JP2009005358A - 小型化を進めた高効率小型電気音響変換器 - Google Patents

小型化を進めた高効率小型電気音響変換器 Download PDF

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Abstract

【課題】磁気回路と、振動板と、振動板に協働しうるように連結される音声コイルとを備える小型電気音響変換器を提供する。
【解決手段】磁気回路は、第１および第２の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第１および第２の空隙部分を備える。第１の音声コイル部分に作用する磁束は、内側磁石手段と第１の外側磁石手段とを組み合わせて供給され、第２の音声コイル部分に作用する磁束は、内側磁石手段のみによって基本的に供給される。
【選択図】図５

Description

本発明は、小型化を進めた小型電気音響変換器に関する。具体的には、本発明は、非対称磁気回路を備える小型電気音響変換器に関し、この磁気回路において、２つの対向する空隙だけが永久磁石などの磁束生成磁石の間に配置される。
発明の背景
これからの携帯電話機はさらに小型化され、それでも現代の携帯電話機よりも高い水準の音圧を生成可能でなければならないことが見込まれる。ゆえに、携帯電話機のラウドスピーカ設計は、上記の必要性を満たすために、小型化、電力処理の高度化、および最大音圧能力増加などの方向に向かっている。また、ハンドヘルド装置用小型変換器は、常に、より極端な形状因子に対する市場需要からの圧力下にある。従って、小型のラウドスピーカまたはスピーカにおける熱的及び音響的ベンチレーションなどの問題が、ますます重要になってきている。
従来の小型変換器で実現可能な最小幅は、主に外側磁石寸法と振動板寸法とによって決まる。従って、小型変換器の幅を縮小するには、外側磁石寸法と振動板寸法を縮小する必要がある。別の解決策として、外側磁石を省略することが挙げられる。しかしながら、外側磁石が無いと、変換器のモータの強度が大幅に減少する。さらに、音声コイルの寸法も大幅に縮小され、結果として熱的問題が発生する。
本発明の目的は、音響性能を維持しながらも、小型化を進めた小型変換器を提供することにある。
本発明に従う小型変換器の利点は、幅が非常に小さい変換器を提供することと共に、最適熱条件の範囲が広い、強力なモータおよび可動コイルを提供することである。
発明の摘要
上記目的は、第１の側面において、磁気回路と、振動板と、前記振動板に協働しうるように連結される音声コイルとを備える小型電気音響変換器を提供することによって満たされる。ここで、前記磁気回路は、第１および第２の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第１および第２の空隙部分を備え、第１の音声コイル部分に作用する磁束は、内側磁石手段と第１の外側磁石手段との組み合わせで供給され、第２の音声コイル部分に作用する磁束は、基本的に内側磁石手段のみによって供給される。
本明細書で使用する際、「作用する」とは、内側磁石手段および第１の外側磁石手段によって供給される磁束が、それぞれの音声コイル部分に空間的に重なり合うことを意味するように意図される。また、本明細書で使用される際、「協働しうるように連結」とは、音声コイルが振動板に直接取り付けられてもよいこと、あるいは振動板に直接取り付けられる別の要素を介して、振動板に取り付けられてもよいことを意味するように意図される。
従って、本発明の第１の側面に従う小型変換器の特徴は、第１および第２の空隙における磁束が全く異なる方法で生成されることから、磁気回路が非対称であることにある。本発明の第１の側面によると、第１の空隙における磁束は、2つの永久磁石などの2つの磁気的手段を組み合わせて生成されてもよい。これらの2つの磁石は、第１の外側磁石と、共通内側磁石との組み合わせであってもよい。これに反して、第２の空隙における磁束は、主に、共通内側磁石であることが好ましい単一の磁石のみによって生成されてもよい。従って、第２の空隙に沿う外側磁石が省略可能であることから、第２の空隙の配向に対して交差する方向に、小型変換器の幅が縮小されうる。磁気回路の非対称的性質にも関わらず、第１および第２の空隙における磁場（flux density）の強度は、基本的に等しくなることが好ましい。
本明細書で使用する際、「内側」および「外側」という用語は、所定の空隙に対する磁気的手段の配置を述べたものである。従って、内側磁石手段は、小型変換器の中心に向かう方向、つまり所定の空隙の中心側に配置される。場合によっては、内側磁石手段は、小型変換器の中心点と一致してもよい。これに反して、外側磁石手段は、所定の空隙の反対側に配置される。また、「内側」および「外側」という用語の定義は、本発明の以下の側面（第２から第６）にも適用される。
さらに、本発明の第１の側面に従う小型変換器の磁気回路は、第３および第４の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第３および第４の空隙部分をさらに備えてもよく、第３の音声コイル部分に作用する磁束は、内側磁石手段と第２の外側磁石手段との組み合わせから供給され、第４の音声コイル部分に作用する磁束は、基本的に内側磁石手段のみによって供給される。
従って、本発明の第１の側面によると、第３の空隙における磁束は、2つの永久磁石などの2つの磁気的手段を組み合わせて生成されたものであることができる。これらの2つの磁石は、第２の外側磁石と、共通の内側磁石との組み合わせであってもよい。これに反して、第４の空隙における磁束は、主に、前記共通内側磁石であることが好ましい単一の磁石のみによって生成されてもよい。上述のとおり、第４の空隙に沿う外側磁石は省略可能であることから、小型変換器の幅が縮小されうることを意味する。
