GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Signalwandler für einen Knochenleitungshörer, umfassend

- zumindest einen weichmagnetischen Anker, der relativ zu einem, zumindest eine elektrische Spule tragenden Pol beweglich ist,

- zumindest einen Permanentmagneten zur Erzeugung einer magnetischen Vorspannung des Ankers, sowie

- zumindest ein weichmagnetisches Joch, welches gemeinsam mit dem zumindest einen Permanentmagneten, dem zumindest einen Pol und dem zumindest einen Anker zumindest einen magnetischen Kreis bilde.t

Der elektromagnetische Signalwandler soll inbesondere in einem Knochenleitungshörer eines Diagnosegeräts, aber auch in Hör- und Kommunikationssystemen einsetzbar sein.

STAND DER TECHNIK

Knochenleitungshörer, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, wandeln elektrische Signale in mechanische Schwingungen um und fungieren daher als elektromagnetischer Signalwandler und Schwingungserzeuger. Diese Technologie findet unter anderem bei Hörgeräten Anwendung und eignet sich insbesondere für Personen mit Beeinträchtigung des Außen- und Mittelohres, da in diesem Fall der Schall nicht als Luftschall zum Trommelfell und von dort durch Festkörperleitung über Amboss und Steigbügel zur Cochlea übertragen werden kann. Das an den Menschen zu übertragende akustische Signal wird als elektrisches Signal erstellt oder aus einem akustischen Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt, z.B. indem es über ein Mikrofon aufgenommen wird. In der Regel wird das elektrische Signal verstärkt, aufbereitet und an den elektromagnetischen Signalwandler weitergeleitet. Im Signalwandler werden die elektrischen Signale der mindestens einen Spule zugeführt, welche den Anker entsprechend in Schwingung versetzt. Der als Anker dienende Oszillator kontaktiert den menschlichen Körper, z.B. am Ort des Schädelknochens, wobei das akustische Signal in Form von taktilen Schwingungen unter Umgehung des Mittelohres direkt ins Innenohr übertragen wird, wo es in der Cochlea in einen Nervenreiz umgewandelt wird.

Hohe Kraftdichten können bei kleinen Luftspalten, also Arbeitsluftspalten zwischen Anker und Pol, mit geringer elektrischer Erregung nach dem Reluktanzprinzip erzielt werden. Danach ergibt sich, dass die Kraft F auf den Anker proportional zum Quadrat der Luftspaltinduktion ist, und damit quadratisch vom Strom abhängt, mit dem die Spule versorgt wird. Diese quadratische Abhängigkeit bedeutet bei einer sinusförmigen Schwingung des magnetischen Feldes eine Frequenzverdopplung der Kraftkomponente. Somit ist eine signaltreue Abbildung nicht gegeben. Hinzu kommt noch, dass sich durch die Schwingbewegungen auch der Arbeitsluftspalt verändert und das Übertragungsverhalten noch weiter verzerrt wird.

Durch eine magnetische Vorspannung des Ankers, wo mittels eines oder mehrerer Permanetmagneten ein statisches Magnetfeld erzeugt wird, welches dem dynamischen elektrisch erzeugten Feld überlagert ist, kann die Signalproportionalität unter gewissen Randbedingungen hergestellt werden. Mit einer Lösung gemäß EP 3065420 A1 wurde zwar durch die Verwendung hochkoerzitiver Permanentmagnete und damit geringer Magnethöhen sowie der Schaffung von Nebenflusswegen für die elektrodynamische Erregung der magnetische Widerstand und der Stromverbrauch drastisch gesenkt, aber die Grundproblematik Klirrfaktor und Selbsthaftung des Ankers bleibt bestehen.

Auch der Signalwandler der US 2003/0034705 A1 beinhaltet das Prinzip der Überlagerung von statischen und dynami-ischen magnetischen Flüssen im Sinne einer proportionalen elektromagnetischen Signalwandlung, wobei aber mehrere Arbeitsluftspalte vorgesehen sind und in einem Teil der Arbeitsluftspalte die magnetischen Flüsse gleichgerichtet und in einem anderen Teil entgegengerichtet sind. Zudem weist der Signalwandler der US 2003/0034705 A1 gegenüber der EP 3065420 A1 einen anderen mechanischen Aufbau auf, indem einerseits ein Adapterjoch, ein Spulenkörper und eine Spule miteinander verbunden sind und als Anker fungieren, und gegenüber einer Einheit aus Permanentmagnet, Joch, Bodenplatte, Stab und Gegenmasse schwingen können. Es gibt also in der

US 2003/0034705 A1 keinen Anker, der relativ zur Spule beweglich ist.

