JP3665264B2

JP3665264B2 - 超電導コイルを用いた電気音響変換素子

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Publication number: JP3665264B2
Application number: JP2000395248A
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Inventors: 森田　　裕; 道哉岡田
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Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2005-06-29
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導コイルを備えた電気音響変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気音響変換素子には電気から音響に変換する素子としてスピーカ、音響から電気に変換する素子としてマイクロフォンがある。一般的に動電型と称されるスピーカはコロナ社刊「音響振動工学」に詳細が述べられている。このスピーカは磁石、磁気回路、ムービングコイルおよび振動伝達機構から構成される。一般的に磁石には永久磁石を使用し、永久磁石は磁性体を用いた磁気回路に接続され、ムービングコイルは磁気回路のギャップ中に配置される。ムービングコイルには磁石によって発生した磁場が印加され、外部から入力される交流電流により磁場と電流の外積ベクトルの方向にローレンツ力が発生し、ムービングコイルが振動する。ムービングコイルの振動はコーン等の振動伝達機構により空気等の媒質に伝達され、音波となって出力される。
【０００３】
ムービングコイルが発生するローレンツ力は、ムービングコイルに使用する導体の通電電流と磁束密度の外積を導体全長に渡って積分した値となる。したがって、駆動力を増大させるには、ムービングコイルに使用する導体を長くする方法、ムービングコイルの通電電流を大きくする方法、またはムービングコイルに印加する磁場を大きくする方法が考えられる。ムービングコイルに使用する導体を長くする方法では、ムービングコイルの質量が大きくなるので、ムービングコイルの機械的インピーダンスが大きくなり、スピーカとしての出力効率や周波数応答性が悪化する。ムービングコイルの通電電流を大きくするという方法では、大出力のムービングコイル通電電源やジュール発熱を冷却できる構造のムービングコイルが必要となる。磁場を大きくするという方法では、ムービングコイルの位置における磁場は１．５テスラ程度が上限であり、永久磁石を使用する限り、磁場を大きくするという方法には限界がある。しかし、磁場の発生手段として永久磁石に換えて超電導コイルを使用し、超電導コイルとムービングコイルについて効率のよい形状と配置を採用することにより、ムービングコイルに印加される磁場を増大させることが可能である。超電導コイルを用いた電気音響変換素子の例としては特開平１−１０６６９９号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電気音響変換素子の磁場発生の手段として超電導コイルを用いた場合、永久磁石を用いた場合と比較して、磁場をより大きくすることができるため、出力を増大させることが可能である。しかし、スピーカにおいてはムービングコイルには交流電流を通電するため、交流磁場が発生する。この交流磁場が渦電流を超電導コイルに誘導し、渦電流のジュール発熱により超電導コイルの温度が上昇してしまう。超電導コイルの温度が上昇すると超電導コイルがクエンチ（速やかな常電導転移）を起こし、磁場を発生できなくなるという問題がある。