好ましくは、第１および第３の空隙部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の空隙部分である。同様に、第２および第４の空隙部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の空隙部分であることが好ましい。従って、4つの空隙部分は、長方形であることが好ましい。
空隙の各々の幅は、約0.6mmなどの0.5〜0.8mmの範囲内であってもよい。空隙における平均磁場は、0.5〜1Tの範囲内などの0.3〜1.5Tの範囲内、あるいはその範囲内のその他のいかなる部分であってもよい。
内側永久磁石および/または外側磁石は、少なくとも1.2Tの残留磁場、少なくとも1000kA/mの保磁力、および少なくとも300kJ/m3のエネルギー生成を有するNdFeB化合物を含んでもよい。例えば、NdFeB N44Hを適用してもよい。
上記空隙構造に適合させるために、第１および第３の音声コイル部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の音声コイル部分であってもよい。同様に、第２および第４の音声コイル部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の音声コイル部分であってもよい。完全な音声コイルを形成するために、第１、第２、第３、および第４の音声コイル部分を湾曲状の橋架部分によって相互に連結し、基本的に長方形の音声コイルを形成してもよい。従って、第１、第２、第３、および第４の音声コイル部分は、完全な音声コイルを形成できるため、4つの音声コイル部分は同一の音声コイル電流を有する。
音声コイルのインピーダンスは、約8Ωなどの4〜16Ωの範囲内であってもよい。好ましくは、音声コイルは、巻型銅線または巻型銅覆アルミ（CCA）線から作製される。CCA線の場合、銅含有量は約15%であってもよい。一般的な動作において、変換器にて1〜2Wの電力を生成するために、8Ω（インピーダンス）音声コイルは、約2〜5VRMSの電圧によって駆動される。
内側磁石手段、第１の外側磁石手段、および第２の外側磁石手段は、強磁性材料から作製される透磁性ヨークなどの共通磁極部の実質的に平面な底部分上に配置されてもよい。共通磁極部は、第１および第２の外側磁極部部分を備えてもよく、第１および第２の外側磁極部部分は、共通磁極部の実質的に平面な底部分から延出する。好ましくは、第１および第２の外側磁極部部分は、共通磁極部の実質的に平面な底部分から実質的に垂直方向に延出する。
磁気回路は、第１および第２の外側磁石手段のそれぞれの上に配置される第１および第２の外側磁極部をさらに備えてもよい。従って、第１および第２の外側磁極部は、第１および第３の空隙部分に沿って、第１および第２の外側磁石手段の上に配置されるか、あるいはそれらによって支持されてもよい。
好ましくは、第１および第２の外側磁極部は、環状磁極部の一体的部分を形成し、環状磁極部は、第２および第４の空隙部分に沿って、共通磁極部の第１および第２の磁極部部分上に配置される。従って、環状磁極部は、第２および第４の空隙部分に沿って、共通磁極部の第１および第２の磁極部部分の上に配置されるか、あるいはそれらによって支持されてもよい。好ましくは、環状磁極部は、単一の磁極部要素によって構成され、単一の磁極部要素も、小型変換器の外面部分の一体的部分を形成する。好ましくは、振動板は、環状磁極部に取り付けられる。磁気回路は、内側磁石手段上に配置される内側磁極部をさらに備えてもよい。
適切な磁極部材料は、Werkstoff-No.1.0330（St 2）、1.0333（St 3）、1.0338（St 4）（全てDIN EN 10130に基づく）に類似する材料などの、低炭素鋼/鉄材料である。
第２の側面において、本発明は、
・ 振動板と、振動板に協働しうるように連結される音声コイルと、
・ 内側永久磁石アセンブリと、外側永久磁石アセンブリと、透磁性ヨークと、第１および第２の磁場（magnetic flux density）をそれぞれ伝える第１および第２の空隙部分であって、第１および第２の音声コイル部分がその内部にそれぞれ配置される第１および第２の空隙部分と、を備える磁気回路と、
を備える小型電気音響変換器であって、第１の空隙部分における磁場は、内側永久磁石アセンブリによって生成される磁束と、外側永久磁石アセンブリによって生成される磁束との重ね合わせによって生成され、第２の空隙部分における磁場は、内側永久磁石アセンブリによって実質的に単独で生成される、小型電気音響変換器に関する。
本発明の第２の側面に関する磁気回路の非対称的性質にも関わらず、第１および第２の空隙における磁場の強度は、基本的に等しくなることが好ましい。
本明細書で使用される際、「協働しうるように連結」とは、音声コイルが振動板に直接取り付けられてもよいこと、あるいは振動板に直接取り付けられる別の要素を介して、振動板に取り付けられてもよいことを意味するように意図される。
本明細書で使用する際、「内側」および「外側」という用語は、所定の空隙に対する磁石アセンブリの配置を言及する。従って、内側磁石アセンブリは、小型変換器の中心に向かう方向、つまり所定の空隙の中心側に配置される。任意により、内側磁石アセンブリは、小型変換器の中心点と一致してもよい。これに反して、外側磁石アセンブリは、所定の空隙の反対側に配置される。