Durch den Permanentmagnetfluss ensteht eine Reluktanzkraft in Richtung eines sich vermindernden magnetischen Widerstandes. Diese Reluktanzkraft wird bei einigen Ausführungsformen der US 2003/0034705 A1 durch eine Federkraft kompensiert. Bei den Doppelspaltsystemen nach Fig. 4 und 5 der US 2003/0034705 A1 tritt in symmetrischer Lage des als Anker fungierenden Bauteils keine Reluktanzkraft auf. Dieser Arbeitspunkt ist aber labil. Sobald eine Auslenkung auftritt, wirkt auch eine Reluktanzkraft in gleicher Richtung wie diese Auslenkung und muss durch eine Federkraft kompensiert werden. Diese Reluktanzkraft resultiert aus der Verminderung des magnetischen Gesamtwiderstandes bei Auslenkung, da die magnetische Widerstandsabnahme (magnetische Leitwertvergrößerung) in dem sich schließenden Arbeitsluftspalt größer ist als Widerstandszunahme des sich öffnenden Arbeitsluftspaltes. Die magnetische Energie steigt an und es entsteht eine Kraft. Diese Zunahme der Reluktanzkraft mit der Auslenkung ist aber nicht linear und kann in guter Näherung durch ein Polynom dritten Grades beschrieben werden. Je größer die Arbeitspunktverschiebung der Permanentmagneten in Richtung Zunahme der Arbeitsinduktion wird, umso größer wird die Reluktanzkraft. Die Ausführungen nach der US 2003/0034705 A1 weisen besonders starke magnetische Leitwertänderungen und somit nichtlineare Reluktanzkräfte auf, weil der Permanentfluss sich nicht nur so schließt, wie in der US 2003/0034705 A1 gezeichnet, sondern durch diese Art der Anordnung der Permanentmagnete und der Luftspalte zum Anker, welcher mit seiner Spule den elektromagnetischen Fluss erzeugt, einen Nebenpfad höherer magnetischer Leitfähigkeit speist.

Bei den hohen Forderungen eines geringen Klirrfaktors bei einem Diagnosegerät ist eine Nichtlinearität in der Auslenkung nicht tolerabel. Man müsste mit einer progressiven Federkennlinie gegensteuern, um diese Nichtlinearität zu kompensieren. Das ist sehr aufwändig.

Aber nicht nur der geringe Klirrfaktor ist relevant, sondern auch die Intensität der Schwingung (hierfür ist eine bestimmte Federsteifigkeit zwischen Anker und schwingender Masse erforderlich) und die richtigen Resonanzfrequenzen, die sich aus der Federkonstante und der schwingenden Masse ergeben. Es ist notwendig, die schwingende Masse des Systems möglichst groß zu mache.n

Da in der Diagnosetechnik die Signaltreue von Knochenleitungshörern oberste Priorität hat, ist der Stromverbrauch zweitrangig, da diese Geräte meist netzgespeist sind bzw. genügend Platz für große Batterien vorhanden ist. AUFGABE DER ERFINDUNG

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und einen elektromagnetischen Signalwandler, insbesondere, aber nicht nur für Diagnosezwecke, zu finden, der bei der Auslenkung des Ankers zu weniger großen Arbeitspunktverschiebungen am Permanentmagneten (Änderungen des magnetischen Leitwertes) führt, um dadurch die Reluktanzkraft, und damit auch die Nichtlinearität der Reluktanzkraft, klein zu halten.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird durch einen elektromagnetischen Signalwandler gemäß Anspruch 1 gelöst. Ausgangspunkt der Erfindung ist ein elektromagnetischen Signalwandler für einen Knochenleitungshörer, umfassend

- zumindest einen weichmagnetischen Anker, der relativ zu einem, zumindest eine elektrische Spule tragenden Pol beweglich ist,

- zumindest einen Permanentmagneten zur Erzeugung einer magnetischen Vorspannung des Ankers, sowie

- zumindest ein weichmagnetisches Joch, welches gemeinsam mit dem zumindest einen Permanentmagneten, dem zumindest einen Pol und dem zumindest einen Anker zumindest einen magnetischen Kreis bilde.t

Dabei ist vorgesehen,

- dass zumindest ein erster und ein zweiter Pol vorgesehen ist, der jeweils zumindest eine elektrische Spule trägt, wobei die beiden Pole baugleich sind und auf einer gemeinsamen Polachse symmetrisch zueinander angeordnet sind,

- dass zumindest ein Anker, unter Bildung jeweils eines axialen Arbeitsluftspalts, zwischen zumindest zwei symmetrisch zueinander angeordneten Polen angeordnet und entlang der Polachse relativ zu den Polen beweglich ist,

- dass der zumindest eine Permanentmagnet senkrecht zur Polachse magnetisiert und radial außerhalb des zumindest einen Ankers angeordnet ist,

- dass die zum zumindest einen Permanentmagneten weisende Mantelfläche des zumindest einen Ankers einen radialen Luftspalt bildet, über welchen der Anker an den Permanentmagneten magnetisch angekoppelt ist, wobei die axiale Dicke des Permanentmagneten gleich ist wie oder größer ist als der axiale Abstand zwischen den beiden Polen.

