KR101376027B1

KR101376027B1 - 대출력 박형 전자석 스피커

Info

Publication number: KR101376027B1
Application number: KR1020120028519A
Authority: KR
Inventors: 두세진; 신 렬 이
Original assignee: 신 렬 이; 두세진
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2014-03-19
Also published as: KR20130106742A

Abstract

금속편 진동자에 코일을 감아 전자석이 형성될 수 있도록 하고, 이 진동자의 양 측면 혹은 끝단에 영구자석을 진동자와 일정거리를 이격하여 설치하여 코일에 전류를 흘림으로써 진동자와 영구자석간의 인력과 척력에 의해 진동자가 영구자석의 N극과 S극 양 끝단 사이로 진동하게 되고, 진동자가 영구자석에 달라붙는 고장을 일으키지 않으면서 큰 진폭으로 운동할 수 있도록 만든 대출력 박형 전자석 스피커를 제시한다.

Description

대출력 박형 전자석 스피커{High Power Slim Electromagnet Speaker}

본 발명은 음향 변환 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 종래의 동일 크기의 스피커 대비 대출력 음향재생이 가능한 박형 전자석 스피커에 관한 것이다.

스피커는 전기 신호 형태의 음을 귀에 들리는 소리로 변환하는 전기-음향 변환 장치로서, 일반적으로는 영구자석의 자력선 내에 코일을 두고 이 코일에 전류를 흘려 코일과 결합된 진동판을 자력선의 방향과 직각인 방향으로 진동시키는 무빙코일 방식의 스피커가 많이 사용된다. 도 1은 일반적인 무빙 코일 방식 스피커의 구조도이다.

도 1에 도시한 무빙코일 방식의 스피커는 영구자석(101)을 원통형으로 구성하고, 영구자석(101)의 상측 및 하측에 각각 프론트 플레이트(103) 및 백 플레이트(105)를 설치하여 폴피스(107)와 함께 자기회로를 구성한다. 폴피스(107)와 프론트 플레이트(103) 사이에 간격을 두어 갭이 형성되는데, 이 갭에 보빈에 감긴 보이스 코일(109)이 설치되고, 보이스 코일을 지지하기 위하여 스파이더(111)를 사용한다.

한편, 진동면적을 넓혀 음향 출력을 높이기 위하여 진동판(113)을 보빈에 부착시키며, 진동판(113)은 스피커 프레임(119)에 유연한 재료의 에지(edge) 즉, 서라운드(115)를 사용하여 지지한다.

무빙코일 방식 스피커는 N극과 S극으로 구성되는 영구자석(101) 사이의 좁은 간극에 설치된 무빙코일(109)에 전류를 흘림으로써, 영구자석(101)의 자속과 무빙코일(109)에 흐르는 전류 량, 무빙코일(109)의 감긴 총길이에 비례하는 힘이 무빙코일(109)을 상하로 움직이고, 이 운동에너지가 진동판(113)에 전달되어 진동판(113) 전면 공기를 진동시켜 음향을 발생시키는 원리를 이용한다.

이와 같이, 무빙코일 방식의 스피커는 무빙코일(109)과 진동판(113)이 함께 움직이는 구조이기 때문에 진동계의 무게가 증가되어 스피커의 전체적인 음향 출력 효율이 나빠지게 된다.

아울러, 진동판(113)이 영구자석(101) 상부에 위치하기 때문에, 스피커의 전체 두께가 영구자석(101) 높이 및 진동판(113)의 높이의 합으로 결정되므로 박형으로 구성하기가 불가능하다.

이러한 문제점을 극복하기 위해 진동계의 무게를 줄이기 위한 연구가 진행되었으며, 이러한 문제를 해결한 스피커의 일 예로서, 밸런스드 아마추어 (Balanced amateur) 스피커를 들 수 있다.

도 2는 일반적인 밸런스드 아마추어 스피커의 구조도이다.