第２の側面に従う小型電気音響変換器において、磁気回路は、第３および第４の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第３および第４の空隙部分をさらに備えてもよく、第３の空隙部分における磁場は、内側永久磁石アセンブリによって生成される磁束と、外側永久磁石アセンブリによって生成される磁束との重ね合わせによって生成され、第４の空隙部分における磁場は、内側永久磁石アセンブリによって実質的に単独で生成される。
従って、本発明の第２の側面に従う小型電気音響変換器は、第１および第２の空隙における磁束は全く異なる方法で生成されることから、非対称の磁気回路を提供する。本発明の第１の側面に関する実施形態と同様に、第１（および第３）の空隙における磁束は、2つの永久磁石などの2つの磁気的手段を組み合わせて生成されてもよい。これらの2つの磁石は、第１の外側磁石と、共通内側磁石との組み合わせであってもよい。これに反して、第２（および第４）の空隙における磁束は、実質的に単独で（例えば、主に）、共通内側磁石であることが好ましい単一の磁石のみによって生成されてもよい。このように、第２の空隙に沿う外側磁石は、省略可能であることから、第２の空隙の配向に垂直の方向に、小型変換器の幅が縮小されてもよい。
好ましくは、第１および第３の空隙部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の空隙部分である。同様に、第２および第４の空隙部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の空隙部分であることが好ましい。従って、4つの空隙部分は、長方形であることが好ましい。
空隙の各々の幅は、約0.6mmなどの0.5〜0.8mmの範囲内であってもよい。空隙における平均磁場は、0.5〜1Tの範囲内などの0.3〜1.5Tの範囲内、あるいはその範囲内のその他のいかなる部分であってもよい。
内側永久磁石アセンブリおよび/または外側磁石アセンブリは、少なくとも1.2Tの残留磁場、少なくとも1000kA/mの保磁力、および少なくとも300kJ/m3のエネルギー生成を有するNdFeB化合物を含む永久磁石を含んでもよい。例えば、NdFeB N44Hを適用してもよい。
上記空隙構造に適合させるために、第１および第３の音声コイル部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の音声コイル部分であってもよい。同様に、第２および第４の音声コイル部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の音声コイル部分であってもよい。完全な音声コイルを形成するために、第１、第２、第３、および第４の音声コイル部分を湾曲状橋架部分によって相互連結し、基本的に長方形の音声コイルを形成してもよい。従って、第１、第２、第３、および第４の音声コイル部分は、完全な音声コイルを形成できるため、4つの音声コイル部分は同一の音声コイル電流を有する。
音声コイルのインピーダンスは、約8Ωなどの4〜16Ωの範囲内であってもよい。好ましくは、音声コイルは、巻型銅線または巻型銅覆アルミ（CCA）線から作製される。CCA線の場合、銅含有量は約15%であってもよい。一般的な動作において、変換器にて1〜2Wの電力を生成するために、8Ω（インピーダンス）音声コイルは、約2〜5VRMSの電圧によって駆動される。
内側永久磁石アセンブリおよび外側永久磁石アセンブリは、強磁性材料から作製される透磁性ヨーク上に配置されてもよい。透磁性ヨークは、第１および第２の外側磁極部部分を備えてもよく、第１および第２の外側磁極部部分は、透磁性ヨークから延出する。好ましくは、第１および第２の外側磁極部部分は、透磁性ヨークから実質的に垂直方向に延出する。
磁気回路は、外側永久磁石アセンブリの第１および第２の外側磁石手段のそれぞれの上に配置される第１および第２の外側磁極部をさらに備えてもよい。従って、第１および第２の外側磁極部は、第１および第３の空隙部分に沿って、第１および第２の外側磁石手段の上に配置されるか、あるいはそれらによって支持されてもよい。
好ましくは、第１および第２の外側磁極部は、環状磁極部の一体的部分を形成し、環状磁極部は、第２および第４の空隙部分に沿って、透磁性ヨークの第１および第２の磁極部部分上に配置される。従って、環状磁極部は、第２および第４の空隙部分に沿って、透磁性ヨークの第１および第２の磁極部部分の上に配置されるか、あるいはそれらによって支持されてもよい。好ましくは、環状磁極部は、単一の磁極部要素によって構成され、単一の磁極部要素も、小型変換器の外面部分の一体的部分を形成する。好ましくは、振動板は、環状磁極部に取り付けられる。内側永久磁石アセンブリは、内側永久磁石アセンブリの内側永久磁石上に配置される内側磁極部をさらに備えてもよい。
適切な磁極部材料は、Werkstoff-No.1.0330（St 2）、1.0333（St 3）、1.0338（St 4）（全てDIN EN 10130に基づく）に類似する材料などの、低炭素鋼/鉄材料である。
第３の側面において、本発明は、磁気回路と、振動板と、振動板に協働しうるように連結される音声コイルとを備える小型電気音響変換器であって、磁気回路は、第１および第２の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第１および第２の空隙部分を備え、第１の空隙部分は、内側磁石手段と第１の外側磁石手段との間に設けられ、第２の空隙部分は、内側磁石手段と第１の外側磁極部手段との間に設けられる、小型電気音響変換器に関する。