Auf diese Weise ist die axiale Dicke des Permanentmagneten auf jeden Fall größer als die axiale Dicke des Ankers zwischen den Polen, sodass sich bei Bewegung des Ankers längs der Polachse zumindest der zwischen den Polen befindliche Teil des Ankers, in der Regel der größte Teil des Ankers, in axialer Richtung immer mit dem Permanentmagneten überdeckt. Durch den sich daraus ergebenden Überstand des Permanentmagneten relativ zum Anker sowie durch das nun senkrecht zur Polachse, und damit quer zur Bewegung des Ankers, verlaufende Magnetfeld des Permanentmagneten erfährt der Anker geringere magnetische Flussschwankungen während seiner Bewegung, es kommt zu weniger großen Arbeitspunktverschiebungen am Permanentmagneten, die Reluktanzkraft, und damit auch die Nichtlinearität der Reluktanzkraft, verringert sich.

Die Überdeckung von Anker und Permanentmagnet in axialer Richtung erzeugt in Abhängigkeit von der Weite des radialen Luftspalts und der maximalen Auslenkung des Ankers eine zentrierende Kraft auf den Anker, die der Reluktanzkraft entgegenwirkt und diese zumindest teilweise kompensiert. Die Weite des radialen Luftspalts bleibt konstant, auch wenn sich der Anker relativ zu dem oder den Permanentmagneten bewegt. Auf diese Weise wird eine hohe Konstanz des Magnetflusses des bzw. der Permanentmagneten gewährleistet, also eine geringe Auslenkungsabhängigkeit des Magnetfelds des bzw. der Permanentmagneten auf den Anker. Zugleich weist der erfindungsgemäße Aufbau des Signalwandlers einen niedrigen magnetischen Widerstand im elektromagnetisch erregten Flusspfad auf, bedingt also eine hohe Kraft/Strom-Konsta.nte

Zu den verwendeten Begriffen: Ein radialer Luftspalt hat eine Länge in Richtung der Polachse, die der größten Ausdehnung der Luftspaltfläche entspricht, und eine Weite, die sich aus dem Abstand zwischen der Mantelfläche des Ankers und dem benachbarten Permanentmagneten, genauer dessen Polfläche, ergibt, wobei die Weite in radialer Richtung zur Polachse gemessen wird. Der Begriff Dicke (oder Höhe) meint die axiale Dicke (oder axiale Höhe), also die Dicke (bzw. Höhe) gemessen in Richtung der Polachse, axialer Abstand meint den Abstand gemessen in Richtung der Polachse. Die hier, auf den Aufbau des Signalwandlers bezogene, axiale Dicke des Permanentmagneten wird sonst in der Regel, bezogen auf den Permanentmagneten, als Breite des Permanentmagneten bezeichnet, denn Länge und Breite eines Permanentmagneten bilden dessen Polfläche, und als Dicke wird sonst, wieder bezogen auf den Permanentmagneten, eigentlich die Magnethöhe bezeichnet, die in Richtung der Magnetisierung gemessen wird.

Die zum Anker weisenden Polflächen der Pole haben Flächennormalen (=Polachsen), die in Maßrichtung der Weite der Arbeitsluftspalte zeigen und somit in Bewegungsrichtung liegen.

Der Anker hat zumindest zwei Polflächen, die parallel zueinander liegen, und zumindest eine Mantelfläche, die in der Regel normal zu den Polflächen des Ankers verläuft. Die nach innen, zum Anker weisende Polfläche des bzw. der Permanentmagneten steht der Mantelfläche des Ankers gegenüber und bildet einen radialen Luftspal.t

Die Mantelfläche des Ankers wird im Längsschnitt, also in einem Schnitt parallel zur Polachse, in der Regel einen geraden Verlauf parallel zur Polachse haben. Ebenso wird die Polfläche des Permanentmagneten, welche der Mantelfläche des Ankers benachbart ist und mit diesem den radialen Luftspalt erzeut, parallel zur Polachse und damit parallel zur Mantelfläche des Ankers verlaufen. Damit hat der radiale Luftspalt zwischen Mantelfläche des Ankers und Polfläche des Permanentmagneten eine konstante Weite längs der Polachse.

