ES2923549T3

ES2923549T3 - Actuador de bobina de voz refrigerada por aire

Info

Publication number: ES2923549T3
Application number: ES19195250T
Authority: ES
Inventors: Peter Lucon; Brian Jay Seaholm
Original assignee: Resodyn Corp
Current assignee: Resodyn Corp
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2022-09-28
Anticipated expiration: 2034-10-22
Also published as: WO2015061448A2; US10258945B2; WO2015061448A3; JP2016534858A; EP3060356A2; EP3593911B1; US20160236162A1; EP3060356B1; EP3593911A1; JP6301463B2

Abstract

Un accionador de bobina de voz enfriado por aire comprende una bobina (160) hecha de un material que es eléctricamente no conductor; un conductor eléctrico (170) acoplado a la bobina; un conjunto de imán que incluye: una carcasa (180) y un imán (190) acoplado a la carcasa, incluyendo el imán una abertura situada en el centro que define un canal (191); y un sistema de refrigeración; en el que la bobina se coloca dentro de un espacio formado por el imán y la carcasa; en el que la bobina, el imán y la carcasa definen colectivamente una trayectoria de flujo (200); en el que la bobina y el conjunto de imanes están configurados para oscilar cuando se aplica una corriente alterna a un conductor eléctrico; y en el que el sistema de refrigeración está configurado para hacer circular un flujo de aire a través del canal y el recorrido del flujo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Actuador de bobina de voz refrigerada por aire

Antecedentes

Los sistemas resonantes mecánicos tales como los mezcladores acústicos resonantes pueden incluir un actuador en forma de bobina de voz para impulsar/operar el sistema. Típicamente, el actuador de bobina de voz incluye una bobina y un devanado de bobina de voz acoplado a (o integrado con) la bobina. En la mayoría de los sistemas resonantes mecánicos, la bobina está hecha de un material conductor que tiene una alta resistencia de material como el metal (p. ej., aluminio, acero, etc.) para soportar las fuerzas mecánicas asociadas con un sistema resonante. Además, las bobinas de metal son ventajosas porque pueden disipar el calor de manera efectiva debido a su alta conductividad térmica.

En algunas aplicaciones, como altavoces de audio, los actuadores de bobina de voz pueden incluir una bobina hecha de un material no conductor como el plástico (p. ej., Kapton, etc.). Sin embargo, los actuadores de bobina de voz para altavoces de audio generalmente están sujetos a fuerzas mecánicas bajas, a diferencia de los actuadores en sistemas mecánicos resonantes, que generalmente están sujetos a fuerzas mecánicas altas. Por lo tanto, en un sistema resonante mecánico, una bobina de altavoz de plástico no puede soportar las fuerzas mecánicas altas debido a la resistencia baja del material. Además, las bobinas de plástico de los altavoces no pueden soportar altas temperaturas y, por lo general, tienen una baja conductividad térmica, lo que las hace difíciles de enfriar en entornos de alta temperatura, como en un sistema resonante mecánico.

El documento US4757547 divulga un soplador eléctrico utilizado para hacer pasar aire de refrigeración a través de un impulsor de altavoz. El soplador está conectado en paralelo a los cables entre el amplificador y el altavoz, de modo que la velocidad del soplador y la refrigeración aumenta con el aumento del consumo de energía y la generación de calor por parte del impulsor.

El documento US7831059 describe un transductor de audio electromagnético auto refrigerado que incluye una bobina enrollada en una bobina que define una cavidad interior que cambia de tamaño a medida que se excita la bobina, lo que hace que ese tamaño aumente o disminuya, inhalando o expulsando, respetuosamente, aire dentro o fuera de la cavidad por el cambio de presión. La bobina rodea una pieza de polo magnético con una tapa de refrigeración en la parte superior con ranuras a través de las cuales se aspira aire en direcciones opuestas a medida que el tamaño de la cavidad dentro de la bobina cambia de tamaño a medida que la bobina se excita eléctricamente.

El documento US2007/140522 divulga un altavoz de audio que incluye un transductor de bobina de voz con dos imanes radialmente concéntricos, una bobina de voz ubicada dentro del espacio entre los imanes interior y exterior, un diafragma acoplado a la bobina de voz para crear sonidos a partir de la bobina de voz, y un chasis para soportar los imanes, la bobina de voz y el diafragma.

El documento US2006/171556 divulga un impulsor de altavoz con una pieza de polo ventilada que incluye un primer y segundo imanes anulares de neodimio de dirección de flujo opuesta que intercalan una pieza de polo anular termo conductora (p. ej., de acero) que concentra el flujo en una estructura de ventilación de múltiples cámaras. Una primera cámara está ubicada encima de la pieza de polo y es impulsada por el movimiento de la bobina de voz para bombear aire a través del centro de la pieza de polo. Una segunda cámara rodea la pieza de polo dentro de la copa del motor impulsor y se ventila a través de la parte inferior de la pieza de polo, y una tercera cámara está ubicada entre la cesta de soporte y una araña y se ventila a través de la cesta termo conductora que tiene una disposición radial de aletas de refrigeraciones conectadas a la copa. El documento WO2013/138682 divulga un actuador electromecánico para generar una fuerza mecánica para transferirla a un aparato que comprende una bobina electromagnética, un miembro de conexión y un imán. El miembro de conexión está mecánicamente acoplado entre la bobina electromagnética y el aparato y está configurado para transferir la fuerza mecánica desde la bobina electromagnética al aparato. El imán está dispuesto entre la bobina electromagnética y el aparato e incluye un canal en el que está dispuesta la bobina electromagnética, el canal tiene una abertura de canal que mira hacia fuera del aparato, el imán tiene además un orificio central a través del cual se extiende el miembro de conexión.

