JP4841643B2 - 電磁変換器 - Google Patents

Description

この発明は、例えば永久磁石と振動膜とを組み合わせ、オーディオ信号から音声再生する電磁変換器に関するものである。

永久磁石と振動膜とを組み合わせた電磁変換器については、様々な技術が提案されている。このような電磁変換器は、例えば、特許文献１によれば、永久磁石板とその永久磁石板に対向するように配置した振動膜と、永久磁石板と振動膜との間に配置された緩衝部材とを備えている。

永久磁石は、帯状の異なる磁極が一定の間隔（ギャップとも言う）をおいて交互に形成されたもの（多極着磁パターンとも言う）である。また、振動膜は、永久磁石板の異なる磁極同士の間隙部分のいわゆる着磁のニュートラルゾーンと称される部分に対向する位置に、蛇行形状の導体パターンからなるコイル（コイルパターンとも言う）が形成されている。一般的な電磁変換器は、これら各部材がフレームに覆われており、このフレームがスピーカ筺体に取り付けられて構成されている。

このような構成の電磁変換器は、フレームの内面で永久磁石板の磁極が上下に対向するように配設されており、磁極間のギャップに磁界を発生させている。磁極間のギャップに対向する位置に振動膜のコイルパターンが設けられており、振動膜のコイルパターンに電流（オーディオ信号）が流れると、そのコイルパターンと永久磁石板の多極着磁パターンとが電磁的に結合し、フレミングの法則に従って振動膜にオーディオ振動が発生する。フレームに形成された放音孔などにより、オーディオ振動が外部に放出されて音声再生が行われる。

特開平９−３３１５９６号公報

しかしながら、従来の電磁変換器は、磁極間のギャップに対向する位置にコイルパターンが形成されているため、振動膜に形成されたコイルパターンはギャップに発生する磁界の漏れ磁束で駆動することになり、効率が悪かった。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、永久磁石間の高い磁束密度の磁界で振動膜上に形成されたコイルパターンを駆動させる効率の良い電磁変換器を提供することを目的とする。

この発明に係る電磁変換器は、組み合わせた際に中空が形成されるように配置されると共に、少なくとも一方の両端部が折り曲げられた一対のフレームと、一対のフレームの相対する内壁面に、同一の磁極の方向で所定の間隔をもって千鳥配置となるよう固定された棒状の永久磁石と、永久磁石のフレームとの固定面と相対する面に、水平方向に一直線となるよう固定されたプレートと、一対のフレームの端部間で、千鳥配置された外側の永久磁石に固定されたプレートの近傍に配置されたスペーサと、各プレート間及びプレートとフレーム又はスペーサ間に配置されるよう断面が凹凸状に形成されると共に、各プレート間の近傍、及び千鳥配置された外側の永久磁石に固定されたプレートとスペーサ間の近傍にコイルパターンが形成された振動膜とを備えたものである。

この発明に係る電磁変換器によれば、上記のように構成された永久磁石、プレート及び振動膜により、永久磁石間の高い磁束密度の磁界で振動膜上のコイルパターンを駆動させることができ、効率良く駆動力を得ることができるとともに、上記のように構成されたスペーサ及び振動膜により、永久磁石間の磁束密度と同様の高い磁束密度の磁界で振動膜上の外端のコイルパターンを駆動させることができ、振動膜上で一様な駆動力が得られる。その結果、音響特性が良好な電磁変換器を得ることができる。

実施の形態１の電磁変換器の構成を示す（ａ）外観斜視図であり、（ｂ）分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 実施の形態１の電磁変換器におけるフレームの折り返し部の長さａ、プレート間の磁界発生位置♯１、フレームとプレートとの間の磁界発生位置♯２を示す断面図である。 図３に示すフレームの折り返し部の長さａを変化させたときの位置♯１，♯２における磁束密度の変化を表したグラフである。 実施の形態１の電磁変換器において、一方のフレームに折り返し部を設けない構造を示した断面図である 実施の形態２の電磁変換器の構成を示す断面図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の電磁変換器の構成を説明する斜視図であり、図１（ａ）が外観斜視図、図１（ｂ）が分解斜視図である。
図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、電磁変換器１は、永久磁石１１，１３、プレート１２，１４、振動膜１５、フレーム３０から構成されている。フレーム３０は、上側フレーム３１、下側フレーム３２（一対のフレーム）及びスペーサ３３を組み合わせた際に中空が形成されるように配置した筺体構造であり、上側フレーム３１、下側フレーム３２の面には、フレーム３０の内部と外部とを連通する放音孔３１ａ，３２ａが形成されている。

永久磁石１１，１３は棒状形状であり、永久磁石１１，１３の一面には、磁性体からなるプレート１２，１４が接着されている。

振動膜１５は、薄く柔軟な樹脂フィルムからなる振動膜基材１５ａの表裏面に、蛇行形状の導体パターンからなるコイル（以下、コイルパターンと言う）１５ｂが形成されたものである。

図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断した電磁変換器１の断面図であり、電磁変換器１における永久磁石１１，１３、プレート１２，１４、振動膜１５、上側フレーム３１，下側フレーム３２、スペーサ３３の配置を示している。