Der mittels Permanentmagnet(en) erzeugte magnetische Fluss schließt sich in einem ersten magnetischen Kreis über den Anker, über einen Arbeitsluftspalt zwischen Anker und einem Pol, über diesen Pol und über das weichmagnetische Joch. Der zweite magnetische Kreis schließt sich über den Anker, über den anderen Arbeitsluftspalt zwischen Anker und dem anderen Pol, über den anderen Pol und über das weichmagnetische Joch.

Der Anker ist symmetrisch zu einer Ebene ausgebildet, die normal auf die Polachse steht. Auch der oder die Permanentmagnete sind symmetrisch zu dieser Ebene ausgebildet. Im Ruhezustand des Ankers, wo durch die Spulen keine Bewegung induziert wird, wird dieser durch eine Aufhängung so gehalten, dass erster und zweiter Arbeitsluftspalt gleich groß sind.

Der erfindungsgemäße Signalwandler weist in seiner einfachsten Form einen Anker auf, der von einem oder von mehreren Permanentmagneten umgeben ist. Der Anker ist zwischen zwei gleichartigen, symmetrisch zueinander angeordneten Polen angeordnet. Ein weichmagnetisches Joch schließt die beiden magnetischen Kreise. Anker und Pole und Permanentmagneten können rotationssymmetrisch um die Polachse ausgebildet sein. Der oder die Permanentmagnete wären dann ringförmig bzw. würden gemeinsam eine Ringform ergeben.

Der Anker könnte auch - in Richtung der Polachse gesehen - rechteckig sein. In diesem Fall wären an zumindest zwei parallel zueinander verlaufenden Seiten des Ankers Permanentmagnete, z.B. Stabmagnete, angeordnet, insbesonderen an den Breitseiten, und zwar parallel zueinander in einer Ebene normal zur Polachse, sodass der radiale Luftspalt zwischen Anker und Permanentmagneten jeweils gleich groß ist. Der Stabmagnet wäre dann zumindest so lang wie die entsprechende Seite des Rechtecks. Vorzugsweise wird ein einziger Stabmagnet pro Seite verwendet. Denkbar wären als Sonderfall des rechteckigen Ankers auch ein quadratischer Anker, wobei dann, unter Einhaltung eines konstanten radialen Spalts, entweder für jede Seite des Quadrats Stabmagnete vorgesehen sind, vorzugsweise ein Stabmagnet pro Seite des Quadrats, der zumindest so lang ist wie eine Seite des quadratischen Ankers, oder wieder nur für zwei parallele Seiten des Quadrats Stabmagnete, vorzugsweise ein Stabmagnet pro Seite des Quadrats, der zumindest so lang ist wie eine Seite des quadratischen Ankers. Allgemein kann der Anker die Form eines regelmäßigen n-Ecks haben, der von n Stabmagneten, die einer Seitenlänge des n-Ecks entsprechen, unter Einhaltung eines konstanten radialen Spalts umgeben ist. Die Pole und Spulen sind unabhängig von der Form des Ankers in der Regel rotationssymmetrisch um die Polachse ausgebildet.

Der Pol für einen Anker kann sich aus mehreren Teilpolen mit eigenen Spulen zusammensetzen, z.B. könnten statt einem Pol vier Teilpole vorgesehen werden, die einen rechteckigen Anker abdecken. Denkbar wäre auch, den Anker in mehrere Teilanker zu unterteilen. Die Spule eines Pols kann aus mehreren, insbesondere gleichartigen, Teilspulen aufgebaut sein.

Der erfindungsgemäße Signalwandler kann aber auch mehrere Einheiten jeweils zusammengesetzt aus einem Anker, zwei Polen und umgebender Anordnung von Permanentmagneten sowie einem weichmagnetischen Joch - umfassen. Dabei können sich diese Einheiten entlang einer gemeinsamen Polachse hintereinander befinden. Und/oder diese Einheiten können sich mit jeweils einer eigenen Polachse nebeneinander befinden.

Um eine möglichst große schwingende Masse zu erhalten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der mindestens eine Anker einem feststehenden Teil des Signalwandlers angehört, insbesondere mit einem den magnetischen Kreis umgebenden Gehäuse fest verbunden ist, während die mindestens zwei Pole, die mindestens zwei Spulen, der mindestens eine Permanentmagnet und das mindestens eine weichmagnetische Joch fest miteinander verbunden sind und die, relativ zum Anker, schwingende Masse des Signalwandlers bilde.n

Der erfindungsgemäße Signalwandler weist dann in seiner einfachsten Form einen Anker auf, der mit einem Gehäuse fest verbunden ist, sowie eine schwingende Masse, welche die zwei Pole, die Spulen der Pole, den oder die den Anker umgebenden Permanentmagnete (n) und ein weichmagnetisches Joch umfasst.