本発明の第１および第２の側面と同様に、第３の側面に従う小型変換器は、第１および第２の空隙における磁束は、全く異なる方法で生成されることから、磁気回路が非対称である。前述のとおり、第１の空隙における磁束は、2つの永久磁石などの2つの磁気的手段を組み合わせて生成されてもよい。これらの2つの磁石は、第１の外側磁石と、共通内側磁石との組み合わせであってもよい。これに反して、第２の空隙における磁束は、主に、共通内側磁石であることが好ましい単一の磁石のみによって生成されてもよい。このように、第２の空隙に沿う外側磁石は、省略可能であることから、第２の空隙の配向に垂直の方向に、小型変換器の幅が縮小されてもよい。前述のとおり、本発明の磁気回路の強力な非対称的性質により、一方の空隙における磁場が他方の空隙に比べて大幅に高くならない。
本発明の第３の側面に従う磁気回路は、第３および第４の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第３および第４の空隙部分をさらに備えてもよく、第３の空隙部分は、内側磁石手段と第２の外側磁石手段との間に設けられ、第４の空隙部分は、内側磁石手段と第２の外側磁極部手段との間に設けられる。
従って、本発明の第３の側面によると、第３の空隙における磁束は、2つの永久磁石などの2つの磁気的手段を組み合わせて生成されてもよい。これらの2つの磁石は、第２の外側磁石と、共通内側磁石との組み合わせであってもよい。これに反して、第４の空隙における磁束は、主に、共通内側磁石であることが好ましい単一の磁石のみによって生成されてもよい。上述のように、これは、第４の空隙に沿う外側磁石は、省略可能であることから、小型変換器の幅が縮小されてもよいことを意味する。
好ましくは、第１および第３の空隙部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の空隙部分である。同様に、第２および第４の空隙部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の空隙部分であることが好ましい。従って、4つの空隙部分は、長方形であることが好ましい。
空隙の各々の幅は、約0.6mmなどの0.5〜0.8mmの範囲内であってもよい。空隙における平均磁場は、0.5〜1Tの範囲内などの0.3〜1.5Tの範囲内、あるいはその範囲内のその他のいかなる部分であってもよい。
内側永久磁石および/または外側磁石は、少なくとも1.2Tの残留磁場、少なくとも1000kA/mの保磁力、および少なくとも300kJ/m3のエネルギー生成を有するNdFeB化合物を含んでもよい。例えば、NdFeB N44Hを適用してもよい
上記空隙構造に適合させるために、第１および第３の音声コイル部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の音声コイル部分であってもよい。同様に、第２および第４の音声コイル部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の音声コイル部分であってもよい。完全な音声コイルを形成するために、第１、第２、第３、および第４の音声コイル部分を湾曲状橋架部分によって相互連結し、基本的に長方形の音声コイルを形成してもよい。従って、第１、第２、第３、および第４の音声コイル部分は、完全な音声コイルを形成できるため、4つの音声コイル部分は同一の音声コイル電流を有する。
音声コイルのインピーダンスは、約8Ωなどの4〜16Ωの範囲内であってもよい。好ましくは、音声コイルは、巻型銅線または巻型銅覆アルミ（CCA）線から作製される。CCA線の場合、銅含有量は約15%であってもよい。一般的な動作において、変換器にて1〜2Wの電力を生成するために、8Ω（インピーダンス）音声コイルは、約2〜5VRMSの電圧によって駆動される。
内側磁石手段、第１の外側磁石手段、および第２の外側磁石手段は、強磁性材料から作製される透磁性ヨークなどの共通磁極部の実質的に平面な底部分上に配置されてもよい。共通磁極部は、第１および第２の外側磁極部部分を備えてもよく、第１および第２の外側磁極部部分は、共通磁極部の実質的に平面な底部分から延出する。好ましくは、第１および第２の外側磁極部部分は、共通磁極部の実質的に平面な底部分から実質的に垂直方向に延出する。
磁気回路は、第１および第２の外側磁石手段のそれぞれの上に配置される第１および第２の外側磁極部をさらに備えてもよい。従って、第１および第２の外側磁極部は、第１および第３の空隙部分に沿って、第１および第２の外側磁石手段の上に配置されるか、あるいはそれらによって支持されてもよい。
好ましくは、第１および第２の外側磁極部は、環状磁極部の一体的部分を形成し、環状磁極部は、第２および第４の空隙部分に沿って、共通磁極部の第１および第２の磁極部部分上に配置される。従って、環状磁極部は、第２および第４の空隙部分に沿って、共通磁極部の第１および第２の磁極部部分の上に配置されるか、あるいはそれらによって支持されてもよい。好ましくは、環状磁極部は、単一の磁極部要素によって構成され、単一の磁極部要素も、小型変換器の外面部分の一体的部分を形成する。好ましくは、振動板は、環状磁極部に取り付けられる。磁気回路は、内側磁石手段上に配置される内側磁極部をさらに備えてもよい。
適切な磁極部材料は、Werkstoff-No.1.0330（St 2）、1.0333（St 3）、1.0338（St 4）（全てDIN EN 10130に基づく）に類似する材料などの、低炭素鋼/鉄材料である
