EP1474952B1 - Moteur electrodynamique a bobine mobile notamment pour haut-parleur, haut-parleur et piece polaire adaptee - Google Patents

Moteur electrodynamique a bobine mobile notamment pour haut-parleur, haut-parleur et piece polaire adaptee Download PDF

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Publication number
EP1474952B1
EP1474952B1 EP03717399A EP03717399A EP1474952B1 EP 1474952 B1 EP1474952 B1 EP 1474952B1 EP 03717399 A EP03717399 A EP 03717399A EP 03717399 A EP03717399 A EP 03717399A EP 1474952 B1 EP1474952 B1 EP 1474952B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pole piece
magnet
coil
gap
height
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03717399A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1474952A1 (fr
Inventor
Gilles Milot
François MALBOS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harman Becker Automotive Systems GmbH
Original Assignee
Harman Becker Automotive Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Harman Becker Automotive Systems GmbH filed Critical Harman Becker Automotive Systems GmbH
Publication of EP1474952A1 publication Critical patent/EP1474952A1/fr
Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/02—Details
    • H04R9/025—Magnetic circuit

Definitions

  • the present invention relates to an electrodynamic motor with voice coil intended in particular for producing a loudspeaker.
  • a loudspeaker and a pole piece adapted to the motor are also considered within the scope of the invention.
  • Speakers with electrodynamic voice coil motor are known. They conventionally comprise a motor with a two-pole magnet for producing a magnetic field which is looped in an air gap by means of two pole pieces, each pole piece being in relation with one of the poles of the magnet.
  • the pole pieces are usually made of soft iron or low carbon steel.
  • the gap is a zone of free space in which the magnetic field is substantially constant and it corresponds in practice to an area where the pole pieces are closest to each other.
  • a voice coil consisting of turns of a conductive wire is arranged in the gap.
  • the coil In order to convert the moving force of the voice coil into an acoustic pressure wave, the coil is secured to an acoustic membrane which can thus move the air into its environment.
  • the structural and dimensional characteristics of the membrane are adapted to the envisaged applications of the loudspeakers.
  • the motor has a circular symmetry with respect to a central antero-posterior axis and the coil is a circular winding of turns.
  • the membrane generally presents such circular symmetry, but there are, however, elliptical diaphragm loudspeakers.
  • the frequency range to be restored is very wide, from about ten Hertz to a few tens from KiloHertz. It is generally considered that the range of frequencies to be restored must be between 20Hz and 20KHz.
  • the wavelengths associated with this wide range do not allow the realization of a single speaker with good rendering characteristics, for example in terms of distortion, sensitivity and directivity throughout the range. It is therefore necessary to use adapted loudspeakers whose reduced rendering range makes it possible to obtain quality rendering characteristics over said reduced range.
  • the membrane is a cone and the motor magnet is a ring or crown, the two terms being synonymous here, usually ferrite.
  • the magnetic field is then looped in an air gap between an inner edge of an anterior pole piece disposed on a front pole of the magnet and a central core extending forwardly the rear pole piece in relation to the rear pole of the pole. magnet.
  • the membrane is secured at one end to the coil and the other to a peripheral suspension, or edge, integral with a rigid frame also attached to the engine.
  • An inner suspension or “spider” makes it possible to axially maintain the voice coil during its antero-posterior movements so that it remains free, without lateral friction, in the gap.
  • Such a structure is said to be double-guided because, on the one hand, the peripheral suspension or edge and, on the other hand, the "spider" both contribute to the axial retention even for large excursions of the coil.
  • a core cover or dust cover can also be implemented in the center of the cone.
  • the membrane is usually a dome that can be concave or convex.
  • a core magnet generally a neodymium metal cylinder, iron, boron, is disposed by a first of its two poles on a rear pole piece or cylinder head which, by a lateral extension from rear to front, loops the magnetic field in a gap.
  • the magnet may also be ferrite or metal type with other components and, for example, TICONAL.
  • An anterior pole piece, or so-called pellet or anterior field plate is disposed on the second pole of the magnet with an outer peripheral edge which limits the gap to the opposite of the yoke.
  • a suspension at the periphery of the dome allows the maintenance of the voice coil along the anteroposterior axis during its movements within the air gap, without lateral friction.
  • Such a structure is said to have a simple guide as opposed to the "boomer" previously described which is double-guided.
  • loudspeakers combining characteristics of the two previous types, and in particular for a "medium" dome whose magnet is a ferrite ring and whose looping of the field to the air gap by the rear pole piece is performed by an extension in central crown forward.
  • the speakers can be either a magnet solid core or pierced with a central orifice and disposed at the center of the motor, a magnet ring or ring then disposed outwardly relative to the central axis and the coil.
  • the coil In the case of a core magnet, the coil is disposed outwardly with respect to the magnet.
  • the coil In the case of a corona magnet, the coil is generally disposed inwards, towards the center, with respect to the magnet.
  • the magnet may be ferrite type, TICONAL or ALNICO metal alloy type or ALCOMAX® (aluminum, nickel, titanium, cobalt, iron), or based on rare earth (samarium, cobalt or neodymium, iron , boron).
  • ferrite type TICONAL or ALNICO metal alloy type or ALCOMAX® (aluminum, nickel, titanium, cobalt, iron), or based on rare earth (samarium, cobalt or neodymium, iron , boron).
  • the maximum linear displacement distance of the coil is generally called linear maximum excursion or X Max which can be abbreviated to X M.
  • X Max linear maximum excursion
  • Two alternatives have been proposed for this purpose. The first is to achieve a homogeneous winding with a height (along the anteroposterior axis of displacement) important, greater than the height of the air gap. In this way, as long as the coil remains entirely in the gap, there will be proportionality between the force and the current in the coil. This configuration, called long coil, is preferably implemented in the "boomers”.
  • the second consists, on the contrary, in making a coil whose height is reduced relative to the height of the gap. This configuration, called short coil, is preferably implemented in the "tweeters" or "mediums”.
  • the invention proposes to reduce the effect of this type of problem by a particular configuration of the gap of a moving coil electrodynamic motor.
  • the invention therefore relates to an electrodynamic motor with a voice coil, in particular for a loudspeaker, the voice coil consisting of a winding of a determined number of turns of an electrical conductor being integral with an acoustic membrane, the motor comprising at least a two-pole magnet disposed between an anterior pole piece and a posterior pole piece, the anterior pole piece and the posterior pole piece looping the magnetic field of the magnet in an air gap, said gap being delimited on a first side by a first peripheral edge of the anterior pole piece and a second side by a second peripheral edge of the posterior pole piece, the voice coil being disposed in said gap, the turns being perpendicular to the magnetic field so that when a current is sent into the coil, the latter moves along an anteroposterior axis.
  • the gap is split, at least one of the edges of said gap having a groove, the groove being oriented substantially parallel to the turns, said edge having a first posterior surface of height E1 separated from a second anterior surface height E2 through the groove of height C, the groove forming a zone recessed with respect to the first surface and the second surface, E1 determining a first gap space of the posterior magnetic field B1 and E2 determining a second field gap space prior magnet B2, the coil having a height H B less than or equal to the height E1 + C + E2 of the split air gap, and in that the groove comprises internally a continuous and closed ring of electrically conductive material.
  • E1 is substantially equal to E2
  • the coil is substantially homogeneous and the coil has a height H B such that H B is substantially equal to E1 + C or E2 + C or E1 / 2 + C + E2 / 2.
  • the ring of conductive material may occupy all or part of the groove and that the width of the gap may be the same or not along the height of the air gap, the latter alternative corresponding to the case where the first surface is away from the second or vice versa.
  • the groove may be disposed on a peripheral edge of an anterior pole piece, the groove may be disposed on a peripheral edge of a posterior pole piece and, finally, the two peripheral edges respectively corresponding to the posterior pole piece and to the anterior pole piece may each have a groove, in the latter case, the realized structure may be symmetrical or not with respect to the median plane of the gap.
  • the winding can be homogeneous or not.
  • the height E1 may be equal or not to the height E2.
  • the invention also relates to a voice coil electrodynamic loudspeaker comprising a motor according to one or more of the preceding features.
  • the invention thanks to a means of remarkable simplicity, allows the realization of a moving coil electrodynamic motor with improved linearity. Thanks to the split structure of the air gap it is possible to obtain the forces to which it is subjected the coil during its movements equilibrate and compensate between the two zones defined by E1 and E2. For example, when the force created by the field area B1 decreases because the number of exposed turns decreases, the coil moving forward, an equivalent force created by the field B2 is added because more turns are entering B2 field.
  • the product B. / is adapted so that there is actually compensation during the displacement of the coil: the fields B1 and B2 may be identical or different with a homogeneous coil or not.
  • the configuration of the invention makes it possible in particular to reduce odd-order distortions which are the most unpleasant to the ear.
  • This configuration also makes it possible to reduce the effects of DC offset, "DC shift".
  • the engines thus obtained can also be extremely compact while having a large excursion of the voice coil.
