专利名称：：电磁感应受控直驱往复式高效换能器的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种电磁感应直接驱动往复式受力的换能装置，尤其是在同一铁芯磁路中初、次级电磁线圈绕组以电磁感应耦合方式直接把在时间轴上振幅波动电流变化产生的电磁能感应转换为在轴向时间上的受控往复运动机械能。技术背景目前，公知的往复振动式换能器构造及原理，在电一声换能中普遍使用永磁动圈式换能器，即换声器(喇叭)、拾音器(话筒)，它们分别由悬浮活动通电线圈在永磁恒定磁场中受安培电磁力(左手定则)产生位移和在永磁恒定磁场中悬浮活动线圈受力运动切割磁力线产生感应电流(右手定则)，在电能压縮机机械换能中普遍使用旋转周期函数力式电动机带动压縮机机梂体运动。由于在结构、原理上的缺陷和不足，现有换声器存在效率低，与人类听觉特性和功率^大器不能很好的衔接匹配以及在电、力、声能量转换中所带来的信号畸变。现有拾普器存在绕线音圈质量大，传输阻抗不能很好的衔接匹配以及音圈绕线、引出线产生的失真。现有旋转电动机式压缩机存在旋转周期函数力电能变换机械能效率低，旋转机械磨损、结构复杂、体积大、生产制造成本高、总体效率和可靠性低。
发明内容吻了克服现有的往复振动式换能器在其结构、原理上的缺陷和不足，本实用新型提供一种往复式换能器，该换能器用作电一声换能时可消除现有永磁动圈式换声器因磁路驱动系统造成的铜质绕线大质量音崮，音圈与永磁体磁力线受力不均匀产生的绕线螺旋和引出线失真，音圈受力运动切割永磁体磁力线产生的反电动势失真和波形畸变，音圈受单向安培电磁力和前后衔接不匹配以及弹性支片、折环构成的机械弹性振动系统造成的振膜不受控振动换声。该换能器用作声一电换能时可消除现有永磁动圈式拾音器因磁路和振动系统造成的铜质绕线大质量音圈，音圈与永磁体磁力线受力不均匀产生的绕线螺旋和引出线失真以及传输阻抗不能很好的衔接匹配。该换能器用作电能压縮机换能时可消除现有旋转电动机式压縮机造成的旋转周期函数受力式电能一机械能变换，旋转式电动机、压縮机机械磨损，结构复杂、体积大、生产制造成本高，总体效率和可靠性低。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在圆环罐形开口导磁铁芯磁路包覆中内置初、次级电磁线圈绕组，初级驱动线圈绕组在中柱主铁芯磁路上，次级线圈绕组是一匝整体闭合全加载短路环，在圆环罐形导磁铁芯中与初级驱动线圈组和中柱主铁芯磁路同心平行通过中柱分散转折90°主铁芯磁路垂直上开口同心圆环磁缝隙端口引出连接振动体并被悬浮圆环弹性定位支片均匀支撑轴向活动。当初级驱动线圈绕组输入在时间轴上振幅波动的交变电流时，初级驱动线圈绕组和圆环罐形导磁铁芯中将产生变化的交变磁通，因圆环罐形导磁铁芯磁回路中有次级一匝整体闭合全加载短路环，由电磁感应原理，它将反对或阻止初级驱动线圈绕组和圆环罐形导磁铁芯内磁通产生变化，从而使初、次级电磁线圈绕组产生电磁感应。在圆环罐形导磁铁芯内中柱处，同心平行初级驱动线圈绕组和次级一匝整体闭合全加载短路环变化电流、磁通及受力运动方向由电磁感应右手定则确定，在圆环罐形导磁铁芯上开口同心圆环磁缝隙内垂直磁路次级一匝整体闭合全加载短路环变化电流、磁通及受力运动方向由电磁感应左手定则确定。即悬浮活动次级一匝整体闭合全加载短路环及连动振动体在圆环罐形开口导磁铁芯磁路中通过电磁感应左、右手定则垂直90。和平行O。感应二次复合电磁力，直接把输入初级驱动线圈绕组在时间轴上振幅波动电流变化产生的电磁能感应转换为在轴向时间上的双向受控往复运动机械能，达到在同一铁芯磁路中简单、可靠、高效率把电能转换为机械能的目的。图l是圆环罐形开口导磁铁芯磁路包覆中初、次级电磁线圈绕组纵剖面构造图。图中l、圆环罐形幵口导磁铁芯，2、初级驱动线圈绕组AB，3、次级一匝整体闭合全加载短路环线圈绕组(由第一层整体一匝铝质环提高结构强度和第二层覆若干一匝银膜环短点所示，增大总体截面积，降低涡流损耗)，4、圆环罐形导磁铁芯上开口同心圆环磁缝隙，5、悬浮圆环弹性定位支片，6、振动体。图1中，中柱是主铁芯磁路上有初级驱动线圈绕组(2)，上、下铁芯把中柱主铁芯磁路转折90。均匀分散向外圆展开与外圆环铁芯构成磁回路，内虚线箭头所示。次级一匝整体闭合全加载短路环(3)在圆环罐形导磁铁芯磁路中与初级驱动线圈绕组和中柱主铁芯磁路同心平行通过中柱分散转折90°主铁芯磁路垂直上幵口同心圆环磁缝隙端口(4)引出连接振动体(6)并被悬浮圆环弹性定位支片(5)均匀支撑轴向活动。