第４の側面において、本発明は、可撓性包囲部によって囲まれる中央部分を含む懸架部材と、中央部分と第１の包囲部分とを含むピストン部材であって、ピストン部材の中央部分は、懸架部材の中央部分に協働しうるように連結される、ピストン部材と、ピストン部材に協働しうるように連結される第１および第２の音声コイル部分を含む音声コイルであって、第１の音声コイル部分は、ピストン部材の第１の包囲部分に協働しうるように連結され、第２の音声コイル部分は、ピストン部材の中央部分に協働しうるように連結される音声コイルと、を備える振動板アセンブリに関する
従って、本発明の第４の側面によると、第１の音声コイル部分は、可撓性包囲部分の下に配置され、一方、第２の音声コイル部分は、ピストン部材の中央部分の下に配置されることから、振動板に対して、音声コイル部分の非対称的な配置がもたらされる。
ピストン部材は、第２の包囲部分をさらに備えてもよく、音声コイルは、第３および第４の音声コイル部分をさらに備えてもよい。第３の音声コイル部分は、ピストン部材の第２の包囲部分に協働しうるように連結されてもよく、一方、第４の音声コイル部分は、ピストン部材の中央部分に協働しうるように連結されてもよい。
好ましくは、ピストン部材の第１および第２の包囲部分は、可撓性包囲部のそれぞれの部分と心合する。このように、第１および第３の音声コイル部分は、可撓性包囲部の真下に配置されてもよい。第２および第４の音声コイル部分は、ピストン部材の中央部分と、第２および第４の音声コイル部分のそれぞれとの間に設けられるそれぞれの間隔片を介して、ピストン部材の中央部分に協働しうるように連結されてもよい。
振動板の厚さは、5〜25μmの範囲内であってもよい。本発明に従う振動板は、多層振動板であり、第２のポリマー膜（ピストン）が、大きい方のポリマー膜（懸架部材）の少なくとも一部に取り付けられる。振動板を別の振動板に積層することによって、振動板の特定領域の剛性を大幅に増加させることができる。ポリマー膜の種類は、ポリアリレート（PAR）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、硫化ポリフェニレン（PPS）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、テレフタラート（PET）、またはポリカーボネート（PC）であってもよい。
第５の側面において、本発明は、振動板と、振動板に協働しうるように連結される音声コイルと、第１および第２の磁気密度をそれぞれ伝える第１および第２の空隙部分を備える磁気回路と、に関する。第１の空隙部分は、磁束生成要素の間に配置され、第２の空隙部分は、磁束生成要素と透磁性要素との間に配置される。
従って、本発明の第５の側面によると、第１の空隙部分は、2つの永久磁石間に配置されてもよく、一方、第２の空隙部分は、永久磁石と、磁極部などの透磁性要素との間に配置されてもよい。
磁気回路は、第３および第４の磁場をそれぞれ伝える第３および第４の空隙部分をさらに備えてもよい。第３の空隙部分は、磁束生成要素の間に配置されてもよく、第４の空隙部分は、磁束生成要素と透磁性要素との間に配置されてもよい。従って、第３の空隙部分は、2つの永久磁石間に配置されてもよく、一方、第４の空隙部分は、永久磁石と、磁極部などの透磁性要素との間に配置されてもよい。
好ましくは、本発明の第５の側面の磁気回路は、内側永久磁石と、2つの外側永久磁石とを備える。内側永久磁石および一方の外側永久磁石は、組み合わせて第１の磁場を生成し、一方、内側永久磁石および他方の外側永久磁石は、組み合わせて、第３の磁場を生成する。これに反して、内側永久磁石は、第２および第４の磁場の全体を基本的に生成する。
さらなる実装の観点から見ると、第５の側面に従う電気音響変換器は、本発明の第１の側面に従う電気音響変換器に関して説明された設計手法に沿って実装されてもよい。
第６の側面において、本発明は、磁気回路と、振動板と、振動板に協働しうるように連結される音声コイルとを備える小型電気音響変換器であって、磁気回路は、第１および第２の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第１および第２の空隙部分を備え、第１の音声コイル部分に作用する磁束は、内側磁石手段と外側磁石手段とを組み合わせて供給され、第２の音声コイル部分に作用する磁束は、内側磁石手段のみによって基本的に供給され、内側磁石手段および外側磁石手段は、第１の空隙部分および第２の空隙部分の磁場の強度が基本的に等しくなるように構成される、小型電気音響変換器に関する。
「強度が基本的に等しい」とは、例えば磁場の差が20％未満、15％未満、10％未満ということを意味する。
さらなる実装の観点から見ると、第６の側面に従う電気音響変換器が、本発明の第１の側面に従う電気音響変換器に関して説明された設計手法に沿って実装されてもよい。
次に、本発明について、添付の図面を参照してさらに詳しく説明する。
本発明において種々の修正および代替が可能であるが、具体的な実施形態が、図面において一例として示されており、本明細書において詳細に説明される。しかしながら、本発明は、開示される特定の形式に限定されることを意図しない。むしろ、本発明は、あらゆる修正、同等物、および代替を含むこととする。
前述のとおり、本発明に従う小型変換器の特徴は、実質的に垂直に配置される2つの空隙部分における磁束が全く異なる方法で生成されることから、磁気回路が非対称であることにある。従って、本発明によると、実質的に直線状の第１の空隙における磁束は、2つの永久磁石などの2つの磁気的手段を組み合わせて生成されるが、一方、実質的に直線状の第２の空隙であって、第１の空隙に実質的に垂直に配向される第２の空隙における磁束は、主に、永久磁石であることが好ましい単一の磁気的手段のみによって生成される。本発明の磁気回路の非対称的性質にも関わらず、第１および第２の空隙における磁場の強度は、基本的に等しくなることが好ましい。