Nur der Anker, etwa in Form einer Ankerplatte, ist fest mit dem Gehäuse verbunden, über welches die Schwingungen auf den menschlichen Körper übertragen werden. Alle anderen aktiven Bauelemente, wie Permanentmagnete, weichmagnetisches Joch, Pole einschließlich der Spule, gehören zur schwingenden Masse, die relativ zum Anker und zum Gehäuse schwingt. Auf diese Weise wird die schwingende Masse maximiert. Wenn der erfindungsgemäße Signalwandler mehrere Einheiten - jeweils zusammengesetzt aus einem Anker, zwei Polen und umgebender Anordnung von Permanentmagneten und einem weichmagnetischen Joch - umfasst, sind einerseits die Anker untereinander bzw. alle mit einem Gehäuse verbunden, so wie andererseits die schwingenden Massen untereinander zu einer gemeinsamen schwingenden Masse verbunden sind.

Um die schwingende Masse weiter zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass die schwingende Masse zumindest eine Zusatzmasse enthält, welche weniger magnetisierbar ist als die Pole, der Anker oder das weichmagnetische Joch. Die Zusatzmasse soll keine Rolle im magnetischen Kreis spielen, sodass sie nicht magnetisierbar sein könnte oder zumindest weniger magnetisierbar ist als die magnetisierbaren Elemente des magnetischen Kreises.

In der Regel steht der feststehende Teil des Signalwandlers über federnde Elemente mit der schwingenden Masse des Signalwandlers in Verbindung. Durch die federnden Elemente wird der Anker im Ruhezustand so zwischen den beiden Polen gehalten, dass erster und zweiter Arbeitsluftspalt gleich groß sind. Vorzugsweise ist der Anker über zumindest eine Feder, insbesondere Blattfeder, elastisch mit der schwingenden Masse verbunden. Vorzugsweise ist je eine Feder axial außerhalb des weichmagnetischen Jochs, somit insgesamt zwei Federn, vorgesehen. Der Anker ist an der bzw. den Federn aufgehängt, die Resonanzfrequenz des schwingenden Systems wird durch die Federkonstante der Feder (n) und der schwingenden Masse festgelegt.

Die Nichtlinearität der Reluktanzkraft wird vorteilhafter Weise vermindert, wenn die radial zur Polachse gemessene größte Ausdehnung des Ankers größer ist als die radial zur Polachse gemessene größte Ausdehnung der Pole. Insbesondere kann die radial zur Polachse gemessene größte Ausdehnung des Ankers größer sein als die radial zur Polachse gemessene größte Ausdehnung der Stirnfläche des Pols, also der Polfläche, die zum Anker weist.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anker zumindest im Bereich radial innerhalb der Pole plattenförmig ausgebildet ist. Plattenförmig bedeutet, dass die Endflächen eben und parallel zueinander sind und der Abstand der Endflächen zueinander, also die axiale Höhe bzw. Dicke des Ankers, kleiner ist als seine radiale Ausdehnung. Der Anker kann auch, wenn er radial über die Pole hinausragt, in diesem Bereich die gleiche Höhe haben wie zwischen den Polen. Der Anker wäre also dann gänzlich plattenförmig. Die Plattenform des Ankers bewirkt eine flache Bauweise des Signalwandlers.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die axiale Dicke des Ankers radial außerhalb der Pole zur Mantelfläche des Ankers hin erweitert. Dies verbessert die magnetische Kopplung an den oder die Permanentmagneten und reduziert die Nichtlinearität der Rückstellkraft. Diese Erweiterung erfolgt symmetrisch in beide Richtungen der Polachse.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pole plattenförmig sind und eine Ausnehmung für die Spule aufweisen, die innerhalb der Plattendicke untergebracht ist. Der Pol weist dann einen Polkern auf, der die Spule trägt, und eine Polplatte oder einen Polschuh, der keine Spule trägt und zum Anker weist. Plattenförmig bedeutet auch hier, dass die Stirnflächen des Pols, auch Polflächen genannt, eben und parallel zueinander sind und der Abstand der Stirnflächen zueinander, also die axiale Dicke des Pols, kleiner ist als seine größte radiale Ausdehnung. Die Plattenform des Jochs begünstigt eine niedrige Bauhöhe des Signalwandlers. In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als weichmagnetisches Joch pro Pol einen plattenförmiger Deckel aufweist, der in axialer Richtung am Pol anliegt und diesen in radialer Richtung überdeckt, sowie zumindest eine Wand, welche an die Deckel anschließt, welche die Pole mit Spule, den Anker und den mindestens einen Permanentmagneten radial außerhalb umschließt und an welcher der mindestens eine Permanentmagnet befestigt ist. Es gibt somit zwei Deckel und zumindest eine gemeinsame Wand, welche die beiden Deckel miteinander verbindet. Insbesondere sind - in Umfangsrichtung um die Polachse gesehen - zumindest dort Wände vorgesehen, wo sich Permanentmagnete befinden. Insbesondere sind die Permanentmagnete an oder, radial ganz oder teilweise, in dieser Wand versenkt. Liegt z.B. ein rechteckiger Anker vor, der nur an den Breitseiten des Rechtecks Permanentmagneten aufweist, so könnte nur jeweils auf einer Breitseite des Ankers eine Wand vorgesehen sein. Die beiden Deckel und die beiden Wände würden dann die Form eines Quadermantels haben.

