МАТРИЧНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ МАГНИТНОЙ СБОРКИ ХАЛБАХА

Полезная модель относится к области акустических систем, в частности к изодинамическим излучателям, и предназначена для использования в акустических системах воспроизведения звука для бытовых и профессиональных целей.
Известен аналог - матричный излучатель - US 4337379, 29.01.82, принятый в качестве прототипа, содержащий диафрагму, магниты, расположенные на расстоянии от диафрагмы с обеспечением воздействия своим электромагнитным полем на диафрагму, причем магниты расположены в виде матрицы со столбцами и рядами так, что близлежащие магниты имеют противоположные полюса, токопроводящая дорожка расположена на диафрагме с образованием непрерывного пути тока, проходящего с чередованием направления вдоль столбцов и вдоль рядов, в промежутках между вышеуказанными близлежащими магнитными полюсами, не проходящего мимо двух подряд магнитных полюсов из одного столбца или одного ряда, с обеспечением прохождения создаваемого магнитами магнитного потока через соответствующие части пути тока под прямым углом и в одном и том же направлении относительно направления тока, токопроводящая дорожка имеет увеличенные участки прохождения тока в областях крайних магнитов в матрице для обеспечения небольшого импеданса на участках.
Недостатком прототипа является наличие искажений передаваемого сигнала из-за неравномерности перемещения мембраны. Искажения возникают из-за деформации диафрагмы при резкой смене направления ее движения на противоположное, что вызывает переходные и фазовые искажения воспроизводимого сигнала.
Известен аналог - матричный излучатель, RU 199764, 09.06.2020, принятый в качестве прототипа, содержащий диафрагму, магниты, расположенные на расстоянии от диафрагмы с обеспечением воздействия своим электромагнитным полем на диафрагму, причем магниты расположены в виде матрицы со столбцами и рядами так, что близлежащие магниты имеют противоположные полюса, на диафрагме расположена токопроводящая дорожка с образованием непрерывного пути тока, проходящего с чередованием направления вдоль столбцов и вдоль рядов, в промежутках между вышеуказанными близлежащими магнитами с разными полюсами, не проходящего мимо двух подряд магнитных полюсов из одного столбца или одного ряда, с обеспечением прохождения создаваемого магнитами магнитного потока через соответствующие части пути тока в одном и том же направлении относительно направления тока, отличающийся тем, что токопроводящая дорожка расположена относительно магнитов так, что в плоскости диафрагмы все крайние магниты матрицы ограничены с наружной стороны токопроводящей дорожкой, магниты имеют форму тела вращения, ось вращения которого перпендикулярна плоскости диафрагмы, обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита является не плоской с возможностью обеспечения равномерного магнитного поля в пределах диафрагмы, свободное пространство ячеек, образованных токопроводящей дорожкой диафрагмы, заполнено узорами из токопроводящих дорожек, не препятствующих прохождению тока по описанному выше пути основной токопроводящей дорожки, с обеспечением равномерного заполнения диафрагмы.
Также известна магнитная сборка Хальбаха - источник в сети Интернет https://m.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%BA%D0%B0_%D0%A5%D0%B0%D0%BB%D0%B1%D0%B0%D1%85%D0%B0 - особая конфигурация постоянных магнитов, характеризующаяся тем, что магнитное поле с одной из ее сторон практически полностью отсутствует благодаря особому расположению магнитов в сборке. Описываемый эффект воспроизводится повторением последовательности магнитных элементов вектором намагниченности (на передней поверхности) влево, вверх, вправо, вниз, влево.
Недостатком прототипа является низкий уровень чувствительности матричного излучателя, выражается в степени изменения звукового давления при изменении подводимой электрической мощности. Вторым недостатком прототипа является наличие магнитного поля с обратной относительно мембраны стороны излучателя, воздействие которого на пользователя при использовании матричного излучателя в устройстве наушников считается нежелательным.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении чувствительности матричного излучателя.
Технический результат достигается в матричном излучателе на основе магнитной сборки Халбаха, содержащем диафрагму, магниты, расположенные на расстоянии от диафрагмы с обеспечением воздействия своим электромагнитным полем на диафрагму, магниты расположены в форме решетки, в узлах-пересечениях которой расположены узловые магниты, ориентированные одним из полюсов к плоскости мембраны так, что узловые магниты в соседних узлах ориентированы противоположными полюсами к плоскости мембраны, между узловыми магнитами в решетке расположены промежуточные магниты так, что каждый из полюсов промежуточного магнита расположен ближе к тому узловому магниту, соответствующий полюс которого расположен ближе к мембране, причем узловые магниты образуют матрицу со столбцами и рядами, на диафрагме расположена токопроводящая дорожка с образованием непрерывного пути тока, проходящего с чередованием направления вдоль столбцов и вдоль рядов узловых магнитов, в промежутках между этими узловыми магнитами, не проходящего мимо двух подряд магнитных полюсов узловых магнитов из одного столбца или одного ряда, с обеспечением прохождения создаваемого магнитами магнитного потока через соответствующие части пути тока в одном и том же направлении относительно направления тока.
Промежуточные магниты могут иметь удлиненную форму.
Магниты могут быть расположены с зазорами относительно друг друга.
На фиг. 1 изображено взаимное расположение диафрагмы и магнитов матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха в плоскости, перпендикулярной плоскости диафрагмы.
На фиг. 2 изображено взаимное расположение диафрагмы и магнитов матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха в плане (в плоскости диафрагмы).
На фиг. 3 изображена одна ячейка решетки, состоящей из магнитов.
На фиг. 4 изображены линии магнитной индукции магнитов матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха.
На фиг. 5 изображено сечение матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха.
