JP2004215028A

JP2004215028A - スピーカ

Info

Publication number: JP2004215028A
Application number: JP2003000424A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Mizoguchi; 豊溝口; Susumu Hibi; 進日比; Hiroshi Okazaki; 洋岡崎; Kazuhiko Iwata; 和彦岩田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-01-06
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-01-06
Also published as: JP3961960B2

Abstract

【課題】磁気回路の寸法・質量・コストを増大させることなく、大出力時にも鉄損を低減でき、磁気回路からの熱による磁石の熱減磁を防止したスピーカ。
【解決手段】磁気回路を構成する円盤状のボトムプレート１１上に設けた円柱体１２と円筒体１３との間のギャップにボイスコイル１４を配置し、ボイスコイル１４と振動板１８とがボビン１７により連結され、振動板１８の中央部にダストキャップ１９が設けられて構成される。ボトムプレート１１は、ヨーク、円柱体１２及び円筒体１３が配設される平面側に一方の磁極を有する磁石、または、磁石及びヨークにより構成され、また、円柱体１２と円筒体１３とは、磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成される。円柱体１２の外周面とボイスコイル１４のとの間、円筒体１３の内周面とボイスコイル１４との間に、０．５ｍｍ〜３ｍｍの両者間で厚さの異なる非磁性導電体１５、１６が設けられる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気信号を音響信号に変換するスピーカに係り、特に、大入力に耐えるスピーカに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大入力に耐えるスピーカの開発が従来から種々行われている。例えば、特許文献１には、磁気回路を構成するボトムプレートに設けられたセンターポールの上部に中空円筒部を有する非磁性体によるショートリングを装着したスピーカが開示されている。このスピーカは、前述のセンターポール上部の中空円筒部によって、ボイスコイルを、大入力印加時にもセンターポールに乗り上げることなく保持することができ、これにより、異常音や不鳴り現象を抑制して更なる高入力が可能なものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４５１９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、スピーカのインピーダンスの周波数特性は、高周波になるほど増加する傾向にあり、それに伴い発音した音にひずみが生じたり、磁性体のヨークに生じる渦電流による鉄損により発熱が増加する。前述した従来技術に示されるように、非磁性体によるショートリングをセンターポールに装着することにより、前述の鉄損の低減に効果があることが知られている。
【０００５】
しかし、前述した従来技術は、消費電力８００Ｗ以上の大出力スピーカに適用し、ショートリングをその厚さが０．５ｍｍ以下の薄い非磁性導電体で構成した場合、ショートリングに大きな渦電流が流れて飽和が生じてしまい充分な鉄損低減の効果が得られないという問題点を有している。このため、大出力のスピーカや、振動体面以外の部分が密閉された熱のこもりやすい水中スピーカ等に前述の従来技術を適用した場合、磁石部に熱がたまり、磁石の熱減磁が生じてしまうという問題点を有している。
【０００６】
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、磁気回路の寸法・質量・コストを増大させることなく、鉄損を低減することができ、磁気回路からの熱の放散により、磁石の熱減磁を防止することのできる大出力が可能なスピーカを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば前記目的は、振動板を駆動するボイスコイルを磁気回路内に備えたスピーカにおいて、前記磁気回路が、ボトムプレートと、ボトムプレートの上面に配置された円柱体と、円柱体の周囲にギャップを持って設置された円筒体とを有し、前記ボトムプレートが、円柱体及び円筒体が配設される平面側に一方の磁極を有する磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成され、前記円柱体と円筒体とが、磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成され、円柱体の外周面と円筒体の内周面とに非磁性導電体を配設したことにより達成される。