本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑み、大出力を安定して発生することのできる電気音響変換素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、磁場発生手段として超電導コイルを用いて電気音響変換素子の高出力化を実現するとともに、超電導コイルの外側を低抵抗金属で構成される渦電流低減層で囲うことにより超電導コイルに発生する渦電流を低減し、クエンチを起こさない高安定な磁場発生手段とすることにより、高安定な電気音響変換素子を実現した。
【０００６】
すなわち、本発明による電気音響変換素子は、所定の空隙を持って対向し互いに逆方向に直流磁場を発生する２個のリング状超電導コイルと、前記２個のリング状超電導コイル間に当該２個のリング状超伝導コイルの発生する磁場の径方向成分が最大となる位置に配置されたリング状ムービングコイルと、ムービングコイルに接続された振動板と、２個のリング状超電導コイルを包囲するように配置された低抵抗金属からなる渦電流低減層とを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明による電気音響変換素子は、また、所定の空隙を持って対向する２個のリング状ムービングコイルと、２個のリング状ムービングコイルの間に配置された直流磁場を発生するリング状超電導コイルと、２個のリング状ムービングコイルにそれぞれ接続された２個の振動板と、リング状超電導コイルを包囲するように配置された低抵抗金属からなる渦電流低減層とを含み、２個のムービングコイルは互いに逆位相で振動することを特徴とする。
【０００８】
２個のムービングコイルを互いに逆位相で振動させる方法としては、互いに同方向に巻回した２個のムービングコイルを直列接続する方法、互いに逆方向に巻回した２個のムービングコイルに逆方向に信号電流を流す方法などがある。
本発明による電気音響変換素子は、また、所定の空隙を持って対向し機械的に連結された２個のリング状ムービングコイルと、２個のリング状ムービングコイルの間に配置された直流磁場を発生するリング状超電導コイルと、ムービングコイルに接続された振動板と、リング状超電導コイルを包囲するように配置された低抵抗金属からなる渦電流低減層とを含むことを特徴とする。
【０００９】
この場合、２個のムービングコイル同位相で振動する。２個のムービングコイル同位相で振動させる方法としては、互いに逆方向に巻回した２個のムービングコイルを直列接続する方法、互いに同方向に巻回した２個のムービングコイルに逆方向に信号電流を流す方法などがある。
渦電流低減層は極低温に冷却されていてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下ではスピーカを例にとって本発明の電気音響変換素子について説明するが、本発明はスピーカだけでなくマイクロフォンにも同様に適用できる。
【００１１】
〔実施の形態１〕
図１は、本実施の形態によるスピーカの動作原理図を説明するための図である。まず、図１を用い、本発明の動作原理と超電導コイルを使用した場合の利点を説明する。２個のソレノイド形状の超電導コイル１ａ，１ｂは同一形状であり、所定の間隔で同軸上に配置される。超電導コイル１ａと１ｂは電気的に直列に接続されるが、互いに通電方向が逆であるため、超電導コイル１ａ，１ｂの間の空間にカスプ型磁場を生成する。ムービングコイル１１はソレノイド形状の常電導コイルであり、超電導コイル１ａ，１ｂの発生するカスプ型磁場の径方向成分が最大となる位置と重なるように配置される。ムービングコイル１１は振動伝達部２２を介して、振動板２１と機械的に結合されている。超電導コイル１ａ，１ｂに直流電流を通電すると、カスプ型磁場が発生し、ムービングコイル１１にはほぼ径方向成分のみの磁場が印加される。このとき、ムービングコイル１１に交流電流を通電すると、ムービングコイル１１には磁場の径方向成分と交流電流との作用によりローレンツ力が発生し、通電した交流電流と同じ周波数で振動する。この振動は振動伝達部２２を介して振動板２１に伝達され、振動板２１はこの振動を外部の媒質に音波として伝達する。
【００１２】