图1构造类同现有电源变压器，由电工学原理，电源变压器作电能变换，导磁铁芯磁路闭合，磁阻低，次级绕组及负载不允许过载和短路。本换能器用作电能、机械能变换，导磁铁芯为开口漏磁路，磁阻大，允许次级绕组及负载短路(电悍机漏磁变压器原理)，次级绕组过大的短路电流使铁芯开口处漏磁通及磁阻降压增大(磁阻欧姆定律)，从而使初、次级线圈绕组电流限制在有限范围内并消除导磁铁芯产生磁饱和，由初级驱动线圈绕组交流阻抗、直流电阻和磁缝隙磁阻限制最大输入功率。根据图1构造，工作原理是当初级绕组输入一交变电流波形如图2所示，正半周A端进B端出，由零值tl向最大值t2逐渐增大的电流时，根据电磁感应原理及右手定则，初级绕组内电流增大产生磁通使铁芯内产生磁力线方向如图1，铁芯内虚线箭头所示，因在同一铁芯磁路中有另一次级整体闭合全加载短路环绕组，根据法拉第楞次定律及变压器互感原理，次级绕组感应电流及磁通总是反对或阻止初级绕组电流及磁通的变化。此时反对或阻止初级绕组及铁芯内磁通量增大，由右手定则确定次级绕组感应电流和磁通与初级绕组电流及磁通相反，以阻止初级绕组电流及磁通向正半周最大值t2增大。在铁芯中柱处初、次级绕组变化电流及磁通同心平行方向相反，使次级绕组受初级绕组电流、磁通增大产生的电磁感应推力平行向上。在铁芯开口同心圆环磁缝隙处，铁芯、磁通已被转折90°并与次级绕组相互垂直，因次级是一匝整体闭合全加载短路环绕组并载有正半周逐渐增大的均匀感应电流，由电磁感应原理，载流线圈在磁场中将受安培电磁力，由左手定则，开口同心圆环磁缝隙处载流次级绕组受铁芯内逐渐增大磁通产生的电磁推力垂直向上与铁芯中柱处次级绕组受初级绕组变化电流、磁通增大产生的电磁感应推力方向一致，从而使次级一匝整体闭合全加载短路环绕组受合成推力向上(左右手电磁感应垂直和平行推力)。当初级绕组通过交变电流增大到正半周最大值t2时，铁芯内磁通，次级绕组感应电流及磁通产生的电磁感应推力都达到最大值。当初级绕组通过交变电流由正半周最大值t2开始折回向零值t3减小时，根据法拉第，楞次定律及变压器互感原理，次级绕组感应电流及磁通将反对或阻止初级绕组电流及铁芯内磁通量的减小。由右手定则，次级绕组感应电流及磁通反向与初级绕组电流及磁通平行同向，以阻止初级绕组电流及铁芯内磁通量的减小。此时铁芯中柱处次级绕组感应电流及磁通受初级绕组电流及磁通量的减小使次级绕组产生平行向下的电磁感应回拉力。在铁芯开口同心圆环磁缝隙处次级绕组感应电流及磁通反向，由左手定则，载流次级绕组受铁芯内磁通减小产生的安培电磁推力垂直向下，与铁芯中柱处次级绕组受初级绕组电流、磁通减小产生的电磁回拉力方向一致，两者合成电磁感应回拉力向下(左右手电磁感应垂直和平行回拉力)，并跟随初级绕组电流及磁通回到零值t3。当初级绕组通过交变电流由零值t3向负半周最大值t4逐渐增大时，相当于初级绕组AB进出端换向即B端进A端出。由电磁感应原理及右手定则，初级绕组电流及磁通与输入交变电流正半周时相反，即铁芯内磁力线方向与图1中虚线箭头相反。由法拉第楞次定律及变压器互感原理，次级绕组感应电流及磁通将反对或阻止初级绕组电流及磁通向负半周最大值t4增大，由右手定则，次级绕组感应电流及磁通与初级绕组电流及磁通平行相反，铁芯中柱处初、次级绕组电流、磁通同心平行并相反，使次级绕组受初级绕组电流、磁通增大产生的电磁感应推力平行向下。在铁芯开口同心圆环磁缝隙处，铁芯、磁通己被转折90。并与次级绕组相互垂直，因次级是一匝整体闭合全加载短路环并载有负半周逐渐增大的均匀感应电流，由左手定则，开口同心圆环磁缝隙处载流次级绕组受铁芯内增大磁通产生的安培电磁推力垂直向下，与铁芯中柱处受初级绕组电流、磁通增大产生的电磁感应推力方向一致，两者合成电磁感应推力向下(左右手电磁感应垂直和平行推力)。当初级绕组通过交变电流增大到负半周最大值t4时，铁芯内磁通量，次级绕组感应电流及磁通产生的电磁感应推力都达到最大值。当初级绕组通过交变电流由负半周最大值t4折回向零值t5减小时，根据法拉第楞次定律及变压器互感原理，次级绕组感应电流及磁通将反对或阻止初级绕组电流及铁芯内磁通量的减小，由右手定则，次级绕组感应电流及磁通反向并与初级绕组电流及磁通同心平行同向，以阻止初级绕组电流及铁芯内磁通量的减小。在铁芯中柱处次级绕组感应电流及磁通受初级绕组电流及磁通量的减小使次级绕组产生平行向上的电磁感应回拉力。