Compendio

Según la presente invención, se proporciona un actuador de bobina de voz refrigerada por aire para un sistema ^{resonante mecánico según la reivindicación}1^.

Los aspectos ventajosos de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

Los objetos, características y ventajas anteriores y relacionados de la presente divulgación se comprenderán mejor con referencia a la siguiente descripción detallada, cuando se toman en conjunto con las siguientes figuras, en donde:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un mezclador vibratorio que incluye un sistema resonante mecánico.

La Figura 2 es una vista en

perspectiva del sistema resonante mecánico de la Figura 1.

La Figura 3 es una vista en

sección transversal del sistema de la Figura 2.

La Figura 4 es un diagrama esquemático del sistema de la Figura 2.

La Figura 5 es una vista en sección transversal de un actuador de bobina de voz.

^{La Figura}6^{A es un gráfico que muestra la eficacia mecánica de un sistema resonante mecánico que utiliza un actuador}de bobina de voz tradicional que tiene una bobina hecha de un material eléctricamente conductor.

^{La Figura}6^{B es un gráfico que muestra la eficiencia mecánica de un sistema resonante mecánico que utiliza un}actuador de bobina de voz que tiene una bobina hecha de un material eléctricamente no conductor.

La Figura 7 es una vista en sección transversal de un conjunto de imanes.

^{La Figura}8 ^{es una vista en sección de un conjunto de actuador e imán de bobina de voz.}

La Figura 9 es una vista en sección transversal del sistema de la Figura 2.

Las figuras 10A-10B son vistas en sección transversal del sistema de la Figura 2 que se muestra en dos estados operativos diferentes.

La Figura 11 es una vista en sección transversal de un sistema resonante mecánico según otra implementación.

Descripción detallada

Los aspectos e implementaciones de la presente divulgación generalmente se relacionan con un sistema resonante mecánico (p. ej., un mezclador vibratorio, un reactor químico, etc.). El sistema incluye un actuador de bobina de voz que tiene una bobina de voz eléctricamente no conductora que se usa como impulsor para el sistema. El uso de una bobina eléctricamente no conductora puede aumentar las eficiencias mecánicas hasta en un 98 % y puede disminuir el calentamiento resistivo, el voltaje y la corriente eléctrica del sistema. Además, la bobina eléctricamente no conductora puede eliminar las pérdidas por corrientes parásitas típicamente asociadas con las bobinas de voz eléctricamente conductoras utilizadas en sistemas resonantes convencionales. Tales corrientes parásitas pueden provocar cargas de potencia y energía térmica significativas en el sistema que pueden afectar el rendimiento y la vida útil del sistema.

En términos generales, los actuadores de bobina de voz están diseñados para ser livianos, de modo que cuando oscilan, las fuerzas generadas entran al sistema y no son absorbidas por la inercia de la masa de la bobina de voz. Para lograr la oscilación a frecuencias más altas, normalmente se reduce la masa de la bobina. Sin embargo, en un sistema resonante mecánico, la masa de la bobina de voz no afecta su capacidad de aplicar fuerza o movimiento a los otros componentes del sistema porque la masa es parte de un sistema sintonizado. Esto permite utilizar bobinas de voz más grandes y pesadas. Por lo tanto, parecería que una bobina de voz de metal sería una opción ideal como impulsor para un sistema resonante mecánico porque el peso no es una preocupación y la bobina de metal tiene una alta resistencia material para soportar las fuerzas mecánicas asociadas con el sistema. Sin embargo, incluso a frecuencias moderadas, como 60 Hz, a altas velocidades y grandes campos magnéticos, se inducen corrientes parásitas en bobinas de voz fabricadas con materiales conductores como el metal. Las corrientes parásitas generan calor mediante el calentamiento resistivo del material conductor y pueden representar una carga significativa de calor y potencia en el sistema resonante.

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un mezclador 200 vibratorio, mostrado según una implementación. El mezclador 200 vibratorio incluye un sistema 100 resonante mecánico acoplado dentro del mezclador 200. El sistema 100 ^{resonante mecánico está configurado para mezclar diversos materiales en el mezclador}200 ^{a través de la}oscilación de múltiples masas que forman parte del sistema 100 resonante. En otras implementaciones, el mezclador 200 ^{vibratorio es un reactor químico u otro tipo de sistema/conjunto que se puede usar junto con el sistema}100 resonante mecánico. Por ejemplo, en algunas implementaciones, el sistema 100 resonante mecánico está acoplado a una cámara de reacción de un reactor químico para facilitar una reacción química dentro del reactor.