  • the use of a counter-magnet also makes it possible to increase the efficiency of the motor and to produce a low leakage loudspeaker particularly suitable for television applications in which the magnetic fields must be reduced to avoid distortions of the images produced by cathode ray tubes.
  • the width of the gap is different between the posterior field area limited by E1 and the area of the previous field limited by E2 because E1 is closer to the magnet than E2.
  • the front extension of the posterior pole piece is shortened relative to the front end of E2 which is vis-à-vis.
  • the application of the invention has, for example, allowed the production of a loudspeaker which has a reduced distortion of about three times in a low frequency range compared to a speaker of the state of the technical.
  • a loudspeaker 1 with an electrodynamic motor with a crown or ring magnet and with a cone-type membrane 6 is shown in a transverse section passing through the axis of central symmetry of revolution of the motor.
  • Such a type of loudspeaker is generally adapted to the restitution of the low frequencies of the spectrum and is generally called "boomer”.
  • the motor here consists of a crown magnet 3 of ferrite type with two opposite polar faces. The magnet rests with its posterior polar face on a rear pole piece 4, or rear plate, and which has a front central extension 4 'in the central opening of the ring 3.
  • a front pole piece 2 is disposed on the polar face
  • This anterior pole piece 2 is in the general shape of a ring or ring with a central opening just like the magnet.
  • the anterior pole piece 2 is therefore an extended metal piece in the general shape of a ring.
  • An air gap is formed between the inner peripheral edge of the anterior pole piece 2 and a corresponding area of the front extension 4 'of the rear pole piece 4.
  • the two pole pieces are preferably made of soft iron.
  • the posterior pole piece may also include a central anterior-posterior opening.
  • the edge of the pole piece at the origin of the looping of the magnetic field in the gap is here represented schematically with a reduced thickness compared to its other dimensions, which thickness corresponds to the height of the gap.
  • the height of the air gap may be greater, as will be seen in the detailed detailed description of an engine, because the height of the gap is adapted to the material used and the magnetic field generated by the magnet to, inter alia, avoid magnetic saturation of said material.
  • the inner peripheral edge of the anterior pole piece 2 outwardly defining the air gap comprises a substantially central groove for the creation of a split air gap. In the zone of the gap, on the front 4 'central extension of the posterior pole piece 4, a groove is also made.
  • the doubling of the gap by a groove makes it possible to achieve two zones of substantially equal heights and defining a first rear field area and a second area of the front field in the air gap.
  • the shape of the split air gap can be adapted to the particular structure used to optimize the operation of the speaker.
  • the heights of the posterior and anterior field areas may be different.
  • this structure may or may not be symmetrical with respect to the gap.
  • a coil 5 formed of turns of an electrical conductor is disposed in the gap.
  • the coil is homogeneous in that at each level along the height of the coil there is the same number of turns.
  • the force generated for a given magnetic field is constant at any point in the height of the coil.
  • the height of the coil 5 is less than the height of the gap.
  • the coil arrangement may be symmetrical or not with respect to the groove along an anteroposterior axis along which it moves, the coil height intercepting the posterior field may or may not be equal to the height coil intercepting the front field.
  • a cone 6 is fixed by a first central end to a coil support which is part of the coil 5 and a second outer end to a peripheral suspension 8 secured to a rigid frame 7 itself fixed to the engine.
  • An inner suspension or “spider” 10 transversely retaining the central end of the cone 6 and the coil during its antero-posterior movements so that the coil does not rub against motor elements.
  • a dust cover 9 is disposed towards the center of the cone.
  • the loudspeaker 11 also uses a ring magnet 13 and an anterior pole piece 12 as well as a two-part rear pole piece 14, 14 '.
  • the membrane is a dome 16 which is secured peripherally to the coil 15 disposed in the air gap.
  • the magnet is preferably of the ferrite type.
  • the dome and the coil are connected to a frame 17 by a peripheral suspension 18 or edge.
  • Absorbent materials 19 make it possible to improve the damping of the system.
  • the front central extension 14 'of the rear pole piece 14 is an insert ring, open at its center for the passage of the connecting wires 40 to the coil 15, the son passing through a portion 17' of the frame.
  • the posterior pole piece 14 itself and the anterior pole piece 12 are metal pieces, preferably of soft iron, generally ring-shaped to be arranged at each pole of the magnet 13.
  • the inner peripheral edge of the pole piece previous 12 delimiting outwardly the gap has a substantially central groove for the creation of a split air gap.
  • the edge of the extension 14 'of the posterior pole piece delimiting the gap also has a groove.
  • the groove can split the air gap into two zones of substantially equal or non-equal heights to define a first rear field area and a second area anterior gap area. The splitting by the groove makes it possible to produce two zones of substantially equal or non-equal heights defining a first rear field area and a second area of the front field in the air gap.
  • the shape of the split air gap can be adapted to the particular structure used to optimize the operation of the speaker.
  • the heights of the posterior and anterior field areas may be different.
  • this structure may or may not be symmetrical with respect to the gap.
  • the magnet is a core magnet 23 which is arranged at the center of the motor of a loudspeaker 21.
  • the magnet is a pellet or a cylindrical ring of rare earth or ferrite or alloy-based aluminum, nickel, titanium, cobalt and iron, or TICONAL or ALNICO or ALCOMAX.
  • the magnet has two poles and rests with a first of its poles on a rear pole piece 24, or breech, looping the magnetic field through an air gap on an outer peripheral edge of an anterior pole piece 22.
  • a voice coil 25 is arranged in the gap.
  • cone speaker the membrane is then a cone 26 classically suspended with dust cover 29, or dome speaker, the membrane is then a dome 29 with suspension 26.
  • the other conventional elements of the speaker whose chassis and eventual "spider" depending on the type of loudspeaker, have not been represented for reasons of simplification.
  • the gap is split by a groove formed on the outer peripheral edge of the anterior pole piece 22. Symmetrically a groove has also been made on the posterior pole piece.
  • the groove of the posterior pole piece is omitted or that of the anterior pole piece, the air gap is only duplicated on one side.
  • the motor may include a central anteroposterior opening.
  • the Figure 4 specifies the structure of the engine of the invention. Only the right part of the engine seen in section along the axis of symmetry 31 anteroposterior is shown.
  • the magnet 33 is a core magnet which has a central opening along the axis 31. This central opening may allow the passage of means for securing the motor elements, for example by injection of a hot plastic material or resin. Preferably, a free passage will be left to allow decompression of the volume of air included behind the membrane and in front of the engine itself.
  • the magnet can be full.
  • the magnet 33 has a first anterior polar face on which is placed an anterior pole piece (or field plate) 32. The anterior pole piece is here open towards its center but in a variant, as on the Figure 3 she can be full.
  • the magnet 33 has a second rear polar face, opposite the previous one, on which is placed a rear pole piece 34, or breech, having a peripheral extension 34 'forwardly allowing the looping of the magnetic field in a gap.
  • the posterior polar piece is here open towards its center but in a variant, as on the Figure 3 she can be full.
  • the gap is delimited on one side by an outer peripheral edge of the anterior pole piece 32 and, on the other side, by the corresponding surface area of the extension 34 'of the posterior pole piece 34 which is located facing said peripheral edge.
  • a groove 30 is formed on the peripheral edge of the anterior pole piece to split the air gap into two field areas.
  • the throat has a height C.
  • the groove is formed on the peripheral edge in a substantially symmetrical manner so that the height E1 of the posterior field zone 37 is substantially equal to the height E2 of the anterior field zone 36.
  • the groove 30 internally comprises an electrically conductive material which, in a preferred embodiment, is copper or graphite carbon.
  • the bottom of the groove is rounded, the connections between the bottom wall and the side walls, (upper and lower walls in this case), the groove are rounded. Indeed, a connection edge or corner of a magnetized pole piece creates singular points in the distribution of the magnetic field, which can be detrimental.
  • the pole piece which comprises a groove is formed of at least two elements allowing easy placement in the groove of a closed ring of conductive material.
  • the anterior pole piece groove is in two elements, a first element corresponds to the anterior air gap zone of height E2 and a second element corresponds to the groove and the rear air gap zone of height E1. Then insert the conductive ring in the second element, at the throat and then place the first element on this set.
  • the two elements may, for example, be identical or substantially identical in height E1 + C / 2 and E2 + C / 2 respectively.
  • the coil 35 is disposed in the air gap and its height is less than or equal to the height of the air gap and, preferably, lower.
  • the bobbin support which is part of the coil and which is normally fixed forward to a cone or dome type membrane according to the application of the motor has not been shown.
  • the coil At rest, the coil is disposed at the groove and the motor is configured so that the height of the anterior portion of the coil intercepting the anterior field zone 36 is substantially equal to the height of the rear portion of the coil that intercepts the posterior field area 37.
  • the height H B of the turns of the coil is preferably equal to E + C, which allows a maximum excursion X M of the coil with good linearity at +/- ((E / 2) + C) relative to the rest position.