本発明によると、1組の外側磁石が省略されることによって、少なくとも1つの方向における本発明に従う小型変換器の寸法が、大幅に縮小可能になる。従って、本発明に従う小型変換器によって、今後の形態電話機用の次世代の小型変換器に対する重要な要求のうちのいくつかが満たされる。
図1を参照すると、本発明に従う小型変換器の上面斜視図が示される。図1は、強磁性材料の共通ヨーク1と、その上に配置される2つの外側磁石2、3と、外側磁極部4と、環状磁極部5と、2つの音声出口7を有するカバー6とを備える配置を示す。環状磁極部5は、小型変換器のハウジングの一体的部分を形成する。前述のとおり、適切な磁極部材料は、Werkstoff-No. 1.0330（St 2）、1.0333（St 3）、1.0338（St 4）（全てDIN EN 10130に基づく）と類似する材料などの低炭素鋼材料である。外側磁石2、3は、少なくとも1.2Tの残留磁場、少なくとも1000kA/mの保磁力、および少なくとも300kJ/m3のエネルギー生成を有するNdFeB化合物を含んでもよい。例えば、NdFeB N44Hを使用してもよい。
小型変換器の寸法は、幅:4〜15mm、長さ:8〜30mm、高さ:1〜2mmの範囲内であってもよい。従って、本発明の少なくともいくつかの側面に従う小型変換器は、強力な長方形を有する。従来のプッシュプル型変換器配置と比べると、2つの外側磁石が省略されていることから、この強力な長方形がもたらされる。
図2は、本発明に従う小型変換器の底面斜視図を示す。図1と同様に、共通ヨーク1、外側磁石2、3、環状磁極部5、およびカバー6が示される。また、外側磁極部4（図1）に対して対向して配置される外側磁極部8が示される。図示されるように、環状磁極部5は、外側磁極部4、8（図2において外側磁極部8のみ示される）の端の上および外側磁石2、3の上に配置される。
図3は、本発明に従う変換器の幅を横切った断面斜視図を示す。図1および2と同様に、共通ヨーク1、外側磁極部4、8、外側磁石3（図2に外側磁極部2は示されない）、環状磁極部5、およびカバー6（1つの音声出口7を含む）が示される。外側磁極部4、8は、共通磁極部1の湾曲部分として組み込まれる。しかしながら、それらは、別々に作製されて、その後に共通ヨークに取り付けられてもよい。図3に示されるように、環状磁極部5は、外側磁極部4、8の上端に存在しており、一方、カバー6は環状磁極部5に取り付けられる。振動板9は、環状磁極部5とカバー6との間に取り付けられる。ピストン10は、振動板9の中央部分に取り付けられ、振動板は、その中央部分の周囲に可撓性包囲部12を備える。
前述のとおり、振動板9の厚さは、5〜25μmの範囲内である。振動板9は、多層振動板を備えることが有利であってもよく、この多層振動板において、ポリマー膜形状のピストン10が、別のポリマー膜である振動板9の中央部分に取り付けられる。振動板を別の振動板に積層することによって、振動板の特定領域の剛性を大幅に増加させることができる。ポリマー膜の種類は、ポリアリレート（PAR）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、硫化ポリフェニレン（PPS）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、テレフタラート（PET）、またはポリカーボネート（PC）であってもよい。
内側磁石13は、共通ヨーク1上に配置される。内側磁石13は、少なくとも1.2Tの残留磁場、少なくとも1000kA/mの保磁力、および少なくとも300kJ/m3のエネルギー生成を有するNdFeB化合物を含む永久磁石であることが好ましい。例えば、NdFeB N44Hを適用してもよい。
内側磁極部14は、内側磁石13上に配置されることによって、内側磁極部14と外側磁極部4、8との間に空隙が形成される。これらの空隙は、それぞれの音声コイル部分15、16を収容するように構成され、両音声コイルはピストン10に取り付けられる。図3に示されるように、音声コイル部分15、16は、可撓性包囲部の真下、つまり振動板の中央部分の外側に配置される。内側磁極部14の適切な磁極部材料には、DIN EN 10130に基づく低炭素鋼材料が含まれる。
音声コイル部分15、16が受ける磁束は、音声コイル部分15、16の外側に外側磁石が設けられていないため、主に、内側磁石13によって供給される。「主に」とは、特に角部、つまり実質的に直線状の2つの音声コイル部分が接触する位置において、外側磁石3などの外側磁石が、音声コイル部分15、16に若干作用し得る磁束を生成する場合があることを意味する。
音声コイル部分15、16を収容する空隙の幅は、約0.6mmなどの0.5〜0.8mmの範囲内であってもよい。空隙における平均磁場は、0.5〜1Tの範囲内などの0.3〜1.5Tの範囲内、あるいはその範囲内のその他のいかなる部分であってもよい。
図4を参照すると、本発明に従う小型変換器の別の断面図が示される。図3の断面図に比べると、図4に示される断面図は、図3の断面図に対して90度回転されている。同様に、共通ヨーク1、内側磁石13、外側磁石2、3、内側磁極部14、および環状磁極部5の構造配置が示される。