На фиг. 6 изображен внешний вид матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха.
На фиг. 7 изображен пример конфигурации токопроводящей дорожки, имеющей вместо одного проводника параллельные ряды проводников.
На фиг. 8 изображен вариант ячейки решетки, состоящей из магнитов, промежуточные магниты которой имеют удлиненную форму.
На фиг. 9 изображены варианты формы решетки из магнитов.
На фиг. 10 представлено сравнение магнитных полей магнитной сборки прототипа - слева, магнитной сборки на основе сборки Халбаха - справа на магнитах одинакового размера.
На фиг. 11 изображен вариант расположения магнитов в матричном излучателе на основе магнитной сборки Халбаха с зазорами друг относительно друга.
На фиг. 12 изображен вариант корпуса матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха с углублениями для магнитов.
На фиг. 13 изображен внешний вид матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха.
Матричный излучатель на основе магнитной сборки Халбаха содержит диафрагму 1, как показано на фиг. 1, магниты 2 расположенные на расстоянии Н от диафрагмы с обеспечением воздействия электромагнитным полем на диафрагму 1, магниты 2 расположены в форме решетки, как показано на фиг. 2 (серым), в узлах-пересечениях которой расположены узловые магниты 3 и 4 (фиг. 1, 2), ориентированные одним из полюсов к плоскости мембраны так, что узловые магниты 3, 4 в соседних узлах ориентированы противоположными полюсами к плоскости мембраны 1, между узловыми магнитами 3, 4 расположены промежуточные магниты 5 (фиг. 1, 2) так, что каждый из полюсов (S и N) промежуточного магнита 5 расположен ближе к тому узловому магниту 3 и 4, соответствующий полюс которого расположен ближе к мембране 1, как показано ан фиг. 1, причем узловые магниты 3, 4 образуют матрицу со столбцами 6 и рядами 7, на диафрагме 1 расположена токопроводящая дорожка 8 с образованием непрерывного пути тока, проходящего с чередованием направления вдоль столбцов 6 и вдоль рядов 7 узловых магнитов 3, 4, в промежутках между этими узловыми магнитами 3, 4, не проходящего мимо двух подряд магнитных полюсов S и N узловых магнитов 3, 4 из одного столбца 6 или одного ряда 7, с обеспечением прохождения создаваемого магнитами 2 магнитного потока через соответствующие части пути тока в одном и том же направлении относительно направления тока.
Рассмотрим пример конкретной реализации матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха. Токопроводящая дорожка 8 расположена на диафрагме 1, как показано на фиг. 2. Магниты 2 расположены в форме решетки, как показано на фиг. 2, и имеют форму куба, как показано на фиг. 3. На фиг. 3 изображен фрагмент решетки, которую образуют магниты 2, стрелками показаны направления магнитных потоков от Южного к Северному полюсу. На фиг. 4 показано, что благодаря вышеописанному расположению узловых 3, 4 и промежуточных 5 магнитов магнитная индукция 9 усилена со стороны мембраны 1 и уменьшена с обратной стороны 10. За счет усиления магнитной индукции в области диафрагмы 1 обеспечивается высокая чувствительность матричного излучателя, которая выражается в увеличенной по сравнению с прототипом степени изменения звукового давления при одинаковом изменении подводимой электрической мощности. Дополнительным преимуществом описанного распределения магнитной индукции является отсутствие магнитного поля с обратной относительно мембраны стороны излучателя за магнитами, как показано на фиг. 4. Это гарантирует исключение воздействия магнитного поля на пользователя при использовании матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха в устройстве наушников.
Конструктивно гибкая диэлектрическая тонкопленочная диафрагма 1 может быть установлена на изолирующей рамке 11, как показано на фиг. 5, в корпусе 12 для изоляции магнитов 2 от токопроводящей дорожки 1.
Крепежные элементы 13 стягивают элементы конструкции между собой, как показано на фиг. 6, однако возможно исполнение устройства без них. Корпус 12 может быть цельным, изготовленным литьем пластмассы с диафрагмой 1 и магнитами 2 в качестве закладных элементов при литье или может быть напечатан на 3d принтере вокруг элементов устройства.
Каждый узловой магнит 3 и 4 может быть ограничен несколькими параллельными рядами 14 участков токопроводящей дорожки 8, имеющими ток одного направления, как показано на фиг. 7. Промежуточные магниты 5 могут иметь удлиненную форму, как показано на фиг. 8. Форма решетки из магнитов 2 может быть различной, некоторые варианты форм представлены на фиг. 9. Фиг. 10 иллюстрирует, что уровень магнитной индукции В сборки магнитов прототипа (слева) уступает уровню магнитной сборки Халбаха (справа) при магнитах одинакового размера. Снизу под графиками расположено расположение магнитов. Повышение чувствительности матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха по сравнению с прототипом достигается за счет увеличенного уровня магнитной индукции.
В случае применения неодимовых магнитов 2 с сильными магнитными свойствами процесс сборки магнитов 2 вплотную гранями друг к другу может иметь технологические сложности из-за наличия сильного притяжения и отталкивания между магнитами 2. Поэтому в другом варианте конкретной реализации матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха магниты 2 располагают с небольшими промежутками между ними, как показано на фиг. 11. Для этого их устанавливают в специальные углубления 14 по форме магнитов 2 в корпусе 12, как показано на фиг. 12. Внешний вид примера конкретной реализации матричного излучателя на основе магнитной сборки Халбаха представлен на фиг. 13, на которой изображен корпус 12, собранный с применением крепежных элементов 13 в виде винтов Мб с гайками, магниты 2, установленные в специальные углубления корпуса, контакты 15 для подключения питания к противоположным концам токопроводящей дорожки 8.