在铁芯开口同心圆环磁缝隙处次级绕组感应电流及磁通反向，由左手定则，载流次级绕组受铁芯内磁通减小产生的安培电磁推力垂直向上，与铁芯中柱处次级绕组受初级绕组电流及磁通减小产生的电磁感应回拉力方向一致，两者合成电磁感应回拉力向上(左右手电磁感应垂直和平行回拉力)，并跟随初级绕组电流及磁通回到零值t5，从而完成交变电流一个周期。在交变电流整个周期换能过程中次级绕组感应受力运动方向、范围和速度受输入初级绕组电流、波形速率、频率及磁通大小和方向控制，当初级绕组电流及磁通由零值tl、t3向正t2或负t4最大值变化时，次级绕组感应电流及磁通与初级绕组电流及磁通方向相反，合成推力向上和向下。当初级绕组电流及磁通由正t2和负t4最大值向零值t3、t5折回变化时，次级绕组感应电流及磁通与初级绕组电流及磁通方向同向，合成回拉力向下和向上，即初级绕组电流及磁通在交变电流波形零值tl、t3、t5处换向，而次级绕组感应电流及磁通在交变电流波形正t2和负t4最大值处换向。初级驱动线圈绕组把输入交变电流、电压在时间轴上振幅波动变化产生的电磁能高效率感应转换为次级一匝整体闭合全加载短路环及振动体在轴向时间上的双向受控往复运动机械能，并在初级驱动线圈绕组输入变化电流及磁通控制下随时间重复下去。本实用新型的有益效果是(1)圆环罐形开口导磁铁芯磁路中初级驱动电磁线圈以电磁感应垂直90。和平行O。二次复合电磁力直驱悬浮活动无线绕低质量次级一匝闭合短路环音圈及振膜独立双向受控往复轴向运动，集合等效现有永磁动圈式换声器加匹配电感变压器，更完善、简洁、可靠、高效。(2)悬浮活动一体化无线绕低质量覆膜次级短路环音圈、振膜以电磁感应耦合方式在内置初级电磁线圈偏磁圆环罐形导磁铁芯垂直上开口同心圆环磁缝隙内作独立受控质量谐振往复轴向运动，集合等效现有永磁动圈式拾音器加匹配传输变压器，更完善、简洁、可靠、有效。(3)双端互补、推挽、平衡圆环罐形开口导磁铁芯磁路中初级驱动电磁线圈以电磁感应垂直9(T和平行O。二次复合电磁力直驱无损电动压縮一体化质量谐振腔往复轴向运动，集合等效现有旋转式电动机和压縮机，更完善、简洁、可靠、高效。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。图1是本实用新型换能器圆环罐形开口导磁铁芯和初、次级电磁线圈绕组纵剖面构造图。图中l、圆环罐形开口导磁铁芯，2、初级驱动线圈绕组AB，3、次级一匪整体闭合全加载短路环绕组，4、圆环罐形导磁铁芯上开口同心圆环磁缝隙，5、悬浮圆环弹性定位支片，6、振动体。图2是输入初级电磁线圈绕组正弦交变电流波形图。图中tl、t3、t5波形零值，t2、t4波形正和负最大值。图3是高电阻率铁粉或铁氧体导磁铁芯内、外反L形圆环拼合及初、次级电磁线圈绕组芯式分离构造图。图中l、内、外反L形圆环导磁铁芯，2、初级驱动线圈绕组AB，3、次级一匝整体闭合全加载短路环绕组，4、组成圆环罐形导磁铁芯同心圆环磁缝隙。图4是叠片叠压导磁铁芯内、外反L形两两半圆环拼合及初、次级电磁线圈绕组芯式分离构造图。图中横虚线是两两半圆环反L形铁芯拼合对接绝缘面，以消除圆环叠片导磁铁芯涡流环短路，1、内、外两半圆环反L形导磁铁芯，2、初级驱动线圈绕组AB，3、次级一匝整体闭合全加载短路环绕组，4、组成圆环罐形导磁铁芯同心圆环磁缝隙。图5是外圆壳式单端构造图。它以图3、图4芯式圆环罐形导磁铁芯中心轴线向外画展开形成中心漏空外圆壳式结构。1、壳式圆环罐形开口导磁铁芯，2、初级驱动线圈绕组AB，3、次级一匝整体闭合全加载短路环绕组，4、组成圆环罐形导磁铁芯同心圆环磁缝隙。图6是双端互补、推挽、平衡壳式构造图。它以图5中心漏空外圆壳式单端，在相对面增加一组相同结构组成。图l、3、4、5是单端结构，由图1原理，当次级一匝闭合短路环向同心圆环磁缝隙外受力运动时，被铁芯磁路包覆的次级一匝闭合短路环截面积将减小，反之向圆环磁缝隙内受力运动时，次级一匝闭合短路环截面积将增大，使次级一匝闭合短路环感应电流、磁通和受力产生上下振幅不相同及非线性受力运动。采用图6双端铁芯和绕组，一组短路环线圈移出量等于另一组短路环线圈移进量，不对称非线性感应受力被抑制，两组初级驱动线圈绕组可串、并联，次级一匝闭合短路环中心定位、受力更均匀平衡，驱动受力功率及位移量更大。图6中1、上下端壳式圆环罐形开口导磁铁芯及初级电磁线圈，2、双球面振板，3、合并次级一匝整体闭合全加载短路环绕组，4、悬浮双圆环弹性定位支片，5、壳体。图7是现有永磁动圈式换声器纵剖面构造图，图中1、锥盆振膜，2、折环，3、音圈(骨架和线绕线圈)，4、永磁体磁路(导磁体和永久磁铁)，5、弹性定心片，6、引出线，7、磁缝隙，8、盆架。