【０００８】
前述において、円柱体の外周面と円筒体の内周面とに配設された非磁性導電体の厚さが異なっており、円柱体の外周面に配設された非磁性導電体の厚さが円筒体の内周面に配設された非磁性導電体の厚さより厚くされている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるスピーカの実施形態を図面により詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態によるスピーカの構成を示す断面図である。図１において、１１はボトムプレート、１２は円柱体、１３は円筒体、１４はボイスコイル、１５、１６は非磁性導電体、１７はボビン、１８は振動板、１９はダストキャップ、２０はダンパーである。
【００１１】
図１に示すスピーカの磁気回路は、ボトムプレート１１と、ボトムプレート１１の上面に配置された円柱体１２と、円柱体１２の周囲にギャップを持って設置された円筒体１３とにより構成される。そして、本発明の実施形態によるスピーカは、前述した磁気回路における円柱体１２と円筒体１３との間の空隙（ギャップ部）にボイスコイル１４を配置し、ボイスコイル１４と振動板１８とがボビン１７により連結され、振動板１８の中央部にダストキャップ１９が設けられて構成される。さらに、ボビン１７は、図示しないフレームとの間に設けられるダンパー２０により支持されている。
【００１２】
前述において、磁気回路を構成するボトムプレート１１は、円柱体１２及び円筒体１３が配設される平面側に一方の磁極を有する磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成され、また、円柱体１２と円筒体１３とは、磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成される。そして、円柱体１２の外周面とボイスコイル１４のとの間、及び、円筒体１３の内周面とボイスコイル１４との間に、０．５ｍｍ〜３ｍｍの両者間で厚さの異なる非磁性導電体１５、１６が設けられている。また、非磁性導電体１５、１６は、充分な放熱効果を持つサイズとし、非磁性導電体１５をボトムプレート１１の上面及び円柱体１５の外周面に接触させ、非磁性導電体１６をボトムプレートの上面及び円筒体１６の内周面に接触させて配設している。但し、非磁性導電体１５、１６のそれぞれは、入力の大きさ等の条件によっては、ボトムプレート１１の上面に接するまで設ける必要はなく、例えば、ボイスコイル１４の振動域にだけ設けるようにしてもよい。
【００１３】
一般に、鉄損は、鉄等の磁性体が交番磁界にの中に置かれたときに発生するもので、ヒステリシス損と渦電流損とがある。スピーカの磁気回路の場合、低周波域ではヒステリシスによる鉄損が主体となり、高周波域では渦電流による鉄損が主体になることが知られている。
【００１４】
前述したような磁気回路を持つ本発明の実施形態によれば、ボイスコイル１４の高周波域でのインピーダンスを低減でき、渦電流による鉄損の低減を図ることができ、また、放熱効果が高いため、磁石の熱減磁を防止することができる。
【００１５】
図２は図１に示す本発明の実施形態によるスピーカの磁気回路の具体例を示す断面図である。図２において、２１は第１のヨーク、２２は第１の永久磁石、２３は第２のヨーク、２４は第２の永久磁石、２５は第３のヨーク、２６は第４のヨーク、２７は第３の永久磁石、２８はセンターポール、２１０、２１１、２１２はギャップであり、他の符号は図１の場合と同一である。
【００１６】
図２において、第１のヨーク２１は、図１に示す例でのボトムプレート１１に相当し、強磁性材料からなり円板状に形成されている。第１のヨーク２１の前面の中心部には、強磁性材料からなる円柱状のセンターポール２８が第１のヨーク２１と同軸に配設されている。また、第１のヨーク２１の前面には、ヨーク２１と同軸に厚み方向に磁化されたリング状の第１の永久磁石２２が配設され、その内周面がギャップ２１０を介してセンターポール２８と対向している。
【００１７】
第１の永久磁石２２の前面には、強磁性材料からなるリング状の第２のヨーク２３が第１の永久磁石２２と同軸に配設され、第２のヨーク２３の内周面がボイスコイル１４を介してセンターポール２８と対向している。センターポール２８の前面には厚み方向に磁化された円板状の第３の永久磁石２７がセンターポール２８と同軸に配設されている。第２のヨーク２３の前面には、厚み方向に磁化されたリング状の第２の永久磁石２４が配設され、その内周面がギャップ２１１を介して第３の永久磁石２７と対向している。第３の永久磁石２７の前面には、強磁性材料により円板状に形成された第４のヨーク２６が第３の永久磁石２７と同軸に配設されている。さらに、第２の永久磁石２４の前面には強磁性材料によりリング状に形成された第３のヨーク２５が配設され、その内周面がギャップ２１２を介して第４のヨーク２６と対向している。