Denkbar ist auch, dass - in Umfangsrichtung um die Polachse gesehen - eine geschlossene umlaufende Wand vorgesehen ist. Auf diese Weise sind der Anker und die Pole jedenfalls vollständig von weichmagnetischem Material umgeben. Die beiden Deckel und die umlaufende Wand würden dann z.B. die Form eines Hohlzylinders oder eines Hohlquaders haben.

Um die Anbindung des oder der Permanentmagneten an den mindestens einen magnetischen Kreis zu gewährleisten und um den Bauraum in radialer Richtung klein zu halten, kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Permanentmagnet innen in einer Vertiefung der Wand angeordnet ist. Insbesondere wird der mindestens eine Permanentmagnet bündig an die Wand bzw. die Oberflächen der Vertiefung anschließen. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Signalwandler in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Signalwandler in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Signalwandler in einer dritten Ausführungsform.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Der Signalwandler in Fig. 1 besteht im Wesentlichen aus zwei baugleichen Polen 1a,1b mit jeweils einer elektrischen Spule 2, zwei Permanentmagneten 3 in Form von Quadermagneten, deren Längsrichtung normal zur Zeichenebene steht, und einem plattenförmigen Anker 4. Die Pole 1a,1b und die Spulen 2 sind rotationssymmetrisch um die Polachse 5 ausgebildet. Der Anker 4 ist nicht rotationssymmetrisch um die Polachse 5, sondern rechteckig ausgebildet. Jeder Pol 1a,1b reicht mit seiner Polfläche 6 bis auf einen Arbeitsluftspalt 7 für den Anker 4 an den Anker 4 heran. Die Pole 1a,1b sind plattenförmig und weisen an der vom Anker 4 abgewandten Stirnseite eine im Querschnitt trapezförmige Ausnehmung für eine Spule 2 auf. Selbstverständlich können die Pole 1a,1b und die Spulen 2 auch anders aufgebaut sein.

In Fig. 1 ist die radiale Länge des Ankers 4 größer als jene der Pole 1a,1b. Die Permanentmagnete 3 sind in radialer Richtung mit gleichem Abstand zur Polachse 5 angeordnet und hier - in Richtung der Polachse 5 gemessen - dicker bzw. höher als der Anker 4. Der Anker 4 ist gänzlich plattenförmig ausgebildet. Die Permanentmagnete 3 sind bezüglich der Polachse 5 radial außerhalb des Ankers 4 angeordnet und bilden mit dessen Mantelfläche 15 (die sich hier aus vier Rechtecken zusammensetzt) einen radialen Luftspalt 14, über welchen der Anker 4 an die Permanentmagnete 3 magnetisch angekoppelt ist, wobei der Luftspalt 14 eine konstante Weite über die Höhe der Mantelfläche 15 des Ankers 4 aufweist, und zwar sowohl in einem Zustand, wo an den Spulen 2 kein elektrisches Signal anliegt, als auch in einem Zustand, wo an den Spulen 2 ein elektrisches Signal anliegt und der Anker 4 aus seiner Ruhelage ausgelenkt ist.

Um die beiden magnetischen Kreise zu schließen, ist hier ein weichmagnetisches Joch 8 vorgesehen, das aus zwei gleichartigen U-förmigen oder brückenförmigen Teilen besteht und im Wesentlichen als Quadermantel ausgebildet ist. Anders gesagt setzt sich das weichmagnetische Joch 8 aus zwei plattenförmigen Deckeln 9 zusammen, die in axialer Richtung am Pol 1a,1b und hier auch an deren Spulen 2 anliegen und die Pole 1a,1b in radialer Richtung überdecken, sowie aus zwei ebenen geraden Wänden 10 (links und rechts dargestellt in Fig. 1), welche an beide Deckel 9 anschließen und die Pole 1a,1b mit Spulen 2, den Anker 4 und die Permanentmagnete 3 umschließen. Parallel zur Zeichenebene sind in diesem Beispiel keine Wände 10 (und auch keine Permanentmagnete 3) vorgesehen, das Joch 8 ist hier also offen. Es wäre aber denkbar, dass auch parallel zur Zeichenebene noch zwei Wände 10 (mit oder ohne Permanentmagnete 3) vorgesehen sind, sodass das Joch 8 insgesamt die Form eines Hohlquaders hätte.

