DE3904373A1

DE3904373A1 - Coil former for dynamic loudspeakers for reducing eddy current influences

Info

Publication number: DE3904373A1
Application number: DE19893904373
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Kueper
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-02-24
Filing date: 1989-02-14
Publication date: 1990-03-29

Abstract

The invention relates to a loudspeaker voice coil former for dynamic loudspeaker systems of metal, which is divided into narrow strips in the axial direction in the area of the voice coil winding, in which arrangement the resultant intermediate spaces can be kept very narrow and are slightly longer than the height of the coil winding. Laying out such a coil former results in a shape which is similar to a cone, that is to say the intermediate spaces between the strips are open at the bottom end. The width of the metal strips determines the remaining damping effect of the coil former. If the strips are sufficiently narrow, the eddy current formation can be reduced in such a manner that the rise time of a loudspeaker is no longer determined by the damping of the coil former but only by the time constant inherent in the coil, disregarding other effects. This means that the coil former behaves like a nonmetallic coil former with respect to the damping, while simultaneously retaining all advantages of a metallic coil former with respect to heat dissipation. In addition, the coil former neck can be constructed as a closed cylinder if the laminations are made sufficiently narrow and long, as a result of which a strong eddy current brake is produced in the form of a short circuit ring which protects the loudspeaker against bottoming in the case of mechanical overloading (Figure 2). <IMAGE>

Description

State of the art

Spulenkörper für Schwingspulen dynamischer Lautsprecher werden heute entweder aus Metall hergestellt, wobei hier Aluminium aus Kosten gründen am weitesten verbreitet sind, oder man verwendet Papier oder andere Nichtleiter, die hohe Temperaturfestigkeiten aufweisen.Coil formers for voice coils of dynamic loudspeakers are used today either made of metal, with aluminum here at cost are most common, or you use paper or other non-conductors that have high temperature resistance.

In Spulenkörpern aus Nichtleitern können keine Wirbelstromfelder erzeugt werden, die ihre Bewegung bremsen. Wenn die auf einen solchen Spulenkörper aufgebrachte Spule eine geringe Zeitkonstante aufweist, ist auch die Anstiegszeit des entsprechenden Lautsprechers sehr gering. Außerdem wird der Signalstrom in der Spule nicht durch verän derliche Wirbelströme beeinflußt, was sich bei einem Lautsprecher dadurch bemerkbar macht, daß die effektive Schwingspuleninduktivität geringer ist als bei einer gleichen Spule auf einem Metallspulen körper. Dies verringert ebenfalls die Anstiegszeit und erweitert damit den Übertragungsbereich eines Lautsprechers zu hohen Frequenzen hin.Eddy current fields cannot exist in coil formers made of non-conductors generated that slow down their movement. If on such Coil body applied has a low time constant, the rise time of the corresponding speaker is also very high low. In addition, the signal current in the coil is not changed by eddy currents affect what happens in a speaker thereby noticeable that the effective voice coil inductance is less than with the same coil on a metal coil body. This also reduces the rise time and expands thus the transmission range of a loudspeaker at high frequencies there.

Der Nachteil dieser Schwingspulenkörper liegt eindeutig in der Tatsache, daß es beim Betrieb von Lautsprechern mit auf solchen Spulenkörpern gewickelten Schwingspulen thermische Probleme gibt.The disadvantage of this voice coil former is clearly in the Fact that when operating speakers with on such Coil-wound voice coils are thermal problems.

Die Wärmeabgabe an die Umgebung ist eindeutig behindert, was dazu führt, daß Lautsprecher mit Schwingspulen auf nichtmetallischen Spulenkörper nicht so hoch belastbar sind, wie Systeme, die mit metallischen Spulenkörpern aufgebaut sind, da nichtmetallische Spulenträger in der Regel auch gute Wärmeisolatoren sind. Das bedeutet, daß einerseits praktisch nur die Oberfläche der Wicklung selbst die Verlustwärme an die Umgebung abgeben kann, andererseits der Spulenkörper zur Erweiterung der Spulen-Wärme kapazität, die notwendig ist, um auch bei kurzzeitig hohen Be lastungen die entstehende Wärme gut verteilen zu können, nicht zur Verfügung steht.The heat release to the environment is clearly hampered, which is why leads to speakers with voice coils on non-metallic Coil formers are not as resilient as systems using metallic bobbins are built up, as non-metallic Coil carriers are usually also good heat insulators. This means that on the one hand practically only the surface of the Winding itself can give off the heat loss to the environment, on the other hand, the coil body to expand the coil heat capacity that is necessary to be able to withstand even high short-term loads to be able to distribute the resulting heat well, not for Available.

