JP4128999B2 - 駆動ユニット、ラウドスピーカ・アセンブリおよびスピーカユニット - Google Patents

Description

本発明は一般に電磁駆動ユニットに関し、特にラウドスピーカー・アセンブリ用に設計された電磁駆動ユニットであって、磁石部及びこの磁石部と磁気的に連動するための駆動コイル部を有し、この駆動コイル部はこの磁石部に対して平行移動軸に沿って平行移動することができ、このマグネット部は２つの永久磁石、及び平行移動軸からみてこれら２つの永久磁石の間に配置される中間磁極素子を有し、この中間磁極素子は磁気的にコイル部のほうに方向付けられる磁極面を有するような構成の電磁駆動ユニットに関する。

更に本発明は、フレーム、ダイヤフラム（振動板）、及び上記の駆動ユニットを有するラウドスピーカー・アセンブリに関する。

特許技術文献１は、反発磁気回路型平面スピーカー・アセンブリを開示する。このラウドスピーカー・アセンブリは、磁石装置及びこの磁石装置の周りのクリアランスを確保するためのボイスコイルを有する。この磁石装置は相互逆方向に磁化され上下に配置された２つの永久磁石及びこれら２つの磁石の間に配置される磁石プレートからなる。ここでボイスコイルは磁石プレートの外周部に対向して配置される。ラウドスピーカーはボイスコイルからフレームへと延びる平面ダイヤフラムを有する。このダイヤフラムは内側ではボイスコイルのエッジに接着され、外側ではサスペンション手段によってフレームに固定される。

このような既知のラウドスピーカーは薄型であるという利点を有する。しかしこの既知のラウドスピーカーでは適用される磁石装置に係属する磁束パスが比較的長いため、駆動ユニットの効率が悪いという問題がある。換言すると、磁石装置の比較的高い磁気抵抗により、駆動ユニットの効率が劣化してしまう。上述のような欠点からこのラウドスピーカーの適用範囲は限定されてしまう。
特許公開２００１−７８２９３号

本発明は上記構成を有する電磁駆動ユニットの効率を高めることを目的とする。

また、本発明は適用範囲の広いラウドスピーカー・システムを提供することを更なる目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の駆動ユニットは磁石部及びこの磁石部と磁気的に連動することが可能なコイル部を有し、このコイル部はこの磁石部に対して平行移動軸に沿って平行移動することが可能であり、この磁石部は２つの永久磁石及びコイル部の平行移動軸からみてこれら永久磁石の間に配置される中間磁極素子を有し、この中間磁極素子はコイル部の内面のほうに磁気的に方向付けられた磁極面を有するところにおいて、磁石部は更に２つの外部磁極素子を有し、２つの永久磁石及び中間磁極素子はこれら２つの外部磁極素子の間に配置され、これら外部磁極素子はコイル部の外面のほうに磁気的に方向付けられる磁極面を有する。

このように２つの外部磁極素子を設けることにより、磁石部の外側の磁束パスの長さを短縮することができ、従来のラウドスピーカーの駆動ユニットよりも迷磁束パスを減少させることができる。換言すると、より多くの磁束を永久磁石からコイル部に転送することが可能になり、よって磁気抵抗が低減され、効率が向上しうる。なお、ここでコイル部とはコイルから構成される素子に相当し、一般にボイスコイルとして知られる。

本発明に係る駆動ユニットの一実施形態によると、コイル部は２つの外部磁極素子の間に配置される。こうしてコイル部の磁束密度は更に高くなり、効率が向上しうる。

本発明に係る駆動ユニットの好適実施形態によると、コイル部はシリンダ状のコイルを構成し、このコイル部のコイル軸は平行移動軸に対して平行に延びるか、あるいはこの平行移動軸と一致する。

本発明に係る更なる好適な実施形態によると、２つの永久磁石はコイル部の平行移動軸に対して平行方向に磁化され、これらの永久磁石のうちの一方の磁化方向は他方の永久磁石の磁化方向と逆方向である。

また別の実施形態によると、磁極素子、すなわち中間磁極素子及び外部磁極素子は軟磁性材料から形成される。より好ましくは、これらの磁極素子は強磁性の材料からなる。

また、本発明に係る駆動ユニットの更なる好適な実施形態によると、外部磁極素子の磁極面はコイル部のほう、特にコイルの方に傾くエッジ部によって形成される。このような実施形態では、磁石部の外側の磁束パスが更に短縮され、コイルでの磁束密度が更に高くなりうる。