Las Figuras 2 y 3 son vistas en perspectiva del sistema 100 resonante mecánico de la Figura 1. Como se muestra en las Figuras 2 y 3, el sistema 100 resonante mecánico incluye un marco 130 de masa configurado para acoplarse a una estructura 131 rígida (que se muestra esquemáticamente en la Figura 4). En algunas implementaciones, la estructura 131 rígida es una pared o una parte fija del mezclador 200 resonante. En algunas implementaciones, la masa 130 del marco está acoplada a la estructura 131 rígida mediante uno o más resortes 140 de marco a estructura rígida (mostrado esquemáticamente en la Figura 4). En algunas implementaciones, los resortes 140 de marco a estructura rígida son elementos viscoelásticos que permiten el movimiento relativo de la masa 130 del marco. La masa 130 del marco también se puede acoplar al terreno 132 (p. ej., suelo, etc.) por uno o más resortes 141 de marco al terreno (también mostrados esquemáticamente en la Figura 4). En algunas implementaciones, los resortes 141 del marco al terreno pueden ser elementos viscoelásticos. Como se muestra en las Figuras 2-3, la masa 130 de marco incluye plataformas 130A superiores, una plataforma 130B intermedia y plataformas 130C inferiores. Cada una de las plataformas 130A, 130B y 130C están acopladas en una configuración apilada por una o más varillas 152 de soporte del marco para formar la masa 130 del marco. En otras implementaciones, la masa 130 del marco puede incluir más o menos plataformas estructurales y/o varillas 152 de soporte de marco.

En la implementación que se muestra en las Figuras 2-3, una placa 110A de carga útil superior se coloca sobre la plataforma 130B intermedia. La placa 110A de carga útil superior está acoplada a una placa 110B de carga útil inferior mediante una o más varillas 150B de soporte de carga útil. La placa 110A de carga útil superior está colocada encima de la placa 110B de carga útil inferior y tiene una superficie superior expuesta. La placa 110A de carga útil superior está configurada para recibir un recipiente de mezcla o cámara de reacción que incluye un volumen de material miscible para mezclar dentro del mezclador 200 resonante. La placa 110A de carga útil superior y la placa 110B de ^{carga útil inferior definen cooperativamente parte de una masa}110 ^{de carga útil del sistema}100 ^{resonante (mostrado}esquemáticamente en la Figura 4). La masa 110 de carga útil también incluye un conjunto de bobina, que se analiza con más detalle a continuación. Uno o más resortes 138 de carga útil a marco están acoplados entre la placa 110B de carga útil inferior y cada una de las plataformas 130A superiores. Uno o más resortes 138 de carga útil a marco también están acoplados entre la placa 110B de carga útil inferior y cada una de las plataformas 130C inferiores. De esta manera, la placa 110B de carga útil inferior y la placa 110A de carga útil superior se pueden mover en relación con la masa 130 del marco (es decir, plataformas 130A superiores, plataforma 130B intermedia y plataformas 130C inferiores) mediante los resortes 138 de carga útil a marco.

Todavía con referencia a las Figuras 2-3, una placa 120B impulsora inferior está colocada debajo de la plataforma 130B intermedia. La placa impulsora 120B inferior está acoplada a una placa 120A impulsora intermedia colocada encima de la plataforma 130B intermedia. La placa 120A impulsora intermedia está acoplada a una placa 120C impulsora superior colocada encima de la placa 120A impulsora intermedia. La placa impulsora 120B inferior está acoplada a la placa 120A impulsora intermedia mediante una o más varillas 151 de soporte del impulsor. Asimismo, la placa 120C impulsora superior está acoplada a la placa 120A impulsora intermedia mediante una o más varillas 151 de soporte del impulsor. La placa 120A impulsora intermedia, la placa impulsora 120B inferior y la placa 120C ^{impulsora superior definen cooperativamente parte de una masa}120 ^{impulsora del sistema}100 ^{resonante (mostrado}esquemáticamente en la Figura 4). La masa 120 impulsora también incluye un conjunto de imanes, que se analiza con más detalle a continuación. La placa impulsora 120B inferior y la placa 120A impulsora intermedia están cada una acoplada a la plataforma 130B intermedia mediante uno o más resortes 137 impulsores de marco. Los resortes 137 impulsores de marco ayudan a regular el desplazamiento de las placas 120A, 120B y 120C impulsoras en relación con la masa 130 del marco. Los resortes 137 impulsores al marco también están configurados para guiar el movimiento de las placas 120A, 120B y 120C impulsoras durante el funcionamiento del sistema 100 resonante. Como se muestra en las FIGS. 2-3, cada varilla 151 de soporte del impulsor está dispuesta a través de una abertura respectiva ubicada en la plataforma 130B intermedia y a través de un resorte 137 correspondiente del impulsor al bastidor. De esta manera, la masa 120 del impulsor (es decir, la placa 120A impulsora intermedia, la placa 120B impulsora inferior y placa 120C impulsora superior) se pueden mover independientemente con respecto a la masa 130 del marco y a la masa 110 de carga útil (es decir, la placa 110B de carga útil inferior y la placa 110A de carga útil superior).

En la implementación que se muestra en las Figuras 2-3, la masa 110 de carga útil está acoplada a la masa 120 impulsora mediante uno o más resortes 139 de carga útil a impulsor. En particular, la placa 120A impulsora intermedia está acoplada a la placa 110B de carga útil inferior mediante uno o más resortes 139 de carga útil a impulsor. De manera similar, la placa 120B impulsora inferior está acoplada a la placa 110B de carga útil inferior mediante uno o más resortes 139 de carga útil a impulsor. Los resortes 139 de carga útil a impulsor regulan el desplazamiento de la ^masa110 ^{de carga útil y la masa}120 ^{del impulsor cuando la masa}110 ^{de carga útil y la masa}120 ^{del impulsor están}oscilando. Además, los resortes 139 de carga útil a impulsor están configurados para guiar el movimiento de la masa 110 de carga útil y la masa 120 impulsora durante el funcionamiento del sistema 100 resonante. De esta manera, la ^masa110 ^{de carga útil y la masa}120 ^{impulsora se pueden mover de forma independiente entre sí y con respecto a la}masa 130 del marco.