図２に示すように、永久磁石１１，１３は着磁された磁極の方向を同一にし、所定の間隔をもって、上側フレーム３１、下側フレーム３２の対向する内壁面に互い違いに千鳥配置で固定されている。

永久磁石１１と上側フレーム３１との固定面に相対する面には、プレート１２が接着固定されており、永久磁石１３と下側フレーム３２との固定面に相対する面には、プレート１４が接着固定されている。また、プレート１２，１４は水平方向に一直線上にならぶように配置されている。

プレート１２，１４は、鉄などの磁性体からなり、着磁された永久磁石１１，１３に載置させることにより、例えば図２の矢印のように、近くの異なる磁極との磁束密度が集中するように作用している。

上側フレーム３１、下側フレーム３２には、両端部を折り曲げた折り返し部３１ｂ、３２ｂが形成されており、折り返し部３１ｂ，３２ｂの外端同士の間にスペーサ３３が配置されている。スペーサ３３は、例えば非磁性体からなり、上下のフレーム３１，３２の各折り返し部３１ｂ，３２ｂの外端同士が接触しないように所定の高さを持った間隙部分を形成している。スペーサ３３は、図２に示すように、千鳥配置された外側の永久磁石１３を固定していない上側フレーム３１に設けられるとともに、永久磁石１３に固定されたプレート１４の近傍に配置される。

振動膜１５の振動膜基材１５ａは、断面が凹凸状に形成され、振動膜凸部１５ｃ、振動膜凹部１５ｄ、振動膜作用部１５ｅを有している。振動膜凸部１５ｃはプレート１４と上側フレーム３１との間に配置され、振動膜凹部１５ｄはプレート１２と下側フレーム３２との間に配置され、振動膜作用部１５ｅはプレート１４とプレート１２との間、プレート１４と下側フレーム３２との間及びプレート１４とスペーサ３３との間に配置されている。振動膜作用部１５ｅは、振動膜凸部１５ｃと振動膜凹部１５ｄとの接続部分であり、振動膜作用部１５ｅの中心がプレート１２，１４同士の略中間に配置されている。

次に電磁変換器１の動作原理について説明する。
永久磁石１１，１３に載置されたプレート１２，１４間において、振動膜１５の振動膜作用部１５ｅを横切るように磁界を発生させている。コイルパターン１５ｂに外部から電流（オーディオ信号）が供給されると、コイルパターン１５ｂと永久磁石１１，１３とが電磁的に結合し、フレミングの法則に従って駆動力が発生する。発生したコイルパターン１５ｂの駆動力によって振動膜１５が振動し、この振動が放音孔３１ａ及び３２ａから外部へ放射され、音声として再生される。

次に振動膜作用部１５ｅのコイルパターン１５ｂに作用する磁束密度について説明する。
図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断した電磁変換器１の一部を省略した断面図であり、上側フレーム３１の折り返し部３１ｂの長さａ、磁束密度の発生位置としての間隔♯１及び間隔♯２を示している。間隔♯１は、プレート１４とプレート１２との間隔であり、間隔♯２はプレート１４とフレーム３２の間隔及びプレート１４とスペーサ３３の間隔である。
図４は、永久磁石１１，１３の寸法を幅Ｗ＝６．５ｍｍ、奥行きＤ＝５．５ｍｍとし、上側フレーム３１の折り返し部３１ｂの長さａ（ｍｍ）を変化させたときの間隔♯１，♯２における磁束密度の変化を示している。

上述したような電磁変換器１において、上下のフレーム３１，３２を接触させるような構成にした場合、図４に示すように、間隔♯２の磁束密度が低下し、間隔♯２の磁束密度と、間隔♯１の磁束密度との大きさが異なって、発生する駆動力が異なることから振動膜１５上で駆動力のアンバランスが発生するという問題点がある。

この問題点に対して実施の形態１では、上述したように上側フレーム３１と下側フレーム３２との間に間隙部分として非磁性体等からなるスペーサ３３を設けてフレーム３０を構成したことにより、プレート１４とフレーム３０との間隔♯２の磁束密度が極端に低下することを防いでいるが、図３に示したフレーム３１の折り返し部３１ｂの長さａ（ｍｍ）を変化させることにより、さらに音響特性が良好な電磁変換器を得ることができる。

図４に示すように、永久磁石１１，１３の寸法を幅Ｗ＝６．５ｍｍ、奥行きＤ＝５．５ｍｍとした場合、折り返し部３１ｂの長さａ（ｍｍ）を約３ｍｍにすることによりプレート１２，１４同士の間隔♯１の磁束密度と、プレート１４とフレーム３０の間隔♯２の磁束密度を同等にすることができる。

なお、永久磁石１１，１３の寸法の変化または能力の違いにより、上記プレート１２，１４同士の間隔♯１の磁束密度と、プレート１４とフレーム３０との間隔♯２の磁束密度を同等にするための上側フレーム３１の折り返し部３１ｂの長さａは異なる。