この例では、一例として超電導コイル１ａ，１ｂの内径を１００ｍｍ、外径を４００ｍｍ、軸方向厚みを１５０ｍｍ、通電電流密度を１００Ａ／ｍｍ²、超電導コイル１ａ，１ｂ間の間隙を１００ｍｍになるように配置した。また、ムービングコイル１１の中心直径を２４０ｍｍとした。このような配置において、超電導コイル１ａ，１ｂの発生する径方向磁場はムービングコイル１１の巻線の中央において約４．１Ｔであった。磁気回路を備えた永久磁石では最大でも１．５Ｔ程度しか磁場を発生できないことと比較すると、その約２．７倍の磁場を発生可能であることがわかる。ムービングコイル１１が発生するローレンツ力はムービングコイル１１に使用する導体の通電電流と磁束密度の外積を導体全長に渡って積分した値となるので、超電導コイルを使用した場合と永久磁石を使用した場合と比較すると、超電導コイルを使用した場合は出力が約２．７倍であり、超電導コイルを用いることにより高出力化が可能となった。
次に、本実施の形態のスピーカについて詳細な構造を説明する。
【００１３】
図２に上記スピーカの断面図を示す。超電導コイル１ａ，１ｂはニオブチタン合金を超電導材料とする超電導線を用いたソレノイドコイルである。超電導コイル１ａ，１ｂの外側には銅を材料とする輻射シールド３ａ，３ｂ、ステンレスを材料とする真空容器４ａ，４ｂが配置されている。真空容器４ａ，４ｂと輻射シールド３ａ，３ｂは紙面の縦方向に常温常圧ボアが貫通した構造である。超電導コイル１ａ，１ｂは冷凍機５ａ，５ｂの第２段と結合され、約４Ｋに熱伝導により冷却され、超電導状態となる。また、輻射シールド３ａ，３ｂは冷凍機５ａ，５ｂの第１段により約４０Ｋに冷却される。真空容器４ａ，４ｂの内部は気体分子による伝熱を防止するため真空であり、輻射シールド３ａ，３ｂは真空容器４ａ，４ｂからの輻射熱を遮蔽することにより、常温である真空容器４ａ，４ｂから超電導コイル１ａ，１ｂへの熱の侵入を抑制している。超電導コイル１ａ，１ｂと輻射シールド３ａ，３ｂ、および、輻射シールド３ａ，３ｂと真空容器４ａ，４ｂの間はそれぞれＦＲＰ製の荷重支持体６ａ，６ｂ；７ａ，７ｂにより連結され、超電導コイル１ａ，１ｂおよび輻射シールド３ａ，３ｂの荷重を真空容器４ａ，４ｂが支持する構造となっている。超電導コイル１ａと１ｂは直流電流を通電した場合に反発力を発生するので、それぞれの超電導コイルの荷重を支持する真空容器は連結棒３１で機械的に固定されている。
【００１４】
ムービングコイル１１は超電導コイル１ａ，１ｂの発生するカスプ型磁場の径方向成分が最大となる位置に配置され、外部から交流電流を通電できる構造である。ムービングコイル１１は振動伝達部２２を介して振動板２１と結合され、振動板２１はベローズを用いたバネ３２を介して真空容器４ａに連結されている。以上のような構成により、超電導コイル１ａおよび１ｂに外部から直流電流、ムービングコイル１１に交流電流を通電するとスピーカとして機能する。
【００１５】
本実施の形態においては、ムービングコイル１１の発生する交流磁場を低減し、超電導コイル１ａ，１ｂの温度上昇を抑制するために、真空容器４ａ，４ｂの外側に渦電流低減層２ａ，２ｂを設置した。渦電流低減層２ａ，２ｂが交流磁場を効果的に低減するためには、層の厚さを表皮厚さ以上とする必要がある。表皮厚さとは金属に交流磁場が作用した場合において、交流磁場の振幅が１／ｅに減衰するために必要な金属層の厚みを指し、（２／μσω）^1/2で表される。ここでμは使用する金属の透磁率、σは電気伝導率、ωは交流磁場の角周波数を表す。
【００１６】
本実施の形態においては最低周波数を１００Ｈｚとし、渦電流低減層２ａ，２ｂには銅を用いるため、μは１．２５７×１０^-6、σは５×１０⁷、ωは６．２８３×１０^-2となり、表皮厚さは約７．１ｍｍである。したがって、本発明における渦電流低減層はこれより厚い１０ｍｍとした。以上のように渦電流低減層２ａ，２ｂを設置することで、超電導コイル１ａ，１ｂをクエンチすることがなく、高安定化を図ることができた。
【００１７】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について説明する。本実施の形態のスピーカの動作原理と超電導コイルを使用した場合の利点は実施の形態１と同様である。ただし、本実施の形態においては超電導コイル、ムービングコイルの配置は図１を横倒しにしたような配置となっている。