La Figura 4 es una representación esquemática del sistema 100 resonante mecánico, mostrado según una implementación. Haciendo referencia a las Figuras 3-4, el sistema 100 resonante mecánico incluye un actuador de ^{bobina de voz para operar/impulsar el sistema (es decir, para impulsar la masa}110 ^{de carga útil y la masa}120 impulsora). El actuador de bobina de voz incluye una bobina 160 y un conductor 170 eléctrico acoplado a la bobina 160. En la implementación mostrada en las FIGS. 3-4, el actuador de bobina de voz se coloca dentro del sistema 100 resonante mecánico entre la masa 110 de carga útil y la masa 120 del impulsor. En particular, la bobina 160 de bobina de voz está acoplada a la placa 110A de carga útil superior mediante uno o más varillas 150A de soportes de bobina de voz. En otras implementaciones, la bobina 160 de bobina de voz está acoplada a una parte de la masa 120 del impulsor (es decir, la placa 120A impulsora intermedia o la placa 120B impulsora inferior o la placa 120C impulsora superior El actuador de bobina de voz está configurado para recibir una señal eléctrica (p.ej., una corriente alterna) y para generar una fuerza suficiente para impulsar tanto la masa 110 de carga útil como la masa 120 del impulsor. En algunas implementaciones, el actuador de bobina de voz es un actuador de bobina de voz resistiva.

La Figura 5 es una vista en sección transversal del conjunto de bobina de las Figuras 3-4. Como se muestra en la Figura 5, la bobina 160 tiene forma cilíndrica e incluye una superficie 162 circunferencial interior. La bobina 160 también incluye una placa 163 colocada en una superficie interior superior de la bobina 160. La placa 163 está hecha de un material generalmente rígido, como el metal, y está configurada para acoplar la bobina 160 a las varillas 150A de soporte de la bobina de voz. La placa 163 también proporciona soporte estructural a la bobina 160. La placa 163 y la superficie 162 circunferencial interior define colectivamente una cavidad interna de la bobina. La bobina 160 también ^{incluye la superficie 161 exterior. En una implementación, la bobina 160 tiene un diámetro D}1 ^{interior de menos de aproximadamente 2 pulgadas (50,8 mm) y un diámetro D}2 ^{exterior de menos de unas 3 pulgadas (76,2 mm). En otras implementaciones, los diámetros D}1 ^{y D}2 ^{interior y exterior pueden ser mayor o menor dependiendo de la aplicación}particular de la bobina 160.

En la implementación mostrada en la FIG. 5, la bobina 160 está hecha de un material eléctricamente no conductor. En algunas implementaciones, la bobina 160 está hecha de un polímero como un derivado de polietercetona (PEEK). En algunas implementaciones, la bobina 160 está hecha de un material de ferrita. En algunas implementaciones, la bobina 160 está hecha de una polieterimida (PEI) termoplástica disponible comercialmente con el nombre comercial Ultem® producida por Saudi Basic Industries Corporation (SABIC) ubicada en Huntersville, Carolina del Norte. En otras implementaciones, la bobina 160 está hecha de un homopolímero de acetal disponible comercialmente con el nombre comercial Delrin® producido por E. I. du Pont de Nemours and Company con sede en 1007 Market Street, Wilmington, Delaware. En otras implementaciones, la bobina 160 puede estar hecha de otro material plástico o combinaciones de ^{materiales plásticos adecuados para la aplicación particular de la bobina 160 en el sistema}100 ^{resonante mecánico.}Es particularmente ventajoso usar un material eléctricamente no conductor para la bobina. 160 porque, entre otras razones, permite que el sistema 100 resonante mecánico logre eficiencias mecánicas de hasta el 98%.

^{Por ejemplo, las FIGS.}6^A-6^{B ilustran las eficiencias mecánicas de un sistema resonante mecánico que usa una bobina de voz hecha de un material eléctricamente conductor (Figura}6^{A) y un sistema resonante mecánico que usa una bobina de voz hecha de un material eléctricamente no conductor (Figura}6^{B). Cuando se utiliza una bobina de voz}eléctricamente conductora en el actuador de bobina de voz, la conservación de la energía se simplifica a la siguiente ecuación:

P parásito P mecánica P resistiva = P en

Donde la potencia total que entra en el actuador (P en) de la bobina de voz se convierte en trabajo mecánico (P mecánica) o calor en forma de pérdidas (P parásita) por corrientes parásitas o calentamiento resistivo de los devanados (P resistiva) de la bobina. La eficiencia del actuador de la bobina de voz es una relación entre la potencia mecánica y la potencia total que entra en el actuador de la bobina de voz. Por ejemplo, cuando se utiliza una bobina eléctricamente conductora ^{en un sistema mecánico resonante, como el sistema}100 ^{resonante mecánico, se genera un gráfico similar al que se muestra en la Figura}6^{A donde el trabajo mecánico se mantiene constante ajustando el flujo magnético del actuador de bobina de voz. Como se muestra en la Figura}6^{A, a aproximadamente 4,3 A (amperios), existe una densidad de}flujo óptima para optimizar la bobina de voz eléctricamente conductora para producir la mayor eficiencia de entrada de energía mecánica a total. La eficiencia del actuador de la bobina de voz es baja (es decir, menos del 10 % a 2A (amperios)) debido a la gran cantidad de corrientes parásitas y pérdida de calor resistivo de la bobina.

