DE1272374B - Lautsprecher-Magnet und Verfahren zu seiner Magnetisierung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES wjfS|^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H04r

Deutsche Kl.: 21 a2 - 2/01

Nummer: 1272 374

Aktenzeichen: P 12 72 374.9-31 (G 48467)

Anmeldetag: 16. November 1966

Auslegetag: 11. Juli 1968

Die Erfindung bezieht sich auf Permanent-Magnete und im besonderen auf Lautsprecher-Magnete sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Permanent-Magnete und Lautsprecher-Magnete.

Permanent-Magnete, die für Lautsprecher verwendet werden, weisen eine magnetische Anisotropie auf, d. h., die Magnetisierung solcher Magnete ist längs einer bevorzugten Richtung orientiert. Dieses wird dadurch erreicht, daß man die Permanent-Magnete während des Abkühlungsprozesses beim magnetischen Härten einem magnetischen Feld aussetzt, das mit der bevorzugten Magnetisierungsrichtung übereinstimmt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 295 082 beschrieben.

Typische Lautsprecher-Magnete weisen einen Permanent-Magneten auf sowie ein Polstück und ein oder mehrere magnetische Joche, die zum Schließen des magnetischen Flusses dienen. Der magnetische Fluß in einem solchen magnetischen Kreis, wie ihn ein Lautsprecher-Magnet darstellt, geht durch den Permanent-Magneten axial hindurch, knickt um 90° ab und fließt radial durch den Luftspalt nach außen, wo er mit einer Lautsprecherspule in Wechselwirkung tritt. Der Weg der magnetischen Kraftlinien ist daher rechteckig. Um den Wirkungsgrad und das Verhalten solcher Lautsprecher zu verbessern, weisen die Magneten eine bevorzugte Magnetisierungsrichtung auf, die axial verläuft und mit dem Weg durch den magnetischen Kreis zusammenfällt. Wie ein Permanent-Magnet für Lautsprecher bzw. ein Lautsprecher-Magnet aufgebaut ist, hängt zu einem großen Teil von der Richtung und dem Weg des magnetischen Flusses in solchen Permanent-Magneten ab, der wieder eng mit der bevorzugten Magnetisierungsrichtung oder Orientierung des Lautsprecher-Magneten in Verbindung steht.

Ziel der Erfindung ist daher ein Lautsprecher-Magnet mit einer solchen Vorzugsrichtung der Magnetisierung, die wesentliche Verbesserungen im Aufbau der magnetischen Kreise zuläßt, die in Lautsprechern verwendet werden.

Weiterhin ist die Erfindung auf Lautsprecher-Magneten gerichtet, die einfacher und aus weniger Einzelteilen als die bisher bekannten Lautsprecher-Magnete aufgebaut sind und trotzdem einen höheren magnetischen Wirkungsgrad als die bisher bekannten Lautsprecher-Magnete aufweisen.

Diese Ziele der Erfindung werden erreicht, wenn man einen Permanent-Magneten erfindungsgemäß derart magnetisiert, daß der magnetische Fluß in ihm in axialer Richtung eine gekrümmte Bahn entlang-Lautsprecher-Magnet und Verfahren
zu seiner Magnetisierung

Anmelder:

General Electric Company,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. L. Michaelis und Dr. E. Ziegler,

Patentanwälte, 6000 Frankfurt 16, Taunusstr. 20

Als Erfinder benannt:

Rollin James Parker, Greenville, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. Dezember 1965
(515401)

läuft, so daß die magnetischen Feldlinien an den Seitenflächen des Magneten austreten. Demzufolge tritt auch der magnetische Fluß seitlich aus dem Magneten und nicht mehr an seinen Stirnflächen aus. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Lautsprecher-Magneten günstiger, da nun der magnetische Fluß dort konzentriert ist, wo er konzentriert sein soll, nämlich im Luftspalt. Weiterhin wird dadurch erreicht, daß der gesamte magnetische Kreis eines Lautsprecher-Magneten, der einen solchen Permanent-Magneten und die Magnetjoche zum Schließen des Flusses aufweist, wesentlich vereinfacht werden kann. Man benötigt nämlich für die Stirnflächen des Magneten keine Magnetjoche mehr, um den magnetischen Kreis zu schließen, und außerdem ist es möglich, wie weiter unten noch erläutert wird, diejenigen Teile, die zum Schließen des magnetischen Kreises noch erforderlich sind, einfacher und kompakter aufzubauen. Schließlich beinhaltet die Erfindung noch ein Verfahren, Permanent-Magnete in der beschriebenen Weise zu orientieren.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