本発明に係る駆動ユニットを改善する更なる手段として、中間磁極素子の磁極面のラジアル寸法をコイル部の平行移動軸上からみて永久磁石から中間磁極素子の中央部に向かって増大させる方法もある。これにより、中間磁極素子の磁極面は実質的に凸状の表面を有することとなる。

また、本発明の更なる目的を達成するために、本発明のラウドスピーカー・アセンブリは、フレーム、ダイヤフラム、及び磁石部及びこの駆動ユニットと磁気的に連動することが可能なコイル部を有する電磁駆動ユニットで、このコイル部はこの磁石部に対して平行移動軸上に沿って平行移動することが可能であり、この磁石部は２つの永久磁石及びコイル部の平行軸からみてこれら永久磁石の間に配置されている中間磁極素子を有し、この中間磁極素子はコイル部の内面に対して磁気的に方向付けられた磁極面を有するところにおいて、磁石部は更に２つの外部磁極素子を有し、２つの永久磁石及び中間磁極素子はこれら２つの外部磁極素子の間に配置され、これら外部磁極素子はコイル部の外面の方に磁気的に方向付けられる磁極面を有する。このような駆動ユニットを適用することにより、従来のラウドスピーカー・アセンブリ装置に比べてラウドスピーカー・アセンブリにおける駆動力の最大値及び−３ｄＢ値を共に向上させることが可能であることが証明されている。周知であるように、駆動力の−３ｄＢ値とは駆動ユニットの直線性を示す特性値である。上述のような構成及び効果により、高パワーで且つ平坦で軽量なラウドスピーカー・アセンブリを設計することが可能になる。このようなアセンブリは浅いハウジングに導入するのにも適し、特に自動車の分野など、内蔵スペースが限られているだけでなく重量も重要な考慮点となる技術分野において好都合である。

本発明によるラウドスピーカー・アセンブリの好適な実施形態によると、ダイヤフラムは２つの外部磁極素子の間を延びる領域においてコイル部に固定される。更に好適には、このダイヤフラムはコイル部からこのコイル部の平行移動軸に対して実質的にラジアル方向に延びる。

なお、本発明の駆動ユニットはラウドスピーカーへの適用を想定して構想されたものの、これを他の用途に用いることも可能である。この理由から本発明は、上述の構成を有する電磁駆動ユニットであってさらに広範囲な適用性を有する電磁駆動ユニットにも関する。

なお、上述の請求項によって示される本発明の特徴は単独であるいは複数組み合わせられて実現されることが可能である。

本発明における上述の特徴及びこれ以外の特徴は、以下に示される本発明の好適な実施例の説明によって更に明瞭にされうる。

図１に示される本発明の一実施形態による電磁駆動ユニットは、磁石部１及びコイル部２１から構成される。磁石部１はＮｄＦｅＢなどの硬質磁性材料から形成される２つの永久磁石１１、１２を有する。これら２つの永久磁石１１，１２は、この図においてこれら磁石の極性Ｓ（南極）及びＮ（北極）によって示されるように、相互逆方向に磁化される。なお、磁石１１，１２はシリンダ形状であってよい。磁石部１は更に炭素鋼や軟鉄などの強磁性材料からなる中間磁極素子１３を有し、この中間磁極素子１３は磁石１１及び１２の間に配置され、これらと接触する。なお、この中間磁極素子１３は円形であってよい。また磁石部１は更に低炭素鋼や軟鉄などの強磁性材料からなる２つの外部磁極素子１４，１５を有し、これら外部磁極素子１４と１５との間に磁石１１，１２及び中間磁極素子１３の組み合わせ体が配置される。なお、これら外部磁極素子１４，１５はディスク形状であってよい。

中間磁極素子１３の周りに配置されるコイル部２１は、この例では、コイル部２１はラウドスピーカー・アセンブリのフレーム内において可動な状態で浮遊するように配置されるダイヤフラム３１に取り付けられるが、このコイル部２１を支持するためにこれ以外の既知の支持手段や軸受手段を用いることも可能である。

この例ではコイル部２１はシリンダ状のコイルであって、このコイル軸は平行移動軸２３と一致する。中間磁極素子１３はこのコイル部２１の内面２１ａの方に方向付けられる磁極面１１３を有し、この磁極面１１３のラジアル寸法は、この例では平行移動軸２３からみて磁石１１，１２のそれぞれから磁極面の中央部１１３ｂの方に向かって増大するような構成を有する。２つの外部磁極素子１４，１５はそれぞれ磁極面１１４，１１５を有し、これらの磁極面１１４及び１１５はコイル部２１の外面２１ｂのほうへ磁気的に方向付けられる。磁極面１１４及び１１５はそれぞれコイル部２１のほうに傾くエッジ部１４ａ及び１５ａによって構成される。この外部磁極素子を設置することにより、コイルは従来の装置に比べて高い磁束密度（図１の磁束線Ｂを参照）を有する領域において延在しうる。本発明による駆動ユニットを適用すると、コイル部２１のコイルは電流源に電気的に接続される。