도 2에 도시한 것과 같이, 밸런스드 아마추어 스피커는 영구자석(201)의 N극과 S극 사이에 전자석 진동자(207)을 배치시킨다. 이 전자석의 코일(203)에 교류 전류를 흘리게 되면 아마추어(205)의 진동자(207)가 전자석의 원리에 의해 전류의 방향에 따라 N극 또는 S극으로 바뀌게 되고, 진동자(207)와 영구자석(201)의 극성에 따라 인력 또는 척력이 발생하여 진동자(207)가 상하 진동을 하게 된다. 이러한 진동자(207)의 상하 운동 에너지는 핀(211)을 통해 진동판(213)으로 전달되고, 결국 진동판(213)이 움직여 전기 신호를 소리로 재생할 수 있게 된다.

밸런스드 아마추어 스피커는 코일과 진동판을 분리시킴으로써 진동계가 가벼워져 음향 출력 효율이 무빙코일 방식에 비해 높아지는 장점이 있다. 하지만 진동자(207)가 영구자석(201)의 N극과 S극 사이에 설치되므로 진동 폭은 영구자석(201)의 간격 이하로 제한되는 단점이 있다. 또한, 진동자(207)의 진폭이 커질 경우 영구자석(201)과 진동자(207)의 인력은 급격히 커져 급기야 진동자(207)가 영구자석(201)에 접촉하면 진동자(207)가 영구자석(201)에 부착되어 더이상 진동자(207)가 움직이지 못하게 된다. 이러한 이유로 영구자석(201)은 자력이 비교적 작은 자석을 사용할 수밖에 없고 이로 인해 스피커의 음향 출력 효율을 일정 수준이상 증가시킬 수가 없게 된다. 따라서 높은 출력이 요구되는 스피커 등에는 적용이 불가능하고, 음향 출력이 낮은 이어폰, 보청기 등에만 적용할 수밖에 없는 한계를 가진다.

최근 들어 휴대폰, TV 수신기 등 다양한 멀티미디어기기들은 그 두께가 날로 감소하고 있으며, TV 수신기의 경우 1㎝ 이하의 두께로 박형화되고 있다. 이러한 박형 멀티미디어 기기에 수납이 가능한 고출력 소형 스피커에 대한 요구가 크게 증가하고 있다.

본 발명은 박형이면서도 진동판의 운동의 범위가 종래의 방법에 의한 경우보다 개선되어 음향 출력을 크게 높일 수 있는 박형 전자석 스피커를 제시하는 데 그 기술적 과제가 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 박형화가 가능하면서 대출력에서도 진동자와 영구자석이 붙지않아 고장발생의 우려가 적고, 고 자력의 영구자석 사용이 가능한 고효율 박형 전자석 스피커를 제시하는 데 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 의한 전자석 박형 스피커는 전류를 입력하기 위한 코일; 상기 코일을 관통하여 설치하고 코일에 흐르는 전류의 방향에 따라 N극 혹은 S극의 전자석으로 변하는 진동자; 상기 진동자의 좌우 측면 혹은 끝단에 진동자의 길이 방향과 직각방향으로 N극 및 S극이 형성되도록 배치하는 한 쌍 혹은 하나의 영구자석;을 포함하고 상기 전류에 의해 N극 혹은 S극으로 자화되는 상기 진동자가 영구자석의 N극과 S극과의 인력과 척력에 의해 영구자석 양 끝단 사이를 움직이도록 구성한다.

본 발명에서는 진동자의 좌우측면 혹은 끝단에 영구자석을 세워 설치하되 그 N극과 S극이 진동자의 운동방향과 평행하도록 함으로써 진동자의 진동 범위를 영구자석의 양 끝단까지 확대시켜 대출력 재생이 가능한 스피커를 제조할 수 있다..

또한, 진동자의 진동변위에 관계없이 진동자와 영구자석이 일정간격으로 이격된 상태가 유지되어 진동자와 영구자석이 서로 달라붙지 않으므로 대출력에서도 고장없이 안정적으로 동작이 가능하다.