また、永久磁石１１，１３の寸法または能力の違いにより、フレーム３１の両端部は折り返さない構造としても良い。例えば、図５は上側フレーム３１の両端部を折り返さない構造を示す断面図であり、図５に示すように、図２における上側フレーム３１の折り返し部３１ｂに替えて、折り返し部を有するスペーサ３３を設けても良い。

上述のように、実施の形態１の電磁変換器１は、上側フレーム３１と下側フレーム３２の相対する内壁面に永久磁石１１，１３を千鳥配置し、永久磁石１１，１３に固定したプレート１２，１４を水平方向に直線上に配置し、プレート１２，１４同士の間隔に振動膜１５のコイルパターン１５ｂを配置したことにより、コイルパターン１５ｂに永久磁石１１，１３の強い磁束密度を与えることができる。

また、上側フレーム３１と下側フレーム３２との間に間隙部分を設けるようにスペーサ３３を配置したことにより、振動膜１５の外端のコイルパターン１５ｂも強い磁束密度の磁界を受けて駆動力を得ることができる。

さらに、上側フレーム３１の折り返し部３１ｂの長さａを調整する、すなわちスペーサ３３の高さを所定の高さにして上側フレーム３１と下側フレーム３２との間に所定の間隙部分を設けることにより、プレート１４と上側フレーム３１及び下側フレーム３２との間隔♯２の磁束密度とプレート１２，１４同士の間隔♯１の磁束密度を同等にすることができ、振動膜１５上で一様な駆動力が得られる。その結果、音響特性が良好な電磁変換器１を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、上下のフレーム３１，３２の折り返し部３１ｂ，３２ｂの端部をスペーサ３３を介して接続する構成について示したが、実施の形態２は、プレート１４と下側フレーム３２との間隔♯２の磁束密度をさらに高める構成について説明する。

図６は、図１のＡ−Ａ線で切断した電磁変換器１の断面図である。図６において、突起部３２ｃを設けた以外は、図１等の構成と同等であるため、同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６に示すように、下側フレーム３２は、折り返し部３２ｂを下側フレーム３２の内側方向に折り曲げてなる突起３２ｃを形成している。突起３２ｃは、千鳥配置された外側の永久磁石１３に固定されたプレート１４に磁束密度を集中させるように作用する。

実施の形態２の電磁変換器１は、このように構成することで、突起３２ｃと永久磁石１３に載置されたプレート１４との間に磁束密度が集中するので、実施の形態１と同様の効果を得ることができ、さらに効果的に振動膜１５のコイルパターン１５ｂに磁束密度を集中させることができる。

なお、図１〜６は説明を簡単にするために誇張拡大して示したものであり、実際の縮尺とは異なるものであり、また、説明を容易にするため、一部を省略して示している。

また、ここでは、説明を容易にするためにフレームの上下を区別しているが、上下が反転するものであってもかまわない。

以上のように、この発明に係る電磁変換器は、上側フレーム３１及び下側フレーム３２の相対する内壁面に永久磁石１１，１３を千鳥配置し、永久磁石１１，１３に固定したプレート１２，１４を水平方向に直線上にならぶように配置し、プレート１２，１４同士の間隔及びプレート１４とフレーム３０との間隔に振動膜１５のコイルパターン１５ｂを配置し、上側フレーム３１と下側フレーム３２との間隙部分として、上側フレーム３１の外端部にスペーサ３３を設けたことにより、コイルパターン１５ｂが永久磁石１１，１３間の磁束密度と同等の強い磁束密度の磁界で駆動させて振動膜１５を一様に効率良く駆動させることができるので、音響特性が良好な電磁変換器を得ることができるので、音響装置などに用いるのに適している。

１ 電磁変換器、１１，１３ 永久磁石、１２，１４ プレート、１５ 振動膜、１５ａ 振動膜基材、１５ｂ コイルパターン、１５ｃ 振動膜凸部、１５ｄ 振動膜凹部、１５ｅ 振動膜作用部、３０ フレーム、３１ 上側フレーム、３１ａ，３２ａ 放音孔、３１ｂ，３２ｂ 折り返し部、３２ 下側フレーム、３２ｃ 突起、３３ スペーサ。

Claims (2)

1. 組み合わせた際に中空が形成されるように配置されると共に、少なくとも一方の両端部が折り曲げられた一対のフレームと、
   上記一対のフレームの相対する内壁面に、同一の磁極の方向で所定の間隔をもって千鳥配置となるよう固定された棒状の永久磁石と、
   上記永久磁石の上記フレームとの固定面と相対する面に、水平方向に一直線となるよう固定されたプレートと、
   上記一対のフレームの端部間で、千鳥配置された外側の永久磁石に固定されたプレートの近傍に配置されたスペーサと、
   上記各プレート間及び上記プレートと上記フレーム又は上記スペーサ間に配置されるよう断面が凹凸状に形成されると共に、上記各プレート間の近傍、及び千鳥配置された外側の永久磁石に固定されたプレートと上記スペーサ間の近傍にコイルパターンが形成された振動膜とを備えた電磁変換器。
2. 上記両端部が折り曲げられたフレームに、千鳥配置された外側の永久磁石に固定されたプレートに磁束密度を集中させる突起を設けたことを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。

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