【００１８】
スピーカの断面図を示す図３を用いて、本実施の形態のスピーカについて詳細な構造を説明する。超電導コイル１ａ，１ｂはニオブチタン合金を超電導材料とする超電導線を用いたソレノイドコイルである。超電導コイル１ａ，１ｂは液体ヘリウム３４を溜めることのできる断熱真空容器８ａ，８ｂに収納され、断熱真空容器８ａ，８ｂ内部に液体ヘリウム３４を溜めることにより超電導コイル１ａ，１ｂは超電導状態となる。断熱真空容器８ａ，８ｂは互いに上部連結管９、下部連結管１０で連結されており、液体ヘリウム３４の液面高さが同じになるような構造である。断熱真空容器８ａには液体ヘリウム３４を補給するための液体ヘリウム補給口３３が設けられている。断熱真空容器８ａ，８ｂは横方向に貫通した常温常圧ボアを備える。超電導コイル１ａ，１ｂと断熱真空容器８ａ，８ｂの間はそれぞれＦＲＰ製の荷重支持体６ａ，６ｂにより連結され、超電導コイル１ａ，１ｂの荷重を断熱真空容器８ａ，８ｂが支持する構造となっている。超電導コイル１ａと１ｂは直流電流を通電した場合に反発力を発生するので、それぞれの超電導コイルの荷重を支持する真空容器は連結棒３１で機械的に固定されている。
【００１９】
ムービングコイル１１は超電導コイル１ａ，１ｂの発生するカスプ型磁場の径方向成分が最大となる位置に配置され、外部から交流電流を通電できる構造である。ムービングコイル１１は振動伝達部２２を介して振動板２１と結合され、振動板２１はベローズを用いたバネ３２を介して断熱真空容器８ａに連結されている。以上のような構成により、超電導コイル１ａおよび１ｂに外部から直流電流、ムービングコイル１１に交流電流を通電すると本発明はスピーカとして機能する。
【００２０】
本実施の形態においては、ムービングコイル１１の発生する交流磁場を低減し、超電導コイル１ａ，１ｂの温度上昇を抑制するために、渦電流低減層２ａ，２ｂを超電導コイル１ａ，１ｂの表面に設置した。渦電流低減層２ａ，２ｂは液体ヘリウム３４の中にあるため温度が低く、電気伝導度が高くなるため効果的に交流磁場を低減することができる。
【００２１】
本実施の形態においては最低周波数を１００Ｈｚとし、渦電流低減層２ａ，２ｂには約４．２Ｋに冷却された銅を用いるため、μは１．２５７×１０^-6、σは１×１０¹⁰、ωは６．２８３×１０^-2となり、表皮厚さは約０．５ｍｍである。したがって、本発明における渦電流低減層はこれより厚い１ｍｍとした。以上のように渦電流低減層２ａ，２ｂを設置することで、超電導コイル１ａ，１ｂをクエンチすることがなく、高安定化を図ることができた。
〔実施の形態３〕
図４は、本発明の他の実施の形態によるスピーカの動作原理図を説明するための図である。まず、図４を用い、本実施の形態のスピーカの動作原理と超電導コイルを使用した場合の利点を説明する。
【００２２】
２個のソレノイド形状のムービングコイル１１ａ，１１ｂは同一形状であり、所定の間隔で同軸上に配置される。ムービングコイル１１ａ，１１ｂは電気的に直列に接続され、通電方向は同一である。超電導コイル１はソレノイド形状であり、ムービングコイル１１ａ，１１ｂの間に配置される。ムービングコイル１１ａ，１１ｂは振動伝達部２２ａ，２２ｂを介して、振動板２１ａ，２１ｂと機械的に結合されている。超電導コイル１に直流電流を通電すると、ムービングコイル１１ａ，１１ｂに磁場が印加される。このとき、ムービングコイル１１ａ，１１ｂに交流電流を通電すると、ムービングコイル１１ａ，１１ｂには磁場の径方向成分と交流電流との作用によりローレンツ力が発生し、通電した交流電流と同じ周波数で振動する。この振動は振動伝達部２２ａ，２２ｂを介して振動板２１ａ，２１ｂに伝達され、振動板２１はこの振動を外部の媒質に音波として伝達する。
【００２３】