Zum einen hat dies, trotz der besseren Reaktionsfähigkeit auf Grund der geringeren Anstiegszeit, zur Folge, daß die dynamischen Fähig keiten eines Lautsprechers eingeschränkt werden, da mit steigendem Signalstrom auch die Temperatur der Spule relativ schnell ansteigt, und daß durch die damit verbundene Widerstandserhöhung die akustische Aussteuerung nicht mehr proportional zur elektrischen Aussteuerung steigen kann.On the one hand, this has, despite the better responsiveness due to the lower rise time, resulting in the dynamic ability of a loudspeaker can be restricted, since with increasing Signal current also the temperature of the coil rises relatively quickly, and that due to the associated increase in resistance, the acoustic Modulation no longer proportional to the electrical modulation can rise.

Zum anderen kann bei kurzzeitiger Überbeanspruchung die in die Spule eingeleitete elektrische Energie (also Leistung mal Zeit) so groß sein, daß die sich daraus entwickelnde Wärme auf Grund der schlechten Wärmeableitung die Spule thermisch zerstört.On the other hand, in the event of a short-term overload, it can enter the coil introduced electrical energy (i.e. power times time) so large be that the resulting heat due to the bad Heat dissipation thermally destroys the coil.

Auf Metallkörper aufgebrachte Spulen dagegen haben wesentlich höhere Wärmekapazitäten, wodurch deren allgemeine Belastbarkeit höher ist, die Impulsbelastbarkeit besser ist und die akustische Aussteuerung auch bei höheren Belastungen besser der elektrischen Aussteuerung folgen kann, da allgemein die Wärmeabstrahlfläche durch den Metallspulenkörper wesentlich vergrößert wird. Dies hat auch zur Folge, daß sich bei mittleren Aussteuerungen ein relativ stabiles thermisches Gleichgewicht einstellen kann, das heißt, bei mittleren Aussteuerungen sind die Temperaturschwankungen um einen Mittelwert herum nicht sehr groß.In contrast, coils applied to metal bodies have much higher ones Heat capacities, whereby their general resilience is higher, the pulse resilience is better and the acoustic modulation even with higher loads better electrical control can follow, since generally the heat radiation surface by the Metal bobbin is significantly enlarged. This also has Consequence that a relatively stable at medium levels can set thermal equilibrium, that is, at medium Modulations are the temperature fluctuations around an average not very big around.

Die Nachteile von Spulenkörpern aus gut leitenden Metallen ergeben sich in erster Linie aus der Wirbelstrombildung im Spulenkörper selbst. Die gebräuchlichste Form eines solchen Spulenkörpers ist ein gerader Metallzylinder, der in axialer Richtung über der gesamten Höhe einen Luftspalt aufweist. Durch den Luftspalt wird verhindert, daß sich ein Kreisstrom im Spulenkörper ausbilden kann, der eine Bewegung der Spule im Magnetluftspalt praktisch verhindern würde. Durch die Unterbrechung bilden sich nur Wirbelströme aus, die sich in den jeweils außerhalb des Magnetluftspaltes befindlichen Bereichen des Spulenkörpers schließen können. Dadurch, daß sich also innerhalb eines Leiters gegenläufige Ströme ausbilden müssen, um einen geschlossenen Stromkreis bilden zu können, werden deren magnetische Auswirkungen schon erheblich geschwächt. Trotzdem sind die ver bleibenden Bremswirkungen so groß, daß sie eine erhebliche Bedämpfung der Spulenbewegung im Luftspalt eines Magneten darstellen.The disadvantages of bobbins made of highly conductive metals primarily from the eddy current formation in the coil body itself. The most common form of such a bobbin is straight metal cylinder that runs axially over the entire Height has an air gap. The air gap prevents that a circular current can form in the coil body, the one Movement of the coil in the magnetic air gap would practically prevent. Due to the interruption, only eddy currents are formed that are in the areas located outside the magnetic air gap of the bobbin can close. By being within of a conductor must form opposing currents in order to To be able to form a closed circuit, its magnetic Impact already weakened considerably. Nevertheless, the ver permanent braking effects so great that they have a significant damping represent the coil movement in the air gap of a magnet.