图8是实施例1，电磁感应受控直驱动圈式换声器纵剖面构造图。图中l、锥盆振膜，2、折环，3、音圈(次级一匝整体闭合全加载铝质环覆若干一匝银膜短路环)，4、电磁体磁路(初级驱动电磁线圈和圆环罐形开口导磁铁芯)，5、弹性定心片，6、引出线AB，7、磁缝隙，8、盆敏图9是铁磁质导磁铁芯磁化曲线图(实线)。图中o点到a点是指数弯曲线，a点到b点是对数弯曲线。图10是铁磁质软磁导磁铁芯磁滞曲线图(实线)。图中，a点到o点是指数弯曲线，o点到b点是对数弯曲线。图11是交变电流三角波形图(实线)。图中o、b、d点波形零值，a、c点波形正和负最大值。图12是晶体三极管eb结指数失真曲线图。图中o到a段是指数弯曲线。图13是指数弯曲和对数弯曲连续变化波形图(实线)。图中，o、b、d点波形零值，a、c点波形正和负最大值，b是正负波形过零交点，a'、c'虚横线是正负波形最大值截止线。图14是数字开关阶梯形不连续电流变化波形图。图中，竖小格是数字开关阶梯形不连续电流波值，虚线是模拟连续电流变化波形，tl、t3、t5波形零值，t2、t4波形正和负最大值。图15是实施例2，电磁感应受控直驱动圈式拾音器纵剖面构造图。图中，1、初级电磁线圈绕组AB和圆环罐形开口导磁铁芯，2、次级闭合短路环(圆形绝缘膜覆导电膜短路环在罐形导磁铁芯同心圆环开口磁缝隙内轴向运动不超出上下端口)，3、同心圆环磁缝隙，4、悬浮圆环弹性定位支片，5、振膜。图16是实施例3，电磁感应受控直驱谐振无损一体化压縮机立式剖面构造图。图中，1、上下单端相对开口圆环罐形导磁铁芯，初级驱动电磁线圈AB、A'B'和外壳，2、中间活动双球面圆形振板(活塞)，3、合并次级一匝整体闭合短路环，4、悬浮双圆环弹性定位支片，5、振板(活塞)中心连动单向阀，6、高压腔单向阀。图17是外圆壳式单端波浪平面振膜换声器纵剖面构造图。图中，1、壳式圆环罐形开口导磁铁芯，2、次级一匝闭合短路环音圈，3、初级驱动线圈绕组，4、圆形波浪平面振膜，5、悬浮圆环弹性定位支片。图18是双机应力平裙型电磁感应受控直驱谐振无损一体化压縮机平置剖面构造图。图中，1*1'两机双圆环罐形开口导磁铁芯，2'2'初级驱动线圈绕组，3*3'合并次级一匝整体闭合短路环，4*4'悬浮双圆环弹性定位支片，5*5'振动板(活塞)连动单向阀，66高压腔单向阀，7、共用低压腔，8、壳体。具体实施方式在图8所示实施例1中，锥盆振膜(1)与次级一匝整体闭合全加载短路环(由铝质环覆若干一匝银膜环)音圈(3)连体被折环(2)和弹性定心片(5)悬浮支撑在盆架(8)上构成质量弹性振动系统。电磁体磁路(4)由圆环罐形开口导磁铁芯内置初级驱动电磁线圈AB及引出线(6)构成电磁驱动系统。振动系统被盆架(8)支撑在圆环罐形铁芯上，活动次级短路环音圈(3)—端插入圆环罐形导磁铁芯上幵口同心圆环磁缝隙(7)内置圆环罐形导磁铁芯中柱处与初级驱动线圈和中柱主铁芯磁路及中柱分散转折90°主铁芯磁路圆环磁缝隙(7)作同心垂直和平行电磁耦合。根据图1工作原理，在电磁驱动系统初级驱动绕组AB输入变化音频电流及磁通驱动控制下，悬浮活动次级短路环音圈(3)通过电磁感应左手(磁缝隙(7)处)和右手(中柱主铁芯处)定则感应二次复合电磁力带动连体悬浮活动振膜(1)作独立双向受控往复振动换声。换声器，电声还原的喉舌及终端重要器件，其性能和品质对整个电声还原将产生重要影响。高保真电声还原主要由人类听觉系统(耳鼓膜)、电声换能系统(磁路音圈振膜)、电声处理驱动系统(音源及放大器)组成。人类听觉系统由大脑听觉神经、耳蜗、鼓膜、耳道、耳廓等构成并形成人类与生俱来，不可更改的独有听觉特性及曲线，由耳鼓膜作为机械声波传输接口，电声换能和电声处理驱动系统是人为的技术措施。高保真电声还原，首要考虑符合人类听觉特性及衔接匹配，电声换能系统作为人类听觉系统和电声处理驱动系统间过渡的桥梁，前与人耳鼓膜衔接后与功率放大器匹配，更显其突出位置和重要性9在电声学和力学中已知声波信号为频率和波幅的连续变化，人耳鼓膜、空气、换声器振膜对声波信号为质量谐振传递，鼓膜、空气、振膜都具有一定质量只是大小不同，在作质量谐振传递运动过程中，三者都有一定的质量初始运动加速过程(禁止状态)和质量运动惯性(质量运动惯性过冲)过程。由力学原理，具有质量与速度的物质具有动能，从而使三者都存在一定的机械运动时间常数和波形过渡响应速率，特别是对频率和波幅连续变化的声波信号，这就对电声换能系统换声器发声源提出较高要求，即衔接匹配受控振动换声。