 und die Seitenglieder 26 des Ankers enthält. Dieser konstante Fluß aus den Permanentmagneten versetzt die Membran 36 nicht in Schwingungen und liefert kein Ausgangssignal an den Benutzer. Um aus der Einrichtung 20 bei deren Benutzung als Empfänger ein Ausgangssignal zu erzeugen, wird ein elektrisches Signal an die Spule 27 gelegt. Dies erzeugt einen variablen Magnetfluß im gleichen Kreis, wie er für den Permanentmagnetfluß beschrieben wurde. Der variable Magnetfluß veranlaßt das freie Ende 39 des Ankers 24 in einer Weise zu schwingen, wie es mit den Pfeilen A angedeutet ist. Diese Schwingungsbewegung des Ankers 24 wird durch den Antriebsstift 38 auf die Membran 36 übertragen. Die resultierende Bewegung der Membran 36 erzeugt ein Schallausgangssignal, welches durch die Gehäuseöffnung 42 und das Ausgangsgehäuse 21 (Fig. 1) zum Benutzer des Empfängers gelangt.
Wenn der Spule 27 ein Signalstrom angelegt wird, nehmen die verschiedenen Teil des Ankers 24, der Anker-Endwände 25, der Anker-Seitenwände 26, der Lamellierung 28 und der Magneten 29 und 31 verschiedene magnetische Potentiale als Antwort auf diesen Signalstrom an. Diese magnetischen Potentialdifferenzen sind es, die ein äußeres Magnetfeld um den Motor herum erzeugen, und dieses äußere Feld ist es, welches vom Gehäuse 21 abgeschirmt oder zurückgehalten werden soll. Das besagte äußere Feld hat infolge der Symmetrie des Motors auch selbst eine Symmetrie.
Die Einrichtung 20 kann auch als Mikrofon arbeiten. Wird sie zu diesem Zweck verwendet, dann bringen Schallwellen, die auf die Membran 36 treffen, die Membran zum Schwingen. Die Membranbewegung treibt das freie Ende 36 des Ankergliedes 24 an (Pfeile A) und verursacht Änderungen im Fluß in dem oben beschriebenen magnetischen Kreis. Diese Flußänderungen induzieren entsprechende Ströme in der Spule 27, die als Ausgangsspule des Mikrofons dient; die Probleme des äußeren Feldes sind im wesentlichen die gleichen wie beim Betrieb als Empfänger.
Wie faktisch jeder herkömmliche elektromagnetische Wandler, ob als Empfänger oder als Mikrofon eingesetzt, hat die Einrichtung 20 eine magnetische Symmetrieebene P, über welche kein merklicher Magnetfluß fließt. Diese Ebene ist in den beiden Figuren 2 und 3 identifiziert; sie verläuft in Längsrichtung des Ankers 24 durch dessen Mitte. Bei der äußeren Abschirmung 23 der Einrichtung 20 sind deren beide napf förmige Gehäusehälften 23A und 23B so zusammengefügt, daß die Nahtstelle mit der Ebene P zusammenfällt. Die Fuge oder Nahtstelle 43 zwischen den Gehäusehälften 23A und 23B braucht jedoch nicht präzise mit der Ebene P zusammenzufallen; seitlich neben dem mittleren Teil des Ankergliedes 24 oder in einer Richtung quer zum Anker gibt es nur wenig oder überhaupt keinen magnetischen Fluß durch irgendeines der umschließenden Magnetkreiselemente, wie etwa der Magnete 29 und 31 oder der Lamellierung 28. Die Ebene der Fuge 43 kann um eine kurze Entfernung nach recht oder links aus der Ebene P der magnetischen Symmetrie versetzt liegen, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt, solange diese Versetzung nicht zu groß ist. Das heißt, es genügt, daß die Ebene der Fuge 43 der Abschirmung parallel und in dichter Nähe der magnetischen Symmetrieebene P verläuft.
Mit dem in den Figuren 1-3 gezeigten Aufbau, bei welchem die Fuge oder Nahtstelle 43 zwischen den hochpermeablen Abschirmungshälften 23A und 23B im großen und ganzen zusammenfallend mit der magnetischen Symmetrieebene P verläuft, unterbricht die Nahtstelle den durch den magnetischen Kreis des Wandlermotors 22 laufenden Flußweg nicht. Infolgedessen wird die abschirmende Wirkung nur durch die magnetischen Eigenschaften des Gehäuses 23 selbst bestimmt. Dies ist keine perfekte Lösung der Schwierigkeiten hinsichtlich magnetischer Feldabstrahlung vom Wandler 20; es kann immer noch einen gewissen begrenzten Streufluß bei Signalfrequenzen geben. Die dargestellte Konstruktion jedoch, bei welcher die Nahtstelle 43 parallel und eng benachbart zur Ebene P verläuft, bringt eine merkliche Verbesserung gegenüber magnetisch abschirmenden Gehäusen der bisher bekannten Art.