Oft ist dies ein gewünschter Effekt, der allerdings auf Grund der ebenfalls vorhandenen magnetischen Rückwirkung auf den die Bewegung verursachenden Signalstrom zu höheren Frequenzen hin eine erhebliche Frequenzabhängigkeit der Impedanz hervorruft. Das bedeutet, daß zusätzlich zur Bremswirkung auch noch eine Verschlechterung der Anstiegszeit durch die vergrößerte Spulenimpedanz bewirkt wird.This is often a desired effect, but due to the also existing magnetic feedback on the movement causing signal current to higher frequencies a considerable Frequency dependence of the impedance. It means that in addition to the braking effect, a deterioration of the Rise time is caused by the increased coil impedance.

Wirbelstrombildung kann auch dadurch vermieden werden, indem man für den Schwingspulenkörper Metalle mit höheren spezifischen Widerständen benutzt, wie zum Beispiel Titan oder Konstantan.Eddy current formation can also be avoided by looking for the voice coil bobbin metals with higher specific resistances used, such as titanium or constantan.

Allerdings sind solche Werkstoffe nicht nur wesentlich teurer als Aluminium, sondern auch deren Verarbeitung bereitet zum Teil größere Probleme, wodurch ebenfalls die Herstellungskosten ansteigen.However, such materials are not only significantly more expensive than Aluminum, but also some of its processing, prepares larger ones Problems, which also increase manufacturing costs.

Um trotzdem die nachteiligen Auswirkungen von metallischen, gut leitenden Schwingspulenkörpern auf die dynamischen Eigenschaften von Lautsprechersystemen zu vermindern, gibt es die Möglichkeit, den Spulenkörper im Bereich der Wicklung mit einer oder mehreren Reihen von runden oder länglichen Löchern zu versehen, die die Ausbildung von Wirbelströmen mehr oder weniger stark behindert.To avoid the adverse effects of metallic, good conductive voice coil former on the dynamic properties of To reduce speaker systems, there is the possibility Coil formers in the winding area with one or more rows of round or elongated holes to provide the training more or less hindered by eddy currents.

Description of the laminated bobbin

Bei der hier vorgestellten Erfindung handelt es sich um eine konse quente Weiterentwicklung aller angesprochenen Möglichkeiten zur ge zielten Reduzierung der Wirbelstrombildung in metallischen Spulen körpern.The invention presented here is a cone Continuous further development of all the possibilities mentioned aimed to reduce eddy current formation in metallic coils bodies.

Eine gezielte Reduzierung der Wirbelstrombildung in einem metalli schen Schwingspulenkörper kann erreicht werden, in dem man den Bereich des Spulenträgers, der die eigentliche Spulenwicklung trägt und in seiner axialen Ausdehnung etwas größer ist, als die aufzu bringende Wicklung hoch sein soll, in schmale Streifen zerteilt, wobei die entstehenden Zwischenräume nur so breit sind, daß sich die so entstandenen Lamellen gerade nicht mehr berühren können.A targeted reduction of eddy current formation in a metal 's voice coil former can be achieved by the Area of the coil carrier that carries the actual coil winding and is slightly larger in its axial extent than that to open bringing winding should be high, divided into narrow strips, whereby the resulting gaps are only so wide that the so created slats can no longer touch.

Die Breite der Lamellen richtet sich nach den Anforderungen an den Lautsprecher und kann so gering gemacht werden, daß der Einfluß der verbleibenden Bremswirkung des Spulenkörpers auf die Anstiegszeit eines Lautsprechers sehr viel geringer ist, als die Begrenzung der Anstiegszeit durch die natürliche Zeitkonstante der Schwingspule selbst, ohne daß dabei der Vorteil eines Metallschwingspulenkörpers in bezug auf seine Wärmekapazität und Wärmeabstrahlfähigkeit nennenswert beeinträchtigt wird (Bild 1).The width of the slats depends on the requirements of the loudspeaker and can be made so small that the influence of the remaining braking effect of the coil body on the rise time of a loudspeaker is much less than the limitation of the rise time by the natural time constant of the voice coil itself, without negatively affecting the advantage of a metal voice coil former in terms of its heat capacity and heat radiation capability ( Fig. 1).