F i g. 1 ist ein Schnitt durch einen zylindrischen Permanent-Magneten für Lautsprecher nach der Erfindung und zeigt die Orientierung der magnetischen Kraftlinie;

F i g. 2 ist ein Schnitt durch einen ganzen Lautsprecher-Magneten nach der Erfindung, der einen

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Permanent-Magneten und ein Joch zum Schließen des magnetischen Kreises die Flußdichten in den ma-

des magnetischen Kreises aufweist; gnetischen Bauteilen zur Erzielung einer bestimmten

F i g. 3 ist ein Schnitt durch einen Lautsprecher Flußdichte im Spalt niedriger sein können. Ein üb-

mit einem Lautsprecher-Magneten nach der Erfin- liches Magnetjoch zum Schließen des magnetischen

dung; 5 Kreises in einem Lautsprecher-Magnet muß einen

F i g. 4 ist ein Schnitt durch eine Vorrichtung, mit ausreichend großen Querschnitt aufweisen, damit die

der Permanent-Magneten erfindungsgemäß orientiert Flußdichte an keiner Stelle die magnetische Sättigung

werden können. im Metall überschreitet. Da nun die Größe des

In der Fig. 1 ist ein zylindrischer Permanent- magnetischen Flusses pro Einheitsfläche im Joch bei Magnet 1 für Lautsprecher dargestellt, dessen Stirn- io dem Lautsprecher-Magneten nach der Erfindung fläche mit 2 und 3 und dessen Seitenfläche mit 4 be- niedriger ist, kommt man zum Schließen des magnetizeichnet ist. Dieser Permanent-Magnet ist derart sehen Kreises mit einem Joch von geringerem Querorientiert, daß die Flußlinien in ihm einen gekrümm- schnitt aus. Dadurch ist es möglich, Lautsprecherten Weg oder eine gekrümmte Bahn 5 beschreiben. Magneten aufzubauen, die Magnetjoche aus dünnen Die Wege oder Bahnen 5 sind um die Achse A-A des 15 Blechen verwenden, die dann aus magnetischem Permanent-Magneten rotationssymmetrisch angeord- weichem Eisen hergestellt sein können,
net. Wie man der Fig. 1 entnimmt, treten die ge- Ein weiterei Grund, warum der Querschnitt der krümmten Bahnen 5 oben und unten bei 6 und 7 aus Joche zum Schließen des magnetischen Kreises kleiden Seitenflächen des Magneten aus. Ein Magnetpol ner sein kann, besteht darin, daß die Fläche, an der bildet sich daher an der Seitenfläche 4 ganz oben 20 sich der Permanent-Magnet und die Joche berühren, bei 6, während der andere Magnetpol an der Seiten- verhältnismäßig groß ist, so daß der magnetische fläche ganz unten bei 7 gebildet ist. Die bevorzugte Fluß verteilt und damit die Flußdichte geringer ist. Magnetisierungsrichtung, die in der Fig. 1 im Das eben gesagte geht noch deutlicher aus dem Schnitt dargestellt ist, ist gegenüber der Achse des Lautsprecher nach Fig. 3 hervor. Von der Mitte Permanent-Magneten rotationssymmetrisch. Man er- 25 des Lautsprecherkorbes 11 ragt ein röhrenförmiges hält somit den Weg des magnetischen Flusses da- Joch 12 herab, das mit dem Lautsprecherkorb 11 zudurch, daß man eine Kurve 5 um die Mittelachse A-A sammen aus einem Stück hergestellt ist. Die Verwendes Magneten um 360° herumdreht. Jede Ebene, die dung von Metall des Lautsprecherkorbes als Magnetdurch die Mittelachse des Magneten hindurchgeht, joch für den Lautsprecher-Magneten ist deswegen zeigt somit die gleiche Orientierung der magnetischen 30 möglich, weil man die Joche zum Schließen des Feldlinien wie die Fig. 1. magnetischen Kreises aus dünnem Blech herstellen

