JP2002530967A - 希土類磁石ラウドスピーカーのための低コストのモーター設計 - Google Patents

希土類磁石ラウドスピーカーのための低コストのモーター設計

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JP2002530967A JP2000583298A JP2000583298A JP2002530967A JP 2002530967 A JP2002530967 A JP 2002530967A JP 2000583298 A JP2000583298 A JP 2000583298A JP 2000583298 A JP2000583298 A JP 2000583298A JP 2002530967 A JP2002530967 A JP 2002530967A
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Abstract

(57)【要約】 並列に接続され、１つずつ層状された、２つ、またはそれ以上の導線コイルと共に、ボイスコイル（２０’）を利用するラウドスピーカー磁気モーター。モーターは、磁場源として、好まれるものとして、ネオジウムボロン鉄磁石等の、希土類金属を含む永久磁石である、永久磁石（１２’）を利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （本発明の背景） 本発明は、ラウドスピーカー、及びラウドスピーカーで使用するための低コス
トの磁気モーターに関する。本発明は、他の分野では、携帯電話、ページャー、
ＭＰ３プレーヤー、及び重量とサイズが重要な他の応用を有する。
【０００２】 ラウドスピーカーの大きな割合は、ダイナミックスピーカーである。そのよう
なスピーカーは、磁気ドライバを利用して（一般に、コーン又はドーム型の）振
動板の動きを生成し、同様に、音を発生する。一般的なラウドスピーカーは、固
定された磁石及びボイスコイルを含む。磁石は、振動板の後ろのフレームの後部
に取り付けられる。磁気「回路」は、「エアギャップ」と呼ばれる領域の磁場を
集中する（従って、強くする）ために利用される。ボイスコイルは磁石の隣に配
置され、エアギャップの内部に配置されることが好ましい。一般に、コイルは、
振動板に取り付けられた円筒型の支持物又は「巻型」のまわりに形成される。
【０００３】 作動中、増幅器からの電気的な音の信号がボイスコイルに加えられ、コイルの
まわりの電磁場の変化を発生する。電磁場は、磁石が発生した磁場と相互に影響
し合う。磁石はフレームにしっかりと固定され、ボイスコイルは可動であるので
、２つの場が相互に影響し合うときにボイスコイルは移動する。ボイスコイルは
振動板に支持物を経由して結合されるので、その動きは振動板を振動させる。振
動板の振動はスピーカーのまわりの空気を加圧及び減圧し、空気中に音波を発生
させる。
【０００４】 ネオジウムホウ素鉄のようなエネルギー密度が高い希土類材料は、シールドさ
れたラウドスピーカー磁石をつくり出し小型化するために魅力的である。容易な
製造のために、磁石リング又は磁石ディスクがコアとしてトランスデューサーボ
イスコイルの内部に設置される。従って、貯蔵可能な最大エネルギー及び抽出可
能な最大エネルギーはボイスコイルの直径により制限され、ネオジウムスラグの
高さによってのみ増加できる。
【０００５】 本発明の目的は、改善されたラウドスピーカーを提供することであり、更に詳
細には、ラウドスピーカーのための改善された磁気モーターを提供することであ
る。
【０００６】 本発明の他の目的は、希土類磁石を利用するモーターを提供することである。
【０００７】 本発明の他の目的は、ラウドスピーカーを駆動するための低インピーダンス、
高ＢｘＬネオジウムモーターの構造を可能にするモーターを提供することである
。
【０００８】 更に他の目的は、複数の磁石、及び高価なエッジ巻き線に対する必要性を除去
し、最善の全体的なシステム値に対して整合する増幅器でより大きな自由度を提
供するモーターを提供することである。
【０００９】 本発明の更に他の目的は、携帯電話、ノートブックコンピュータ、パームサイ
ズコンピュータ、ページャー、及び他の双方向無線機器のような携帯通話機器の
ための低電圧サウンドシステムの構造を可能にするモーターを提供することであ
る。