^{Por el contrario, como se muestra en la Figura}6^{B, cuando se utiliza una bobina de voz eléctricamente no conductora}en el sistema resonante mecánico, como la bobina 160, las corrientes parásitas se reducen a cero y el actuador de la bobina de voz puede operar en el lado de la resistencia eléctrica de nivel bajo de la curva. En última instancia, esto da ^{como resultado una eficiencia mecánica mucho mayor para el sistema}100 ^{resonante mecánico.}

En la implementación que se muestra en las Figuras 3-5, la bobina 160 de bobina de voz incluye un conductor 170 eléctrico (es decir, hilos de bobina, devanados, hilos conductores, bobinas enrolladas, etc.) acoplados a una parte exterior de la bobina 160. En algunas implementaciones, el conductor 170 eléctrico incluye una primera bobina enrollada colocada en una parte inferior de la bobina 160 y una segunda bobina enrollada colocada encima de la primera bobina enrollada en la bobina 160. La primera y la segunda bobina enrollada incluyen cables conductores que están enrollados en direcciones opuestas. el uno del otro. Esta disposición facilita ventajosamente la interacción electromagnética entre la bobina 160 y el conjunto de imanes (que se analiza a continuación). En otras implementaciones, el conductor 170 eléctrico está integrado dentro de la estructura exterior de la bobina 160. Como se muestra en la Figura 5, el conductor 170 eléctrico rodea sustancialmente la bobina 160 y está expuesto a lo largo de la periferia de la bobina 160. El conductor 170 eléctrico está acoplado operativamente a una fuente (p. ej., un amplificador controlado por corriente, un amplificador controlado por voltaje, etc.) y está configurado para recibir una ^{señal eléctrica de la fuente para generar una fuerza suficiente para impulsar el sistema}100^.

Haciendo referencia a las Figuras 3-4, el actuador de bobina de voz incluye además un conjunto de imanes acoplado a la masa 120 del impulsor. En algunas implementaciones, el conjunto de imanes está acoplado a la placa 120B impulsora inferior. En otras implementaciones, el conjunto de imanes está acoplado a al menos una parte de la masa 110 ^{de carga útil (es decir, la placa}110^{A de carga útil superior o la placa}110^{B de carga útil inferior). Como se muestra}en las Figuras 3-4, el conjunto de imanes incluye una carcasa 180 de imán acoplada a la placa 120B impulsora inferior mediante una o más sujeciones 123 (p. ej., pernos, tuercas, etc.). El conjunto de imanes también incluye una pila 190 de imanes acoplada dentro de la carcasa 180 del imán.

La Figura 7 es una vista en sección transversal del conjunto de imanes de las Figuras 3-4. Como se muestra en la Figura 7, la carcasa 180 del imán tiene forma cilíndrica e incluye superficies 182 y 183 interiores que definen colectivamente una cavidad interna de la carcasa 180 del imán. En algunas implementaciones, la carcasa 180 del imán está hecha de un material magnéticamente conductor (p. ej., metal, acero, etc.). La pila 190 de imanes incluye ^{una pluralidad de imanes 195 (que se muestran en la Figura}8^{) acoplados entre sí para formar la pila 190. La pila 190}de imanes incluye una superficie 192 exterior y una superficie 193 superior. En una implementación, los imanes 195 se acoplan entre sí mediante un eje 191 de guía y una pluralidad de sujeciones (p. ej., pernos, tuercas, etc.). En algunas implementaciones, el eje 191 de guía está hecho de un material conductor no magnético. Como se muestra en la Figura 7, el eje 191 de guía incluye una abertura ubicada en el centro que se extiende a lo largo de un eje longitudinal (designado como línea central (CL) en la Figura 7) a lo largo de toda la longitud de la pila 190 de imanes, definiendo así un canal a través de la pila 190 de imanes. El eje 191 de guía se extiende más allá de la pila 190 de imanes por debajo de la placa impulsora 120B inferior. En otras implementaciones, los imanes 195 se acoplan entre sí usando otro tipo de sujetador mecánico adecuado para mantener unida la pila 190 de imanes cuando experimenta ^{altas aceleraciones en el sistema}100 ^{resonante mecánico.}

^{En una implementación que se muestra en la Figura}8^{, cinco imanes 195 están dispuestos dentro de la pila 190 de}imanes que se extiende desde un extremo 190a proximal hasta un extremo 190b distal. Dos de los imanes 195 están agrupados en el extremo 190a proximal y cada uno está orientado con su extremo positivo que mira hacia arriba y su extremo negativo que mira hacia abajo hacia el extremo 190a proximal. La pila 190 de imanes incluye un espaciador ubicado entre los imanes 195 agrupados hacia el extremo 190a proximal y tres imanes 195 adicionales agrupados en el extremo 190b distal. Cada uno de los tres imanes 195 agrupados en el extremo 190b distal está dispuesto de manera que su polaridad sea opuesta a la de los dos imanes 195 agrupados en el extremo 190a proximal. Es decir, cada uno de los tres imanes 195 agrupados en el extremo 190b distal están dispuestos con su extremo negativo que mira hacia arriba y su extremo positivo que mira hacia abajo hacia el extremo 190a proximal. En otras implementaciones, los imanes 195 pueden disponerse en polaridad inversa a la disposición que se muestra en la ^Figura8^{. En otras implementaciones, la pila 190 de imanes puede incluir más o menos imanes 195 dependiendo de}la aplicación particular de la pila 190 de imanes.