Wie man nun einen Permanent-Magneten in einem kann. Diese Teile des Lautsprecherkorbes, die als

Lautsprecher-Magneten verwenden kann, der so Magnetjoch verwendet werden, können beim Stanzen

orientiert ist, wie es in der F i g. 1 gezeigt ist, ist in solcher Lautsprecherkörbe mit ausgeschnitten wer-

der Fig. 2 dargestellt. Wie die Fig. 2 zeigt, ist das 35 den. Wie dieses Ausschneiden bzw. Ausstanzen und

einzige, was notwendig ist, um die magnetischen das Herstellen der Magnetjoche vor sich gehen kann,

Kreise zu schließen, ein Joch 8, das als offener Zylin- ist an anderer Stelle bereits vorgeschlagen worden,

der ausgebildet ist. In dieses Joch 8 ist der Perma- Die restlichen Bestandteile des Lautsprechers sind

nent-Magnet 1 koaxial eingesetzt. Ganz unten ist das noch eine konische Membran 13 und eine flexible

Joch 8 noch mit einem nach innen ragenden Flansch 9 40 Zentrierfeder 14. Die Lautsprecherspule 15 ist auf

versehen, der den Permanent-Magneten 1 ganz unten einem Spulenkörper 16 angeordnet, der mit der Mem-

bei 7 berührt. Zwischen der Seitenfläche des Perma- bran 13 verbunden ist.

nent-Magneten ganz oben bei 6 und dem Joch 8 ist Ein weiterer Vorzug der Erfindung ist ebenfalls in ein Zwischenraum belassen worden, der den Luft- der Fig. 2 dargestellt. Der Querschnitt des Luftspalt 10 bildet. 45 spaltes 10 stimmt mit dem Querschnitt des Ringrau-

Der Permanent-Magnet mit dem Magnetjoch 8 mes 17 überein, der von dem restlichen Joch und den nach Fig. 2 erlaubt es, Lautsprecher-Magneten auf- Seitenflächen des Permanent-Magneten gebildet ist. zubauen, die eine Anzahl bemerkenswerter Vorzüge Wenn auch ein solcher Aufbau bei Lautsprecheraufweisen. Messungen haben gezeigt, daß im Luft- Magneten nicht unbekannt ist, wurde dieser Aufbau spalt 10 90% der gesamten magnetomotorischen 50 bisher vermieden, da man bisher bemüht war, zur Kraft verfügbar ist, während bei Lautsprecher- Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrades den Magneten bisheriger Bauart nur 65 bis 75 % der axial verlaufenden magnetischen Fluß in Permanentmagnetomotorischen Kraft im Luftspalt gefunden Magneten und den axial verlaufenden Fluß in den werden. Zusätzlich gehen praktisch 100% des ma- Jochen in Querrichtung möglichst weit zu trennen, gnetischen Flusses durch das Gebiet hindurch, in dem 55 Dadurch sollte erreicht werden, daß der magnetische die Lautsprecherspule angeordnet ist. Bei Lautspre- Fluß von den Seiten des Magneten zum Magnetjoch cher-Magneten der bisherigen Bauart gehen dagegen nur durch den Luftspalt hindurchgeht. Bei üblichen etwa 20% des Magnetflusses durch Streuflüsse ver- Lautsprecher-Magneten geht der magnetische Fluß in loren bzw. durchsetzt nicht die Spule. Wenn man also axialer Richtung durch den Permanent-Magneten einen Permanent-Magneten mit der Orientierung 60 hindurch. Ein magnetischer Fluß in radialer Richtung nach F i g. 1 zusammen mit einem Joch nach F i g. 2 kann nur an den äußersten Enden des Magneten zuverwendet, kann man sich in Lautsprechern die Ener- gelassen werden und sollte an allen anderen Stellen gie üblicher Permanent-Magneten in viel höherem unterbunden werden. Bei dem Lautsprecher-Magne-Maß zunutze machen. ten nach F i g. 2 ist immer eine magnetische Radial-