换声器磁路及驱动系统必须很好的驾驭音圈振膜振动并有效跟踪和匹配电声处理驱动系统功率放大器输出的音频电流波形。目前普遍使用图7所示永磁动圈式换声器。图中，'锥盆振膜(1)与骨架式绕线音圈(3)连体被折环(2)和弹性定心片(5)悬浮支撑在盆架8上构成质量弹性振动系统。永磁体磁路(4)由导磁铁和永磁体构成永磁磁路系统。振动系统被盆架(8)支撑在导磁铁上，悬浮活动绕线音圈(3)置入永磁磁缝隙(7)内，通过弹性引出线(6)从振膜(1)上引出。当绕线音圈(3)输入变化音频电流由零值向正或负最大值变化时，由电磁感应左手定则确定绕线音圈(3)在磁缝隙(7)内受力方向，此时由安培电磁力对磁缝隙(7)内磁力线作用把音圈(3)及连体振膜(1)推向正或负最大值(克服折环(2)和定心片(5)弹性力)。当变化音频电流由正或负最大值向零值变化时，此时安培电磁力减小，由折环(2)和定心片(5)的弹性力把音圈(3)和振膜(1)拉回到零值。即由单向安培电磁推力和机械弹性回拉力完成往复振动换声，在换声运动过程中绕线音圈(3)将切割磁缝隙(7)内磁力线产生感应电流(发电机原理)由右手定则确定方向与输入变化音频电流相反即反电动势，折环(2)和定心片(5)机械弹性力的介入使绕线音圈(3)中的反电动势对消减输入变化音频电流波形相位超前错后，造成现有永磁动圈式换声器对输入变化音频电流波形跟踪还原差，波形产生畸变，前后衔接不匹配，振膜不受控振动换声，从而影响到整个电声还原质量。对比图7、图8结夠，区别在于音圈和磁体磁路驱动系统，图8结构原理及驱动音圈振膜受力运动不同于现有永磁动圈式换声器图7，使电声处理驱动系统和人类听觉系统共同组成的高保真电声还原发生根本性变化。新型换能器及图8换声器结构和原理都以电感变压器原理为基础，在电工学、电子学中电感变压器由铁磁质导磁铁芯和电磁线圈构成。图9是铁磁质导磁铁芯磁化曲线(实线)，图IO是铁磁质软磁导磁铁芯磁滞曲线(实线)。从图9、10曲线中可看到磁强度H值和磁感应强度B值曲线是弯曲的即非线性。在电工、电子学中电感变压器都认为是非线性元件(直线性以外)，在数学意义上图9中，oa段实线是指数函数曲线，ab段实线是对数函数曲线，同理图10中ao段实线是指数函数曲线，ob段实线是对数函数曲线，即指数弯曲失真和对数变曲失真。如果我们在弯曲的B、H值曲线上作B-H值直截线，如图9中虚线o到b过a点，图10中虚线a到b过o点。从两图中可看到虚直线存在于弯曲的B、H值曲线中并使两曲线都存在互补关系，图9中oa与ab互补，图10中ao与ob互补，在数学上指数函数和对数函数互为反函数，指数函数曲线和对数函数曲线互补图形可对应于图9、IO中弯曲曲线，因直线性存在于连续变化的指数函数曲线和对数函数曲线中，在此定义为"迂回互补线性"。导磁铁芯磁化、磁滞曲线的非线性导致电感变压器的非线性。以图11中上升和下降速率较高的三角波oab(实线)输入电感变压器，形成图ll中并不直接响应，而是随oab虚线作迂回互补响应的变形波形，造成虚线波形响应是由导磁铁芯和电磁线圈组成的电感变压器工作性质决'定，由法拉第楞次定律及RL电感换路原理，电感变压器自感电动势的大小和方向取决于电流变化率的大小和正负。自感电动势阻碍电流突变(电磁惯性)，次级一匝闭合短路环全加载作用使初级线圈绕组自感电动势降至最低，但并不改变电感变压器的性质。把图11中三角波oab分解对比图9、10，图11中oa段和图9中ob段，图10中ab段有对应相同的迂回互补线性特性，图11中ab段是三角波折回下降段与oa上升段反相对称，在图11中ac实线点是三角波电流正和负最大值由高速尖顶峰过度(突变波形)，ac点虚线则由速率较低的缓冲圆顶过渡(自感电动势抑制突变波形)。对高速突变波形作迂回互补和缓冲圆顶过渡响应，不仅存在于电感变压器中，也存在于有质量初始运动加速和质量运动惯性的换声器振膜、音圈、人耳鼓膜及空气质量谐振运动中。质量初始运动加速和质量运动惯性，使换声器音圈、振膜和人耳鼓膜以及空气对高速驱动波形力存在一定机械运动时间常数(禁止到加速)和波形过渡响应速率(质量运动惯性过冲)即质量初始运动加速时间延时和质量运动惯性过冲时间延时。使其跟踪响应高速率驱动波形力产生非线性(迂回互补线性)。以图11中高速三角波oab实线，由力学原理，有一定质量的音圈振膜、鼓膜、空气，由禁止到加速运动会产生图9中oa段实线所示指数弯曲(质量初始运动加速时间延时)，当达到三角波波峰返回时，因音圈振膜、鼓膜、空气存在质量运动惯性力会产生图11中ac点虚线所示缓冲圆顶过渡即对数弯曲(质量运动惯性过冲时间延时)，音圈振膜、鼓膜、空气质量一定，质量初始运动加速过程和质量运动惯性过程的大小和方向取决于驱动波形力变化率的大小和正负，等同于电感变压器自感电动势对输入波形电流变化率的大小和正负及特性并与之对应吻合。