【００１０】 （発明の要約） 前記目的は、一側面では、並列に接続され、互いに重ねられた２つ又はそれ以
上の導線コイルを有するボイスコイルを利用するラウドスピーカー磁気モーター
を提供する本発明により達成される。
【００１１】 本発明の他の側面は、コイルが円形断面を有する電線から形成される上記モー
ターを提供する。
【００１２】 本発明の他の側面は、第１のコイルがボイスコイル巻型のまわりに配置され、
第２のコイルが第１のコイルのまわりに配置される上記モーターを提供する。
【００１３】 他の側面では、本発明は、磁場源として永久磁石（更に詳細には、希土類金属
を含む永久磁石）を含む上記モーターを提供する。本発明の関連する側面は、磁
場源がネオジウムを含む上記モーターを提供する。そのような磁場源の１つは、
ネオジウムホウ素鉄磁石である。
【００１４】 本発明の他の側面は、永久磁石が「コイン型」、又は更に詳細には、円筒型の
断面を有する上記モーターを提供する。
【００１５】 本発明の他の側面は、上記磁気モーターを含むラウドスピーカーを提供する。
【００１６】 本発明のこれら及び他の側面は、以下の図面及び記載で明らかである。
【００１７】 本発明により提供されるラウドスピーカー磁気モーターは、従来技術を越える
幾つかの長所を特徴とする。それらは、如何なる「厚い」希土類磁石モーター（
即ち、動作ポイントが Ｂ／Ｈ＞＝２．５である永久磁石を有する）からの利用
可能な力Ｆ＝ＢｘＬｘＩを最大にするための低コストで実用的な方法を提供する
。これは、ラウドスピーカーを駆動するための低インピーダンス、高いＢｘＬネ
オジウムモーターの構造を可能にすることにより改善した費用対効果比をもたら
す。また、これは、複数の磁石、及び高価なエッジ巻き線に対する必要性を除去
し、最善の全体的なシステム値に対して整合する増幅器でより大きな自由度を提
供する。
【００１８】 （図示された実施例の詳細な説明） 本発明のより詳細な理解は図面を参照することにより、より明らかになるだろ
う。
【００１９】 スピーカーに有効な駆動力はＢ×Ｌ×Ｉである。ここで、Ｂは磁束密度、Ｌは
コイル導線の長さ、Ｉはコイル導線を流れる電流である。磁石のコストはそれの
高さの増大と共に増大するが、一定の磁石の直径及び隙間に対して、高さｄ及び
、それによる磁気動作点（magnetic operating point）Ｂ／Ｈは、隙間の磁束密
度Ｂがほとんど増大しない場所に急速に達する。エネルギー積Ｂ＊Ｈの最大値は
Ｂ／Ｈ＝１に対してだけ実現される。図１を参照。
【００２０】 図２Ａ及び２Ｂは従来の磁気モーター１０の断面図を表す。図示されたモータ
ーは永久磁石１２及び、上部及び底部のプレート１４、１６から成る磁気「回路
」を含む。プレートは磁石１２の磁場を隙間１８に集束させる。図２Ｂはその詳
細図を示している。ボイスコイル２０は支持（または、支持型）２２の周りに形
成される。図示されたコイルは２層の丸い導線、すなわち断面の丸い導線から成
る。
【００２１】 図２Ａ−２Ｂのモーター１０はｄ／ｗ＞＝２．５の、「低い」磁気動作点（Ｂ
／Ｈ）のシステムに対して適している。ここで、ｄは磁石の高さ、ｗは隙間の幅
である。Ｂ／Ｈ＞＝２．５の高めの（または、長めの）磁石は主に、システムの
温度安定性を改善する。
【００２２】 図２Ａ、２Ｂに示されているタイプの磁気モーターの駆動力を増大させるため
の１つの方法は逆極性に積み重ねられた磁石を利用することである。これは効果
的であるが、高価になるだろう。
【００２３】 もう１つの方法は図３Ａ、３Ｂに示されているタイプの、「エッジ巻き線（ed
ge winding）」構成を使用することである。ここで、有効なコイル導線の長さＬ
は支持型の周りに「フラット導線」（すなわち、導線の断面が平たくされた導線
）２４Ａを巻くことによって長くすることができる。この構成は特に、磁束密度
Ｂ自体を改善することができないで、導線長（または、電流Ｉ）だけが導出可能
な力を増大させることが可能なときに、便利である。
【００２４】 不都合にも、フラット導線コイル巻き線の処理は低コストで、大量生産を行う
ためには長たらしく、遅すぎる。エッジ巻き線はさらに、重く、高い抵抗のコイ
ルとなってしまう。抵抗が非常に高くなると電流Ｉを減少させるので、低い抵抗
が維持されなければ成らない場合、コイルの重さは禁止的になる。
【００２５】 もう１つの欠点は戻りの導線２４Ｂを接触させないために必要な隙間空間であ
り、それは隙間１８の一部を占め、隙間内の磁場から達成可能なエネルギーの誘