Dies geschieht dadurch, daß durch die Festlegung der Lamellenbreite der maximale Durchmesser der Wirbelströme bestimmbar ist, ähnlich wie es bei Tranformatoren zur Verringerung von Wirbelstromverlusten notwendig ist, den Eisenkern zu lamellieren, wodurch ebenfalls die maximalen Wirbelstromdurchmesser gering gehalten werden. Wichtig ist hierbei die Tatsache, daß die Lamellen länger sind, als die Spulen wicklung hoch ist, weil so verhindert werden kann, daß sich bei maxi malem Hub des Systems, im Bereich des dem Spulenhals zugewandten Endes der Lamellen, Wirbelstromfelder bilden können, deren Umfang und Wirkungsbereich über eine Lamellenbreite hinaus geht.This is done by defining the slat width the maximum diameter of the eddy currents can be determined, similar to it with transformers to reduce eddy current losses is necessary to laminate the iron core, which also causes the maximum eddy current diameter can be kept low. Important is the fact that the fins are longer than the coils winding is high because it can prevent that at maxi times the stroke of the system, in the area of the coil neck facing End of the slats, eddy current fields can form, their scope and Effective range goes beyond a slat width.

Wird der Spulenkörper so lamelliert, daß unter normalen Betriebsbe dingungen kein nichtlamellierter Bereich des Spulenkörpers in den Magnetluftspalt eintaucht, so kann der übrige Teil des Schwingspulen körpers, also der Spulenhals, als geschlossener Zylinder ausgeführt sein (Bild 2). Dies bewirkt einerseits eine größere mechanische Stabilität des Spulenhalses, andererseits entsteht so ein Kurzschluß ring, der für den Fall einer mechanischen Überbeanspruchung, bei der die Gefahr des Aufschlagens gegeben ist, eine starke Wirbelstrom bremse für das System darstellt, wie sie sonst nur durch das zusätz liche Aufbringen eines Kupferkurzschlußrings auf dem Spulenkörper hergestellt werden kann.If the coil body is laminated so that under normal operating conditions no non-laminated area of the coil body is immersed in the magnetic air gap, the remaining part of the voice coil body, i.e. the coil neck, can be designed as a closed cylinder ( Fig. 2). On the one hand, this causes greater mechanical stability of the spool neck, on the other hand, a short-circuit ring is created which, in the event of mechanical overload, in which there is a risk of impact, represents a strong eddy current brake for the system, as is otherwise only possible by the additional Liche application of a copper short-circuit ring can be produced on the coil body.

Unabhängig von den Vorteilen, die diese Arten von Schwingspulen körpern für dynamische Lautsprechersysteme bieten, läßt sich die Lamellierung eines Spulenträgers auch schon auf einfache Art reali sieren, da nicht etwa Löcher oder Langlöcher ausgestanzt werden müssen, sondern der Spulenkörper selbst mit einfachsten Mitteln eingeschnitten werden kann. Eine geeignete maschinelle Bearbeitungs form für derartigen Spulenkörpern zu entwickeln, dürfte kein großes technisches Problem darstellen.Regardless of the benefits of these types of voice coils offer bodies for dynamic speaker systems, the Lamination of a coil former is also simple in a real way sieren because holes or elongated holes are not punched out but the bobbin itself with the simplest of means can be cut. Appropriate machining Developing a shape for such bobbins shouldn't be a big deal represent technical problem.

Claims

1. Hollow cylindrical and axially continuous longitudinal slits voice coil bobbin made of electrically conductive material, for voice coils of electrodynamic loudspeaker systems, characterized in that the part of the coil bobbin which is coherent over the coils, in the region of which the coil winding is applied, in the axial direction, or in one obliquely to the cylinder central axis, is interrupted many times by slots that are only open on one side, but at least once in addition to the air gap of the coil former, with each slot being made so wide that the two opposite edges of a slot cannot touch and each slot is at least so long is that it divides beyond the end of the voice coil winding lying towards the coil neck, the part of the coil body carrying the winding.

2. coil former according to claim 1, characterized in that the, in the area of Coil winding many times, but at least once divided coils body on the coil neck, or in the non-winding and not split by the axially or obliquely running slots steering body area, forms a closed hollow cylinder section, in a suitable manner which was in this area edges of the doors that were previously continuous at the entire height expansion joint, electrically connected.