  • the posterior end of the coils of the coil is at the half-height of E1 and the anterior end of the coils of the coil is at the half-height of E2.
  • the heights E1 and E2 may be different, the groove disposed offset with respect to the center of the height of the gap, the width of the airgap different depending on whether one is in the zone posterior field, throat or anterior field area.
  • the first adaptation is to extend forward 39, the anterior pole piece 32.
  • the extension 34 'of the posterior pole piece 34 is not extended in a manner equivalent to 39 and the anterior field area 36 is only slightly modified.
  • the extension 39 has a frustoconical edge 40 in order to further reduce this field modification provided by said extension 39.
  • an extension 34 'of posterior polar piece 34 whose anterior free end 38 is also frustoconical. In the latter case, as shown, the most anterior end of the extension 34 'terminates at a level below the anterior end of E2.
  • This latter configuration corresponds to the case where the free end of the posterior pole piece adjacent to the gap zone is lowered relative to the anterior end of the anterior pole piece.
  • the free end 38 ends at the same level as E2.
  • This split air gap structure with anterior pole piece with a peripheral groove edge can be adapted to various types of loudspeakers (dome or cone) as seen on the Figures 1 to 3 .
  • the extension 39 of the anterior pole piece 32 may be frustoconical 40.
  • the width of the air gap is not the same according to the considered zone, the width being greater towards the rear than towards the the front to reflect the fact that the magnet is closer to the posterior field area than the anterior field area.
  • one or both edges delimiting the gap are inclined to better reflect this effect, contrary to what is shown, where the edges are parallel to each other.
  • a coil which is not homogeneous so as to take account of differences in magnetic fields according to the zone of the gap, the product B being preferably constant at any point in the height of the coil.
  • the Figure 6 is an application of the motor of the invention to the realization of a speaker with low magnetic leakage.
  • a high-speaker is more particularly intended to be used in applications where a magnetic field may interfere with the operation of apparatus, for example a television cathode ray tube, a magnetic resonance (NMR) measuring device or the risk of "demagnetizing" objects, for example computer diskette or magnetic tapes a radio cassette tape or ticket or magnetic strip payment.
  • NMR magnetic resonance
  • the engine represented on this Figure 6 is magnet core 53 and has, in addition, an improved efficiency by the implementation of a counter-magnet 60 arranged in magnetic opposition on the anterior extension 59 of the anterior pole piece 52 which allows better channeling the lines of magnetic field to and in the air gap in which is the coil 55 which, at rest, by its rear part intercepts a rear magnetic field and its front part an earlier magnetic field of the air gap split by the groove 50.
  • the field The main magnet of the motor is generated by the magnet 53.
  • the two magnetic poles of opposite polarity (north or south or vice versa) of each magnet have been indicated by P + and P- in order to show that the magnet and against magnet are oriented in opposition.
  • the motor has a central symmetry axis 51 of circular revolution.
  • An orifice may be provided in the center of the engine.
  • the looping of the magnetic field produced by the magnet 53 in the gap is obtained by a rear pole piece 54, of the breech type for this core magnet assembly, which has a forward extension 54 ', 54 "and 54' A pellet 61 of ferromagnetic material disposed in front of the counter magnet 60 also enables the magnetic field to be looped with the end 54 "'of the anterior extension of the posterior pole piece 54 with very small lines of magnetic field leaks. .
  • the width of the space between the peripheral edge of the pellet 61 and the corresponding edge of 54 "' is smaller than the minimum width of the air gap because only the coil carrier (not shown) is present.
  • the excursion of the reel has to be very large until the level of the pellet 61 is reached, there will be sufficient free width so that the reel can pass unhindered. may omit the anterior pellet 61 and the portion 54 '' of the posterior pole piece.
  • the anterior extension 59 of the anterior pole piece 52 may be omitted and the counterpart
  • parts 54 "and 54" of the posterior pole piece can be omitted.
  • the counter-magnet also makes it possible to improve the magnetic field in the gap and, in particular, to tend to the symmetrization, or equalization, of the fields between the posterior field zone in relation with E1 and the anterior field area in relation to E2. Thanks to this improvement, during the optimization of the motor, the difference in width of the air gap between the posterior field area and the anterior field area can be reduced or even eliminated. Indeed, in all configurations, the posterior field area, closer to the magnet, is subject to greater magnetization than the field of the former field. In addition, in the absence of a counter magnet, the anterior field area has a larger spread of field lines.
  • the invention can be applied in a manner equivalent to a magnet motor crowned.
  • an air gap with groove we can implement the invention with a groove on each of the two gap edges or arrange the groove on the other piece in this case, on the Figures 4 , 5 , 6 , on the posterior polar piece instead of the anterior polar piece.
  • the present invention is not limited by the described embodiments and it can also implement all magnet type combinations with respect to the shape (crown or core or other) as regards the material ( ferrite, metallic, rare earths or others), or membrane type (dome or cone) can be used.
  • the motor of the invention can also implement means for reducing the magnetic radiation such as, for example a shield, one or against magnets. It may also include one or more sensors for providing information to the amplifier to which it is connected in order to enslave it.

Landscapes

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Description

  • La présente invention concerne un moteur électrodynamique à bobine mobile destiné notamment à réaliser un haut-parleur. Un haut-parleur et une pièce polaire adaptée au moteur sont également considérés dans le cadre de l'invention.
  • Les haut-parleurs à moteur électrodynamique à bobine mobile sont connus. Ils comportent classiquement un moteur avec un aimant à deux pôles destiné à produire un champ magnétique qui est bouclé dans un entrefer par l'intermédiaire de deux pièces polaires, chaque pièce polaire étant en relation avec un des pôles de l'aimant. Les pièces polaires sont en général réalisées en fer-doux ou acier à faible teneur en carbone. L'entrefer est une zone de l'espace libre dans laquelle le champ magnétique est sensiblement constant et il correspond en pratique à une zone où les pièces polaires sont les plus rapprochées entre elles. Une bobine mobile constituée de spires d'un fil conducteur est disposée dans l'entrefer. Lorsqu'un courant circule dans la bobine, cette dernière étant soumise au champ magnétique, une force est crée qui entraîne le déplacement de la bobine selon la formule vectorielle F = B.I./ dans laquelle B est l'induction ou champ magnétique, I l'intensité du courant et / la longueur du conducteur soumis au champ magnétique. La largeur minimale de l'entrefer dépend de l'épaisseur de la bobine car il faut que cette dernière puisse se déplacer librement, avec un jeu suffisant, dans ledit entrefer en tenant compte des contraintes de fabrication, dilatation des matériaux...
  • Afin de convertir la force de déplacement de la bobine mobile en onde de pression acoustique, la bobine est solidarisée à une membrane acoustique qui peut ainsi déplacer l'air dans son environnement. Les caractéristiques structurelles et dimensionnelles de la membrane sont adaptées aux applications envisagées des haut-parleurs. Le moteur présente une symétrie circulaire par rapport à un axe central antéro-postérieur et la bobine est un enroulement circulaire de spires. La membrane présente généralement une telle symétrie circulaire mais on trouve cependant des haut-parleurs à membrane elliptique.
  • Dans le cas le plus général de la , restitution des sons audibles par l'oreille humaine, voire également somesthésiques pour les fréquences les plus basses, la gamme de fréquence à restituer est très large, depuis environ la dizaine de Hertz jusqu'à quelques dizaines de KiloHertz. On considère généralement que la gamme des fréquences à restituer doit être comprise entre 20Hz et 20KHz. Les longueurs d'onde associées à cette large gamme ne permettent pas la réalisation d'un haut-parleur unique présentant de bonnes caractéristiques de restitution, par exemple en terme de distorsion, de sensibilité et de directivité sur l'ensemble de ladite gamme. On est donc conduit à mettre en oeuvre des haut-parleurs adaptés dont la gamme de restitution réduite permet d'obtenir des caractéristiques de restitution de qualité sur ladite gamme réduite. On considère ainsi les haut-parleurs adaptés aux basses fréquences, dits « boomers », dont la membrane est étendue, et à déplacement ou excursion importante et ceux adaptés aux fréquences les plus hautes, dits « tweeters », dont la membrane est de surface réduite. Il existe enfin des haut-parleurs plus spécifiquement adaptés aux fréquences intermédiaires, encore dits « médiums ».
  • La différence de taille des membranes entre les « boomers » et les « tweeters » à conduit à des réalisations techniques différentes du moteur. On trouvera par exemple dans l'ouvrage de Pierre Loyez, « Techniques des haut-parleurs & enceintes acoustiques » chez DUNOD une description générale des différents types de haut-parleurs.