本実施の形態では一例として、超電導コイル１の内径を１００ｍｍ、外径を４００ｍｍ、軸方向厚みを１５０ｍｍ、通電電流密度を１００Ａ／ｍｍ²とした。また、ムービングコイル１１ａ，１１ｂの中心直径を２４０ｍｍとし、超電導コイル１の表面とムービングコイル１１ａ，１１ｂの巻線中央との距離を５０ｍｍとした。このような配置において、超電導コイル１の発生する径方向磁場はムービングコイル１１ａ，１１ｂの巻線の中央において約２．１Ｔであった。磁気回路を備えた永久磁石では最大でも１．５Ｔ程度しか磁場を発生できないことと比較すると、約１．４倍の磁場を発生可能であることがわかる。したがって出力も約１．４倍であるが、ムービングコイルは２個あるので出力はさらに倍となる。
【００２４】
ムービングコイル１１ａ，１１ｂは同形状で直列に接続され、通電方向は同一である。一方、ムービングコイル１１ａ，１１ｂに作用する磁場の径方向成分は絶対値が同じであるが、方向が逆である。したがって、ムービングコイル１１ａ，１１ｂは互いに逆位相で振動する。この場合、超電導コイル１に作用する電磁力は互いにキャンセルされるため、荷重支持体を小さくでき、超電導コイル１への熱侵入を小さくできるというメリットがある。
【００２５】
次に、本発明のスピーカについて詳細な構造を説明する。図５に、上記スピーカの断面図を示す。超電導コイル１はニオブチタン合金を超電導材料とする超電導線を用いたソレノイドコイルである。超電導コイル１の外側には銅を材料とする輻射シールド３、ステンレスを材料とする真空容器４が配置されている。真空容器４と輻射シールド３は紙面の縦方向に常温常圧ボアが貫通した構造である。超電導コイル１は冷凍機５の第２段と結合され、約４Ｋに熱伝導により冷却され、超電導状態となる。また、輻射シールド３は冷凍機５の第１段により約４０Ｋに冷却される。真空容器４の内部は気体分子による伝熱を防止するため真空であり、輻射シールド３は真空容器４からの輻射熱を遮蔽することにより、常温である真空容器４から超電導コイル１への熱の侵入を抑制している。超電導コイル１と輻射シールド３、および、輻射シールド３と真空容器４の間はそれぞれＦＲＰ製の荷重支持体６，７により連結され、超電導コイル１および輻射シールド３の荷重を真空容器４が支持する構造となっている。
【００２６】
ムービングコイル１１ａ，１１ｂは超電導コイル１を挟み込むように配置され、外部から交流電流を通電できる構造である。ムービングコイル１１ａ，１１ｂは電気的に直列に接続され、通電方向は同一である。ムービングコイル１１ａ，１１ｂは振動伝達部２２ａ，２２ｂを介して振動板２１ａ，２１ｂと結合され、振動板２１ａ，２１ｂはベローズを用いたバネ３２ａ，３２ｂを介して真空容器４ａに連結されている。以上のような構成により、超電導コイル１に外部から直流電流、ムービングコイル１１ａ，１１ｂに交流電流を通電すると振動板２１ａと振動板２１ｂはそれぞれ逆位相で振動し、本発明はスピーカとして機能する。
【００２７】
本実施の形態においては、ムービングコイル１１ａ，１１ｂの発生する交流磁場を低減し、超電導コイル１の温度上昇を抑制するために、真空容器４の外側に渦電流低減層２を設置した。渦電流低減層２が交流磁場を効果的に低減するためには、層の厚さを表皮厚さ以上とする必要がある。表皮厚さとは金属に交流磁場が作用した場合において、交流磁場の振幅が１／ｅに減衰するために必要な金属層の厚みを指し、（２／μσω）^1/2で表される。ここでμは使用する金属の透磁率、σは電気伝導率、ωは交流磁場の角周波数を表す。本実施の形態においては最低周波数を１００Ｈｚとし、渦電流低減層２には銅を用いるため、μは１．２５７×１０^-6、σは５×１０⁷、ωは６．２８３×１０^-2となり、表皮厚さは約７．１ｍｍである。したがって、本発明における渦電流低減層はこれより厚い１０ｍｍとした。以上のように渦電流低減層２を設置することで、超電導コイル１をクエンチすることのない、高安定なスピーカを実現することができた。
【００２８】
なお、本実施の形態の変形例として、図３に示した例と同様に渦電流低減層２を超伝導コイル１の表面に設置し、超伝導コイル１を冷却する液体ヘリウム等の冷媒によって渦電流低減層２を極低温に冷却する構造としてもよい。渦電流低減層２を極低温に冷却する構造とすると、渦電流低減層２として用いる金属層の厚みを低減することができる。