An der Wand 10 ist innen eine Vertiefung vorgesehen, in welcher der Permanentmagnet 3 zumindest mit seiner äußeren Polfläche befestigt ist.

Das weichmagnetische Joch 8 kann auch auf andere Weise zweiteilig ausgebildet sein, z.B. indem ein Deckel 9 und die Wand 10 einen Teil in Form eines Topfes bilden, auf welche dann der andere Deckel 9 aufgesetzt wird.

Die Permanentmagnete 3 sind normal zur Polachse 5 magnetisiert und z.B. als Sm2Col7- oder NdFeB-Magnet ausgeführt. Die Pole 1a,1b können aus weichmagnetischem Metall gefertigt sein. Der Anker 4 und das weichmagnetische Joch 8 können aus dem gleichen Material gefertigt sein wie die Pole 1a,1b.

Ein Gehäuse, das alle genannten und dargestellten Teile des Signalwandlers umschließt, gegen Umwelteinflüsse schützt und am Körper des zu untersuchenden Patienten angelegt werden kann, ist hier nicht dargestellt. Der Anker 4 ist fest mit diesem Gehäuse verbunden und federnd mit der schwingenden Masse des Signalwandlers verbunden, sodass er sich frei gegenüber der schwingenden Masse bewegen kann, also gegenüber den Polen 1a,1b mit Spulen 2, den Permanentmagneten 3 und dem weichmagnetischen Joch 8, und zwar längs der Polachse 5. Die Pole 1a,1b, die Spulen 2, die Permanentmagnete 3 und das weichmagnetische Joch 8 sind fest miteinander verbunden und bilden gemeinsam die schwingende Masse. Selbstverständlich können auch hier Zusatzmassen 16 an der schwingenden Masse angeordnet werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der Anker 4 ist über zwei Blattfedern 17 elastisch mit der schwingenden Masse verbunden, was in Fig. 1 nicht dargestellt ist, aber Fig. 3 entnommen werden kann. Die beiden Arbeitsluftspalte 7 werden durch die Vorspannung der Blattfedern 17 eingestellt. Der durch die Spulen 2 elektrisch erregte magnetische Fluss überlagert sich dem permanentmagnetischen Fluss, der in beiden Arbeitsluftspalten 7 die entgegengesetzte Richtung hat. Der magnetische Fluss geht z.B. vom Anker 4 zu den Polflächen 6 der Pole 1a,1b. Der elektrisch erregte magnetische Fluss verläuft längs der Polachse 5 von oben nach unten oder umgekehrt. Damit verringert er in einem Arbeitsluftspalt 7 den magnetischen Fluss und verstärkt ihn im anderen Arbeitsluftspalt 7. Das führt zu unterschiedlichen Kräften auf beiden Seiten und der Anker 4 bewegt sich, in dem er den Arbeitsluftspalt 7 mit dem stärkeren magnetischen Fluss verkleinert. Die Bewegung des Ankers 4 wird über das nicht dargestellte Gehäuse auf den menschlichen Körper übertragen.

Der Signalwandler gemäß Fig. 2 ist sehr ähnlich zu jenem in Fig. 1, es gilt daher das zu Fig. 1 Gesagte und es werden daher nur die Unterschiede erläutert. Die Spulen 2 sitzen in Fig. 2 in im Querschnitt rechteckigen Ausnehmungen der Pole 1a,1b. Die Ausnehmungen für die Spulen 2 in Fig. 1 und 2 sind jedoch austauschbar.

Der Anker 4 ist in Fig. 2 nur zwischen den Polen 1a,1b plattenförmig. Außerhalb der Pole 1a,1b erweitert sich die axiale Höhe bzw. Dicke des Ankers 4 symmetrisch in beide Richtungen der Polachse 5, und zwar hier um jeweils etwa ein Viertel der Höhe bzw. Dicke des Ankers 4 zwischen den Polen 1a,1b. Die Höhe der Mantelfläche 15 ist vorzugsweise größer als der axiale Abstand der Polflächen der beiden Pole 1a,1b. Die Höhe der Mantelfläche 15 ist aber vorzugsweise kleiner als die axiale Dicke der Permanentmagneten 3, genauer kleiner als die axiale Abmessung der zum Anker 4 gerichteten Polfläche der Permanentmagneten 3. Die Form des Ankers 4 in Fig. 1 und 2 sind austauschbar.