  • Dans le cas typique d'un « boomer », la membrane est un cône et l'aimant du moteur est une bague ou couronne, les deux termes étant ici synonymes, généralement en ferrite. Le champ magnétique est alors bouclé dans un entrefer entre un bord interne d'une pièce polaire antérieure disposée sur un pôle avant de l'aimant et un noyau central prolongeant vers l'avant la pièce polaire postérieure en relation avec le pôle postérieur de l'aimant. La membrane est solidarisée à une première extrémité à la bobine et à l'autre à une suspension périphérique, ou bord, solidaire d'un châssis rigide également fixé au moteur. Une suspension intérieure, ou « spider » permet de maintenir axialement la bobine mobile lors de ses déplacements antéro-postérieurs afin qu'elle reste libre, sans frottement latéral, dans l'entrefer. Une telle structure est dite à double guidage car, d'une part, la suspension périphérique ou bord et, d'autre part, le « spider », participent tous les deux au maintien axial même pour de grandes excursions de la bobine. Un cache-noyau ou cache poussière peut également être mis en oeuvre au centre du cône.
  • Dans le cas typique d'un « tweeter », la membrane est généralement un dôme qui peut être concave ou convexe. Un aimant noyau, en général un cylindre métallique néodyme, fer, bore, est disposé par un premier de ses deux pôles sur une pièce polaire postérieure ou culasse qui, par un prolongement latéral d'arrière vers l'avant, boucle le champ magnétique dans un entrefer. L'aimant peut également être du type ferrite ou du type métallique avec d'autres composants et, par exemple, TICONAL. Une pièce polaire antérieure, ou encore dite pastille ou plaque de champ antérieure, est disposée sur le second pôle de l'aimant avec un bord périphérique extérieur qui limite l'entrefer à l'opposé de la culasse. Une suspension en périphérie du dôme, permet le maintien de la bobine mobile le long de l'axe antéro-postérieur lors de ses déplacements à l'intérieur de l'entrefer, sans frottement latéral. Une telle structure est dite à guidage simple par opposition au « boomer » précédemment décrit qui lui est à double guidage.
  • On connaît enfin des haut-parleurs combinant des caractéristiques des deux types précédents, et en particulier pour un «médium » à dôme dont l'aimant est un anneau ferrite et dont le bouclage du champ vers l'entrefer par la pièce polaire postérieure est effectué par un prolongement en couronne centrale vers l'avant.
  • Comme on l'a vu, il est donc possible de classer les haut-parleurs soit en fonction de la structure de l'aimant, soit en fonction du matériau de l'aimant, soit en fonction de la forme de la membrane. Pour la structure de l'aimant, celui-ci peut être soit un aimant noyau plein ou percé d'un orifice central et disposé au centre du moteur, soit un aimant couronne ou bague alors disposé vers l'extérieur par rapport à l'axe central et la bobine. Dans le cas d'un aimant noyau, la bobine est disposée vers l'extérieur par rapport à l'aimant. Dans le cas d'un aimant couronne, la bobine est généralement disposée vers l'intérieur, vers le centre, par rapport à l'aimant. Pour le matériau, l'aimant peut être du type ferrite, du type alliage métallique TICONAL ou ALNICO ou ALCOMAX® (aluminium, nickel, titane, cobalt, fer), ou encore à base de terres rares (samarium, cobalt ou néodyme, fer, bore). Pour la forme de la membrane, on connaît les dômes, les cônes et les formes mixtes, encore dites en W.
  • Afin de limiter la distorsion harmonique lors de la restitution, il est nécessaire d'avoir une bonne linéarité de réponse. Cette dernière est en particulier obtenue lorsque la bobine intercepte un flux du champ magnétique homogène lors de ses déplacements. La distance de déplacement maximal linéaire de la bobine est généralement appelée excursion maximale linéaire ou XMax qui peut être abrégé en XM. On a proposé deux alternatives à cette fin. La première consiste à réaliser un bobinage homogène avec une hauteur (selon l'axe antéro-postérieur du déplacement) importante, supérieure à la hauteur de l'entrefer. De cette manière, tant que la bobine reste entièrement dans l'entrefer, il y aura proportionnalité entre la force et le courant dans la bobine. Cette configuration, dite à bobine longue, est préférentiellement mise en oeuvre dans les « boomers ». La seconde consiste, au contraire, à réaliser une bobine dont la hauteur est réduite par rapport à la hauteur de l'entrefer. Cette configuration, dite à bobine courte, est préférentiellement mise en oeuvre dans les « tweeters », voire les « médiums ».
  • Si des perfectionnements ont permis d'améliorer les caractéristiques de restitution des haut-parleurs électrodynamiques à bobine mobile, des limites quant à la linéarité sont toujours présentes du fait de l'asymétrie des champs vers les extrémités de l'entrefer ce qui, en pratique, limite l'excursion maximale linéaire de la bobine. Par ailleurs, s'ajoutent des phénomènes électromagnétiques complexes créés par les champs électriques variables, par le déplacement de conducteurs dans un champ magnétique, la modulation du champ magnétique statique de l'aimant dans l'entrefer par le courant variable circulant dans la bobine, ie décalage de la bobine appelé « DC shift » (glissement en courant continu) et la génération de courants de Foucault. Ces phénomènes sont également sources de distorsion dans la restitution.
  • US 3,867,587 décrit un moteur d'après le préambule de la revendication 1.
  • L'invention propose de réduire l'effet de ce type de problème par une configuration particulière de l'entrefer d'un moteur électrodynamique à bobine mobile. L'invention concerne donc un moteur électrodynamique à bobine mobile notamment pour haut-parleur, la bobine mobile formée d'un bobinage d'un nombre déterminé de spires d'un conducteur électrique étant solidaire d'une membrane acoustique, le moteur comportant au moins un aimant à deux pôles disposé entre une pièce polaire antérieure et une pièce polaire postérieure, la pièce polaire antérieure et la pièce polaire postérieure bouclant le champ magnétique de l'aimant dans un entrefer, ledit entrefer étant délimité d'un premier coté par un premier bord périphérique de la pièce polaire antérieure et d'un second coté par un second bord périphérique de la pièce polaire postérieure, la bobine mobile étant disposée dans ledit entrefer, les spires étant perpendiculaires au champ magnétique afin que lorsqu'un courant est envoyé dans la bobine, cette dernière se déplace selon un axe antéro-postérieur.
  • Selon l'invention, l'entrefer est dédoublé, au moins un des bords dudit entrefer comportant une gorge, la gorge étant orientée sensiblement parallèlement aux spires, ledit bord présentant une première surface postérieure de hauteur E1 séparée d'une seconde surface antérieure de hauteur E2 par la gorge de hauteur C, la gorge formant une zone en retrait par rapport à la première surface et la seconde surface, E1 déterminant un premier espace d'entrefer de champ magnétique postérieur B1 et E2 déterminant un second espace d'entrefer de champ magnétique antérieur B2, la bobine ayant une hauteur HB inférieure ou égale à la hauteur E1+C+E2 de l'entrefer dédoublé, et en ce que la gorge comporte intérieurement une bague continue et fermée d'un matériau conducteur de l'électricité. En plus E1 est sensiblement égal à E2, le bobinage est sensiblement homogène et la bobine a une hauteur HB telle que HB est sensiblement égal à E1 + C ou E2 + C ou E1/2 + C + E2/2.
  • On comprend que la bague de matériau conducteur peut occuper tout ou partie de la gorge et que la largeur de l'entrefer peut être identique ou non le long de la hauteur de l'entrefer, cette dernière alternative correspondant au cas où la première surface est en retrait par rapport à la seconde ou inversement. De même, la gorge peut être disposée sur un bord périphérique d'une pièce polaire antérieure, la gorge peut être disposée sur un bord périphérique d'une pièce polaire postérieure et, enfin, les deux bords périphériques correspondant respectivement à la pièce polaire postérieure et à la pièce polaire antérieure peuvent chacun comporter une gorge, dans ce dernier cas, la structure réalisée peut être symétrique ou non par rapport au plan médian de l'entrefer. Le bobinage peut être homogène ou non. La hauteur E1 peut être égale ou non à la hauteur E2.
  • Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être combinés selon toutes les possibilités techniquement réalisables, sont considérés:
    • au repos, la bobine est disposée en regard de la gorge et intercepte par une première extrémité avec NB1 spires le champ magnétique postérieur B1 et par une seconde extrémité avec NB2 spires le champ magnétique antérieur B2, de manière à ce que le produit B1.NB1 soit sensiblement égal au produit B2.NB2 le long de la hauteur, (cette dernière formule correspond à une moyenne des deux précédentes)
    • l'entrefer a une largeur sensiblement constante au moins le long des hauteurs E1 et E2,
    • l'excursion maximale linéaire XM du bobinage de part et d'autre de sa position de repos est sensiblement égale en valeur absolue à (E1 / 2) + C ou (E2 / 2) + C ou une moyenne des deux,
    • le bobinage est sensiblement homogène et E1=E2=E et HB =E+C,
    • l'excursion maximale XM du bobinage de part et d'autre de sa position de repos est en valeur absolue XM = (E / 2) + C,
    • gorge est disposée sur le premier bord périphérique de la pièce polaire antérieure,
    • la gorge est disposée sur le second bord périphérique de la pièce polaire postérieure,
    • chacun des deux cotés délimitant l'entrefer comporte une gorge,
    • la pièce polaire antérieure est prolongée vers l'avant,
    • la pièce polaire postérieure n'est pas prolongée vers l'avant en regard de la zone de bord périphérique correspondant audit prolongement de la pièce polaire antérieure,
    • l'extrémité libre de la pièce polaire postérieure adjacente à la zone d'entrefer présente une conicité,
    • le prolongement antérieur de la pièce polaire antérieure présente une conicité vers son bord périphérique,
    • le moteur comporte vers l'avant de la pièce polaire antérieure au moins un contre-aimant, ledit contre-aimant ayant ses pôles orientés d'une manière opposée à l'orientation des pôles de l'aimant,
    • le moteur comporte en outre vers l'avant, sur le contre-aimant, une pastille d'un matériau ferromagnétique et en ce que la pièce polaire postérieure est prolongée vers l'avant,
    • le prolongement vers l'avant de la pièce polaire est jusqu'au plus au niveau supérieur de la pastille,
    • le moteur comporte en outre vers l'avant, sur le contre-aimant, une pastille d'un matériau ferromagnétique et la pièce polaire postérieure n'est pas prolongée vers l'avant jusqu'au niveau supérieur de la pastille,
    • le matériau ferromagnétique est du fer doux,
    • le moteur présente une symétrie de révolution circulaire autour d'un axe central antéro-postérieur,
    • les bords E1 et E2 sont droits et parallèles entre-eux,
    • les bords E1 ou E2 sont droits et inclinés,
    • le coté de l'entrefer ne comportant pas de gorge est droit et sensiblement parallèle à l'axe antéro-postérieur de déplacement de la bobine,
    • le diamètre du bord E1 de l'entrefer est sensiblement égal au diamètre du bord E2 de l'entrefer afin que la largeur de l'entrefer soit sensiblement constante le long de sa hauteur,
    • la largeur de l'entrefer dans le premier espace d'entrefer de champ magnétique postérieur B1 est supérieur à la largeur de l'entrefer dans le second espace d'entrefer de champ magnétique antérieur B2,
    • l'aimant est un aimant noyau, la pièce polaire antérieure est une pastille sensiblement plane, la pièce polaire postérieure est une culasse en forme de U en coupe avec un fond sur lequel repose l'aimant et des bords montants, l'entrefer dédoublé étant délimité par le bord périphérique externe de la pastille et la zone adjacente du bord montant de la culasse,
    • E1 et E2 sont chacun approximativement égaux à 3 mm, C est approximativement égal à 4,175 mm, le prolongement de la pièce polaire antérieure approximativement égal à 3 mm et HB est approximativement égal à 7,025 mm,
    • l'extrémité libre de la pièce polaire postérieure adjacente à la zone d'entrefer est abaissée par rapport à l'extrémité antérieure de la pièce polaire antérieure de hauteur E2, l'abaissement de l'extrémité libre de la pièce polaire postérieure étant d'environ 0,5 mm,
    • la largeur de l'entrefer dans la zone postérieure délimitée par E1 est supérieure à la largeur de l'entrefer dans la zone antérieure délimitée par E2,
    • la largeur de l'entrefer dans la zone de la gorge avec le matériau conducteur de l'électricité est intermédiaire entre la largeur de l'entrefer en E1 et en E2,
    • l'aimant a un diamètre de 37 mm et une épaisseur de 6 mm, le bord E1 de l'entrefer est sur un diamètre de 37 mm, le bord E2 de l'entrefer est sur un diamètre de 37,5 mm,
    • le bord C du matériau est sur un diamètre de 37,40 mm,
    • le bord interne de la gorge est sur un diamètre de 22,3 mm,
    • le bord de l'entrefer sur la pièce polaire postérieure est sur un diamètre de 40,7 mm,
    • le bord interne de la bobine est sur un diamètre de 38,0 mm et le bord externe de la bobine est sur un diamètre de 40,2 mm,
    • le jeu de la bobine par rapport à chacun des deux bords de l'entrefer est d'environ 250 µm,
    • la conicité de l'extrémité libre de la pièce polaire postérieure adjacente à la zone d'entrefer est approximativement de 27,5° par rapport à l'horizontale,
    • le bord externe de la pièce polaire postérieure est sur un diamètre approximatif de 50 mm,
      (les dimensions indiquées pour le moteur optimisé doivent être considérées comme approximatives car il faut tenir compte des contraintes de fabrication, d'usinage, moulage...)
    • l'aimant est un aimant couronne, la pièce polaire antérieure est une bague sensiblement plane présentant un bord périphérique interne vers le centre de la couronne, la pièce polaire postérieure est formée d'une plaque arrière sur laquelle repose l'aimant et d'un noyau central s'étendant d'arrière en avant, l'entrefer dédoublé étant délimité par le bord périphérique interne de la bague et la zone adjacente du noyau central,
    • le matériau conducteur de l'électricité est choisi parmi l'or, l'argent, le cuivre, l'aluminium, le carbone graphite en combinaison ou non et est, de préférence, en cuivre,
    • le matériau conducteur est isolé électriquement du matériau de sa pièce polaire à gorge,
    • le matériau conducteur n'est pas isolé électriquement du matériau de sa pièce polaire à gorge,
    • l'isolant électrique du matériau conducteur présente un coefficient de conduction thermique élevé,
    • de préférence, le fond de la gorge présente deux zones de raccordement arrondies aux parois supérieure et inférieure de la gorge,
    • la bobine comporte un support de bobine,
    • la bobine est homogène sur sa hauteur,
    • la bobine n'est pas homogène sur sa hauteur, deux zones de spires séparées par un espace étant mises en oeuvre,
    • les spires de la bobine sont des pistes conductrices déposées sur un support de bobine,
    • l'aimant noyau comporte une ouverture centrale,
    • la pièce polaire antérieure de l'aimant noyau à ouverture centrale comporte également une ouverture centrale,
    • le prolongement antérieur de la pièce polaire antérieure de l'aimant noyau à ouverture centrale comporte également une ouverture centrale,
    • le contre-aimant d'un aimant noyau à ouverture centrale comporte également une ouverture centrale,
    • la pastille d'un contre-aimant à ouverture centrale comporte également une ouverture centrale,
    • la pastille est une pièce plane essentiellement continue et pleine,
    • la pièce polaire postérieure est monobloc,
    • la pièce polaire postérieure résulte de la réunion d'au moins deux éléments,
    • la pièce polaire antérieure est monobloc,
    • la pièce polaire antérieure résulte de la réunion d'au moins deux éléments.
  • L'invention concerne également un haut-parleur électrodynamique à bobine mobile comportant un moteur selon l'une ou plusieurs des caractéristiques précédentes.
  • Ainsi, l'invention, grâce à un moyen d'une simplicité remarquable, permet la réalisation d'un moteur électrodynamique à bobine mobile à linéarité améliorée. Grâce à la structure dédoublée de l'entrefer on peut obtenir que les forces auxquelles est soumise la bobine lors de ses déplacements s'équilibrent et se compensent entre les deux zones définies par E1 et E2. Par exemple, lorsque la force crée par la zone de champ B1 diminue parce que le nombre de spires exposées diminue, la bobine se déplaçant vers l'avant, une force équivalente crée par le champ B2 s'ajoute parce que plus de spires entrent dans !e champ B2. En pratique on adapte le produit B./ pour qu'il y ait effectivement compensation lors du déplacement de la bobine: les champs B1 et B2 pouvant être identique ou différents avec une bobine homogène ou non. La configuration de l'invention permet en particulier de réduire les distorsions d'ordre impair qui sont les plus désagréables à l'oreille. Cette configuration permet également de diminuer les effets du décalage en courant continu, « DC shift ». Les moteurs ainsi obtenus peuvent également être extrêmement compacts tout en ayant une grande excursion de la bobine mobile. L'utilisation d'un contre-aimant permet également d'augmenter l'efficacité du moteur et de produire un haut-parleur à faibles fuites particulièrement adapté aux applications télévisuelles dans lesquelles les champs magnétiques doivent être réduits pour éviter les distorsions des images produites par des tubes cathodiques. Par ailleurs, grâce à la mise en oeuvre d'outils de modélisation informatique des champs magnétiques et électromagnétiques, il est également possible d'optimiser la configuration de base de l'invention pour l'obtention de résultats encore meilleurs tout en minimisant la masse des matériaux à mettre en oeuvre, les volumes étant déterminés pour être en limite basse de saturation magnétique. Avec optimisation, la largeur de l'entrefer est différente entre la zone de champ postérieure limitée par E1 et la zone de champ antérieure limitée par E2 car E1 est plus proche de l'aimant que E2. De même, le prolongement antérieur de la pièce polaire postérieure est raccourci par rapport à l'extrémité antérieure de E2 qui est en vis-à-vis. L'application de l'invention a, par exemple, permis la réalisation d'un haut-parleur qui présente une distorsion réduite d'environ trois fois dans une gamme de basse fréquence par rapport à un haut-parleur de l'état de la technique.