なお、コイルに電流が流れる際は、コイル部２１と磁石部１との磁気的連動により平行移動方向のうちの一方向に方向付けられる駆動力が生成される（図１では符号Ｆによって示される）。

図２は図１の駆動ユニットが加圧される際に生成される駆動力Ｆを示す図表である。ここで駆動力Ｆは、磁石部１に対するコイル部２１の位置の関数として、横軸上にニュートン（Ｎ）単位で示される。図１に示されるようなコイル部の中心位置に対する位置はこの図表の縦軸上にミリメートル（ｍｍ）単位で示される。この図表から見受けられるようにこの例では駆動力Ｆの最大値は５．５Ｎであり、コイル部２１の−３ｄＢ値（０．７０７×最大値）における変位Ｘは、２×６．５ｍｍ＝１３ｍｍである。

本発明の実施形態による駆動ユニットの効果をより明確に示すために、以下において図１の実施例と図３に示される従来の駆動ユニットとの比較を行う。

図３に示される駆動ユニットは、２つの永久磁石６１，６２及びこの磁石６１と６２との間に配置される中間磁極素子６３からなる磁石部５１を有する。磁石６１及び６２は図１の実施形態における磁石１１及び１２に対応し、中間磁極素子６３は図１の実施形態における中間磁極素子１３に対応する。図３の駆動ユニットは更に図１のコイル部２１に対応する磁石部５１との磁気的連動を実現するためのコイル部７１を有する。コイル部２１は磁石部５１に対してコイル軸７３に沿って平行移動可能である。この駆動ユニットはアルミ製でマウント及び冷却体としての機能を備えるフレーム８０に取り付けられる。なお、永久磁石６１及び６２によって生成される磁束線は符号Ｈによって示される。

図４は図３の駆動ユニットにおけるコイルユニット７１が加圧される際にこの駆動ユニットによって生成される駆動力Ｆ_Ｒを示す図表である。なお、この駆動力Ｆ_Ｒは磁石部５１に対するコイル部７１の位置の関数であり、横軸上においてニュートン（Ｎ）単位で示される。図３に示されるようなコイル部７１の中心位置に対するこのコイル部７１の変位Ｘ_Ｒに対応するコイル部の位置は、ミリメートル（ｍｍ）単位で縦軸上に示される。この図表から見受けられるように、駆動力Ｆ_Ｒの最大値は３．９Ｎであり、−３ｄＢ値におけるコイル部の変位Ｘ_Ｒは２×５＝１０ｍｍである。

図２と図４とを比較すると、図１の実施形態のほうが図３の駆動ユニットに比べてコイル部のコイルが加圧される際より大きな最大機械的力量、すなわち駆動力を生成可能であることが理解される。具体的には、図１の駆動ユニットにおける最大駆動力は４０％増大される。また、図１の実施形態では、−３ｄＢにおけるコイル部の変位が改善される。すなわち図１の実施形態におけるコイル部の変位が３０％向上される。したがってこれらの効果は、本発明による外部磁極素子を設置することにより磁束の誘導性が改善された結果得られたものであると推測することが可能である。というのは、これら図示される２つの駆動ユニットにおける他の構成は同様であるため、本発明の実施形態による外部磁極素子によりこのような改善が実現されたと理解しうる。外部磁極素子は磁束の迷成分を低減させることができるため、より多くの磁束がコイル部のコイルにリンクされうる。

図５に示される本発明の一実施形態によるラウドスピーカー・アセンブリは、フレーム又はシャーシ２０２、ダイヤフラム３１、及び図１に示される駆動ユニットを有する。この図では符号３００によって示されるこの駆動ユニットはフレーム２０２に取り付けられる。フレーム２０２は内蔵スペースの壁４００に取り付けられるか、あるいはラウドスピーカー箱体又はエンクロージャに導入されうる。ダイヤフラム３１は内側では駆動ユニット３００のコイル部２１に固定され、外側では対応取り付けリム２０６（例えばポリウレタンやゴムなどの可撓性材料から形成されるΩ型の形状を有するリムなど）によってフレーム２０２に接続される。本実施形態では、ダイヤフラム３１はフレーム２０２においてコイル部２１とリム２０６との間の地点で浮遊した状態でサスペンション装置３１０によって支持される。このサスペンション装置としてはここにおいて参照により本願に盛り込まれる国際公開ＷＯ９９／６６７６３号に開示されるようなサスペンション装置を適用することが可能である。このサスペンション装置３１０は平行移動軸２３の周りに配置される一式のブレードスプリング３１２を有する。ブレードスプリング３１２のそれぞれは２つのスプリング部３１２ａ及び３１２ｂを有する１つの湾曲したブレードスプリングとして構成される。このブレードスプリングの一方は、固定体に固定され、この例では外部素子１４に固定される。またこのブレードスプリングの他方は、ダイヤフラム３１に接続される。なお、このサスペンション装置３１０以外にも、例えば波形織布などから形成される一般のスパイダー装置などの適切なサスペンション手段を適用することも可能である。