도 1은 일반적인 무빙코일 스피커의 구조 단면도,
도 2는 일반적인 밸런스드 아마추어 스피커의 구조 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자석 박형 스피커 구동장치의 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전자석 박형 스피커 구동장치의 사시도
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 전자석 박형 스피커의 사시도
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전자석 박형 스피커의 사시도
도 7는 본 발명의 제3 실시예에 의한 전자석 박형 스피커의 사시도
도 8는 본 발명의 제4 실시예에 의한 전자석 박형 스피커의 사시도
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 의한 전자석 박형 스피커의 평면도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자석 박형 스피커의 구동장치 구조도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 전자석 박형 스피커의 구동장치(300)는 U자형으로 구부려 탄성을 강화시킨 금속 진동자(302), 진동자(302)의 둘레에 진동자(302)와 일정간격을 두고 감긴 코일(303), 진동자(302)의 양 옆에 수직방향으로 N극과 S극을 형성하는 한 쌍의 영구자석(301)을 포함한다. 코일(303)에 전류를 흘리면 코일(303)의 바깥 부위 진동자(302)는 전자석으로 자화되어 N극, 혹은 S극을 띠게 되고 진동자(302)와 영구자석(301)의 극성에 따라 인력 또는 척력이 발생하여 진동자(302)가 상하 진동을 하게 된다. 이러한 진동자(302)의 상하 운동 에너지는 스피커 혹은 이어폰 등을 구성할 수 있는 원천 에너지원이 된다.

일반적인 밸런스드 아마추어 스피커(도 2 참조)는 진동자(207)가 영구자석(201)의 간격 이내에서만 진동할 수 있으므로 진동변위가 영구자석(201)의 좁은 간격 이내로 제한되어 고출력 음향재생이 어렵다. 특히 저음재생을 위해서는 큰 진폭의 변위로 진동자(207)가 진동하여야 함에도 불구하고 진동변위가 작아 큰 출력의 저음재생은 불가능하다. 또한 진동판(213)이 영구자석(201)의 상부에 배치되어 박형 설계가 어렵기 때문에 커널형 이어폰이나 보청기 등 주로 소출력 장치에 주로 사용된다. 또한 종래기술의 밸런스트 아마추어 스피커의 진동자(207)는 진동이 커지면 급격하게 영구자석(201)과의 인력이 커져 급기야 영구자석(201)의 한쪽에 접촉하게 되고 이후에는 전기적인 힘으로는 다시는 떼어낼 수 없어 고장을 일으키게 되는 문제를 발생한다. 이런 이유로 종래의 밸런스드 아마추어 방식에서는 영구자석(201)의 자력이 매우 큰 네오디뮴 자석의 사용이 곤란하였다.

이에 반해, 본 발명에 의한 전자석 박형 스피커의 구동장치(300)는 진동자(302)가 영구자석(301)의 S극 혹은 N극 양 끝단까지 인력에 의해 움직일 수 있는 구조로 되어 있어 영구자석(301)의 높이 전체에 이르는 큰 진폭을 가지는 대출력 음향 재생이 가능하다. 또한, 진동자(302)가 영구자석(301)의 사이에 일정간격으로 평형을 유지하게 되므로 진동자(302)가 영구자석(301)에 붙어 고장을 일으키는 일이 전혀 없으므로 강력한 자력을 가지는 네오디뮴 자석의 사용이 가능하여 전기-음향 변환 효율을 높일 수 있다. 즉, 대출력이 가능함과 동시에 출력 감도가 높아 같은 입력전류에도 종래의 방식보다 더욱 큰 소리를 낼 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라 진동자(302)가 영구자석(301)에 언제나 근접하여 있으므로 진동자(302)와 영구자석(301)의 인력이 종래의 밸런스드 아마추어 방식처럼 급격히 커지지 않아 왜곡이 적은 고음질 재생이 가능하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전자석 박형 스피커의 구동장치 구조도이다. 전자석 박형 스피커의 구동장치(300-1)는 상기 구동장치(300)와 영구자석의 배치방식만 제외하고는 동일한 구조이다. U자형으로 구부려 탄성을 강화한 금속 진동자(302), 진동자(302)의 둘레에 진동자(302)와 일정간격을 두고 감긴 코일(303), 진동자(302)의 한쪽 끝단과 일정간격을 두고 수직방향으로 배치된 N극과 S극을 형성하는 영구자석(304)을 포함한다. 코일(303)에 전류를 흘리면 코일(303)의 바깥 부위 진동자(302)는 전자석으로 자화되어 N극 혹은 S극을 띠게 되고, 진동자(302)와 영구자석(301)의 극성에 따라 인력 또는 척력이 발생하여 진동자(302)가 상하 진동을 하게 된다. 본 발명에 의한 전자석 박형 스피커의 구동장치(300-1)는 앞서 설명한 구동장치(300)와 마찬가지로 진동자(302)가 영구자석(301)의 S극 혹은 N극 양끝단까지 인력에 의해 움직일 수 있는 구조로서 영구자석(301)의 높이 전체에 이르는 큰 진동이 가능하여 종래의 밸런스드 아마추어 방식 대비 대출력 음향재생이 가능하다. 또한, 진동자(302)가 영구자석(304)와 일정간격으로 거리를 유지하게 되므로 진동자(302)가 영구자석(304)에 붙어 고장을 일으키는 일이 발생되지 않는다. 뿐만 아니라 진동자(302)가 영구자석(301)에 언제나 근접하여 있으므로 진동자(302)와 영구자석(301)의 인력이 종래의 밸런스드 아마추어 방식과 같이 인력이 급격히 커지는 일이 없어 음질의 왜곡이 작은 장점이 있다.