Die Erfindung macht es weiterhin möglich, das 65 komponente vorhanden (d. h. eine Flußkomponente

Magnetjoch zum Schließen des magnetischen Kreises auf die Seitenflächen des Magneten zu), so daß bis

aus dünnem magnetischem Blech aufzubauen. Das ist auf ein kleines Gebiet in der Nähe des Magneten eine

möglich, da auf Grund des besseren Wirkungsgrades radiale Flußkomponente auftritt. Es ist daher mög-

lieh, den Querschnitt des Ringraumes 17 in dem Lautsprecher-Magneten kleiner zu machen, so daß man den ganzen Lautsprecher kleiner herstellen kann. Nach der Erfindung ist es nicht erforderlich, daß der Luftspalt und der sich daran anschließende Ringraum immer den gleichen Querschnitt haben müssen, wie es in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist. Trotzdem ist es durch die Erfindung möglich, diesen Ringraum kleiner als im üblichen Lautsprecher-Magneten zu machen.

Die Erfindung beinhaltet weiter ein Verfahren, um Magneten so zu orientieren, wie es in der F i g. 1 dargestellt ist. Eine Vorrichtung, die zur Orientierung der Permanent-Magneten nach der Erfindung geeignet ist, ist in der F i g. 4 dargestellt. Die Vorrichtung weist ein keramisches Rohr 19 auf, in das die Permanent-Magneten 20, 21, 22 und 23 eingeschoben sind. An den Stellen, an denen sich die Permanent-Magneten berühren, sind Scheiben 24, 25, 26 und 27 aus einem weichen Eisen angeordnet, die als Magnetpole ao wirken. Die gesamte Vorrichtung ist von einem äußeren zylindrischen Rohr 28 umgeben, das aus einem magnetisch permeablen Material, wie beispielsweise aus weichem Eisen hergestellt ist und den magnetischen Fluß zurückführt. Auf die innere Röhre 19 sind as periodisch eine Anzahl von Windungen 29, 30, 31 und 32 aufgesetzt, die dazu dienen, an den äußeren Enden der Magneten Magnetpole entgegengesetzter Polarität hervorzurufen. Die Windungen sind somit um den Magneten 20 in einem Wicklungssinn herumgelegt, um den Magneten 21 im entgegengesetzten Wicklungssinn, um den Magneten 22 herum wieder im ersten Wicklungssinn usw., so daß abwechselnd Nord- und Südpole entstehen, die um die Enden der Permanent-Magneten herumwirken, mit denen die Permanentmagneten aneinander anstoßen. Wie man am besten der F i g. 4 entnimmt, verläuft bei einer solchen Anordnung der magnetische Fluß von den Scheiben 24, 25, 26 und 27 aus auf einer gekrümmten Bahn durch die zylindrischen Magneten hindurch bis zum entgegengesetzten Magnetpol, der durch die nächste Scheibe gebildet ist, und von dort zurückdurch das Rohr 28, so daß der Kreis geschlossen wird. Dieser magnetische Kreis ist in der Fig. 4 nur für drei Magneten dargestellt. Er wiederholt sich jedoch innerhalb der gesamten Vorrichtung zur Orientierung der Permanent-Magneten.

Wenn man eine beliebige Anzahl solcher periodischer Feldspulen um eine wärmeisolierende, temperaturbeständige Röhre, wie beispielsweise die Röhre 19, anordnet, in der die Lautsprecher-Magneten enthalten sind, kann man eine Anzahl von Lautsprecher-Magneten erfindungsgemäß orientieren. Die Permanent-Magneten werden zuerst auf eine Temperatur gebracht, die oberhalb ihrer Curie-Temperatur liegt, vorzugsweise auf eine Temperatur, die etwa 300° C über der Curie-Temperatur liegt. Daraufhin werden die Magneten unter Einschaltung des Magnetfeldes in der eben beschriebenen Vorrichtung unter Durchlaufen der Curie-Temperatur bis auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die Orientierung in den abgekühlten Magneten entspricht dann der gekrümmten Bahn, die oben bereits beschrieben wurde.