Claims

1. Magnetisch abgeschirmter elektromagnetischer Schallwandler (20), enthaltend:

eine Schallmembran (36);

einen Magnetanker (24);

eine mechanische Antriebsverbindungseinrichtung (38), welche den Anker (24) und die Membran (36) miteinander verbindet;

eine elektromagnetische Spule (27), die in einer einen Teil des Ankers (24) umschließenden Weise angeordnet ist;

eine magnetisch verbindende Einrichtung (25, 26, 28), welche die elektromagnetische Spule (27) und den Anker (24) in einem geschlossenen magnetischen Kreis (24, 29, 31, 28, 26) verkoppelt,

und eine magnetische Abschirmung (23), welche die Membran (36), den Anker (24), die Spule (27), die mechanische Antriebsverbindungseinrichtung (38) und die magnetisch verbindende Einrichtung (25, 26, 28) umschließt und aus zwei allgemein napfförmigen Abschirmelementen (23A, 23B) hoher magnetischer Permeabilität besteht, die zusammengefügt sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß die zwei Abschirmelemente (23A, 23B) zwei Gehäusehälften sind, die entlang einer Verbindungsebene zusammengefügt sind, welche mit der Symmetrieebene (P) des magnetischen Kreises (24, 29, 31, 28, 26), über welche kein merklicher Magnetfluß fließt, zusammenfällt oder zu ihr parallel und in dichter Näher verläuft.

2. Magnetisch abgeschirmter elektromagnetischer Schallwandler (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (24) ein langgestreckter, relativ flexibler magnetischer Hebel ist, der an einem Ende verankert ist, und daß die mechanische Antriebsverbindungseinrichtung (38) am anderen Ende des Ankers (24) befestigt ist und daß die Spule (27) einen mittleren Teil des Ankers (24) umschließt.

3. Magnetisch abgeschirmter elektromagnetischer Schallwandler (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine dem Anker (24) naheliegende Permanentmagneteinrichtung (29, 31) aufweist, um einen konstanten Magnetfluß im Anker (24) zu induzieren, wobei die Permanentmagneteinrichtung (29, 31) im besagten magnetischen Kreis (24, 29, 31, 28, 26) enthalten ist.

4. Magnetisch abgeschirmter elektromagnetischer Schallwandler (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (24) ein langgestreckter, relativ flexibler magnetischer Hebel ist, der an einem Ende verankert ist, und daß die mechanische Antriebsverbindungseinrichtung (38) am anderen Ende des Ankers (24) befestigt ist und daß die Spule (27) und die Permanentmagneteinrichtung (29, 31) beide einen mittleren Teil des Ankers einfassen.

5. Magnetisch abgeschirmter elektromagnetischer Schallwandler (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch verbindende Einrichtung (25, 26, 28) eine Vielzahl magnetischer Lamellen (28) enthält, die quer zum Anker (24) liegen und die Permanentmagneteinrichtung (29, 31) und den Anker (24) umschließen.