도 5는 전자석 박형 스피커 구동장치(300)을 이용한 일 실시예로서, 구동장치(300)에 진동판(306)과 연결핀(305)이 추가된 형태이다. 도 5에 의거하면, 구동장치(300)의 진동자(302)가 코일(303)에 흐르는 전류에 의해 자화되어 영구자석(301)과의 인력과 척력에 의해 발생되는 진동을 연결핀(305)에 의해 진동판(306)에 전달함으로써 넓은 진동면을 움직일 수 있게 되고 이 진동판(306)의 진동이 공기를 진동시켜 음을 발생시키는 구조이다. 진동자(302)가 영구자석(301)의 S극 및 N극까지 움직일 수 있는 구조로서 종래의 밸런스드 아마추어 방식에 비하여 진동범위가 월등히 넓고 대출력시에도 진동자(302)가 영구자석(301)에 붙는 일이 없으므로 고장발생이 없어 큰 진동변위가 필요한 저음재생에 매우 효과적이다. 도 5는 종래의 밸런스드 아마추어 방식의 이어폰 혹은 보청기보다 더욱 증강된 저음재생이 가능하므로 종래의 방식보다 저음이 증강된 이어폰, 보청기, 혹은 헤드폰 적용에 적합하다.

도 6은 전자석 박형 스피커 구동장치(300)을 이용한 다른 실시예로서, 구동장치(300-1)에 진동판(306)과 연결핀(307)이 추가된 형태이다. 도 6에 의거하면, 구동장치(300-1)의 진동자(302)가 코일(303)에 흐르는 전류에 의해 자화되어 영구자석(304)과의 인력과 척력에 의해 발생되는 진동을 연결핀(307)에 의해 진동판(306)에 전달함으로써 넓은 진동면을 움직일 수 있게 되고 이 진동판(306)의 진동이 공기를 진동시켜 음을 발생시키는 구조이다. 도 5의 실시예와 마찬가지로 진동자(302)가 영구자석(301)의 S극 및 N극의 양 끝단까지 움직일 수 있는 구조로서 종래의 밸런스드 아마추어 방식에 비하여 진동범위가 월등히 넓고 대출력시에도 진동자(302)가 영구자석(301)에 붙는 일이 없으므로 대출력이 가능하며 특히 큰 진동변위가 필요한 대출력 저음의 재생이 가능하다.

도 7은 전자석 박형 스피커 구동장치(300)의 측면부에 진동판(309)을 설치하고 구동장치(300)과 진동판(309)을 진동자(302)와 직각방향으로 연결하는 연결막대(308)을 통해 연결함으로써 진동자(302)의 상하 운동을 진동판(309)에 전달하여 넓은 진동면적을 구동하도록 실시한 예이다. 종래의 무빙코일 스피커(도 1참조)의 두께는 구동장치와 진동판의 두께의 합으로 이루어져 두께를 줄이는 데 한계가 있었고, 밸런스드 아마추어 방식의 스피커의 경우(도 2 참조)에도 진동판(213)이 영구자석(201) 등으로 구성된 구동장치의 상부에 위치하여 스피커의 두께가 구동장치와 진동판의 진동폭의 합로 이루어져 두께를 줄이는데 한계가 있었다. 하지만 본 발명의 도 7의 실시예와 같이 구성할 경우 진동판(309)이 구동장치의 측면에 설치될 수 있어 스피커의 두께가 종래의 스피커에 비하여 절반 이상으로 크게 얇아지므로 박형 스피커의 제조가 가능하게 된다. 도 7의 실시예의 경우 도 3의 구동장치(300)에서 상술한 바와 같이 진동자(302)의 진동 범위가 영구자석(301)의 N극과 S극의 간격만큼 크게 움직일 수 있고 영구자석(301)에 진동자(302)가 붙지 않아 고장이 없는 대출력 박형 스피커의 제작이 가능하다.