  • La présente invention va maintenant être exemplifiée par la description qui suit et en relation avec :
    • la Figure 1 représentant schématiquement un moteur selon l'invention dans un haut-parleur à cône et à aimant couronne,
    • la Figure 2 représentant schématiquement un moteur dans un haut-parleur à dôme et à aimant couronne,
    • la Figure 3 représentant schématiquement un moteur dans un haut-parleur à aimant noyau,
    • la Figure 4 représentant une partie d'une coupe transversale et axiale d'un moteur,
    • la Figure 5 représentant une partie d'une coupe transversale et axiale d'un moteur optimisé, et
    • la Figure 6 représente un haut-parleur avec moteur de l'invention à fuites magnétiques réduites.
  • Sur la Figure 1 un haut-parleur 1 à moteur électrodynamique à aimant couronne ou bague et à membrane du type cône 6 est représenté selon une coupe transversale passant par l'axe de symétrie de révolution, central, du moteur. Un tel type de haut-parleur est généralement adapté à la restitution des fréquences basses du spectre et est généralement appelé « boomer ». Le moteur est ici constitué d'un aimant couronne 3 de type ferrite à deux faces polaires opposées. L'aimant repose par sa face polaire postérieure sur une pièce polaire postérieure 4, ou plaque arrière, et qui comporte un prolongement central antérieur 4' dans l'ouverture centrale de la bague 3. Une pièce polaire antérieure 2 est disposée sur la face polaire antérieure de l'aimant 3. Cette pièce polaire antérieure 2 est en forme générale de couronne ou bague à ouverture centrale tout comme l'aimant. La pièce polaire antérieure 2 est donc une pièce métallique étendue en forme générale de bague. Un entrefer est réalisé entre le bord périphérique interne de la pièce polaire antérieure 2 et une zone correspondante du prolongement antérieur 4' de la pièce polaire postérieure 4. Les deux pièces polaires sont réalisées préférentiellement en fer doux. La pièce polaire postérieure peut également comporter une ouverture antéro-postérieure centrale.
  • Le bord de la pièce polaire à l'origine du bouclage du champ magnétique dans l'entrefer est ici représentée schématiquement avec une épaisseur réduite par rapport à ses autres dimensions, épaisseur qui correspond à la hauteur de l'entrefer. Toutefois, en pratique, la hauteur de l'entrefer peut être plus importante, comme on le verra dans la description détaillée ultérieure d'un moteur, car la hauteur de l'entrefer est adaptée au matériau utilisé et au champ magnétique généré par l'aimant afin, entre autres, d'éviter une saturation magnétique dudit matériau. Le bord périphérique interne de la pièce polaire antérieure 2 délimitant vers l'extérieur l'entrefer comporte une gorge sensiblement centrale permettant la création d'un entrefer dédoublé. Dans la zone de l'entrefer, sur le prolongement antérieur 4' central de la pièce polaire postérieure 4, une gorge est également réalisée. Le dédoublement de l'entrefer par une gorge permet de réaliser deux zones de hauteurs sensiblement égales et définissant une première zone de champ postérieure et une seconde zone de champ antérieure dans l'entrefer. Toutefois, comme décrit ultérieurement, la forme de l'entrefer dédoublé peut être adaptée à la structure particulière mise en oeuvre pour optimiser le fonctionnement du haut-parleur. En particulier les hauteurs des zones de champ postérieure et antérieure peuvent être différentes. De même, dans ce cas où une gorge est présente sur chacun des deux bords délimitant l'entrefer, cette structure peut être ou non symétrique par rapport à l'entrefer. Dans des variantes non représentées, il est également possible de réaliser une gorge seulement sur la pièce polaire antérieure ou seulement sur la pièce polaire postérieure.
  • Une bobine 5 formée de spires d'un conducteur électrique est disposée dans l'entrefer. De préférence, la bobine est homogène en ce sens qu'à chaque niveau le long de la hauteur de la bobine il y a le même nombre de spires. En conséquence, la force générée pour un champ magnétique donné est constante en tout point de la hauteur de la bobine. La hauteur de la bobine 5 est inférieure à la hauteur de l'entrefer. Au repos, en l'absence de courant dans la bobine, cette dernière est placée au niveau de la gorge et de façon à ce que son extrémité antérieure intercepté le champ antérieur et que son extrémité postérieure intercepte le champ postérieur. Au repos, la disposition de la bobine peut être symétrique ou non par rapport à la gorge le long d'un axe antéro-postérieur le long duquel elle se déplace, la hauteur de bobine interceptant le champ postérieur pouvant ou non être égale à la hauteur de bobine interceptant le champ antérieur.
  • Un cône 6 est fixé par une première extrémité centrale à un support de bobine qui fait partie de la bobine 5 et par une seconde extrémité extérieure à une suspension périphérique 8 solidaire d'un châssis rigide 7 lui même fixé sur le moteur. Une suspension intérieure ou « spider » 10 maintien transversalement l'extrémité centrale du cône 6 et la bobine lors de ses déplacements antéro-postérieurs afin que la bobine ne vienne pas frotter contre des éléments du moteur. Classiquement, un cache poussière 9 est disposé vers le centre du cône.
  • Sur la Figure 2, le haut-parleur 11 met également en oeuvre un aimant bague 13 et une pièce polaire antérieure 12 ainsi qu'une pièce polaire postérieure en deux parties 14, 14'. Toutefois, la gamme de fréquence devant être restituée étant dans la partie moyenne, voire haute, du spectre, la membrane est un dôme 16 qui est solidarisé périphériquement à la bobine 15 disposée dans l'entrefer. L'aimant est de préférence du type ferrite. Le dôme et la bobine sont reliés à un châssis 17 par une suspension périphérique 18 ou bord. Des matériaux absorbants 19 permettent d'améliorer l'armortissement du système. Le prolongement central antérieur 14' de la pièce polaire postérieure 14 est une bague rapportée, ouverte en son centre pour le passage des fils de liaison 40 à la bobine 15, les fils traversant une partie 17' du châssis. La pièce polaire postérieure 14 proprement dite et la pièce polaire antérieure 12 sont des pièces métalliques, de préférence en fer doux, en forme générale d'anneau pour être disposées à chaque pôle de l'aimant 13. Le bord périphérique interne de la pièce polaire antérieure 12 délimitant vers l'extérieur l'entrefer comporte une gorge sensiblement centrale permettant la création d'un entrefer dédoublé. Le bord du prolongement 14' de la pièce polaire postérieure délimitant l'entrefer comporte également une gorge. La gorge peut dédoubler l'entrefer en deux zones de hauteurs sensiblement égales ou non pour définir une première zone de champ postérieure et une seconde zone de champ antérieure d'entrefer. Le dédoublement par la gorge permet de réaliser deux zones de hauteurs sensiblement égales ou non définissant une première zone de champ postérieure et une seconde zone de champ antérieure dans l'entrefer. Toutefois, comme décrit ultérieurement, la forme de l'entrefer dédoublé peut être adaptée à la structure particulière mise en oeuvre pour optimiser le fonctionnement du haut-parleur. En particulier les hauteurs des zones de champ postérieure et antérieure peuvent être différentes. De même, dans ce cas où une gorge est présente sur chacun des deux bords délimitant l'entrefer, cette structure peut être ou non symétrique par rapport à l'entrefer. Dans des variantes non représentées, il est également possible de réaliser une gorge seulement sur la pièce polaire antérieure ou seulement sur la pièce polaire postérieure.
  • Sur la Figure 3, l'aimant est un aimant noyau 23 qui est disposé au centre du moteur d'un haut-parleur 21. De préférence, l'aimant est une pastille ou une bague cylindrique en terre rare voire en ferrite ou en alliage à base d'aluminium, de nickel, de titane, de cobalt et de fer, ou TICONAL ou ALNICO ou ALCOMAX. L'aimant comporte deux pôles et il repose par un premier de ses pôles sur une pièce polaire postérieure 24, ou culasse, bouclant le champ magnétique à travers un entrefer sur un bord périphérique externe d'une pièce polaire antérieure 22. Une bobine mobile 25 est disposée dans l'entrefer. Selon l'application, haut-parleur à cône, la membrane est alors un cône 26 classiquement suspendu avec cache poussière 29, ou haut-parleur à dôme, la membrane est alors un dôme 29 avec suspension 26. Les autres éléments classiques du haut-parleur, dont châssis et éventuel « spider » selon le type de haut-parleur, n'ont pas été représentés pour des raisons de simplification. L'entrefer est dédoublé par une gorge réalisée sur le bord périphérique externe de pièce polaire antérieure 22. Symétriquement une gorge a aussi été réalisée sur la pièce polaire postérieure. Dans une alternative de réalisation non représentée, la gorge de la pièce polaire postérieure est omise ou celle de la pièce polaire antérieure, l'entrefer n'étant dédoublé que d'un seul coté. Dans une alternative non représentée du moteur à aimant noyau, le moteur peut comporter une ouverture antéro-postérieure centrale.