图11中实线和图13中虚线是高速三角波形，音圈振膜质量初始运动加速时间延时和质量运动惯性过冲时间延时较大，形成图11中虚线和图13中实线迂回互补线性跟踪特性。悬浮活动短路环音圈振膜在连续变化音频电流波形驱动力下作连续受控质量振动时，图11、12、13中质量初始运动指数弯曲失真和晶体管指数弯曲失真以及图11、13中b点波形过零值换向和乙类放大器产生的交越开关失真，在连续受控质量运动和质量运动惯性力的作用下被抑制克服。因上述失真都在图9、.10、11、12、13中obd零值附近。根据图1原理，初级驱动绕组电流、磁通在波形零值处换向，次级短路环感应电流、磁通及受力在波形最大值处换向，初级驱动绕组变化电流及铁芯内产生的磁通在零值处最低，对次级短路环音圈振膜受控作用力也最小，由音圈振膜在波顶最大值质量惯性驱动作用下，在零值处将产生连续质量惯性运动，并且在波顶最大值处由质量运动惯性过冲时间延时产生的对数弯曲失真将反相校正波形过零产生的指数弯曲失真(迂回互补线性)。输入初级驱动线圈绕组变化电流及磁通由零值向正和负绿大值增大时，次级短路环音圈振膜感应受控质量运动力及惯性力也由小增大，当初级驱^J绕组内出现图13中a'、c'横虚线由晶体管特性产生的过载饱和削波平顶波形和a、c点虚线尖峰高速突变波形时，音圈振膜质量运动惯性将对突变波形受力产生过冲时间延时(波顶过渡响应速率)形成图13中实线圆顶波形过渡，饱和削波平顶失真，奇高次谐波高速尖脉冲突变波形失真被抑制克服。当初级驱动绕组输入图14中实线竖小格阶梯形不连续数字开关音频电流波形时，由电感变压器匹配传输和RL换路暂态过渡原理，高频、高速变化波值电流在频率域响应、时间域响应、波形冲击响应和低通滤波特性与悬浮活动次级短路环音圈振膜独立双向受控质量运动及质量运动惯性的共同作用下将产生图14中虚线所示连惯平滑跟踪波形。电感变压器在频率域、时间域、波形中击响应和低通滤波特性抑制滤除各类波形失真的同时使音圈振膜跟踪还原音源波形受控振动换声更理想。音源放大器输出的各类音频电流波形最终反应在音圈振膜受控往复振动换声上，初、次级电磁线圈以电磁感应耦合方式独立运作，使初级驱动绕组匹配传输阻抗不在受次级短路环音圈制约，做到完全匹配传输驱动。在图8中悬浮活动次级一匝整体闭合全加载铝质短路环覆若干一匝银膜环音圈(3)，可等效现有永磁动圈式换声器无铜质绕线音圈铝质骨架，铜质绕线音圈和引出弹性接线质量被省去，由此产生的绕线螺旋失真，磁隙磁场不均匀失真，绕线音圈受力运动切割永磁体磁力线反电动势失真不复存在。因次级短路环音圈(3)振膜(1)受初级驱动绕组AB中变化音频电流及磁通双向控制作用力振动换声，定心片(.5)、折环(2)对音圈(3)振膜(1)构成的机械弹性力降到最低，只起辅助支撑定位作用，在新型电磁感应受控直驱动圈式换声器设计频宽范围内消去机械弹性力影响，使音圈(3)振膜(1)受控跟踪音频波形力振动换声更好，动瞬态特性、效率、灵敏度、频率响应、阻尼特性等性能大幅度提高。图6是双端对称互补插挽平衡结构，音圈振膜双向受控受力运动无非线性。图1、3、4、5、8、17是单端不平衡结构，次级短路环音圈振膜受力向铁芯磁缝隙内移动时，截面积增大，直流电阻降低，感应受力增大，反之向磁缝隙外移动时，截面积减小，直流电阻增大，感应受力减小，形成不对称非线性受力运动。由于现有振膜式换声器都将前振膜开放，后振膜(磁体端)被装入有限容积(音箱)内，使容积内空气劲度对后振膜加载受力。由力学原理，有限容积内空气压縮时压力增高受力大于膨胀时压力下降受力，与音圈振膜向(磁体端)容积内移动受力增大相抵消，不对称非线性受力运动被抑制。由新型电磁感应受控直驱动圈式换声器结构和原理，悬浮活动无线绕低质量次级短路环音圈振膜独立双向受控质量运动及运动惯性；波顶过渡响应速率；迂回互补线性；电感变压器匹配传输，波形频域、时域、冲击响应及低通滤波特性；前后衔接适应性，将全面匹配衔接人类听觉特性和各类放大器，完善、提升和拓展功率放大器品质，有效抑制克服各类波形失真和失真引起的人耳及大脑不适，把各类放大器输出的模拟连续和数字开关不连续变化音频电流波形自然衔接过渡转换为人耳及大脑相适应吻合的声波波形，图17是新型换声器拓展应用。