Konzentrisch um die Polachse 5 ist eine Bohrung 12 durch die Pole 1a,1b, das weichmagnetischen Joch 8 sowie durch den Anker 4 selbst vorgesehen, um den Anker 4 mit dem nicht dargestellten Gehäuse zu verbinden, z.B. zu verschrauben. Darüber hinaus sind mehrere kleinere Bohrungen 13 vorgesehen, um das weichmagnetische Joch 8 mit den Polen 1a,1b zu verschrauben. Selbstverständlich könnte das weichmagnetische Joch 8 mit den Polen 1a,1b auch anders verbunden, etwa verklebt werden. Entsprechende Bohrungen 12 und/oder kleinere Bohrungen 13 (bzw. eine Verklebung statt der Bohrungen 13) sind auch für die Ausführung nach Fig. 1 notwendig.

Im Deckel 9 des weichmagnetischen Jochs 8 sind insgesamt vier Gewinde 11 eingezeichnet, die so auch in der Ausführung nach Fig. 1 und 3 vorzusehen sind. Diese dienen zum Anschrauben und Vorspannen der Blattfedern 17 mittels Schrauben 19, siehe Fig. 3.

Die Ausführung nach Fig. 3 ist ähnlich zu jener nach Fig. 1, sodass hier nur auf die Unterschiede oder auf Merkmale eingegangen wird, die über Fig. 1 hinausgehen. Im Fig. 3 ist dargestellt, wie feststehender Teil und schwingender Teil des Signalwandlers mittels Blattfedern 17 miteinander verbunden sind. Dies ist bei den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 ebenfalls vorzusehe.n

Es sind Freistellungen bei Joch 8, Pol 1a,1b und Anker 4 vorzusehen, um eine Verbindung von Anker 4 und Blattfedern 17 herzustellen. Diese Freistellungen sind durch eine mittige Bohrung 12 in Fig. 2 verwirklicht, sowie durch entsprechende zwei Bohrungen neben der Polachse 5 in Fig. 3. In diese Bohrungen der Fig. 3 werden je ein Gewindestift 20, welcher jeweils durch die gesamte Anordnung und somit durch den Anker 4 verläuft, und zwei Gewindehülsen 22 eingesetzt, welche Gewindehülsen 22 jeweils durch den Deckel 8 und einen Pol 1a,1b verlaufen. Auf die Gewindestifte 20 werden die Blattfedern 17 aufgesetzt und mittels Muttern 21 befestigt. Die Gewindestifte 20 dienen dann auch zur Ankopplung des Ankers 4 an ein Gehäuse. Selbstverständlich kann die Verbindung zwischen Anker 4 und Blattfedern 17 auch auf andere Art erfolgen.

Joch 8 und Pole 1a,1b sind in Fig. 3 verklebt, sodass Bohrungen 13, wie sie bei der Ausführung nach Fig. 2 vorgesehen sind, wegfalle.n

Zusatzmassen 16 sind in der Ausführung nach Fig. 3 radial gesehen zwischen den Polen 1a,1b und der Wand 10 des weichmagnetischen Jochs 8 sowie axial gesehen zwischen dem Permanentmagneten 3 und dem Deckel 9 des weichmagnetischen Jochs 8 angeordnet. Auch in den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 können Zusatzmassen 16, z.B. an den Fig. 3 entsprechenden Stellen, vorgesehen werden.

Der gegenständliche Signalwandler findet Verwendung in Hör- und Kommunikationssystemen sowie zur Audiodiagnostik, der zugehörige Knochenleitungshörer (Osteophon) wird getragen und angewendet am menschlichen oder tierischen Schädel. Entsprechend der Verwendung ist die Größe des Knochenleitungshörers und damit des Signalwandlers zu dimensionieren. Bei manchen Ausführungsvarianten des gegenständlichen Signalwandlers ist dieser sehr klein, dann beträgt seine Höhe außen gemessen von Deckel 9 zu Deckel 9 längs der Achse 5 etwa 8-10 mm, der Durchmesser des weichmagnetischen Elements 8, also von Außenseite der Wand 10 zur Außenseite der gegenüberliegenden Wand 10, 15-25 mm, z.B. 20 mm. Der Permanentmagnet 3 weist beispielsweise eine axiale Höhe von 2-5 mm auf, z.B. 3 mm, und eine radiale Abmessung von 1-2 mm, z.B. 1,5 mm. BEZUGSZEICHENLISTE 1a, 1b Pol

2 Spule

3 Permanentmagnet

4 Anker

5 Polachse

6 Polfläche des Pols 1a, 1b

7 Arbeitsluftspalt

8 weichmagnetisches Joch

9 Deckel

10 Wand

11 Gewinde

12 Bohrung

13 Bohrung

14 Luftspalt

15 Mantelfläche des Ankers 4

16 Zusatzmasse

17 Blattfeder

18 Abstandshalter

19 Schraube

20 Gewindestift

21 Mutter

22 Gewindehülse