更に本実施形態ではピストンとして機能するダイヤフラム３１は、どのような形状でもよい。例えば図示されるような形状のダイヤフラムではなく、完全に平面状のダイヤフラムを適用することも可能である。また、図５に示されるラウドスピーカー・アセンブリは保護グリル３１４によって覆われることも可能である。

なお、前述のように、本発明は上記の実施形態以外の構成を有することも可能であり、よって本発明の範囲は上記に例示される実施形態に限定されることはない。また、本発明は更に、本発明のラウドスピーカー・アセンブリ及びこれを収容するエンクロージャから構成されるラウドスピーカーユニットにも関する。

本発明の一実施形態による駆動ユニットの概略を示す縦断面図である。 図１の実施形態に関して、駆動ユニットのコイル部の位置の関数としての駆動ユニットにおける駆動力を記す図表である。 ２つの外部磁極素子を有さない駆動ユニットの概略を示す縦断面図である。 図３の駆動ユニットに関する、図２と同様の図表である。 本発明の一実施形態によるラウドスピーカー・アセンブリの概略を示す縦断面図である。

Claims (11)

1. ラウドスピーカー・アセンブリ用の駆動ユニットであって、
   磁石部と、
   前記磁石部と磁気的に連動し前記磁石部に対して平行移動軸に沿って平行移動するコイル部を備え、
   前記磁石部は２つの永久磁石と前記コイル部の平行移動軸からみて前記２つの永久磁石の間に配置される中間磁極素子と２つの外部磁極素子とを有し、
   前記２つの永久磁石及び前記中間磁極素子は前記２つの外部磁極素子の間に配置され、
   前記中間磁極素子は前記コイル部の内面の方に磁気的に方向付けられた磁極面を有し、
   前記２つの外部磁極素子は前記コイル部の方に傾くエッジ部及び前記コイル部の外面のほうに磁気的に方向付けられる磁極面を有し、
   前記磁極面は前記エッジ部に形成されることを特徴とする駆動ユニット。
2. 前記コイル部は前記２つの外部磁極素子の間に配置されることを特徴とする請求項１記載の駆動ユニット。
3. 前記コイル部はシリンダ状のコイルを構成し、前記平行移動軸に対して平行に延びるか、あるいは前記平行移動軸と一致するコイル軸を有することを特徴とする請求項１記載の駆動ユニット。
4. 前記磁石部における２つの永久磁石は前記コイル部の平行移動軸に対して平行方向に磁化され、前記２つの永久磁石のうちの一方の磁化方向は他方の永久磁石の磁化方向と逆方向であることを特徴とする請求項１記載の駆動ユニット。
5. 前記中間磁極素子及び前記外部磁極素子は、軟磁性材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の駆動ユニット。
6. 前記中間磁極素子の磁極面のラジアル寸法は、前記コイル部の平行移動軸からみて前記永久磁石から前記中間磁極素子の磁極面の中央部に向かって増大することを特徴とする請求項１記載の駆動ユニット。
7. 前記中間磁極素子の磁極面は実質的に凸状の表面を有することを特徴とする請求項１記載の駆動ユニット。
8. フレーム、ダイヤフラム、及び請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の駆動ユニットを有するラウドスピーカー・アセンブリであって、
   前記ダイヤフラムは、前記駆動ユニットの前記コイル部に取り付けられ、且つ前記フレームに機動的に接続されることを特徴とするラウドスピーカー・アセンブリ。
9. 前記ダイヤフラムは前記２つの外部磁極素子の間に延びる領域において前記コイル部に固定されることを特徴とする請求項８記載のラウドスピーカー・アセンブリ。
10. 前記ダイヤフラムは前記コイル部から前記コイル部の平行移動軸に対して実質的にラジアル方向に延びることを特徴とする請求項８記載のラウドスピーカー・アセンブリ。
11. 請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のラウドスピーカー・アセンブリ及び前記ラウドスピーカー・アセンブリを収容するエンクロージャを有するラウドスピーカーユニット。

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