【００１８】
前述において、センターポール２８、第３の永久磁石２７及び第４のヨーク２６が図１に示す例での円柱体１２に相当し、第１の永久磁石２２、大２のヨーク２３、第２の永久磁石２４及び第３のヨーク２５が図１に示す例での円筒体１３に相当する。図２に示す例においても、図１に示す例での円柱体１２に相当する部分の外周部に非磁性導電体１５が設けられ、円筒体１３ら相当する部分の内周部に非磁性導電体１６が設けられている。
【００１９】
図２に示す磁気回路は、第２のヨーク２３からボイスコイル１４を介してセンターポール２８の方向へ向けて磁束が形成されている。そして、前述したように、第１の永久磁石２２、第２のヨーク２３、第２の永久磁石２４、及び第３のヨーク２５の内周面とボイスコイル１４の間、及び、センターポール２８、第３の永久磁石２７、第４のヨーク２６の外周面とボイスコイル１４の間に、０．５ｍｍ〜３ｍｍの厚さの異なる非磁性導電体１６、１５が配置されている。
【００２０】
図２に示す磁気回路を有するスピーカは、前述で説明したような磁気回路の構成を備えることにより、大出力時でも非磁性導電体１５、１６での渦電流飽和を生じさせることがなく、鉄損の低減を図ることができる。磁気回路の構成により磁束が第２のヨーク２３の内周面に集中する場合と、センターポール２８の外周面に集中する場合とがあるが、円柱体と円筒体とを組み合わせた磁気回路の場合、円筒体側の磁束が集中する。このため、より磁束が集中する側、図２に示す例の場合、センターポール側の非磁性導電体の厚さを厚くすることにより、ギャップ部の幅を広げ磁束密度を低下させることなく、さらに鉄損の低減を図ることができる。
【００２１】
また、非磁性導電体１５、１６は、充分な放熱効果を持つサイズとし、非磁性導電体１６を第１のヨーク２１の前面、第２のヨーク２３の内周面、及び、第３のヨーク２５の内周面に、非磁性導電体１５を第１のヨーク２１の前面、センターポール２８の外周面、及び、第４のヨーク２６の外周面に接触して配設して放熱路が形成される。これにより、永久磁石の温度上昇を防止し、熱減磁を防ぐことができる。
【００２２】
次に、図２に示す磁気回路の寸法等を例示して、本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明は、それらの例に限定されるものではない。
【００２３】
図２に示す本発明の実施形態によるスピーカに用いる磁気回路を、第１のヨーク２１、第１の永久磁石２２、第２のヨーク２３、第２の永久磁石２４及び第３のヨーク２５の外径：Ｄ_１＝３５０ｍｍ、第１の永久磁石２２、第２のヨーク２３、第２の永久磁石２４及び第３のヨーク２５の内径：Ｄ_２＝１８６ｍｍ、センターポール２８、第３の永久磁石２７及び第４のヨーク２６の外径：Ｄ_３＝１５０ｍｍ、第１のヨーク２１の厚み：Ｌ_１＝６０ｍｍ、第１の永久磁石２２の厚み：Ｌ_２＝５０ｍｍ、第２のヨーク２３の厚み：Ｌ_３＝５５ｍｍ、第２、第３の永久磁石２３、２７の厚み：Ｌ_４＝５０ｍｍ、第３、第４のヨーク２５、２６の厚み：Ｌ_５＝２０ｍｍとして構成した。
【００２４】
なお、第１、第２及び第３の永久磁石２２、２４及び２７には、いずれもＲ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結磁石（ＲはネオジムＮｄを主体とする希土類元素の少なくとも１種、Ｆｅは鉄、Ｂはホウ素である）を用い、また、第１、第２、第３、第４のヨーク２１、２３、２５、２６及びセンターポール２８には、いずれもＪＩＳＧ３１０１一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００を使用した。
【００２５】
前述のように構成した図２に示す磁気回路において、第１の永久磁石２２、第２のヨーク２３、第２の永久磁石２４及び第３のヨーク２５の内周面とボイスコイル１４との間に、厚さ：Ｔ_１＝１ｍｍの非磁性導電体１６を、また、センターポール２８、第３の永久磁石２７、第４のヨーク２６の外周面とボイスコイル１４との間に厚さ：Ｔ_２＝３ｍｍの非磁性導電体１５を配置した。なお、非磁性導電体１５、１６には、いずれもＪＩＳＨ３１００タフピッチ銅板Ｃ１１００Ｐ−Ｈを用いた。
【００２６】
前述したような寸法構造を有する図２に示すような磁気回路を用いたスピーカに１０００Ｗを入力し、鉄損の解析を行った結果、鉄損６８９Ｗであった。比較のため、非磁性導電体１５、１６の双方とも厚さ２ｍｍにし、前述の場合と同一の音圧を得ようとした場合、入力として１１５３Ｗを必要とし、鉄損の解析を行った結果、鉄損８４８Ｗであった。
【００２７】
前述したように、非磁性導電体１５、１６の厚さを異なる厚さに設定することにより、音響変換効率と鉄損の低減を図ることができる。