図4に示されるように、内側磁極部14と環状磁極部5との間に空隙がもたらされる。空隙は、それぞれの音声コイル部分17、18を収容するように構成される。音声コイル部分15、16と違って、音声コイル部分17は、内側磁石13と外側磁石2との組み合わせによって生成される磁束を受ける。同様に、音声コイル部分18は、内側磁石13と外側磁石3との組み合わせによって生成される磁束を受ける。従って、音声コイル部分17および18に作用する磁束は、対向して配置される内側および外側磁石によって生成され、これは、音声コイル部分17および18の両方が、増大された磁束に露出されることを意味する。
音声コイル部分17、18を収容する空隙の幅は、約0.6mmなどの0.5〜0.8mmの範囲内であってもよい。空隙における平均磁場は、0.5〜1Tの範囲内などの0.3〜1.5Tの範囲内であってもよい。
音声コイル部分17、18は、両方とも、間隔要素19、20を介してピストン10に取り付けられる。これらの間隔要素19、20は、図3の音声コイル部分15、16がピストンの中央部分よりも下に位置しているという事実を補う。従って、ピストンへの適切な取り付けを確保するためには、音声コイル部分18、19と、それらを取り付けるピストン10の中央部分との間に間隔要素19、20を挿入する必要がある。間隔要素19、20は、ピストン10と一体型であることが好ましい。
本発明に従う小型変換器の分解図が図5に示され、一体型磁極部4、8を有する共通ヨーク1、内側磁石13、外側磁石2、3、内側磁極部14、および環状磁極部5が示される。磁石の形状は長方形として示されるが、その他の形状も、本概念に基づき使用してもよい。前述のとおり、環状磁極部5は、小型変換器のハウジングの外面部分としても役割を果たす。
内側磁石13の端の周囲にもたらされる4つの空隙部分に適合させるために、長方形の音声コイル21が提供される。音声コイル21は、前述の音声コイル部分15、16、17、18を含み、それらは4つの角部または橋架部分によって相互連結される。音声コイル21のインピーダンスは、約8Ωなどの4〜16Ωの範囲内である。好ましくは、音声コイルは、巻型銅線または巻型銅覆アルミ（CCA）線から作製される。CCA線の場合、銅含有量は約15%であってもよい。一般的な動作において、変換器にて1〜2Wの電力を生成するために、8Ω（インピーダンス）音声コイルは、約2〜5VRMSの電圧によって駆動される。
音声コイル21は、振動板9に固定されるピストン10に取り付けられる。振動板9は、カバー6と環状磁極部5との間に配置されるように適所に維持される。音声出口7は、必ずしも2つ（つまり1つ以上）とは限らず、多数の音声出口7がカバー6に設けられてもよい。
本発明に従う組立式小型変換器は、変換器の可動音声コイルへ電気的アクセスを提供するために、適切な電気端子をさらに備える。
本発明に従う、組立式小型変換器の上面斜視図を示す。 本発明に従う、組立式小型変換器の底面斜視図を示す。 小型変換器の第１の斜視断面図を示す。 小型変換器の第２の斜視断面図を示す。 小型変換器の分解斜視図を示す。

Claims (25)

  1. 振動板と、前記振動板に協働しうるように連結される音声コイルと、
    内側永久磁石アセンブリおよび外側永久磁石アセンブリと、透磁性ヨークと、第１および第２の磁場（magnetic flux density）をそれぞれ伝える第１および第２の空隙部分であって、第１および第２の音声コイル部分がその内部にそれぞれ配置される第１および第２の空隙部分とを備える磁気回路と、
    を備える小型電気音響変換器であって、
    前記第１の空隙部分における前記磁場は、前記内側永久磁石アセンブリによって生成される磁束と、前記外側永久磁石アセンブリによって生成される磁束との重ね合わせによって生成され、前記第２の空隙部分における前記磁場は、前記内側永久磁石アセンブリによって実質的に単独で生成される、
    小型電気音響変換器。
  2. 前記磁気回路は、第３および第４の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第３および第４の空隙部分をさらに備え、前記第３の空隙部分における前記磁場は、前記内側永久磁石アセンブリによって生成される磁束と、前記外側永久磁石アセンブリによって生成される磁束との重ね合わせによって生成され、前記第４の空隙部分における前記磁場は、前記内側永久磁石アセンブリによって実質的に単独で生成される、請求項１に記載の小型電気音響変換器。
  3. 前記第１および第３の空隙部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の空隙部分である、請求項２に記載の小型電気音響変換器。
  4. 前記第２および第４の空隙部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の空隙部分である、請求項２または３に記載の小型電気音響変換器。
  5. 前記第１および第３の音声コイル部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の音声コイル部分である、請求項２から４のいずれかに記載の小型電気音響変換器。
  6. 前記第２および第４の音声コイル部分は、実質的に平行に配置される基本的に直線状の音声コイル部分である、請求項２から５のいずれかに記載の小型電気音響変換器。
  7. 前記第１、第２、第３、および第４の音声コイル部分は、湾曲状橋架部分に相互連結されることによって、基本的に長方形の音声コイルを形成する、請求項６に記載の小型電気音響変換器。
  8. 前記内側および外側永久磁石アセンブリは、前記透磁性ヨークの実質的に平面部分上に配置される、請求項２から７のいずれかに記載の小型電気音響変換器。
  9. 前記透磁性ヨークは、第１および第２の外側磁極部部分を備え、前記第１および第２の外側磁極部部分は、前記透磁性ヨークの前記実質的に平面部分から延出する、請求項８に記載の小型電気音響変換器。