En algunas implementaciones, la pila 190 de imanes tiene un diámetro exterior que es menor que el diámetro interior de la carcasa 180 del imán, de modo que las superficies 182 y 183 interiores y la superficie 192 exterior de la pila 190 de imanes definen colectivamente un espacio para recibir la bobina 160. En la implementación que se muestra en la ^{Figura 7, la carcasa 180 del imán tiene un diámetro D}1 ^{interior de aproximadamente 2 pulgadas (50,8 mm) y la pila 190 de imanes tiene un diámetro D}2 ^{exterior de aproximadamente 3 pulgadas (76,2 mm) que produce un espacio de}aproximadamente 1/2 pulgada (12,7 mm) que rodea la superficie 192 exterior de la pila 190 de imanes. En otras implementaciones, los diámetros de la carcasa 180 del imán y la pila 190 de imanes pueden ser más grande o pequeño dependiendo de la aplicación particular del conjunto de imanes.

La Figura 9 muestra el sistema 100 resonante mecánico en reposo (es decir, un estado no operado) con la bobina 160 dispuesta dentro del espacio entre la carcasa 180 del imán y la pila 190 de imanes. Como se muestra, la bobina 160 está colocada de manera que al menos una parte del conductor 170 eléctrico está dispuesto dentro del espacio entre la carcasa 180 del imán y la pila 190 de imanes. El espacio entre la carcasa 180 del imán y la pila 190 de imanes tiene una anchura 185 (que se muestra en la Figura 7) suficiente para permitir que el actuador de bobina de voz genere una fuerza para hacer que la bobina 160 y el conjunto de imanes se muevan cuando el conductor 170 eléctrico recibe una señal eléctrica. En algunas implementaciones, la anchura 185 es de aproximadamente 1/2 pulgada (12,7 mm). En otras implementaciones, la anchura 185 es mayor o menor dependiendo del tamaño de los imanes 195 usados en el ^sistema100 ^{resonante mecánico.}

Con referencia a las Figuras 3-4 y 9, cuando el conductor 170 eléctrico recibe una corriente alterna, se genera un flujo magnético dentro del espacio entre la carcasa 180 del imán y la pila 190 del imán. Esto, a su vez, da como resultado una fuerza que provoca tanto la bobina 160 y el conjunto de imanes (es decir, la carcasa 180 del imán y la pila 190 de imanes) oscile (representado por las respectivas flechas que se muestran en la Figura 9). El movimiento de la bobina 160 y el conjunto de imanes hace que oscilen tanto la masa 110 de carga útil como la masa 120 impulsora. La masa 110 de carga útil y la masa 120 impulsora están configuradas para desfasarse entre sí. Esto crea una condición ideal ^{para proporcionar energía al sistema}100 ^{porque las fuerzas generadas por el actuador de bobina de voz también}están desfasadas. En consecuencia, las fuerzas reaccionan dentro del sistema 100 resonante y no se transfieren a la estructura 131 rígida, a diferencia de los sistemas tradicionales accionados por bobina de voz, como los altavoces de audio.

Las Figuras 10A-10B son vistas en sección transversal del sistema 100 resonante mecánico que se muestra en dos estados operativos diferentes. La Figura 10A muestra el sistema 100 resonante mecánico en un primer estado operativo en el que la bobina 160 se mueve en una dirección generalmente hacia abajo y el conjunto de imanes se mueve en una dirección generalmente hacia arriba (representado por flechas que se muestran en la bobina 160 y en la pila 190 de imanes). En una implementación, se genera un flujo 200 de aire por el movimiento relativo tanto de la bobina 160 como del conjunto de imanes. El flujo 200 de aire está configurado para desplazarse a lo largo de una trayectoria de flujo definida colectivamente por la bobina 160, la pila 190 de imanes y la carcasa 180 del imán para ayudar a reducir la temperatura de funcionamiento del actuador de la bobina de voz (es decir, para refrigerar el conductor 170 eléctrico del actuador de bobina de voz) cuando el sistema 100 está funcionando. En algunas ^{implementaciones, el flujo}200 ^{de aire se hace circular mediante un ventilador (p. ej., un ventilador eléctrico, etc.) en}comunicación con el sistema 100 resonante mecánico. En algunas implementaciones, el sistema 100 resonante mecánico incluye una aleta vibratoria o una aleta móvil dispuesta en la abertura definida por el eje 191 de guía para funcionar como una bomba para hacer circular el flujo 200 de aire. En algunas implementaciones, la oscilación tanto ^{de la bobina 160 como del conjunto de imanes por sí solo es suficiente para generar el flujo}200 ^{de aire.}