도 8은 도 7보다 진동 진폭을 더욱 증폭할 수 있는 또 다른 실시예이다. 진동자(302)의 한쪽 끝단에 진동자(302)와 같은 방향으로 연장수단(310)을 부착하면 지렛대의 원리에 의거하여 진동자(302)의 끝단 진동보다 더욱 큰 진동을 진동판(311)에 전달할 수 있어 더욱 높은 효율로 음향을 방출할 수 있게 된다.

도 9는 전기에너지를 운동에너지로 변환시키는 한 쌍 이상의 구동장치(300) 및 한 쌍 이상의 구동장치(300)와 연장수단(310A, 310B)에 의해 접속되는 진동판(312)을 포함하는 또 다른 실시예이다. 코일(303A, 303B)에 전류를 흘림으로써 발생되는 진동자(302A, 302B)의 진동 폭은 연장수단(310A, 310B)을 통해 지렛대의 원리에 의거하여 증폭되어 진동판(312)으로 전달되고 진동판(312)이 공기를 진동시켜 큰 출력 음향을 발생하게 된다. 도 9의 실시예는 한 쌍 이상의 다점 구동 방식으로서, 단일 구동 방식에 비해 진동판(312)에 전달하는 힘이 증가되고 단일 구동 방식보다 더 넓은 진동판을 고르고 큰 힘으로 진동시킬 수 있어 더욱 큰 출력을 낼 수 있다. 따라서 대출력이 요구되는 초박형 텔레비전이나 멀티미디어 기기 등과 같은 대형 전자제품의 스피커로도 적용할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있으므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

300, 300-1 : 구동장치
301, 304 : 영구자석
302 : 진동자
303 : 코일
305, 307 : 연결핀
306, 309, 311, 312 : 진동판
308 : 연결막대
310, 310A, 310B : 연장수단

Claims

전류를 입력하기 위한 코일; 상기 코일을 관통하여 설치하고 코일에 흐르는 전류의 방향에 따라 N극 혹은 S극으로 자화되는 진동자; 상기 진동자 양측면에 상기 진동자와 접촉하지 않도록 수직으로 세워 설치되어 상기 진동자의 진동방향과 평행한 방향으로 N극 및 S극이 형성된 한 쌍의 영구자석;을 포함하고 상기 전류에 의해 N극 혹은 S극으로 자화되는 상기 진동자가 상기 진동자의 측면에 설치된 한쌍의 상기 영구자석의 N극과 S극과의 인력과 척력에 의해 진동하도록 구성한 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 전자석 스피커
전류를 입력하기 위한 코일; 상기 코일을 관통하여 설치하고 코일에 흐르는 전류의 방향에 따라 N극 혹은 S극으로 자화되는 진동자; 상기 진동자 끝단에 상기 진동자와 접촉하지 않도록 수직으로 세워 설치되어 상기 진동자의 진동방향과 평행한 방향으로 N극 및 S극이 형성된 영구자석;을 포함하고 상기 전류에 의해 N극 혹은 S극으로 자화되는 상기 진동자가 상기 진동자의 끝단에 설치된 상기 영구자석의 N극과 S극과의 인력과 척력에 의해 진동하도록 구성한 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 전자석 스피커
제 1 항, 또는 제 2 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 구동장치의 상부에 설치되는 진동판; 상기 구동장치의 진동자로부터 연장되어 상기 진동판에 연결하는 연결핀;을 더 포함하는 박형 전자석 스피커.
제 1 항에 있어서,
상기 구동장치의 측면부에 설치되는 진동판; 상기 구동장치의 진동자로부터 연장되어 상기 진동판에 연결하는 연장수단;을 더 포함하는 박형 전자석 스피커
제 4 항에 있어서,
상기 구동장치 및 연장수단이 한 쌍 이상인 박형 전자석 스피커