【００２９】
〔実施の形態４〕
図６は、本発明の他の実施の形態によるスピーカの動作原理図を説明するための図である。まず、図６を用い、本実施の形態のスピーカの動作原理と超電導コイルを使用した場合の利点を説明する。
【００３０】
２個のソレノイド形状のムービングコイル１１ａ，１１ｂは同一形状であり、所定の間隔で同軸上に配置される。ムービングコイル１１ａ，１１ｂは電気的に直列に接続されるが、通電方向は逆である。超電導コイル１はソレノイド形状であり、ムービングコイル１１ａ，１１ｂの間に配置される。ムービングコイル１１ａ，１１ｂは振動伝達部２２ａ，２２ｂおよび振動伝達部連結棒２３を介して、振動板２１と機械的に結合されている。超電導コイル１に直流電流を通電すると、ムービングコイル１１ａ，１１ｂに磁場が印加される。このとき、ムービングコイル１１ａ，１１ｂに交流電流を通電すると、ムービングコイル１１ａ，１１ｂには磁場の径方向成分と交流電流との作用によりローレンツ力が発生し、通電した交流電流と同じ周波数で同位相で振動する。この振動は振動伝達部２２ａ，２２ｂを介して振動板２１ａ，２１ｂに伝達され、振動板２１はこの振動を外部の媒質に音波として伝達する。
【００３１】
本実施の形態では一例として、超電導コイル１の内径を１００ｍｍ、外径を４００ｍｍ、軸方向厚みを１５０ｍｍ、通電電流密度を１００Ａ／ｍｍ²とした。また、ムービングコイル１１ａ，１１ｂの中心直径を２４０ｍｍとし、超電導コイル１の表面とムービングコイル１１ａ，１１ｂの巻線中央との距離を５０ｍｍとした。このような配置において、超電導コイル１の発生する径方向磁場はムービングコイル１１ａ，１１ｂの巻線の中央において約２．１Ｔであった。磁気回路を備えた永久磁石では最大でも１．５Ｔ程度しか磁場を発生できないことと比較すると、約１．４倍の磁場を発生可能であることがわかる。したがって出力も約１．４倍であるが、ムービングコイルは２個あるので出力はさらに倍となる。
【００３２】
次に、本発明のスピーカについて詳細な構造を説明する。図７に、上記スピーカの断面図を示す。超電導コイル１はニオブチタン合金を超電導材料とする超電導線を用いたソレノイドコイルである。超電導コイル１の外側には銅を材料とする輻射シールド３、ステンレスを材料とする真空容器４が配置されている。真空容器４と輻射シールド３は紙面の縦方向に常温常圧ボアが貫通した構造である。超電導コイル１は冷凍機５の第２段と結合され、約４Ｋに熱伝導により冷却され、超電導状態となる。また、輻射シールド３は冷凍機５の第１段により約４０Ｋに冷却される。真空容器４の内部は気体分子による伝熱を防止するため真空であり、輻射シールド３は真空容器４からの輻射熱を遮蔽することにより、常温である真空容器４から超電導コイル１への熱の侵入を抑制している。超電導コイル１と輻射シールド３、および、輻射シールド３と真空容器４の間はそれぞれＦＲＰ製の荷重支持体６，７により連結され、超電導コイル１および輻射シールド３の荷重を真空容器４が支持する構造となっている。
【００３３】
ムービングコイル１１ａ，１１ｂは超電導コイル１を挟み込むように配置され、外部から交流電流を通電できる構造である。ムービングコイル１１ａ，１１ｂは電気的に直列に接続されるが、通電方向は逆である。ムービングコイル１１ａ，１１ｂは振動伝達部２２ａ，２２ｂおよび振動伝達部連結棒２３を介して振動板２１と結合され、振動板２１はベローズを用いたバネ３２を介して真空容器４ａに連結されている。以上のような構成により、超電導コイル１に外部から直流電流、ムービングコイル１１ａ，１１ｂに交流電流を通電すると振動板２１は振動し、本発明はスピーカとして機能する。
【００３４】