Como se muestra en la Figura 10A, en el primer estado operativo, el flujo 200 de aire se hace circular fuera del actuador de bobina de voz a lo largo de la trayectoria de flujo y lejos de la carcasa 180 del imán. El flujo 200 de aire también se hace circular a través del canal definido por el eje 191 de guía hacia la abertura del eje 191 de guía alejándose de la bobina 160. Mientras que el flujo 200 de aire circula dentro de la trayectoria de flujo definida por la bobina 160 y el conjunto de imanes, está absorbiendo la energía térmica generada por el actuador de la bobina de voz (es decir, el conductor 170 eléctrico). De esta manera, el flujo 200 de aire reduce la temperatura de funcionamiento del actuador ^{de bobina de voz en el sistema}100 ^{resonante mecánico.}

La Figura 10B muestra el sistema 100 resonante mecánico en un segundo estado operativo en el que la bobina 160 se mueve en una dirección generalmente hacia arriba y el conjunto de imanes se mueve en una dirección generalmente hacia abajo (representado por flechas que se muestran en la bobina 160 y en la pila 190 de imanes). Aquí, un flujo 201 de aire se desplaza en una dirección que generalmente es opuesta a la dirección del flujo 200 de aire que se muestra en la Figura 10A. Es decir, el movimiento relativo de la bobina 160 y el conjunto de imanes crea ^{un vacío dentro del espacio entre la bobina 160 y la carcasa de imán, lo que provoca que el flujo}201 ^{de aire se}desplace a través del actuador, como se muestra en la Figura 10B. A través de los dos estados operativos que se muestran en las Figuras 10A-10B, el movimiento tanto de la bobina 160 como del conjunto de imanes genera un flujo de aire suficiente para facilitar la refrigeración del actuador de bobina de voz. En algunas implementaciones, el espacio entre la bobina 160 y la pila 190 de imanes se puede aumentar para reducir las pérdidas de presión de aire. Esta configuración es posible con una bobina de bobina de voz eléctricamente no conductora porque no hay pérdidas por corrientes parásitas y por lo tanto se puede reducir la densidad de flujo y se puede aumentar el espacio entre la bobina 160 y la pila 190 de imanes.

La Figura 11 es una vista en sección de un sistema 100 resonante mecánico, mostrado según otra implementación. En esta implementación, uno o más actuadores de bobina de voz adicionales están acoplados operativamente al sistema 100 resonante mecánico. Por ejemplo, el sistema 100 resonante mecánico puede incluir un segundo actuador de bobina de voz, similar al actuador de bobina de voz que se muestra en la Figura 5, colocado en ubicación A y/o ubicación B adyacente al primer actuador de bobina de voz (es decir, bobina 160 y conductor 170 eléctrico). El segundo actuador de bobina de voz se puede acoplar a la masa 110 de carga útil (es decir, la placa 110A de carga útil superior o la placa 110B de carga útil inferior), similar al actuador de bobina de voz de las Figuras 3-4. En algunas ^{implementaciones, el actuador de la segunda bobina de voz se puede acoplar a la masa}120 ^{del impulsor (es decir, la}placa 120A impulsora intermedia o la placa 120B impulsora inferior o la placa 120C impulsora superior En otras implementaciones, uno o más actuadores de bobina de voz adicionales pueden ubicarse en una posición diferente ^{dentro del sistema}100 ^{resonante mecánico.}

En una implementación, el actuador de bobina de voz adicional es impulsado por un amplificador separado, de modo ^{que el actuador genera fuerzas que están desfasadas 180 grados con respecto al movimiento de la masa}110 ^{de carga}útil y la masa 120 del impulsor. De esta manera, el actuador de bobina de voz adicional funciona efectivamente como un mecanismo de frenado para el sistema 100 resonante mecánico. En otra implementación, el actuador de bobina de voz adicional puede operarse selectivamente para impulsar el sistema 100. Por ejemplo, en algunas implementaciones, el actuador de bobina de voz adicional puede operarse de selectivamente para proporcionar potencia/energía adicional al sistema 100. Alternativamente, el actuador de bobina de voz adicional puede desactivarse selectivamente cuando no se necesita potencia adicional. En algunas implementaciones, el actuador de ^{bobina de voz adicional puede conmutarse selectivamente para frenar el sistema}100 ^{cuando se desee.}

En algunas implementaciones, el sistema 100 resonante mecánico puede incluir un segundo actuador de bobina de voz configurado como impulsor ubicado en la posición A y un tercer actuador de bobina de voz configurado como mecanismo de frenado ubicado en la posición B. En otras implementaciones, el sistema 100 resonante mecánico puede incluir dos actuadores de bobina de voz adicionales, ambos configurados como impulsores y ubicados en las posiciones A y B respectivamente. En otras implementaciones, el sistema 100 resonante mecánico puede incluir dos actuadores de bobina de voz adicionales, ambos configurados como mecanismos de frenado y ubicados en las posiciones A y B respectivamente. En otras implementaciones, se pueden ubicar más de dos actuadores de bobina ^{de voz adicionales en diferentes posiciones dentro del sistema}100 ^{resonante mecánico.}