  • Sur les Figures 1, 2 et 3, les éléments formant le moteur, l'aimant, les deux pièces polaires et la bobine, présentent une symétrie circulaire autour d'un axe de révolution central antéro-postérieur. L'invention est toutefois applicable à d'autres formes de moteurs qui ne sont pas à révolution circulaire.
  • La Figure 4, non à l'échelle, précise la structure du moteur de l'invention. Seule la partie droite du moteur vu en coupe selon l'axe de symétrie 31 antéro-postérieur est représentée. L'aimant 33 est un aimant noyau qui comporte une ouverture centrale le long de l'axe 31. Cette ouverture centrale peut permettre le passage de moyens de solidarisation des éléments du moteur, par exemple par injection d'une matière plastique à chaud ou de résine. De préférence, un passage libre sera laissé pour permettre une décompression du volume d'air compris en arrière de la membrane et en avant du moteur proprement dit. Dans une variante, comme cela avait été représenté sur la Figure 3, l'aimant peut être plein. L'aimant 33 présente une première face polaire antérieure sur laquelle est placée une pièce polaire (ou plaque de champ) antérieure 32. La pièce polaire antérieure est ici ouverte vers son centre mais dans une variante, comme sur la Figure 3, elle peut être pleine.
  • L'aimant 33 présente une seconde face polaire postérieure, opposée à la précédente, sur laquelle est placée une pièce polaire postérieure 34, ou culasse, comportant un prolongement périphérique 34' vers l'avant permettant le bouclage du champ magnétique dans un entrefer. La pièce polaire postérieure est ici ouverte vers son centre mais dans une variante, comme sur la Figure 3, elle peut être pleine. L'entrefer est délimité d'un coté par un bord périphérique externe de la pièce polaire antérieure 32 et, de l'autre coté, par la zone de surface correspondante du prolongement 34' de la pièce polaire postérieure 34 qui se trouve en regard dudit bord périphérique. Une gorge 30 est réalisée sur le bord périphérique de la pièce polaire antérieure afin de dédoubler l'entrefer en deux zones de champ. La gorge a une hauteur C.
  • De préférence la gorge est réalisée sur le bord périphérique de manière sensiblement symétrique de façon à ce que la hauteur E1 de la zone de champ postérieure 37 soit sensiblement égale à la hauteur E2 de la zone de champ antérieure 36. Dans des alternatives, il est également possible d'adapter ces hauteurs par des méthodes d'optimisation informatique en fonction des matériaux et de la structure utilisée. La gorge 30 comporte intérieurement un matériau conducteur de l'électricité qui, dans un mode préféré de mise en oeuvre, est du cuivre ou du carbone graphite. De préférence, mais non représenté, le fond de la gorge est arrondi, les raccordements entre la paroi du fond et les parois latérales, (parois supérieure et inférieure en l'espèce), de la gorge sont des arrondis. En effet, un raccordement en arête ou coin de faces d'une pièce polaire magnétisée crée des points singuliers dans la répartition du champ magnétique, ce qui peut être préjudiciable.
  • De préférence, pour des raisons de coût, la pièce polaire qui comporte une gorge est formée d'au moins deux éléments permettant une mise en place aisée dans la gorge d'une bague fermée en matériau conducteur. Par exemple, la pièce polaire antérieure à gorge est en deux éléments, un premier élément correspond à la zone d'entrefer antérieure de hauteur E2 et un second élément correspond à la gorge et la zone d'entrefer postérieure de hauteur E1. On insère alors la bague conductrice dans le second élément, au niveau de la gorge puis on place le premier élément sur cet ensemble. On comprend que toutes les autres dispositions classiquement connues pour faciliter la mise en place de la bague aussi bien dans la pièce polaire antérieure que postérieure sont applicables sans sortir du cadre de l'invention et en particulier les deux éléments puissent, par exemple, être identiques ou sensiblement identiques de hauteur E1 + C/2 et E2 + C/2 respectivement.
  • La bobine 35 est disposée dans l'entrefer et sa hauteur est inférieure ou égale à la hauteur de l'entrefer et, de préférence, inférieure. Pour des raisons de simplification on n'a pas représenté le support de bobine qui fait partie de la bobine et qui est normalement fixé vers l'avant à une membrane de type cône ou dôme selon l'application du moteur. Au repos, la bobine est disposée au niveau de la gorge et le moteur est configuré pour que la hauteur de la partie antérieure de la bobine interceptant la zone de champ antérieure 36 soit sensiblement égale à la hauteur de la partie postérieure de la bobine qui intercepte la zone de champ postérieure 37. Ainsi dans le cas représenté où E1 = E2 = E, la hauteur HB des spires de la bobine est de préférence égale à E + C ce qui permet une excursion maximale XM de la bobine avec une bonne linéarité à +/- ((E/2) + C) par rapport à la position de repos. De préférence, au repos, l'extrémité postérieure des spires de la bobine est au niveau de la demi-hauteur de E1 et l'extrémité antérieure des spires de la bobine est au niveau de la demi-hauteur de E2.
  • Comme indiqué précédemment, des outils d'optimisation tels que MAGNET® ou OPERA@ ont permis d'adapter le moteur. En particulier et à titre d'exemple, les hauteurs E1 et E2 peuvent être différentes, la gorge disposée décalée par rapport au milieu de la hauteur de l'entrefer, la largeur de l'entrefer différente selon que l'on est dans la zone de champ postérieure, la gorge ou la zone de champ antérieure.
  • On a représenté sur la Figure 4, en pointillés, des variantes de réalisation générales. La première adaptation consiste à prolonger vers l'avant, 39, la pièce polaire antérieure 32. On notera que le prolongement 34' de la pièce polaire postérieure 34 n'est pas prolongée d'une manière équivalente à 39 et la zone de champ antérieure 36 n'est que faiblement modifiée. Toutefois, dans une variante préférée, le prolongement 39 présente un bord tronconique 40 afin d'encore réduire cette modification de champ apportée par ledit prolongement 39. De même, alternativement ou en combinaison avec les moyens d'optimisation précédents, on peut mettre en oeuvre un prolongement 34' de pièce polaire postérieure 34 dont l'extrémité libre antérieure 38 est également tronconique. Dans ce dernier cas, comme représenté, l'extrémité la plus antérieure du prolongement 34' se termine à un niveau en deçà de l'extrémité antérieure de E2. Cette dernière configuration correspond au cas où l'extrémité libre de la pièce polaire postérieure adjacente à la zone d'entrefer est abaissée par rapport à l'extrémité antérieure de la pièce polaire antérieure. Dans une variante non représentée, l'extrémité libre 38 se termine au même niveau que E2. Cette structure d'entrefer dédoublé avec pièce polaire antérieure à bord périphérique à gorge peut être adaptée à divers types de haut-parleurs (dôme ou cône) comme on l'a vu sur les Figures 1 à 3.
  • La Figure 5, non à l'échelle, donne le résultat d'une optimisation d'un moteur. Dans une variante, le prolongement 39 de la pièce polaire antérieure 32 peut être tronconique 40. On notera que la largeur de l'entrefer n'est pas la même selon la zone-considérée, la largeur étant plus importante vers l'arrière que vers l'avant afin de tenir compte du fait que l'aimant est plus proche de la zone de champ postérieure que de la zone de champ antérieure. Dans une variante non représentée, l'un ou les deux bords délimitant l'entrefer sont inclinés pour mieux tenir compte de cet effet, contrairement à ce qui est représenté, où les bords sont parallèles entre-eux. On peut également mettre en oeuvre une bobine qui n'est pas homogène afin de tenir compte de différences de champs magnétiques selon la zone de l'entrefer, le produit B./ devant préférentiellement être constant en tout point de la hauteur de la bobine en statique et lors de ses déplacements afin qu'il y ait compensation de réduction de forces (le nombre de spire exposées diminuant à une extrémité de la bobine) par des ajouts de forces équivalentes (le nombre de spires exposées augmentant à l'autre extrémité de la bobine). II est ainsi possible d'adapter l'invention a tout type de bobine, homogène ou non par adaptation du champ le long de la hauteur de l'entrefer.