導（または、導出）を妨害する。
【００２６】 図４Ａ−４Ｂは本発明の１つの実施に従った磁気モーターを図示している。モ
ーターは好まれるものとして希土類金属、さらに好まれるものとしてはネオジウ
ムから成る磁石１２’を含む。さらに好まれるものとしては、それはネオジウム
ボロン鉄磁石である。上部及び底部のプレート１４、１６はそのような磁石１２
’の接続で一般的に使用されるタイプの材料から成る。
【００２７】 ボイスコイル２０’は２層、またはそれ以上の導線、または希土類金属のモー
ターで一般的に使用されるタイプの導線から成る。従来の構成（例えば、図２Ａ
−２Ｂに示されるタイプ）とは異なり、コイル２０’の多層巻き線は並列に接続
される。
【００２８】 したがって、第１巻き線は円筒形の型２２の周りに、第２巻き線は第１巻き線
の周りに、第３巻き線は第２巻き線の周りに、さらに以下同様に、配置される。
巻き線は互いに並列に接続される。
【００２９】 本発明に従ったモーターはエッジ巻き線構成に匹敵し、しかもそれの（上述の
）欠点を持たない。このような巻き線は通常の丸い導線コイルのように、与えら
れた隙間の長さに対して、巻きの回数Ｌを倍増させる。積み重ねられたコイルの
区分（または、区間）は並列に接続される。
【００３０】 多層巻き線の構成では、任意の印加された電圧に対して、電流Ｉは従来の２層
コイル（例えば、図２に示されるもの）に対し、同じ巻きの回数で、４倍になる
。抵抗は通常のコイルの４分の１であり、有効な巻きの回数Ｌは半分である。し
かしながら、与えられたコイルの高さに対する巻きの回数Ｌは同じ抵抗及び高さ
の単導線コイルより２乗根（ＳＱＲＴ（２））倍多い。タンデムコイルのコイル
の厚さは等しい領域の単導線コイルの２乗根倍になる。
【００３１】 任意の磁束密度Ｂに対し、Ｂ×Ｌ×Ｉの積はそれゆえ、等しい領域の単導線コ
イルの２乗根倍になり、その重さはほぼ同じである。
【００３２】 ネオジウムボロン鉄を使用することにより、図４Ａ−４Ｂのモーターは磁石の
隙間を広げたときにフェライト磁石で起こる磁束密度の損失を起こさずに、隙間
の幅を増大させることを可能にする。さらに、それは強力な磁石のデザインを可
能にし、そこにおいて、「厚い」ネオジウム磁石をボイスコイルの内側に配置で
き、導出可能なエネルギーの高いレベルを可能にする。
【００３３】 利益をもたらす応用例は重量やサイズが製品にとって重要な携帯電話、ページ
ャー、ＭＰ３プレーヤー、及び他の新しいインターラクティブなインターネット
対話製品である。
【００３４】 図５は同じコイル及び磁石を４層対「タンデム」構成で使用し、５００Ｈｚで
曲線を正規化した後の、増大した低域の出力を示しているグラフである。図６は
例えば、図２で示された従来のモーターに対する本発明に従ったモーターのイン
ピーダンス対周波数を示す。
【００３５】 本発明に従ったモーターは以下の利点を持つ。 １．同じ移動重量を保ちながら、Ｂ×Ｌ積を３３％増大させる（図５参照）。 ２．低い供給電圧の印加での、改善した電力摂取のための低い駆動インピーダン
ス（図６の黄色の曲線を参照）。 ３．従来の多層コイルに対して低いインダクタンスは高周波数応答を改善する（
図６参照）。 ４．低コストの構造及び製造。 ５．高い磁気動作点の温度安定性を維持。 ６．必要以上な重量の増加を引き起こさずに、４及び６層のコイル構成を可能に
する。 ７．全ての金属及び磁気材料のより良い利用率。
【００３６】 図７は本発明に従ったラウドスピーカーを示す。スピーカーは図４Ａ−４Ｂで
示され、上述されたタイプの磁気モーターを含む点を除いて、従来の動作及び構
成である。
【００３７】 本発明の改善した磁気モーター及びラウドスピーカーを上で説明した。図面で
示され、上述された実施励が単に本発明の例であり、ここで説明された発明を組
み込んだ他のモーターやラウドスピーカーが本発明の範囲に含まれることは理解
されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 多様な材料や構成に対する磁束密度（Ｂ）、保磁力（Ｈ）及び動作点の間の関
係を表すグラフである。
【図２Ａ】 従来の磁気モーターの断面図を示す。
【図２Ｂ】 図２Ａの図の一部を詳細に示す。
【図３Ａ】 エッジ巻き線を使用したモーターの断面図を示す。
【図３Ｂ】 図３Ａの図の一部を詳細に示す。
【図４Ａ】 本発明に従った巻き線を使用したネオジウムボロン鉄磁気モーターの断面図で