En otra implementación, se pueden usar uno o más actuadores de bobina de voz impulsores adicionales para minimizar la cantidad de energía térmica perdida debido a la carga resistiva en el sistema 100. Por ejemplo, si se usa una sola bobina de voz con una resistencia de carga de CC de 5 ohmios y la bobina tiene una fuerza constante de 10 lbf/A (libra-fuerza/amperio) (44482 N/A), la bobina generará 50 lbf (libra-fuerza) (222411 N) con una corriente de 5 A (amperios). Asumiendo que la bobina está bien refrigerada y que la resistencia de la bobina no cambia durante el funcionamiento, el calentamiento resistivo se calcula a partir de la Ley de Ohm. Según ese cálculo, el calentamiento resistivo en la bobina simple es de 125 W (vatios). Sin embargo, si se utiliza una cantidad de cuatro (4) de las mismas bobinas en paralelo, con una corriente de 1,25 A (amperios) pasando por cada bobina, el calor resistivo generado sería de 31,25 W (vatios), que es un 75 % de reducción de la energía térmica resistiva generada en las bobinas.

En algunas implementaciones, el actuador de la bobina de voz (es decir, la bobina 160 y el conductor 170 eléctrico) se controla/opera utilizando un amplificador de voltaje constante. En otras implementaciones, el actuador de bobina de voz se controla/opera usando un amplificador de corriente constante. Los métodos de control típicos para un sistema resonante mecánico se basan en la fuerza. En un sistema basado en la fuerza, la respuesta del sistema es un pico resonante en la frecuencia resonante. Sin embargo, se produce una respuesta del sistema no intuitiva cuando se utiliza un amplificador de voltaje constante en lugar de un amplificador de corriente constante. Un amplificador de voltaje constante produce una respuesta del sistema a través de la resonancia a una amplitud creciente constante con respecto a la frecuencia. Por el contrario, cuando se utiliza un amplificador de corriente constante, se produce un fuerte aumento de la amplitud en la frecuencia de resonancia. Por lo tanto, al usar un amplificador de voltaje constante, la ganancia de amplitud resonante se elimina de la ecuación de control, lo que permite usar un control de ganancia de ^{amplitud con un pequeño factor de corrección para la frecuencia cambiante.}

Las referencias a "o" pueden interpretarse como inclusivas, de modo que cualquier término descrito usando "o" puede indicar uno solo, más de uno o todos los términos descritos. Las etiquetas "primero", "segundo", "tercero", etc., no tienen por objeto necesariamente indicar un orden y, por lo general, se utilizan simplemente para distinguir entre artículos o elementos iguales o similares.

El alcance de la presente invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un actuador de bobina de voz refrigerado por aire para un sistema (100) resonante mecánico, el actuador de bobina de voz refrigerado por aire que comprende:

una bobina (160) hecha de un material eléctricamente no conductor;

una placa (163) rígida acoplada a una superficie interior superior de la bobina;

un conductor (170) eléctrico acoplado a la bobina;

un conjunto de imanes que incluye:

una carcasa (180) de imán, y

un imán (190) ubicado dentro de la carcasa de imán y acoplado a la carcasa de imán, el imán que incluye una abertura ubicada en el centro que define un canal que se extiende a través del conjunto de imanes; y

un sistema de refrigeración;

en donde la bobina se coloca dentro de un espacio formado por el imán y la carcasa de imán; en donde la bobina, la placa rígida, el imán y la carcasa de imán definen colectivamente una trayectoria de flujo;

en donde la bobina y el conjunto de imanes están configurados para oscilar cuando se aplica una corriente alterna al conductor eléctrico; y

en donde el sistema de refrigeración está configurado para hacer circular un flujo de aire a través del canal y la trayectoria de flujo.

2. El actuador de la reivindicación 1, en donde la abertura está situada a lo largo de un eje longitudinal del imán.

3. El actuador de la reivindicación 1, en donde el conductor eléctrico incluye una pluralidad de bobinas enrolladas acopladas a la bobina.

4. El actuador de la reivindicación 1, en donde el flujo de aire se genera mediante la oscilación del conjunto de bobina e imán.

5. El actuador de la reivindicación 1, en donde el conjunto de imanes incluye:

un primer grupo de imanes acoplados a la carcasa de imán; y

un segundo grupo de imanes colocado encima del primer grupo de imanes;

en donde el primer grupo de imanes está acoplado al segundo grupo de imanes mediante un eje (191) de guía; en donde un imán del primer grupo de imanes está dispuesto con su polaridad opuesta a la polaridad de un imán del segundo grupo de imanes.

6^{. El actuador de la reivindicación 1, en donde el sistema de refrigeración incluye un ventilador configurado para hacer}circular el flujo de aire.

7. El actuador de la reivindicación 1, en donde el sistema de refrigeración incluye una aleta de bombeo vibratorio configurada para bombear el flujo de aire a medida que oscilan el conjunto de bobina e imán.

8^{. El actuador de la reivindicación 1, en donde el material de la bobina incluye un material plástico.}

9. El actuador de la reivindicación 1, en donde el material de la bobina incluye un material de ferrita.

10. El actuador de la reivindicación 1, en donde la carcasa de imán está hecha de un material magnéticamente conductor.

11. El actuador de la reivindicación 1, que comprende además un amplificador controlado por voltaje configurado para impulsar el actuador de bobina de voz.

12. El actuador de la reivindicación 1, que comprende además un amplificador controlado por corriente configurado para impulsar el actuador de bobina de voz.