  • La Figure 6 est une application du moteur de l'invention à la réalisation d'un haut-parleur à faibles fuites magnétiques. Un tel haut-parleirr est plus particulièrement destiné à être utilisé dans des applications où un champ magnétique peut perturber le fonctionnement d'appareils, par exemple tube cathodique d'un téléviseur, dispositif de mesure à résonance magnétique (RMN) ou risque de « démagnétiser » des objets, par exemple disquette d'ordinateur ou bandes magnétiques d'une cassette pour radiocassette ou titre de transport ou de paiement à piste magnétique. Le moteur représenté sur cette Figure 6 est à aimant 53 noyau et a, en plus, une efficacité améliorée par la mise en oeuvre d'un contre-aimant 60 disposé en opposition magnétique sur le prolongement antérieur 59 de la pièce polaire antérieure 52 ce qui permet de mieux canaliser les lignes de champ magnétique vers et dans l'entrefer dans lequel se trouve la bobine 55 qui, au repos, par sa partie arrière intercepte un champ magnétique postérieur et par sa partie avant un champ magnétique antérieur de l'entrefer dédoublé par la gorge 50. Le champ magnétique principal du moteur est généré par l'aimant 53. On a indiqué par P+ et P- les deux pôles magnétiques de polarité opposée (nord ou sud ou inversement) de chaque aimant afin de bien montrer que les aimant et contre aimant sont orientés en opposition. Le moteur a un axe de symétrie 51 central de révolution circulaire. Un orifice peut être prévu au centre du moteur. Le bouclage du champ magnétique produit par l'aimant 53 dans l'entrefer est obtenu par une pièce polaire postérieure 54, du type culasse pour ce montage a aimant noyau, qui comporte un prolongement vers l'avant 54', 54" et 54'''. Une pastille 61 en matériau ferromagnétique, disposée en avant du contre aimant 60 permet également de reboucler le champ magnétique avec l'extrémité 54"' du prolongement antérieur de la pièce polaire postérieure 54 avec de très faibles lignes de fuites du champ magnétique. On peut même prévoir que la largeur de l'espace entre le bord périphérique de la pastille 61 et le bord correspondant de 54"' soit plus réduit que la largeur minimale de l'entrefer car seul le support de bobine (non représenté) est présent à ce niveau. Toutefois, si l'excursion de la bobine doit être très importante jusqu'à atteinte le niveau de la pastille 61, on laissera suffisamment de largeur libre pour que la bobine puisse passer sans obstacle. Dans une première alternative simplifiée, on peut omettre la pastille 61 antérieure et la partie 54"' de la pièce polaire postérieure. Dans une seconde alternative simplifiée, éventuellement combinée avec d'autres, on peut omettre le prolongement antérieur 59 de la pièce polaire antérieure 52 et disposer directement le contre-aimant sur celle-ci. Enfin, dans un autre mode simplifié, éventuellement combinés avec d'autres, on peut omettre les parties 54"' et 54" de la pièce polaire postérieure.
  • Comme on l'a indiqué, le contre-aimant permet également d'améliorer le champ magnétique dans l'entrefer et, en particulier, de tendre à la symétrisation, ou égalisation, des champs entre la zone de champ postérieure en relation avec E1 et la zone de champ antérieure en relation avec E2. Grâce à cette amélioration, lors de l'optimisation du moteur, la différence de largeur de l'entrefer entre la zone de champ postérieure et la zone de champ antérieure peut être réduite voire supprimée. En effet, dans toutes les configurations, la zone de champ postérieure, plus proche de l'aimant, est soumise à une aimantation plus importante que la zone de champ antérieure. De plus, en l'absence de contre-aimant, la zone de champ antérieure présente un étalement des lignes de champ plus important. Ceci explique que lors de l'optimisation il faille élargir davantage l'entrefer dans la zone de champ postérieure par rapport à la zone de champ antérieure en l'absence de contre aimantation. Par contre, avec un contre-aimant, les lignes de champ sont mieux canalisées dans l'entrefer et l'aimantation mieux répartie entre les deux zones de champ. Ainsi, selon le degré d'optimisation choisi, on peut mettre en oeuvre ou non une différence de largeur entre les zones antérieure et postérieure d'entrefer en fonction d'un contre-aimant présent ou non présent. On rappelle ici que la hauteur de l'entrefer se mesure sur un axe sensiblement parallèle au déplacement de la bobine et la largeur de l'entrefer par la distance séparant un bord de pièce polaire antérieure et un bord de pièce polaire postérieure correspondant sur un axe perpendiculaire à la hauteur.
  • Bien que l'on ait représenté et décrit dans le détail sur les Figures 4, 5, 6 un moteur avec aimant noyau, l'invention peut être appliquée d'une manière équivalente à un moteur à aimant couronne. De même, si l'on a représenté dans le détail qu'un bord d'entrefer avec gorge, on peut mettre en oeuvre l'invention avec une gorge sur chacun des deux bords d'entrefer ou disposer la gorge sur l'autre pièce polaire, en l'espèce, sur les Figures 4, 5, 6, sur la pièce polaire postérieure au lieu de la pièce polaire antérieure.
  • La présente invention, n'est pas limitée par les modes de réalisation décrits et elle peut également mettre eh oeuvre toutes les combinaisons de type d'aimant en ce qui concerne la forme (couronne ou noyau ou autre) que ce qui concerne la matière (ferrite, métallique, terres rares ou autres), ou de type de membrane (dôme ou cône) peuvent être employées. Le moteur de l'invention peut également mettre en oeuvre des moyens destinés à réduire le rayonnement magnétique comme, par exemple un blindage, un ou des contre-aimants. Il peut également comporter un ou des capteurs destinés à fournir des informations à l'amplificateur auquel il est relié afin de l'asservir.

Claims (9)

  1. Moteur électrodynamique à bobine mobile notamment pour haut-parleur, la bobine mobile formée d'un bobinage (5, 15, 25, 35, 55) d'un nombre déterminé de spires d'un conducteur électrique étant solidaire d'une membrane acoustique (6, 16), le moteur comportant au moins un aimant (3, 13, 23, 33, 53) à deux pôles et disposé entre une pièce polaire antérieure (2, 12, 22, 32, 52) et une pièce polaire postérieure (4, 4', 14, 14', 24, 34, 34', 54, 54', 54", 54"'), la pièce polaire antérieure et la pièce polaire postérieure bouclant le champ magnétique de l'aimant dans un entrefer, ledit entrefer étant délimité d'un premier coté par un premier bord périphérique de la pièce polaire antérieure et d'un second coté par un second bord périphérique de la pièce polaire postérieure, la bobine mobile étant disposée dans ledit entrefer, les spires étant perpendiculaires au champ magnétique afin que lorsqu'un courant est envoyé dans la bobine, cette dernière se déplace selon un axe antéro-postérieur, l'entrefer étant dédoublé, au moins un des bords dudit entrefer comportant une gorge (30, 50), la gorge étant orientée sensiblement parallèlement aux spires, ledit bord présentant une première surface postérieure de hauteur E1 séparée d'une seconde surface antérieure de hauteur E2 par la gorge de hauteur C, la gorge formant une zone en retrait par rapport à la première surface et la seconde surface, E1 déterminant un premier espace d'entrefer de champ magnétique postérieur B1 (37) et E2 déterminant un second espace d'entrefer de champ magnétique antérieur B2 (36), la bobine ayant une hauteur HB inférieure ou égale à la hauteur E1 + C + E2 de l'entrefer dédoublé, et la gorge (30, 50) comportant intérieurement une bague continue et fermée d'un matériau conducteur de l'électricité,
    caractérisé en ce que E1 est sensiblement égal à E2, le bobinage est sensiblement homogène et que la bobine a une hauteur HB telle que HB est sensiblement égal à E1 + C où E2 + C ou E1/2 + C + E2/2.
  2. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, au repos, la bobine est disposée en regard de la gorge et intercepte par une première extrémité avec NB1 spires le camp magnétique postérieur B1 et par une seconde extrémité avec NB2 spires le champ magnétique antérieur B2, de manière à ce que le produit B1.NB1 soit sensiblement égal au produit B2.NB2 le long de la hauteur.
  3. Moteur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la pièce polaire antérieure est prolongée vers l'avant (39, 59).
  4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte vers l'avant de la pièce polaire antérieure (32) au moins un contre-aimant (60), ledit contre-aimant ayant des pôles orientés d'une manière opposée à l'orientation des pôles de l'aimant (3, 13, 23, 33, 53).
  5. Moteur selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte en outre vers l'avant, sur le contre-aimant, une pastille (61) d'un matériau ferromagnétique et en ce que la pièce polaire postérieure (54) est prolongée vers l'avant (54', 54", 54"') jusqu'au niveau de la pastille.
  6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'aimant est un aimant noyau (23, 53), la pièce polaire antérieure (22, 52) est une pastille sensiblement plane, la pièce polaire postérieure est une culasse (24, 34, 54) en forme de U en coupe avec un fond sur lequel repose l'aimant et des bords montants (34', 54', 54", 54"'), l'entrefer dédoublé étant délimité par le bord périphérique externe de la pastille et la zone adjacente du bord montant de la culasse.
  7. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'aimant est un aimant couronne (3, 13), la pièce polaire antérieure est une bague (2, 12) sensiblement plane présentant un bord périphérique interne vers le centre de la couronne, la pièce polaire postérieure (4, 14) est formée d'une plaque arrière sur laquelle repose l'aimant et d'un noyau central (4', 14') s'étendant d'arrière en avant, l'entrefer dédoublé étant délimité par le bord périphérique interne de la bague et la zone adjacente du noyau central.
  8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le matériau conducteur de l'électricité est choisi parmi l'or, l'argent, le cuivre, l'aluminium, le carbone graphite en combinaison ou non et est, de préférence, en cuivre.
  9. Haut-parleur électrodynamique à bobine mobile caractérisé en ce qu'il comporte un moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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