【００２８】
図３は本発明の実施形態によるスピーカと、磁気回路に非磁性導電体を備えない実施形態によるスピーカとのボイスコイルの等価抵抗値の周波数特性の比較結果を示す図である。
【００２９】
図２に示す磁気回路を使用した本発明の実施形態によるスピーカのボイスコイルの等価抵抗値の周波数特性は、図３に実線により示すようなものとなり、１０ｋＨｚ程度の高周波領域まで比較的低い抵抗値を示した。これに対して、従来技術によるスピーカのボイスコイルの等価抵抗値の周波数特性は、図３に点線により示すようなものとなり、５００Ｈｚ程度から急激に上昇していくものとなっている。
【００３０】
そして、図３から判るように、本発明の実施形態によるスピーカの場合、１ｋＨｚのときの等価抵抗値は、非磁性導電体がない従来技術によるスピーカの場合の約１０分の１となった。従って、本発明の実施形態によるスピーカは、同一の出力を得るために必要な入力電圧も従来技術の場合の１０分の１となり、大出力の場合にも必要な入力電圧が小さくて済むため、スピーカ用アンプの寸法・質量・コストの低減にも寄与することができる。
【００３１】
また、本発明の実施形態によるスピーカは、すでに説明したように、その磁気回路に備える非磁性導電体を充分な放熱効果を持つサイズとし、非磁性導電体１６を第１のヨーク２１の前面、第２のヨーク２３の内周面及び第３のヨーク２５の内周面に接触させて配設し、非磁性導電体１５を第１のヨーク２１の前面、センターポール２８の外周面及び第４のヨーク２６の外周面に接触させて配設して放熱路を形成しており、この構造において熱解析を行った結果、８００Ｗの電力を入力してスピーカを駆動した場合、本発明の実施形態と同等の磁気回路において非磁性導電体のないスピーカでの磁石の温度上昇が８８℃であったのに対し、本発明の実施形態によるスピーカでの温度上昇は６９℃であり、充分な放熱効果が得られることが確認できた。
【００３２】
図２により説明した磁気回路の構成は、この例に限ることなく、ボイスコイル１４の移動範囲でギャップの磁束密度を均一とすることができれば、永久磁石とヨークとをどのように組み合わせて磁気回路を構成するようにしてもよい。また、スピーカの効率を高めるために、ボイスコイルを長くして、ギャップ内の磁束密度が均一となっていない部分にまでボイスコイルを存在させるように構成することもできる。但し、この場合、歪の発生をどの程度許容することができるかについて配慮する必要がある。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、磁気回路の寸法・質量・コストを増大させることなく、大出力時でも、鉄損を低減でき、さらに磁気回路からの熱の放散により、磁石の熱減磁を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるスピーカの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す本発明の実施形態によるスピーカの磁気回路の具体例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態によるスピーカと、磁気回路に非磁性導電体を備えない実施形態によるスピーカとのボイスコイルの等価抵抗値の周波数特性の比較結果を示す図である。
【符号の説明】
１１ボトムプレート
１２円柱体
１３円筒体
１４ボイスコイル
１５、１６非磁性導電体
１７ボビン
１８振動板
１９ダストキャップ
２０ダンパー
２１第１のヨーク
２２第１の永久磁石
２３第２のヨーク
２４第２の永久磁石
２５第３のヨーク
２６第４のヨーク
２７第３の永久磁石
２８センターポール
２１０、２１１、２１２ギャップ

Claims

振動板を駆動するボイスコイルを磁気回路内に備えたスピーカにおいて、前記磁気回路は、ボトムプレートと、ボトムプレートの上面に配置された円柱体と、円柱体の周囲にギャップを持って設置された円筒体とを有し、前記ボトムプレートは、円柱体及び円筒体が配設される平面側に一方の磁極を有する磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成され、前記円柱体と円筒体とは、磁石、ヨーク、または、磁石及びヨークにより構成され、円柱体の外周面と円筒体の内周面とに非磁性導電体を配設したことを特徴とするスピーカ。
前記円柱体の外周面と円筒体の内周面とに配設された非磁性導電体の厚さが異なっていることを特徴とする請求項１記載のスピーカ。
前記円柱体の外周面に配設された非磁性導電体の厚さが、前記円筒体の内周面に配設された非磁性導電体の厚さより厚いことを特徴とする請求項１記載のスピーカ。
前記非磁性導電体の厚さが、０．５ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１、２または３記載のスピーカ。