  10. 前記第１および第２の外側磁極部部分は、前記透磁性ヨークの前記実質的に平面部分から、実質的に垂直方向に延出する、請求項９に記載の小型電気音響変換器。
  11. 前記磁気回路は、前記外側永久磁石アセンブリの第１および第２の永久磁石上にそれぞれ配置される第１および第２の外側磁極部をさらに備える、請求項２から１０のいずれかに記載の小型電気音響変換器。
  12. 前記第１および第２の外側磁極部は、環状磁極部の一体的部分を形成し、前記環状磁極部は、前記第２および第４の空隙部分に沿って、前記透磁性ヨークの前記第１および第２の磁極部部分上に配置される、請求項１１に記載の小型電気音響変換器。
  13. 前記振動板は、前記環状磁極部に取り付けられる、請求項１２に記載の小型電気音響変換器。
  14. 前記環状磁極部は、前記変換器の外側ハウジング部分を形成する、請求項１２または１３に記載の小型電気音響変換器。
  15. 前記内側永久磁石アセンブリは、内側永久磁石上に配置される内側磁極部を含む、先行する請求項のいずれかに記載の小型電気音響変換器。
  16. 磁気回路と、振動板と、前記振動板に協働しうるように連結される音声コイルとを備える小型電気音響変換器であって、前記磁気回路は、第１および第２の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第１および第２の空隙部分を備え、前記第１の空隙部分は、内側磁石手段と第１の外側磁石手段との間に設けられ、前記第２の空隙部分は、前記内側磁石手段と第１の外側磁極部手段との間に設けられる、小型電気音響変換器。
  17. 前記磁気回路は、第３および第４の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第３および第４の空隙部分を備え、前記第３の空隙部分は、前記内側磁石手段と第２の外側磁石手段との間に設けられ、前記第４の空隙部分は、前記内側磁石手段と第２の外側磁極部手段との間に設けられる、請求項１６に記載の小型電気音響変換器。
  18. 磁気回路と、振動板と、前記振動板に協働しうるように連結される音声コイルとを備える小型電気音響変換器であって、前記磁気回路は、第１および第２の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第１および第２の空隙部分を備え、前記第１の音声コイル部分に作用する磁束は、内側磁石手段と第１の外側磁石手段との組み合わせで供給され、前記第２の音声コイル部分に作用する磁束は、基本的に前記内側磁石手段のみによって供給される、小型電気音響変換器。
  19. 前記磁気回路は、第３および第４の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第３および第４の空隙部分をさらに備え、前記第３の音声コイル部分に作用する磁束は、前記内側磁石手段と第２の外側磁石手段との組み合わせで供給され、前記第４の音声コイル部分に作用する磁束は、基本的に前記内側磁石手段のみによって供給される、請求項１８に記載の小型電気音響変換器。
  20. 可撓性包囲部によって囲まれる中央部分を含む懸架部材と、
    中央部分と第１の包囲部分とを含むピストン部材であって、前記ピストン部材の前記中央部分が、前記懸架部材の前記中央部分に協働しうるように連結される、ピストン部材と、
    前記ピストン部材に協働しうるように連結される第１および第２の音声コイル部分を含む音声コイルであって、前記第１の音声コイル部分は、前記ピストン部材の前記第１の包囲部分に協働しうるように連結され、前記第２の音声コイル部分は、前記ピストン部材の前記中央部分に協働しうるように連結される、音声コイルと、
    を備える振動板アセンブリ。
  21. 前記ピストン部材は、第２の包囲部分をさらに備え、前記音声コイルは、第３および第４の音声コイル部分をさらに備え、前記第３の音声コイル部分は、前記ピストン部材の前記第２の包囲部分に協働しうるように連結され、前記第４の音声コイル部分は、前記ピストン部材の前記中央部分に協働しうるように連結される、請求項２０に記載の振動板アセンブリ。
  22. 前記ピストン部材の前記第１および第２の包囲部分は、前記可撓性包囲部のそれぞれの部分と心合される、請求項２１に記載の振動板アセンブリ。
  23. 前記第２および第４の音声コイル部分は、前記ピストン部材の前記中央部分と、前記第２および第４の音声コイル部分のそれぞれとの間に設けられるそれぞれの間隔片を介して、前記ピストン部材の前記中央部分に協働しうるように連結される、請求項２０または２１に記載の振動板アセンブリ。
  24. 磁気回路と、振動板と、前記振動板に協働しうるように連結される音声コイルとを備える小型電気音響変換器であって、前記磁気回路は、第１および第２の音声コイル部分をそれぞれ収容するように構成される第１および第２の空隙部分を備え、前記第１の音声コイル部分に作用する磁束は、内側磁石手段と第１の外側磁石手段とを組み合わせて供給され、前記第２の音声コイル部分に作用する磁束は、前記内側磁石手段のみによって基本的に供給され、前記内側磁石手段および前記外側磁石手段は、前記第１の空隙部分および前記第２の空隙部分の前記磁場の強度が基本的に等しくなるように構成される、小型電気音響変換器。
  25. 前記第１および第２の空隙部分における前記磁場の前記強度は、15%未満、10%未満など、20%未満相互に異なる、請求項24に記載の小型電気音響変換器。
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