ある。
【図４Ｂ】 図４Ａの図の一部を詳細に示す。
【図５】 同じコイル及び磁石を４層対「タンデム」構成で使用し、５００Ｈｚで曲線を
正規化した後の、増大した低域の出力を示しているグラフである。
【図６】 図２で示された従来のモーターに対する本発明に従ったモーターのインピーダ
ンス対周波数を示す。
【図７】 本発明に従ったラウドスピーカーを示す。
【符号の説明】
１０ 従来の磁気モーター １２ 永久磁石 １４ 底部のプレート １６ 上部のプレート １８ 隙間 ２０ ボイスコイル ２２ 支持型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ラウドスピーカー磁気モーターであって、 ボイスコイルを含み、 前記ボイスコイルが２つ又はそれ以上の導線コイルから成り、 前記導線コイルが並列に接続され、互いに重ね合わされることを特徴とするラ
    ウドスピーカー磁気モーター。
  2. 【請求項２】 前記コイルの少なくとも１つが円形断面を有する導体から成
    ることを特徴とする、請求項１に記載のラウドスピーカー磁気モーター。
  3. 【請求項３】 前記コイルが円形断面を有する導線から成ることを特徴とす
    る、請求項２に記載のラウドスピーカー磁気モーター。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載のラウドスピーカー磁気モーターであって、 第１の導線コイルが支持物のまわりに配置され、 第２の導線コイルが前記第１の導線コイルのまわりに配置されることを特徴と
    するラウドスピーカー磁気モーター。
  5. 【請求項５】 磁場源を含むことを特徴とする、請求項１に記載のラウドス
    ピーカー磁気モーター。
  6. 【請求項６】 前記磁場源が永久磁石であることを特徴とする、請求項５に
    記載のラウドスピーカー磁気モーター。
  7. 【請求項７】 前記磁場源が希土類金属を含むことを特徴とする、請求項６
    に記載のラウドスピーカー磁気モーター。
  8. 【請求項８】 前記磁場源がネオジウムを含むことを特徴とする、請求項７
    に記載のラウドスピーカー磁気モーター。
  9. 【請求項９】 前記磁場源がネオジウムホウ素鉄磁石から成ることを特徴と
    する、請求項８に記載のラウドスピーカー磁気モーター。
  10. 【請求項１０】 前記ネオジウムホウ素鉄磁石が円筒形断面を有することを
    特徴とする、請求項９に記載のラウドスピーカー磁気モーター。
  11. 【請求項１１】 ラウドスピーカーであって、 ボイスコイルを含み、 前記ボイスコイルが２つ又はそれ以上の導線コイルから成り、 前記導線コイルが並列に接続され、互いに重ね合わされることを特徴とするラ
    ウドスピーカー。
  12. 【請求項１２】 前記コイルの少なくとも１つが円形断面を有する導体から
    成ることを特徴とする、請求項１１に記載のラウドスピーカー。
  13. 【請求項１３】 前記コイルが円形断面を有する導線から成ることを特徴と
    する、請求項１２に記載のラウドスピーカー。
  14. 【請求項１４】 請求項１２に記載のラウドスピーカーであって、 第１の導線コイルが支持物のまわりに配置され、 第２の導線コイルが前記第１の導線コイルのまわりに配置されることを特徴と
    するラウドスピーカー。
  15. 【請求項１５】 磁場源を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のラウ
    ドスピーカー。
  16. 【請求項１６】 前記磁場源が永久磁石であることを特徴とする、請求項１
    ５に記載のラウドスピーカー。
  17. 【請求項１７】 前記磁場源が希土類金属を含むことを特徴とする、請求項
    １６に記載のラウドスピーカー。
  18. 【請求項１８】 前記磁場源がネオジウムを含むことを特徴とする、請求項
    １７に記載のラウドスピーカー。
  19. 【請求項１９】 前記磁場源がネオジウムホウ素鉄磁石から成ることを特徴
    とする、請求項１８に記載のラウドスピーカー。
  20. 【請求項２０】 前記ネオジウムホウ素鉄磁石が円筒形断面を有することを
    特徴とする、請求項１９に記載のラウドスピーカー。
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