新型电磁感应受控直驱动圈式换声器和现有永磁动圈式换声器主要性能对比见表l:(表l)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在图15所示实施例2中，圆环叙匿形开口导磁铁芯中内置初级电磁线圈绕组AB組.成电磁体(1)即磁路驱动系统。次级闭合短路环线斷(2)是在圆形绝缘膜上覆若干一匝银膜导电环与振膜(5)连体被圆环弹性定位支片(4)悬浮支撑在圆环罐形开口导磁铁芯上，构成质量弹性振动系统。实际中次级闭合短路环(2)圆形绝缘膜、球面振膜(5)和悬浮圆环弹性定位支片(4)由绝缘塑料膜一体化成形。电磁体(1)以外加永磁体偏磁或以内置初级电磁线圈绕组AB加直流电偏磁使圆环罐形导磁铁芯和同心圆环开口磁缝隙(3)内建立起恒定磁场，同心圆环开口磁缝隙(3)内次级短路环线圈(2)与连体振膜(5)被悬浮圆环弹性定位支片(4)支撑在圆环罐形铁芯上轴向活动。当外界声波信号与振膜(5)发生质量谐振运动时，连动次级闭合短路环线圈(2)在同心圆环开口磁缝隙(3)内作切割恒定磁场磁力线运动，由电磁感应右手定则，导体在磁场内作切割磁力线运动将产生感应电流(发电机原理)。因次级是闭合短路环线圈，感应电流在圆环线圈上均匀闭合，闭合电流将产生磁场，磁场大小、方向与次级短路环线圈(2)运动方向和速率有关并影响圆环罐形开口导磁铁芯内偏磁磁场产生变化，使电磁体上初级电磁线圈绕组AB产生电磁感应(线圈及铁芯内磁通产生变化)并输出声波信号，从而完成声电捡拾转换。图15是图8实施例1结构原理的变形应用，悬浮活动一体化无线绕低质量覆膜短路环音圈，可等效现有永磁动圈式拾音器无铜质线绕音圈膜质骨架，铜质绕线音圈质量、引出线、磁隙磁场及绕线螺旋失真不复存在。由变压器匹配传输原理及初、次级电磁线圈绕组以电磁感应耦合方式独立运作，悬浮活动一体化无线绕低质量覆膜短路环音圈、振膜独立受控质量谐振往复运动；波顶过渡响应速率；迂回互补线性；变压器匹配传输，波形频域、时域、冲击响应及低通滤波特性；前后衔接适应性，将使新型电磁感应受控直驱动圈式拾音器各项性能全面提高。新型电磁感应受控直驱动圈式拾音器和现有永磁动圈式拾音器主要性能对比见表2:(表2)性能类别效率灵敏度音圈振膜质量匹配衔接性频率响应动瞬态特性阻尼特性磁场绕引线失真电磁感应受控动圈式高小好宽好好无永磁动圈式高大差窄.差差有在图16所示实施例3中，上下单端相开口圆环鳎!形导磁铁芯磁路中内置初级SIK动线圈绕组AB、A'B'与外壳构成圆柱形双端互补、推挽、平衡、电动压縮一体化定子腔体(1)，合并次级一匝整体闭合短路环(3)圆环两端置入上下单端圆环罐形导磁铁芯相对开口同心圆环磁缝隙内及中柱主铁芯磁路和初级驱动线圈绕组AB、A'B'处，两端一半中间处与中心带连动单向阀(5)双球面圆形振板(活塞)(2)连体相互垂直并被悬浮双圆环弹性定位支片(4)支撑在上下单端圆环罐形导磁铁芯相对开口同心内圆铁芯上轴向活动，合并次级一匝整体闭合短路环(3)和中间连体垂直双球面振板(2)及连动单向阀(5)有效质量与悬浮双圆环弹性定位支片(4)构成质量弹性振动系统。由中间双球面振板(2)和连动单向阀(5)及悬浮双圆环弹性定位支片(4)的作用把圆柱型定子腔体(1)内分隔成上膨胀低压腔和下压縮高压腔，腔体中心是气体进出通道，图中上下箭头方向所示，下高压腔气体出口处有单向阀(6)阻止气体回流。现以图16中下端圆环罐形开口导磁铁芯和初级驱动绕组组成的驱动工作体进一步说明原理(上端驱动工作体与下端反相原理相同合并组成双端互补、推挽、平衡结构)。禁止状态时，合并次级短路环(3)、连体相互垂直双球面圆形振板(2)和连动单向阀(5)被悬浮双圆环弹性定位支片(4)支撑在高低压腔中间位置。根据图1工作原理，当初级驱动绕组AB输入图2所示正弦交变电流，A端进B端出，由零值tl向正半周最大值t2增大时，由电磁感应左、右手定则，次级短路环(3)、连体振板(2)和连动单向阀(5)受二次复合电磁感应推力向上运动，高压'腔容积增大，腔内气体产生负压与低压腔内气体推力下使振动板(2)上连动单向阀(5)打开，高压单向阀(6)在高压腔内负压和外系统气体推力下关闭，低压腔内气体通过单向阀(5)进入高压腔。当初级驱动绕组AB通过交变电流增大到正半周最大值t2吋，次级短路环(3)、连体振板(2)和连动单向阀(5)，受二次复合电磁感应向上推力也达到t2时的最大值，即低压腔最小容积，高压腔最大容积处，低压腔内气体通过连动单向阀(5)全部进入高压腔。