Nun soll noch kurz ein Beispiel für das Verfahren nach der Erfindung angegeben werden:

In das keramische Rohr 19 (F i g. 4) sind eine Anzahl (beispielsweise 100) zylindrische Permanent-Magneten eingeschoben, die aus Alnico 5 im Sandgußverfahren hergestellt und auf die richtigen Abmessungen geschliffen sind. Die Zusammensetzung der Permanent-Magnete nach Gewichtsprozenten war die folgende: 8% Aluminium, 14% Nickel, 24% Kobalt, 3 % Kupfer, Rest Eisen. Nun wird das Rohr in einen Induktionsofen eingelegt, und das Rohr und die Magneten werden auf eine Temperatur von HOO⁰C gebracht. Die Curie-Temperatur der Alnico-5-Legierung liegt zwischen 800 und 850° C. Nun werden das Rohr und die Magneten aus dem Induktionsofen herausgenommen und zur magnetischen Orientierung in die Vorichtung nach F i g. 4 eingesetzt. Jeder Magnet ist so ausgerichtet, daß die Berührangsstelle zwischen zwei nebeneinanderliegenden Magneten genau in der Mitte von einer der Scheiben 24, 25, 26 und 27 liegt. Nun werden die periodisch angeordneten Wicklungen unter Strom gesetzt, und die Permanent-Magneten verbleiben so lange in dem Orientierungsfeld, bis sie sich unter Unterschreiten ihrer Curie-Temperatur auf etwa 600 bis 700° C abgekühlt haben. Hierzu benötigt man bei üblichen Umgebungstemperaturen etwa 5 bis 10 Minuten.

Die Permanent-Magneten, mit denen sich die Erfindung besonders befaßt, sind Magneten, die aus Eisen-, Kobalt-, Nickel-, Aluminiumlegierungen hergestellt sind, die unter der Bezeichnung Alnico 5 bekannt sind. Alnico 5 ist dasjenige magnetische Material, das für Lautsprecher-Magneten am häufigsten verwendet wird. Man kann aber auch andere magnetische Materialien verwenden, sofern sie für die Erzeugung von permanentmagnetischen Lautsprechern mit hohen Flußdichten geeignet sind.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Lautsprecher-Magnet mit einem zylindrischen Permanent-Magneten und magnetischen Jochbauteilen, die zum Schließen des magnetischen Kreises dienen, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanent-Magnet derart orientiert ist, daß der magnetische Fluß innerhalb des Magneten in axialer Richtung eine gekrümmte Bahn beschreibt, so daß die magnetischen Kraftlinien aus den Seitenflächen des Permanent-Magneten austreten.

2. Lautsprecher-Magnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Fluß innerhalb des Permanent-Magneten um die Achse des Magneten rotationssymmetrisch aufgebaut ist.

3. Lautsprecher-Magnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pole des Permanent-Magneten an den Seitenflächen des Magneten dicht neben seinen beiden Stirnflächen liegen.

4. Lautsprecher-Magnet nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochteile den Permanent-Magneten an einem Ende seitlich umschließen und ihn berühren und daß die Jochbauteile am anderen Ende des Magneten von den Seitenflächen einen gewissen Abstand haben, so daß zwischen der Seitenfläche des Magneten und den Jochbauteilen ein Ringraum entsteht, in den die Lautsprecherspule einsetzbar ist.

5. Lautsprecher-Magnet nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanent-Magnet aus Alnico 5 hergestellt ist.

6. Verfahren zur Orientierung mehrerer Permanent-Magneten zur Verwendung in einem

Lautsprecher-Magneten nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durch Aufheizen der Magneten und Abkühlen der Magneten in einem magnetischen Feld, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanent-Magneten während des Abkühlens ko-

axial und mit den Stirnflächen aneinanderstoßend in ein Magnetfeld eingebracht werden, das von mehreren Spulen hervorgerufen wird, von denen jede genau einen Magneten umschließt, die jeweils gegensinnig erregt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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