本実施の形態においては、ムービングコイル１１ａ，１１ｂの発生する交流磁場を低減し、超電導コイル１の温度上昇を抑制するために、真空容器４の外側に渦電流低減層２を設置した。渦電流低減層２が交流磁場を効果的に低減するためには、層の厚さを表皮厚さ以上とする必要がある。表皮厚さとは金属に交流磁場が作用した場合において、交流磁場の振幅が１／ｅに減衰するために必要な金属層の厚みを指し、（２／μσω）^1/2で表される。ここでμは使用する金属の透磁率、σは電気伝導率、ωは交流磁場の角周波数を表す。本実施の形態においては最低周波数を１００Ｈｚとし、渦電流低減層２には銅を用いるため、μは１．２５７×１０^-6、σは５×１０⁷、ωは６．２８３×１０^-2となり、表皮厚さは約７．１ｍｍである。したがって、本発明における渦電流低減層はこれより厚い１０ｍｍとした。以上のように渦電流低減層２を設置することで、超電導コイル１をクエンチすることのない、高安定なスピーカを実現することができた。
【００３５】
なお、本実施の形態の変形例として、図３に示した例と同様に渦電流低減層２を超伝導コイル１の表面に設置し、超伝導コイル１を冷却する液体ヘリウム等の冷媒によって渦電流低減層２を極低温に冷却する構造としてもよい。渦電流低減層２を極低温に冷却する構造とすると、渦電流低減層２として用いる金属層の厚みを低減することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、スピーカの磁場発生部として超電導コイルを用い、超電導コイルの周囲には渦電流低減層を設けることにより、大出力で高安定のスピーカを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１によるスピーカの動作原理図説明図。
【図２】実施の形態１のスピーカの断面図。
【図３】実施の形態２のスピーカの断面図。
【図４】実施の形態３によるスピーカの動作原理図説明図。
【図５】実施の形態３のスピーカの断面図。
【図６】実施の形態４によるスピーカの動作原理図説明図。
【図７】実施の形態４のスピーカの断面図。
【符号の説明】
１…超電導コイル、１ａ…超電導コイル、１ｂ…超電導コイル、２…渦電流低減層、２ａ…渦電流低減層、２ｂ…渦電流低減層、３…輻射シールド、３ａ…輻射シールド、３ｂ…輻射シールド、４…真空容器、４ａ…真空容器、４ｂ…真空容器、５…冷凍機、５ａ…冷凍機、５ｂ…冷凍機、６…荷重支持体、６ａ…荷重支持体、６ｂ…荷重支持体、７…荷重支持体、７ａ…荷重支持体、７ｂ…荷重支持体、８ａ…断熱真空容器、８ｂ…断熱真空容器、９…上部連結管、１０…下部連結管、１１…ムービングコイル、１１ａ…ムービングコイル、１１ｂ…ムービングコイル、２１…振動板、２１ａ…振動板、２１ｂ…振動板、２２…振動伝達部、２２ａ…振動伝達部、２２ｂ…振動伝達部、２３…振動伝達部連結棒、３１…連結棒、３２…バネ、３２ａ…バネ、３２ｂ…バネ、３３…液体ヘリウム補給口、３４…液体ヘリウム。

Claims

所定の空隙を持って対向し互いに逆方向に直流磁場を発生する２個のリング状超電導コイルと、
前記２個のリング状超電導コイル間に当該２個のリング状超伝導コイルの発生する磁場の径方向成分が最大となる位置に配置されたリング状ムービングコイルと、
前記ムービングコイルに接続された振動板と、
前記個のリング状超電導コイルを包囲するように配置された低抵抗金属からなる渦電流低減層とを含むことを特徴とする電気音響変換素子。
所定の空隙を持って対向する２個のリング状ムービングコイルと、
前記２個のリング状ムービングコイルの間に配置された直流磁場を発生するリング状超電導コイルと、
前記２個のリング状ムービングコイルにそれぞれ接続された２個の振動板と、
前記リング状超電導コイルを包囲するように配置された低抵抗金属からなる渦電流低減層とを含み、前記２個のムービングコイルは互いに逆位相で振動することを特徴とする電気音響変換素子。
所定の空隙を持って対向し機械的に連結された２個のリング状ムービングコイルと、
前記２個のリング状ムービングコイルの間に配置された直流磁場を発生するリング状超電導コイルと、
前記ムービングコイルに接続された振動板と、
前記リング状超電導コイルを包囲するように配置された低抵抗金属からなる渦電流低減層とを含むことを特徴とする電気音響変換素子。
請求項１，２又は３記載の電気音響変換素子において、前記渦電流低減層は極低温に冷却されていることを特徴とする電気音響変換素子。