当初级驱动绕组AB通过交变电流由正半周最大值t2折回向零值t3减小时，次级短路环(3)、连体振板(2)和连动单向阔(5)，受二次复合电磁感应回拉力向下，使振板(2)对高压腔内气体产生压縮，气体压力使连动单向阀(5)关闭，出口单向阀(6)被打开，压縮气体进入外系统，高压腔容积逐渐减小，低压腔容积和内回流气体逐渐膨胀增大，并跟随回拉力运动到零值t3。当初级驱动绕组AB通过交变电流由零值t3向负半周最大值t4增大时，由电磁感应左、右手定则，次级短路环(3)、连体振板(2)和连动单向阀(5)，受二次复合电磁感应推力向下，高压腔内气体继续被压縮到外系统，容积继续减小，低压腔容积和内回流气体继续膨胀增大。当初级驱动绕组AB通过交变电流由零t3增大到负半周最大值t4时，次级短路环(3)、连体振板(2)和连动单向阀(5)，受二次复合电磁感应向下推力也达到t4时的最大值，使高压腔容积压縮减小到最小值，压縮气体全部进入外系统，低压腔容积和内回流气体膨胀达到最大值。当初级驱动绕组通过交变电流由负半周最大值t4折回向零值t5减小时，次级短路环(3)、连体振板(2)和连动单向阀(5)，受二次复合电磁感应回拉力向上，高压腔容积由负半周t4时的最小值向零值t5增大，连动单向阀(5)在低压腔内回流膨胀气体推力和高压腔内气体负压下打开，低压腔内膨胀气体进入高压腔，同时在外系统气体压力下使高'压腔单向阀(6)关闭，并跟随输入初级驱动绕组AB变化电流回到零值t5,即禁止状态中间值，从而完成交变电流及电磁感应二次复合受力对气体压縮、膨胀运动一个周期。初级驱动绕组AB、A'B'把输入交变电流、电压在时间轴上振幅波动变化产生的电磁力高效率感应转换为合并次级短路环(3)、连体双球面圆形振板(2)和连动单向阀(5)在轴向时间上的往复运动机械力。把合并次级短路环(3)、连体双球面圆形振板(2)和连动单向阀(5)与悬浮双圆环弹性定位支片(4)构成的质量弹性振动系统固有振动频率谐振于输入初级驱动绕组AB、A'B'驱动电源频率，由力学原理，当质量振动系统固有振动频率与输入驱动频率发生谐振时，质量振动系统就会越振越强烈，振幅越来越大，输入驱动电源产生的电磁力只为振动系统补充能量。即输入驱动电源产生的电磁力和质量振动系统谐振产生的机械力将全部高效率转换为新型直驱谐振无损一体化压縮机机械往复轴向运动作用力对气体压縮、膨胀有效做功上。初级驱动绕组AB、A'B'是单相直驱结构，无辅助绕组，可方便AB、A'B'并联全功率，AB或A'B'单组半功率，AB、A'B'串联l/4功率，整机结构和控制简单，无机械损耗和润滑系统，起动电流低，可靠性高，图18是新型电动压缩机拓展应用。新型电磁感应受控直驱谐振无损一体化压縮机和现有旋转电动机式压縮机主要性能对比见表3。(表3)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>权利要求1、一种往复式换能器，在永磁恒定磁场中置入悬浮活动驱动线圈和连动体振膜或以旋转电动机带动机械体，其特征是圆环罐形开口导磁铁芯磁路包覆中内置初、次级电磁线圈绕组，初级驱动线圈绕组在中柱主铁芯磁路上，次级一匝整体闭合全加载短路环在圆环罐形导磁铁芯中与初级驱动线圈绕组和中柱主铁芯磁路同心平行通过中柱分散转折90°主铁芯磁路垂直上开口同心圆环磁缝隙端口引出连接振动体并被悬浮圆环弹性定位支片均匀支撑轴向活动。2、根据权利要求1所述的往复式换能器，其特征是圆环罐形开口导磁铁芯是高电阻率铁粉和铁氧体或叠片式导磁铁芯反L形圆环和反L形两半圆环拼合，单端芯式、单端壳式、双端壳式o3、根据权利要求1所述的往复式换能器，其特征是双端互补、推挽、平衡直驱无损电动压縮一体化质量谐振腔。专利摘要一种电磁感应直接驱动的往复式换能器。它是在圆环罐形开口导磁铁芯磁路包覆中内置初、次级电磁线圈绕组，初级驱动线圈绕组在中柱主铁芯磁路上，次级一匝整体闭合全加载短环在圆环罐形导磁铁芯中与初级驱动线圈绕组和中柱主铁芯磁路同心平行通过中柱分散转折90°主铁芯磁路垂直上开口同心圆环磁缝隙端口引出连接振动体并被悬浮圆环弹性定位支片均匀支撑轴向活动。由电磁感应原理，在圆环罐形开口导磁铁芯磁路中悬浮活动次级一匝整体闭合全加载短路环及振动体将通过左、右手定则垂直90°和平行0°感应二次复合电磁力，直接把输入初级驱动线圈绕组在时间轴上振幅波动电流变化产生的电磁能高效率感应转换为在轴向时间上的双向受控往复运动机械能。文档编号H01F21/02GK201134323SQ20072012661公开日2008年10月15日申请日期2007年8月4日优先权日2007年8月4日发明者曹晓洪申请人:曹晓洪